(57)【要約】【課題】  荷重検出方向以外からは荷重を検知し難く、荷重検出方向からの荷重を高精度に検出可能に構成されるとともに、全体が高強度な構造体をなす荷重検出装置を提供する。【解決手段】  荷重検出部１は、フロントバンパへの衝突荷重に応じた前方荷重を受けるようにフロントバンパの内側にて車幅方向に伸びて備えられるバンパリインフォースメント１０２と接する荷重伝達部材２と、車両前後方向に伸びるサイドメンバー１０３と接する荷重支持部材４とが、車両前後方向において荷重センサ５を挟持するように構成され、荷重伝達部材２と荷重支持部材４とは、ヒンジ中心を有するヒンジ部３よって互いを接近可能に支持され、フロントバンパ１００に衝突荷重が加えられたときには、バンパリインフォースメント１０２に衝突荷重に応じた前方荷重が加えられることによって、荷重伝達部材２が荷重支持部材４に接近して、荷重センサ５が圧縮荷重を検出する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両のフロントバンパに加えられる車両前方からの衝突荷重を検出する荷重検出部を備えたバンパ用荷重検出装置であって、
前記荷重検出部は、前記衝突荷重に応じた前方荷重を受けるように前記フロントバンパの内側で車幅方向に伸びて設けられたバンパリインフォースメントと接する荷重伝達部材と、車両前後方向に伸びるサイドメンバーと接する荷重支持部材とが、車両前後方向において荷重センサを挟持するように構成され、
前記荷重伝達部材と前記荷重支持部材とは、ヒンジ中心を有するヒンジ部よって互いに接近可能に支持され、
前記フロントバンパに前記衝突荷重が加えられたときには、前記バンパリインフォースメントに前記衝突荷重に応じた前記前方荷重が加えられることによって、前記荷重伝達部材が前記荷重支持部材に接近して前記荷重センサに圧縮荷重を加え、前記荷重センサが該圧縮荷重を検出することを特徴とするバンパ用荷重検出装置。
【請求項２】
前記ヒンジ部の前記ヒンジ中心が、前記フロントバンパが受けた前記衝突荷重を前記荷重検出部に伝達するための可動構造体の重心位置に対して、車両前後方向に垂直な方向にある請求項１に記載のバンパ用荷重検出装置。
【請求項３】
前記荷重伝達部材と前記荷重支持部材とは、前記ヒンジ部に対して、前記荷重センサ側の端部において連結部材によって連結されている請求項１または２に記載のバンパ用荷重検出装置。
【請求項４】
前記ヒンジ部が、弾性ヒンジによって構成される請求項１または２に記載のバンパ用荷重検出装置。
【請求項５】
前記荷重センサが、ジルコ二アと、圧力抵抗効果を有するＬａ１−ｘＳｒｘＭｎＯ３（０≦ｘ≦１）とを主材料として構成されることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載のバンパ用荷重検出装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両に搭載される荷重検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車には、乗員の安全確保のための装置として、シートベルト、エアバック等が備えられているように、近年その安全確保の重要性が認知され、対策がなされるようになってきた。
【０００３】
歩行者保護に関する技術としては、車両と歩行者との衝突の際に、その衝突荷重を検知して車両のボンネット（フード）を跳ね上げる、またはボンネット上にエアバックを展開するなど、衝突の際に歩行者がボンネットに頭部を強打することを防ぐ技術の開発が進められている（特許文献１）。この場合、例えば車両のバンパに荷重センサを備え、衝突物が人間の体重相当のものであるか否かを検出荷重に基づいて判定し、衝突物が人間の体重相当である場合に、上記のような安全機構を作動させることができる。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−０２８９９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
