JP6064935B2 - 変形解析装置及び衝突検知装置 - Google Patents

Description

本発明は、変形解析装置及び衝突検知装置に係り、特に、測定対象物の３次元形状の変形を解析する変形解析装置、及び測定対象物に衝突物が衝突したことを検知する衝突検知装置に関する。

従来、衝突検知装置として、車両の衝突形態を判別する衝突形態判別手段と車両の衝突部位の衝突に伴う経時変形量を推定する変形量推定手段が具備されている装置が知られている（特許文献１）。当該衝突形態判別手段としては、車両に加速度計を配置して、計測された衝突時の加速度から衝突の有無を判別するとされている。また、当該変形量推定手段は、記憶手段に予め記憶された車両の対象部位の変形に相関する変形物理量との関係から求められている。

また、車両の側面衝突における衝突検知技術としては、加速度センサで計測したＸ軸とＹ軸の加速度変化により、既定の閾値に対する大小関係から衝突の有無を判別し、サイドエアバッグなどの乗員保護装置の起動をおこなう技術が知られている（特許文献２）。

また、加速度センサを車両に配置すると共に、ヨーレートセンサを合わせて具備することで、斜め衝突やオフセット衝突時の衝突の有無の判別を行う方法も知られている（特許文献３）。

また、ドアのインナーパネルとアウターパネルの間に密閉空間を設け、密閉空間の圧力変動を基に衝突の有無を判別している方法も知られている（特許文献４）。また、密閉空間を上下方向に分割する中間隔壁を設けることにより、バリア衝突とポール衝突の衝突形態の判別が可能である。

また、圧電フィルムから成るセンサ素子が荷重検出のためにフロントバンパーに配置されており、センサ素子で検出された衝突荷重に対応した値を基に衝突の有無を判別する方法も知られている（特許文献５）。

また、変形センサで計測された曲率及び曲率の変化率に基づいて、衝突時のエネルギーが算出され歩行者保護装置の作動要件が決定される方法も知られている（特許文献６）。

特開２０１３−１６６５１５号公報 特開２０１３−１５１１９２号公報 特開２０１３−１５４８３８号公報 特開２０１３−１４１８８７号公報 特開２００９−５１２９８号公報 特開２００６−２４８５０８号公報

従来技術においては、車両の衝突の判別を衝突による車両の変形によって生じる加速度、角速度、荷重及び圧力などの物理量から行う。しかし、これらの物理量は、車両の変形状態によって変化するものであり、衝突対象や車両の構造、剛性ごとに異なった値となる。このため、衝突対象を精度よく判別することが困難であると共に、衝突有無の判別精度が低いなどの問題がある。また、判別精度を向上させるためには、多数のセンサを配置しなければならず、配置上の制約やコストの問題に加え、走行時の振動による誤動作などの問題もある。

また、変形センサを用いて変形状態から衝突対象や衝突有無を判別する場合においては、圧電フィルムによるセンサ素子からフィルム変形に応じた電圧変化と曲率を対応付けている。フィルム変形が２次元変形の場合は対応づけが可能であるが、ねじれ変形など３次元変形においては電圧変化と曲率の対応付けが困難となるという問題がある。これは、圧電フィルムでは静電容量や発生する電荷が３次元変形によっても変化することによるものである。また、２次元変形では、衝突対象の判別が困難な場合があるという問題がある。更に、曲率を求めるのに隣接するセンサ素子からの信号を必要とするため、衝突などによりセンサ素子が破損した場合などは衝突の検知が困難となる問題がある。

本発明では、上記問題点を解決するために成されたものであり、測定対象物の３次元形状の変形を精度よく解析することができる変形解析装置を提供することを目的とする。

また、本発明では、測定対象物に衝突物が衝突したことを高精度に検知することができる衝突検知装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、第１の発明に係る変形解析装置は、測定対象物に設置され、設置位置に作用する物理量を検出する複数のセンサと、前記測定対象物に変形が生じた際に、所定時間毎に、前記複数のセンサの各々で検出された物理量に基づいて、前記複数のセンサの設置位置の各々の回転角度を測定する測定手段と、前記測定手段により前記所定時間毎に測定された前記複数のセンサの設置位置の各々の回転角度と、予め定められた基準となる前記複数のセンサの設置位置の各々の３次元座標値とに基づいて、前記所定時間毎の前記測定対象物の３次元形状を表す各位置の３次元座標値を演算する座標演算手段と、前記座標演算手段により演算された前記所定時間毎の前記測定対象物の３次元形状を表す各位置の３次元座標値と、前記予め定められた基準となる前記複数のセンサの設置位置の各々の３次元座標値とに基づいて、前記所定時間毎の前記測定対象物の３次元形状と基準となる３次元形状との形状の変形量を演算する状態演算手段と、を含んで構成されている。

第１の発明によれば、複数のセンサにより、設置位置に作用する物理量を検出し、測定手段により、測定対象物に変形が生じた際に、所定時間毎に、センサにより検出された物理量に基づいて、複数のセンサの設置位置の各々の回転角度を測定し、座標演算手段により、所定時間毎に測定された複数のセンサの設置位置の各々の回転角度と、予め定められた基準となる複数のセンサの設置位置の各々の３次元座標値とに基づいて、所定時間毎の測定対象物の３次元形状を表す各位置の３次元座標を演算し、状態変算手段により、所定時間毎の測定対象物の３次元形状を表す各位置の３次元座標値と、予め定められた基準となる複数のセンサの設置位置の各々の３次元座標値とに基づいて、所定時間毎の測定対象物の３次元形状と、基準と成る３次元形状との形状の変形量を演算する。

