JP4831149B2 - 車両用衝突検知装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両への歩行者等の衝突を検知する衝突検知装置に関するものである。

近年、歩行者保護の目的で、車両バンパ部に障害物判別装置を取り付け、車両衝突時に衝突対象が歩行者か否かを判定し、歩行者と判定した場合には、歩行者を保護するための装置（例えば、アクティブフードやカウルエアバッグ）を作動させる技術が提案され、かつ、実用化が検討されている。

すなわち、衝突した障害物が歩行者でない場合にフード上の保護装置（例えばアクティブフード）を作動させるとさまざまな悪影響が生じる。例えば３角コーンや工事中看板等の軽量落下物と衝突した場合に歩行者と区別できないと、保護装置を無駄に作動させて余分な修理費が発生する。また、コンクリートの壁や車両等の重量固定物と衝突した場合に歩行者と区別できなければ、フードが持ち上がった状態で後退していくのでフードが車室内に侵入する恐れがある。このように、障害物が歩行者であるか否かを正確に分別することが要求されるようになっている。

そこで、例えば特開２００６−１１７１５７号公報（特許文献１）に記載されているように、車両バンパ内でバンパレインフォースメントの前面にチャンバ部材が配設され、チャンバ空間内の圧力変化を圧力センサで検出することにより車両バンパへの歩行者等の衝突を検知するように構成された車両用衝突検知装置が提案されている。車両用衝突検知装置は、例えば、圧力センサの検出結果が、予め設定された閾値を超えると、当該圧力変化を衝突として検知する。
特開２００６−１１７１５７号公報

しかしながら、車両バンパやチャンバ部材の衝突特性は、車幅方向の位置によって異なっている。つまり、圧力センサは、同じ衝突であっても、衝突位置が異なると異なった値を検出する。１つの閾値が設定されている場合、上記のように衝突位置で値が異なれば、衝突検知精度向上の面で問題がある。そこで、昨今では、衝突位置を検知することが求められている。衝突位置の検出は、それ専用の衝突位置センサを搭載することが考えられるが、高コストとなってしまう。

本発明は、このような事情に鑑みて為されたものであり、専用の衝突位置センサを用いることなく、車幅方向における衝突位置を検知することができる車両用衝突検知装置を提供することを目的とする。

本発明の車両用衝突検知装置は、車両バンパ内でバンパレインフォースメントの前面に配設され且つチャンバ空間が内部に形成されるチャンバ部材と、チャンバ空間内の圧力を検出する圧力センサと、を備え、当該圧力センサの検出結果に基づいて車両バンパへの衝突を検知するように構成された車両用衝突検知装置において、圧力センサにより検出された圧力振動がもつ共振周波数に基づいて、車幅方向における衝突位置を算出する衝突位置算出部をさらに備えることを特徴する。

チャンバ空間内には、衝突により、圧力振動が発生する。この圧力振動は、閉空間における共振であり、いわゆる気柱共鳴によるものである。圧力センサが検出した圧力振動から、当該圧力振動の共振周波数を算出することができる。衝突位置算出部は、その共振周波数に基づいて、車幅方向における衝突位置を算出する。つまり、本発明によれば、圧力センサの出力を利用して衝突位置を検知することができる。本発明の車両用衝突検知装置は、専用の衝突位置センサを用いることなく、車幅方向における衝突位置を検知することができる。

ここで、本発明は、衝突物が歩行者相当か否かの判別基準となる閾値を記憶し、圧力センサの検出結果および閾値に基づいて車両バンパへの衝突物を判別する判別部と、判別部が判別する前に、衝突位置算出部の算出結果に応じて閾値を補正する補正部と、をさらに備えることが好ましい。これにより、衝突位置に応じた衝突判定が可能となり、衝突検知精度は向上する。

ここで、圧力センサは、チャンバ部材の一方端部に１つ設けられていてもよい。圧力センサを一方端部に設けることで、衝突位置は圧力センサから他方側となる。これにより、圧力センサの左右どちらに衝突位置があるかを場合分けする必要がなくなり、製造および設定が容易となる。

