(57)【要約】【課題】  コストを増大させることなく衝突時の衝突エネルギーを測定することができる衝突レベル判定装置の提供。【解決手段】  センサ素子１９に複数の電極２３を並設することでセンサ素子１９を各電極位置のセグメントＳの集合体とし、各電極からの信号を時間で１回積分することにより各電極位置における初期状態からの曲率変化量ρ（ｔ）を得、各電極からの信号を並設方向距離で２回積分することにより面外方向変位速度ｖｎ（ｔ）を得て、曲率変化量から各電極位置のセグメントでの歪エネルギーを算出し全セグメントについて総和をとって全歪エネルギーを算出し、面外方向変位速度から各電極位置のセグメントでの運動エネルギーを算出し全セグメントについて総和をとって全運動エネルギーを算出し、全歪エネルギーおよび全運動エネルギーの少なくともいずれか一つを用いて衝突の激しさを判定する。【選択図】        図１
2006027454.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の外表面を構成する部材の内側に該部材に沿ってセンサ素子を設け、該センサ素子に複数の電極を所定の間隔をあけて並設することで前記センサ素子を各電極位置のセグメントの集合体とし、
各電極からの信号を時間で１回積分することにより各電極位置における初期状態からの曲率変化量ρ（ｔ）を得るとともに、各電極からの信号を並設方向距離で２回積分することにより面外方向変位速度ｖｎ（ｔ）を得て、
前記曲率変化量から各電極位置のセグメントでの歪エネルギーを算出し、全セグメントについて総和をとることで全歪エネルギーを算出し、前記面外方向変位速度から各電極位置のセグメントでの運動エネルギーを算出して全セグメントについて総和をとることで全運動エネルギーを算出し、前記全歪エネルギーおよび前記全運動エネルギーの少なくともいずれか一つを用いて衝突の激しさを判定することを特徴とする衝突レベル判定装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、衝突時の衝突エネルギーを即時に測定することにより衝突レベルを判定するアルゴリズムを備える衝突レベル判定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
車体前部のバンパの後面左右それぞれに、車幅方向に加わる加速度の大きさに応じた信号を出力する加速度センサを設け、これら加速度センサの出力に基づいて車両の衝突時の変形形態を判定する技術がある（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−９６７０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、上記のような車両の衝突時の変形形態だけではなく衝突エネルギーも検出できた方が、その後の車両側の制御も一層適正に行うことができることになるが、従来の加速度センサを用いて衝突エネルギーを検出するのでは、高価な加速度センサが多数必要になり、コストが増大してしまう。
【０００４】
したがって、本発明は、コストを増大させることなく衝突時の衝突エネルギーを算出することで衝突の激しさ（レベル）を判定する衝突レベル判定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、車両（例えば実施形態における車両１０）の外表面を構成する部材（例えば実施形態におけるフロントバンパフェース１６）の内側に該部材に沿ってセンサ素子（例えば実施形態におけるセンサ素子１９）を設け、該センサ素子に複数の電極（例えば実施形態における電極２３）を所定の間隔をあけて並設することで前記センサ素子を各電極位置のセグメント（例えば実施形態におけるセグメントＳ）の集合体として扱い、各電極からの信号を時間で１回積分することにより各電極位置における初期状態からの曲率変化量ρ（ｔ）を得るとともに、各電極からの信号を並設方向距離で２回積分することにより面外方向変位速度ｖｎ（ｔ）を得、前記曲率変化量から各電極位置のセグメントでの歪エネルギーを算出し、全セグメントについて総和をとることで全歪エネルギーを算出し、前記面外方向変位速度から各電極位置のセグメントでの運動エネルギーを算出して全セグメントについて総和をとることで全運動エネルギーを算出し、前記全歪エネルギーおよび前記全運動エネルギーの少なくともいずれか一つを用いて衝突の激しさを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、車両の外表面を構成する部材の内側にセンサ素子を設け、このセンサ素子に複数の電極を