このように、所定時間毎に測定された複数のセンサの設置位置の各々の回転角度に基づいて、所定時間毎の測定対象物の３次元形状を表す各位置の３次元座標を演算し、演算された所定時間毎の測定対象物の３次元形状と、基準となる３次元形状との変形量を演算することによって、測定対象物の３次元形状の変形を精度よく解析することができる。

また、第１の発明に係る変形解析装置において、前記複数のセンサは、角速度センサであり、前記測定手段は、前記測定対象物に変形が生じた際に、所定時間毎に、前記複数の角速度センサの各々で検出された角速度に基づいて、前記複数の角速度センサの設置位置の各々の回転角度を測定してもよい。

また、第１の発明に係る変形解析装置において、前記複数のセンサは、角度センサとしてもよい。

第２の発明に係る変形解析装置は、測定対象物に設置され、設置位置に作用する物理量を検出する複数のセンサと、前記複数のセンサにより前記所定時間毎に検出された前記複数のセンサの設置位置の各々の物理量と、予め定められた前記物理量と前記設置位置の変化量との関係と、予め定められた基準となる前記複数のセンサの設置位置の各々の３次元座標値と、に基づいて、前記所定時間毎の前記測定対象物の３次元形状を表す各位置の３次元座標値を演算する座標演算手段と、前記座標演算手段により演算された前記所定時間毎の前記測定対象物の３次元形状を表す各位置の３次元座標値と、前記予め定められた基準となる前記複数のセンサの設置位置の各々の３次元座標値とに基づいて、前記測定対象物の３次元形状と基準となる３次元形状との形状の変形量を算出する状態演算手段と、を含んで構成されている。

第２の発明によれば、複数のセンサにより、設置位置に作用する物理量を検出し、座標演算手段により、所定時間毎に検出された複数のセンサの設置位置の各々の物理量と、予め定められた前記物理量と前記設置位置の変化量との関係と、予め定められた基準となる複数のセンサの設置位置の各々の３次元座標値とに基づいて、所定時間毎の測定対象物の３次元形状を表す各位置の３次元座標を演算し、状態演算手段により、所定時間毎の測定対象物の３次元形状を表す各位置の３次元座標値と、予め定められた基準となる複数のセンサの設置位置の各々の３次元座標値とに基づいて、測定対象物の３次元形状と、基準と成る３次元形状との形状の変形量を演算する。

このように、所定時間毎に検出された複数のセンサの設置位置の各々の物理量と、予め定められた物理量と設置位置の変化量との関係とに基づいて、所定時間毎の測定対象物の３次元形状を表す各位置の３次元座標を演算し、演算された所定時間毎の測定対象物の３次元形状と、基準となる３次元形状との変形量を演算することによって、測定対象物の３次元形状の変形を精度よく解析することができる。

また、第２の発明に係る変形解析装置において、前記複数のセンサは、角速度センサとしてもよい。

第３の発明に係る衝突検知装置は、第１又は２の発明の変形解析装置と、前記状態演算手段により演算された前記測定対象物の３次元形状と前記基準となる３次元形状との形状の変形量に基づいて、前記測定対象物に対する衝突を検知する衝突検知手段と、を含んで構成されている。

第３の発明によれば、測定対象物の３次元形状の変化量に基づいて、測定対象物に対する衝突を検知することによって、測定対象物に衝突物が衝突したことを高精度に検知することができる。

また、第３の発明において、前記状態演算手段により演算された前記測定対象物の３次元形状と前記基準となる３次元形状との形状の変形量に基づいて、前記測定対象物に衝突した衝突物を判定する判定手段を更に含んでもよい。

以上説明したように、本発明の変形解析装置によれば、所定時間毎に測定された複数のセンサの設置位置の各々の物理量に基づいて、所定時間毎の測定対象物の３次元形状を表す各位置の３次元座標を演算し、基準となる３次元形状との変形量を演算することによって、測定対象物の３次元形状の変形を精度よく解析することができる。また、本発明の衝突検知装置によれば、測定対象物に衝突物が衝突したことを高精度に検知することができる。

衝突検知装置の例を示す図である 本発明の第１の実施の形態に係る衝突検知装置の機能的構成を示すブロック図である。 ドアパネルへのセンサ取り付け例を示す図である。 センサの例を示す図である。 傾斜角度の算出の例を示す図である。 センサの配置の例を示す図である。 測定対象物に衝突体が衝突した例を示す図である。 各種の３次元変形形態の例を示す図である。 傾斜角度と変形量の関係を示す図である。 複数センサによる変形形状の推定の例を示す図である。 本発明の第１の実施の形態に係る衝突検知装置における衝突検知処理ルーチンを示すフローチャート図である。 サイドドアへの衝突形態の例を示す図である。 変形形状演算結果例を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る衝突検知装置の機能的構成を示すブロック図である。 角速度と測定対象物の傾斜角度の変化量との関係を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る衝突検知装置における衝突検知処理ルーチンを示すフローチャート図である。 本発明の第３の実施の形態に係る衝突検知装置の機能的構成を示すブロック図である。 バンパー及びフード変形による歩行者衝突検知の例を示す図である。 車室内変形把握による救急サービスへの適用例を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。本発明の実施の形態に係る衝突検知装置は、図１に示すように、測定対象物に取り付けられたセンサを用いて、衝突体が衝突した場合の、測定対象物の形状を演算し、衝突の有無を検知するものである。