ここで、圧力センサは、チャンバ部材に２つ設けられていてもよい。２つ設けることで、細かな場合分けが必要なく、より確実に衝突位置が算出される。また、この場合、圧力センサが、チャンバ部材の両端部に１つずつ設けられてもよい。これにより、さらに設定が容易となる。

さらに、圧力センサが２つの場合、衝突位置算出部は、一方の圧力センサの検出に基づいた共振周波数(周期)と、他方の圧力センサの検出に基づいた共振周波数(周期)との差分に基づいて、車幅方向における衝突位置を算出することが好ましい。上記差分を用いることで、衝突で生じたノイズ等が除去された値で衝突位置を算出することができる。つまり、衝突位置算出精度はより向上する。

ここで、２つの圧力センサは、一方がメインセンサであり、他方がメインセンサの冗長用であるセーフィングセンサであってもよい。すなわち、メインセンサの検出結果に基づいた衝突判別結果と、セーフィングセンサの検出結果に基づいた衝突判別結果とをＡＮＤ回路でつないだ構成であってもよい。この構成では、メインセンサとセーフィングセンサの両方の判別結果が「歩行者相当」であったときのみ歩行者保護装置が展開される。つまり、この構成によれば、衝突位置が検出できるうえ、歩行者保護装置の作動信頼性が向上する。

本発明の車両用衝突検知装置によれば、専用の衝突位置センサを用いることなく、車幅方向における衝突位置を検知することができる。

次に、実施形態を挙げ、本発明をより詳しく説明する。

＜第一実施形態＞
第一実施形態の車両用衝突検知装置１について図１〜図４を参照して説明する。図１は、車両用衝突検知装置１を搭載した車両バンパの内部を透視して示す平面図である。図２は、ＥＣＵ９の構成を示す図である。図３は、衝突時のチャンバ部材７を示す模式図である。図４は、周期とＬとの関係を示す図である。なお、図２には、各地点において、圧力センサ出力と時間の関係を示すグラフが記載されている。

車両用衝突検知装置１は、図１に示すように、車両バンパ２内に配設されたチャンバ部材７と、圧力センサ８と、歩行者保護装置電子制御ユニット（以下、ＥＣＵと略記する）９とを主体として構成されている。

車両バンパ２は、図１に示すように、バンパカバー３、バンパレインフォースメント４、サイドメンバ５、アブソーバ（図示せず）、及びチャンバ部材７を主体として構成されている。

バンパカバー３は、車両前端にて車幅方向（左右方向）に延び、バンパレインフォースメント４、アブソーバ及びチャンバ部材７を覆うように車体に取り付けられる樹脂（例えば、ポリプロピレン）製カバー部材である。

バンパレインフォースメント４は、バンパカバー３内に配設されて車幅方向に延びる金属製の構造部材であって、内部中央に梁が設けられた日の字状断面を有する中空部材である。

サイドメンバ５は、車両の左右両側面近傍に位置して車両前後方向に延びる一対の金属製部材であり、その前端に上述したバンパレインフォースメント４が取り付けられる。

アブソーバは、バンパカバー３内でバンパレインフォースメント４の前面の下方側に取り付けられる車幅方向に延びる発泡樹脂製部材であり、車両バンパ２における衝撃吸収作用を発揮する。

チャンバ部材７は、バンパカバー３内でバンパレインフォースメント前面の上方側に取り付けられる車幅方向に延びる略箱状の合成樹脂製部材であり、内部に厚さ数ｍｍの壁面によって囲まれた略密閉状のチャンバ空間７ａが形成されている。

圧力センサ８は、気体圧力を検出可能なセンサ装置であり、チャンバ部材７に組付けられてチャンバ空間７ａ内の圧力変化を検出可能に構成されている。詳細には、圧力センサ８は、圧力導入管（リッド）を備えており、圧力導入管がチャンバ部材７の差込口に差し込まれている。圧力センサ８は、圧力に比例した電圧信号を出力し、信号線９ａを介してＥＣＵ９へ信号送信する。ここでは、圧力センサ８は、チャンバ部材７の右端部に設けられている。

