車両衝突判定装置
【課題】車両に生じる音響帯域の高周波振動に基づいて衝突判定を行うに当って、衝突判定精度の安定化を実現可能な車両衝突判定装置を提供する。
【解決手段】車両衝突判定装置は、車両に生じる音響帯域の高周波振動を検出する振動検出手段と、前記高周波振動のエネルギ変化量を算出するエネルギ変化量算出手段と、前記エネルギ変化量に基づいて乗員保護装置の起動を必要とする衝突が発生したか否かを判定する衝突判定手段とを備える。
【解決手段】車両衝突判定装置は、車両に生じる音響帯域の高周波振動を検出する振動検出手段と、前記高周波振動のエネルギ変化量を算出するエネルギ変化量算出手段と、前記エネルギ変化量に基づいて乗員保護装置の起動を必要とする衝突が発生したか否かを判定する衝突判定手段とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両衝突判定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、車両衝突時に乗員を保護するためのシステムとして、ＳＲＳ(Supplemental Restraint System)エアバッグシステムが知られている。このＳＲＳエアバッグシステムとは、車両の各部に設置された加速度センサから取得した加速度データを基に、車両衝突の発生を検知してエアバッグ等の乗員保護装置を起動するものである。
【０００３】
従来では、車両前部に設置された複数のフロントクラッシュセンサと、車両中央部に設置されたＳＲＳユニット（ＳＲＳエアバッグシステムを統括制御するＥＣＵ）内のユニットセンサとから得られる加速度データに基づいて、前面衝突（正面衝突、オフセット衝突、斜突を含む）が発生したか否かの判定を行い、その衝突判定結果に応じて乗員保護装置の起動制御を行う技術が知られている（下記特許文献１参照）。
【０００４】
また、近年では、音響センサを用いて衝突時の車体変形に起因して発生する衝撃音を検出し、その検出結果を基に衝突判定を行うＣＩＳＳ(Crash Impact Sound Sensing)技術の開発が進んでいる。音響センサと加速度センサとの違いは、検出対象振動の周波数帯域が異なるだけであり、どちらも振動センサに属するものである。一般的には、周波数帯域０Ｈｚ〜４００Ｈｚの低周波振動を加速度データとして扱い、周波数帯域５ｋＨｚ〜２０ｋＨｚ（音響帯域）の高周波振動を音響データとして扱う。
【０００５】
下記特許文献２には、バルク音波センサを用いて車両衝突時に車体要素（サイドメンバー）に発生するトランスバーサル方向のバルク音波の振れを検出し、その検出結果を基に衝突判定を行う技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−２８７２０３号公報
【特許文献２】特表２００１−５１９２６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１に記載されているように、加速度センサを用いて前面衝突判定を行うためには、フロントクラッシュセンサとユニットセンサが必要である。これは、ユニットセンサだけでは、判別が困難な衝突モード（乗員保護装置の起動が必要な高速オフセット衝突と、乗員保護装置の起動が不要な低速オフセット衝突）が存在するからである。ユニットセンサは前面衝突時の車体変形が小さい車両中央部に設置されているため、衝突発生時点から両方の衝突モードを正確に判別できる程の大きな差がセンサ出力に現れるまで長い時間（約４０ｍｓ以上）を要する。
【０００８】
つまり、ユニットセンサだけを用いる場合、衝突発生時点から４０ｍｓ後に衝突判定（具体的には閾値判定）が実施されるよう閾値設定を行う必要があり、必然的に乗員保護装置の起動タイミングが遅くなる。乗員保護の観点から、衝突発生時点から２０〜３０ｍｓの間に乗員保護装置を起動することが理想とされているため、ユニットセンサだけでは要求される乗員保護性能を満足できない。そこで、従来では、前面衝突時の車体変形が大きい車両前部にフロントクラッシュセンサを設けることで、迅速且つ正確な衝突判定を実現しているのである。
【０００９】
フロントクラッシュセンサを使用するとシステムコストの上昇を招くため、ＳＲＳユニットに内蔵されたユニットセンサのみで衝突判定を行うことが理想であるが、上記のようにユニットセンサだけでは要求される乗員保護性能を満足できない。そこで、ユニットセンサとして加速度センサの代わりに音響センサを用いることで、フロントクラッシュセンサを不要とするシステムの構築が試みられている。
【００１０】
音響センサから得られる音響データは、車体が変形（損壊）する特徴を捉えやすい傾向があり、車体変形が大きい高速オフセット衝突と車体変形が軽微な低速オフセット衝突との判別が容易で、迅速且つ正確な衝突判定の実現に有効である。ところが、従来では、音響データのエンベロープに基づいて衝突判定を行っていたため、エンベロープはノイズが乗りやすく且つ変動しやすいことから、衝突判定精度が安定しないという課題があった。
