Vehicle collision sensing device and method using velocity displacement measurement

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の技術分野】本発明は、車両の搭乗者の拘束システムに関し、更に詳しくは、速度変位測定法（ｍｅｔｒ
ｉｃ）を用いて車両衝突を感知する方法及び装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】車両衝突の発生を検出しその検出された衝突に応答して安全拘束具を付勢する車両安全拘束システムは、この技術分野において知られている。 このようなシステムは、しばしば、車両に設置された加速度計を含んでおり、マイクロコンピュータなどのコントローラが、該加速度計の出力をモニタする。 コントローラは、
加速度計出力に基づいて、安全拘束具を付勢すべきである拡開（ｄｅｐｌｏｙｍｅｎｔ）衝突イベントと安全拘束具を付勢すべきでない非拡開衝突イベントとを区別するのに用いられるアルゴリズムを含んでいる。 これらのアルゴリズムは、「衝突測定法（ｃｒａｓｈ ｍｅｔｒ
ｉｃｓ）」として知られている。 ある既知の衝突測定法においては、加速度に基づいて、衝突速度を時間の関数として、又は、衝突変位を時間の関数としてモニタする。 衝突速度又は衝突変位が関連するスレショルド値を超える場合には、拘束具が付勢される。 固定されたスレショルド値又は時間の関数として変動するスレショルド値を用いることが知られている。

【０００３】

【発明の概要】本発明によれば、衝突速度測定法を用いて車両衝突を感知する方法及び装置が提供される。 衝突速度は、衝突変位の関数として変動する可変の速度スレショルド値と比較される。 本発明による装置は、衝突速度値を決定する手段と衝突変位値を決定する手段とを備えている。 スレショルド決定手段が、前記衝突変位値と関数関係をもつ速度スレショルド値を決定する。 この装置は、更に、前記速度決定手段と前記スレショルド決定手段とに動作的に接続されており、前記衝突速度値が前記速度スレショルド値よりも大きなときには、車両衝突条件を示す信号を提供する制御手段を備えている。

【０００４】本発明の好適実施例によれば、衝突速度値は、車両上に設置された加速度計によって提供される衝突加速度信号に応答して決定される。 側面衝撃を感知するためには、加速度計は、感度軸が車両の側方の加速度を感知するように方向付けられて、車両上に設置されている。 この構成では、エアバッグが車両に設置され、車両の搭乗者の側方の移動を拘束する。 可変のスレショルド値は、本発明のある実施例によれば、衝突変位の放物関数として決定される。 この可変スレショルド値は、別の実施例によれば、（i）第１の変位値と第２の変位値との間では線形に増加し、（ii）前記第２の変位値と第３の変位値との間では一定値であり、（iii）前記第３
の変位値と第４の変位値との間では線形に減少し、（i
v）前記第４の変位値よりも大きな変位値に対しては一定値である、関数に従って決定される。

【０００５】本発明による車両衝突条件感知方法は、車両加速度を感知するステップと、前記感知された加速度から衝突速度値を決定するステップと、前記決定された衝突速度値から衝突変位値を決定するステップと、を含んでいる。 速度スレショルド値は、前記決定された変位値に応答して決定される。 この方法は、更に、前記決定された速度値と前記決定された速度スレショルド値とを比較するステップと、前記比較するステップが前記決定された速度値が前記決定された速度スレショルド値よりも大きいことを示すときは、付勢信号を提供するステップと、を含んでいる。

【０００６】

【発明の実施の態様】図１には、本発明による側面拘束システム１０が車両ドア１２内に設置された状態が示されている。 側面拘束システム１０は、エアバッグ・アセンブリ１６に動作的に接続されているコントローラ１４
を備えており、該コントローラは好ましくはマイクロコンピュータで構成される。 エアバッグ・アセンブリ１６
は、車両ドア１２の内部の内装パネル１７に接触して設置されている。 当業者であれば、エアバッグ・アセンブリ１６は、ドア・アーム・レスト（図示せず）や搭乗者のシート（図示せず）の側面などの他の位置に設置することができることを、容易に理解するであろう。 エアバッグ・アセンブリ１６は、エアバッグ・ハウジング２０
の内部に収納されている。 カバー２２が、エアバッグ・
ハウジング２０の１つの側面を形成し、収納されたエアバッグ１８を覆っている。 カバー２２は、エアバッグ１
８の膨張の際に容易に開くように設計されている。

