(57)【要約】【課題】  フレームの変形形態をより詳細に検出することができるフレーム変形検出装置の提供。【解決手段】  複数の歪みセンサ４１をフレーム１１の易折れ変形部２５を挟んで前後に設けるとともに、これら歪みセンサ４１の検出結果に基づいてフレーム１１の変形形態を判定する判定手段を設け、判定手段は、複数の歪みセンサ４１のそれぞれのデータから所定の閾値以上の歪み量を検出するタイミングの時間差を算出し、該時間差が所定時間以上の場合は座屈と判定する一方、前記時間差が所定時間より短い場合は折れと判定する。【選択図】        図２
2006030011.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の歪みセンサをフレームの易折れ変形部を挟んで前後に設けるとともに、
これら歪みセンサの検出結果に基づいて前記フレームの変形形態を判定する判定手段を設け、
該判定手段は、前記複数の歪みセンサのそれぞれのデータから所定の閾値以上の歪み量を検出するタイミングの時間差を算出し、該時間差が所定時間以上の場合は座屈と判定する一方、前記時間差が所定時間より短い場合は折れと判定することを特徴とするフレーム変形検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、フレームの変形形態を検出可能なフレーム変形検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
フレームによって衝突時のエネルギを効率的に吸収させるためには、フレームを衝突時に座屈変形させることが望ましいが、このようにフレームを座屈変形させるためにフレームの先端部にビードと呼ばれる凹みを設けこの凹みから座屈するように座屈を制御する技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平７−１６５１１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記のようにフレームに凹みを設けて座屈を制御すると、あらゆる衝突形態においてフレームが座屈変形することになってしまうが、場合によっては座屈以外の変形形態とした方が良いこともある。つまり、衝突形態に応じてフレームの強度を可変とした方が好ましい。このような理由から、フレームにアクチュエータを設けてフレームの変形を制御することが考えられている。このようなアクチュエータによる変形制御を行う場合、より詳細にフレームの変形形態を検出することが必要になってくる。
【０００４】
したがって、本発明は、フレームの変形形態をより詳細に検出することができるフレーム変形検出装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、複数の歪みセンサ（例えば実施形態における圧電フィルムセンサ４１）をフレーム（例えば実施形態におけるフロントサイドフレーム１１）の易折れ変形部（例えば実施形態における易折れ変形部２５）を挟んで前後に設けるとともに、これら歪みセンサの検出結果に基づいて前記フレームの変形形態を判定する判定手段（例えば実施形態におけるコントローラ３９）を設け、該判定手段は、前記複数の歪みセンサのそれぞれのデータから所定の閾値以上の歪み量を検出するタイミングの時間差を算出し、該時間差が所定時間以上の場合は座屈と判定する一方、前記時間差が所定時間より短い場合は折れと判定することを特徴としている。
【発明の効果】
【０００６】
請求項１に係る発明によれば、複数の歪みセンサをフレームの易折れ変形部の前後に設けると、これら歪みセンサのデータから求められる歪み量の発生のタイミングの時間差に折れの場合と座屈の場合とで違いがあることに着目し、判定手段が、複数の歪みセンサのそれぞれのデータから所定の閾値以上の歪み量を検出するタイミングの時間差が所定時間以上の場合は座屈と判定する一方、前記時間差が所定時間より短い場合は折れと判定する。このように複数の歪みセンサと判定手段という簡素な構成でフレームの変形形態が折れであるか座屈であるかを検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