ＥＣＵ９は、歩行者保護装置Ｚ（たとえば公知の歩行者保護用のエアバッグやフード跳ね上げ装置など）の起動制御を行うための電子制御装置であり、圧力センサ８から出力される信号が信号線９ａを介して入力されるように構成されている。ＥＣＵ９は、圧力センサ８における圧力検出結果に基づいて、車両バンパ２へ歩行者（すなわち、人体）が衝突したか否かを判別する処理を実行する。

詳細には、図２に示すように、ＥＣＵ９は、ローパスフィルタ９１と、判別部９２と、ハイパスフィルタ９３と、周期算出部９４と、衝突位置算出部９５と、補正部９６とを備えている。

圧力センサ８の出力（センサ出力）は、ＥＣＵ９内において、ローパスフィルタ９１を介して判別部９２に送信される。ローパスフィルタ９１は、センサ出力のうち低域周波数を通すフィルタ回路である。図２のＡ地点のグラフに示すように、圧力センサ８の出力には、高域周波数の圧力振動の影響が加わっている。チャンバ空間７ａ内では、衝突により圧力振動が発生する。圧力振動は、チャンバ空間７ａ内の空気振動であり、いわゆる気柱共鳴によるものである。

判別部９２は、図２のＢ地点のグラフに示すように、ローパスフィルタ９１により高域周波数が遮断されたセンサ出力（低域周波数）を受信する。つまり、判別部９２は、気柱共鳴による圧力振動の影響が除去された信号を受信する。判別部９２には、予め閾値が設定されている。閾値は、衝突の有無の判別基準である。判別部９２は、センサ出力が閾値を超えると衝突物が歩行者相当であったと判別する。判別部９２は、判別結果に基づいて歩行者保護装置Ｚの展開を制御する。

一方、本実施形態では、上記信号経路とは別の経路が設けられている。すなわち、圧力センサ８の出力は、ローパスフィルタ９１と並列に接続されたハイパスフィルタ９３にも送信される。ハイパスフィルタ９３は、センサ出力のうち高域周波数を通すフィルタ回路である。センサ出力は、ハイパスフィルタ９３を介して周期算出部９４に送信される。

周期算出部９４は、ハイパスフィルタ９３により低域周波数が遮断されたセンサ出力（高域周波数）を受信する。つまり、周期算出部９４は、気柱共鳴による圧力振動を示す信号を受信する。気柱共鳴による圧力振動は、閉空間における共振であり、共振周波数をもっている。この共振周波数ｆは、ｆ＝ｍ×ｃ／（２×Ｌ）で表される。ｍは、次数である。ｃは、音速（３４０．３ｍ／ｓ）である。Ｌは、管（気柱）の長さである。

周期算出部９４は、受信した信号から当該信号の周期（ピーク間時間）を算出する。周期は、共振周波数ｆの逆数１／ｆである。従って、周期が算出されれば、共振周波数が算出される。周期を算出することは、共振周波数を算出することに相当する。

衝突位置算出部９５は、周期算出部９４から算出結果（周期または共振周波数）を受信する。衝突位置算出部９５は、受信した算出結果に基づき、共振周波数を表す上記式からＬを算出する。なお、ここでｍ＝１とする。Ｌは、気柱共鳴している管の長さ、すなわち、気柱共鳴しているチャンバ空間７ａの車幅方向の長さである。

図３に示すように、チャンバ部材７に衝突物が衝突した場合、衝突位置とチャンバ部材７の両端との間でそれぞれ気柱共鳴が起こる。ここで、圧力センサ８が検出した圧力振動は、衝突位置と、圧力センサ８が配置された側の端部（ここでは右端部）との間で発生した圧力振動である。従って、上記式で算出されたＬは、チャンバ部材７の右端部から衝突位置までの距離を表している。つまり、衝突位置算出部９５は、共振周波数ｆに基づいてＬを算出し、車幅方向における衝突位置を算出する。

