JPH0545567U - 乗員保護装置作動用衝撃検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 構造が簡単で、広範囲の衝撃入力に対して精
度良く検出することができ、かつ温度変化に伴う影響を
防止する。 【構成】 センサ２０は圧電素子で形成され、両主面に
検出電極２４、２６が貼付けられた圧電フィルムベース
２２で構成されている。検出電極２４、２６に接続され
たリード線２８、３０はスパーク電極３６、３８を備え
た雷管３２へ配線されている。圧電フィルムベース２２
は、変形により起電力が生じる性質を有しており、フロ
ントドアへ衝撃が入力されると、これに応じて圧電フィ
ルムベース２２が変形し、両検出電極２４、２６間に急
激に電荷の増加が発生する。このため、スパーク電極３
６、３８間の電位差が予め定められた所定以上の電位差
となり、放電される構成である。リード線２８、３０間
に温度補償回路４０Ａ、４０Ｂが設けられ、焦電気によ
る電荷を消費し、影響を防止する。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、車両の急減速時等の衝撃を検出し乗員保護装置を作動させるための 乗員保護装置作動用衝撃検出装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来、車両において、急激な衝撃を検出して、エアバッグ等の乗員保護装置を 作動させることが考えられている。

【０００３】 このための検出装置として、圧電振動子を用いて衝撃入力を検出し保護装置を 作動させる装置が提案されている（一例として特公昭５７−１８１４９号公報参 照）。

【０００４】 これは、圧電振動子の受ける圧力による周波数変化を読取り、所定以上の周波 数変化があったことで、衝撃入力を検出するものである。これによれば、衝撃入 力の検出方向が圧電振動子の中心軸の垂直方向に対して、３６０°無指向性であ るため、設置場所の制限がない。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、上記従来構造では、圧電振動子間に発振器を設け、常に所定の 周波数で発振させておく必要がある。すなわち、電源の供給が必要であるという 点においては、上記問題点が解消されていない。このため、バックアップ電源回 路等の補器が必要となり、構造が複雑となる。

【０００６】 また、衝撃入力点が二次元（圧電振動子の中心軸の垂直方向に対して３６０° ）であるため、例えば、車両のドアに取付けた場合に、衝撃入力点が中心軸方向 に沿って圧電振動子から離れれば離れるほど、入力レベルが実際の入力衝撃に対 して小さい値となる。このため、正確な衝撃入力を検出しにくい。

【０００７】 さらに、圧電振動子を含む圧電素子の温度補償がなされていないため、温度変 化に基づく変形によって周波数が変化する。

【０００８】 本考案は上記事実を考慮し、構造が簡単で、広範囲の衝撃入力に対して精度良 く検出することができ、かつ温度変化に伴う影響を防止することができる乗員保 護装置作動用衝撃検出装置を得ることが目的である。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

本考案に係る乗員保護装置作動用衝撃検出装置は、車両の急減速時等の衝撃を 検出し乗員保護装置を作動させるための乗員保護装置用衝撃検出装置であって、 所定以上の電位差が生じることにより放電される一対のスパーク電極を備え、乗 員保護装置を作動させる雷管と、衝撃入力面に対向して設けられかつ表裏面に前 記スパーク電極とそれぞれ接続された検出電極が設けられ衝撃入力時に急激に電 荷が増加して前記スパーク電極間に前記所定以上の電位差を生じさせるフィルム 状の圧電素子と、前記一対の検出電極間に接続され温度変化に伴う前記圧電素子 で生じる焦電気により緩やかに蓄積される電荷を消費して前記スパーク電極間の 電位差を前記所定未満に維持する温度補償回路と、を有している。

【００１０】

【作用】

本考案によれば、圧電素子がフィルム状とされているため、例えば車両ドアに 設置する場合、ドアの三次元的な屈曲面に併せて広範囲に配設することができる 。このため、衝撃入力を精度よく検出することができる。

【００１１】 圧電素子には、その表裏面に一対の検出電極が設けられており、衝撃入力に対 して急激に電荷が増加して、両検出電極間に所定以上の電位差が生じる。検出電 極はそれぞれ雷管のスパーク電極に接続されており、スパーク電極は、この所定 以上の電位差によって放電する。この放電により、例えば、エアバッグ等の乗員 保護装置が作動され、乗員は保護される。