本発明の一実施形態のフレーム変形検出装置を図面を参照して以下に説明する。
図１は車両１０の車体前部を概略的に示すもので、車体前部には車体骨格部材であるフロントサイドフレーム（フレーム）１１が車体前後方向に沿う状態で車幅方向に離間して一対設けられている。これらフロントサイドフレーム１１は、先端側が、車幅方向に沿うフロントバンパビーム１２に連結されており、基端側が、車幅方向に沿うダッシュボードロアクロスメンバ１３と交差して、車体前後方向に沿うフロアフレーム１４にそれぞれ連結されている。
【０００８】
各フロントサイドフレーム１１は、鋼材からなるもので、図２および図３に概略的に示すように、四つの板部１６〜１９が枠状に連結されることで長さ方向に直交する断面がほぼ矩形の閉断面形状をなしている。
【０００９】
各フロントサイドフレーム１１は、フロントバンパビーム１２に連結される先端側フレーム部２１が車体前後方向に沿っており、またフロアフレーム１４に連結される基端側フレーム部２２も車体前後方向に沿っていて、さらにこれら先端側フレーム部２１および基端側フレーム部２２の間にある中間フレーム部２３が車体前後方向に対し傾斜している。つまり、先端側フレーム部２１および中間フレーム部２３は互いに鈍角をなしており、中間フレーム部２３および基端側フレーム部２２も互いに鈍角をなしている。その結果、先端側フレーム部２１および中間フレーム部２３の間と、中間フレーム部２３および基端側フレーム部２２の間とにそれぞれ、車体前方からの荷重に対し他の部分よりも折れ変形容易な易折れ変形部２５，２６が形成されている。
【００１０】
各フロントサイドフレーム１１の先端側の易折れ変形部２５に、フロントサイドフレーム１１の延在方向に沿って荷重を発生可能な圧電素子アクチュエータ（アクチュエータ）３２が内角側の表面に複数設けられており、基端側の易折れ変形部２６にも、フロントサイドフレーム１１の延在方向に沿って荷重を発生可能な圧電素子アクチュエータ３２が内角側の表面に複数設けられている。
【００１１】
具体的に、先端側の易折れ変形部２５においては、内角側の板部１６に二つ、この板部１６と隣り合う両側の板部１７，１９の内角側にそれぞれ一つの合計四つの圧電素子アクチュエータ３２が設けられている。各圧電素子アクチュエータ３２は長方形状をなしており、易折れ変形部２５において板部１６に設けられる圧電素子アクチュエータ３２は板部１６における屈曲の中央位置をフロントサイドフレーム１１の延在方向において前後に越えるように配置されている。また、易折れ変形部２５において板部１７に設けられる圧電素子アクチュエータ３２は板部１７における屈曲の二等分線をフロントサイドフレーム１１の延在方向において前後に越えるように配置されており、易折れ変形部２５において板部１９に設けられる圧電素子アクチュエータ３２も板部１９における屈曲の二等分線をフロントサイドフレーム１１の延在方向において前後に越えるように配置されている。
【００１２】
また、基端側の易折れ変形部２６においても、内角側の板部１８に二つ、この板部１８と隣り合う両側の板部１７，１９の内角側にそれぞれ一つの合計四つの圧電素子アクチュエータ３２が設けられている。易折れ変形部２６において板部１８に設けられる圧電素子アクチュエータ３２は板部１８における屈曲の中央位置をフロントサイドフレーム１１の延在方向において前後に越えるように配置されている。また、易折れ変形部２６において板部１７に設けられる圧電素子アクチュエータ３２は板部１７における屈曲の二等分線をフロントサイドフレーム１１の延在方向において前後に越えるように配置されており、易折れ変形部２６において板部１９に設けられる圧電素子アクチュエータ３２は板部１９における屈曲の二等分線をフロントサイドフレーム１１の延在方向において前後に越えるように配置されている。
【００１３】