これらの技術に用いる荷重センサは、一方向からの荷重に対して高感度を有し、それら以外の方向からの荷重を検知しないように構成されることが望ましい。上記のようなバンパへの衝撃力を検出する荷重センサの場合、車両前後方向以外に車両上下方向の荷重まで検出されてしまうと、バンパへの衝撃が無くても、悪路走行中の上下振動による荷重を検出して、例えば上記のようなボンネットを跳ね上げる、ボンネット上にエアバックを展開する等の安全機構を作動させてしまう可能性がある。
【０００６】
また、上記特許文献１には、バンパカバーへの衝撃を検出するための検出装置に関する記載があるが、該公報においては、バンパ内部又は周辺に衝突面全体に荷重センサを設置するように構成されている。ところが、バンパの形状と体格は車種に応じて異なるため、車種ごとに荷重センサの配置を設計必要があり、また配置面積も広いため、コスト高となるという問題がある。また、この問題を回避するために、車両のバンパリインフォースメント（以下、バンパＲ／Ｆとも言う）と１対のフロントサイドメンバーとの間に荷重センサを設置することも考えられるが、バンパＲ／Ｆは、車両前方からの衝撃吸収部材を支持するものであり、剛性が高く、質量も大きい。従って、荷重センサには、バンパＲ／Ｆの重量や上下振動等の車両上下方向のせん断力が作用し、これらを外乱ノイズとして検出してしまうため、精度良く衝突荷重を検出することができないという問題もある。
【０００７】
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、荷重検出方向以外からは荷重を検知し難く、荷重検出方向からの荷重を高精度に検出可能に構成されるとともに、全体が高強度な構造体をなす荷重検出装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段および発明の効果】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明のバンパ用荷重検出装置は、車両のフロントバンパに加えられる車両前方からの衝突荷重を検出する荷重検出部を備えたバンパ用荷重検出装置であって、前記荷重検出部は、前記衝突荷重に応じた前方荷重を受けるように前記フロントバンパの内側で車幅方向に伸びて設けられたバンパリインフォースメントと接する荷重伝達部材と、車両前後方向に伸びるサイドメンバーと接する荷重支持部材とが、車両前後方向において荷重センサを挟持するように構成され、前記荷重伝達部材と前記荷重支持部材とは、ヒンジ中心を有するヒンジ部よって互いに接近可能に支持され、前記フロントバンパに前記衝突荷重が加えられたときには、前記バンパリインフォースメントに前記衝突荷重に応じた前記前方荷重が加えられることによって、前記荷重伝達部材が前記荷重支持部材に接近して前記荷重センサに圧縮荷重を加え、前記荷重センサが該圧縮荷重を検出することを特徴とする。
【０００９】
上記バンパ用荷重検出装置には、車両のフロントバンパに車両前方からの衝突荷重が加えられると、バンパリインフォースメントにはその衝突荷重に基づく車両前方側からの前方荷重が加えられる。この前方荷重は、バンパリインフォースメントと車両の前後方向で接する荷重伝達部材にも伝達され、このとき荷重伝達部材は、固定されたヒンジ部を支点にして、荷重支持部材に接近する。これにより、荷重センサは、荷重伝達部材と荷重支持部材とによる挟圧力を受け、この挟圧力を圧縮荷重として検出する。この圧縮荷重が検出されることで、バンパが受ける衝突荷重を得ることが可能となっている。このとき、本発明のバンパ用荷重センサは、荷重センサを支持する荷重伝達部材と荷重支持部材とが、ヒンジ部によって支持されて構成されている。これにより、車両前後方向以外の荷重に対しては、ヒンジ部がこれを支持するため、このような方向からの荷重を荷重センサが検出し難い構造となっており、車両前方からの荷重のみを精度良く検出することができる。
【００１０】
