JP4596423B2 - 自動車バンパの衝突検知用光ファイバセンサ - Google Patents

Description

この発明は、いわゆる傷付きプラスチック光ファイバを用いた自動車バンパの衝突検知用光ファイバセンサに関する。

プラスチック製の光ファイバ（場合によりＰＯＦと呼ぶ）は石英系光ファイバに比較して取り扱いが容易であり短距離伝送用途に用いられる場合が多い。そして、プラスチック製の光ファイバの直径方向片側の表面に円周方向に伸びる傷をファイバ長手方向に微少間隔をあけて多数形成した傷付きプラスチック光ファイバ（場合により傷付きＰＯＦと呼ぶ）が知られている。この傷付きＰＯＦの用途として、その表面の傷の存在によって発生する伝送損失が、傷のある側から側圧を与えて曲げた時には軽減される方向に変化し、傷と逆の側から側圧を加えて曲げた時には更に増大する方向に変化するという現象を応用した曲げセンサが知られている（ＵＳＰ５，３２１,２５７）。

そして、この曲げセンサを、物体の衝突を検知する衝突検知センサとして応用することが提案されている。その衝突検知センサの基本的な構成としては、ＵＳＰ５,３２１,２５７の曲げセンサの複数本をテープ状に並べるとともに、衝突検知センサの各ＰＯＦ（プラスチック光ファイバ）上に設ける傷領域を互いに長手方向にずらす構成としている。例えば４心の衝突検知センサとする場合では、図４に示すように、並列させた第１〜第４の４本の傷付きＰＯＦ１、２、３、４の表面の傷領域１ａ、２ａ、３ａ、４ａを順次ずらした構成である。この４心の衝突検知センサ５全体としての傷領域をＡで示す。
この衝突検知センサ５を検知対象物の表面に貼り付けることで、衝突時の検知対象物のゆがみを検知することができ、これにより衝突を検知することが可能となる。この衝突検知センサは、自動車の歩行者保護規制に対応するものであり、万一自動車が歩行者に衝突した時に瞬時にそれを検知して、瞬時に歩行者保護装置を作動させることを可能にするためのものである。
USP 5,321,257

上記の衝突検知センサを実際に自動車のバンパに適用するために詳細な検討を行った結果、次のようなことが明らかになった。衝突によって生じる変形は単なるＵ字形の変形（曲率中心が衝突手前側にある順Ｒ変形）でなく、その両側に逆Ｒ変形部分（曲率中心が反対側にある変形部分）を持つ“ひ”の形状の変形を示すことが分かった。

ところで、傷付きＰＯＦによる光ファイバセンサは、理想形状のものを構成すると、加わった曲げの１／ｒ（ｒは曲げ半径）に比例する損失変化（損失が増大又は損失が低下）を発生させるが、その損失変化は曲げに関与した角度に比例する。
したがって、衝突検知センサに対する衝突領域がすべて、当該衝突検知センサ全体の傷領域内に含まれる場合には、必ず相殺する逆符号の損失変化が加わることになり、したがって、損失変化が相殺されて、衝突を検知できないことになる。

このことを図３を参照して説明すると、図３（イ）は１本の傷付きＰＯＦ３１からなる光ファイバセンサ３０’を貼り付けた検知対象物（例えば自動車のバンパ）３２に円筒状の衝突物３３が衝突した場合として模式的に示した図、同図（ロ）は（イ）の要部拡大図である。図３は傷付きＰＯＦの１つの傷領域内に衝突変形部のすべてが含まれている状態を示している。図示例では傷付きＰＯＦ３１の上側に傷があるとすると、衝突物３３のＲに即して順変形（傷のある側（図示例では上側）から側圧が加わった時の変形）した領域の角度範囲をθ_１、衝突領域と非衝突領域との境界で衝突物３３のＲに対応して逆変形（傷のある側と反対側（図示例では下側）から側圧が加わった時の変形）した領域の角度範囲をθ_２とすると、θ_１＝２θ_２であるから、順変形の場合の曲げ関与角度（θ_１）と逆変形の場合の曲げ関与角度（２θ_２）とが等しくなるが、前記の通り、曲げによる損失変化は曲げに関与した角度に比例するので、損失変化が相殺されることになる。

