JP2007501160A - 衝突識別装置 - Google Patents

Abstract

ここで提案されているのは、衝突センサとしての圧電ケーブルであり、ここではこの圧電ケーブルによって４つまでの相異なる測定原理が可能になる。衝突時に圧電パルスを発生させる圧電式の測定の他に容量式の測定、誘導式の測定および抵抗測定が可能である。

Description

従来の技術
本発明は、請求項１の上位概念に記載された衝突検出装置を出発点とする。

WO 01/98117 A1から、発生する圧力またはひずみまたは加速度によって歩行者の衝突を求めることが公知である。

発明の利点
これに対し、請求項１の特徴部分に記載された特徴的構成を有する本発明の衝突検出装置は、圧電ケーブルを衝突検出に使用するという利点を有する。この圧電ケーブルによって得られる利点は、圧電ケーブルにより、相異なる測定原理が単独でまたは組み合わせで可能になることである。さらに圧電ケーブルは、極めて信頼性が高くまた簡単に機能する。

従属請求項に記載した手段および発展形態によって、請求項１に記載した衝突検出装置の有利な改良が可能である。

殊に有利であるのは、上記の圧電ケーブルが、互いに独立した４つまでの衝突識別測定原理に使用できることである。このうちの１つが、衝突対象体の相対的な誘電率を特徴付ける容量式の測定法である。これにより、人間と対象体との簡単な区別が可能である。第２の測定は、圧電効果によって行うことができる。ここでは衝突は圧電パルスに結びつき、この圧電パルスが記録される。つぎに伝搬時間差を評価することによって例えば衝突位置も検出可能である。これは例えば遅延線路を用いて行うことができる。この遅延線路は、有利には巻回されたワイヤとして構成されるシールドによって実現することができる。

上記の圧電ケーブルによって可能になる別の有利な測定法は、衝突時にケーブルが伸びることによって得られる。この伸びによって抵抗変化が発生する。この抵抗変化は測定可能であるため、衝突検出に利用可能である。第４の測定法として誘導性の測定が可能であり、これは圧電ケーブルのシールドが誘導式に構成される場合である。これによって衝突対象体の導電性を特徴付けることができる。これもまた人間と対象体とを区別し、対象体を特徴付けることを可能にする。

容量式の測定に対して圧電ケーブルは別のシールドを有することができ、このシールドは、容量変化を検出する電極として使用される。このシールドは円筒形または半円筒形に構成することができる。これによって指向作用を増大させることができる。このケーブルの電場は衝突の領域に配向される。この指向作用によって殊に信号雑音比が改善される。

さらに、抵抗変化を特徴付ける上記の信号が、より高い周波数に変換されて、他の測定を妨げないようにすることは有利Ｚである。これにより、複数の測定を極めて簡単に分離することができる。

さらに、圧電ケーブルをバンパのカバーに配置すると有利である。この際に圧電ケーブルは有利には、カバーに注入（einspritzen）されるか、または挟み込まれる。

図面
本発明の実施例を図面に示し、以下の説明において詳述する。

ここで、
図１は、本発明の装置の第１ブロック図を示しており、
図２は、本発明の装置の概略図を示しており、
図３は、容量測定を説明する概略図を示しており、
図４は、本発明の装置の第2ブロック図を示しており、
図５は、本発明の装置の第３ブロック図を示しており、
図６は、本発明の装置の第４ブロック図を示しており、
図７は、圧電ケーブルの固定を説明する図を示している。

説明
ＡＣＥＡ（欧州自動車製造者協会）の自発的な自己義務に基づいて欧州では歩行者保護に対する法的規制が導入される。

第１段階は２００５年から有効である。そこで要求される限界値は、見込みでは純粋に受動的な手段で満たされるべきであり、すなわち車両最前部の成形およびクッションである。

第２段階は２０１０年から有効になるはずであり、はるかに高い要求が課される。この際にはほとんどの車両に対して限界値を満たすためのアクティブシステムが必要になるはずである。したがってアクティブシステムを市場に導入するという圧力が増しているのである。