本発明のバンパ用荷重検出装置は、前記ヒンジ部の前記ヒンジ中心が、前記フロントバンパが受けた前記衝突荷重を前記荷重検出部に伝達するための可動構造体の重心位置に対して、車両前後方向に垂直な方向にあることを特徴とするとするものであってもよい。フロントバンパへの衝突荷重は、フロントバンパ、衝撃吸収部材、およびバンパリインフォースメント等の車両前方の可動構造体を媒体として、荷重検出部に伝達される。このとき、ヒンジ中心が、フロントバンパへの衝突荷重によるこれらの可動構造体の重心位置に対して、車両前後方向に対して垂直な方向、すなわち車両の上下方向側に設けられることで、ヒンジ部が可動構造体の重量や上下振動等の車両上下方向に働く荷重を有効に支持することができる。従って、車両上下方向に働く荷重を検知することなく、車両前方からの衝突荷重を精度良く検出することができる。
【００１１】
本発明のバンパ用荷重検出装置は、前記荷重伝達部材と前記荷重支持部材とは、前記ヒンジ部に対して、前記荷重センサ側の端部において連結部材によって連結されていることを特徴とするものであってもよい。ヒンジ部とは逆側の端部は、自由端部をなす。この自由端部を、ばね特性を有する連結部材によって連結することによって、荷重伝達部材と荷重センサとの間、荷重センサと荷重支持部材との間に隙間が生じないように密着させることができる。これにより、荷重検出における不感帯域などを生じることがない。また、荷重センサの位置ずれを防止することができる。
【００１２】
本発明のバンパ用荷重検出装置は、前記ヒンジ部が、摺動部を持たない弾性ヒンジによって構成されることを特徴とするものであってもよい。これにより、衝突荷重が加えられた際の荷重伝達部材及び荷重支持部材とが接近する際に、ヒンジ部によって摺動摩擦を生じることがない。従って、摺動摩擦によって生じる荷重検出時のヒステリシスを低減することができる。
【００１３】
また、本発明のバンパ用荷重検出装置は、前記荷重センサが、ジルコ二アと、圧力抵抗効果を有するＬａ１−ｘＳｒｘＭｎＯ３（０≦ｘ≦１）とを主材料として構成されることを特徴とするものであってもよい。このジルコニアの粒子をマトリックス材料とし、圧力抵抗効果材料のＬａ１−ｘＳｒｘＭｎＯ３粒子を電気的に連続になるように分散した構造で形成することで、荷重の印加に基づいてオーム抵抗を変化させ、該オーム抵抗の変化による荷重検出が可能となる。ジルコニアは、耐熱性に優れるためセンサ内での温度変化が生じにくいため、センサ内の温度変化による検出誤差を生じにくい。またジルコニアは、強靭性を有するため、衝突荷重による破壊に対して高い耐性を有するため、本発明に適する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明であるバンパ用荷重検出装置について、図面を用いて説明する。図１は、本発明のバンパ用荷重検出装置を概略的に示す図である。図１に示された車両のバンパ部荷重検出装置は、バンパカバー１００の内側に、塑性変形によってバンパへの衝撃エネルギーを吸収するエネルギーアブゾーバ１０１を備え、このエネルギーアブゾーバ１０１は、バンパカバー１００とバンパリインフォースメント１０２との間に設置されている。荷重検出部１は、そのバンパリインフォースメント１０２と車体前後に伸びる車体フレームをなすサイドメンバー１０３との間に挟持されている。図２は、そのバンパリインフォースメント１０２とサイドメンバー１０３の車体における位置関係を示す図である。このとき、荷重検出装置１とバンパリインフォースメント１０３との連結は、図示しない締結部材（例えば、ボルトとナット）によってなされ、また、荷重検出装置１とサイドメンバー１０３との連結も同様に、図示しない締結部材によって連結されている。
【００１５】
図３は、図１に示す荷重検出装置１の拡大図である。本発明のバンパ部荷重検出装置の荷重検出部１は、荷重センサ５と、バンパリインフォースメント１０２（図１）と隙間無く接して備えられ、バンパ１００に加えられる車両前方からの衝突荷重Ｆが、エネルギーアブゾーバ１０１（図１）およびバンパリインフォースメント１０２を介して加えられるとともに、衝突荷重Ｆに基づく荷重Ｆ０を荷重センサ５に伝達する荷重伝達部材２と、サイドメンバー１０３と隙間無く接して備えられる荷重支持部材４とが、荷重センサ５を挟持する形で構成されている。このとき、荷重伝達部材２および荷重支持部材４の車両上方側の端部では、両部材２，４を揺動可能に支持するヒンジ部３によって、両部材２，４が互いに相対変位可能に支持されている。