また、自動車のバンパ用の衝突検知センサとしては１ｍ以上の長さが必要なので、図４に示したように、４本の傷付きＰＯＦ１〜４のそれぞれの傷領域を１つずつ含む傷領域の組み（図４のＢで示す部分）を長さ方向に隣接させて複数設ける（図示例では２組み）が、衝突変形が１本の傷付きＰＯＦ上の隣接する２箇所の傷領域に跨ると、正しい検出ができなくなる。
上記のことから、検知対象の衝突物の大きさ（Ｒ）と傷付きＰＯＦ上の傷領域の長さＳとの関係が適切に設定されていなければ、衝突を適切に検出できない場合が生じる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、検知対象の衝突物の大きさ（Ｒ）と傷付きＰＯＦ上の傷領域長さＳとの関係が適切に設定されて衝突を適切に検出できる自動車バンパの衝突検知用光ファイバセンサを提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明は、ファイバ直径方向片側の表面に円周方向に伸びる傷をファイバ長手方向に微少間隔をあけて多数形成してなる長さＳの傷領域を前記長さＳの４倍の間隔をあけて長さ方向の複数箇所に備えた４本の傷付きプラスチック光ファイバ（傷付きＰＯＦ）を、それぞれの傷領域が長手方向に互いに重ならないように、前記長さＳずつ順次ずらして並列させることにより、前記４本の傷付きＰＯＦのそれぞれの傷領域を１つずつ含む傷領域組みＢを長さ方向に隣接して複数設けてなる自動車バンパの衝突検知用光ファイバセンサであって、
半径Ｒの筒状体とみなした衝突物がバンパに衝突した時にバンパに生じると想定した凹み部の最小深さ及び最大の深さに対応する凹み部沿面長の最小値Ｌmin.および最大値Ｌmax.をもって、当該衝突検知用光ファイバセンサが検出可能な凹みの大きさについての下限及び上限とする時、
その凹み部が１本の傷付きＰＯＦにおける隣接する２箇所の傷領域に跨ることがないという条件である、Ｌmax. ／４＜Ｓなる第１の条件、及び、傷領域が少なくとも凹み部沿面長より短いという条件である、Ｓ＜Ｌmin.なる第２の条件を共に満たす条件である
Ｌmax. ／４＜Ｓ＜Ｌmin.
に傷領域長さＳを設定したことを特徴とする。

本発明によれば、検知対象の衝突物の大きさ（Ｒ）と傷付きＰＯＦ上の傷領域長さＳとの関係が適切になり、種々の衝突変形に対応して実用上有効な検出出力を得ることができ、自動車バンパ用として実用的な衝突検知用光ファイバセンサが得られる。

以下、本発明を実施した自動車バンパの衝突検知用光ファイバセンサについて、図面を参照して説明する。

図１は本発明の一実施例の自動車バンパの衝突検知用光ファイバセンサ１０の平面図である。この光ファイバセンサ１０は、自動車のバンパに配索、あるいは貼り付けられて、衝突物の衝突を検知する。図示の通り、この衝突検知用光ファイバセンサ１０は、図４の従来例と同様に４本の傷付きプラスチック光ファイバ（傷付きＰＯＦと呼ぶ）１、２、３、４を用いたものであり、各傷付きＰＯＦ１〜４は、いずれも、プラスチック光ファイバ（場合によりＰＯＦと呼ぶ）の直径方向片側の表面に円周方向に伸びる傷をファイバ長手方向に微少間隔をあけて多数形成してなる長さＳの傷領域を、前記長さＳの４倍の間隔をあけて長さ方向の複数箇所に備えている。それぞれの傷領域を１ａ、２ａ、３ａ、４ａで示す。そして、前記４本の傷付きＰＯＦを、それぞれの傷領域１ａ、２ａ、３ａ、４ａが長手方向に互いに重ならないように、前記長さＳずつ順次ずらして並列配置している。
これにより、この衝突検知用光ファイバセンサ１０は、前記４本の傷付きＰＯＦのそれぞれの傷領域１ａ、２ａ、３ａ、４ａを１つずつ含む傷領域組み（図１のＢで示す部分）を長さ方向に隣接して複数（図示例では４組）備えている。この４心の衝突検知用の光ファイバセンサ１０全体としての傷領域をＡで示す。

本発明では、半径Ｒの筒状体とみなした衝突物がバンパに衝突した時にバンパに生じると想定した凹み部の最小深さ及び最大の深さに対応する凹み部沿面長の最小値Ｌmin.および最大値Ｌmax.をもって、当該衝突検知用光ファイバセンサが検出可能な凹みの大きさについての下限及び上限とする時、その凹み部が１本の傷付きＰＯＦにおける隣接する２箇所の傷領域に跨ることがないという第１の条件、及び、傷領域が少なくとも凹み部沿面長より短いという第２の条件を共に満たすように傷領域長さＳを設定する。
前記第１の条件とは、Ｌmax. ／４＜Ｓ という条件であり、
前記第２の条件とは、Ｓ＜Ｌmin. という条件であるから、
その２つの条件を共に満たすために、傷領域長さＳを、
Ｌmax. ／４＜Ｓ＜Ｌmin.
に設定する。
図２（イ）は検出対象として想定した凹み部の深さｈが最大（したがって、凹み部沿面長Ｌが最大）の場合で、かつ、１つの傷領域長さＳが凹み部沿面長Ｌ（Ｌmax.）の端にある状態を示しているが、凹み部が１本の傷付きＰＯＦにおける隣接する２箇所の傷領域に跨ることがないという第１の条件は、傷領域長さＳが図２（イ）の状態より長いという条件に相当する。
すなわち、前記の通り、第１の条件は、Ｌmax.／４＜Ｓ である。
また、図２（ロ）は検出対象として想定した凹み部の深さｈが最小（したがって、凹み部沿面長Ｌが最小）の場合で、かつ、１つの傷領域長さＳが凹み部沿面長Ｌ（Ｌmin.）と等しくかつ重なっている状態を示しているが、傷領域が少なくとも凹み部沿面長より短いという第２の条件は、傷領域長さＳが図２（イ）の状態より短いという条件に相当する。
すなわち、前記の通り、第２の条件は、Ｓ＜Ｌmin.である。
上記のことから、第１、第２の条件を満たす条件とは、前述の通り、Ｌmax. ／４＜Ｓ＜Ｌmin. である。
なお、図２（イ）、（ロ）では、同図（イ）と（ロ）とを同じ尺度で示すのが本来なので、図２（ロ）の凹み部沿面長Ｌの長さを図２（イ）の凹み部沿面長Ｌの長さの４分の１の長さで描き、かつ、図２（ロ）の傷領域Ｓの長さを図２（イ）の傷領域Ｓの長さと同じ長さに描くべきところであるが、そのように図示すると、図２（ロ）では殆んど凹みのない状態に見えてしまうので、凹みのある状態を明瞭に示すために、誇張して尺度を変えて図示した。