所定の間隔をあけて並設するという簡素かつ安価な構成を採用することになり、そして、各電極からの信号を時間で１回積分することにより各電極位置における初期状態からの曲率変化量ρ（ｔ）を得るとともに、各電極からの信号を並設方向距離で２回積分することにより面外方向変位速度ｖｎ（ｔ）を得て、曲率変化量から各電極位置のセグメントでの歪エネルギーを算出し、全セグメントについて総和をとることで全歪エネルギーを算出し、面外方向変位速度から各電極位置のセグメントでの運動エネルギーを算出して全セグメントについて総和をとることで全運動エネルギーを算出し、全歪エネルギーおよび全運動エネルギーの合計もしくは総歪エネルギーのみをもって、エアバッグやシートベルトプリテンショナを作動すべきレベルの衝突レベルか否かを判定することができる。したがって、コストを増大させることなくエアバッグやシートベルトプリテンショナを作動すべきレベルの衝突レベルか否かを判定することができる。
【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衝突レベル判定装置を図面を参照して以下に説明する。
【０００８】
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。
【０００９】
フロントバンパビーム１２の前側には、車両の外表面を構成する部材であるフロントバンパフェース１６が車幅方向に沿って設けられており、このフロントバンパフェース１６の車幅方向に沿う前面部２１の内側（後側）であってフロントバンパビーム１２との間に、本実施形態の衝突レベル判定装置１８のセンサ素子１９が設けられている。つまり、本実施形態の衝突レベル判定装置１８は、センサ素子１９において具体的には車両１０への前方からの入力つまり前面衝突を検出する。
【００１０】
センサ素子１９は、フロントバンパフェース１６の前面部２１の内側（後側）に前面部２１に沿ってつまり車幅方向に沿って設けられる長尺な圧電フィルム２２を有している。この圧電フィルム２２は、具体的にはフロントバンパフェース１６の前面部２１の内側に貼付されており、面状をなしかつ長さ方向に連続的に広がっている。
【００１１】
また、センサ素子１９は、圧電フィルム２２に生じる電圧を検出する複数の電極２３を有しており、これら電極２３は圧電フィルム２２の長手方向つまり車幅方向に所定の間隔をあけて並設されている。圧電フィルム２２は、各電極２３で電圧が検出される各部分がそれぞれセグメントＳとなる。言い換えれば、圧電フィルム２２を各電極２３の位置のセグメントＳの集合体として扱うことになり、各電極２３は各セグメントＳに生じる電圧を信号として検出する。
【００１２】
各電極２３は、ＣＰＵ（制御手段）２５に接続されており、ＣＰＵ２５が各電極２３からの出力電圧に基づいて衝突エネルギーを測定する。
【００１３】
車両１１には、衝突安全デバイスとして、エアバッグを展開させるエアバッグ装置２７と、シートベルトを強制的に巻き取るシートベルト巻取装置２８と、フロントサイドフレーム１１の変形を制御するためのフレームアクチュエータ２９とが設けられており、ＣＰＵ２５はセンサ素子１９の出力に基づき測定した衝突エネルギーからこれらの作動を制御する。
【００１４】
ここで、フレームアクチュエータ２９は、フロントサイドフレーム１１の先端側（車体前後方向前端側）つまり衝突時の衝撃力入力側に設けられた脆弱部３１の近傍に設けられており、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アクチュエータ等である。フレームアクチュエータ２９は、衝突時に非駆動状態とされるとフロントサイドフレーム１１の座屈を脆弱部３１から促進させ、駆動状態とされると荷重を発生させて踏ん張り、フロントサイドフレーム１１の座屈を遅らせる。
【００１５】
次に、ＣＰＵ２５による衝突エネルギーの測定原理について説明する。
【００１６】
まず、例えば図２に示すように、衝突力Ｆがフロントバンパフェース１６に入力された場合、フロントバンパフェース１６の前面部２１が変形することになり、センサ素子１９の圧電フィルム２２も図３に示すようにフロントバンパフェース１６の前面部２１と一体に変形する。なお、衝突による変形はフロントバンパフェース１６の前面部２１上を車幅方向に進展する。
【００１７】
センサ素子１９の圧電定数（一定値）＝電気量（電圧）／応力変化（曲率変化）であることから、センサ素子１９の出力電圧＝圧電定数×曲率変化となり、センサ素子１９の出力電圧は曲率変化を表す。
【００１８】
即ち、図４に示すセンサ素子１９の出力電圧ｖ（ｔ）で、図５に示す曲率変化ｄρ／ｄｔを表現できることになる。