【００１１】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、車両に生じる音響帯域の高周波振動に基づいて衝突判定を行うに当って、衝突判定精度の安定化を実現可能な車両衝突判定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】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明では、車両衝突判定装置に係る第１の解決手段として、車両に生じる音響帯域の高周波振動を検出する振動検出手段と、前記高周波振動のエネルギ変化量を算出するエネルギ変化量算出手段と、前記エネルギ変化量に基づいて乗員保護装置の起動を必要とする衝突が発生したか否かを判定する衝突判定手段と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明では、車両衝突判定装置に係る第２の解決手段として、車両に生じる振動を検出する振動検出手段と、前記振動に含まれる音響帯域の高周波振動を抽出する抽出手段と、前記高周波振動のエネルギ変化量を算出するエネルギ変化量算出手段と、前記エネルギ変化量に基づいて乗員保護装置の起動を必要とする衝突が発生したか否かを判定する衝突判定手段と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明では、車両衝突判定装置に係る第３の解決手段として、上記第１または第２の解決手段において、前記エネルギ変化量算出手段は、前記高周波振動の絶対値を算出する絶対値算出手段と、前記高周波振動の絶対値を区間積分することで前記エネルギ変化量を算出する区間積分手段と、を備えることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明では、車両衝突判定装置に係る第４の解決手段として、上記第１または第２の解決手段において、前記エネルギ変化量算出手段は、前記高周波振動の絶対値を算出する絶対値算出手段と、前記絶対値のエンベロープを出力するエンベロープ出力手段と、前記エンベロープを区間積分することで前記エネルギ変化量を算出する区間積分手段と、を備えることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明では、車両衝突判定装置に係る第５の解決手段として、上記第１〜第４のいずれか１つの解決手段において、前記衝突判定手段は、前記エネルギ変化量と所定の閾値とを比較し、前記エネルギ変化量が前記閾値を越えた場合に、前記乗員保護装置の起動を必要とする衝突が発生したと判定することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明では、車両衝突判定装置に係る第６の解決手段として、上記第１〜第５のいずれか１つの解決手段において、前記音響帯域の高周波振動は、周波数帯域５ｋＨｚ〜２０ｋＨｚの振動成分であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によると、車両に生じる音響帯域の高周波振動に基づいて衝突判定を行うに当って、従来のような音響帯域の高周波振動のエンベロープではなく、ノイズに強く且つ変動の少ない安定したエネルギ変化量を算出し、そのエネルギ変化量に基づいて乗員保護装置の起動を必要とする衝突が発生したか否かを判定するため、衝突判定精度の安定化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本実施形態におけるＳＲＳエアバッグシステムの構成概略図（ａ）及びＳＲＳユニット１（車両衝突判定装置）の要部ブロック構成図（ｂ）である。
【図２】エネルギ変化量算出部１３の詳細構成図（ａ）及び変形例（ｂ）である。
【図３】エネルギ変化量ΔＥの時間変化傾向と閾値ΔＥｔｈとの関係を示す図である。
【図４】ＳＲＳユニット１の動作フローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１（ａ）は、本実施形態におけるＳＲＳエアバッグシステムの構成概略図である。この図に示すように、本実施形態におけるＳＲＳエアバッグシステムは、車両１００の中央部に設置されたＳＲＳユニット１（車両衝突判定装置）と、車両１００の運転席及び助手席に設置されたエアバッグ２（乗員保護装置）とから構成されている。
【００２１】
ＳＲＳユニット１は、内蔵する音響センサ１１の出力信号に基づいて、車両１００に前面衝突が発生したか否かの判定（衝突判定）を行い、その衝突判定結果に応じてエアバッグ２の起動制御を行うＥＣＵ（Electronic Control Unit）である。エアバッグ２は、ＳＲＳユニット１から入力される点火信号に応じて展開し、車両１００の前面衝突により乗員が前方に２次衝突することで負う傷害を軽減する乗員保護装置である。なお、一般的に車両１００には、エアバッグ２の他、シートベルトプリテンショナ等の他の乗員保護装置も設けられているが、図１（ａ）では図示を省略している。
【００２２】
図１（ｂ）は、ＳＲＳユニット１の要部ブロック構成図である。この図に示すように、ＳＲＳユニット１は、音響センサ１１（振動検出手段）、バンドパスフィルタ１２（抽出手段：以下、ＢＰＦと称す）、エネルギ変化量算出部１３（エネルギ変化量算出手段）、及び衝突判定部１４（衝突判定手段）を備えている。
【００２３】
音響センサ１１は、ＳＲＳユニット１に内蔵された振動センサであり、車両１００の長さ方向（図中のＸ軸方向）に生じる、少なくとも５ｋＨｚ〜２０ｋＨｚを含む周波数帯域の振動を検出し、その検出結果を振動データＳａ（ｔ）としてＢＰＦ１２へ出力する。ＢＰＦ１２は、通過周波数帯域が５ｋＨｚ〜２０ｋＨｚに設定されたバンドパスフィルタであり、音響センサ１１から入力される振動データＳａ（ｔ）から周波数帯域５ｋＨｚ〜２０ｋＨｚの振動成分を音響帯域の高周波振動として抽出し、その抽出した振動成分を音響データＳ（ｔ）としてエネルギ変化量算出部１３へ出力する。このＢＰＦ１２から得られる音響データＳ（ｔ）は、前面衝突によって車両１００が変形（損壊）する特徴をよく捉えたものである。
【００２４】
エネルギ変化量算出部１３は、ＢＰＦ１２から入力される音響データＳ（ｔ）のエネルギ変化量ΔＥを算出し、その算出したエネルギ変化量ΔＥを衝突判定部１４へ出力する。具体的には、図２（ａ）に示すように、エネルギ変化量算出部１３は、絶対値算出部１３ａ（絶対値算出手段）及び区間積分部１３ｂ（区間積分手段）を備えている。
【００２５】
