專利名稱：碰撞檢測裝置和被動安全系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于檢測車輛碰撞的碰撞檢測裝置和采用這種沖擊檢測裝置的被動安全系統(tǒng)，例如安全氣囊或安全帶裝置。應(yīng)當注意，對乘客的保護有時也被稱作“約束”。另外，在本說明書中，加速度是指在沖擊過程中沿減速方向作用與車輛上的加速度(速度相對于時間的微分)
傳統(tǒng)上，對加速度進行檢測以便判斷碰撞的量級。例如，在日本專利未審公開No.11-78769中，以加速度的大小、加速度隨時間的變化和速度隨時間的變化(在該公開中，速度隨時間的變化是從通過加速度對時間進行積分所得的值中獲得的)為基礎(chǔ)判斷碰撞的嚴重性。
日本專利未審公開No.11-78770中公開了通過檢測由于碰撞導(dǎo)致的車輛外部構(gòu)件變形來判斷碰撞的方法。變形傳感器安裝在車輛外部構(gòu)件上，以便檢測外部構(gòu)件的變形量和變形速度，從而判斷碰撞的量級。
在日本專利未審公開No.2001-171476中公開了通過在由于碰撞導(dǎo)致車身變形的過程中檢測車輛前部的變形速度來判斷碰撞的方法。根據(jù)這一公開，在車身上的兩個預(yù)定位置上設(shè)置加速度傳感器，以便檢測在兩個傳感器之間的車身壓縮變形速度，從而確定碰撞的量級。
(II)在現(xiàn)有的系統(tǒng)中，碰撞判斷是由從位于車廂內(nèi)的加速度傳感器而來的信號執(zhí)行的。置于車廂內(nèi)的加速度傳感器適于判斷由于車輛碰撞而施加到乘客上的全方位的沖擊脈沖。然而，由于其位置遠離前部，所以加速度傳感器不適于迅速捕獲沖擊。因此，通過將另一個加速度傳感器置于靠近前部的位置上，對用于使沖擊檢測時間中的延遲最小化的技術(shù)進行改進。
在一個典型的安全氣囊裝置中，將氣囊充滿氣體以便氣囊充分展開需要30m sec.到40m sec.的時間。因此，需要在較大的沖擊傳遞到乘客之前檢測碰撞的發(fā)生并隨后激活乘客保護裝置。
在一個典型的私家轎車的例子中，以50km/h的速度碰撞到一個完全重疊的障礙物上所形成的沖擊脈沖的持續(xù)時間大致為70m sec.到100m sec.(這是使車輛速度降為0所需的時間)。當然，需要在乘客由于向前的運動而與車廂部分碰撞之前激活乘客保護裝置。在以50km/h沖擊速度碰撞之后，乘客相對于車身向前運動大約10cm所需的時間大致為50m sec。為了確保安全氣囊起到乘客保護裝置的作用，在碰撞之后需要在20m sec.內(nèi)判斷碰撞的發(fā)生并輸出激活信號。在以50km/h的速度發(fā)生碰撞的情況下，保險杠前端的撞擊行程在碰撞發(fā)生10m sec.之后大致為13cm，在碰撞發(fā)生20m sec之后大致為25cm。在發(fā)生碰撞后的前5m sec.中，保險杠受到?jīng)_擊從而產(chǎn)生沖擊脈沖。在10m sec.之后，沖擊障礙物和主車架之間的沖突開始產(chǎn)生大的沖擊脈沖。
即使是以18km/h的速度產(chǎn)生碰撞(這樣的碰撞不總是需要激活安全氣囊)，由于保險杠的碰撞也會產(chǎn)生沖擊脈沖。通過檢測因保險杠前端受到的力導(dǎo)致的車輛整體的減速度，控制系統(tǒng)具有在發(fā)生碰撞20msec.內(nèi)便可判定是否需要激活安全氣囊的功能，而無需達到這種小碰撞程度。專利文獻1日本未審專利公開No.11-78769專利文獻2日本未審專利公開No.11-78770專利文獻3日本未審專利公開No.2001-171476發(fā)明所要解決的問題(I)在日本未審專利公開No.11-78769中公開的通過檢測加速度來判斷碰撞的方法中，碰撞判斷結(jié)果和碰撞嚴重性受到碰撞部分周圍的車輛結(jié)構(gòu)、物體剛性等的影響。