【００１９】
ここで、１つのセグメントＳの運動を見てみる。図６に示すように、セグメントＳの幅をｄｓ、セグメントＳの変形角度をｄθ、セグメントＳの両端をｄθで結んだときの半径をｄＲとする。ここで、ρ＝１／Ｒである。
【００２０】
曲率の時間変化は、
（ｄρ／ｄｔ）＝ｖ（ｔ）であり、
偏向角速度（ｄθ／ｄｔ）は、
ρ＝１／Ｒ＝ｄθ／ｄｓより、
ｄθ＝ρ・ｄｓ
よって、
ｄθ／ｄｔ＝（ｄρ／ｄｔ）・ｄｓ＝ｖ（ｔ）・ｄｓ
ゆえに、座標Ｓの点にて次式となる。
【００２１】
【数１】
2006027454.tif 000003
【００２２】
歪み速度＝偏向角速度×ｄｓ
ゆえに、これをｖｎと書くと、次式が成り立つ。
【００２３】
【数２】
2006027454.tif 000004
【００２４】
１セグメントの運動エネルギーΔＥｍは、１セグメントの質量をｍとすると、
ΔＥｍ＝１／２ｍｖｎ2
ｖｎは歪み速度なので、次式が成り立つ。
【００２５】
【数３】
2006027454.tif 000005
【００２６】
よって、フロントバンパフェイス１６の全体の運動エネルギーＥｍは、セグメントの数をＮとすると、次式のようになる。
【００２７】
【数４】
2006027454.tif 000006
【００２８】
つまり、各電極２３からの出力電圧を車幅方向つまりセグメントＳの並設方向の距離で２回積分することで面外方向変位速度ｖｎ（ｔ）を得て、この面外方向変位速度から圧電フィルム２２の各電極２３の位置のセグメントＳの運動エネルギーを算出し、各セグメントＳの運動エネルギーを合算して全運動エネルギーＥｍを算出する。
【００２９】
一方、１セグメントの曲率は図７（ｂ）に示す斜線部の面積（ρ＝∫ｖ（ｔ）ｄｔ）と表現できる。よって、次式が導き出される。
【００３０】
【数５】
2006027454.tif 000007
【００３１】
１つのセグメントＳの曲げモーメントΔＭを見てみる。図８に示すように、セグメントＳの幅をｄｓ、セグメントＳの変形角度をｄθとする。
【００３２】
すると、ΔＭ＝ＥＩ（ｄθ／ｄｓ）となる。
ここで、Ｅは弾性係数であり、Ｉは断面２次モーメントである。
【００３３】
歪エネルギーΔＥｄは、
ΔＥｄ＝ΔＭ・ｄθ＝ＥＩ（ｄθ／ｄｓ）・（ｄθ／ｄｓ）・ｄｓである。
ここで、（ｄθ／ｄｓ）は曲率であるから、
ΔＥｄ＝ＥＩρ・ρ・ｄｓ＝ＥＩρ2・ｄｓ
【００３４】
よって、フロントバンパフェイス１１の全体の歪エネルギーＥｄは、次式のようになる。
【００３５】
【数６】
2006027454.tif 000008
【００３６】
つまり、各電極２３からの出力電圧ｖ（ｔ）を時間で１回積分することにより、各電極位置における初期状態からの曲率変化量ρ（ｔ）を得て、この曲率変化量ρ（ｔ）を２乗し、さらにセグメント幅と曲げ剛性をかけた積の値の合計により全歪エネルギーＥｄを算出する。
【００３７】
そして、全運動エネルギーＥｍと全歪エネルギーＥｄとを加算したものが衝突エネルギーＥとなるため、ＣＰＵ２５は、上記のようにして算出した総運動エネルギーＥｍと総歪エネルギーＥｄとを加算して衝突エネルギーＥを得る。
【００３８】
図９（ａ）に示す本実施形態のセンサ素子１９による衝突エネルギーＥの出力特性は、衝突開始時点ｔ０からすぐに出力を開始することになり、図９（ｂ）に示す衝突開始時点ｔ０から遅れたタイミングｔ１で出力を開始する従来の加速度センサの加速度の出力特性に比して早く制御を開始できることになる。
【００３９】
さらに説明すれば、図１０に示すように、質量ｍがフロントバンパフェース１６に衝突すると、衝突エネルギーによって、フロントバンパフェース１６が実線に示す状態から破線さらには二点鎖線で示すように変形運動し、衝突前（図１０に実線で示す状態）に０であった衝突エネルギーＥが、衝突中（図１０に破線で示す状態）は、総運動エネルギーＥｍと総歪エネルギーＥｄとを加算したものとなり、衝突後（図１０に二点鎖線で示す状態）には、総歪エネルギーＥｄと塑性変形により発生した熱エネルギーとを加算したものとなる。このような衝突エネルギーＥは、フロントバンパフェース１６の変形にともなって増加することになる。よって、総運動エネルギーＥｍと総歪エネルギーＥｄとを加算することで衝突エネルギーをリアルタイムで測定することができる。
【００４０】