アクチュエータ機能の領域においてもセンサ機能の領域においても共にさまざまなコンセプトが存在する。センサ機能の領域では、バンパに組み込まれるコンタクトセンサが主に考えられている。力の測定またはひずみ変化に基づくこのコンタクトセンサは、バンパの全幅にわたって延在することがある。例えば、このような力センサの例は、圧電シート、ひずみゲージ、光センサまた複合物から得られるセンサである。ひずみセンサは、部分的にライトガイドまたは簡単なコンタクトスイッチである。さらに、いわゆる「クラッシュボックス（Crash-Box）」にさまざまな加速度測定または力測定センサを取り付けることも可能である。

さらに、例えばレーダーベースまたはビデオセンサなどの予見的なセンサも考えられており、これらのセンサにより、反射された信号に基づきないしは画像の評価を介して歩行者が識別されるのである。

歩行者を保護するためには実質的にエアバッグシステムをエンジンルームに組み込むかまたはボンネットを持ち上げて人間の衝突に相応に対処する。

コンタクトセンサは、一般的にゴミ入れまたは街灯と歩行者とを区別できない。これはこれまで提案されたすべての衝突識別センサの最大の欠点である。したがってほぼ軽い衝突毎に、花火電気的に駆動されるボンネット持ち上げによって付加的な損傷が発生するか、またはエアバッグトリガも発生することになるのである。

クラッシュボックスの領域において障害が発生する可能性は極めて高い。それは、ここには車両の振動が多く伝わるため、コストをかけて歩行者衝突を検出しなればならないからである。さらにすべての車両が、組み込み形のクラッシュボックスを有する訳ではない。ここでクラッシュボックスとは、搭乗者を事故から保護するクラッシュ衝突エネルギー吸収装置のことであると理解されたい。

本発明では歩行者保護に対する簡単なセンシングコンセプトが提案され、ここでこのコンセプトは、一方では簡単な構造によって極めてコスト的に有利な解決手段であり、他方では同時に評価される電磁場との組み合わせによって、格段に障害の影響を受けにくい特性を有するのである。

今日のバンパは、損傷のない最低速度衝突のため、歩行者保護のためのいくつかの法的な規定によって、また設計周囲条件のために以前のバンパとは大きく異なっている。重大な衝突時にひずみエネルギーを減衰させる金属製のバンパは、車両のサイドビームに溶接される。複数のエレメントを介するばね弾性的な接続により、ねじ付きピン（Schraubstift）を用いてプラスティックプロフィール（Kunststoffprofil）がバンパに固定される。プラスティックカバーは、衝突ダンパ発砲ポリスチレンエレメントまたは発砲材エレメントによってシャーシまたはプラスティックプロフィールに固定される。これによってカバーにおける衝突は大きく減衰され、遅延されてバンパに伝えられる。センサを組み込むのに最も汎用的で、最も感度が高く、最も簡単な箇所は、各車両に設けられているカバーにある。