在日本未審專利公開No.11-78770公開的碰撞確定方法中，可以通過安裝在外部構(gòu)件上的傳感器檢測外部構(gòu)件的偏離速度。然而，所檢測的偏離速度不總是在沖擊載荷方向上的車體結(jié)構(gòu)的變形速度。另外，由于外部構(gòu)件的變形行程通常較短，所以難以檢測出沖擊變形進程中的變形速度。
因此，在碰撞的早期階段難以確定碰撞是否是在車輛和一個小質(zhì)量高速物體之間的碰撞，這種碰撞僅使得外部構(gòu)件變形(不產(chǎn)生需要利用被動安全系統(tǒng)約束乘客的車輛減速度碰撞)；或者是一個中等速度障礙物碰撞，這種碰撞使得車身產(chǎn)生很大的變形并且造成需要利用被動安全系統(tǒng)來約束乘客的車輛減速度。即，從外部構(gòu)件的變形速度難以判斷碰撞的發(fā)生和碰撞的嚴重性。
日本專利未審公開No.2001-171476中公開的碰撞確定方法不是檢測車輛前端部變形速度的方法。當一個加速度傳感器被置于車輛前端時，在碰撞的早期階段，超過傳感器額定值的過大沖擊施加到傳感器上，從而使傳感器的安裝部分變形，因此，傳感器的檢測軸產(chǎn)生位移。利用發(fā)生了位移的傳感器檢測軸，不能正確檢測車輛前端的變形速度。
(II)上述(I)中提到的系統(tǒng)具有下述(1)至(3)的問題(1)在碰撞判斷中穩(wěn)定性差。對于任何類型的碰撞，都需要在適當?shù)臅r間內(nèi)激活約束裝置。然而，在不同的碰撞中，實際上被碰撞物體的結(jié)構(gòu)、硬度和速度都是不同的。例如，在碰撞障礙物的結(jié)構(gòu)為偏置的MDB或中心柱的情況下，碰撞早期階段的沖擊小，從而導(dǎo)致碰撞判斷的延遲太大。在柱碰撞的情況下，早期階段的沖擊小，但是隨后產(chǎn)生很大的沖擊。在這種情況下，碰撞判斷的延遲削弱了約束的性能。
(2)不可能加快碰撞判斷速度。由于安全氣囊借助易燃粉劑在30m sec.內(nèi)充入高壓、高溫氣體，所以安全氣囊在展開過程中具有很大的能量。在展開過程中，如果安全氣囊與一個乘客相撞，將對該乘客施加很大的力。為了減小這個力，希望縮短碰撞判斷時間，以便延長用于展開安全氣囊的時間，從而減少用于展開的氣體能量。在現(xiàn)有的傳感器系統(tǒng)中，為了防止約束裝置由于由低級別的碰撞、在起伏的路面上行駛或者引擎與路邊碰撞所產(chǎn)生的較大沖擊而被激活，碰撞判斷的時間應(yīng)當大致為15m sec.，這長于脈沖的持續(xù)時間。用于縮短該時間的技術(shù)幾乎達到了極限。
(3)難以確定碰撞的嚴重性。已經(jīng)對乘客防護裝置作出了改進，以便增強對于身材魁梧和身材小巧的各種人的安全性。需要具有高壓的安全氣囊以充分約束身材魁梧的乘客以防止高速度下產(chǎn)生的碰撞沖擊。另一方面，在以中等速度碰撞的情況下，不需要具有高壓的安全氣囊以柔軟地接受身材小巧的乘客。為了滿足這一點，提出了一種被動安全系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過控制供應(yīng)到安全氣囊中的氣體的量，可以在兩個程度之間進行選擇。如果可以通過一個碰撞檢測裝置在早期階段正確判斷碰撞嚴重性，則可以根據(jù)碰撞的嚴重性控制安全氣囊的壓力，從而進一步提高乘客防護裝置的性能。因此，需要提供一個高精度的檢測裝置。
已經(jīng)采用了用于控制碰撞特性的改進的主體結(jié)構(gòu)。已經(jīng)提出了當受到預(yù)定的力時前端可吸收能量的結(jié)構(gòu)。對于任何碰撞嚴重性，作用于車身上的減速在早期階段均被減輕。因此，由于在早期階段在沖擊脈沖中沒有大的變化，所以利用現(xiàn)有的裝置難以在碰撞的早期階段高精度地確定碰撞嚴重性。