【０００７】膨張流体源２４が、エアバッグ１８に動作的に接続されている。 膨張流体源２４は、発火可能なガスを生じる材料及び／又は加圧流体が収納された容器である。 点火装置（ｉｇｎｉｔｅｒ）すなわちスキブ（ｓ
ｑｕｉｂ）２６が、膨張流体源２４に動作的に接続され、付勢された際には、エアバッグ１８の膨張を実行する。 点火装置１８は、コントローラ１４によって制御されている。 コントローラ１４は、加速度計２８に動作的に接続されている。 加速度計２８は、側方衝突イベント又は側面衝撃の間に生じる車両の側方加速度を示す加速度信号３０を出力する。 種々のタイプの既知の加速度センサ中の任意のものを用いることができる。 加速度計２
８は、その感度軸２９が、車両の長軸と垂直になるように方向付けらている。 このように方向付けることにより、加速度計２８は、車両の長軸に垂直な成分を有する衝突に対して高感度で検出できることになる。 別の実施例では、加速度計２８を、車両ドア内ではなく車両の別の位置に、その感度軸が車両の長軸に垂直になるように、設置することができる。

【０００８】図２に示されるように、コントローラ１４
が、加速度計２８から供給される加速度信号３０をモニタしている。 コントローラ１４の内部のアナログ・デジタル（Ａ／Ｄ）変換器３２が、アナログ信号である加速度信号３０をデジタルの加速度信号に変換する。 変換率は既知のサンプリング規準に従って選択され、アナログ信号の加速度信号３０の信頼できるデジタル出力が得られる。 それぞれのタイミングのアナログ・デジタル変換の後で、Ａ／Ｄ変換器３２は、デジタルの加速度信号３
４を、速度決定機能すなわち速度演算回路３６に提供する。 加速度信号３４は、変換タイミングにおける加速度信号３０のアナログ値に対応するデジタル値を有する。

【０００９】コントローラ１４の速度演算回路３６は、
衝突速度値を決定し、加速度信号に応答して衝突速度信号３８を出力する。 衝突速度信号３８の値は、加速度信号を積分することによって決定される。 マイクロコンピュータでは、この積分は、デジタル変換された加速度信号３４の値を順次加算することによって達成される。 変換器３２がアナログ・デジタル変換を行うたびに、新たに変換された値が速度演算回路３６に提供される。 速度演算回路３６は、この新たに変換された値と、それまでに加算された値とを加算する。 加算の結果は、衝突速度を示す値を有する信号、すなわち衝突速度信号３８として出力される。

【００１０】たとえば、車両がほぼ一定の速さで道路を走行している場合、すなわち、加速度も減速度も生じていない場合には、デジタルに変換された加速度信号３４
と衝突速度信号３８との値は、共にゼロである。 車両が別の車両によって側面に衝突されると、この車両は、突然の加速度を有することになり、これによりアナログの加速度信号３０はゼロではないある値を有することになる。 この非ゼロの加速度信号３０が第１のタイミングでＡ／Ｄ変換器３２によって変換され、変換された後のデジタル加速度信号３４がａ ₁の値を有するものとする。
速度演算回路３６は、ａ ₁とそれ以前の値、この場合はゼロであるが、とを加算し、ａ ₁の値を有する衝突速度信号３８を提供する。 第２のタイミングでＡ／Ｄ変換器３２によって変換された加速度信号３４が、ａ ₂の値を有するものとすると、速度演算回路３６は、ａ ₂とそれ以前の値ａ ₁とを加算し、（ａ ₁ ＋ａ ₂ ）の値を有する衝突速度信号３８を出力する。 第３のタイミングでＡ／Ｄ
変換器３２によって変換された加速度信号３４が、ａ ₃
の値を有するものとすると、速度演算回路３６は、ａ ₃
とそれ以前の値（ａ ₁ ＋ａ ₂ ）とを加算し、（ａ ₁ ＋ａ ₂ ＋
ａ ₃ ）の値を有する衝突速度信号３８を出力する。

