JP4941771B2 - 車両用衝突検知装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両用衝突検知装置に関し、特に、車両バンパにおける圧力変化に基づいて衝突物の種類を判別する車両用衝突検知装置に関する。

近年、歩行者を保護する目的で、車両バンパ部に衝突検知装置を取り付け、車両への衝突時に衝突物の種類を判別し、歩行者であると判別した場合には、歩行者を保護するための装置（例えば、アクティブフードやカウルエアバッグ）を作動させる技術が提案され、かつ、実用化が検討されている。

即ち、衝突物が歩行者でない場合にフード上の保護装置（例えばアクティブフード）を作動させると様々な悪影響が生じる。例えば、３角コーンや工事中看板等の軽量落下物と衝突した場合に歩行者と区別できないと、保護装置を無駄に作動させて余分な修理費が発生する。また、コンクリートの壁や車両等の重量固定物と衝突した場合に歩行者と区別できなければ、フードが持ち上がった状態で後退していくのでフードが車室内に侵入し乗員に危害を与える虞がある。このように、衝突物の種類を正確に判別することが要求されている。

従来、車両バンパ内のアブソーバ部にチャンバ部材を配設し、衝突時におけるチャンバ空間内の圧力変化を検出することで衝突物の種類を判別するように構成された車両用衝突検知装置が提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。

これら特許文献１，２記載の車両用衝突検知装置では、車両バンパへ物体が衝突すると、バンパカバー内でバンパレインフォースの前面に配設されたアブソーバ（チャンバ部材）が変形することによって衝撃が吸収される。この時、アブソーバの変形によってチャンバ内に圧力変化が発生し、その圧力変化が圧力センサによって検出される。そして、衝突検知装置は、圧力センサによる圧力変化の検出結果に基づいて衝突物の種類（特に、歩行者か否か）を判別する。このように、車両バンパの構造を利用して圧力変化を検出することにより簡単な構成で衝突物の種類を判別している。また、衝突時のチャンバ部材の変形量が小さくても、或いはその衝突場所如何によらず、高精度で衝突の検知を行うことができる。
特開２００７−２９０６８２号公報 特開２００７−２９０６８９号公報

しかしながら、衝突物が車両の走行中にバンパに衝突する場合には、走行速度如何によりバンパへの衝撃度が異なるので、車速も加味して衝突物の種類を判別する必要がある。また、車両の走行中に物体が衝突するのはバンパの表面であるため、チャンバだけでなく、より正確にはバンパカバーやアブソーバの影響も考慮する必要がある。しかも、このようなバンパカバー等を含むバンパ構造自体が車両（車種）毎に異なるため、バンパ構造毎の影響を考慮した衝突の検知が望ましい。

更に、車両の走行中にバンパに衝突する虞がある物体には、上述したように、歩行者（人）の他にも、３角コーンや工事中看板等、コンクリートの壁や他の車両等、多種類のものがある。このうち、衝突物が歩行者である場合には、通常、車両バンパの高さからして、歩行者の脚部が衝突することになる。歩行者が道路等を車両の幅方向と同じ方向に横断しようとしている場合であれば、歩行者の２本の脚が時間差をおいて連続して車両バンパに衝突することになる。このような場合にも、連続して３角コーンが衝突した場合等と区別できる精度を有する車両用衝突検知装置の開発が切望される。

かかる観点から、チャンバ内の圧力変化をセンサにより検出する方式の車両用衝突検知装置において、衝突物の種類を更に高精度に判別することを可能とする技術の開発が望まれている。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、車両バンパ内に配設されたチャンバ内の圧力変化を検出する車両用衝突検知装置において、衝突物の種類をより高精度に判別することが可能な技術を提供することを目的とする。

以下、上記課題を解決するのに適した各手段につき、必要に応じて作用効果等を付記しつつ説明する。

１．車両バンパへの物体の衝突を検知するように構成された車両用衝突検知装置において、
前記車両バンパ内に配設され且つチャンバ空間が内部に形成されるチャンバ部材と、
前記チャンバ空間内の圧力を検出する圧力センサと、
当該車両の車速を検出する車速センサと、
前記圧力センサが所定時間差内に前記チャンバ空間における圧力変化の第１、第２のピーク値を検出した場合に、該第１、第２のピーク値及び前記車速センサの検出結果に基づいて、それぞれ前記第１のピーク値に対応した衝突物の第１の有効質量、前記第２のピーク値に対応した衝突物の第２の有効質量を算出し、該第１の有効質量と第２の有効質量を合成することにより前記衝突物の全有効質量を算出する有効質量算出手段と、
前記有効質量算出手段によって算出された前記全有効質量に基づいて前記衝突物の種類を判別する判別手段とを備えたことを特徴とする車両用衝突検知装置。

ここで、「有効質量」とは、車両バンパへ衝突した物体の全質量のうち、車両バンパに衝突に係るエネルギを付与した部分の質量という意味である。以下、本明細書において「有効質量」という語は、上記の意味において用いている。

手段１によれば、チャンバ空間内の圧力変化の第１、第２のピーク値を検出した場合に、該第１、第２のピーク値及び前記車速センサの検出結果に基づいて、それぞれ第１のピーク値に対応した第１の有効質量、第２のピーク値に対応した第２の有効質量を算出して、両者を合成することにより衝突物の全有効質量を算出するので、歩行者の２本の脚が前記所定時間差内にそれぞれ車両バンパに衝突した場合にも、当該２本の脚を合わせた有効質量により、衝突物が歩行者であることを正確に検出することができる。また、歩行者の衝突時の姿勢による影響を少なくでき、安定して正確な衝突の検知が可能となる。

即ち、手段１では、圧力変化の第１のピーク値と第２のピーク値が所定時間差内で発生した場合には、同一物が衝突したものと仮定して衝突物の種類を判別する。

２．車両バンパへの物体の衝突を検知するように構成された車両用衝突検知装置において、
前記車両バンパ内に配設され且つチャンバ空間が内部に形成されるチャンバ部材と、
前記チャンバ空間内の圧力を検出する圧力センサと、
当該車両の車速を検出する車速センサと、
前記圧力センサが所定時間差内に前記チャンバ空間における圧力変化の第１、第２のピーク値を検出した場合に、該第１、第２のピーク値に基づいて、それぞれ衝突物による前記車両バンパへの第１、第２の衝突エネルギを求め、該第１及び第２の衝突エネルギを合成することにより前記衝突物による全衝突エネルギを求める衝突エネルギ取得手段と、
前記全衝突エネルギと衝突時の車速検出値から衝突物の有効質量を算出する有効質量算出手段と、
前記有効質量算出手段によって算出された前記有効質量に基づいて前記衝突物の種類を判別する判別手段とを備えたことを特徴とする車両用衝突検知装置。

