WO2011111098A1

WO2011111098A1 - 車両状態検出装置および車両状態検出システム

Info

Publication number: WO2011111098A1
Application number: PCT/JP2010/001707
Authority: WO
Inventors: 平岡裕二
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2010-03-10
Filing date: 2010-03-10
Publication date: 2011-09-15
Also published as: CN102782506B; JP5452708B2; JPWO2011111098A1; US20120259499A1; CN102782506A; DE112010005363T5

Abstract

　この発明に係る車両状態検出装置は、３軸それぞれの方向の加速度を検出可能に各軸に加速度センサ１，２，３を設け、その各軸の加速度センサの検出結果のベクトル和より重力方向を算出して車両に対する取り付け傾きを補正し、車両の前後方向、左右方向、上下方向の加速度を検出する演算部７を備えたものである。

Description

車両状態検出装置および車両状態検出システム

　この発明は、車両の前面衝突、側面衝突等の状態を検出する車両状態検出装置および車両の前面衝突、側面衝突等の他、車両の横転および横滑り等の状態を検出する車両状態検出システムに関するものである。

　通常、車両のエアバッグシステムに用いられる車両状態検出装置には加速度センサが搭載されており、車両の前方（エンジンルーム内等）で車両の前面衝突を検出したり、車両の側面（ピラー内）で側面衝突を検出する。したがって、取り付け部位によって検出する加速度の感度軸方向が一意に決まっている。

　このように、エアバッグシステムでは車両前面からの衝突と側面からの衝突を検出することが要求されているが、近年では車両の横転や横滑りも検出させることで、より安全性の高いシステムが提案されている。
　現在は、一般に、横転を検出するためにはジャイロセンサ（ロールレート検出）と２つの加速度センサ（左右方向，上下方向検出）が必要となり、横滑りを検出するためにはジャイロセンサ（ヨーレート検出）と２つの加速度センサ（前後方向，左右方向検出）が必要になる。
　したがって、エアバッグシステムに横転と横滑りの検出機能を追加する場合は、合計２つのジャイロセンサと１つの加速度センサ（重複する検出方向は加算しない）を追加しなければならない。

　一方、複数箇所の加速度から各加速度を算出する方法については単純な物理式から求めることが可能で、特許文献１，特許文献２などで既に公知である。また、特許文献３には装置の傾きを補正する方法が示唆されている。

特開平１１－２９５３３５号公報特開平７－７２１６５号公報特許第２８７８４９８号公報

　しかしながら、上述した特許文献１、特許文献２に開示されたものは、いずれも１軸方向の加速度センサを複数箇所に取り付けており、装置が傾いて取り付けられると検出誤差になる。また、特許文献３に開示されたものは、装置の傾き補正を車両の動きから相対的に行うもので誤差が大きくなる。なお、いずれも１軸の回転方向を検出するものであり、車両の前面衝突、側面衝突、横転および横滑り等の検出を兼用するものではないという課題があった。

　この発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、車両の前面衝突、側面衝突等を少ないセンサ数で正確に検出可能な車両状態検出装置および車両の横転および横滑り等の状態をジャイロセンサを用いることなく検出可能な車両状態検出システムを提供することを目的とする。

　この発明に係る車両状態検出装置は、３軸の加速度センサの検出結果のベクトル和より重力方向を算出して前記取り付け傾き補正し、前記車両の前後方向、左右方向、上下方向の加速度を正確に検出する演算部を備えたものである。

　この発明に係る車両状態検出装置は、３軸のうちの１軸の加速度センサは車両の左右方向を検出方向に設定し、残りの２軸の加速度センサの検出結果のベクトル和より重力方向を算出して該２軸がなす平面における回転方向の装置取り付け傾きを認識し、前記車両の前後方向、左右方向、上下方向の加速度を検出する演算部を備えたものである。

　この発明に係る車両状態検出システムは、３軸の加速度センサの検出結果のベクトル和より重力方向を算出して前記取り付け方向きを認識し、前記車両の前後方向、左右方向、上下方向の加速度を検出する演算部を備えた車両状態検出装置もしくは３軸のうちの１軸の加速度センサは車両の左右方向を検出方向に設定し、残りの２軸の加速度センサの検出結果のベクトル和より重力方向を算出して該２軸がなす平面における回転方向の装置取り付け傾きを認識し、前記車両の前後方向、左右方向、上下方向の加速度を検出する演算部を備えた車両状態検出装置を、車両の左右両側に取り付けたものである。