ここで、自動車のバンパが人の大腿に衝突した場合を想定する。また、大腿の太さとして半径Ｒ＝４０ｍｍ〜９０ｍｍを想定する。また、衝突によるバンパの凹み深さｈ＝１０〜３０ｍｍの範囲で検出できれば、瞬時に歩行者保護装置を作動させるために有効であると考えられることから、実用的な検出対象凹み深さｈを１０〜３０ｍｍに想定する。

表１は衝突物（大腿）の半径がＲで凹み深さがｈの時の凹み部沿面長Ｌを、種々のＲ及びｈに対して計算したものである。

表１より、Ｒ＝４０〜９０ｍｍ及びｈ＝１０〜３０ｍｍの範囲における凹み部沿面長Ｌは５７．８２ｍｍ（Ｌmin.）〜１５１．４ｍｍ（Ｌmax.）である。したがって、その範囲のＬに対してすべてＬmax. ／４＜Ｓを満たすためには、３７．８ｍｍ＜Ｓ（１５１．４÷４＝３７．８）である。したがって、実用的に３８ｍｍ＜Ｓ と設定することができる。
また、その範囲のＬに対してすべてＳ＜Ｌmin.を満たすためには、Ｓ＜５７．８２ｍｍである。したがって、実用的にＳ＜５７ｍｍと設定することができる。
すなわち、傷付きＰＯＦの傷領域長さＳを３８ｍｍ〜５７ｍｍに設定すると、衝突を検知するために実用的に有効である。

本発明の一実施例の自動車バンパの衝突検知用光ファイバセンサの平面図である。 （イ）は第１の条件を説明する図、（ロ）は第２の条件を説明する図である。 傷付きＰＯＦの１つの傷領域内に、衝突時の凹み部の両側の逆Ｒ部分もすべて含まれて、衝突を検出できなくなる場合を説明する図である。 従来の衝突検知用光ファイバセンサの平面図である。

符号の説明

１、２、３、４ 傷付きＰＯＦ
１ａ、２ａ、３ａ、４ａ 傷領域
１０ 衝突検知用光ファイバセンサ
Ｓ 傷領域長さ
Ｂ １つの傷領域組みの部分
Ｒ 衝突物の半径
Ｌ 凹み部沿面長

Claims (1)

1. ファイバ直径方向片側の表面に円周方向に伸びる傷をファイバ長手方向に微少間隔をあけて多数形成してなる長さＳの傷領域を前記長さＳの４倍の間隔をあけて長さ方向の複数箇所に備えた４本の傷付きプラスチック光ファイバ（傷付きＰＯＦ）を、それぞれの傷領域が長手方向に互いに重ならないように、前記長さＳずつ順次ずらして並列させることにより、前記４本の傷付きＰＯＦのそれぞれの傷領域を１つずつ含む傷領域組みＢを長さ方向に隣接して複数設けてなる自動車バンパの衝突検知用光ファイバセンサであって、
   半径Ｒの筒状体とみなした衝突物がバンパに衝突した時にバンパに生じると想定した凹み部の最小深さ及び最大の深さに対応する凹み部沿面長の最小値Ｌmin.および最大値Ｌmax.をもって、当該衝突検知用光ファイバセンサが検出可能な凹みの大きさについての下限及び上限とする時、
   その凹み部が１本の傷付きＰＯＦにおける隣接する２箇所の傷領域に跨ることがないという条件である、Ｌmax. ／４＜Ｓなる第１の条件、及び、傷領域が少なくとも凹み部沿面長より短いという条件である、Ｓ＜Ｌmin.なる第２の条件を共に満たす条件である
   Ｌmax. ／４＜Ｓ＜Ｌmin.
   に傷領域長さＳを設定したことを特徴とする自動車バンパの衝突検知用光ファイバセンサ。

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