バンパカバーは、すでに今日、注入される挿入部をいくつか有する。このカバーに、変形させた圧電ケーブルを注入することによって、プレクラッシュ接触のさらに前に、相対的な誘電率ε_ｒ＝８０を有する人間か、または導電性の金属ないしはゴミ入れなどが接近したのかを容量式に識別することができる。圧電ケーブルによって可能である第１の測定原理は、容量変化の測定であり、これは図３に説明されている通りである。車両３０はシャーシ３２のバンパ領域に圧電ケーブル３１を有する。この圧電ケーブルは、容量評価に対する電極としてシールドを有しており、ここでこのシールドは、円筒形かまたは半円筒形で導体にわたって延在することが可能である。これによって指向作用がさらにいくらか増大される。図３では人間３１に向かって、さまざまな容量が示されている。これらの容量は、ここでは参照符号Nで示された人間と、さまざまな車両エレメントとの間に発生する。容量ＣＭＣは人間とシャーシとの間に発生し、これに対して容量CMKは人間とケーブルとの間に発生する。ケーブルとシャーシとの間には容量CKCを検出することができ、これに対して人間と地面との間には容量CMGが存在する。容量CMGに並列に抵抗RMGを検出することができる。ケーブルと地面との間には容量CKGが、またシャーシと地面との間にはCCGが、ならびにこれと並列に抵抗RCGが存在する。間隔によって、容量CMCおよびCMKは変化する。これらの容量は例えば、相対的な誘電率に依存し、この誘電率は例えば人間においてその水分量によって決定される。人間においてこの相対的な誘電率はε_ｒ＝８０である。この容量測定は、電極の設計の仕方また感度の調整の仕方に応じて、２０ｃｍ以上の到達範囲を有することができる。この際にグランドに対するシールドの電位が測定され、増幅され、整流され、バンドパスフィルタならびに比較器を介して評価部に供給される。つぎにテストならびにシミュレーションおよび解析的な計算から求められて記憶された値との比較によって相対的な誘電率を決定することができる。すなわちＣＭＣおよびＣＭＫによるインピーダンス変化が、導電性のエレメントまたは水分の多いエレメントの接近によって発生し、損失ファクタによってこれらの２つのケースを互いに区別することができるのである。このインピーダンスはつぎのように合成される。すなわち、Ｚ＝Ｒp＋ｉ／（ｊωＣｐ）である。損失ファクタは比Ｒp／ωＣｐである。この損失ファクタによってこれらのコンデンサに対して、２つの面の絶縁が最適でないことが示される。

圧電ケーブルは同軸ケーブルとして実施され、また分極されたコアアイソレータを有し、これは衝突パルスの際にチャージ信号を出力する。すなわちここでは圧電パルスが発生するのである。この信号はつぎにチャージアンプを介し、バンドパスフィルタおよび比較器を通って評価される。衝突の位置の解析は、位置に応じて誘導される圧電パルスの伝搬時間によって得られる。このパルスは一方では圧電ケーブルアンプに直接入り、他方では反対方向において圧電ケーブルの終端抵抗に入り、そこで反射され、伝搬速度に依存して圧電ケーブル評価部の入力側に到達する。ここでシールドは巻回されたワイヤであり、誘電率

を有する。ここでｌは導体の長さ、Ｄはコイルの直径、μrは相対的な透磁率、ｎは巻数、また容量は

であり、これによって伝搬速度

は光速に比べて、約１２０のファクタだけ変化している。遅延時間はｔ ＝ ０．４μｓ／ｍと計算される。最初のパルスと、これに続くパルスとの間の時間差によって、衝突の位置についての情報が得られる。

第３の効果としてケーブル心線すなわち内部導体の長さ変化が、ダイナミックな長さ測定ストライプとして利用される。ここでこの内部導体は衝突時にその長さ、ひいてはその抵抗が変化する。評価に対して有利には、圧電信号を妨害し得ない搬送周波数信号を使用する。それはこれが比較的高い周波数領域にあるからである。最終的に上記のシールドを誘導性に構成することによって、圧電ケーブルに対象体が接近した際に別の効果を利用することができる。良好な導電性を有する対象体、例えば自動車の金属板または自転車と、人間またはプラスティックなどのような導電性の低い対象体との区別を誘導式のケーブルによって行うことができる。

図１はブロック図で本発明の装置を示している。圧電ケーブル１０は線路を介して評価部１１に接続されている。評価部１１は、圧電ケーブルにおいて構成された複数の測定原理で測定する。ここでこれらの測定原理は上で述べたものである。これらの測定原理のうちのただ１つまたはこれらの組み合わせを使用することができ、４つの測定原理をすべて使用することも可能である。つぎに評価部１１は評価に依存して、拘束手段に対する制御装置１２に信号を送信する。拘束手段に対する制御装置１２は、さらに別の信号を別のセンサ機能１３、例えば、室内センサ機能または加速度センサなどの別の衝突センサから受け取る。プレクラッシュセンサをセンサ機能１３に割り当てることも可能である。さらに制御装置１２それ自体も複数のセンサ、例えば加速度センサを有することができ、これによってそれ自体で衝突を記録しおよび／または外部のセンサ機能による衝突信号の妥当性検査を行うことできる。制御装置１２はプロセッサを有しており、このプロセッサにおいて拘束手段に対するトリガアルゴリズムが実行される。このアルゴリズムにはセンサ信号が供給され、このアルゴリズムの評価に依存してつぎに拘束手段１４が駆動制御される。拘束手段１４は、車内の拘束手段、すなわちエアバッグおよびシートベルトテンショナであり、また外部エアバッグまたは例えば持ち上げ可能なボンネットなどの歩行者を保護するための拘束手段である。