　この発明の車両状態検出装置によれば、３軸それぞれの加速度センサの検出結果のベクトル和より重力方向を算出して、車両に対する車両状態検出装置の取り付け傾き補正するので、車両の前後方向、左右方向、上下方向の加速度を少ない加速度センサ数で正確に検出可能である。

　また、この発明の車両状態検出装置によれば、３軸のうちの１軸の加速度センサは車両の左右方向を検出方向に設定し、残りの２軸の加速度センサの検出結果のベクトル和より重力方向を算出して、車両に対する車両状態検出装置の取り付け傾き補正するので、１軸の加速度センサで車両の左右方向の加速度を確実に検出できるとともに、前後方向、上下方向の加速度を車両に対する取り付け角の回転方向の傾きに影響されることなく正確に検出することができる。

　また、この発明の車両状態検出システムによれば、３軸それぞれの方向の加速度を検出可能に各軸に加速度センサを備えた車両状態検出装置もしくは３軸のうちの１軸の加速度センサは車両の左右方向を検出方向に設定し、残りの２軸の加速度センサの検出結果のベクトル和より重力方向を算出する車両状態検出装置を車両の左右両側に取り付けたことにより、加速度のみならず、左右両側の検出結果の差分から回転方向の検出が可能である。その結果、車両の前面衝突、側面衝突等の他、車両の横転および横滑り等の状態を検出することができる。

この発明の実施の形態１に係る車両状態検出装置の説明図である。この車両状態検出装置からの検出結果を出力する通信形態図である。この発明の実施の形態２に係る車両状態検出装置の説明図である。図１の車両状態検出装置を用いたこの発明の車両状態検出システムの説明図である。この発明の他の車両状態検出システムの説明図である。

　以下、この発明の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
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の説明図であり、Ｘ，Ｙ，Ｚの３軸それぞれの方向の加速度を検出可能に３軸それぞれに加速度センサ１，２，３を設け、その３軸の加速度センサ１，２，３の検出結果のベクトル和より重力方向を算出する演算部７を備えたものである。

　この実施の形態１によれば、算出した重力方向により、車両に対する車両状態検出装置の取り付け傾きを補正し、車両の前後方向、左右方向、上下方向の加速度を少ないセンサ数で正確に検出可能である。
　なお、上記加速度センサ１，２，３のうち少なくとも２つの加速度センサは同一構造とすることで、２つの加速度センサの特性が近似し、各軸の加速度センサ１，２，３の検出結果のベクトル和を用いる上で誤差縮小に有利である。
　そして、各加速度センサ１，２，３にはそれぞれ独立した自己診断機能を備えることで、１つの加速度センサに故障が生じても残りの加速度センサによって検出が可能であり、１つの加速度センサの故障による検出不能事態を回避することができる。なお、自己診断機能は周知であるので、その詳細説明は省略する。

　また、演算部７は算出した車両に対する車両状態検出装置の取り付け傾きに関する情報を外部装置に出力する機能を有するもので、外部装置において、各軸の加速度センサの検出結果のベクトル和より重力方向を算出することの負担を軽減することができる。また、車両状態検出装置は重力が全ての加速度センサ１，２，３に印加されるように車体に対して取り付けることにより、いずれの軸Ｘ，Ｙ，Ｚ方向も重力方向に対して傾き角を有することになり、車体に対する車両状態検出装置の取り付け傾きをより正確に補正することができる。

　各加速度センサ１，２，３の出力信号は、図２（ａ）に示すように、同一信号ラインに時間差を設けて出力する構成とすることにより、装置の簡略化を図ることができる。この場合、各加速度センサ１，２，３の出力信号に識別可能なトリガ信号もしくはヘッダ情報を付加して出力することにより、その出力信号を受信する側では各加速度センサ１，２，３の出力信号を容易に識別することが可能となる。

　３軸Ｘ，Ｙ，Ｚのそれぞれに配置され、検出結果を重力方向の算出に用いる加速度センサ１，２，３に加えて、車両の左右方向の衝突を検出する計測レンジの大きな加速度センサを付加することにより、検出したい車両の左右の衝突を正確に出することが可能となる。