【００１２】 また、圧電素子を用いることにより、衝撃入力から放電までの時間、及び放電 継続時間が１msec以下となり、応答速度が速く、その分信頼性が向上する。

【００１３】 さらに、圧電素子は、温度変化によっても電荷が発生する。この電荷が蓄積さ れて前記所定以上の電位差となると、雷管のスパーク電極が放電することがある 。しかし、本考案では、温度補償回路を設けてあるため、温度変化による緩やか に増加する電荷が蓄積されることはなく、圧電素子を利用することによるデメリ ットを解消している。

【００１４】 すなわち、この緩やかに蓄積される電荷を順次消費することにより、電位差を 所定未満に維持することができる。

【００１５】

【実施例】

図１には、本実施例に係る車両のフロントドア１０が示されている。

【００１６】 フロントドア１０は、ボデーパネルとしてのアウタパネル１２とインナパネル １４とを備えており、このアウタパネル１２とインナパネル１４とによってドア 内スペース１６が形成されている。

【００１７】 ドア内スペース１６には、剛体の支持体１８が配設されている。この支持体１ ８は、サイドドアビーム１９に固着されている。

【００１８】 支持体１８と、アウタパネル１２のドア内スペース１６側壁面との間に挟持さ れるように、乗員保護装置を作動させるか否かを検出するセンサ２０が配設され ている。

【００１９】 図２に示される如く、センサ２０は圧電素子で形成されたフィルムベース２２ （以下、圧電フィルムベース２２という）を備えており、自由に屈曲可能とされ ている。圧電フィルムベース２２の両主面には、検出電極２４、２６が貼付けら れている。

【００２０】 圧電フィルムベース２２は、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）膜等の圧電性 高分子膜や、圧電性高分子膜にＰＺＴ（Ｐｂ（Ｚｒ−Ｔｉ）Ｏ₃ ）；チタンジル コン酸鉛）に代表されるセラミック系圧電材料等の圧電材料を分散させて形成し ている。

【００２１】 検出電極２４、２６の一部には、それぞれリード線２８、３０の一端がペース トにより電気的に接続されており、リード線２８、３０は雷管３２へ配線されて いる。

【００２２】 雷管３２は、フロントドア１０のドア内スペース１６に配設された乗員保護装 置としてのエアバッグ装置３４のインフレータ（図示省略）の一部を構成してい る。

【００２３】 エアバッグ装置３４は、エアバッグ（図示省略）を備えており、雷管３２で発 火されてインフレータ内のガス発生剤が燃焼し、膨張してエアバッグを膨らませ る構成となっている。

【００２４】 図３に示される如く、雷管３２は一対のスパーク電極３６、３８を備えており 、このスパーク電極３６、３８の放電により発火するようになっている。

【００２５】 スパーク電極３６、３８は前記リード線２８、３０の他端がそれぞれ接続され ている。このため、前記圧電フィルムベース２２の両主面に設けられた検出電極 ２４、２６の電位差と同位の電位差が生じるようになっている。

【００２６】 圧電フィルムベース２２は、変形により起電力が生じる性質を有しており、フ ロントドア１０への衝撃入力によって変形されるようになっている。すなわち、 フロントドア１０へ衝撃が入力されると、これに応じて圧電フィルムベース２２ が変形し、両検出電極２４、２６間に急激に電荷の増加が発生する。このため、 スパーク電極３６、３８間の電位差が予め定められた所定以上の電位差となり、 放電される構成である。

【００２７】 なお、所定以上の電位差による放電時期は、スパーク電極３６、３８の間隙寸 法によって定められる。

【００２８】 ここで、圧電フィルムベース２２の特性として、温度変化により焦電気が発生 し、電荷が溜まることがある。

【００２９】 また、リード線２８、３０間には、断線検出ユニット４６が接続されている。 この断線検出ユニット４６には、電源が供給されており、リード線２８、３０の 断線を検出することができるようになっている。断線検出ユニット４６には、車 両のインストルメントパネルに設置された警告ランプ４８が接続されており、リ ード線２８、３０の断線が検出されると、警告ランプ４８が点灯するようになっ ている。