手段２によれば、前記圧力センサが所定時間差内に検出した第１、第２のピーク値に基づく第１及び第２の衝突エネルギを合成することにより衝突物の全衝突エネルギを求めるので、歩行者の２本の脚が前記所定時間差内にそれぞれ車両バンパに衝突した場合にも、当該２本の脚を合わせた全衝突エネルギから当該２本の脚を合わせた有効質量を算出できるので、衝突物が歩行者であることを正確に検出することができる。また、歩行者の衝突時の姿勢による影響を少なくでき、安定して正確な衝突の検知が可能となる。

３．前記衝突エネルギ取得手段は、前記圧力センサが所定時間差内に前記チャンバ空間における圧力変化の第１、第２のピーク値を検出した場合にのみ前記第１及び第２の衝突エネルギを合成して全衝突エネルギを求め、所定時間差内に第２のピーク値を検出しなかった場合には、前記第１の衝突エネルギのみを求め、
前記有効質量算出手段は、前記全衝突エネルギ又は第１の衝突エネルギのみと衝突時の車速検出値から衝突物の有効質量を算出することを特徴とする手段２に記載の車両用衝突検知装置。

手段３によれば、所定時間差内に前記第１、第２のピーク値を検出した場合にのみ前記全衝突エネルギを求めるので、歩行者の２本の脚が所定時間差内にそれぞれ車両バンパに衝突したことを正確に検知できる。また、所定時間差内に第２のピーク値を検出しなかった場合には第１の衝突エネルギのみを求めるので、無駄な演算処理が無くなる。

４．更に、前記衝突エネルギ取得手段は、圧力センサが前記第1及び第２のピーク値間に検出した最小値に基づいて第３の衝突エネルギを求め、前記第１の衝突エネルギをＥ１、前記第２の衝突エネルギをＥ２、前記第３の衝突エネルギをＥ３としたとき、前記全衝突エネルギＥを数式Ｅ＝Ｅ１＋（Ｅ２−Ｅ３）により取得することを特徴とする手段２又は３の何れか一項に記載の車両用衝突検知装置。

ここで、「第３の衝突エネルギ」とは、同一衝突物の第１の部分が車両バンパに衝突したことにより「第１の衝突エネルギ」を付与して車両バンパ（チャンバ部材）が変形し、復元しきれないうちに同一衝突物の第２の部分が車両バンパに衝突したことにより「第２の衝突エネルギ」を付与して車両バンパ（チャンバ部材）が再び変形する場合における、その復元しきれなかったエネルギを意味する。

手段４によれば、前記第１の衝突エネルギをＥ１、前記第２の衝突エネルギをＥ２、前記第３の衝突エネルギをＥ３としたとき、前記全衝突エネルギＥを数式Ｅ＝Ｅ１＋（Ｅ２−Ｅ３）により取得するので、上述した車両バンパ（チャンバ部材）が復元しきれなかったエネルギを差し引いて、衝突物による全衝突エネルギを求めることができる。従って、車両バンパ（チャンバ部材）が復元しきれない短時間のうちに同一衝突物の第２の部分が衝突した場合でも、衝突物による衝突エネルギのみを正確に求めることができ、より正確な衝突の検知が可能となる。

５．前記有効質量算出手段は、前記全衝突エネルギをＥとし、前記車速センサの衝突時の車速検出値をＶとしたとき、前記有効質量Ｍを数式Ｍ＝２Ｅ／Ｖ^２により算出することを特徴とする手段２乃至４の何れか一項に記載の車両用衝突検知装置。

手段５によれば、前記衝突物による全衝突エネルギをＥとし、衝突時の車速検出値をＶとしたとき、前記有効質量Ｍを数式Ｍ＝２Ｅ／Ｖ^２により算出するので、運動方程式に即した理論的にも正確な衝突物の有効質量を算出することができ、これにより正確な衝突の検知が可能となる。

６．前記衝突エネルギ取得手段は、前記チャンバ空間における圧力変化の第１、第２のピーク値又は最小値と前記第1、第２又は第３の衝突エネルギとの相関関係を示すテーブル又は近似式を用いて前記第1、第２又は第３の衝突エネルギを求めることを特徴とする手段２乃至５の何れか一項に記載の車両用衝突検知装置。

手段６によれば、前記チャンバ空間における圧力変化の第１、第２のピーク値又は最小値と前記第1、第２又は第３の衝突エネルギとの相関関係を示すテーブル又は近似式を用いて前記第1、第２又は第３の衝突エネルギを求めるので、より正確に衝突物の種類を判別することができる。例えば、チャンバ部材の形状や配置、車両バンパに配設されたバンパカバーやアブソーバ等の他の部材の影響を反映した正確な衝突の検知が可能となる。

７．前記テーブル又は近似式は、前記車両バンパへの衝突実験によって予め求められたことを特徴とする手段６に記載の車両用衝突検知装置。

手段７によれば、チャンバ部材の他に、例えば、バンパカバーやアブソーバ等が配設された実際の車両バンパへの衝突実験により、バンパ構造毎の前記テーブル又は近似式を求めることができる。従って、実際に車両に搭載した場合に、当該車両バンパの構造に即した高精度の検知が可能な車両用衝突検知装置を提供することができる。

８．前記車両バンパ内には、更に、アブソーバが配設され、前記テーブル又は近似式は、該アブソーバと前記チャンバ部材への衝突実験によって予め求められたことを特徴とする手段６に記載の車両用衝突検知装置。

手段８によれば、バンパカバー意匠は車両仕向地やグレードなどにより異なることが考えられるため、バンパカバーを除いたアブソーバとチャンバ部材のみへの衝突実験の結果を用いることで、アッパレインフォース部のみの近似式を用いることができ、車種如何によらず共通の近似式で対応することができる。