＜第１の実施の形態に係る衝突検知装置の構成＞
まず、本発明の第１の実施の形態に係る衝突検知装置１００の構成について説明する。図２に示すように、本発明の実施の形態に係る衝突検知装置１００は、ＣＰＵと、ＲＡＭと、後述する衝突検知処理ルーチンを実行するためのプログラムや各種データを記憶したＲＯＭと、を含むコンピュータで構成することが出来る。この衝突検知装置１００は、機能的には図２に示すようにセンサ１０１Ａ〜１０１Ｉと、信号処理回路１０４と、車両コンピュータＥＣＵ１０５とを備えている。

衝突検知装置１００は、図３に示すように、サイドドア１２のドアアウターパネル１４の内面に取り付けられている。本発明の第１の実施の形態においては、車両バンパーやポールなどの衝突体がサイドドア１２に衝突するとドアアウターパネル１４が変形し、衝突のエネルギーが大きい場合は、ドアインパクトビーム１８０や、ドアインナーパネル１６などもドアアウターパネル１４の変形に引き続いて変形する。

センサ１０１Ａ〜１０１Ｉは、図３に示すように、測定対象物であるサイドドア１２のドアアウターパネル１４の内面に所定間隔で、格子状に設置されており、信号処理回路１０４と信号線及び電源線で接続されている。また、センサ１０１Ａ〜１０１Ｉは、図４に示すように、隣接して設置されているセンサ間の相対距離Ｌを固定するための結合体で結合されており、隣接して設置されているセンサ間の、測定対象物の変形形状に沿った相対距離Ｌは、測定対象物の変形に関わらず固定とする。

センサ１０１Ｂ〜１０１Ｉは、センサ１０１Ａと同様の構成であるため、以下、センサ１０１Ａの構成について説明する。センサ１０１Ａは、センサ座標軸における３軸周りの角速度を検出する角速度計測部４００Ａと、Ａ／Ｄ変換部４０２Ａと、処理部４０４Ａと、通信部４０６Ａとを含んで構成されている。

角速度計測部４００Ａは、所定時間毎に、センサ座標軸におけるＸＹＺ軸の３軸周りの角速度ω_ｘ、ω_ｙ、及びω_ｚをアナログ値の物理量として検出し、Ａ／Ｄ変換部４０２Ａに出力する。なお、角速度計測部４００Ａが角速度センサの一例である。

Ａ／Ｄ変換部４０２Ａは、角速度計測部４００Ａから入力されるアナログ値の角速度について、アナログ−ディジタル変換し、処理部４０４Ａに出力する。

処理部４０４Ａは、Ａ／Ｄ変換部４０２Ａから入力されたディジタル値の角速度について、１階の時間積分をし、所定時間毎に、センサ１０１Ａのセンサ座標軸における回転角度の変化量θ_ｘ、θ_ｙ、及びθ_ｚを測定し、測定した回転角度の変化量と、ワールド座標系軸におけるセンサ１０１Ａの回転角度の前回測定値又は初期値とに基づいて、ワールド座標系軸におけるセンサ１０１Ａの回転角度を測定し、通信部４０６Ａを介して信号処理回路１０４に出力する。なお、角速度の積分処理の際に、ノイズや直流成分による誤差の影響を考慮し、図５に示すように、誤差を除去するための信号ω_０を差分とすることにより、誤差の低減処理を行ってもよい。また、ワールド座標系軸における回転角度を、以後センサの傾斜角度とする。また、センサ１０１Ａ〜１０１Ｉの各々の初期状態のセンサの傾斜角度は、予めメモリ（図示省略）に記憶されているものとする。また、処理部４０４Ａが測定手段の一例である。

具体的に、図６に示すように配置されているセンサ１０１Ａ及びセンサ１０１Ｂの例について考えてみると、ドアアウターパネル１４に衝突対象物であるポールが衝突した場合、ドアアウターパネル１４の変形状況は図７に示す通りになる。

このとき、センサ１０１Ａ及びセンサ１０１Ｂは、図７のように座標軸が傾斜する。ここで、簡単のために、センサ１０１Ａ及びセンサ１０１Ｂがｙ軸周りにθ_１とθ_２だけ回転したとする。そのため、センサ１０１Ａ及びセンサ１０１Ｂは、センサ１０１Ａ及びセンサ１０１Ｂの傾斜角度θ_１とθ_２の各々を信号処理回路１０４へ出力する。なお、各軸の方向をサイドドア１２のＵＰ−ＯＵＴ方向に対して、図６のように定めるものとする。また、当該具体例においては、ワールド座標系軸とセンサ座標系軸が同一である場合について説明したものとする。

信号処理回路１０４は、衝突物が測定対象物であるサイドドア１２に衝突したか否かを検知して、車両コンピュータＥＣＵ１０５に出力する。信号処理回路１０４は、入力部５００と、演算部５０１と、出力部５１０とを含んで構成されている。