計算例を挙げると、例えば共振周波数ｆが２８４Ｈｚであった場合、上記式よりＬはおよそ６００ｍｍとなる。これによれば、衝突位置は、チャンバ部材７の右端から６００ｍｍ左方に離れた位置となる。仮にチャンバ部材７の車幅方向の全長が１６００ｍｍであった場合、衝突位置は、チャンバ部材７の中央から２００ｍｍ右側の位置となる。なお、本実施形態の場合、周期（ｍｓ）とＬ（ｍｍ）の関係は、図４に示すように、比例関係となる。

ここで、チャンバ部材７の衝突特性は、中央から左右対称になっている。換言すると、同じ衝突を受けたときの圧力変化の違いは、中央から左右対称となっている。そこで、本実施形態において、衝突位置算出部９５は、衝突位置をチャンバ部材７の中央からの距離（８００ｍｍ−６００ｍｍ）として算出している。

補正部９６は、衝突位置算出部９５から算出結果を受信する。補正部９６は、車幅方向の位置ごとに設定された閾値を記憶している。本実施形態では、補正部９６は、チャンバ部材７中央からの距離とそれに対応する閾値とを表したデータベースを記憶している。補正部９６は、受信した算出結果（衝突位置）に対応する閾値を判別部９２に送信し、判別部９２の閾値を補正する。共振周波数ｆ（周期１／ｆ）は、圧力振動の発生時（図２のグラフの左側）に算出される。従って、判別部９２の閾値は、判別部９２が、衝突物が歩行者相当か否かを判別する前に、衝突位置に応じて補正される。

以上、本実施形態の車両用衝突検知装置１によれば、圧力センサ８の出力を利用して、車幅方向における衝突位置を算出することができる。さらに、車両用衝突検知装置１では、算出された衝突位置に応じて判別部９２の閾値が補正される。衝突の判別に、衝突位置の衝突特性に応じた閾値が用いられる。これにより、衝突検知精度は向上する。

また、本実施形態では、圧力センサ８がチャンバ部材７の端部に設けられている。これにより、衝突位置算出部９５は、Ｌを算出するだけで衝突位置を算出することができる。なお、圧力センサ８の設置位置はチャンバ部材７の端部に限られない。例えば、図５に示すように、圧力センサ８は、チャンバ部材７の中央に設けられてもよい。この場合、衝突位置算出部９５は、Ｌを算出すれば、衝突位置の中央からの距離が算出できる。そして、衝突位置が中央から右側か左側かを特定せずとも、衝突特性が左右対称であるため、補正部９６の補正に問題はない。この場合、圧力センサ８が圧力振動を検出しなければ、衝突位置が中央であると判定するようにしてもよい。

また、圧力センサ８の設置位置は、図６に示すように、端部や中央以外の位置でもよい。ただし、衝突位置が圧力センサ８の右側か左側かを特定するための場合分け設定が必要となる。

＜第二実施形態＞
第二実施形態の車両用衝突検知装置１０について図７および図８を参照して説明する。図７は、車両用衝突検知装置１０を搭載した車両バンパの内部を透視して示す平面図である。図８は、ＥＣＵ９０の構成を示す図である。図８には、各地点において、圧力センサ出力と時間の関係を示すグラフが記載されている。第二実施形態では、第一実施形態と異なり、圧力センサが２つ設けられている。ここで、第一実施形態と同構成については同符号を付して説明を省略する。

車両用衝突検知装置１０は、図７に示すように、チャンバ部材７と、圧力センサ８１、８２と、ＥＣＵ９０とを主体として構成されている。

圧力センサ８１は、チャンバ部材７の右端部に設けられている。圧力センサ８２は、チャンバ部材７の左端部に設けられている。圧力センサ８１、８２は、第一実施形態同様、圧力に比例した電圧信号を出力し、信号線９ａを介してＥＣＵ９０へ信号送信する。

ＥＣＵ９０は、図８に示すように、ローパスフィルタ９１ａ、９１ｂと、判別部９２ａ、９２ｂと、ハイパスフィルタ９３ａ、９３ｂと、周期算出部９４ａ、９４ｂと、周期差分演算部９７と、衝突位置算出部９５ａ、９５ｂと、補正部９６ａ、９６ｂとを備えている。周期差分演算部９７の他は、第一実施形態とほぼ同機能であるため、説明を省略する。

