JP6428514B2 - 車両用衝突検知装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両への歩行者等の衝突を検出する車両用衝突センサおよびそれを使用した車両用衝突検知装置に関する。

バンパーカバーの後方に緩衝体を設け、緩衝体とクロスメンバーとの間に検出用チューブを配置し、車両前端部への歩行者の衝突を検知する車両用衝突検知装置に関する従来技術があった（例えば、特許文献１参照）。当該従来技術による衝突検知装置は、バンパーカバーにおける広範囲の部位に対する衝突の検知を可能にすることを意図したものである。この従来技術においては、車幅方向に長く延びた検出用チューブ内に閾値以上の圧力が発生した場合に、バンパーカバーへの歩行者の衝突が発生したことを検知している。

特表２０１４−５０５６２９号公報

しかしながら、発明者の詳細な検討の結果、上述した従来技術による車両用衝突検知装置においては、車両前端部への衝突を、緩衝体を介して検知しているため、車両における衝突の発生を精度よく検出することができないという問題があることが見出された。すなわち、車両前端部のバンパーカバーにおいて衝突が発生した場合、当該衝突による衝撃は、緩衝体に伝播する間に減衰する。このため、例えば、衝突による衝撃が小さい場合、緩衝体の後方に配置された検出用チューブでは、衝突の衝撃による圧力の上昇を精度よく検知することはできなかった。

また、この種の車両用衝突検知装置が搭載された車両においては、歩行者保護装置を作動させる必要があるか否かを判定する必要があった。そのため、車両用衝突検知装置は、バンパーカバーへの衝突物が、歩行者や自転車といった歩行者保護装置を作動させる必要のある物体であるか、縁石等の地上に固定された工作物のような歩行者保護装置の作動の必要のない物体であるかを区別しなければならない。これに対し、上述した検出用チューブでは、衝突物の種類に拘わらず、衝突により検出用チューブ内の圧力が一様に上昇し、これらの衝突物を区別することは困難であった。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、車両への衝突が発生したことを精度よく検出することができる車両用衝突センサおよびそれを使用した車両用衝突検知装置を提供することにある。

上述した課題を解決するために、車両用衝突検知装置の発明は、車両の前方部に設けられたバンパーカバーへの衝突を検出する、圧電性高分子材料に、延伸処理および分極処理のうちの少なくとも一方の処理を施して形成され、前記バンパーカバーの内側面に対し、施された前記処理の方向が車幅方向に合致し、かつ、施された前記処理の方向が上下方向と一致しないように取り付けられ、前記バンパーカバーの変形量に応じた出力電圧を形成する圧電性高分子フィルムを有する車両用衝突センサと、前記圧電性高分子フィルムによって形成された前記出力電圧または前記出力電圧に基づいて形成された検出電圧を、所定の電圧閾値と比較し、前記出力電圧または前記検出電圧が前記電圧閾値以上の場合、前記車両の前記バンパーカバーに衝突した歩行者を保護する保護装置の作動を必要とする衝突が発生したことを検出する衝突判定部と、を備え、前記圧電性高分子フィルムは、前記バンパーカバーの下方部において所定の部位を占める下部領域（ＬＲ）には形成されておらず、前記バンパーカバーの上半分に形成されており、歩行者が衝突する高さ位置に取り付けられている。

この構成によれば、バンパーカバーの変形量に応じた出力電圧を発生する圧電性高分子フィルムを備えている。これにより、バンパーカバーの変形量が直接的に影響する出力電圧に基づいて、車両のバンパーカバーにおける衝突の検出を可能にすることができる。
また、圧電性高分子フィルムは、バンパーカバーに対し、延伸処理方向または分極処理方向が車幅方向に合致し、かつ、延伸処理方向および分極処理方向がともに上下方向と一致しないように取り付けられている。これにより、バンパーカバーの車幅方向への変形によって、圧電性高分子フィルムが発生する出力電圧を増大させるとともに、上下方向への変形による出力電圧を低減させて、双方の出力電圧の差を大きくすることができる。したがって、双方の出力電圧または検出電圧の間に電圧閾値を設定すれば、バンパーカバーの車幅方向への変形によって、歩行者等による衝突を確実に検出できる一方、バンパーカバーを上下方向に変形させる地上工作物等の衝突を検出しないようにすることができる。