以下、本発明の車両用衝突検知装置を具体化した実施形態について図面を参照しつつ具体的に説明する。

本発明の実施形態に係る車両用衝突検知装置は、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、車両バンパ１への物体の衝突を検知するように構成された装置であり、車両バンパ１内に配設され且つチャンバ空間７ａが内部に形成されるチャンバ部材７と、チャンバ空間７ａ内の圧力を検出する圧力センサ９と、車両の車速を検出する車速センサ１１と、コントローラ１３を備えている。コントローラ１３は、圧力センサ９が所定時間差内にチャンバ空間７ａにおける圧力変化の第１、第２のピーク値を検出した場合に、該第１、第２のピーク値及び車速センサ１１の検出結果に基づいて、それぞれ第１のピーク値に対応した衝突物の第１の有効質量、第２のピーク値に対応した衝突物の第２の有効質量を算出し、それら第１の有効質量と第２の有効質量を合成することにより衝突物の全有効質量を算出する有効質量算出手段として機能する。また、コントローラ１３は、有効質量算出手段によって算出された有効質量に基づいて衝突物の種類を判別する判別手段として機能する。尚、コントローラ１３は、図１（ｂ）に示すように、歩行者保護装置２１に接続されており、この歩行者保護装置２１のコントローラ（制御手段）としても機能する。即ち、図１に示す例では、車両は、例えば、アクティブフードやカウルエアバッグ等の歩行者保護装置２１を搭載しており、歩行者保護装置２１は、コントローラ１３から出力される制御信号により、その歩行者保護の動作を行う。

車両バンパ１は、図１に示すように、バンパカバー２、バンパレインフォース３、チャンバ部材７、図示しないサイドメンバを主体として構成されている。尚、本実施形態では、チャンバ部材７は、アブソーバと一体に形成されたものを用いている。

バンパカバー２は、車両前端にて車両幅方向に延び、バンパレインフォース３及びチャンバ部材７を覆うように車体に取り付けられる樹脂（例えば、ポリプロピレン）製カバー部材である。

バンパレインフォース３は、バンパカバー２内に配設されて車両幅方向に延びる金属製の梁状部材である。

サイドメンバは、車両側面側に位置して車両前後方向に延びる一対の金属製部材であり、その前端に上述したバンパレインフォース３が取り付けられる。

チャンバ部材７は、バンパカバー２内でバンパレインフォース３の前面に取り付けられ、車両バンパ１における衝撃吸収と圧力伝達との二つの作用を併せ持つ部材である。チャンバ部材７は、内部にチャンバ空間７ａが形成されており、チャンバ空間７ａ内には空気が封入されている。チャンバ空間７ａ内には差込口を介して圧力センサ９の受圧部が差し込まれている。尚、本実施形態では、チャンバ部材７の車両前方側の部分がアブソーバを兼用するようにしているが、チャンバ部材の車両前方側の表面上に、アブソーバを別個に配置するようにしても良い。チャンバ部材７のアブソーバ部分等の材質として、チャンバ部分よりも硬質の材料、例えば、鉄板等の金属、発泡樹脂等を用いることができる。

圧力センサ９は、気体圧力を検出可能なセンサ装置であり、チャンバ部材７に組み付けられている。具体的には、差込口を介してその受圧部がチャンバ空間７ａ内に差し込まれ、チャンバ空間７ａ内の空気の圧力変化を検出可能に構成されている。尚、圧力センサ９は、圧力に比例した信号を出力する。圧力センサ９は、コントローラ１３と伝送線９ａを介して電気的に接続されている。

車速センサ１１は、車両の走行速度を検出可能な公知の速度センサであり、コントローラ１３と伝送線１１ａを介して電気的に接続されている。本実施形態では、車輪速センサを用いている。

コントローラ１３は、衝突物の種類を歩行者と判別した場合に、上述したカウルエアバッグ等の展開制御を行うための電子制御装置であり、圧力センサ９及び車速センサ１１から出力される信号が伝送線９ａ，１１ａを介してそれぞれ入力されるように構成されている。コントローラ１３は、上述したように、圧力センサ９が所定時間差内にチャンバ空間７ａにおける圧力変化の第１、第２のピーク値を検出した場合に、該第１、第２のピーク値及び車速センサ１１の検出結果に基づいて、それぞれ第１のピーク値に対応した衝突物の第１の有効質量、第２のピーク値に対応した衝突物の第２の有効質量を算出し、それら第１の有効質量と第２の有効質量を合成することにより衝突物の全有効質量を算出し、算出した全有効質量に基づいて衝突物の種類を判別する処理を実行する。尚、コントローラ１３は、衝突物の種類を歩行者と判別した場合には、歩行者保護装置２１を動作させるための制御信号を出力する。歩行者保護装置２１は、コントローラ１３から出力される制御信号により、その歩行者保護の動作を行う。具体的には、アクティブフードを作動させ、或いはカウルエアバッグを車両のフロントガラス部等に展開する。

次に、本実施形態の車両用衝突検知装置において、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、車両バンパ１が歩行者の２本の脚に時間差をおいて連続して衝突した場合に衝突物の種類を判別する処理について説明する。尚、本実施形態では、上述したコントローラ１３が第１及び第２の有効質量を合成する条件となる所定の時間差は、衝突時の車速から車両が１ｍ進むのに要する時間とした。これは、例えば、歩行者の左右の脚（車両バンパの高さは、通常、成人で膝の高さ）の間隔は広くても０．５ｍ程度であるので、衝突時の車速から車両が１ｍ進むのに要する時間としたことによる。例えば、時速４０ｋｍの速度で衝突した場合、１本目の脚と衝突したことによる圧力変化のピーク値Ａ１と２本目の脚と衝突したことによる圧力変化のピーク値Ａ２との時間差Ｔ（合成条件となる所定の時間差とは異なる）はＴ＝０．５／（４０／３．６）＝０．０４５秒（ｓ）、即ち、４５ミリ秒（ｍｓ）となるので、合成条件となる所定の時間差は、例えば、時速４０ｋｍの場合で１００ミリ秒（ｍｓ）としても良い。