絶対値算出部１３ａは、ＢＰＦ１２から入力される音響データＳ（ｔ）の絶対値｜Ｓ（ｔ）｜を算出し、その算出した絶対値｜Ｓ（ｔ）｜を区間積分部１３ｂへ出力する。区間積分部１３ｂは、絶対値算出部１３ａから入力される絶対値｜Ｓ（ｔ）｜を区間積分することでエネルギ変化量ΔＥを算出し、その算出したエネルギ変化量ΔＥを衝突判定部１４へ出力する。
【００２６】
本来、音響データＳ（ｔ）のエネルギ変化量ΔＥは、Ｓ（ｔ）の二乗を区間積分すること、つまり、下記（１）式で表されるように、一定時間区間内で｛Ｓ（ｔ）｝２を積算することで求めることができるが、本実施形態ではエネルギ変化量ΔＥの算出処理に掛かる負荷を減らすために、下記（２）式で表されるように、音響データＳ（ｔ）の絶対値｜Ｓ（ｔ）｜を区間積分する（一定時間区間内で積算する）ことにより、近似的にエネルギ変化量ΔＥを算出する。
ΔＥ ＝ Σ｛Ｓ（ｔ）｝２ ・・・（１）
ΔＥ ≒ Σ｜Ｓ（ｔ）｜ ・・・（２）
【００２７】
図１（ｂ）に戻り、衝突判定部１４は、エネルギ変化量算出部１３から入力されるエネルギ変化量ΔＥに基づいて乗員保護装置の起動、つまりエアバッグ２の展開を必要とする衝突が発生したか否かを判定し、その衝突判定結果を出力する。具体的には、この衝突判定部１４は、エネルギ変化量ΔＥと所定の閾値ΔＥｔｈとを比較し、エネルギ変化量ΔＥが閾値ΔＥｔｈを越えた場合に、エアバッグ２の展開を必要とする衝突が発生したと判定する。
【００２８】
図３は、エネルギ変化量ΔＥの時間変化傾向と閾値ΔＥｔｈとの関係を示す図である。この図３において、符号ΔＥ１は、エアバッグ２の展開を必要とする衝突（高速オフセット衝突等の車体変形（損壊）を伴う激しい衝突）が発生した時のエネルギ変化量を示し、符号ΔＥ２は、エアバッグ２の展開が不要な衝突（低速オフセット衝突等の車体変形が軽微な穏やかな衝突）が発生した時のエネルギ変化量を示している。
【００２９】
この図３に示すように、衝突発生時点から短時間でエネルギ変化量ΔＥ１の時間変化傾向とエネルギ変化量ΔＥ２の時間変化傾向との間に明確な差異が発生することがわかる。つまり、閾値ΔＥｔｈをエネルギ変化量ΔＥ１とΔＥ２とを確実に切り分けできる値に設定しておくことにより、エネルギ変化量算出部１３にて算出されたエネルギ変化量ΔＥが閾値ΔＥｔｈを越えた時、エアバッグ２の展開を必要とする衝突が発生したと正確に判定することができる。
【００３０】
以上説明したＢＰＦ１２、エネルギ変化量算出部１３及び衝突判定部１４は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算処理装置が衝突判定プログラムを実行することで実現されるソフトウェア的な機能である。以下では、図４のフローチャートを参照しながら、ＣＰＵが衝突判定プログラムに従って実行する衝突判定処理について説明する。
【００３１】
ＣＰＵは、ＳＲＳユニット１の電源がオンされている間、つまり車両１００の走行中に、以下のステップＳ１〜Ｓ４からなる衝突判定処理を一定周期（例えば数百μｓ周期）で繰り返し実行する。
まず、ＣＰＵは、衝突判定処理が開始されると、制御変数ｎをインクリメントした後、音響センサ１１からアナログデータとして入力される振動データＳａ（ｔ）をサンプリング及びＡ／Ｄ変換することで、振動データＳａ（ｔ）の現在値を示すデジタルデータＳａ（ｎ）を取得する（ステップＳ１）。以下では、Ｓａ（ｎ）を振動データＳａ（ｔ）の今回値と呼ぶ。
【００３２】
なお、ＣＰＵは、上記のように取得した振動データＳａ（ｔ）の今回値Ｓａ（ｎ）をＲＡＭ等の揮発性メモリに時系列的に記憶させる。つまり、ＲＡＭには、過去から現在まで衝突判定処理が実行される度に取得された振動データＳａ（ｔ）＝｛Ｓａ（１）、…、Ｓａ（ｎ−２）、Ｓａ（ｎ−１）、Ｓａ（ｎ）｝が記憶されることになる。なお、ＲＡＭの記憶容量をオーバーする場合には、古いデータから順に削除して、空いた記憶領域に新しいデータを記憶すれば良い。
【００３３】
続いて、ＣＰＵは、ＲＡＭからデジタルバンドパスフィルタ処理に必要な振動データＳａ（ｔ）を読み出し、通過周波数帯域が５ｋＨｚ〜２０ｋＨｚに設定されたデジタルバンドパスフィルタ処理用の演算式に代入することで、周波数帯域５ｋＨｚ〜２０ｋＨｚの振動成分である音響データＳ（ｔ）の今回値Ｓ（ｎ）を算出する（ステップＳ２）。ここで、例えば、デジタルバンドパスフィルタ処理に、振動データＳａ（ｔ）の今回値、前回値、前々回値が必要な場合には、ＲＡＭからＳａ（ｎ）、Ｓａ（ｎ−１）、Ｓａ（ｎ−２）を読み出せば良い。
【００３４】
なお、ＣＰＵは、上記のように算出した音響データＳ（ｔ）の今回値Ｓ（ｎ）をＲＡＭに時系列的に記憶させる。つまり、ＲＡＭには、過去から現在まで衝突判定処理が実行される度に算出された音響データＳ（ｔ）＝｛Ｓ（１）、…、Ｓ（ｎ−２）、Ｓ（ｎ−１）、Ｓ（ｎ）｝が記憶されることになる。このようなステップＳ２の処理によって、上述したＢＰＦ１２の機能が実現される。
【００３５】
続いて、ＣＰＵは、ＲＡＭからエネルギ変化量ΔＥの算出に必要な音響データＳ（ｔ）を読み出し、一次区間積分用の下記演算式（３）に代入することでエネルギ変化量ΔＥの今回値ΔＥ（ｎ）を算出する（ステップＳ３）。なお、下記（３）式において、Ｎは積分区間である。また、下記（３）式は、上記（２）式と等価である。
ΔＥ（ｎ）＝｜Ｓ（ｎ）｜＋｜Ｓ（ｎ−１）｜＋…＋｜Ｓ（ｎ−Ｎ＋１）｜
…（３）
【００３６】
なお、ＣＰＵは、上記のように算出したエネルギ変化量ΔＥの今回値ΔＥ（ｎ）をＲＡＭに時系列的に記憶させる。つまり、ＲＡＭには、過去から現在まで衝突判定処理が実行される度に算出されたエネルギ変化量ΔＥ＝｛ΔＥ（１）、…、ΔＥ（ｎ−２）、ΔＥ（ｎ−１）、ΔＥ（ｎ）｝が記憶されることになる。このようなステップＳ３の処理によって、上述したエネルギ変化量算出部１３の機能が実現される。
【００３７】