【００３０】 また、断線検出ユニット４６には、状態記憶メモリ５０が接続され、状態の履 歴が記憶されるようになっている。

【００３１】 図３に示す衝撃検出回路中には２つの温度補償回路４０Ａ、４０Ｂが設けられ ている。

【００３２】 温度補償回路４０Ａは、雷管３２の近傍に配設され、リード線２８とリード線 ３０との間に接続された並列共振回路（抵抗Ｒ₁ 、コイルＬ₁₁、コンデンサＣ₁₁ によって構成）５２と、リード線２８に直列に接続された直列共振回路（コイル Ｌ₁₂、コンデンサＣ₁₂によって構成）５４と、で構成されている。

【００３３】 また、温度補償回路４０Ｂは、検出電極２４、２６間に接続された並列共振回 路（抵抗₂ 、コイルＬ₂ 、コンデンサＣ₂ ）５６で構成されている。

【００３４】 温度補償回路４０Ａは、断線検出回路４６から、雷管３２までの回路の断線を 検出役目を有している。また、温度補償回路４０Ｂは、断線検出回路４６から、 センサ２０までの回路の断線を検出する役目を有している。なお、この場合、セ ンサ２０上の検出電極２４、２６とリード線２８、３０の接続部分も含まれる。

【００３５】 並列共振回路５２、５６は、図４に示される如く、共振周波数ｆ₀ でインピー ダンスが理論上無限大となる。現実には、回路内には各種ロスが存在するため、 周波数ｆ₀ におけるインピーダンスは無限大とはならず、図４の一点鎖線の如く なる。

【００３６】 一方、直列共振回路５４は、図５に示される如く、共振周波数ｆ₀ でインピー ダンスが理論上０となる。ここで、ｆ₀ は実車への衝撃入力の主波形の周波数と 一致させるようにコイルＬ₁₁、Ｌ₁₂、Ｌ₂ 及びコンデンサＣ₁₁、Ｃ₁₂、Ｃ₂ を決 める。

【００３７】 また、実車の衝撃入力の主波形の周波数は、車両形式が同一であれば、同一衝 撃入力形態ではほとんど変化しないが、衝撃入力形態（相対速度、角度、相手側 剛性等）で変化するため、これに対応できるように±ｆ₁ を上記コイルＬ₁₁、Ｌ ₁₂ 、Ｌ₂ 及びコンデンサＣ₁₁、Ｃ₁₂、Ｃ₂ 及び内部（寄生）抵抗値によって決め る。

【００３８】 以下に本実施例の作用を説明する。 フロントドア１０に軽い衝撃が加わった場合、センサ２０の検出電極２４、２ ６間に電位差が生じる。しかし、軽い衝撃では、スパーク電極３６、３８間の絶 縁耐圧よりもこの電位差が下回るため、放電は起きない。このため、雷管３２で 発火は発生せず、エアバッグ装置は作動しない。この軽い衝撃には、センサ２０ の歪量が低い場合と、歪発生域が狭い場合とがあるが、この点については後述す る。

【００３９】 次に、フロントドア１０に強い衝撃が加わった場合、すなわち、本来エアバッ グ装置３４を作動させて乗員を保護すべきレベル以上の衝撃が加わると、センサ ２０の圧電フィルムベース２２の変位が大きくなる。これにより、衝撃入力の主 波形周波数成分ｆ₀ ±ｆ₁ の印加により、回路中のＡ点、Ｂ点間に電位差が生じ る。温度補償回路４０Ａ、４０Ｂの並列共振回路５２、５６の抵抗値は、最大付 近となり、温度補償回路４０Ａの直列共振回路５４の抵抗値は最小値付近となる 。従って、Ａ点、Ｂ点間の電位差はそのほとんどが雷管２２のスパーク電極３６ 、３８間に印加される。

【００４０】 この電位差は、スパーク電極３６、３８間でも生じることとなり、前記絶縁耐 圧を上回り放電がなされる。

【００４１】 この放電によって雷管３２は発火し、ガス発生剤は燃焼する。この燃焼による 分解反応でガスは膨張し、エアバッグが膨らみ、乗員を保護することができる。

【００４２】 圧電フィルムベース２２の変位による所定以上の電位差の発生から放電までの 時間は、その特性上極めて短時間であり（約１msec）、応答性がよく、乗員保護 を確実とすることができる。