図２には圧電ケーブルに構成されている３つの測定原理の詳細な評価部が概略図で示されている。ここでは圧電効果、圧電ケーブルの伸びおよび容量式の評価が利用されている。このことは図２ａにおいてブロック回路図を介して説明されている。また図２ｂにおいて圧電ケーブルの断面で構造が示されている。図２ｂおよび図２ａには１つずつの心線２０１、すなわち内部導体が示されており、この内部導体は、圧電式の測定に使用される内側のシールド２０２によって包囲されている。この内側のシールド２０２は、容量式の測定に使用される別のシールド２０３によって包囲されている。択一的には内側のシールド２０２を誘導式に構成することによって、これを誘導式の測定に利用することもできる。これにより、導電性を介して衝突対象体が特徴付けられる。抵抗ＲＬは心線２０１と内側のシールド２０２とを接続している。最大限に大きな反射係数をｖ得るため、この抵抗は、７５Ωであるケーブルインピーダンスよりも約１０００倍大きく選択すべきである。

このブロック図に示されているのは、内側の導体２０１が一方では圧電ケーブル評価部２０４に、他方では抵抗評価部２０５に接続されていることである。内部導体は一方では圧電ケーブル評価部２０４においてオペアンプ２１４の反転入力側およびコンデンサ２１５に接続されており、他方では抵抗評価部２０５においてコンデンサ２２１および抵抗２０９に接続されている。内側のシールド２０２は一方ではオペアンプ２１４の非反転入力側に接続されており、他方では周波数変換器２０８に接続されている。外側のシールド２０３は、容量評価部２０６に接続されており、またここでコンデンサ２１８およびオペアンプ２１７の反転入力側に接続されている。オペアンプ２１７の非反転入力側はアースに接続されている。コンデンサ２１８の他方の側はオペアンプ２１７の出力側と、位相敏感整流器２１９とに接続されている。ここでは抵抗２０９において降下する電圧が、信号源２０８と位相同期的に復調される。すなわち＋１または−１が乗算される。

位相敏感整流器２１９は、バンドパスフィルタおよび比較器２２０に接続されている。ブロック２２０はつぎにその出力側を介してロジックおよび判定アルゴリズム２０７に接続されている。ここではブロック１１の評価が行われる。周波数変換器２０８はシールド２０２における信号を比較的高い周波数に変換する。またこの周波数変換器は一方ではアースに接続されており、他方では抵抗２０９およびオペアンプ２１０の非反転入力側に接続されている。コンデンサ２２１の他方の側は、オペアンプ２１０の反転入力側および抵抗２１１に接続されている。抵抗２１１はここでもフィードバック抵抗として使用されており、したがって他方の側がオペアンプ２１０の出力側に接続されている。またオペアンプ２１０にはここでも位相敏感整流器２１２と、バンドパスフィルタおよび比較器２１３とが続いている。これらにはつぎにロジック２０７が接続されている。コンデンサ２１５は、フィードバックコンデンサとして使用されているか、ないしはオペアンプ２１４と共にチャージアンプをなしている。これにはつぎにバンドパスフィルタおよび比較器２１６が接続されており、これらはここでもロジック２０７に接続されている。これらによって、各センサのトリガ閾値および測定帯域幅が決定される。

