JP5073740B2 - 乗員保護装置および歩行者保護装置 - Google Patents

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Description

この発明は、車両の挙動を検出する車両状態検出装置を備えた乗員保護装置および歩行者保護装置に関するものである。
車両のエアバッグシステムにおいて、衝突検知のために加速度センサ（以下、センサとも略称する）が用いられるが、通常、エアバッグ用の加速度センサは自己診断機能を備えており、電源起動時に加速度センサを電気的に駆動し、その出力応答により故障の有無を判定している。
上記したセンサの自己診断技術については従来から多数出願されており、例えば、パルス的に自己駆動を行い、駆動中のセンサ出力が所定の閾値の範疇に含まれていることを判定してセンサが正常に動作していることを診断する加速度センサ（例えば、特許文献１参照）、あるいは、加速度センサの自己診断機能を利用してフィルタ回路を含めた衝撃検出系を自己診断する衝撃検出装置（例えば、特許文献２参照）、２つのセンサの相対比較により自己診断を行なうセンサシステム（例えば、特許文献３参照）等が知られている。
特開平５−３２２９２５号公報 特開平１１−８３８９１号公報 特開２００５−２８３４８６号公報
しかしながら、上記した特許文献１に開示された技術によれば、自己診断中に外部よりセンシングに影響する入力が印加されると、センシング素子は自己駆動と外部入力の双方に反応するため、正常な診断結果が得られなくなる。例えば、センサが正常であっても自己診断中に入力された外部衝撃によってセンサ出力が所定の閾値を超えてしまえば、異常と誤判定することになる。
また、特許文献２に開示された技術によれば、加速度センサの他にフィルタ回路も診断されるため上記した誤判定は解消されるが、診断用のフィルタ回路を設定するものではない。更に、特許文献３に開示された技術によれば、２つのセンサの相対比較により自己診断を行なう場合、電源回路等のオフセット回路に異常が発生した場合は、相対比較であるために異常を検出できないといった課題があった。
上記した特許文献１〜３に開示された技術を含む従来技術によれば、自己駆動した際のセンサ出力そのものを所定の閾値と比較し、診断していたため、自己診断中に、外部からセンシングに影響する外力が印加されると、センサは自己駆動と外力の双方に反応するため、正常な診断結果が得られなくなる。
具体的には、センサが正常であっても自己診断中に印加された外力（例えば車両のドアを閉めることで発生する衝撃）によってセンサが所定の閾値を超えてしまえば異常と誤判断することになり、逆にセンサが自己駆動で動作しない異常な状態であっても、外力によってセンサが反応することで所定の閾値に偶発的に納まれば正常と誤判断することになる。これは、エアバッグ点火装置のような乗員保護装置に用いる場合は致命的な問題となる。
この発明は上記した課題を解決するためになされたものであり、車両に生じる不要なセンシングに影響する外力が印加されても正確に自己診断を行うことができる、車両状態検出装置、同装置を備えた乗員保護装置および歩行者保護装置を提供することを目的とする。
この発明の乗員保護装置は、車両の挙動を検出するセンサ部と、前記センサ部のセンサ出力に基づく物理量を積分して前記車両の状態を示す出力信号を生成する積分処理部と、前記センサ部に対し自己駆動信号を供給し、前記積分処理部から得られる出力信号と、前記出力信号に対して予め設定された上下限許容値との比較を行い、前記センサ部の自己診断を行なう診断部とを有し、前記積分処理部が前記診断部による自己診断の際の前記センサ部からのセンサ出力の物理量を積分する車両状態検出装置と、前記車両状態検出装置から得られる出力信号と、予め設定されるスクイブの点火閾値とを比較して点火の要否を判定する判定部とを備え、前記上下限許容値を、前記点火閾値より高く設定したものである。
この発明の歩行者保護装置は、車両の挙動を検出するセンサ部と、前記センサ部のセンサ出力に基づく物理量を積分して前記車両の状態を示す出力信号を生成する積分処理部と、前記センサ部に対し自己駆動信号を供給し、前記積分処理部から得られる出力信号と、前記出力信号に対して予め設定された上下限許容値との比較を行い、前記センサ部の自己診断を行なう診断部とを有し、前記積分処理部が前記診断部による自己診断の際の前記センサ部からのセンサ出力の物理量を積分する車両状態検出装置と、前記車両状態検出装置から得られる出力信号と歩行者衝突判定信号とに基づき、予め設定されるスクイブの点火閾値とを比較して点火の要否を判定する判定部とを備え、前記上下限許容値を、前記点火閾値より高く設定したものである。