続いて、ＣＰＵは、ＲＡＭからエネルギ変化量ΔＥの今回値ΔＥ（ｎ）を読み出し、このエネルギ変化量ΔＥの今回値ΔＥ（ｎ）が閾値ΔＥｔｈを越えたか否かを判定する（ステップＳ４）。ＣＰＵは、上記ステップＳ４において「Ｙｅｓ」の場合、つまりエアバッグ２の展開を必要とする衝突（車体変形を伴う激しい衝突）が発生した場合、衝突判定結果を「１」にセットして衝突判定処理を終了する（ステップＳ５）。
一方、ＣＰＵは、上記ステップＳ４において「Ｎｏ」の場合、つまりエアバッグ２の展開が不要な場合、衝突判定結果を「０」に保持した状態で衝突判定処理を終了する。このようなステップＳ４、Ｓ５の処理によって、上述した衝突判定部１４の機能が実現される。
【００３８】
上記のような衝突判定処理が一定周期で繰り返し実行されることにより、衝突判定に有効なエネルギ変化量ΔＥの今回値ΔＥ（ｎ）が得られる毎に衝突判定（閾値ΔＥｔｈとの比較）が実施され、エアバッグ２の展開を必要とする衝突が発生したと判定された場合（衝突判定結果が「１」にセットされた場合）にエアバッグ２が展開されることになる。
【００３９】
以上説明したように、本実施形態によると、従来のような音響データＳ（ｔ）のエンベロープではなく、ノイズに強く且つ変動の少ない安定したエネルギ変化量ΔＥを算出し、そのエネルギ変化量ΔＥに基づいてエアバッグ２の展開を必要とする衝突が発生したか否かを判定するため、衝突判定精度の安定化を実現できる。
【００４０】
なお、本発明は上記実施形態に限定されず、以下のような変形例が挙げられる。
（１）上記実施形態において、絶対値算出部１３ａ及び区間積分部１３ｂを備えるエネルギ変化量算出部１３を例示したが、図２（ｂ）に示すように、絶対値算出部１３ａ及び区間積分部１３ｂに加えてエンベロープ出力部１３ｃ（エンベロープ出力手段）を設けても良い。このエンベロープ出力部１３ｃは、絶対値算出部１３ａから入力される音響データＳ（ｔ）の絶対値｜Ｓ（ｔ）｜のエンベロープ｜Ｓｅ（ｔ）｜を出力するものである。
【００４１】
このようなエンベロープ出力部１３ｃとしては、例えばカットオフ周波数が４００Ｈｚに設定されたローパスフィルタを用いることができる。この場合、区間積分部１３ｂは、エンベロープ出力部１３ｃから入力されるエンベロープ｜Ｓｅ（ｔ）｜を区間積分することでエネルギ変化量ΔＥを算出する。
【００４２】
（２）上記実施形態では、音響センサ１１を用いて車両１００の長さ方向に生じる、少なくとも５ｋＨｚ〜２０ｋＨｚを含む周波数帯域の振動（振動データＳａ（ｔ））を検出し、ＢＰＦ１２を用いて振動データＳａ（ｔ）から周波数帯域５ｋＨｚ〜２０ｋＨｚの振動成分を音響帯域の高周波振動（音響データＳ（ｔ））として抽出する構成を例示した。これに対して、ＢＰＦ１２を削除し、周波数帯域５ｋＨｚ〜２０ｋＨｚの振動成分を音響帯域の高周波振動として直接検出可能な音響センサを用いる構成を採用しても良い。
【００４３】
（３）上記実施形態では、音響帯域の高周波振動として周波数帯域５ｋＨｚ〜２０ｋＨｚの振動を検出する場合を例示したが、検出対象振動の周波数帯域はこれに限定されず、車両１００の構造や要求される乗員保護性能に応じて適宜設定すれば良い。つまり、高周波振動の周波数帯域は、前面衝突によって車両１００が変形（損壊）する特徴（構造音響）を捕捉可能であれば良い。
【符号の説明】
【００４４】
１…ＳＲＳユニット（車両衝突判定装置）、１１…音響センサ（振動検出手段）、１２…ＢＰＦ（抽出手段）、１３…エネルギ変化量算出部（エネルギ変化量算出手段）、１４…衝突判定部（衝突判定手段）、１３ａ…絶対値算出部（絶対値算出手段）、１３ｂ…区間積分部（区間積分手段）、１３ｃ…エンベロープ出力部（エンベロープ出力手段）、２…エアバッグ、１００…車両
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両衝突判定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、車両衝突時に乗員を保護するためのシステムとして、ＳＲＳ(Supplemental Restraint System)エアバッグシステムが知られている。このＳＲＳエアバッグシステムとは、車両の各部に設置された加速度センサから取得した加速度データを基に、車両衝突の発生を検知してエアバッグ等の乗員保護装置を起動するものである。
【０００３】
従来では、車両前部に設置された複数のフロントクラッシュセンサと、車両中央部に設置されたＳＲＳユニット（ＳＲＳエアバッグシステムを統括制御するＥＣＵ）内のユニットセンサとから得られる加速度データに基づいて、前面衝突（正面衝突、オフセット衝突、斜突を含む）が発生したか否かの判定を行い、その衝突判定結果に応じて乗員保護装置の起動制御を行う技術が知られている（下記特許文献１参照）。
【０００４】
また、近年では、音響センサを用いて衝突時の車体変形に起因して発生する衝撃音を検出し、その検出結果を基に衝突判定を行うＣＩＳＳ(Crash Impact Sound Sensing)技術の開発が進んでいる。音響センサと加速度センサとの違いは、検出対象振動の周波数帯域が異なるだけであり、どちらも振動センサに属するものである。一般的には、周波数帯域０Ｈｚ〜４００Ｈｚの低周波振動を加速度データとして扱い、周波数帯域５ｋＨｚ〜２０ｋＨｚ（音響帯域）の高周波振動を音響データとして扱う。
【０００５】
下記特許文献２には、バルク音波センサを用いて車両衝突時に車体要素（サイドメンバー）に発生するトランスバーサル方向のバルク音波の振れを検出し、その検出結果を基に衝突判定を行う技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平１０−２８７２０３号公報