この構成によれば、衝突判定部は、圧電性高分子フィルムによって形成された出力電圧または出力電圧に基づいて形成された検出電圧を所定の電圧閾値と比較し、出力電圧または検出電圧が電圧閾値以上の場合、車両のバンパーカバーに衝突が発生したことを検出している。これにより、バンパーカバーの変形量が直接的に影響する出力電圧または検出電圧に基づいて、車両のバンパーカバーに衝突が発生したことを正確に検出することができる。
尚、本発明による車両用衝突センサおよびそれを使用した車両用衝突検知装置は、歩行者衝突のみではなく、自転車、ベビーカーといった歩行者保護装置を作動させる必要のあるすべての衝突検知を対象としている。

本発明の一実施形態による歩行者保護システムが取り付けられた車両の平面図 図１のII−II断面図 歩行者保護システムの構成を示したブロック図 バンパーカバーに衝突が発生した車両の前方視を示した図 バンパーカバーに歩行者等が衝突した状態を模式的に示した車両の前部側面図 バンパーカバーに地上工作物が衝突した状態を模式的に示した車両の前部側面図 図５Ａに表した衝突発生時のバンパーカバーの車幅方向位置と変形量との関係を示したグラフを表した図 図５Ｂに表した衝突発生時において、バンパーカバーの衝突位置における高さ方向位置と変形量との関係を示したグラフを表した図 ピエゾフィルムにおける延伸処理方向および分極処理方向を示した斜視図 図７に示したピエゾフィルムをフロントバンパーに取り付けた状態の一部を破断させて示した斜視図 実施形態による歩行者保護システムの制御フローチャートを示した図

＜実施形態の構成＞
図１乃至図９に基づき、本発明の一実施形態による歩行者保護システム１（車両用衝突検知装置に該当する）について説明する。尚、各々の図において方向を示す表示は、車両ＶＥに対する方向を表しており、例えば、「前」という表示は、矢印の方向が車両ＶＥの前方に該当していることを示している。また、以下、車両ＶＥに対する歩行者の衝突を中心に説明しているが、本発明による車両用衝突検知装置は、歩行者衝突のみではなく、歩行者保護装置５を作動させる必要のあるすべての衝突検知を対象としている。

（歩行者保護システムの全体構成）
図１に示したように、車両ＶＥの前端部には、フロントバンパー２１（車両の前方部に該当する）が取り付けられている。フロントバンパー２１は左右方向に延びており、バンパーカバー２２とバンパーアブソーバー２３とを含んでいる。バンパーカバー２２は、合成樹脂材料にて形成されており、車両ＶＥの前方部における意匠面を成している。バンパーアブソーバー２３は、フロントバンパー２１において衝突が発生した場合の衝撃吸収材として、バンパーカバー２２の後方に設けられている。バンパーアブソーバー２３は、例えば、発泡ポリプロピレンのような発泡樹脂によって形成されている。

バンパーアブソーバー２３は、その後端面２３ａにおいてバンパーリインフォースメント２４の前面２４ａに取り付けられている。バンパーリインフォースメント２４は、アルミニウム合金のような金属材料によって、内部が中空に形成された強度部材であって左右方向に延びている。バンパーリインフォースメント２４は、前後方向に延びた左右一対のサイドメンバ２５Ｒ、２５Ｌの前端部に固定されている。上述したフロントバンパー２１、バンパーリインフォースメント２４およびサイドメンバ２５Ｒ、２５Ｌによって、ボデーユニット２が形成されている。