まず、図２（ａ）に示すように、車両バンパ１が歩行者の１本目の脚と衝突すると、衝突部分のチャンバ部材７に潰れが生じ、図２（ｃ）に示すように、チャンバ空間７ａ内の気体圧力が上昇（すなわち、変化）する。チャンバ空間７ａ内の気体圧力の変化は、圧力センサ９によって検出される。コントローラ１３は、伝送線９ａを介して圧力センサ９から出力される信号を取り込むと共に、伝送線１１ａを介して車速センサ１１からの車速信号を取り込む。次に、図２（ｂ）に示すように、車両バンパ１が歩行者の２本目の脚と衝突すると、衝突部分のチャンバ部材７に再び潰れが生じ、図２（ｃ）に示すように、チャンバ空間７ａ内の気体圧力が再上昇（すなわち、再変化）する。チャンバ空間７ａ内の気体圧力の再上昇は、圧力センサ９によって検出される。コントローラ１３は、伝送線９ａを介して圧力センサ９から出力される信号を取り込むと共に、伝送線１１ａを介して車速センサ１１からの車速信号を取り込む。コントローラ１３は、圧力センサ９からの出力の第１のピーク値Ａ１、第２のピーク値Ａ２及び車速に基づいて、それぞれ衝突物の第１の有効質量、第２の有効質量を算出し、それら第１の有効質量と第２の有効質量を合成して衝突物の全有効質量を算出し、この算出した全有効質量が所定の閾値内にあるか否かによって、衝突物が歩行者であるか否かを判別する。

即ち、人体と他の衝突物とでは有効質量が異なるために圧力センサ９の出力のピーク値が異なっている。従って、圧力センサ９の出力から衝突物の有効質量を算出し、この有効質量について、人体の質量と、想定される他の衝突物の質量との間に閾値を設定することにより、衝突物の種類を切り分けることが可能である。但し、圧力センサ９の出力（換言すれば、チャンバ部材７の変形量）は、ある有効質量を持った衝突物がある速度で衝突したことによる衝撃のエネルギによるので、衝突時の車速も加味して有効質量を算出する。
以下、本実施形態における有効質量の算出方法について詳細に説明する。以上では、圧力センサ９が上述した所定時間差内に第１、第２のピーク値を検出した場合に、コントローラ１３が有効質量算出手段として、第１の有効質量と第２の有効質量を算出し、それらを合成することにより衝突物の全有効質量を算出する例について説明したが、本実施形態の車両用衝突検知装置は、より好ましくは、コントローラ１３が、上述した有効質量算出手段及び判別手段として機能することに加え、圧力センサ９により検出されたチャンバ空間７ａにおける圧力変化のピーク値に基づいて車両バンパ１への衝突エネルギを求める衝突エネルギ取得手段として機能する。この場合、コントローラ１３は、衝突エネルギ取得手段として、圧力センサ９が上記所定時間差内にチャンバ空間７ａにおける圧力変化の第１のピーク値Ａ１、第２のピーク値Ａ２を検出した場合に、第１のピーク値Ａ１、第２のピーク値Ａ２に基づいて、それぞれ衝突物による車両バンパへの第１、第２の衝突エネルギを求め、それら第１及び第２の衝突エネルギを合成することにより衝突物による全衝突エネルギを求める。そして、コントローラ１３は、有効質量算出手段として、上記全衝突エネルギと車速センサ１１の衝突時の車速検出値から衝突物の有効質量を算出し、判別手段として、有効質量に基づいて衝突物の種類を判別する。尚、コントローラ１３は、有効質量算出手段として、上記衝突エネルギ取得手段によって求められた車両バンパ１への衝突エネルギをＥとし、衝突時の車速検出値をＶとしたとき、有効質量Ｍを数式Ｍ＝２Ｅ／Ｖ^２により算出する。

即ち、本発明者は、車両バンパの本質的な機能から、車両バンパへの物体の衝突により衝突物の運動エネルギが車両バンパに吸収されることに着眼し、車両バンパの吸収エネルギを求めれば、衝突物の運動エネルギは運動方程式により求められるので、衝突物の質量（ここにいう質量は、車両バンパへ衝突した物体の全質量のうち、車両バンパに衝突に係るエネルギを付与した部分の質量という意味で、衝突物の「有効質量」である）をより正確に求められることを理論的に見出した。

以下、図３及び図４を参照して、この車両バンパの吸収エネルギを求める方法について分かり易く説明する。

まず、衝突物の運動エネルギＥは、運動方程式より、
［数１］ Ｅ＝１ＭＶ^２／２---------(1)
で表される。

図３に示すように、ある質量Ｍの衝突物が衝突速度（車速センサによる車速検出値）Ｖにて車両バンパ１に衝突すると、その衝突荷重Ｆにより車両バンパ１がΔＳだけ変形し、これによりチャンバ部材７が潰れてチャンバ空間７ａの体積がΔＶだけ変化することで、圧力センサ９が圧力変化ΔＰを検出する。

一方、衝突荷重Ｆ［ｔ］とバンパ変形量ΔＳ［ｍｍ］の関係は、図４に示すグラフのようになり、同図のグラフにおける斜線の部分の面積がバンパの吸収エネルギＥ_１に相当する。即ち、バンパの吸収エネルギＥ_１ は、衝突荷重Ｆをバンパ変形量ΔＳについて積分した値により、
［数２］ ∫Ｆｄｓ＝Ｅ_１---------(2)
で表される。

衝突物の「有効質量」を上述したように定義する関係上、衝突物の運動エネルギＥが全てバンパに吸収されてバンパの吸収エネルギＥ_１になるといえるから、上記(1)、(2)式より、有効質量Ｍは、
［数３］ １ＭＶ^２／２＝Ｅ_１---------(3)より、
［数４］ Ｍ＝２Ｅ_１／Ｖ^２---------(4)により求めることができる。

以上のように、圧力センサ９により検出されたチャンバ空間７ａにおける圧力変化のピーク値に基づいて車両バンパ１の吸収エネルギを求め、また、吸収エネルギ取得手段によって求められた車両バンパの吸収エネルギをＥ_１とし、衝突時の車速検出値をＶとしたとき、有効質量Ｍを、数式Ｍ＝２Ｅ_１／Ｖ^２により算出するので、運動方程式に即した理論的にも正確な衝突物の有効質量を算出することができ、これにより正確な衝突の検知が可能となる。