【特許文献２】特表２００１−５１９２６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１に記載されているように、加速度センサを用いて前面衝突判定を行うためには、フロントクラッシュセンサとユニットセンサが必要である。これは、ユニットセンサだけでは、判別が困難な衝突モード（乗員保護装置の起動が必要な高速オフセット衝突と、乗員保護装置の起動が不要な低速オフセット衝突）が存在するからである。ユニットセンサは前面衝突時の車体変形が小さい車両中央部に設置されているため、衝突発生時点から両方の衝突モードを正確に判別できる程の大きな差がセンサ出力に現れるまで長い時間（約４０ｍｓ以上）を要する。
【０００８】
つまり、ユニットセンサだけを用いる場合、衝突発生時点から４０ｍｓ後に衝突判定（具体的には閾値判定）が実施されるよう閾値設定を行う必要があり、必然的に乗員保護装置の起動タイミングが遅くなる。乗員保護の観点から、衝突発生時点から２０〜３０ｍｓの間に乗員保護装置を起動することが理想とされているため、ユニットセンサだけでは要求される乗員保護性能を満足できない。そこで、従来では、前面衝突時の車体変形が大きい車両前部にフロントクラッシュセンサを設けることで、迅速且つ正確な衝突判定を実現しているのである。
【０００９】
フロントクラッシュセンサを使用するとシステムコストの上昇を招くため、ＳＲＳユニットに内蔵されたユニットセンサのみで衝突判定を行うことが理想であるが、上記のようにユニットセンサだけでは要求される乗員保護性能を満足できない。そこで、ユニットセンサとして加速度センサの代わりに音響センサを用いることで、フロントクラッシュセンサを不要とするシステムの構築が試みられている。
【００１０】
音響センサから得られる音響データは、車体が変形（損壊）する特徴を捉えやすい傾向があり、車体変形が大きい高速オフセット衝突と車体変形が軽微な低速オフセット衝突との判別が容易で、迅速且つ正確な衝突判定の実現に有効である。ところが、従来では、音響データのエンベロープに基づいて衝突判定を行っていたため、エンベロープはノイズが乗りやすく且つ変動しやすいことから、衝突判定精度が安定しないという課題があった。
【００１１】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、車両に生じる音響帯域の高周波振動に基づいて衝突判定を行うに当って、衝突判定精度の安定化を実現可能な車両衝突判定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】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明では、車両衝突判定装置に係る第１の解決手段として、車両に生じる音響帯域の高周波振動を検出する振動検出手段と、前記高周波振動のエネルギ変化量を算出するエネルギ変化量算出手段と、前記エネルギ変化量に基づいて乗員保護装置の起動を必要とする衝突が発生したか否かを判定する衝突判定手段と、を備えることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明では、車両衝突判定装置に係る第２の解決手段として、車両に生じる振動を検出する振動検出手段と、前記振動に含まれる音響帯域の高周波振動を抽出する抽出手段と、前記高周波振動のエネルギ変化量を算出するエネルギ変化量算出手段と、前記エネルギ変化量に基づいて乗員保護装置の起動を必要とする衝突が発生したか否かを判定する衝突判定手段と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明では、車両衝突判定装置に係る第３の解決手段として、上記第１または第２の解決手段において、前記エネルギ変化量算出手段は、前記高周波振動の絶対値を算出する絶対値算出手段と、前記高周波振動の絶対値を区間積分することで前記エネルギ変化量を算出する区間積分手段と、を備えることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明では、車両衝突判定装置に係る第４の解決手段として、上記第１または第２の解決手段において、前記エネルギ変化量算出手段は、前記高周波振動の絶対値を算出する絶対値算出手段と、前記絶対値のエンベロープを出力するエンベロープ出力手段と、前記エンベロープを区間積分することで前記エネルギ変化量を算出する区間積分手段と、を備えることを特徴とする。
【００１６】
また、本発明では、車両衝突判定装置に係る第５の解決手段として、上記第１〜第４のいずれか１つの解決手段において、前記衝突判定手段は、前記エネルギ変化量と所定の閾値とを比較し、前記エネルギ変化量が前記閾値を越えた場合に、前記乗員保護装置の起動を必要とする衝突が発生したと判定することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明では、車両衝突判定装置に係る第６の解決手段として、上記第１〜第５のいずれか１つの解決手段において、前記音響帯域の高周波振動は、周波数帯域５ｋＨｚ〜２０ｋＨｚの振動成分であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によると、車両に生じる音響帯域の高周波振動に基づいて衝突判定を行うに当って、従来のような音響帯域の高周波振動のエンベロープではなく、ノイズに強く且つ変動の少ない安定したエネルギ変化量を算出し、そのエネルギ変化量に基づいて乗員保護装置の起動を必要とする衝突が発生したか否かを判定するため、衝突判定精度の安定化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本実施形態におけるＳＲＳエアバッグシステムの構成概略図（ａ）及びＳＲＳユニット１（車両衝突判定装置）の要部ブロック構成図（ｂ）である。
【図２】エネルギ変化量算出部１３の詳細構成図（ａ）及び変形例（ｂ）である。
【図３】エネルギ変化量ΔＥの時間変化傾向と閾値ΔＥｔｈとの関係を示す図である。