【００１１】コントローラ１４は、ゼロ・リターン（ゼロ帰還）回路３９を含んでいる。 このゼロ・リターン回路３９は、加速度信号がゼロになるときに、タイマを使用せずに衝突速度信号３８をゼロにリセットする。 本発明の一実施例によれば、ゼロ・リターン回路３９は、速度信号から小さな値の定数を反復的に減算して、衝突速度信号３８を徐々にゼロまで減少させる。 衝突速度信号３８がゼロに達した際には、ゼロ・リターン回路は、減算を停止する。 別の実施例では、ゼロ・リターン回路３
９は、決定された速度信号の値の僅かな割合を該速度信号から減算する。 速度信号の値が所定の値まで減少してからは、速度信号からある定数を減算して、ゼロに達するまでその減算を反復実行する。 この後者の実施例においては、前者の実施例とほとんど同様に機能するが、衝突速度信号３８の更新された値は、所定の値に至るまでは指数関数的に、その後では線形に、値がゼロになるまでゼロに収束していく。 これ以外のゼロ・リターン回路の構成を用いることもできることは言うまでもない。 ゼロ・リターン回路３９を用いたことの目的は、加速度が累算されてその結果エアバッグが不所望に拡開しないようにすることである。 ゼロ・リターン回路３９により、
真の車両衝突状態が示されない、すなわち「古い」加速度値の影響を除去することができる。

【００１２】衝突速度信号３８は、変位決定回路４０に提供される。 変位決定回路４０は、衝突速度信号３８を積分することによって衝突変位の値を決定し、衝突変位信号４２を出力する。 マイクロコンピュータでは、この積分は、衝突速度信号３８を時間経過にしたがって加算することによって達成される。 変位決定回路４０は、それに関連して、所定の衝突速度信号３８がゼロになる際に衝突変位信号の値を徐々にゼロに戻すためのゼロ・リターン（ゼロ帰還）回路４１を有している。

【００１３】通常は、車両が道路上を移動しているときには、衝突速度信号３８と衝突変位信号４２とは、共に値はゼロである。 加速度計２８から加速度信号３０が出力されると、速度決定回路４０が速度値Ｖ ₁を決定する。 この際に、変位決定回路４０が、Ｖ ₁とそれ以前の値（この場合はゼロ）とを加算し、Ｖ ₁の値を有する更新された衝突変位信号４２を出力する。 速度決定回路３
６による次のタイミングでの衝突速度信号３８の値がＶ
₂であれば、変位決定回路４０は、Ｖ _２と衝突変位信号４２のそれ以前の値（Ｖ ₁ ）とを加算し、（Ｖ ₁ ＋Ｖ ₂ ）
の値を有する更新された衝突変位信号４２を出力する。
同様にして、その次のタイミングでの衝突速度信号３８
の値がＶ ₃である場合には、変位決定回路４０は、Ｖ ₃と衝突変位信号４２のそれ以前の値とを加算し、（Ｖ ₁ ＋
Ｖ ₂ ＋Ｖ ₃ ）の値を有する更新された衝突変位信号４２を出力する。 速度信号３８をゼロに戻す場合は、ゼロ・リターン回路４１は、所定の衝突変位信号４２を、ゼロ・
リターン回路３９に関連して上記に説明したように、徐々にゼロに戻す。 これによって、変位の累積による影響が除去される。

【００１４】衝突変位信号４２が、速度スレショルド決定回路４４に提供される。 速度スレショルド決定回路４
４は、衝突変位信号４２の値と関数関係を有する速度スレショルド信号４６を提供する。 衝突変位信号４２の値と速度スレショルド信号４６の値との間の種々の関数関係が、本発明ではあらかじめ考慮されている。 この関数関係は、それぞれの車両のプラットフォームに対して、
経験的に決定されることが好ましい。 速度スレショルド信号４６は、比較器４８の一方の入力へ供給され、一方、衝突速度信号３８が比較器４８の他方の入力に供給されている。 比較器４８は、衝突速度信号３８の値と速度スレショルド信号４６の値とを比較する。 衝突速度信号３８の値が速度スレショルド信号４６の値よりも小さいときには、比較器４８の出力信号５０が低レベルであり、これにより、非拡開衝突状態すなわち非衝突イベントを示している。 衝突速度信号３８の値が速度スレショルド信号４６の値よりも大きいときには、比較器４８の出力信号５０が高レベルであり、これは拡開衝突状態を示している。

【００１５】コントローラ１４は、エアバッグ・アセンブリ１６に付勢信号すなわち比較器４８の出力信号５０
を提供して、バッグの拡開を制御する。 比較器４８の出力信号５０は、トランジスタ５２のベースに接続されており、トランジスタ５２のエミッタは接地され、コレクタはスキブ２６の一端に接続されている。 スキブ２６の他端は、ダイオード５４を介してバッテリ（電源）に接続されている。 衝突条件がエアバッグ１６の拡開を要求するときには、出力信号５０は高レベルであり、これにより、トランジスタ５２をオンして十分な電流をスキブ２６に流し、スキブ２６をトリガさせる。 コンデンサ５
６がグランドとダイオード５４のカソードとの間に接続されている。 コンデンサ５６は、この技術分野では公知なように、車両のバッテリが車両の衝突の間に万一断絶された場合でも、スキブ２６に十分な電流が与えられるように、バックアップ電源として機能する。