この発明によれば、車両に生じる不要なセンシングに影響する外力が印加されても正確に自己診断を行うことができる乗員保護装置および歩行者保護装置を提供することができる。
この発明の実施の形態１に係る車両状態検出装置および同装置を備えた乗員保護装置の内部構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態２に係る車両状態検出装置および同装置を備えた乗員保護装置の内部構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態３に係る車両状態検出装置および同装置を備えた乗員保護装置の内部構成を示すブロック図である。 この発明の実施の形態３に係る車両状態検出装置および同装置を備えた乗員保護装置において使用されるＬＰＦの周波数特性を示す図である。 この発明の実施の形態３に係る車両状態検出装置および同装置を備えた乗員保護装置の変形例を示す図である。 この発明の実施の形態１〜３に係る乗員保護装置の診断動作を従来例と対比して示した図である。 この発明の実施の形態１〜３に係る乗員保護装置の診断動作を従来例と対比して示した図である。 車両状態検出装置に搭載されるセンサが加速度センサであるとした場合の好適な駆動量と駆動時間を表によって示した図である。
以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る車両状態検出装置および同装置を備えた乗員保護装置の内部構成を示すブロック図である。
図１に示されるように、乗員保護装置１０は、車両状態検出装置１と、診断回路２と、判定回路３とにより構成される。
車両状態検出装置１は、車両の挙動を検出するセンサ部としての、例えば加速度センサ１１と、加速度センサ１１の出力に基づく物理量を積分して車両の状態を示す出力信号を生成する積分処理部としての積分回路１２と、加速度センサ１１の自己診断時、加速度センサ１１に対して自己駆動信号を供給する駆動部としての駆動回路１３と、により構成される。
診断回路２は、車両状態検出装置１の駆動回路から加速度センサ１１に対して供給される自己駆動信号に基づき、積分回路１２から得られる出力信号と、当該出力信号に対して予め設定された上下限許容値との比較を行うことにより加速度センサ１１の自己診断を行ない、その結果を判定回路３経由で不図示の点火回路に供給する。
なお、上記した加速度センサ１１と、積分回路１２と、駆動回路１３とは、同一基板（センサ基板）上に実装され、診断回路２は、別基板に実装される。
また、上記した自己診断にあたり、駆動回路１３は、加速度センサ１１よる車両の挙動検知に影響する不要な外力が印加されても診断回路２による診断の結果に影響を与えない駆動量と駆動時間とを有する自己駆動信号（自己診断パルス）を加速度センサ１１に供給する。自己診断パルスについては後述する。
また、判定回路３は、車両状態検出装置１から得られる出力信号と、予め設定されるスクイブの点火閾値とを比較して点火の要否を判定する判定部としての機能を持つ。なお、診断回路２での診断結果が異常を示す場合は、判定回路３による上記した判定動作を禁止することができる。
なお、ここでは、センサ部として、センシング素子を自己駆動可能な構造を備えた加速度センサ１１を用いることとしているが、同じ構造を有する角速度センサ、あるいは圧力センサ等であってもよい。また、ここで、「自己診断」とは、例えば、加速度センサ１１内のセンシング素子に別途駆動用の素子が備えられ、これに駆動回路１３により電気信号を入力することでセンシング素子（振動板）を擬似的にある一定量だけ作動させ、これに応じて出力されたセンサ信号が自己駆動に見合った応答であるか否かを診断回路２で判定することによりセンサ動作を診断することをいう。
ここでは、車両に生じる不要なセンシングに影響する外力が印加されても、正確に自己診断を行うことを主旨とするが、車両に生じる不要なセンシングに影響する外力とは、例えば、センサ部が加速度センサ１１で構成される場合は、車両のドアを閉めることで発生する衝撃や車両走行時に発生する振動等を意味し、また、角速度センサで構成される場合は、乗員乗降時や走行時に発生する車両の揺れ等を意味する。