　また、同一信号ラインに対する各加速度センサ１，２，３の出力信号は、図２（ｂ）に示すように、電位差と電流差に使い分けて出力することにより、同時に複数の加速度センサの出力信号を１つの信号ラインに載せることができ、装置の簡略化を図ることができる。図示例はＺ軸検出情報を電位差で、Ｘ軸検出情報を電流差で同時に出力している。

実施の形態２．
　図３は、この発明の実施の形態２に係る車両状態検出装置の説明図であり、３軸それぞれの方向の検出が可能なように各軸に加速度センサ１，２，３を設け、その３軸のうちの１軸の加速度センサ１は車両の左右方向を検出方向に設定し、残りの２軸Ｘ，Ｚの加速度センサ１，３の検出結果のベクトル和より重力方向を算出する構成としたものである。図示例はＸ軸，Ｚ軸が４５度傾いて車両状態検出装置を車体に取り付けた場合であり、Ｘ軸は－０，７Ｇ、Ｚ軸は＋０，７Ｇとなる。また、Ｚ軸が垂直方向に取り付けられた場合は、Ｚ軸は１Ｇ、Ｘ軸は０Ｇとなる。

　この実施の形態２によれば、算出された重力方向で車両状態検出装置の取り付け傾きを補正するので、車両の前後、左右、上下方向の加速度を２軸がなす平面における回転方向の装置取り付け傾きに影響されず正確に検知可能となる。
　また、車両の前後、もしくは左右方向の加速度を検出する加速度センサは、感度軸が水平になるよう配置し、車両の衝突を検知可能な測定レンジとしたことにより、衝突方向のセンサを水平配置として重力補正を不要とすることで、衝突検出に適した測定レンジに構成でき、各用途に応じた測定精度を確保できる。
　また、演算部７は重力方向の算出に用いる２軸の検出結果をベクトル合成後の演算値として出力することにより、外部装置において、各軸の加速度センサの検出結果のベクトル和より重力方向を算出することの負担を軽減することができる。

実施の形態３．
　図４は図１の車両状態検出装置を用いたこの発明の車両状態検出システムの説明図であり、３軸それぞれの方向の加速度を検出可能に３軸それぞれに加速度センサ１，２，３を備えた車両状態検出装置１１，１２を車両の左右両側に取り付け、加速度センサ４を備えた車両状態検出装置１３，１４を車両の前部左右に取り付け、加速度センサ５，６を備えた制御ユニット１５を車両の中央部に取り付けたものである。

　この実施の形態３の構成によれば、加速度のみならず、両側の検出結果の差分から回転方向の検出が可能となる。つまり、車両の左右両側に１軸の車両状態検出装置が配置されている従来システムの方式に対して、車両の左右両側に３軸それぞれに加速度センサ１，２，３を備えた車両状態検出装置１１，１２を取り付けたこの発明の車両状態検出システムでは、合計４つの加速度センサを増やすことになる。しかし、車両状態検出装置１１，１２と前方の車両状態検出装置１３，１４および制御ユニット１５のそれぞれに搭載された加速度センサ１～６によって、車両の前面衝突、側面衝突等の他、車両の横転および横滑り等の状態を検出可能となるため、従来システムに比べて２つのジャイロセンサを不要としたことになる。しかも、前述した通り、ジャイロセンサは加速度センサに比べて高価であることから、２つのジャイロを不要とすることによるシステムコストの低減化を図ることができる。

　また、従来システムでは車両前方に配置した車載状態検出装置と車両中央に配置された制御ユニットのそれぞれに搭載した２つの加速度センサで前方からの衝突を検出し、車両の左右両側に配置した車載状態検出装置と車両中央に配置された制御ユニットのそれぞれに搭載した２つの加速度センサで側面からの衝突を検出しているが、この発明の車両状態検出装置１１，１２を車両の左右両側に配置することで、この車両状態検出装置１１，１２と前方の車両状態検出装置１３，１４、もしくは、左右両側の車両状態検出装置１１，１２のそれぞれに搭載した加速度センサによって、前方からの衝突と、側面からの衝突を検出可能なため、図５に示すように、制御ユニット１５に搭載していた前方検出用と側面検知用の２つの加速度センサ５，６を削減できる。