以上に述べた本実施形態の衝突レベル判定装置１８によれば、車両の外表面を構成するフロントバンパフェース１６の内側にセンサ素子１９を設け、このセンサ素子１９に複数の電極２３を所定の間隔をあけて並設するという簡素かつ安価な構成することになり、そして、各電極２３からの信号を時間で１回積分することにより、各電極位置における初期状態からの曲率変化量ρ（ｔ）を得るとともに、各電極からの信号を並設方向距離で２回積分することにより面外方向変位速度ｖｎ（ｔ）を得、曲率変化量から各電極位置のセグメントでの歪エネルギーを算出し、全セグメントについて総和をとることで全歪エネルギーを算出し、面外方向変位速度から各電極位置のセグメントでの運動エネルギーを算出して全セグメントについて総和をとることで全運動エネルギーを算出し、全歪エネルギーおよび全運動エネルギーの合計をもって、エアバッグやシートベルトプリテンショナを作動すべきレベルの衝突レベルか否かを判定することができる。したがって、コストを増大させることなくエアバッグやシートベルトプリテンショナを作動すべきレベルの衝突レベルか否かを判定することができる。しかも、衝突開始時点からすぐに衝突エネルギーの測定値が出力を開始することになり、リアルタイムで制御を開始できることになる。ここで、全歪エネルギーおよび全運動エネルギーの少なくともいずれか一方を算出すれば衝突レベルを判定することができる。
【００４１】
なお、以上においては、センサ素子１９をフロントバンパフェース１６の内面に設けて主として前面衝突の衝突エネルギーを測定する場合を例にとり説明したが、例えば、リヤバンパフェースの内面に設けて主として後面衝突の衝突エネルギーを測定したり、ドア外板の内面に設けて主として側面衝突の衝突エネルギーを測定したりすることも勿論可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の一実施形態の衝突レベル判定装置が適用された車両の車体前部を概略的に示すもので、（ａ）は平断面図、（ｂ）は前端側の側断面図である。
【図２】本発明の一実施形態の衝突レベル判定装置における衝突エネルギー測定原理を説明するためのもので、フロントバンパフェースの衝突時の変形状態を模式的に示す平面図である。
【図３】本発明の一実施形態の衝突レベル判定装置における衝突エネルギー測定原理を説明するためのもので、フロントバンパフェースおよび圧電フィルムの衝突時の変形状態を模式的に示す平面図である。
【図４】本発明の一実施形態の衝突レベル判定装置における衝突エネルギー測定原理を説明するためのもので、セグメントの変形時の電圧出力特性を示す特性線図である。
【図５】本発明の一実施形態の衝突レベル判定装置における衝突エネルギー測定原理を説明するためのもので、セグメントの変形時の曲率の特性を示す特性線図である。
【図６】本発明の一実施形態の衝突レベル判定装置における衝突エネルギー測定原理を説明するためのもので、セグメントの幅をｄｓ、セグメントの角度変化をｄθ、セグメントの両端をｄθで結んだときの半径をＲで示す模式図である。
【図７】本発明の一実施形態の衝突レベル判定装置における衝突エネルギー測定原理を説明するためのもので、（ａ）はセグメントの変形時の曲率の特性を示す特性線図であり、（ｂ）はセグメントの変形時の電圧出力特性を示す特性線図である。
【図８】本発明の一実施形態の衝突レベル判定装置における衝突エネルギー測定原理を説明するためのもので、セグメントの幅をｄｓ、セグメントの角度変化をｄθで示す模式図である。
【図９】本発明の一実施形態の衝突レベル判定装置における衝突エネルギー測定原理を説明するためのもので、（ａ）は衝突時の衝突エネルギー測定結果の出力特性を示す特性線図であり、（ｂ）は衝突時の加速度センサの出力特性を示す特性線図である。
【図１０】本発明の一実施形態の衝突レベル判定装置における衝突エネルギー測定原理を説明するためのもので、衝突前、衝突中および衝突後のフロントバンパフェースの変形状態を示す模式図である。
【符号の説明】
【００４３】
１０  車両
１６  フロントバンパフェース（部材）
１９  センサ素子
２３  電極
Ｓ  セグメント
【図１】
2006027454.tif 000009
【図２】
2006027454.tif 000010
【図３】
2006027454.tif 000011
【図４】
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【図５】
2006027454.tif 000013
【図６】
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【図７】
2006027454.tif 000015
【図８】
2006027454.tif 000016
【図９】
2006027454.tif 000017
【図１０】
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