図１および図２に示したように、バンパーカバー２２の後面である裏面２２ａ（内側面に該当する）には、ピエゾフィルム３（圧電性高分子フィルム、車両用衝突センサに該当する）が接着剤等によって取り付けられている。ピエゾフィルム３は、車両ＶＥ上において、歩行者等が衝突する高さに取り付けられることが望ましい。図２に示したように、ピエゾフィルム３は、バンパーカバー２２の上半分のみに形成され、下方部において略半分の領域を占める下部領域ＬＲには形成されていない。ピエゾフィルム３は、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリペプチド、ポリ乳酸、ポリメチルグルタメート、ポリベンジルグルタメートといった圧電性高分子材料により、薄膜状に形成されている。ピエゾフィルム自体は公知であり、例えば、公開特許公報である特開２００４−９６９８０号公報、特開２００７−２１２４３６号公報および特開２０１３−２９３６８号公報等に開示されている。
ピエゾフィルム３は、ピエゾ素子を挟んだ一対の電極（図示せず）を有している。衝突によりバンパーカバー２２が変形すると、ピエゾフィルム３には、引っ張り応力または圧縮応力が加わり、電極間において、バンパーカバー２２の変形量Ｑに応じた出力電圧（以下、ピエゾフィルム電圧Ｖｐｚと言う）を発生させる。ピエゾフィルム３に代えて、焦電体（パイロ）フィルムをバンパーカバー２２に取り付けてもよい。ピエゾフィルム３のさらなる詳細については、後述する。

車両ＶＥに設けられた速度センサ４は、車両ＶＥの車輪またはトランスミッション等に取り付けられ、車両ＶＥの走行速度を検出している。
カウルエアバッグ装置５１は、歩行者保護装置５（保護装置に該当する）に含まれている。カウルエアバッグ装置５１は、フロントバンパー２１に歩行者が衝突した際に、図１に示したエンジンフードＨＥ上からフロントウィンドウＷＦ下部にかけてバッグを展開させ、衝突した歩行者等の衝突物を保護する。
また、ポップアップフード５２も、歩行者保護装置５に含まれている。ポップアップフード５２は、フロントバンパー２１に歩行者等が衝突した際に、エンジンフードＨＥの後端を上昇させている。これによって、エンジンフードＨＥが緩衝部材となって、歩行者がエンジンなどの剛性を有した部材に衝突することを防ぎ、衝突した歩行者等の衝突物を保護する。

（歩行者保護ＥＣＵの構成）
車両ＶＥにおいて、図示しない運転席前側のフロアトンネル上には、歩行者保護ＥＣＵ６が取り付けられている。歩行者保護ＥＣＵ６は、図示しない入出力装置、ＣＰＵ、ＲＡＭ等により形成された制御装置である。図１に示したように、歩行者保護ＥＣＵ６には、上述したピエゾフィルム３、速度センサ４、カウルエアバッグ装置５１およびポップアップフード５２が、通信線によって接続されている。
図３に示したように、歩行者保護ＥＣＵ６は、車速判定部６１、衝突判定部６２、ＡＮＤ回路６３および保護装置ドライバー６４を含んでいる。

車速判定部６１は、速度センサ４に接続されている。車速判定部６１は、速度センサ４による車速検出値Ｓｄｅｔが、所定の第１車速閾値Ｓｔｈ１以上であり、かつ、所定の第２車速閾値Ｓｔｈ２以下であるか否かを判定する。車速判定部６１は、車速検出値Ｓｄｅｔが、第１車速閾値Ｓｔｈ１以上であり、かつ、第２車速閾値Ｓｔｈ２以下である場合に、ハイ（Ｈ）信号を出力する。
衝突判定部６２は、ピエゾフィルム３に接続されている。衝突判定部６２は、ピエゾフィルム３から入力されたピエゾフィルム電圧Ｖｐｚを、所定の電圧閾値Ｖｔｈと比較する。衝突判定部６２は、ピエゾフィルム電圧Ｖｐｚが電圧閾値Ｖｔｈ以上（電圧閾値以上に該当する）の場合、バンパーカバー２２に歩行者保護装置５の作動を必要とする衝突が発生したことを検出し、Ｈ信号を出力する。また、ピエゾフィルム電圧Ｖｐｚに基づいて、演算処理を行いやすいように、所定の検出電圧を形成し、検出電圧が電圧閾値Ｖｔｈ以上である場合に、衝突判定部６２において、歩行者保護装置５の作動を必要とする衝突が発生したと判定してもよい。
ＡＮＤ回路６３の一対の入力端は、車速判定部６１および衝突判定部６２に接続されている。ＡＮＤ回路６３は、車速判定部６１においてＨ信号が出力されており、さらに、衝突判定部６２においてＨ信号を出力している場合に、Ｈ信号を出力する。
保護装置ドライバー６４は、ＡＮＤ回路６３の出力端に接続されており、ＡＮＤ回路６３からＨ信号が出力されている場合に、カウルエアバッグ装置５１またはポップアップフード５２を作動させる。