図４にはブロック図で本発明の装置が示されている。上に示した容量式の評価部Ｃ、長さ変化による抵抗変化測定部Ｒ、圧電パルスの測定部Ｐｚ、誘導式の測定部Ｌは、評価部４０に接続されている。すなわちここではすべての事前に制御される測定原理が圧電ケーブルによって実現されるため、極めて確実に衝突対象体を識別し、また衝突位置を決定することができる。

図５は本発明の１構成を示しており、ここでは容量式の測定部Ｃおよび圧電式の測定部Ｐｚだけが設けられており、評価部４０に接続されている。図６は抵抗測定部Ｒと圧電式測定部Ｐｚとの組み合わせが示されており、これらは評価部６０に接続されている。ここでは別の組み合わせも可能である。

図７はバンパにおける圧電ケーブルの組み込みを示している。図７にはケーブルの固定箇所の部品展開図が示されている。バンパ７０は固定領域７１を有しており、ここにケーブル７３用のホルダが設けられている。ここでこのケーブルはバンパカバーに注入されるか、または挟み込まれる。

上記の圧電ケーブルを使用して、相異なる４つの物理的な作用、すなわち圧電気、容量測定における電場の場の変化、誘導における場の変化、および内部導体の圧電気の変化による抵抗変化から発生する互いに無関係な４つの作用を最大限に利用すると、妥当性を考察することによって歩行者と他の対象体とを高い信頼性で区別することができると共に測定効果を同時に評価することができる。ここで誘導式または容量式のセンサは、バンパとの接触の前に応答することができ、したがって圧電式および圧電抵抗式の測定に対するトリガとして利用可能である。

本発明の装置の第１ブロック図である。 本発明の装置の概略図である。 容量測定を説明する概略図である。 本発明の装置の第2ブロック図である。 本発明の装置の第３ブロック図である。 本発明の装置の第４ブロック図である。 圧電ケーブルの固定を説明する図である。

Claims (14)

1. 衝突検出装置において、
   該衝突検出装置は、少なくとも１つの圧電ケーブル（１０，２００）を有することを特徴とする
   衝突検出装置。
2. 前記圧電ケーブル（１０，２００）を構成して、前記装置により、当該圧電ケーブル（１０，２００）が用いられて、衝突対象体（３１）による容量変化が識別されるようにした、
   請求項１に記載の装置。
3. 前記圧電ケーブル（１０，２００）は、容量変化を検出する電極として第1シールド（２０２）を有する、
   請求項２に記載の装置。
4. 前記第1シールド（２０２）は円筒形または半円筒形に構成されている、
   請求項３に記載の装置。
5. 前記圧電ケーブル（１０，２００）を構成して、衝突により、圧電パルスが発生するようにした、
   請求項１から４までのいずれか1項に記載の装置。
6. 前記装置を構成して、該装置により、伝搬時間差測定が用いられて、衝突の位置の解析が行われるようにした、
   請求項５に記載の装置。
7. 前記圧電パルスは一方では直接評価され、他方では遅延線路を介して評価部に供給され、これによって前記伝搬時間差が求められる、
   請求項６に記載の装置。
8. 遅延線路として第２シールド（２０３）が設けられており、
   該第２シールドは、巻回されたワイヤとして構成されている、
   請求項７に記載の装置。
9. 前記圧電ケーブル（１０，２００）を構成して、衝突時に該圧電ケーブルの長さが変化し、当該変化によって抵抗変化が発生するようにした、
   請求項１から８までのいずれか1項に記載の装置。
10. 前記の抵抗変化を特徴付ける信号は、評価のために比較的高い周波数に変換される、
    請求項９に記載の装置。
11. 前記第2シールドは、衝突対象体の導電性を特徴付けるため、誘導式に構成されている、
    請求項８から１０までのいずれか1項に記載の装置。
12. 前記圧電ケーブルは、バンパ（７０）のカバーに配置されている、
    請求項１から１１までのいずれか1項に記載の装置。
13. 前記圧電ケーブル（７３）は、前記カバーに注入されている、
    請求項１２に記載の装置。
14. 前記圧電ケーブル（７３）は、前記カバーに挟み込まれている、
    請求項１２に記載の装置。

Images