これらの外力はいずれも振動成分であるため、時間積分するとゼロになる特徴がある。したがって、例えば、加速度センサ１１を駆動回路１３により生成される自己診断パルスにより、振動成分が収束する程度の比較的長い時間（例えば数＋ミリ秒から数百ミリ秒間）連続で自己駆動し、その出力を積分回路１２で積分処理した結果と、予め設定される上下限許容値（閾値）とを診断回路２で比較診断する構成としたため、不要となる振動成分は相殺され、その影響を排除することが可能になる。
なお、積分回路１２をデジタル回路で構成する場合、そのサンプリング周波数と印加される外力の周波数成分が同期すると、外力が振動成分であってもそれを相殺することができないため、高速のサンプリング周波数が必要となり現実的ではない。したがって、ここでは、積分回路１２をアナログ回路で構成することとする。
また、ここでは、加速度センサ１１の駆動量（自己診断パルス）と駆動時間を調整し、エアバッグ等、乗員保護装置１０におけるスクイブの点火閾値以上、すなわち車両の衝突や横転、転覆といった事象で生じるセンサ応答以上になるように設定することで、通常状態でセンサに印加される外力と確実に区別している。具体的には、自己診断中に乗員が車両に荷物をぶつける等の外力を印加しても、乗員保護装置が作動する閾値と比べて明らかに小さいため、自己駆動によるセンサ応答に及ぼす影響はほとんどなく、自己診断が誤判定されることはない。
上記した実施の形態１に係る車両状態検出装置および同装置を備えた乗員保護装置によれば、積分回路１２を介して時間積分された出力信号に対して所定の判定閾値と比較判定することにより、外部から入力される衝撃やノイズ等の振動成分の影響を受けることなく診断を行うことができる。また、設定上下限許容値（閾値）を乗員保護装置１０の動作閾値（点火閾値）より高くなるように自己駆動させることにより、乗員保護装置１０が作動しないレベルの外部入力と明確に区別することが可能になる。
実施の形態２．
図２は、この発明の実施の形態２に係る車両状態検出装置および同装置を備えた乗員保護装置の内部構成を示すブロック図である。
図２において、図１に示す実施の形態１との差異は、診断回路２を車両状態検出装置１に内蔵させたことにある。すなわち、診断回路２を、加速度センサ１１、積分回路１２、駆動回路１３とを同一基板（センサ基板）上に実装したものである。但し、各コンポーネントが持つ機能は実施の形態１と同じであるため、重複を回避する意味で説明を省略する。
上記した実施の形態２に係る車両状態検出装置および同装置を備えた乗員保護装置によれば、診断回路２が車両状態検出装置１に含まれるため、車両状態検出装置１（センサ基板）としての機能が豊富になるために他との差別化が可能となり、また、乗員保護装置はセンサの診断負荷から解放されるため、スループットの向上がはかれ、したがって性能向上にもつながる。
実施の形態３．
図３は、この発明の実施の形態３に係る車両状態検出装置および同装置を備えた乗員保護装置の内部構成を示すブロック図である。
図３において、図２に示す実施の形態２との差異は、積分回路１２の代替として積分回路１２が有する時定数より十分に低い時定数を有するローパスフィルタ（以下、単にＬＰＦ１４という）を用いたことにある。ＬＰＦ１４も積分回路１２同様、加速度センサ１１の出力に基づく物理量を積分して車両の状態を示す出力信号を生成し、判定回路３および診断回路２へ供給する機能を持つ。
図４に、横軸に周波数、縦軸にゲインを目盛ったＬＰＦ１４の周波数特性が示されている。例えば、４００Ｈｚのカットオフ周波数ｆc（ｆc＝１／２πＣＲ）を持つ積分回路１２に対し、カットオフ周波数１００ＨｚのＬＰＦ１４を使用することで駆動時間を決定し、かつ、駆動量の大きな自己駆動信号（自己診断パルス）を生成し、加速度センサ１１に供給することで、外部衝撃の影響を受けることなく自己診断が可能になる。
また、ＬＰＦ１４を用いる場合、図５の変形例に示されるように、ＬＰＦ１４の出力を診断回路２と判定回路３の双方に接続し、通常動作モード時と、自己診断モード時とでＬＰＦ１４の時定数を切替え制御することも可能である。