（衝突時にバンパーカバーに発生する変形量特性）
ここで、後述するピエゾフィルム電圧Ｖｐｚの特性に関する理解を容易にするために、衝突によってバンパーカバー２２に発生する変形量Ｑの特性について説明する。図４に示したように、車両ＶＥのバンパーカバー２２に対し、前方から衝突物ＯＢが衝突すると、バンパーカバー２２に圧縮または引っ張りといった変形が発生する。尚、図４において、衝突物ＯＢは、図５Ａに示した衝突物ＯＢ１および図５Ｂに示した衝突物ＯＢ２を包括して表している。

図５Ａに示したように、衝突物ＯＢ１が、歩行者または自転車といった歩行者保護装置５を作動させる必要のある物体であった場合、それらは衝突時において、車両ＶＥの前端部に対して上方から倒れこむことが多い。これにより、バンパーカバー２２は、車幅方向の衝突位置において後方へと変形する（図６Ａ示）。このバンパーカバー２２の後方への変形は、結果的に、バンパーカバー２２を車幅方向の両端部に向けて引っ張ることになる。
これに対し、図５Ｂに示したように、衝突物ＯＢ２がポール、縁石等の地上の工作物であった場合、これらは下端部が地上に固定されているため、衝突時において、車両ＶＥの下側に入り込むことが多い。このため、バンパーカバー２２は、衝突位置において下方へと引っ張られることになる（図６Ｂ示）。

（ピエゾフィルム電圧の特性）
前述したピエゾフィルム３は、薄膜上の圧電性高分子材料に対し、延伸処理および分極処理が施されて形成されている。延伸処理とは、圧電性高分子材料に対し、ある程度の加熱をしながら一定方向に引っ張って、分子のくさりを一方向に揃える加工を言う。また、分極処理とは、圧電性高分子材料に対し、高い電圧を加えて自発分極の向きを一定の方向に揃える加工を言う。以下、延伸処理において圧電性高分子材料を引っ張る方向を延伸処理方向と言い、分極処理において圧電性高分子材料に電圧を加える方向を分極処理方向と言う。
本実施形態において、延伸処理方向と分極処理方向は、ともにピエゾフィルム３の長手方向に一致しており、図７において、当該方向を矢印ＴＰにて示している。延伸処理または分極処理が施されたピエゾフィルム３は圧電性を得ることができ、処理後、延伸処理方向または分極処理方向への変形によって、所定の電圧を発生することができる。圧電性高分子材料に対する延伸処理の方法および分極処理の方法については公知であり、公開特許公報である特開２０１０−１２３８４５号公報、特開２０１０−１８７２６号公報および特開２０１３−１８８６６７号公報等に開示されているため、これ以上の説明は省略する。

図８に示すように、延伸処理および分極処理が施されたピエゾフィルム３は、バンパーカバー２２に対し、延伸処理方向および分極処理方向が、車両ＶＥの車幅方向（左右方向）と合致するような向きに取り付けられている。また、ピエゾフィルム３は、バンパーカバー２２に対し、延伸処理方向および分極処理方向がともに上下方向と一致しないような向きに取り付けられている。これにより、ピエゾフィルム３は、バンパーカバー２２の車幅方向の圧縮または引っ張りといった変形により、大きなピエゾフィルム電圧Ｖｐｚを発生することが可能に形成されている。その一方、バンパーカバー２２の上下方向の変形または前後方向の変形によって、ピエゾフィルム３が発生するピエゾフィルム電圧Ｖｐｚは著しく低減される。