【図４】ＳＲＳユニット１の動作フローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら説明する。
図１（ａ）は、本実施形態におけるＳＲＳエアバッグシステムの構成概略図である。この図に示すように、本実施形態におけるＳＲＳエアバッグシステムは、車両１００の中央部に設置されたＳＲＳユニット１（車両衝突判定装置）と、車両１００の運転席及び助手席に設置されたエアバッグ２（乗員保護装置）とから構成されている。
【００２１】
ＳＲＳユニット１は、内蔵する音響センサ１１の出力信号に基づいて、車両１００に前面衝突が発生したか否かの判定（衝突判定）を行い、その衝突判定結果に応じてエアバッグ２の起動制御を行うＥＣＵ（Electronic Control Unit）である。エアバッグ２は、ＳＲＳユニット１から入力される点火信号に応じて展開し、車両１００の前面衝突により乗員が前方に２次衝突することで負う傷害を軽減する乗員保護装置である。なお、一般的に車両１００には、エアバッグ２の他、シートベルトプリテンショナ等の他の乗員保護装置も設けられているが、図１（ａ）では図示を省略している。
【００２２】
図１（ｂ）は、ＳＲＳユニット１の要部ブロック構成図である。この図に示すように、ＳＲＳユニット１は、音響センサ１１（振動検出手段）、バンドパスフィルタ１２（抽出手段：以下、ＢＰＦと称す）、エネルギ変化量算出部１３（エネルギ変化量算出手段）、及び衝突判定部１４（衝突判定手段）を備えている。
【００２３】
音響センサ１１は、ＳＲＳユニット１に内蔵された振動センサであり、車両１００の長さ方向（図中のＸ軸方向）に生じる、少なくとも５ｋＨｚ〜２０ｋＨｚを含む周波数帯域の振動を検出し、その検出結果を振動データＳａ（ｔ）としてＢＰＦ１２へ出力する。ＢＰＦ１２は、通過周波数帯域が５ｋＨｚ〜２０ｋＨｚに設定されたバンドパスフィルタであり、音響センサ１１から入力される振動データＳａ（ｔ）から周波数帯域５ｋＨｚ〜２０ｋＨｚの振動成分を音響帯域の高周波振動として抽出し、その抽出した振動成分を音響データＳ（ｔ）としてエネルギ変化量算出部１３へ出力する。このＢＰＦ１２から得られる音響データＳ（ｔ）は、前面衝突によって車両１００が変形（損壊）する特徴をよく捉えたものである。
【００２４】
エネルギ変化量算出部１３は、ＢＰＦ１２から入力される音響データＳ（ｔ）のエネルギ変化量ΔＥを算出し、その算出したエネルギ変化量ΔＥを衝突判定部１４へ出力する。具体的には、図２（ａ）に示すように、エネルギ変化量算出部１３は、絶対値算出部１３ａ（絶対値算出手段）及び区間積分部１３ｂ（区間積分手段）を備えている。
【００２５】
絶対値算出部１３ａは、ＢＰＦ１２から入力される音響データＳ（ｔ）の絶対値｜Ｓ（ｔ）｜を算出し、その算出した絶対値｜Ｓ（ｔ）｜を区間積分部１３ｂへ出力する。区間積分部１３ｂは、絶対値算出部１３ａから入力される絶対値｜Ｓ（ｔ）｜を区間積分することでエネルギ変化量ΔＥを算出し、その算出したエネルギ変化量ΔＥを衝突判定部１４へ出力する。
【００２６】
本来、音響データＳ（ｔ）のエネルギ変化量ΔＥは、Ｓ（ｔ）の二乗を区間積分すること、つまり、下記（１）式で表されるように、一定時間区間内で｛Ｓ（ｔ）｝２を積算することで求めることができるが、本実施形態ではエネルギ変化量ΔＥの算出処理に掛かる負荷を減らすために、下記（２）式で表されるように、音響データＳ（ｔ）の絶対値｜Ｓ（ｔ）｜を区間積分する（一定時間区間内で積算する）ことにより、近似的にエネルギ変化量ΔＥを算出する。
ΔＥ ＝ Σ｛Ｓ（ｔ）｝２ ・・・（１）
ΔＥ ≒ Σ｜Ｓ（ｔ）｜ ・・・（２）
【００２７】
図１（ｂ）に戻り、衝突判定部１４は、エネルギ変化量算出部１３から入力されるエネルギ変化量ΔＥに基づいて乗員保護装置の起動、つまりエアバッグ２の展開を必要とする衝突が発生したか否かを判定し、その衝突判定結果を出力する。具体的には、この衝突判定部１４は、エネルギ変化量ΔＥと所定の閾値ΔＥｔｈとを比較し、エネルギ変化量ΔＥが閾値ΔＥｔｈを越えた場合に、エアバッグ２の展開を必要とする衝突が発生したと判定する。
【００２８】
図３は、エネルギ変化量ΔＥの時間変化傾向と閾値ΔＥｔｈとの関係を示す図である。この図３において、符号ΔＥ１は、エアバッグ２の展開を必要とする衝突（高速オフセット衝突等の車体変形（損壊）を伴う激しい衝突）が発生した時のエネルギ変化量を示し、符号ΔＥ２は、エアバッグ２の展開が不要な衝突（低速オフセット衝突等の車体変形が軽微な穏やかな衝突）が発生した時のエネルギ変化量を示している。
【００２９】
この図３に示すように、衝突発生時点から短時間でエネルギ変化量ΔＥ１の時間変化傾向とエネルギ変化量ΔＥ２の時間変化傾向との間に明確な差異が発生することがわかる。つまり、閾値ΔＥｔｈをエネルギ変化量ΔＥ１とΔＥ２とを確実に切り分けできる値に設定しておくことにより、エネルギ変化量算出部１３にて算出されたエネルギ変化量ΔＥが閾値ΔＥｔｈを越えた時、エアバッグ２の展開を必要とする衝突が発生したと正確に判定することができる。
【００３０】
以上説明したＢＰＦ１２、エネルギ変化量算出部１３及び衝突判定部１４は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算処理装置が衝突判定プログラムを実行することで実現されるソフトウェア的な機能である。以下では、図４のフローチャートを参照しながら、ＣＰＵが衝突判定プログラムに従って実行する衝突判定処理について説明する。
【００３１】
ＣＰＵは、ＳＲＳユニット１の電源がオンされている間、つまり車両１００の走行中に、以下のステップＳ１〜Ｓ４からなる衝突判定処理を一定周期（例えば数百μｓ周期）で繰り返し実行する。