【００４３】 すなわち、本実施例では、スパーク電極３６、３８が放電するか否かは、衝撃 入力による圧電フィルムベース２２の変位量の大小で決まり、いったん放電が開 始された場合の放電時間には、衝撃入力により変位を受けた圧電フィルムベース ２２の面積が決定要因として付加されることが分かる。従って、放電による発火 する着火剤の鋭感度を調整することにより、容易に微小面積のみ変形を受けなか った場合、すなわち、蓄積電荷量の少ない衝撃入力時には、エアバッグ装置を作 動させないことができる。

【００４４】 また、逆に従来のセンサで検出が困難であった鋭利な突起物による衝撃入力に も上記着火剤の鋭感度の調整によって、対応可能となる。

【００４５】 さらに、放電させるための所定以上の電位差の設定は、スパーク電極３６、３ ８間の間隙寸法を調整することにより、容易に行うことができる。

【００４６】 このように本実施例では、センサ２０を自己発電型としているため、電源供給 回路やバックアップ電源回路等が不要となり、装置構成を簡略化することができ ると共に車両の電源がオフ状態となってもエアバッグ装置３４は作動可能である 。

【００４７】 次に、本実施例のセンサ２０における、断線検出及び温度補償について説明す る。 （１） 断線の自己診断動作 断線検出回路４６から、雷管３２のスパーク電極３６、３８間に放電を起こさ せない電圧の直流定電圧を印加する。温度補償回路４０Ａでは、直列共振回路５ ４は直流に対し高抵抗となり、雷管３２に流れる電流を制限する。但し、抵抗Ｒ ₁ の値が、雷管３２のスパーク電極３６、３８間の直流通電抵抗に比べ充分に低 ければ、直列共振回路５４は必ずしも必要ではない。

【００４８】 次に、温度補償回路４０Ａの並列共振回路５２は、直流に対しほとんど抵抗Ｒ ₁ の抵抗値を持つ。そこで、雷管３２のスパーク電極３６、３８間の直流通電抵 抗に比べ抵抗Ｒ₁ を充分低くしておけば、自己診断時の直流電流はＲ₁ 、Ｌ₁₁の 回路を流れ、抵抗Ｒ₁ で消費される。

【００４９】 次に、リード線２８、３０がセンサ２０上の検出電極２４、２６と接続された 以外の点で検出電極２４、２６と接続された温度補償回路４０Ｂでは、自己診断 時の直流電流はＲ₂ 、Ｌ₂ の回路を流れ、抵抗Ｒ₂ で消費される。

【００５０】 以上により、断線検出回路４６の出力間に直流定電圧Ｖ₀ を印加した場合、回 路に流れる電流は、

【００５１】

【数１】

【００５２】 ここで、もし断線検出回路４６から雷管３２側（正確には接続点ＡからＢまで） の回路が途中で断線していると、

【００５３】

【数２】

【００５４】 となり、同様に断線検出回路４６からセンサ２０側の回路が途中で断線している と、

【００５５】

【数３】

【００５６】 となる。 電流Ｉ₀ と電流Ｉ₁ 、Ｉ₂ との差を断線検出回路４６、例えば、断線検出回路 ４６の出力に直列に微小値抵抗（シャント抵抗）を挿入し、この抵抗両端の電圧 降下量を測定することがで、回路系全体が正常（Ｉ₀ のとき）か、断線（Ｉ₁ 又 はＩ₂ のとき）かを検出することができる。 （２） 焦電圧がチャージされた場合の動作 圧電フィルムベース２２は、その種類により大小の差異はあるが、一般に温度 差によって焦電気が生じる。このため、周囲の温度変化に伴って電荷が蓄積され て所定以上の電位差となる可能性が考えられる。

【００５７】 焦電圧の上昇は極めて緩やかであり、ほぼ直流成分とみなすことができる。従 って、温度補償回路４０Ａ、４０Ｂ等に前記自己診断時と同じ動作をし、溜まっ た電荷は、Ｒ₂ 、Ｌ₂ の回路とＲ₁ 、Ｌ₁₁の回路を通じて流れ、それぞれ抵抗Ｒ ₂ 、Ｒ₁ で消費される。