各圧電素子アクチュエータ３２は、図４に示すように、複数の同一形状の圧電セラミック３５が、姿勢を合わせた状態で厚さ方向に積層されて構成されており、各圧電セラミック３５には、それぞれが櫛歯状をなして互いに入り込み合う電極３６および電極３７が設けられている。各圧電セラミック３５は、一方の電極３６をプラスとし他方の電極３７をマイナスとして電圧を印加すると、長さ方向において伸長方向に荷重を発生させ、逆に、前記一方の電極３６をマイナスとし前記他方の電極３７をプラスとして電圧を印加すると、長さ方向において縮長方向に荷重を発生させる。
【００１４】
これら圧電素子アクチュエータ３２は、すべてコントローラ（判定手段）３９に接続されており、このコントローラ３９で電極３６，３７に印加される電圧、つまり圧電素子アクチュエータ３２の荷重が個別に制御される。
【００１５】
本実施形態のフレーム変形検出装置１は、上記したフロントサイドフレーム１１の変形を検出するものである。
【００１６】
本実施形態のフレーム変形検出装置１は、図２に示すように、各フロントサイドフレーム１１に、一つのフロントサイドフレーム１１に対し複数の圧電フィルムセンサ（歪みセンサ）４１が先端側の易折れ変形部２５を挟んで前後に設けられている。これら複数の圧電フィルムセンサ４１は、図５に示すように、圧電フィルム４２を両側から電極４３で挟んで構成されるもので、それぞれが設けられた位置に生じる歪み量に応じた電圧（データ）を発生させる。ここで、歪み量を検出可能なセンサであれば、圧電フィルムセンサ４１ではなく他の歪みゲージ等を用いても良い。
【００１７】
具体的に、図２に示すように、フロントサイドフレーム１１の先端側フレーム部２１における中間フレーム部２３の屈曲側に向く板部１６の表面に荷重入力方向前後に位置をずらして二つの圧電フィルムセンサ４１が設けられ、フロントサイドフレーム１１の中間フレーム部２３における先端側フレーム部２１の屈曲側に向く同じ板部１６の表面に一つの圧電フィルムセンサ４１が設けられている。先端側フレーム部２１の易折れ変形部２５側に設けられる圧電フィルムセンサ４１は易折れ変形部２５の近傍に配置されており、中間フレーム部２３の易折れ変形部２５側に設けられる圧電フィルムセンサ４１も易折れ変形部２５の近傍に配置されている。また、これら圧電フィルムセンサ４１は板部１６上で等間隔に並べられている。
【００１８】
そして、本実施形態のフレーム変形検出装置１は、上記した各圧電フィルムセンサ４１のデータつまり電圧値を時間積分して歪み量を求め、この歪み量に基づいてコントローラ３９がフロントサイドフレーム１１の変形形態を判定する。
【００１９】
ここで、コントローラ３９による変形形態の判定について説明する。
【００２０】
フロントサイドフレーム１１は、車体前後方向の前端側から荷重が入力された場合、前端側から座屈変形を生じるか、あるいは易折れ変形部２５，２６から折れを生じるかのいずれかに大別されることになるが、図６（ａ）に示すような座屈変形の場合は、図６（ｂ）に示すように（図６（ｂ），図７（ｂ），図９，図１０では最も前側の圧電フィルムセンサ４１の出力を実線で、前から二番目の圧電フィルムセンサ４１の出力を破線で、前から三番目の圧電フィルムセンサ４１の出力を一点鎖線で示す）、易折れ変形部２５よりも前にある二つの圧電フィルムセンサ４１の電圧値の時間積分値の絶対値つまり歪み量が発生するタイミングの時間差が長く、しかも易折れ変形部２５の後にある圧電フィルムセンサ４１の電圧値の時間積分値の絶対値つまり歪み量が基本的には発生しない特性がある。他方、図７（ａ）に示すような折れ変形の場合、図７（ｂ）に示すように、易折れ変形部２５の前後にある圧電フィルムセンサ４１の電圧値の時間積分値の絶対値つまり歪み量が発生するタイミングの時間差が短く、しかも易折れ変形部２５から離れている先端側の圧電フィルムセンサ４１の電圧値の時間積分値の絶対値つまり歪み量が基本的には発生しない特性がある。
【００２１】