まず、ＣＰＵは、衝突判定処理が開始されると、制御変数ｎをインクリメントした後、音響センサ１１からアナログデータとして入力される振動データＳａ（ｔ）をサンプリング及びＡ／Ｄ変換することで、振動データＳａ（ｔ）の現在値を示すデジタルデータＳａ（ｎ）を取得する（ステップＳ１）。以下では、Ｓａ（ｎ）を振動データＳａ（ｔ）の今回値と呼ぶ。
【００３２】
なお、ＣＰＵは、上記のように取得した振動データＳａ（ｔ）の今回値Ｓａ（ｎ）をＲＡＭ等の揮発性メモリに時系列的に記憶させる。つまり、ＲＡＭには、過去から現在まで衝突判定処理が実行される度に取得された振動データＳａ（ｔ）＝｛Ｓａ（１）、…、Ｓａ（ｎ−２）、Ｓａ（ｎ−１）、Ｓａ（ｎ）｝が記憶されることになる。なお、ＲＡＭの記憶容量をオーバーする場合には、古いデータから順に削除して、空いた記憶領域に新しいデータを記憶すれば良い。
【００３３】
続いて、ＣＰＵは、ＲＡＭからデジタルバンドパスフィルタ処理に必要な振動データＳａ（ｔ）を読み出し、通過周波数帯域が５ｋＨｚ〜２０ｋＨｚに設定されたデジタルバンドパスフィルタ処理用の演算式に代入することで、周波数帯域５ｋＨｚ〜２０ｋＨｚの振動成分である音響データＳ（ｔ）の今回値Ｓ（ｎ）を算出する（ステップＳ２）。ここで、例えば、デジタルバンドパスフィルタ処理に、振動データＳａ（ｔ）の今回値、前回値、前々回値が必要な場合には、ＲＡＭからＳａ（ｎ）、Ｓａ（ｎ−１）、Ｓａ（ｎ−２）を読み出せば良い。
【００３４】
なお、ＣＰＵは、上記のように算出した音響データＳ（ｔ）の今回値Ｓ（ｎ）をＲＡＭに時系列的に記憶させる。つまり、ＲＡＭには、過去から現在まで衝突判定処理が実行される度に算出された音響データＳ（ｔ）＝｛Ｓ（１）、…、Ｓ（ｎ−２）、Ｓ（ｎ−１）、Ｓ（ｎ）｝が記憶されることになる。このようなステップＳ２の処理によって、上述したＢＰＦ１２の機能が実現される。
【００３５】
続いて、ＣＰＵは、ＲＡＭからエネルギ変化量ΔＥの算出に必要な音響データＳ（ｔ）を読み出し、一次区間積分用の下記演算式（３）に代入することでエネルギ変化量ΔＥの今回値ΔＥ（ｎ）を算出する（ステップＳ３）。なお、下記（３）式において、Ｎは積分区間である。また、下記（３）式は、上記（２）式と等価である。
ΔＥ（ｎ）＝｜Ｓ（ｎ）｜＋｜Ｓ（ｎ−１）｜＋…＋｜Ｓ（ｎ−Ｎ＋１）｜
…（３）
【００３６】
なお、ＣＰＵは、上記のように算出したエネルギ変化量ΔＥの今回値ΔＥ（ｎ）をＲＡＭに時系列的に記憶させる。つまり、ＲＡＭには、過去から現在まで衝突判定処理が実行される度に算出されたエネルギ変化量ΔＥ＝｛ΔＥ（１）、…、ΔＥ（ｎ−２）、ΔＥ（ｎ−１）、ΔＥ（ｎ）｝が記憶されることになる。このようなステップＳ３の処理によって、上述したエネルギ変化量算出部１３の機能が実現される。
【００３７】
続いて、ＣＰＵは、ＲＡＭからエネルギ変化量ΔＥの今回値ΔＥ（ｎ）を読み出し、このエネルギ変化量ΔＥの今回値ΔＥ（ｎ）が閾値ΔＥｔｈを越えたか否かを判定する（ステップＳ４）。ＣＰＵは、上記ステップＳ４において「Ｙｅｓ」の場合、つまりエアバッグ２の展開を必要とする衝突（車体変形を伴う激しい衝突）が発生した場合、衝突判定結果を「１」にセットして衝突判定処理を終了する（ステップＳ５）。
一方、ＣＰＵは、上記ステップＳ４において「Ｎｏ」の場合、つまりエアバッグ２の展開が不要な場合、衝突判定結果を「０」に保持した状態で衝突判定処理を終了する。このようなステップＳ４、Ｓ５の処理によって、上述した衝突判定部１４の機能が実現される。
【００３８】
上記のような衝突判定処理が一定周期で繰り返し実行されることにより、衝突判定に有効なエネルギ変化量ΔＥの今回値ΔＥ（ｎ）が得られる毎に衝突判定（閾値ΔＥｔｈとの比較）が実施され、エアバッグ２の展開を必要とする衝突が発生したと判定された場合（衝突判定結果が「１」にセットされた場合）にエアバッグ２が展開されることになる。
【００３９】
以上説明したように、本実施形態によると、従来のような音響データＳ（ｔ）のエンベロープではなく、ノイズに強く且つ変動の少ない安定したエネルギ変化量ΔＥを算出し、そのエネルギ変化量ΔＥに基づいてエアバッグ２の展開を必要とする衝突が発生したか否かを判定するため、衝突判定精度の安定化を実現できる。
【００４０】
なお、本発明は上記実施形態に限定されず、以下のような変形例が挙げられる。
（１）上記実施形態において、絶対値算出部１３ａ及び区間積分部１３ｂを備えるエネルギ変化量算出部１３を例示したが、図２（ｂ）に示すように、絶対値算出部１３ａ及び区間積分部１３ｂに加えてエンベロープ出力部１３ｃ（エンベロープ出力手段）を設けても良い。このエンベロープ出力部１３ｃは、絶対値算出部１３ａから入力される音響データＳ（ｔ）の絶対値｜Ｓ（ｔ）｜のエンベロープ｜Ｓｅ（ｔ）｜を出力するものである。
【００４１】
このようなエンベロープ出力部１３ｃとしては、例えばカットオフ周波数が４００Ｈｚに設定されたローパスフィルタを用いることができる。この場合、区間積分部１３ｂは、エンベロープ出力部１３ｃから入力されるエンベロープ｜Ｓｅ（ｔ）｜を区間積分することでエネルギ変化量ΔＥを算出する。
【００４２】
（２）上記実施形態では、音響センサ１１を用いて車両１００の長さ方向に生じる、少なくとも５ｋＨｚ〜２０ｋＨｚを含む周波数帯域の振動（振動データＳａ（ｔ））を検出し、ＢＰＦ１２を用いて振動データＳａ（ｔ）から周波数帯域５ｋＨｚ〜２０ｋＨｚの振動成分を音響帯域の高周波振動（音響データＳ（ｔ））として抽出する構成を例示した。これに対して、ＢＰＦ１２を削除し、周波数帯域５ｋＨｚ〜２０ｋＨｚの振動成分を音響帯域の高周波振動として直接検出可能な音響センサを用いる構成を採用しても良い。
【００４３】
（３）上記実施形態では、音響帯域の高周波振動として周波数帯域５ｋＨｚ〜２０ｋＨｚの振動を検出する場合を例示したが、検出対象振動の周波数帯域はこれに限定されず、車両１００の構造や要求される乗員保護性能に応じて適宜設定すれば良い。つまり、高周波振動の周波数帯域は、前面衝突によって車両１００が変形（損壊）する特徴（構造音響）を捕捉可能であれば良い。