上記した実施の形態３に係る車両状態検出装置および同装置を備えた乗員保護装置によれば、積分回路１２の代替としてＬＰＦ１４を用いることにより、カットオフ周波数を切替えるだけで診断回路２と判定回路３の双方に共用することができ、部品点数の削減およびコスト低減に貢献することができる。
図６、図７は、この発明の実施の形態１〜３に係る乗員保護装置の診断動作の理解を深める意味で示した図であり、外部入力が印加された場合、誤判定に至る可能性がある従来技術（図６）と、外部入力に関わらず正確に自己診断できるこの発明の実施の形態１〜３（図７）がそれぞれ示されている。
図６、図７ともに、外部入力がない場合（ａ）と、ある場合（ｂ）の入力波形および診断波形であるセンサ出力とを時間軸上に示しており、また、図中、矢印（↓）は起動タイミング、・は診断ポイントを示す。
図６（ａ）（ｂ）に示されるように、従来、自己駆動した際のセンサ出力そのものを所定の閾値（正常範囲）と比較していたため、自己診断中に、外部からセンシングに影響する外力が印加されると（外部入力あり）、センサは自己駆動と外力の双方に反応するため、自己駆動と外部入力との合成波が生成され、正常な診断結果が得られなくなる（誤判定）。具体的には、センサが正常であっても自己診断中に印加された外力（例えば車両のドアを閉めることで発生する衝撃）によってセンサが所定の閾値を超えてしまえば異常と誤判断することになり、逆にセンサが自己駆動で動作しない異常な状態であっても、外力によってセンサが反応することで所定の閾値に偶発的に納まれば正常と誤判断することになる。
一方、上記したこの発明の実施の形態１〜３では、図７（ａ）（ｂ）に示されるように、車両に生じる不要なセンシングに影響する外力が印加されても正確に自己診断を行うことができる。ここで、車両に生じる不要なセンシングに影響する外力とは、例えばセンサが加速度センサの場合、車両のドアを閉めることで発生する衝撃や車両走行時に発生する振動等を意味し、センサが角速度センサの場合は乗員乗降時や走行時に発生する車両の揺れ等を意味する。これらの外力はいずれも振動成分であるため、時間積分するとゼロになる特徴がある。
したがって、従来技術のように、一時的なセンサ出力で診断する場合はこれらの外力が診断結果に影響を及ぼす可能性があるが、ある程度長い時間（例えば数＋ミリ秒から数百ミリ秒間の積分区間）連続で自己駆動し、その出力を積分処理した結果と予め設定し上下限の閾値とを比較診断するため、不要となる振動成分は相殺されてその影響を排除することが可能となる。
また、従来技術ではセンサの自己駆動はセンサ機能を確認することを目的としており、駆動量や駆動時間は特に規定されていないが、この発明では駆動量と駆動時間を調整し、乗員保護装置１０の作動閾値以上、すなわち車両の衝突や横転、転覆といった事象で生じるセンサ応答以上になるように設定（正常範囲）することで、通常状態でセンサに印加される外力と確実に区別することを可能としている。
具体的には、自己診断中に乗員が車両に荷物をぶつけるなどの外力を印加しても、これは乗員保護装置１０が作動する閾値と比べて明らかに小さいため、自己駆動によるセンサ応答に及ぼす影響はほとんどなく、自己診断が誤判定されることはない。
図８に、車両状態検出装置１に搭載されるセンサが加速度センサ１１であるとした場合の好適な駆動量と駆動時間が表によって示されている。
乗員保護装置１０の作動閾値を、加速度を時間積分して得られる速度成分で規定する場合（例えば、３０ｋｍ／ｈ以上）、駆動量と駆動時間を調整し（５０Ｇ−２０ｍｓ）、自己駆動のための積分値がこの値を超えるように、例えば、３５ｋｍ／ｈに設定する必要がある。
以上説明のように、この発明は、例えば、加速度センサ、角速度センサ、圧力センサ等の、センサを備えた車両状態検出装置１において、自己診断時、積分回路１２を介して時間積分された出力レベルに対し所定の閾値と比較判定することで、外部より入力される振動成分（衝撃、ノイズ等）の影響を受けることなく故障診断を行うことができる。また、設定する閾値を、乗員保護装置１０の動作閾値より高くなるように自己駆動させることで、乗員保護装置１０が作動しないレベルの外部入力と明確に区別することが可能となる。
上記した車両状態検出装置１は、エアバッグ等、車両の乗員保護装置１０に備えられ、車両状態検出装置１にて車両状態を検出し、乗員保護装置１０に備えられた判定回路３によってエアバック展開（スクイブ点火）等の制御を行うことができる。したがって、車両状態検出装置１が持つセンサの自己診断機能により、外力に影響されることなく車両の挙動を検出するセンサが正常に動作することを予め確認することが可能になるため、信頼性の高い乗員保護装置１０を提供することができる。