上述したように、バンパーカバー２２に対して、歩行者または自転車が衝突した場合、バンパーカバー２２は車幅方向に引っ張られる。したがって、この場合、バンパーカバー２２の変形方向が、ピエゾフィルム３の延伸処理方向および分極処理方向と一致しており、ピエゾフィルム３は、バンパーカバー２２の車幅方向への変形量Ｑに応じたピエゾフィルム電圧Ｖｐｚを発生する。
一方、バンパーカバー２２への衝突物が、縁石等の地上の工作物であった場合、バンパーカバー２２は下方に引っ張られる。したがって、この場合、バンパーカバー２２の変形方向は、ピエゾフィルム３の延伸処理方向および分極処理方向とは異なっており、ピエゾフィルム３から発生されるピエゾフィルム電圧Ｖｐｚは低減される。

（歩行者保護システムの制御方法）
以下、図９に基づいて、歩行者保護ＥＣＵ６による、歩行者保護システム１の制御方法について説明する。最初に、速度センサ４から車速判定部６１に対し、車両ＶＥの車速検出値Ｓｄｅｔが入力される（ステップＳ１０１）。次に、車速判定部６１によって、車速検出値Ｓｄｅｔが、第１車速閾値Ｓｔｈ１以上であり、かつ、第２車速閾値Ｓｔｈ２以下であるか否かが判定される（ステップＳ１０２）。車速検出値Ｓｄｅｔが、第１車速閾値Ｓｔｈ１未満、または、第２車速閾値Ｓｔｈ２を越えていると判定された場合、本制御フローを終了する。車速検出値Ｓｄｅｔが、第１車速閾値Ｓｔｈ１以上であり、かつ、第２車速閾値Ｓｔｈ２以下であると判定された場合、ピエゾフィルム３から衝突判定部６２に向けて、ピエゾフィルム電圧Ｖｐｚが入力される（ステップＳ１０３）。

衝突判定部６２に入力されたピエゾフィルム電圧Ｖｐｚは、電圧閾値Ｖｔｈ以上であるか否かが判定される（ステップＳ１０４）。電圧閾値Ｖｔｈは、バンパーカバー２２に歩行者または自転車が衝突した場合に発生するピエゾフィルム電圧Ｖｐｚと、地上工作物が衝突した場合に発生するピエゾフィルム電圧Ｖｐｚとの間に設定されている。ピエゾフィルム電圧Ｖｐｚが、電圧閾値Ｖｔｈ以上であると判定された場合、バンパーカバー２２において、歩行者保護装置５の作動を必要とする衝突が発生したことを検出し（ステップＳ１０５）、歩行者保護装置５を作動させる（ステップＳ１０６）。ステップＳ１０４において、ピエゾフィルム電圧Ｖｐｚが、電圧閾値Ｖｔｈ未満であると判定された場合、本制御フローを終了する。

＜実施形態の作用効果＞
本実施形態によれば、バンパーカバー２２の変形量Ｑに応じたピエゾフィルム電圧Ｖｐｚを発生するピエゾフィルム３を備えている。そして、衝突判定部６２は、ピエゾフィルム３によって形成されたピエゾフィルム電圧Ｖｐｚを所定の電圧閾値Ｖｔｈと比較し、ピエゾフィルム電圧Ｖｐｚが電圧閾値Ｖｔｈ以上の場合、車両ＶＥのバンパーカバー２２に衝突が発生したことを検出している。これにより、バンパーカバー２２の変形量Ｑが、直接的に影響するピエゾフィルム電圧Ｖｐｚに基づいて、車両ＶＥのバンパーカバー２２に、歩行者保護装置５の作動を必要とする衝突が発生したことを、正確に検知することができる。

また、ピエゾフィルム３は、バンパーカバー２２に対し、延伸処理方向および分極処理方向が車幅方向に合致するように取り付けられている。これにより、バンパーカバー２２の車幅方向への変形によって、ピエゾフィルム３が発生するピエゾフィルム電圧Ｖｐｚを増大させることができる。また、ピエゾフィルム３は、バンパーカバー２２に対し、延伸処理方向および分極処理方向がともに上下方向と一致しないように取り付けられている。これにより、バンパーカバー２２の上下方向への変形によるピエゾフィルム電圧Ｖｐｚを低減させることができる。したがって、車幅方向への変形によるピエゾフィルム電圧Ｖｐｚと、上下方向への変形によるピエゾフィルム電圧Ｖｐｚとの差を増大させることのできる車両用衝突センサにすることができる。したがって、双方のピエゾフィルム電圧Ｖｐｚの間に電圧閾値Ｖｔｈを設定して、バンパーカバー２２の車幅方向への変形によって、歩行者等による衝突を確実に検出できる一方、バンパーカバー２２を上下方向に変形させる地上の工作物等の衝突を検出しないようにすることができる。
また、圧電性高分子フィルムとして、ピエゾフィルム３をバンパーカバー２２に取り付けているため、バンパーカバー２２の変形量Ｑに応じたピエゾフィルム電圧Ｖｐｚを精度よく発生させることができる。