圧力センサ８１の出力は、ローパスフィルタ９１ａを介して判別部９６ａに送信される。また一方で、圧力センサ８１の出力は、ハイパスフィルタ９３ａを介して周期算出部９４ａに送信される。周期算出部９４ａでは、圧力センサ８１が検出した圧力振動の周期（１／ｆ_Ｒ）を算出する（ｆ_Ｒ：共振周波数）。

同様に、圧力センサ８２の出力は、ローパスフィルタ９１ｂを介して判別部９６ｂに送信される。また一方で、圧力センサ８２の出力は、ハイパスフィルタ９３ｂを介して周期算出部９４ｂに送信される。周期算出部９４ｂでは、圧力センサ８２が検出した圧力振動の周期（１／ｆ_Ｌ）を算出する（ｆ_Ｌ：共振周波数）。

周期差分演算部９７は、各周期算出部９４ａ、９４ｂから算出結果を受信し、その差分（絶対値）を演算する。すなわち、周期差分演算部９７は、差分１／ｆ＝｜（１／ｆ_Ｒ）−（１／ｆ_Ｌ）｜を算出する。このとき、周期差分算出部９７は、さらに（１／ｆ_Ｒ）と（１／ｆ_Ｌ）とを比較して、どちらが大きい値かを検出する。

衝突位置算出部９５ａ、９５ｂは、受信した差分（１／ｆ）に基づいて、式ｆ＝ｍ×ｃ／（２×Ｌ）からＬを算出する。ここで算出されたＬは、チャンバ部材７の右端から衝突位置までの距離Ｌ１と、チャンバ部材７の左端から衝突位置までの距離Ｌ２の差である。従って、チャンバ部材７の中央から衝突位置までの距離は、Ｌ／２＝｜Ｌ１−Ｌ２｜／２となる。

そして、衝突位置検出部９５ａ、９５ｂは、周期差分算出部９７から（１／ｆ_Ｒ）と（１／ｆ_Ｌ）の大小関係の情報も受信する。ここで、（１／ｆ_Ｒ）＞（１／ｆ_Ｌ）の場合、衝突位置はチャンバ部材７中央より左側であり、（１／ｆ_Ｒ）＜（１／ｆ_Ｌ）の場合、衝突位置はチャンバ部材７中央より右側と判別できる。衝突位置は、高い共振周波数を検出した圧力センサが配置されている側となる。例えば、ｆ_Ｒが１４２Ｈｚ、ｆ_Ｌが４２５Ｈｚ、チャンバ部材７の車幅方向の全長が１６００ｍｍの場合、衝突位置は、中央から左側におよそ４００ｍｍの位置となる。このように、衝突位置算出部９５ａ、９５ｂは、上記差分に基づいて車幅方向における衝突位置を算出する。

補正部９６ａ、９６ｂは、第一実施形態同様、衝突位置に応じて判別部９２ａ、９２ｂの閾値を補正する。判別部９２ａは、補正された閾値を圧力センサ８１の出力が超えると衝突物が歩行者相当であったと判別し、歩行者保護装置Ｚに対して展開命令を発信する。同様に、判別部９２ｂは、補正された閾値を圧力センサ８２の出力が超えると衝突と判別し、歩行者保護装置Ｚに対して展開命令を発信する。

ここで、判別部９２ａと判別部９２ｂとは、歩行者保護装置Ｚに対してＡＮＤ回路で接続されている。従って、歩行者保護装置Ｚは、判別部９２ａ、９２ｂが共に展開命令を発信した場合のみ展開する。つまり、圧力センサ８１、８２は、一方が冗長用のセーフィングセンサとして機能している。この構成によれば、歩行者保護装置Ｚの作動信頼性が向上する。

以上、第二実施形態の車両用衝突検知装置１０においても、第一実施形態同様の効果が発揮される。さらに、第二実施形態では、圧力センサを２つ設け、２つのセンサ出力の差分（１／ｆ）を用いて、衝突位置を算出している。これによれば、互いに圧力センサの出力にのったノイズ等がキャンセルされる。従って、衝突位置算出精度は、より向上する。