入力部５００は、センサ１０１Ａ〜１０１Ｉの各々から、所定時間毎に入力されるセンサの傾斜角度の各々を受け付ける。

演算部５０１は、座標変換部５０２と、状態演算部５０４と、衝突検知部５０５と、判定部５０６と、記憶部５０８と、を備えて構成されている。

座標変換部５０２は、所定時間毎に、入力部５００において受け付けたセンサ１０１Ａ〜１０１Ｉの各々の、センサの傾斜角度と、記憶部５０８に記憶されているセンサ１０１Ａ〜１０１Ｉの各々のワールド座標系軸における初期状態の３次元座標値とに基づいて、測定対象物の全体形状を表す各位置の３次元座標値を演算して、測定対象物の全体形状を構築する。センサ１０１Ａ〜１０１Ｉをドアアウターパネル１４に平面分散配列している場合においては、図８のような３次元変形形状を構築することができる。例えば、センサ各々の初期状態の３次元座標値において、センサ各々の傾斜角度を用いて、当該３次元座標値において、センサ各々の傾斜を持たせた線分を結んで形成された形状を測定対象物の全体形状として構築する。

状態演算部５０４は、所定時間毎に、座標変換部５０２から入力される測定対象物の全体形状と、記憶部５０８に記憶されているセンサ１０１Ａ〜１０１Ｉの各々のワールド座標系軸における初期状態の３次元座標値から構築される測定対象物の初期状態の全体形状とに基づいて、測定対象物の３次元形状の変形量を算出し、衝突検知部５０５に出力する。具体的には、測定対象物の３次元形状の変化における、予め定められた平面での断面積を、３次元形状の変形量として算出する。例えば、測定対象物の３次元形状の変化における、センサ面と垂直な平面であって、かつ、鉛直方向を含む平面での断面積と、測定対象物の３次元形状の変化における、センサ面と垂直な平面であって、かつ、水平方向を含む平面での断面積とを、３次元形状の変形量として各々算出する。

例えば、図９、図１０に示すように、センサの傾斜角度θに応じて、測定対象物の３次元形状が変化し、３次元形状の変化における断面積が算出される。

衝突検知部５０５は、所定時間毎に、状態演算部５０４から入力される測定対象物の３次元形状の変形量に基づいて、測定対象物に衝突物が衝突したか否かの判定を行い、結果を判定部５０６及び出力部５１０へ出力する。

判定部５０６は、衝突検知部５０５から測定対象物に衝突物が衝突したという判定結果が入力された場合には、判定部５０６は、状態演算部５０４から入力される測定対象物の３次元形状の変形量、及び、記憶部５０８に記憶されている測定対象物の３次元形状の変形量と衝突物の種類との対応関係情報とに基づいて、衝突物が何かを判定し、結果を出力部５１０へ出力する。

例えば、測定対象物の３次元形状の変化における、センサ面と垂直な平面であって、かつ、鉛直方向を含む平面での断面積が大きく、測定対象物の３次元形状の変化における、センサ面と垂直な平面であって、かつ、水平方向を含む平面での断面積が小さい場合には、衝突物はポールであると判定する。また、測定対象物の３次元形状の変化における、センサ面と垂直な平面であって、かつ、鉛直方向を含む平面での断面積が小さく、測定対象物の３次元形状の変化における、センサ面と垂直な平面であって、かつ、水平方向を含む平面での断面積が大きい場合には、衝突物は車両のバンパーであると判定する。

記憶部５０８は、センサ１０１Ａ〜１０１Ｉの各々のワールド座標系軸における初期状態の３次元座標値と、測定対象物の３次元形状の変形量と衝突物の種類との対応関係情報と、を記憶している。

出力部５１０は、衝突検知部５０５及び判定部５０６から入力された判定結果を、車両コンピュータＥＣＵ１０５に出力する。

車両コンピュータＥＣＵ１０５は、出力部５１０から入力された判定結果に基づいて、制御装置（図示省略）に、乗員保護装置（図示省略）への制御命令を出力する。具体的には、出力部５１０から衝突物が衝突したという結果が入力された場合には、乗員保護装置を起動させる命令を制御装置に行わせるように制御装置に命令を行う。

＜第１の実施の形態に係る衝突検知装置の作用＞
次に、第１の実施の形態に係る衝突検知装置１００の作用について説明する。まず、初期状態から所定時間毎に、センサ１０１Ａ〜１０１Ｉの各々が、当該センサの傾斜角度を測定して信号処理回路１０４に出力する毎に、衝突検知装置１００は、センサ１０１Ａ〜１０１Ｉの各々のセンサの傾斜角度を、信号処理回路１０４により受け付ける。そして、衝突検知装置１００によって、図１１に示す衝突検知処理ルーチンが実行される。

まず、ステップＳ１００では、記憶部５０８に記憶されているセンサ１０１Ａ〜１０１Ｉの各々の、ワールド座標系軸における初期状態の３次元座標値を読み込む。

次に、ステップＳ１０４では、記憶部５０８に記憶されている測定対象物の３次元形状の変形量と衝突物の種類との対応関係情報を読み込む。

次に、ステップＳ１０６では、信号処理回路１０４により受け付けたセンサ１０１Ａ〜１０１Ｉの各々のセンサの傾斜角度と、ステップＳ１００において取得したセンサ１０１Ａ〜１０１Ｉの各々のワールド座標系軸における初期状態の３次元座標値と、に基づいて、測定対象物の全体形状を表す各位置の３次元座標値を演算して、測定対象物の全体形状を構築する。