更に、本実施形態の車両用衝突検知装置における、上述した好ましい例では、コントローラ１３は、衝突エネルギ取得手段として、圧力センサ９が上記所定時間差内にチャンバ空間７ａにおける圧力変化の第１のピーク値Ａ１、第２のピーク値Ａ２を検出した場合に、第１のピーク値Ａ１、第２のピーク値Ａ２に基づいて、それぞれ衝突物による車両バンパへの第１、第２の衝突エネルギを求め、それら第１及び第２の衝突エネルギを合成して衝突物による全衝突エネルギを求めるので、歩行者の２本の脚が所定時間差内にそれぞれ車両バンパに衝突した場合にも、当該２本の脚を合わせた全衝突エネルギから当該２本の脚を合わせた有効質量を算出できる。これにより、衝突物が歩行者であることを正確に検出することができる。また、歩行者の衝突時の姿勢による影響を少なくでき、安定して正確な衝突の検知が可能となる。

ところで、図２（ｃ）に示すように、車両バンパ１が歩行者の２本の脚に時間差をおいて連続して衝突した場合、上記所定の時間差が車両バンパ１の衝撃吸収―復元に要する応答時間に比べて短い場合には、圧力センサ９が歩行者の１本目の脚の衝突に対応して圧力変化の第１のピーク値Ａ１を検出した後、車両バンパ１が復元しきれない間に２本目の脚の衝突による第２のピーク値Ａ２を検出することになる。この場合、車両バンパ１の吸収エネルギ（車両バンパ１への衝突エネルギ）は、第１のピーク値Ａ１に基づく第１の衝突エネルギと第２のピーク値Ａ２に基づく第２の衝突エネルギを単純に合成（合計）してしまうと、歩行者の１本目の脚の衝突によるエネルギのうち、その復元しきれなかったエネルギを二重に評価してしまうことになる。

そこで、本実施形態の車両用衝突検知装置における、更に好ましい例では、コントローラ１３は、衝突エネルギ取得手段として、図２（ｃ）に示すように、圧力センサ９が第１のピーク値Ａ１と第２のピーク値Ａ２間に検出した最小値（谷値）Ｂ１に基づいて第３の衝突エネルギ（復元しきれなかったエネルギ）を求める。そして、第１の衝突エネルギをＥ１、第２の衝突エネルギをＥ２、第３の衝突エネルギをＥ３としたとき、全衝突エネルギＥを数式Ｅ＝Ｅ１＋（Ｅ２−Ｅ３）により取得する。

このように、本実施形態の更に好ましい例によれば、第１の衝突エネルギをＥ１、第２の衝突エネルギをＥ２、第３の衝突エネルギをＥ３としたとき、全衝突エネルギＥを数式Ｅ＝Ｅ１＋（Ｅ２−Ｅ３）により取得するので、上述した車両バンパ（チャンバ部材）が復元しきれなかったエネルギを差し引いて、衝突物による全衝突エネルギを求めることができる。従って、車両バンパ（チャンバ部材）が復元しきれない短時間のうちに同一衝突物の第２の部分が衝突した場合でも、衝突物による衝突エネルギのみを正確に求めることができ、より正確な衝突の検知が可能となる。

以上のように、本実施形態の車両用衝突検知装置では、理論的に正確な衝突の検知が可能となるが、前述したように、車両の走行中に物体が衝突するのはバンパの表面であるため、チャンバだけでなく、より正確にはバンパカバーやアブソーバの影響も考慮し、バンパカバー等を含むバンパ構造毎の影響を考慮した衝突の検知が望ましい。

そこで、更に、衝突エネルギ取得手段として機能するコントローラ１３は、チャンバ空間７ａにおける圧力変化の最大値ΔＰ_ｍａｘと車両バンパ１の吸収エネルギＥ_１との相関関係を示す近似式を用いて衝突エネルギＥを求めるようにした。即ち、上述した車両バンパの本質的な機能から、車両バンパへの物体の衝突による衝突エネルギが車両バンパに吸収されることから、ここでいう衝突エネルギは車両バンパの吸収エネルギに置き換えられる。まず、本発明者は、チャンバ空間７ａにおける圧力変化の最大値ΔＰ_ｍａｘと車両バンパ１の吸収エネルギＥ_１とに一定の相関関係が得られることを確認するために、車両バンパ１への衝突実験を実施した。

図５は、チャンバ空間内の圧力変化の最大値ΔＰ_ｍａｘと車両バンパ１の吸収エネルギＥ_１との関係を説明するための図であり、（ａ）は、車両バンパ１への衝突実験の条件を簡略に示す図、（ｂ）は、当該条件下の衝突実験により得られたチャンバ空間７ａにおける圧力変化の最大値ΔＰ_ｍａｘと車両バンパ１の吸収エネルギＥ_１との相関関係を示すグラフである。

図５（ａ）に示すように、質量ｍが２ｋｇ、５ｋｇ、８ｋｇの実験用インパクタをそれぞれ用意し、衝突速度ｖを２ｋｇのインパクタでは時速２５［ｋｍ］と４０［ｋｍ］の２通りの衝突速度、５ｋｇのインパクタでは時速４０［ｋｍ］の１通りの衝突速度、８ｋｇのインパクタでは、２ｋｇのインパクタ同様、時速２５［ｋｍ］と４０［ｋｍ］の２通りの衝突速度で車両バンパ１に衝突させ、チャンバ空間７ａ内における圧力変化の最大値ΔＰ_ｍａｘと車両バンパ１の吸収エネルギＥ_１との関係を考察した。