また、ピエゾフィルム３は、バンパーカバー２２において、下方の略半分の領域を占める下部領域ＬＲには形成されていない。これにより、バンパーカバー２２に対して地上に固定された工作物が衝突し、バンパーカバー２２が下方に引っ張られた場合において、ピエゾフィルム電圧Ｖｐｚの発生をよりいっそう低減することができる。したがって、地上の工作物等の衝突による誤検出を防止することができる。
尚、下部領域ＬＲは、必ずしもバンパーカバー２２の下方部において、略半分を占める領域でなければならないわけではない。すなわち、下部領域ＬＲは、バンパーカバー２２が下方に引っ張られた場合において、ピエゾフィルム電圧Ｖｐｚの発生を低減することができる領域であれば、バンパーカバー２２の下方部において、任意の部位および領域に形成することができる。

＜他の実施形態＞
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、次のように変形または拡張することができる。
ピエゾフィルム３の延伸処理方向および分極処理方向は、車幅方向に対して完全に合致していなくてもよい。すなわち、衝突により、バンパーカバー２２が車幅方向へ変形する時のピエゾフィルム電圧Ｖｐｚを増大させることができれば、延伸処理方向および分極処理方向は、その処理工程上または組付け上のばらつきにより、車幅方向に対する若干のずれがあってもよい。
また、ピエゾフィルム３は、圧電性高分子材料に対し、延伸処理および分極処理のうちの一方のみを施して形成されていてもよい。
また、ピエゾフィルム３は、複数の延伸処理方向または複数の分極処理方向を有していてもよい。

図面中、１は歩行者保護システム（車両用衝突検知装置）、３はピエゾフィルム、（圧電性高分子フィルム、車両用衝突センサ）、５は歩行者保護装置(保護装置)、２１はフロントバンパー（車両の前方部）、２２はバンパーカバー、２２ａはバンパーカバーの裏面（内側面）、６２は衝突判定部、ＬＲは下部領域、Ｑはバンパーカバーの変形量、ＶＥは車両、Ｖｐｚはピエゾフィルム電圧（出力電圧）、Ｖｔｈは電圧閾値を示している。

Claims (2)

1. 車両（ＶＥ）の前方部（２１）に設けられたバンパーカバー（２２）への衝突を検出する、圧電性高分子材料に、延伸処理および分極処理のうちの少なくとも一方の処理を施して形成され、前記バンパーカバーの内側面（２２ａ）に対し、施された前記処理の方向が車幅方向に合致し、かつ、施された前記処理の方向が上下方向と一致しないように取り付けられ、前記バンパーカバーの変形量（Ｑ）に応じた出力電圧（Ｖｐｚ）を形成する圧電性高分子フィルムを有する車両用衝突センサ（３）と、
   前記圧電性高分子フィルムによって形成された前記出力電圧または前記出力電圧に基づいて形成された検出電圧を、所定の電圧閾値（Ｖｔｈ）と比較し、前記出力電圧または前記検出電圧が前記電圧閾値以上の場合、前記車両の前記バンパーカバーに衝突した歩行者を保護する保護装置（５）の作動を必要とする衝突が発生したことを検出する衝突判定部（６２）と、
   を備え、
   前記圧電性高分子フィルムは、
   前記バンパーカバーの下方部において所定の部位を占める下部領域（ＬＲ）には形成されておらず、前記バンパーカバーの上半分に形成されており、歩行者が衝突する高さ位置に取り付けられている車両用衝突検知装置。
2. 前記圧電性高分子フィルムは、ピエゾフィルム（３）である請求項１に記載の車両用衝突検知装置。

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