(III)本發(fā)明的一個目的是提供一種碰撞檢測裝置，該裝置通過檢測車身端部的碰撞變形速度，可以在早期階段高精度地確定碰撞的發(fā)生和碰撞的量級(碰撞嚴重性)，并且提供一種采用該碰撞檢測裝置的被動安全系統(tǒng)。
解決問題的方案本發(fā)明的碰撞檢測裝置(權(quán)利要求1)，包括一個用于檢測車輛一端周圍部分的變形速度的變形速度檢測裝置，以及一個被動安全系統(tǒng)(權(quán)利要求39)，包括一個約束裝置，根據(jù)碰撞檢測裝置的信號激活該約束裝置。
在乘客約束裝置中，重要的是從車輛碰撞開始在早期階段確定加速度(減速度)的量級和時間。本發(fā)明的目的是在早期階段高精度地檢測(或者估計)這一信息。根據(jù)檢測結(jié)果，由本發(fā)明的碰撞檢測裝置作出碰撞發(fā)生和碰撞量級的判斷。
根據(jù)本發(fā)明，當車輛正面碰撞時，通過檢測圍繞車輛前端的一個部分的變形速度，可以作出碰撞發(fā)生和碰撞量級的判斷。由于在正面碰撞的過程中，圍繞車輛前端的該部分首先與物體碰撞從而開始壓縮變形，車輛結(jié)構(gòu)的前端部的壓縮變形速度被檢測出來，從而，可以在早期階段確定碰撞的發(fā)生和量級。
雖然在碰撞過程中加速度作用于車輛上，但是該加速度以車身上隨著碰撞發(fā)生變形(撞擊)的部分的剛性為依據(jù)而發(fā)生變化。例如，當變形部分具有較低的剛性時車速的減小是平緩的，從而作用到車輛上的加速度較小。另一方面，當變形部分具有較高的剛性時車速的減小是劇烈的，從而作用在車輛上的加速度較大。
當車體前端部的結(jié)構(gòu)具有相對較低的剛性以便在碰撞過程中吸收沖擊時，在以加速度為基礎(chǔ)的碰撞檢測方法中，待檢測的加速度在前端部開始被碰撞時的極早期階段是很小的，從而碰撞檢測的精度必然很低。然而，根據(jù)本發(fā)明的變形速度檢測方法，對前端部的變形速度進行檢測，從而即使在當僅有前端部變形時的極早期階段也檢測出大的變形速度。因此，可以高精度地判斷碰撞的發(fā)生和碰撞的量級。
如權(quán)利要求2所述，為了檢測圍繞車輛一端的一個部分的變形速度，優(yōu)選地檢測在所述端部周圍的相對外部位置(例如前部位置)上的第一部分和在相對內(nèi)部位置(例如后部位置)上的第二部分之間的距離相對于一個從第一部位起的預(yù)定距離隨時間的變化，即，第一和第二部分的靠近速度。
為了檢測兩個部分的靠近速度，可以檢測延伸于這兩個部分之間放置的桿的運動速度，或者可以利用電波、紅外線或超聲波測量這兩個部分之間的距離?？拷俣鹊臋z測方法并不限于上述方法。
如權(quán)利要求3所述，如果車身具有一個沖擊吸收結(jié)構(gòu)，并且包括在靠近最外側(cè)的部位上的剛性相對較低的構(gòu)件和在一個內(nèi)部位置上的與剛性較低的構(gòu)件相比剛性相對較高的構(gòu)件，則優(yōu)選地第一部位設(shè)置在低剛性構(gòu)件上，第二部位設(shè)置在高剛性構(gòu)件上，從而達到對變形速度的平穩(wěn)檢測。
即使車輛結(jié)構(gòu)(車身架)的外部和內(nèi)部具有相同的剛性，在碰撞過程中，變形在車輛結(jié)構(gòu)中也是從外部向內(nèi)部順序進行的。因此，可以從第一部位和第二部位之間的相對位移和位移的速度獲得要檢測的變形速度。
如權(quán)利要求4所述，變形速度檢測裝置分別設(shè)置在車輛左、右前部上，從而有利于完全重疊碰撞和側(cè)撞的判斷。
如權(quán)利要求5所述，根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，當對于預(yù)定的時間周期檢測出超過預(yù)定值的變形速度時，則確定已經(jīng)發(fā)生了量級超過預(yù)定值的碰撞，例如具有啟動被動安全系統(tǒng)，例如安全氣囊裝置的量級的碰撞。該方法是簡單的并且在碰撞的早期階段能夠?qū)ε鲎策M行判斷。