【００１６】図３を参照すると、速度スレショルド信号４６と衝突変位信号４２との間の関数関係が示されている。 速度スレショルド信号４６の値（Ｖ _Tで示す）が縦軸上に示され、衝突変位信号４２の値（Ｘで示す）が横軸上に示されている。 衝突変位信号がゼロ、すなわち変位ゼロでは、速度スレショルド信号４６はＶ _T0の初期値を有し、この値は車両に関連して経験的に決定される。
変位の値がゼロからＸ ₁では、速度スレショルド値Ｖ
_Tは、変位の値Ｘと共に線形に増加する。 これによって、システムは、車両エアバッグ１６の急速な拡開を要求する急速進展型の衝突状態を検出することが可能になる。 Ｘ ₁とＸ ₂との間の変位の値に対しては一定の速度スレショルド値Ｖ _Tが提供され、従来型の車両衝突状態の検出が可能になる。 Ｘ ₂とＸ ₃との間の変位の値に対しては、速度スレショルドＶ _Tは変位の関数として線形に減少する。 これによって、システムは、緩慢進展型の衝突状態を検出することが可能になる。 速度スレショルドＶ
_Tは、変位がＸ ₃に等しいか、またはそれを超えるときに一定の値に設定される。

【００１７】図４を参照すると、速度スレショルドと変位との間の関数関係の別の例が図解されている。 また、
変位の関数としての４つの異なる衝突イベントに対する速度の値が図解されている。 縦軸は衝突速度であり、横軸は衝突変位Ｘである。 １０１〜１０４の線はそれぞれ、１）ドア１２への５０ＫＰＨ（ｋｍ／時）での衝突、２）ドア１２への２６ＫＰＨでの衝突、３）ドア１
２への１７ＫＰＨでの衝突、４）ドア１２をそれた、すなわちドア１２に直接ではなく車両の側面への、５０Ｋ
ＰＨでの衝突、を表している。 それぞれの線は、衝突速度と衝突変位とがそれに伴う衝突状態についてどのように関連しているかを示すものである。 線１１０は、衝突変位信号４２の値の関数として速度スレショルド信号４
６の値を表している。 Ｘ ₁よりも小さいか等しい衝突変位値に対しては、速度スレショルド信号４６は第１の反転した放物線関係を有する。 Ｘ ₁よりも大きな衝突変位値に対しては、速度スレショルド信号４６は第２の反転した放物線関係を有する。

【００１８】０からＸ ₁までのＸに対する速度スレショルド信号４６の第１の反転した放物線関係の形状によって、システムは、急速型の拡開衝突において必要であるように、それほどの変位が生じる前に衝突を検出することが可能になる。 たとえば、５０ＫＰＨの衝突は、システムに、変位Ｘ ₂で車両エアバッグ１６を付勢させることになる。 Ｘ ₁よりも大きい変位に対する速度スレショルド信号４６の第２の反転した放物線関係の形状によって、システムは、緩慢型の拡開衝突の間に生じ得るように、より大きな変位を有する衝突状態を検出することが可能になる。 たとえば、５０ＫＰＨのドアから外れた衝突状態は、システムに、変位Ｘ ₃で車両エアバッグ１６
を付勢させることになる。 第２の反転した放物線関係によって提供される速度スレショルド信号４６の変動がなければ（たとえば、一定の速度スレショルドでは）、このようなドアから外れた衝突状態は、更に大きな変位が生じるまで検出されない可能性があるが、本発明においては検出することができる。

【００１９】当業者であれば、図３及び図４に関して記載されている速度スレショルド信号４６と衝突変位信号４２との間の関数関係は唯一のものではないことを理解するであろう。 これらの特定の関数関係に関する記述は、それらの関数関係に本発明を限定することを全く意図していない。 関心の対照である車両のプラットフォームを経験的にテストして所望の拡開条件を予め決定することによって、スレショルド関数もまた決定することができる。 スレショルド値は、変位の関数の方程式、または、スレショルドと変位とに関する予め記憶された値を有するルックアップテーブルを用いることによって決定することができる。