コントローラ３９は、このように、複数具体的には三つの圧電フィルムセンサ４１をフロントサイドフレーム１１の易折れ変形部２５の前後に前二つ後一つで設けると、これら圧電フィルムセンサ４１の電圧値の時間積分値の絶対値つまり歪み量の発生のタイミングの時間差に折れの場合と座屈の場合とで違いがあることに着目し、複数の圧電フィルムセンサ４１のそれぞれのデータから電圧値の時間積分値の絶対値つまり歪み量が発生したと判定できる所定の閾値以上となるタイミングＴ１，Ｔ２の時間差が所定時間以上の場合は座屈と判定する一方、この時間差が所定時間より短い場合は折れと判定する。
【００２２】
具体的に、コントローラ３９は、例えばイグニッションキーがオンになると、各圧電フィルムセンサ４１の電圧値を常時モニターするとともに各電圧値を時間積分することになり、それとともに所定の時間間隔で以下の判定を行う。つまり、図８のフローチャートに示すように、各圧電フィルムセンサ４１の電圧値の時間積分値の絶対値つまり歪み量のいずれかが所定の閾値以上であるか否かを判定し（ステップＳ１）、すべての圧電フィルムセンサ４１の電圧値の時間積分値の絶対値つまり歪み量が所定の閾値より小さい場合は、変形が発生していないと判定する（ステップＳ２）。
【００２３】
他方、ステップＳ１において各圧電フィルムセンサ４１の電圧値の時間積分値の絶対値つまり歪み量のうちのいずれか一つが所定の閾値以上となると、変形が発生したと判定し、この圧電フィルムセンサ４１の電圧値の時間積分値の絶対値つまり歪み量が所定の閾値以上になったタイミングＴ１を記憶する（ステップＳ３）。それとともに、このタイミングＴ１の次に別の圧電フィルムセンサ４１の電圧値の時間積分値の絶対値つまり歪み量が所定の閾値以上になったか否かを判定し（ステップＳ４）、そのタイミングＴ２を記憶する（ステップＳ５）。そして、これらの時間差である（Ｔ１−Ｔ２）の絶対値を演算し、この（Ｔ１−Ｔ２）の絶対値が予め設定された所定時間Ｔｔｈ以上であるか否かを判定して（ステップＳ６）、（Ｔ１−Ｔ２）の絶対値が所定時間Ｔｔｈ以上である場合には、先端から座屈が発生したと判定する（ステップＳ７）。一方、この（Ｔ１−Ｔ２）の絶対値が予め設定された所定時間Ｔｔｈより小さい場合には、易折れ変形部２５，２６から折れが発生したと判定する（ステップＳ８）。
【００２４】
つまり、例えば、各圧電フィルムセンサ４１の電圧値が図９（ａ）に示すようになり、電圧値の時間積分値が図９（ｂ）に示すようになると、最初に圧電フィルムセンサ４１の電圧値の時間積分値の絶対値つまり歪み量が所定の閾値以上になるタイミングＴ１と次に圧電フィルムセンサ４１の電圧値の時間積分値の絶対値つまり歪み量が所定の閾値以上になるタイミングＴ２との時間差である（Ｔ１−Ｔ２）の絶対値が大きくなり、これにより座屈変形であると判定する。他方、各圧電フィルムセンサ４１の電圧値が図１０（ａ）に示すようになり、電圧値の時間積分値が図１０（ｂ）に示すようになると、最初に圧電フィルムセンサ４１の電圧値の時間積分値の絶対値つまり歪み量が所定の閾値以上になるタイミングＴ１と次に圧電フィルムセンサ４１の電圧値の時間積分値の絶対値つまり歪み量が所定の閾値以上になるタイミングＴ２との時間差である（Ｔ１−Ｔ２）の絶対値が小さくなり、これにより折れ変形であると判定する。
【００２５】
そして、コントローラ３９は、この検出結果から、例えば、折れを検出した場合にはこの折れの進行を止めて座屈を生じさせるように圧電素子アクチュエータ３２を制御する。つまり、折れを検出した場合には、先端側の易折れ変形部２５に設けられたすべての圧電素子アクチュエータ３２および基端側の易折れ変形部２６に設けられたすべての圧電素子アクチュエータ３２に伸長方向に荷重を発生させるように電圧を印加する。すると、衝突の荷重が先端側フレーム部２４の先端側から入力されても、先端側の易折れ変形部２５の内角側で圧電素子アクチュエータ３２が踏ん張ること、および基端側の易折れ変形部２６の内角側で圧電素子アクチュエータ３２が踏ん張ることでこれら易折れ変形部２５，２６から発生するフロントサイドフレーム１１の折れを抑止する。逆に座屈を検出した場合には圧電素子アクチュエータ３２を作動させずそのまま座屈を進行させる。