次に、ステップＳ１０８では、ステップＳ１０６において取得した測定対象物の全体形状と、ステップＳ１００において取得したセンサ１０１Ａ〜１０１Ｉの各々のワールド座標系軸における初期状態の３次元座標値から構築される測定対象物の初期状態の全体形状とを比較して、測定対象物の３次元形状の変形量を算出する。

次に、ステップＳ１０９では、ステップＳ１０８において取得した測定対象物の３次元形状の変形量に基づいて、測定対象物に衝突物が衝突したか否かを判定する。測定対象物に衝突物が衝突したと判定される場合には、ステップ１１０へ移行し、測定対象物に衝突物が衝突していないと判定された場合には、ステップ１１２へ移行する。

ステップＳ１１０では、ステップＳ１０８において取得した測定対象物の３次元形状の変形量と、ステップＳ１０４において取得した測定対象物の３次元形状の変形量と衝突物の種類との対応関係の情報とに基づいて、衝突した対象物が何かということを判定する。

次に、ステップＳ１１２では、ステップＳ１０９又はステップＳ１１０において取得した、判定結果を出力部５１０から出力して、衝突検知処理ルーチンを終了する。

以上説明したように、本発明の第１の実施の形態に係る衝突検知装置によれば、所定時間毎に測定された複数のセンサの設置位置の各々のセンサの傾斜角度に基づいて、所定時間毎の測定対象物の３次元形状を表す各位置の３次元座標を演算し、基準となる３次元形状との変形量を演算することによって、測定対象物に衝突体が衝突したことを高精度に検知することができる。

また、衝突体が車両のバンパーなどのようなものであれば、対象範囲において上下方向に比べ長手方向に顕著な変形が生じ、衝突体がポールであるような場合には、対象範囲において上下方向に顕著な変形が生じる。このような変形量により、衝突体がバンパー、ポール等の判別を精度よく行うことができる。

また、衝突体の衝突が生じた直後から、測定対象物の３次元変形履歴が得られることから、一定量の変形が生じてから検出が可能となる加速度や圧力などの物理量に比べて、早期に衝突の有無を検知することができる。

また、測定対象物が柔軟体である場合においても、３次元変形履歴を基に衝突の有無を判定することから、精度よく衝突の有無を検知することができる。

また、センサ各々の計測結果を基に３次元変形量を算出するため、衝突時の大きな衝撃によって、一部のセンサが破損した場合であっても、衝突の有無の検知をすることができる。

また、衝突検知装置は、サイドドアの内部などの狭い空間にも配置することが可能であり、更に、ドアアウターパネルの衝突直後の３次元変形形態を基に衝突の有無を判別することから、短時間で衝突の検知を行うことができる。これにより、乗員保護装置を早期に作動させることが可能となり、高い保護性能を得ることができる。

また、ドアアウターパネルの変形範囲や変形量などから、衝突体の大きさや衝突時のエネルギーを容易に把握することが可能であり、衝突体の大きさや衝突時のエネルギーに応じて保護装置を選択して起動させたり、保護装置の機能を選択して制御させたりすることができる。これにより、より衝突状況に応じた乗員保護を行うことができるといった優れた効果を得ることができる。

具体的に、図１２を用いて説明する。図１２においては、（ａ）〜（ｄ）までの４種類の衝突体がドアアウターパネル１４に衝突する状況を示している。ここで、Ｈはドアの高さ方向、Ｗは幅方向、Ｌは厚み方向の座標軸となる。ドアアウターパネル１４の内側（ＩＮ）には、複数のセンサ１０１が配置されている。例えば、衝突体として（ａ）の短円柱が衝突すると、３次元形状演算結果として図１３の（ａ）のような演算結果が得られる。すなわち、Ｗが車両前方方向で、変形範囲は衝突体の進入形状に対応し、Ｈは下方の値となる。Ｌはドアへの侵入量であるので、衝突エネルギーが大きければＬも大きくなる。よって、Ｈ及びＷから衝突体の概略の形状とドアアウターパネル１４への衝突位置を得ることができ、さらにＬの値より衝突エネルギーの大きさを得ることができる。

また、（ｂ）〜（ｄ）の衝突体についても、同様にＨ、Ｗ、及びＬの値から、衝突体の概略の形状と衝突位置および衝突エネルギーが得られる。このように、衝突時の各種の情報が得られることから、衝突の有無を高精度に検知することができる。また、衝突状況に応じた保護装置の起動が行える。なお、図１３の（ｅ）は、精度検証のために行った実験の形状演算結果の一例であり、半円柱を衝突検知装置に衝突させた際の結果である。図１３（ｅ）に示すように半円柱の外形に対応した３次元変形形状が得られる。

また、微小な衝突状況においても衝突の検知を行うことができる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。