如權(quán)利要求6至8所述，根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，對變形速度和加速度進行檢測。根據(jù)變形速度和加速度，確定已經(jīng)發(fā)生了量級超過預(yù)定值的碰撞。例如，當變形速度和加速度均超過其它各自的預(yù)定值時(權(quán)利要求7)，或者當變形速度和加速度中的任意一個超過相應(yīng)的預(yù)定值時(權(quán)利要求8)，確定已經(jīng)發(fā)生了量級超過預(yù)定值的碰撞。該判斷方法在判斷結(jié)果上具有很高的可靠性，并且能夠高精度或者是在早期階段確定碰撞的嚴重性。
如權(quán)利要求9和10所述，根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，對變形速度、加速度和變形量進行檢測。根據(jù)變形速度、加速度和變形量，確定已經(jīng)發(fā)生量級超過預(yù)定值的碰撞。例如，當變形速度、加速度和變形量全部超過它們各自的預(yù)定值時(權(quán)利要求10)，確定已經(jīng)發(fā)生量級超過預(yù)定值的碰撞。該判斷方法在判斷結(jié)果上具有更高的可靠性。
如權(quán)利要求11所述，根據(jù)本發(fā)明的一個不同的實施例，碰撞的判斷是以加速度為基礎(chǔ)作出的，并且，碰撞判斷的標準根據(jù)由變形速度檢測裝置檢測的變形速度而改變。例如，當變形速度大時，碰撞判斷的閾值設(shè)定得低。另一方面，當變形速度小時，碰撞判斷的閾值設(shè)定得高。因此，能夠在早期階段或者高精度地判斷碰撞的發(fā)生。
如權(quán)利要求12所述，如果預(yù)先已知可以被由碰撞產(chǎn)生的載荷壓縮并因此產(chǎn)生彈性變形或塑性變形的部分的變形應(yīng)力，則可以從車輛端部周圍部分的變形速度、單位預(yù)定時間的變形量和該變形部分的變形應(yīng)力的乘積檢測出車輛變形所需的做功。該變形部分可以是包括一個保險杠梁、保險杠固定臂和車輛側(cè)部上的前叉在內(nèi)的車輛一端。
如權(quán)利要求13和14所述，根據(jù)本發(fā)明的另一個實施例，根據(jù)使圍繞車輛一端的一個部分變形所需的做功，確定碰撞的量級。即，由于變形速度與相對速度的最大值有關(guān)，并且和一個數(shù)值有關(guān)，通過將該做功除以在預(yù)定時間內(nèi)變形速度的不同速度的平方值獲得該數(shù)值，該數(shù)值與做功的質(zhì)量、車輛和與車輛碰撞的物體之間的相對速度有關(guān)，并且可以在碰撞的開始對做功質(zhì)量進行評估。根據(jù)相對速度和做功質(zhì)量，可以確定在一定時間變化之后有多大的加速度(減速度)作用于車輛上，即可以判斷碰撞的量級。
在本實施例中，也可以檢測作用于車輛上的加速度，并且可以根據(jù)該加速度和做功判斷碰撞的量級。當車輛加速度小時，由于做功質(zhì)量對應(yīng)于物體的相等質(zhì)量，所以可以從做功質(zhì)量估計與車輛碰撞的物體的重量。
為了用加速度檢測正面碰撞，變形速度檢測裝置放置在車輛的前端，并且檢測沿車輛縱向(前—后)方向上在包含外周結(jié)構(gòu)的變形部分和一個固定部分之間的距離、或由于車輛變形造成的該距離的變化。該變形部分可以是車輛的前架或包含至少一個保險杠、一個保險杠梁和保險杠固定臂的車輛側(cè)架的端部。前述加速度檢測裝置設(shè)置在相對于車輛前部的內(nèi)部位置處的側(cè)架上，或者是相對于側(cè)架的后側(cè)上的車輛結(jié)構(gòu)部分上。