上記実験の結果、図５（ｂ）に示すように、車両バンパ１の吸収エネルギＥ_１は、チャンバ部材７内における圧力変化の最大値ΔＰ_ｍａｘと一定の相関関係があることを確認することができた。図５（ｂ）のグラフから、特に、車両バンパ１の吸収エネルギＥ_１が３００［Ｊ］程度までは一定の相関関係が有効に得られることが分かった。従って、図５（ｂ）のグラフから、この実験に用いた車両バンパ１のバンパ構造を前提として、チャンバ空間７ａにおける圧力変化の最大値ΔＰ_ｍａｘと車両バンパ１の吸収エネルギＥ_１との相関関係を示す近似式を得ることが可能である。そこで、本実施形態では、衝突エネルギ取得手段として機能するコントローラ１３は、かかる近似式を用いて車両バンパ１の吸収エネルギひいては車両バンパ１への衝突エネルギを求めるようにした。具体的には、コントローラ１３内の図示しないメモリ等にこの近似式を保持しており、この近似式を使用して、圧力センサ９が検出したチャンバ空間内の圧力変化の各ピーク値Ａ１、Ａ２、最小値（谷の値）Ｂ１から、それぞれ車両バンパ１への各衝突エネルギ（吸収エネルギ）Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３を求める。図６は、このような圧力変化の各ピーク値Ａ１、Ａ２、最小値（谷の値）Ｂ１と各衝突エネルギ（吸収エネルギ）Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３との関係を示すグラフである。図６からも明らかなように、上述した近似式（圧力―エネルギ変換式）を用いて、チャンバ空間内の圧力変化の各ピーク値Ａ１、Ａ２、最小値（谷の値）Ｂ１から、それぞれ車両バンパ１への各衝突エネルギ（吸収エネルギ）Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３を求めることができる。

このように、本実施形態の更に好ましい例によれば、圧力変化の各ピーク値Ａ１、Ａ２（と車速の検出結果）から直接、衝突物の有効質量を算出するのではなく、バンパーカバーやアブソーバも含めた車両バンパ１への衝突エネルギ（吸収エネルギ）を求め、この車両バンパ１の吸収エネルギと車速センサ１１の車速検出値から衝突物の有効質量を算出するので、例えば、チャンバ部材の形状や配置、車両バンパに配設されたバンパカバーや発泡樹脂製のアブソーバ等の他の部材の影響を反映した正確な衝突の検知が可能となる。

また、第１の衝突エネルギをＥ１、第２の衝突エネルギをＥ２、第３の衝突エネルギをＥ３としたとき、全衝突エネルギＥを数式Ｅ＝Ｅ１＋（Ｅ２−Ｅ３）により取得するので、上述した車両バンパ（チャンバ部材）が復元しきれなかったエネルギを差し引いて、衝突物による全衝突エネルギを求めることができる。従って、車両バンパ（チャンバ部材）が復元しきれない短時間のうちに同一衝突物の第２の部分が衝突した場合でも、衝突物による衝突エネルギのみを正確に求めることができ、より正確な衝突の検知が可能となる。

更に、上述した近似式を用いて車両バンパ１への各衝突エネルギ（吸収エネルギ）を求めるので、より正確に衝突物の種類を判別することができる。

また、上記近似式は、上述した車両バンパ１への衝突実験によって予め求められたものである。即ち、チャンバ部材７の他に、例えば、バンパカバー２や発泡樹脂製のアブソーバ等が配設された実際の車両バンパへの衝突実験により、バンパ構造毎に求めた近似式を用いている。従って、実際に車両に搭載した場合に、当該車両バンパ１の構造に即した高精度の衝突検知が可能となる。

更に、車両バンパ１内には、アブソーバが配設され、上記近似式は、当該アブソーバとチャンバ部材７への衝突実験によって予め求められたものとしても良い。バンパカバー意匠は車両仕向地やグレードなどにより異なることが考えられるため、バンパカバーを除いたアブソーバとチャンバ部材のみへの衝突実験の結果を用いることで、アッパレインフォース部のみの近似式を用いることができ、車種如何によらず共通の近似式で対応することができる。

尚、上記例では、車両バンパ１への衝突実験又はアブソーバとチャンバ部材７のみへの衝突実験によって予め求めた近似式をコントローラ１３内のメモリ等に保持するようにしたが、同様に求めた相関関係を示すテーブルを用い、かかるテーブルをコントローラ１３内のメモリ等に保持するようにしても良い。

次に、車両用衝突検知装置におけるコントローラ１３の処理の流れについて説明する。図７は、コントローラ１３の処理を示すフローチャートである。

コントローラ１３には、衝突検知のプログラムが予め図示しないメモリ等に格納されており、図示しないＣＰＵがそのプログラムに従って以下に述べる各処理を実行する。

図７に示すように、コントローラ１３は、イニシャル処理として、演算値を初期化する処理（各センサの初期値等の初期値設定処理）を行う（ステップＳ−１）。

続いてコントローラ１３は、車速センサ１１が検出した車速検出値Ｖを読み込み（ステップＳ−２）、その車速検出値Ｖが所定の閾値（最小値と最大値）の範囲内であるか否かを判断する（ステップＳ−３）。これは、前述した歩行者保護装置等の歩行者保護機能が有効に作用する速度が車両形状等により決まっているため、このような速度の範囲内である場合にのみ衝突の検知を行うためである。車速検出値Ｖが所定の閾値（最小値と最大値）の範囲内である（ステップＳ−３でＹｅｓ）場合には、コントローラ１３は、上述した衝突エネルギ取得手段として、圧力センサ９が検出した圧力検出値Ｐ［ｔ］を読み込み（ステップＳ−４）、その圧力検出値Ｐ［ｔ］から圧力変化の第１のピーク値Ａ１を演算する（ステップＳ−５）。ここで、上述した所定時間差内にチャンバ空間７ａにおける圧力変化の第２のピーク値を検出するか否かを確定するため、タイマーをスタートする（ステップＳ−６）。尚、図６に示す例では、上述した第１及び第２の衝突エネルギを合成する条件となる所定の時間差は、衝突時の車速から車両が１ｍ進むのに要する時間とし、タイムアップする所定の時間差は、例えば、時速４０ｋｍの場合で１００ミリ秒（ｍｓ）としている。