例えば、第１の実施の形態においては、センサは１０１Ａ〜１０１Ｉの９個の場合について説明しているが、これに限定されるものではなく、センサの数を他の数にしてもよい。

また、第１の実施の形態においては、衝突検知装置１００をサイドドア１２に設置する場合について説明したが、これに限定されるものではない。例えば、車両のサイドドア１２以外の部位に設置してもよいし、車両以外の物に設置してもよい。

また、第１の実施の形態においては、センサ１０１Ａ〜１０１Ｉがサイドドア１２のドアアウターパネル１４の内面に所定間隔で格子状に設置された例を示したが、必ずしもセンサの配置は格子状に限定されるものではなく、例えばランダム状であってもよい。

次に、第２の実施の形態に係る衝突検知装置について説明する。

第２の実施の形態においては、センサにより検出された角速度を用いて測定対象物の３次元形状を構築している点が第１の実施の形態と異なる。なお、第１の実施の形態に係る衝突検知装置と同様の構成及び作用については、同一の符号を付して説明を省略する。

＜第２の実施の形態に係る衝突検知装置の構成＞
まず、本発明の第２の実施の形態に係る衝突検知装置６００の構成について説明する。図１４に示すように、本発明の実施の形態に係る衝突検知装置６００は、ＣＰＵと、ＲＡＭと、後述する衝突検知処理ルーチンを実行するためのプログラムや各種データを記憶したＲＯＭと、を含むコンピュータで構成することが出来る。この衝突検知装置６００は、機能的には図１４に示すようにセンサ７００Ａ〜７００Ｉと、信号処理回路８００と、車両コンピュータＥＣＵ１０５とを備えている。

センサ７００Ａ〜７００Ｉは、測定対象物であるサイドドア１２のドアアウターパネル１４の内面に所定間隔で格子状に設置されており、信号処理回路８００と信号線及び電源線で接続されている。

センサ７００Ｂ〜７００Ｉは、センサ７００Ａと同様の構成であるため、以下、センサ７００Ａの構成について説明する。センサ７００Ａは、センサ座標軸における３軸周りの角速度を検出する角速度計測部４００Ａと、Ａ／Ｄ変換部４０２Ａと、通信部４０６Ａとを含んで構成されている。

信号処理回路８００は、衝突物が測定対象物であるサイドドア１２に衝突したか否かを検知して、車両コンピュータＥＣＵ１０５に出力する。信号処理回路８００は、入力部５００と、演算部８０２と、出力部５１０とを含んで構成されている。

入力部５００は、センサ７００Ａ〜７００Ｉの各々から、所定時間毎に入力されるセンサの角速度の各々を受け付ける。

演算部８０２は、座標変換部８０４と、状態演算部５０４と、衝突検知部５０５と、判定部５０６と、記憶部８０６と、を備えて構成されている。

座標変換部８０４は、所定時間毎に、入力部５００において受け付けたセンサ７００Ａ〜７００Ｉの各々の、センサの角速度と、記憶部８０６に記憶されているセンサ７００Ａ〜７００Ｉの各々のワールド座標系軸における初期状態の３次元座標値と、センサ７００Ａ〜７００Ｉの各々のワールド座標系軸における初期状態又は一時刻前の傾斜角度と、予め定められた角速度と測定対象物の傾斜角度の変化量との対応関係情報とに基づいて、測定対象物の全体形状を表す各位置の３次元座標値を演算して、測定対象物の全体形状を構築し、記憶部８０６に記憶すると共に衝突検知部５０５へ出力する。例えば、入力部５００において受け付けたセンサ７００Ａ〜７００Ｉの各々の、センサの角速度と、予め定められた角速度と測定対象物の傾斜角度の変化量との対応関係情報と、初期状態又は一時刻前の傾斜角度とに基づいて、各センサの傾斜角度を求め、求めた各センサの傾斜角度と、記憶部５０８に記憶されているセンサ７００Ａ〜７００Ｉの各々のワールド座標系軸における初期状態の３次元座標値とに基づいて、測定対象物の全体形状を表す各位置の３次元座標値を演算して、測定対象物の全体形状を構築する。

状態演算部５０４は、例えば、図１５に示すように、センサの角速度ωに応じて、測定対象物の３次元形状が変化し、３次元形状の変化における断面積を算出する。

記憶部８０６は、センサ７００Ａ〜７００Ｉの各々のワールド座標系軸における初期状態の３次元座標値、予め定められた角速度と測定対象物の傾斜角度の変化量との対応関係情報、測定対象物の３次元形状の変形量と衝突物の種類との対応関係情報、及び前回の時刻における測定対象物の全体形状を記憶している。

＜第２の実施の形態に係る衝突検知装置の作用＞
次に、第２の実施の形態に係る衝突検知装置６００の作用について説明する。まず、初期状態から所定時間毎に、センサ７００Ａ〜７００Ｉの各々が、当該センサの角速度を検出して信号処理回路８００に出力する毎に、衝突検知装置６００は、センサ７００Ａ〜７００Ｉの各々のセンサの角速度を、信号処理回路８００により受け付ける。そして、衝突検知装置６００によって、図１６に示す衝突検知処理ルーチンが実行される。