この相対変位方向とは、ヒンジ部のヒンジ中心Ａを支点とする回転方向のことであり、さらに言えば、両部材２，４の接近／離間方向のことである。ヒンジ部３によって荷重伝達部材２が揺動可能に支持されることで、荷重センサ５がない場合には、荷重伝達部材２は上記回転方向に自在に動くことが可能となる。従って、荷重伝達部材２に加えられる荷重Ｆ０を、荷重伝達部材２によってほとんど減衰されること無く、荷重センサ５に伝達することができるため、検出感度を高めることが可能となっている。なお、本実施形態では荷重伝達部材２とバンパリインフォースメント１０２とは、図示しない締結部材（例えばボルト等）により一体的に固定されているものとする。同様に荷重支持部材４とサイドメンバー１０３とも締結部材を介して一体的に固定されているものとする。
【００１６】
また、荷重伝達部材２および荷重支持部材４の車両下方側の端部では、連結部材６で両者を連結している。図１および図３においては、連結部材６はばね特性を有するクランプ部材であり、両部材を車両前後方向から挟圧する形で連結している。
【００１７】
また、図１に示すように、ヒンジ部３のヒンジ中心Ａは、車両前部の衝突荷重Ｆによる可動構造体の重心位置Ｂに対して、車両の垂直上方側に備えられている。ここで、可動構造体とは、図１においてはバンパ１００とエネルギーアブゾーバ１０１とバンパリインフォースメント１０２とからなるものであり、これらからなる可動構造体は、バンパ１００に衝突荷重Ｆによって車両前後方向に変位する。なお、可動構造体の重心位置は、バンパリインフォースメントが極めて重い重量物であるに、バンパリインフォースメントの重心位置を用いることも可能である。
【００１８】
このとき、荷重伝達部材２と荷重支持部材４とは車両前後方向に対して垂直に伸びて備えられ、これに伴い、バンパリインフォースメント１０２と荷重伝達部材２との接触面、およびサイドメンバー１０３と荷重支持部材４との接触面が、荷重伝達部材２と荷重支持部材４に対して平行をなす、すなわち車両前後方向に対して垂直に構成されていることが望ましい。これにより、車両前後方向以外からの荷重成分が荷重センサ５に伝達されることは無く、車両前方からの衝突荷重を精度良く検出することが可能となる。また、このときヒンジ部３は、図１のように可動構造体の重心位置に対して、車両前後方向に垂直方向に備えられている。これによって、走行中の車両の上下振動がある場合であっても、ヒンジの位置は重心位置の上方向であるため、回転モーメントは作用せず、従って荷重センサには回転モーメントによる進行方向の成分の荷重が作用することは無い。また、バンパリインフォースメント１０２と結合している荷重伝達部材２には、車両下側方向への荷重、すなわちバンパリインフォースメント１０２の重量が作用するが、この車両下側方向への荷重は、ヒンジ部３が支持し、荷重センサに車両上下方向へのせん断力が加わることはない。なお、本発明の荷重検出部１は、車両上下前後方向以外の方から受ける荷重に対して耐性を有することが望ましいため、荷重伝達部材２および荷重支持部材４は、図の長軸方向において高い剛性を有する材料を用いることが望ましい。
【００１９】
本発明の荷重検出装置１に用いられる荷重センサ５は、荷重伝達部材よりは剛性の高い材料にて構成される必要があり、例えば、セラミックスを主材料とする荷重センサ素子を用いることができる。これにより、より高荷重に耐えうる荷重センサを形成することができる。この場合、電気絶縁性を有するセラミック材料をマトリックスとし、これに圧力抵抗効果を有する粒子を電気的に連続になるように分散させて構成される感圧体と、これらを覆う絶縁体とで構成することができる。
【００２０】