ここで、第二実施形態では、２つの圧力センサ８１、８２がチャンバ部材７の両端部に１つずつ設けられている。これにより、場合分け等が必要なく、設定が容易となる。なお、圧力センサの配置位置は上記に限られない。例えば、図９に示すように、圧力センサ８１、８２は、チャンバ部材７の端部以外の位置に配置されてもよい。圧力センサを２つ設けることで、少なくとも中央からの距離は容易に算出でき、左右に対する複雑な場合分け設定を省くことができる。図８の場合、例えば、圧力センサ８１、８２が同じ共振周波数を検出した場合、衝突位置は圧力センサ８１より右側か圧力センサ８２より左側となる。そして、衝突位置は、Ｌを算出することで算出される。

また、ＥＣＵ９０は、周期差分演算部９７がない構成であってもよい。例えば、本実施形態は、圧力センサ８１、８２の出力に対し、それぞれで衝突位置を検出し、それに応じて閾値を補正するようにしてもよい。ただし、差分を用いた方が精度は向上する。

車両用衝突検知装置１を搭載した車両バンパの内部を透視して示す平面図である。 ＥＣＵ９の構成を示す図である。 衝突時のチャンバ部材７を示す模式図である。 周期とＬとの関係を示す図である。 圧力センサ８の配置例を示す図である。 圧力センサ８の配置例を示す図である。 車両用衝突検知装置１０を搭載した車両バンパの内部を透視して示す平面図である。 ＥＣＵ９０の構成を示す図である。 圧力センサ８１、８２の配置例を示す図である。

符号の説明

１、１０：車両用衝突検知装置、
２：車両バンパ、 ４：バンパレインフォースメント、
７：チャンバ部材、 ７ａ：チャンバ空間
８、８１、８２：圧力センサ、
９、９０：歩行者保護装置電子制御ユニット（ＥＣＵ）、
９２、９２ａ、９２ｂ：判別部、
９４、９４ａ、９４ｂ：周期算出部、 ９５、９５ａ、９５ｂ：衝突位置算出部、
９６、９６ａ、９６ｂ：補正部、 ９７：周期差分演算部

Claims (7)

1. 車両バンパ内でバンパレインフォースメントの前面に配設され且つチャンバ空間が内部に形成されるチャンバ部材と、前記チャンバ空間内の圧力を検出する圧力センサと、を備え、当該圧力センサの検出結果に基づいて前記車両バンパへの衝突を検知するように構成された車両用衝突検知装置において、
   前記圧力センサにより検出された圧力振動がもつ共振周波数に基づいて、車幅方向における衝突位置を算出する衝突位置算出部をさらに備えることを特徴する車両用衝突検知装置。
2. 衝突物が歩行者相当か否かの判別基準となる閾値を記憶し、前記圧力センサの検出結果および前記閾値に基づいて前記車両バンパへの衝突物を判別する判別部と、
   前記判別部が判別する前に、前記衝突位置算出部の算出結果に応じて前記閾値を補正する補正部と、
   をさらに備える請求項１に記載の車両用衝突検知装置。
3. 前記圧力センサは、前記チャンバ部材の一方端部に１つ設けられている請求項１または２に記載の車両用衝突検知装置。
4. 前記圧力センサは、前記チャンバ部材に２つ設けられている請求項１または２に記載の車両用衝突検知装置。
5. 前記圧力センサは、前記チャンバ部材の両端部に１つずつ設けられている請求項４に記載の車両用衝突検知装置。
6. 前記衝突位置算出部は、一方の前記圧力センサの検出に基づいた共振周波数(周期)と、他方の前記圧力センサの検出に基づいた共振周波数(周期)との差分に基づいて、車幅方向における衝突位置を算出する請求項４または５に記載の車両用衝突検知装置。
7. ２つの前記圧力センサは、一方がメインセンサであり、他方が前記メインセンサの冗長用であるセーフィングセンサである請求項４〜６の何れか一項に記載の車両用衝突検知装置。

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