なお、診断回路２による診断は、車両状態保護装置１が行い、あるいは乗員保護装置１０が行なってもよい。また、上記した車両状態判定装置１あるいは乗員保護装置１０が有する各構成ブロックの機能は、全てをハードウェアによって実現しても、あるいはその少なくとも一部をソフトウェアで実現してもよい。例えば、診断回路２におけるデータ処理は、１または複数のプログラムによりマイクロプロセッサ上で実現してもよく、また、その少なくとも一部をハードウェアで実現してもよい。
なお、上記の各実施の形態では、この発明に係る車両状態判定装置を乗員保護装置に適用した場合について説明したが、この車両状態判定装置を例えば、特開平８−２３０６１０号公報に記載された歩行者保護装置に適用しても同様の作用効果、つまり車両に生じる不要なセンシングに影響する外力が印加されても正確な自己診断を行うことができる。
以上のように、この発明に係る車両状態検出装置は、車両の挙動を検出するセンサの出力に基づき物理量を積分して出力した信号と予め設定された上下限許容値との比較によりセンサの自己診断を行うようにしたことで、外力が印加されても正確な自己診断を行うことができるので、車両のエアバッグシステムにおける車両状態検出装置などに用いるのに適している。

Claims (7)

  1. 車両の挙動を検出するセンサ部と、
    前記センサ部のセンサ出力に基づく物理量を積分して前記車両の状態を示す出力信号を生成する積分処理部と、
    前記センサ部に対し自己駆動信号を供給し、前記積分処理部から得られる出力信号と、前記出力信号に対して予め設定された上下限許容値との比較を行い、前記センサ部の自己診断を行なう診断部とを有し、
    前記積分処理部が前記診断部による自己診断の際の前記センサ部からのセンサ出力の物理量を積分する車両状態検出装置と、
    前記車両状態検出装置から得られる出力信号と、予め設定されるスクイブの点火閾値とを比較して点火の要否を判定する判定部とを備え、
    前記上下限許容値を、前記点火閾値より高く設定することを特徴とする乗員保護装置。
  2. 前記車両状態検出装置は、
    前記センサ部と前記積分処理部とが同一基板上に実装され、前記診断部は、前記基板とは別基板に実装されることを特徴とする請求項１記載の乗員保護装置。
  3. 前記車両状態検出装置は、
    前記センサ部と、前記積分処理部と、前記診断部とが、同一基板上に実装されることを特徴とする請求項１記載の乗員保護装置。
  4. 前記車両状態検出装置は、
    前記センサ部による車両の挙動検知に影響する不要な外力が印加されても前記診断部による診断の結果に影響を与えない駆動量と駆動時間とを有する前記自己駆動信号を前記センサに供給する駆動部、
    を備えたことを特徴とする請求項１記載の乗員保護装置。
  5. 前記車両状態検出装置は、
    前記積分処理部が、
    アナログ積分回路で構成されることを特徴とする請求項１記載の乗員保護装置。
  6. 前記車両状態検出装置は、
    前記積分処理部が、
    前記アナログ積分回路が有する時定数より低い時定数を有するローパスフィルタで構成されることを特徴とする請求項６記載の乗員保護装置。
  7. 車両の挙動を検出するセンサ部と、
    前記センサ部のセンサ出力に基づく物理量を積分して前記車両の状態を示す出力信号を生成する積分処理部と、
    前記センサ部に対し自己駆動信号を供給し、前記積分処理部から得られる出力信号と、前記出力信号に対して予め設定された上下限許容値との比較を行い、前記センサ部の自己診断を行なう診断部とを有し、
    前記積分処理部が前記診断部による自己診断の際の前記センサ部からのセンサ出力の物理量を積分する車両状態検出装置と、
    前記車両状態検出装置から得られる出力信号と歩行者衝突判定信号とに基づき、予め設定されるスクイブの点火閾値とを比較して点火の要否を判定する判定部とを備え、
    前記上下限許容値を、前記点火閾値より高く設定することを特徴とする歩行者保護装置。
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