続いて、タイムアップする以前に（上記所定時間差内に）チャンバ空間７ａにおける圧力が再上昇すれば、最小値（谷の値）Ｂ１を演算し（ステップＳ−７）、更に、圧力変化の第２のピーク値Ａ２を演算する（ステップＳ−８）。このように、タイムアップする以前に（上記所定時間差内に）最小値（谷の値）Ｂ１、第２のピーク値Ａ２が求められた（演算された）場合（ステップＳ−９でＹｅｓ）には、上記近似式から各ピーク値Ａ１、Ａ２、最小値（谷の値）Ｂ１に相当する各衝突エネルギ（吸収エネルギ）Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３を演算により求める（ステップＳ−１０）。続いて、上述した数式Ｅ＝Ｅ１＋（Ｅ２−Ｅ３）より、衝突物による車両バンパ１への全衝突エネルギＥを求める（ステップＳ−１１）。続いて、コントローラ１３は、求めた全衝突エネルギＥから、上述した有効質量算出手段として、数式Ｍ＝２Ｅ／Ｖ２により衝突物の有効質量Ｍを算出する（ステップＳ−１２）。そして、コントローラ１３は、判別手段として、算出した有効質量Ｍが所定の閾値以上であるかを判断し（ステップＳ−１３）、当該閾値以上である場合には（ステップＳ−１３でＹｅｓ）、歩行者と衝突したと検知する、即ち、衝突物の種類を歩行者と判別する（ステップＳ−１４）。一方、当該閾値以上でない場合には（ステップＳ−１３でＮｏ）、歩行者以外と衝突したと検知する、即ち、衝突物の種類を歩行者以外の物体と判別する（ステップＳ−１５）。ここで、有効質量Ｍの歩行者と判別する閾値は、例えば、２ｋｇ未満の場合には、歩行者以外の物体と判別するようにしている。図示ステップＳ−１３の場合と異なり、例えば、１０kg以上の場合には、歩行者以外の物体と判別するようにしても良い。或いは、図示ステップＳ−１３の場合と異なり、所定の範囲内の場合、例えば２kgから１０kgの範囲内であれば、歩行者と判別するようにしても良い。

一方、上記所定時間差が経過した場合（ステップＳ−９でＮｏ）には、上記近似式から第１のピーク値Ａ１に相当する衝突エネルギ（吸収エネルギ）のみを演算により求める（ステップＳ−１６）。続いて、コントローラ１３は、求めた衝突エネルギから、上述した有効質量算出手段として、数式Ｍ＝２Ｅ／Ｖ^２により衝突物の有効質量Ｍを算出する（ステップＳ−１７）。そして、コントローラ１３は、判別手段として、算出した有効質量Ｍが所定の閾値以上であるかを判断し（ステップＳ−１８）、当該閾値以上である場合には（ステップＳ−１８でＹｅｓ）、歩行者と衝突したと検知する、即ち、衝突物の種類を歩行者と判別する（ステップＳ−１９）。一方、当該閾値以上でない場合には（ステップＳ−１８でＮｏ）、歩行者以外と衝突したと検知する、即ち、衝突物の種類を歩行者以外の物体と判別する（ステップＳ−２０）。

以上説明したことから明らかなように、本実施形態によれば、図２（ａ）、（ｂ）に示したように、車両バンパ１が歩行者の２本の脚に時間差をおいて連続して衝突した場合、圧力センサ９は、歩行者の１本目の脚の衝突、２本目の脚の衝突に対応して、それぞれチャンバ空間７ａ内の圧力変化の第１のピーク値Ａ１、第２のピーク値Ａ２を検出する。そして、コントローラ１３は、第１のピーク値Ａ１、第２のピーク値Ａ２及び車速センサ１１の検出結果に基づいて、それぞれ第１のピーク値Ａ１に対応した第１の有効質量、第２のピーク値Ａ２に対応した第２の有効質量を算出して、両者を合成することにより、歩行者の２本の脚に対応する衝突物の全有効質量を算出するので、衝突物が歩行者であることを正確に検出することができる。仮に、以上に述べた場合と異なり、座っている歩行者の腹部に衝突したような場合、チャンバ空間７ａ内の圧力変化のピーク値は一つしか検出されないので、腹部の衝突に相当する第１のピーク値に対応する第１の有効質量のみにより衝突物の全有効質量が算出される。従って、歩行者の衝突時の姿勢による影響を少なくでき、安定して正確な衝突の検知が可能となる。

また、本実施形態によれば、運動方程式に即した理論的にも正確な衝突物の有効質量を算出することができ、これにより正確な衝突の検知が可能となる。

また、本実施形態によれば、圧力変化の各ピーク値Ａ１、Ａ２（と車速の検出結果）から直接、衝突物の有効質量を算出するのではなく、バンパーカバーやアブソーバも含めた車両バンパ１への衝突エネルギ（吸収エネルギ）を求め、この車両バンパ１の吸収エネルギと車速センサ１１の車速検出値から衝突物の有効質量を算出するので、例えば、チャンバ部材の形状や配置、車両バンパに配設されたバンパカバーや発泡樹脂製のアブソーバ等の他の部材の影響を反映した正確な衝突の検知が可能となる。

更に、本実施形態によれば、第１の衝突エネルギをＥ１、第２の衝突エネルギをＥ２、第３の衝突エネルギをＥ３としたとき、全衝突エネルギＥを数式Ｅ＝Ｅ１＋（Ｅ２−Ｅ３）により取得するので、上述した車両バンパ（チャンバ部材）が復元しきれなかったエネルギを差し引いて、衝突物による全衝突エネルギを求めることができる。従って、車両バンパ（チャンバ部材）が復元しきれない短時間のうちに同一衝突物の第２の部分が衝突した場合でも、衝突物による衝突エネルギのみを正確に求めることができ、より正確な衝突の検知が可能となる。

更に、上述した近似式を用いて車両バンパ１への各衝突エネルギ（吸収エネルギ）を求めるので、より正確に衝突物の種類を判別することができる。

また、上記近似式は、上述した車両バンパ１への衝突実験によって予め求められたものであり、チャンバ部材７の他に、例えば、バンパカバー２や発泡樹脂製のアブソーバ等が配設された実際の車両バンパへの衝突実験により、バンパ構造毎に求めた近似式を用いている。従って、実際に車両に搭載した場合に、当該車両バンパ１の構造に即した高精度の衝突検知が可能となる。

更に、上記近似式をアブソーバとチャンバ部材への衝突実験によって予め求められたものとした。バンパカバーの意匠は車両仕向地やグレードなどにより異なることが考えられるため、バンパカバーを除いたアブソーバとチャンバ部材のみへの衝突実験の結果を用いることで、アッパレインフォース部のみの近似式を用いることができ、車種如何によらず共通の近似式で対応することができる。

尚、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更を施すことが可能である。例えば、上記実施形態では、所定の時間差は衝突時の車速から車両が１ｍ進むのに要する時間としたが、これ以外の時間差を設けても良い。また、上記実施形態では、チャンバ部材７内に空気を封入する構成を示したが、空気以外の気体を封入する構成としてもよい。