　また、この図５の構成では、制御ユニット１５にジャイロセンサや加速度センサを一切搭載する必要がなくなるため、これらの加速度センサを正確に機能させるために十分な剛性を確保していた制御ユニット１５のケース構造は簡略化できる。さらには、制御ユニット１５は加速度伝達、回転角計測の観点から、車両中央の十分な剛性があるフロア上に配置するといった設置場所の制約が解消される。
　また、図４、図５に示す構成では、各軸方向に加速度センサが存在する車両状態検出装置１１，１２を車両の左右両側に設けているので、それぞれの側で３軸方向の加速度を演算して車両状態検出を行うことができるもので、システムの２重系が構成できる。

　以上のように、車両の正面衝突、側面衝突、横転、横滑りを検出可能な車両状態検出システムにおいて、この発明の車両状態検出装置を用いることによって、下表に示すように、必要な加速度センサの数量を従来システムに比べて２つのジャイロセンサと２つの加速度センサを削減でき、制御ユニット１５のケース構造の簡略化が図れ、車両への取り付け場所の自由度が向上するといった多くのメリットがある。
　　表

　なお、図示例は、車両状態検出装置１１または１２の内部に演算部７を設けた構成を示したが、この演算部７は制御ユニット１５内に設けてもよい。この場合は、車両状態検出装置１１または１２の加速度センサ１，２，３の出力信号を、図２（ａ）または（ｂ）の通信形態によって制御ユニット１５に伝送する。

　この発明は、車両に搭載するエアバックシステムに適用して有効である。

Claims

　３軸それぞれの方向の加速度を検出可能に各軸に加速度センサを備え車両に取り付ける車両状態検出装置において、前記各加速度センサの検出結果のベクトル和より重力方向を算出して前記取り付け傾きを補正し、前記車両の前後方向、左右方向、上下方向の加速度を検出する演算部を備えた車両状態検出装置。
　３軸それぞれの方向の加速度を検出するように各軸に設けた加速度センサのうち少なくとも２つの加速度センサは同一構造であることを特徴とする請求項１記載の車両状態検出装置。　
　３軸それぞれの方向の加速度を検出するように各軸に設けた加速度センサは、それぞれ独立した自己診断機能を備えていることを特徴とする請求項１記載の車両状態検出装置。
　演算部は、算出した重力方向に関する情報を外部に出力する機能を有することを特徴とする請求項１記載の車両状態検出装置。
　３軸のいずれの方向も重力方向に対して傾き角を有することを特徴とする請求項１記載の車両状態検出装置。
　演算部は、各加速度センサの出力信号を同一信号ラインに時間差を設けて出力することを特徴とする請求項１記載の車両状態検出装置。
　演算部は、各加速度センサの出力信号に識別可能なトリガ信号もしくはヘッダ情報を付加して出力することを特徴とする請求項１記載の車両状態検出装置。
　車両の左右方向の衝突を検出可能な加速度センサを付加したことを特徴とする請求項１記載の車両状態検出装置。
　演算部は、各加速度センサの出力信号を電位差と電流差に使い分けて出力することを特徴とする請求項１記載の車両状態検出装置。
　演算部は、重力方向を算出する３軸の検出結果をベクトル合成後の演算結果として出力することを特徴とする請求項１記載の車両状態検出装置。
　同一平面上に３軸それぞれの方向の加速度を検出可能なように各軸に加速度センサを備え車両に取り付ける車両状態検出装置において、その３軸のうちの１軸の加速度センサは車両の左右方向を検出方向に設定し、残りの２軸の加速度センサの検出結果のベクトル和より重力方向を算出して該２軸がなす平面における回転方向の装置取り付け傾きを補正し、前記車両の前後方向、左右方向、上下方向の加速度を検出する演算部を備えた車両状態検出装置。
　車両の前後、左右方向の加速度を検出した加速度センサは、車両に対し感度軸が水平になるように配置し、車両の衝突を検知可能としたことを特徴とする請求項１１記載の車両状態検出装置。
　演算部は、重力方向を算出する２軸の検出結果をベクトル合成後の演算結果として出力することを特徴とする請求項１１記載の車両状態検出装置。
　請求項１もしくは請求項１１記載の車両状態検出装置を、車両の左右両側に取り付けた車両状態検出システム。
　車両の左右両側で検出した３軸方向の加速度を演算することで車両状態を検出することを特徴とする請求項１４記載の車両状態検出システム。