【００２６】
以上に述べた本実施形態のフレーム変形検出装置１によれば、複数の圧電フィルムセンサ４１をフロントサイドフレーム１１の易折れ変形部２５の前後に設けると、これら圧電フィルムセンサ４１のデータから求められる歪み量の発生のタイミングの時間差に折れの場合と座屈の場合とで違いがあることに着目し、コントローラ３９が、複数の圧電フィルムセンサ４１のそれぞれのデータから所定の閾値以上の歪み量を検出するタイミングの時間差が所定時間以上の場合は座屈と判定する一方、前記時間差が所定時間より短い場合は折れと判定する。このように複数の圧電フィルムセンサ４１とコントローラ３９という簡素な構成でフロントサイドフレーム１１の変形形態が折れであるか座屈であるかを検出することができる。
【００２７】
なお、以上のようにして行ったフロントサイドフレーム１１の座屈変形であるか折れ変形であるかの判定を、コントローラ３９が行う別途のフロントサイドフレーム１１に対する変形形態の判定に対する実現象の監視として用いて、別途の変形形態の判定にフィードバックしても良い。
【００２８】
また、以上の実施形態においては、フレーム変形検出装置１の圧電フィルムセンサ４１をフロントサイドフレーム１１に設けて前面衝突時のフロントサイドフレーム１１の変形を検出する場合を例にとり説明したが、圧電フィルムセンサ４１を車体後部で車体前後方向に沿うリヤサイドフレームに設けて後面衝突時のリヤサイドフレームの変形を検出したり、圧電フィルムセンサ４１を車幅方向に沿うクロスメンバに設けて側面衝突時のクロスメンバの変形を検出したりすることも勿論可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施形態のフレーム変形検出装置が適用された車両の車体前部を概略的に示す平面図である。
【図２】本発明の一実施形態のフレーム変形検出装置が適用された車両のフロントサイドフレームを示す斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態のフレーム変形検出装置が適用された車両のフロントサイドフレームの断面図であって、（ａ）は図２におけるＸ１−Ｘ１線に沿うものであり、（ｂ）は図２におけるＸ２−Ｘ２線に沿うものである。
【図４】本発明の一実施形態のフレーム変形検出装置が適用された車両のフロントサイドフレームに設けられる圧電素子アクチュエータを示す図であって、（ａ）は平面図、（ｂ）は側面図である。
【図５】本発明の一実施形態のフレーム変形検出装置の圧電フィルムセンサを示す斜視図である。
【図６】本発明の一実施形態のフレーム変形検出装置の変形形態判定を説明するためのもので、（ａ）は変形形態の模式図、（ｂ）は圧電フィルムセンサのデータに基づく歪み量を示す特性線図である。
【図７】本発明の一実施形態のフレーム変形検出装置の変形形態判定を説明するためのもので、（ａ）は変形形態の模式図、（ｂ）は圧電フィルムセンサのデータに基づく歪み量を示す特性線図である。
【図８】本発明の一実施形態のフレーム変形検出装置における変形検出のフローチャートである。
【図９】本発明の一実施形態のフレーム変形検出装置の変形形態判定時のデータを示すもので、（ａ）は圧電フィルムセンサの電圧値、（ｂ）は電圧の時間積分値を示す特性線図である。
【図１０】本発明の一実施形態のフレーム変形検出装置の変形形態判定時のデータを示すもので、（ａ）は圧電フィルムセンサの電圧値、（ｂ）は電圧の時間積分値を示す特性線図である。
【符号の説明】
【００３０】
１１  フロントサイドフレーム（フレーム）
２５  易折れ変形部
３９  コントローラ（判定手段）
４１  圧電フィルムセンサ（歪みセンサ）
【図１】
2006030011.tif 000003
【図２】
2006030011.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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