【００２０】図５には、コントローラ１４によって行われる制御プロセスのフローチャートが示されている。 本発明の好適実施例によれば、コントローラ１４は、図５
に示された制御プロセスを実行するようにプログラムされたマイクロコンピュータである。 制御プロセスは、ステップ７０において開始されるが、開始時にコントローラ１４は、内部レジスタ、メモリ位置、及びフラグを初期値に設定する。 ステップ７２では、コントローラ１４
は、加速度センサ２８によって提供されるアナログの加速度信号３０をサンプリングする。 ステップ７２でのサンプリング時間は、加速度信号３０のアナログ・デジタル変換の時間に対応する。

【００２１】プロセスは、次に、ステップ７４に進み、
そこでは、コントローラ１４が、加速度信号を積分することによって、すなわち、サンプリングされた加速度値とそれまでの所定の加速度値とを加算することによって、衝突速度を決定する。 それまでの所定の衝突速度がＶ _oldであり現在のサンプリングされた加速度値がａ ₁であれば、ステップ７４において、Ｖ _oldとａ ₁とが加算される。 ステップ７４ではまた、衝突速度の値から小さな値のリセット定数Ｃが減算される。 定数Ｃは、衝突速度をゼロに戻すようにするためのものである。 これが上述したゼロ・リターン回路の機能によって実行される。 加速度値がゼロになるときには、衝突速度値は、それが実際にゼロになるまで、各サイクルで定数Ｃだけ減算される。 速度値は、ゼロよりも小さくなることはできない。

【００２２】プロセスは、次にステップ７６に進み、そこでは、衝突速度値がゼロよりも大きいかどうかが決定される。 この決定が否定的なものである場合には、プロセスはステップ７８に進む。 ステップ７８では、すべての変数を初期値にリセットすることによって、制御プロセスをリセットする。 ステップ７８からは、プロセスは、ステップ７２に戻る。 ステップ７６での決定が肯定的である場合には、プロセスは、ステップ８０に進む。
ステップ８０では、衝突速度の値を積分することによって衝突変位値を決定する。 上述のように、この積分は、
加算によって行われる。

【００２３】ステップ８０で衝突変位値を決定した後で、制御プロセスはステップ８２に進み、そこでは、速度スレショルドＶ _Tが決定される。 衝突変位と速度スレショルドＶ _Tとの間の関数関係は、予め決定されている。 図３及び図４が、衝突変位と速度スレショルドとの間の可能性のある関係を、本発明の２つの実施例に関して図解している。 コントローラ１４は、メモリ内に１つの所定の関数関係を記憶しており、それを用いて、ステップ８２で速度スレショルドＶ _Tを決定する。 この関数関係は、方程式とルックアップ・テーブルに記憶された値とのどちらかの形態をとる。 制御プロセスは、次にステップ８４に進む。 ステップ８４では、コントローラ１
４は、ステップ７６で決定された衝突速度値を、ステップ８２で決定された速度スレショルド値Ｖ _Tと比較する。 車両エアバッグ１６の拡開を要求する衝突状態は、
速度スレショルド値Ｖ _Tよりも大きい衝突速度値となった場合である。 そのような衝突条件が得られると、プロセスは、ステップ８６に進み、そこで、エアバッグ１６
が拡開される。 しかし、ステップ８４が、衝突速度値が速度スレショルド値Ｖ _Tよりも小さいと決定した場合には、プロセスは、ステップ７２に戻る。

【００２４】本発明の以上の説明から、当業者であれば、改良、変更、及び修正を認識することができるであろう。 たとえば、本発明は、側面衝撃の検出に関して説明されてきたが、本発明はまた、前方からの又は後方からの衝撃の検出にも応用できる。 このような改良、変更、及び修正が可能であることは当業者にとって明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す概略ブロック図である。

【図２】図１に示された実施例の一部分を更に詳細に示す概略ブロック図である。

【図３】本発明に用いられる、衝突変位と衝突速度スレショルド値との関係の一例を表すグラフである。

【図４】本発明に用いられる、衝突変位と衝突速度スレショルド値との関係の別の例を表すグラフである。

【図５】本発明による制御プロセスを示すフローチャートである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジョゼフ・エフ・メイツァー アメリカ合衆国ミシガン州48094，ワシ ントン，ウィンストン 58471 (72)発明者 スコット・ビー・ジェントリー アメリカ合衆国ミシガン州48065，ロメ オ，ヒップ・ロード 77221 (72)発明者 ブライアン・ケイ・ブラックバーン アメリカ合衆国ミシガン州48063，ロチ ェスター，グレンデール 124 (56)参考文献 特開 平７−69171（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−147497（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−69791（ＪＰ，Ａ)