【符号の説明】
【００４４】
１…ＳＲＳユニット（車両衝突判定装置）、１１…音響センサ（振動検出手段）、１２…ＢＰＦ（抽出手段）、１３…エネルギ変化量算出部（エネルギ変化量算出手段）、１４…衝突判定部（衝突判定手段）、１３ａ…絶対値算出部（絶対値算出手段）、１３ｂ…区間積分部（区間積分手段）、１３ｃ…エンベロープ出力部（エンベロープ出力手段）、２…エアバッグ、１００…車両
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に生じる音響帯域の高周波振動を検出する振動検出手段と、
前記高周波振動のエネルギ変化量を算出するエネルギ変化量算出手段と、
前記エネルギ変化量に基づいて乗員保護装置の起動を必要とする衝突が発生したか否かを判定する衝突判定手段と、
を備えることを特徴とする車両衝突判定装置。
【請求項２】
車両に生じる振動を検出する振動検出手段と、
前記振動に含まれる音響帯域の高周波振動を抽出する抽出手段と、
前記高周波振動のエネルギ変化量を算出するエネルギ変化量算出手段と、
前記エネルギ変化量に基づいて乗員保護装置の起動を必要とする衝突が発生したか否かを判定する衝突判定手段と、
を備えることを特徴とする車両衝突判定装置。
【請求項３】
前記エネルギ変化量算出手段は、
前記高周波振動の絶対値を算出する絶対値算出手段と、
前記高周波振動の絶対値を区間積分することで前記エネルギ変化量を算出する区間積分手段と、
を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の車両衝突判定装置。
【請求項４】
前記エネルギ変化量算出手段は、
前記高周波振動の絶対値を算出する絶対値算出手段と、
前記絶対値のエンベロープを出力するエンベロープ出力手段と、
前記エンベロープを区間積分することで前記エネルギ変化量を算出する区間積分手段と、
を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の車両衝突判定装置。
【請求項５】
前記衝突判定手段は、前記エネルギ変化量と所定の閾値とを比較し、前記エネルギ変化量が前記閾値を越えた場合に、前記乗員保護装置の起動を必要とする衝突が発生したと判定することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の車両衝突判定装置。
【請求項６】
前記音響帯域の高周波振動は、周波数帯域５ｋＨｚ〜２０ｋＨｚの振動成分であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の車両衝突判定装置。
【請求項１】
車両に生じる音響帯域の高周波振動を検出する振動検出手段と、
前記高周波振動のエネルギ変化量を算出するエネルギ変化量算出手段と、
前記エネルギ変化量に基づいて乗員保護装置の起動を必要とする衝突が発生したか否かを判定する衝突判定手段と、
を備えることを特徴とする車両衝突判定装置。
【請求項２】
車両に生じる振動を検出する振動検出手段と、
前記振動に含まれる音響帯域の高周波振動を抽出する抽出手段と、
前記高周波振動のエネルギ変化量を算出するエネルギ変化量算出手段と、
前記エネルギ変化量に基づいて乗員保護装置の起動を必要とする衝突が発生したか否かを判定する衝突判定手段と、
を備えることを特徴とする車両衝突判定装置。
【請求項３】
前記エネルギ変化量算出手段は、
前記高周波振動の絶対値を算出する絶対値算出手段と、
前記高周波振動の絶対値を区間積分することで前記エネルギ変化量を算出する区間積分手段と、
を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の車両衝突判定装置。
【請求項４】
前記エネルギ変化量算出手段は、
前記高周波振動の絶対値を算出する絶対値算出手段と、
前記絶対値のエンベロープを出力するエンベロープ出力手段と、
前記エンベロープを区間積分することで前記エネルギ変化量を算出する区間積分手段と、
を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の車両衝突判定装置。
【請求項５】
前記衝突判定手段は、前記エネルギ変化量と所定の閾値とを比較し、前記エネルギ変化量が前記閾値を越えた場合に、前記乗員保護装置の起動を必要とする衝突が発生したと判定することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の車両衝突判定装置。
【請求項６】
前記音響帯域の高周波振動は、周波数帯域５ｋＨｚ〜２０ｋＨｚの振動成分であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の車両衝突判定装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１２−１７６７２３（Ｐ２０１２−１７６７２３Ａ）
【公開日】平成２４年９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−４１６６２（Ｐ２０１１−４１６６２）
【出願日】平成２３年２月２８日（２０１１．２．２８）
【出願人】（０００１４１９０１）株式会社ケーヒン (1,140)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１３日（２０１２．９．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２８日（２０１１．２．２８）
【出願人】（０００１４１９０１）株式会社ケーヒン (1,140)
【Ｆターム（参考）】
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