ステップＳ２００では、記憶部５０８に記憶されているセンサの角速度と測定対象物の傾斜角度の変化量との対応関係情報を読み込む。

ステップＳ２０２では、記憶部５０８に記憶されている前回の時刻における測定対象物の全体形状を読み込む。

次に、ステップＳ２０４では、信号処理回路８００により受け付けたセンサ７００Ａ〜７００Ｉの各々の角速度と、ステップＳ２００において取得したセンサの角速度と測定対象物の傾斜角度の対応関係情報と、ステップＳ１００において取得したセンサ７００Ａ〜７００Ｉの各々のワールド座標系軸における初期状態又は一時刻前の３次元座標値と、センサ７００Ａ〜７００Ｉの各々のワールド座標系軸における初期状態の傾斜角度とに基づいて、測定対象物の全体形状を表す各位置の３次元座標値を演算して、測定対象物の全体形状を構築する。

以上説明したように、本発明の第２の実施の形態に係る衝突検知装置によれば、所定時間毎に検出された複数のセンサの設置位置の各々の角速度に基づいて、所定時間毎の測定対象物の３次元形状を表す各位置の３次元座標を演算し、基準となる３次元形状との変形量を演算することによって、測定対象物に衝突体が衝突したことを高精度に検知することができる

また、センサの各々において検出された角速度に基づいて、測定対象物の全体形状を構築することができるので、センサの傾斜角度を用いる場合よりも、高速に衝突を検知することができる。

次に、第３の実施の形態に係る衝突検知装置について説明する。

第３の実施の形態においては、センサによりセンサの傾斜角度自体を検出する点が第１の実施の形態と異なる。なお、第１の実施の形態に係る衝突検知装置と同様の構成及び作用については、同一の符号を付して説明を省略する。

＜第３の実施の形態に係る衝突検知装置の構成＞
まず、本発明の第３の実施の形態に係る衝突検知装置１０００の構成について説明する。図１７に示すように、本発明の実施の形態に係る衝突検知装置１０００は、ＣＰＵと、ＲＡＭと、後述する衝突検知処理ルーチンを実行するためのプログラムや各種データを記憶したＲＯＭと、を含むコンピュータで構成することが出来る。この衝突検知装置１０００は、機能的には図１７に示すようにセンサ１１００Ａ〜１１００Ｃと、信号処理回路１２００と、車両コンピュータＥＣＵ１０５とを備えている。

センサ１１００Ａ〜１１００Ｉは、測定対象物であるサイドドア１２のドアアウターパネル１４の内面に所定間隔で格子状に設置されており、信号処理回路１２００と信号線及び電源線で接続されている。なお、センサ１１００Ａ〜１１００Ｉが角度センサの一例である。

センサ１１００Ｂ〜１１００Ｉは、センサ１１００Ａと同様の構成であるため、以下、センサ１１００Ａの構成について説明する。センサ１１００Ａは、センサの傾斜角度を検出する角度計測部１１０１Ａと、Ａ／Ｄ変換部４０２Ａと、通信部４０６Ａとを含んで構成されている。なお、Ａ／Ｄ変換部４０２Ａが測定手段の一例である。

角度計測部１１０１Ａは、センサ１１００Ａのセンサの傾斜角度を検出する。なお、角度計測部１１０１Ａが角度センサの一例である。

信号処理回路１２００は、衝突物が測定対象物であるサイドドア１２に衝突したか否かを検知して、車両コンピュータＥＣＵ１０５に出力する。信号処理回路１２００は、入力部５００と、演算部１３００と、出力部５１０とを含んで構成されている。

入力部５００は、センサ１１００Ａ〜１１００Ｉの各々から、所定時間毎に入力されるセンサの傾斜角度の各々を受け付ける。

演算部１３００は、座標変換部１４００と、状態演算部５０４と、衝突検知部５０５と、判定部５０６と、記憶部５０８と、を備えて構成されている。

座標変換部１４００は、所定時間毎に、入力部５００において受け付けたセンサ１１００Ａ〜１１００Ｉの各々の、センサの傾斜角度と、記憶部５０８に記憶されているセンサ１１００Ａ〜１１００Ｉの各々のワールド座標系軸における初期状態の３次元座標値とに基づいて、測定対象物の全体形状を表す各位置の３次元座標値を演算して、測定対象物の全体形状を構築する。

以上説明したように、本発明の第３の実施の形態に係る衝突検知装置によれば、所定時間毎に検出された複数のセンサの傾斜角度に基づいて、所定時間毎の測定対象物の３次元形状を表す各位置の３次元座標を演算し、基準となる３次元形状との変形量を演算することによって、測定対象物に衝突体が衝突したことを高精度に検知することができる。

次に、第４の実施の形態に係る衝突検知装置について説明する。

第４の実施の形態においては、図１８に示すように、衝突検知装置１００を車両のバンパー及びボンネットに設置する形態が第１の実施の形態と異なる。なお、第１の実施の形態に係る衝突検知装置１００と同様の構成及び作用については、同一の符号を付して説明を省略する。

衝突検知装置１００は、図１８に示すように、車両のバンパー及びボンネットに設置されている。

以上説明したように、本発明の第４の実施の形態に係る衝突検知装置１００によれば、衝突時の衝突範囲や衝突エネルギー取得することができるので、衝突体が歩行者あるいは自転車乗員である場合に、歩行者に関しては、大人と子供の区別や、歩行者と道路ポールとの判別などが容易に行うことが出来る。また、歩行者と、自転車乗員の区別も行うことができる。車両と衝突体の衝突直後の早期にこれらの判別を行うことができるので、保護装置の早期の起動をすることができる。