上記感圧体を構成する圧力抵抗効果材料としては、ペロブスカイト構造の（Ｌｎ1-xＭａx）1-yＭｂＯ3-z（ここに０＜ｘ≦０．５，０≦ｙ≦０．２，０≦ｚ≦０．６，Ｌｎ；希土類元素，Ｍａ；１種類またはそれ以上のアルカリ土類元素，Ｍｂ；１種類またはそれ以上の遷移金属元素），層状ペロブスカイト構造の（Ｌｎ2-uＭａ1+u）1-vＭｂ2Ｏ7-w（ここに０＜ｕ≦１．０，０≦ｖ≦０．２，０≦ｗ≦１．０，Ｌｎ；希土類元素，Ｍａ；１種類またはそれ以上のアルカリ土類元素，Ｍｂ；１種類またはそれ以上の遷移金属元素），Ｓｉ及びこれらに微量の添加元素を加えた物質のいずれか１種以上よりなる材料を用いることができる。また，上記マトリックス材料としては，ジルコニア（ＺｒＯ2），Ａｌ2Ｏ3，ＭｇＡｌ2Ｏ4，ＳｉＯ2，３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2，Ｙ2Ｏ3，ＣｅＯ2，Ｌａ2Ｏ3，Ｓｉ3Ｎ4等を用いることができる。本実施形態においては、常温で高強度を有し、かつ破壊靭性が高いジルコニア（ＺｒＯ2）を用いるものとする。なお、感圧体の構造および形成材料に関する記載については、上記特許文献１ならびに特開２００１−２４２０１９、特開２００２−１４５６６４等に既に述べられているため、ここでの詳説は控えることとする。
【００２１】
また、この場合、感圧体を覆う絶縁体も、感圧体と同様にセラミックスを主材料として用いることが有効である。ジルコニア（ＺｒＯ2）をはじめ、Ａｌ2Ｏ3，ＭｇＡｌ2Ｏ4，ＳｉＯ2，３Ａｌ2Ｏ3・２ＳｉＯ2，Ｙ2Ｏ3，ＣｅＯ2，Ｌａ2Ｏ3，Ｓｉ3Ｎ4等を用いることも可能である。なお、本実施形態において、絶縁体は感圧体と同じジルコニア（ＺｒＯ2）又は電気的連続性を持たない範囲で圧力抵抗材料を加えたジルコニア（ＺｒＯ2）を用いるものとする。
【００２２】
上記のような構成をなす素子では、荷重の印加による圧力が加えられと、その圧力に基づいてオーム抵抗が変化するため、そのオーム抵抗の変化に基づいて荷重を検出することができる。
【００２３】
また、本発明の荷重検出装置に用いる荷重センサ素子の材料は、シリコン単結晶であっても良く、上記と同様に印加圧力に基づくオーム抵抗変化によって、荷重を検出することができる。またピエゾ素子等の圧電素子を用いることもできる。
【００２４】
以上、本発明の実施の形態を説明したが、これらはあくまで例示にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、特許請求の範囲の趣旨を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づく種々の変更が可能である。以下、上記実施形態を第１実施形態とした上で、それとは異なる第２実施形態について図４を用いて説明を行う。図４は本発明の第２実施形態である。上記第１実施形態とは異なり、荷重伝達部材２と荷重支持部材４とが一体的構成されてなる。第１実施形態におけるヒンジ部３は、荷重伝達部材２と荷重支持部材４との連続部分の一部であり、弾性ヒンジをなしている。これにより、第２実施形態においては、ヒンジ部３において荷重伝達部材２の回転変位に伴う摺動摩擦が生じることは無い。従って、荷重検出の際に生じるヒステリシスを無くすことが可能となり、検出精度を高めることができる。また、この場合、弾性ヒンジであるヒンジ部３によって荷重センサ５が弾性的に支持されている、すなわち挟圧状態で支持されていることから、連結部材６を備えることなく構成されていても良い。ただし、荷重センサ５の支持状態をさらに補強するために、連結部材６を備えていても何ら問題はない。なお、他の構造に関しては上記第１実施形態と同様であるため、図４に第１実施形態と同じ符号を付することによって示し、それらの説明は省略する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明のバンパ部荷重検出装置の第１実施形態を示す概略図。
【図２】車両全体を示す概略図。
【図３】図１の荷重検出部の拡大図。
【図４】本発明のバンパ部荷重検出装置の第２実施形態を示す概略図。
【符号の説明】
【００２６】
１    荷重検出部
２    荷重伝達部材
３    ヒンジ部
４    荷重支持部材
５    荷重センサ
６    連結部材
１００    バンパカバー
１０１    エネルギーアブゾーバ
１０２    バンパリインフォースメント
１０３    サイドメンバー
【図１】
2005247145.tif 000003
【図２】
2005247145.tif 000004
【図３】
2005247145.tif 000005
【図４】
2005247145.tif 000006