本発明は、車両バンパにおける圧力変化に基づいて衝突物を判別可能な車両用衝突検知装置に適用可能である。

本発明の実施形態に係る車両用衝突検知装置の構成を示す図であり、（ａ）は、その構成を車両バンパの概略縦断面構造と共に示す図、（ｂ）は、その機能ブロック図である。 本発明の実施形態に係る車両用衝突検知装置において、車両バンパが歩行者の２本の脚に時間差をおいて連続して衝突した場合の動作を説明するための図であり、（ａ）は、車両バンパが歩行者の１本目の脚と衝突した状態の概念図、（ｂ）は、その２本目の脚と衝突した状態の概念図、（ｃ）は、（ａ）及び（ｂ）の場合におけるチャンバ空間内の圧力変化と時間との関係を示すグラフである。 本発明の実施形態において有効質量を算出する方法を説明するための概念図である。 衝突荷重とバンパ変形量の関係を示すグラフである。 チャンバ空間内の圧力変化のピーク値と車両バンパの吸収エネルギとの関係を説明するための図であり、（ａ）は、車両バンパへの衝突実験の条件を簡略に示す図、（ｂ）は、当該条件下の衝突実験により得られたチャンバ空間における圧力変化のピーク値と車両バンパの吸収エネルギとの相関関係を示すグラフである。 チャンバ空間内の圧力変化の各ピーク値Ａ１、Ａ２、最小値（谷の値）Ｂ１と車両バンパ１への各衝突エネルギ（吸収エネルギ）Ｅ１、Ｅ２、Ｅ３との関係を示すグラフである。 本発明の実施形態に係る車両用衝突検知装置におけるコントローラ１３の処理を示すフローチャートである。

符号の説明

１ 車両バンパ
２ バンパカバー
３ バンパレインフォース
７ チャンバ部材
７ａ チャンバ空間
９ 圧力センサ
１１ 車速センサ
１３ コントローラ（有効質量算出手段、判別手段、衝突エネルギ取得手段）

Claims (8)

1. 車両バンパへの物体の衝突を検知するように構成された車両用衝突検知装置において、
   前記車両バンパ内に配設され且つチャンバ空間が内部に形成されるチャンバ部材と、
   前記チャンバ空間内の圧力を検出する圧力センサと、
   当該車両の車速を検出する車速センサと、
   前記圧力センサが所定時間差内に前記チャンバ空間における圧力変化の第１、第２のピーク値を検出した場合に、該第１、第２のピーク値及び前記車速センサの検出結果に基づいて、それぞれ前記第１のピーク値に対応した衝突物の第１の有効質量、前記第２のピーク値に対応した衝突物の第２の有効質量を算出し、該第１の有効質量と第２の有効質量を合成することにより前記衝突物の全有効質量を算出する有効質量算出手段と、
   前記有効質量算出手段によって算出された前記全有効質量に基づいて前記衝突物の種類を判別する判別手段とを備えたことを特徴とする車両用衝突検知装置。
2. 車両バンパへの物体の衝突を検知するように構成された車両用衝突検知装置において、
   前記車両バンパ内に配設され且つチャンバ空間が内部に形成されるチャンバ部材と、
   前記チャンバ空間内の圧力を検出する圧力センサと、
   当該車両の車速を検出する車速センサと、
   前記圧力センサが所定時間差内に前記チャンバ空間における圧力変化の第１、第２のピーク値を検出した場合に、該第１、第２のピーク値に基づいて、それぞれ衝突物による前記車両バンパへの第１、第２の衝突エネルギを求め、該第１及び第２の衝突エネルギを合成することにより前記衝突物による全衝突エネルギを求める衝突エネルギ取得手段と、
   前記全衝突エネルギと衝突時の車速検出値から衝突物の有効質量を算出する有効質量算出手段と、
   前記有効質量算出手段によって算出された前記有効質量に基づいて前記衝突物の種類を判別する判別手段とを備えたことを特徴とする車両用衝突検知装置。
3. 前記衝突エネルギ取得手段は、前記圧力センサが所定時間差内に前記チャンバ空間における圧力変化の第１、第２のピーク値を検出した場合にのみ前記第１及び第２の衝突エネルギを合成して全衝突エネルギを求め、所定時間差内に第２のピーク値を検出しなかった場合には、前記第１の衝突エネルギのみを求め、
   前記有効質量算出手段は、前記全衝突エネルギ又は第１の衝突エネルギのみと衝突時の車速検出値から衝突物の有効質量を算出することを特徴とする請求項２に記載の車両用衝突検知装置。
4. 更に、前記衝突エネルギ取得手段は、圧力センサが前記第１及び第２のピーク値間に検出した最小値に基づいて第３の衝突エネルギを求め、前記第１の衝突エネルギをＥ１、前記第２の衝突エネルギをＥ２、前記第３の衝突エネルギをＥ３としたとき、前記全衝突エネルギＥを数式Ｅ＝Ｅ１＋（Ｅ２−Ｅ３）により取得することを特徴とする請求項２又は３の何れか一項に記載の車両用衝突検知装置。
5. 前記有効質量算出手段は、前記全衝突エネルギをＥとし、前記衝突時の車速検出値をＶとしたとき、前記有効質量Ｍを数式Ｍ＝２Ｅ／Ｖ^２により算出することを特徴とする請求項２乃至４の何れか一項に記載の車両用衝突検知装置。
6. 前記衝突エネルギ取得手段は、前記チャンバ空間における圧力変化の第１、第２のピーク値又は最小値と前記第1、第２又は第３の衝突エネルギとの相関関係を示すテーブル又は近似式を用いて前記第1、第２又は第３の衝突エネルギを求めることを特徴とする請求項２乃至５の何れか一項に記載の車両用衝突検知装置。
7. 前記テーブル又は近似式は、前記車両バンパへの衝突実験によって予め求められたことを特徴とする請求項６に記載の車両用衝突検知装置。
8. 前記車両バンパ内には、更に、アブソーバが配設され、前記テーブル又は近似式は、該アブソーバと前記チャンバ部材への衝突実験によって予め求められたことを特徴とする請求項６に記載の車両用衝突検知装置。

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