また、バンパーやボンネットなどは空間が狭いが、このような狭い空間への衝突検知装置の設置も可能であることから、車両の意匠による制約を回避することができる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。

例えば、第４の実施の形態において、衝突検知装置１００を車両のバンパー及びボンネットに設置する場合について説明したがこれに限定されるものではなく、車両の他の部分に設置してもよい。

次に、第５の実施の形態に係る衝突検知装置について説明する。

第５の実施の形態では、衝突検知装置１００をトーボードに設置している形態が第１の実施の形態と異なる。なお、第１の実施の形態に係る衝突検知装置１００と同様の構成及び作用については、同一の符号を付して説明を省略する。

衝突検知装置１００は、図１９に示すように、車両のトーボード５に設置されている。

以上説明したように、本発明の第５の実施の形態に係る衝突検知装置１００によれば、事故時のトーボードの３次元変形履歴を計測して把握することで、乗員に作用する外力や作用部位を高精度に把握することができる。また、当該情報を活用することにより、救急サービスの向上を図ることができる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。

上記第１〜５の実施の形態に係る衝突検知装置は一例であり、上記第１〜５の実施形態以外においても適用することができる。

５ トーボード
１２ サイドドア
１４ ドアアウターパネル
１６ ドアインナーパネル
１００ 衝突検知装置
１０１ センサ
１０４ 信号処理回路
１８０ ドアインパクトビーム
４００ 角速度計測部
４０２ 変換部
４０４ 処理部
４０６ 通信部
５００ 入力部
５０１ 演算部
５０２ 座標変換部
５０４ 状態演算部
５０６ 判定部
５０８ 記憶部
５１０ 出力部
６００ 衝突検知装置
７００ センサ
８００ 信号処理回路
８０２ 演算部
８０４ 座標変換部
８０６ 記憶部
１０００ 衝突検知装置
１１００ センサ
１１０１ 角度センサ
１２００ 信号処理回路
１３００ 演算部
１４００ 座標変換部

Claims (7)

1. 測定対象物に平面状に設置され、設置位置に作用する物理量を検出する複数のセンサと、
   前記測定対象物に変形が生じた際に、所定時間毎に、前記複数のセンサの各々で検出された物理量に基づいて、前記複数のセンサの設置位置の各々の３軸の回転角度を測定する測定手段と、
   前記測定手段により前記所定時間毎に測定された前記複数のセンサの設置位置の各々の３軸の回転角度と、予め定められた基準となる前記複数のセンサの設置位置の各々のワールド座標系の３次元座標値とに基づいて、前記所定時間毎の前記測定対象物の３次元形状を表す各位置のワールド座標系の３次元座標値を演算する座標演算手段と、
   前記座標演算手段により演算された前記所定時間毎の前記測定対象物の３次元形状を表す各位置のワールド座標系の３次元座標値と、前記予め定められた基準となる前記複数のセンサの設置位置の各々のワールド座標系の３次元座標値とに基づいて、前記所定時間毎の前記測定対象物の３次元形状と基準となる３次元形状との形状の変形量を演算する状態演算手段と
   を含む、変形解析装置。
2. 前記複数のセンサは、角速度センサであり、
   前記測定手段は、前記測定対象物に変形が生じた際に、所定時間毎に、前記複数の角速度センサの各々で検出された３軸の角速度に基づいて、前記複数の角速度センサの設置位置の各々の３軸の回転角度を測定する請求項１記載の変形解析装置。
3. 前記複数のセンサは、角度センサである請求項１記載の変形解析装置。
4. 測定対象物に平面状に設置され、設置位置に作用する３軸の角速度を検出する複数のセンサと、
   前記測定対象物に変形が生じた際に、前記複数のセンサにより所定時間毎に検出された前記複数のセンサの設置位置の各々の３軸の角速度と、予め定められた前記角速度と前記設置位置の変化量との関係と、予め定められた基準となる前記複数のセンサの設置位置の各々のワールド座標系の３次元座標値と、に基づいて、前記所定時間毎の前記測定対象物の３次元形状を表す各位置のワールド座標系の３次元座標値を演算する座標演算手段と、
   前記座標演算手段により演算された前記所定時間毎の前記測定対象物の３次元形状を表す各位置のワールド座標系の３次元座標値と、前記予め定められた基準となる前記複数のセンサの設置位置の各々のワールド座標系の３次元座標値とに基づいて、前記測定対象物の３次元形状と基準となる３次元形状との形状の変形量を算出する状態演算手段と
   を含む、変形解析装置。
5. 前記複数のセンサは、角速度センサである請求項４記載の変形解析装置。
6. 請求項１〜請求項５の何れか１項記載の変形解析装置と、
   前記状態演算手段により演算された前記測定対象物の３次元形状と前記基準となる３次元形状との形状の変形量に基づいて、前記測定対象物に対する衝突を検知する衝突検知手段と、
   を含む衝突検知装置。
7. 前記状態演算手段により演算された前記測定対象物の３次元形状と前記基準となる３次元形状との形状の変形量に基づいて、前記測定対象物に衝突した衝突物を判定する判定手段を更に含む、請求項６記載の衝突検知装置。