【００５８】 従って、雷管３２のスパーク電極３６、３８間の電位差は上昇せず、誤爆を防 止することができる。 （３） 本来エアバッグ装置が動作すべきでない軽微な衝撃が入力された場合 衝撃入力の主波形周波数成分ｆ₀ ±ｆ₁ の印加により、回路中のＡ点、Ｂ点間 に電位差が生じる。温度補償回路４０Ａ、４０Ｂの並列共振回路５２、５６は、 最大付近の抵抗値を持ち、温度補償回路４０Ａの直列共振回路５４の抵抗値は最 小付近の値となる。従って、回路中のＡ点、Ｂ点間の電位差は、そのほとんどが 、雷管３２のスパーク電極３６、３８間に印加される。

【００５９】 ここで、エアバッグ装置３４が動作すべきでない軽微な衝撃を、（Ａ）センサ ２０の歪量が基準以下である場合、（Ｂ）センサ２０の歪発生域（面積）が基準 以下の場合について、それぞれ別個に説明する。 （Ａ）の場合は、雷管３２のスパーク電極３６、３８間の絶縁耐圧以上に電極間 電位が上がらず、従って、エアバッグ装置３４が動作しない。言い換えれば、電 極間電圧は、センサ２０の歪量によるから、絶縁耐圧（スパーク電極３６、３８ の間隔及び雷管薬品種類による）を不必要に作動しないようにスパーク電極３６ 、３８の間隔を調整する。 （Ｂ）の場合は、センサ２０が局部的に大歪を受けると、スパーク電極間の電位 差は上昇し、ついに放電が生じる。しかし、放電開始後の放電電荷量は、センサ ２０の歪面積による。

【００６０】 従って、雷管薬品の鋭感度を調整し、基準以下の電荷量では着火しないように することで（Ｂ）の場合の着火を防止することができる。

【００６１】 このように、圧電フィルムベース２２を用いたことによるデメリットも温度補 償回路４０Ａ、４０Ｂによって解消でき、衝撃入力感知面積が広範囲とすること ができ、不感度領域もほとんどなくなる。

【００６２】 なお、本実施例では、車両の側方からの衝撃入力を検出するためにセンサ２０ をドア内スペース１６へ配設したが、車両のフロントバンパやフロントグリルの 裏面側にその形状に合わせて配設し、車両前方からの衝撃入力を検出するセンサ として適用してもよい。

【００６３】

【考案の効果】

以上説明した如く本考案に係る乗員保護装置作動用衝撃検出装置は、構造が簡 単で、広範囲の衝撃入力に対して精度良く検出することができ、かつ温度変化に 伴う影響を防止することができるという優れた効果を有する。

【００６４】 また、本考案では、圧電素子の自己発電を利用しているため、電源供給回路が 不要となり、このため、電源供給回路の補償のためのバックアップ電源回路も不 要となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施例に係る車両ドアの斜視図である。

【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線断面図である。

【図３】本実施例のセンサの回路構成図である。

【図４】並列共振回路の周波数特性図である。

【図５】直列共振回路の周波数特性図である。

【符号の説明】

２０ センサ ２２ 圧電フィルムベース（圧電素子） ２４ 検出電極 ２６ 検出電極 ３２ 雷管 ３４ エアバッグ装置（乗員保護装置） ３６ スパーク電極 ３８ スパーク電極 ４０ 温度補償回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 堀場 保 愛知県丹羽郡大口町大字豊田字野田１番地 株式会社東海理化電機製作所内

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 車両の急減速時等の衝撃を検出し乗員保
   護装置を作動させるための乗員保護装置用衝撃検出装置
   であって、 所定以上の電位差が生じることにより放電される一対の
   スパーク電極を備え、乗員保護装置を作動させる雷管
   と、 衝撃入力面に対向して設けられかつ表裏面に前記スパー
   ク電極とそれぞれ接続された検出電極が設けられ衝撃入
   力時に急激に電荷が増加して前記スパーク電極間に前記
   所定以上の電位差を生じさせるフィルム状の圧電素子
   と、 前記一対の検出電極間に接続され温度変化に伴う前記圧
   電素子で生じる焦電気により緩やかに蓄積される電荷を
   消費して前記スパーク電極間の電位差を前記所定未満に
   維持する温度補償回路と、 を有する乗員保護装置作動用衝撃検出装置。