如權(quán)利要求15至17所述，根據(jù)本發(fā)明另一個不同的實施例，對變形速度和變形量進行檢測，根據(jù)這些檢測值確定已經(jīng)發(fā)生了量級超過預(yù)定值的碰撞。例如，當變形速度和變形量均超過它們各自的預(yù)定值時，或當在檢測出變形速度超過其預(yù)定值的過程中所檢測的變形量超過其預(yù)定值時(權(quán)利要求16)，或者，當變形速度和變形量之一超過相應(yīng)的預(yù)定值時(權(quán)利要求17)，則確定已經(jīng)發(fā)生了量級超過預(yù)定值的碰撞。該判斷方法很容易，并且能夠在早期階段高精度地判斷碰撞的嚴重性。
由于可以以足夠的精度且在早期階段獲得碰撞判斷結(jié)果，所以可以較早地激活安全氣囊裝置。因此，實現(xiàn)了利用小容量的充氣裝置對大容量安全氣囊的充氣。
由于根據(jù)本發(fā)明可以在早期階段高精度地確定碰撞量級，所以可以很容易地控制激活被動安全系統(tǒng)，例如安全氣囊的時間。另外，根據(jù)該判斷，可以控制安全氣囊的內(nèi)部壓力和/或可以控制通過一個張緊器對帶子進行纏繞的量。
如權(quán)利要求18所述，本發(fā)明的碰撞檢測裝置可以判斷碰撞的量級，并且可以進一步包括一個輸出裝置，該輸出裝置可以輸出與碰撞量級相對應(yīng)的參照信號。該結(jié)構(gòu)進一步有利于被動安全系統(tǒng)的控制。
根據(jù)權(quán)利要求19，如上所述，若判斷出碰撞的類型，例如安全重疊碰撞和側(cè)撞，則可以對安全氣囊裝置和/或張緊器進行控制，以便采取不同的形式。
在如權(quán)利要求1所述的本發(fā)明的一個實施例(權(quán)利要求20)中，車輛包括一個保險杠梁和一個設(shè)置在保險杠梁外側(cè)上的保險杠蓋，變形速度檢測裝置檢測由于與物體碰撞而造成的保險杠梁和保險杠蓋之間的空間在朝向車輛內(nèi)側(cè)的方向上的變形速度。
由于對在保險杠梁前方內(nèi)的空間的變形速度進行檢測，所以可以比設(shè)置在車架內(nèi)側(cè)的現(xiàn)有的碰撞傳感器更早地檢測出碰撞。通過檢測作為變形速度的碰撞進程，可以估計出迅速施加到保險杠或車架上的沖擊力，從而縮短碰撞判斷的時間。通過從變形速度來估計相對速度，可以估計出用于激活約束系統(tǒng)的時間，從而提高碰撞檢測裝置的可執(zhí)行性。
現(xiàn)在，將說明用碰撞檢測裝置對碰撞進行判斷的原理。


圖15(a)、15(b)示意性地表示在車廂內(nèi)的本發(fā)明的加速度傳感器和變形速度傳感器在碰撞過程中以速度為依據(jù)的輸出。在圖15(a)、15(b)中，“小碰撞”是指以非常低的速度發(fā)生的、不需要激活約束系統(tǒng)的碰撞。由碰撞在10m sec.以內(nèi)作用于加速度傳感器上的減速度，由于可碰撞元件，例如保險杠蓋和保險杠的彎曲，所以不具有很大的反作用力。直到經(jīng)過15m sec.以后車體開始發(fā)生大的彎曲為止，才能獲得用于判斷該速度是否為需要激活約束系統(tǒng)的速度所需的足夠的差別。另一方面，利用本發(fā)明的碰撞檢測裝置檢測出的變形速度在10m sec.內(nèi)產(chǎn)生一個與碰撞速度成比例的輸出。
在與硬且重的物體，例如一輛車相撞的情況下，由保險杠前端部的碰撞速度產(chǎn)生的輸出基本上與車輛和物體之間的相對速度成比例。
在與軟的物體碰撞的情況下，變形速度小于相對速度。在與質(zhì)量小的物體碰撞的情況下，即使物體很硬而且相對速度很高，但是在開始碰撞之后碰撞速度迅速下降。因此，保險杠端部外形的碰撞速度分布包含該碰撞是否是需要激活約束系統(tǒng)的碰撞的差值。因此，本發(fā)明的碰撞檢測裝置可以在短時間內(nèi)精確地判斷碰撞(碰撞速度)。
對于是否需要激活約束裝置的判斷以碰撞的嚴重性為依據(jù)。在與固定的障礙物碰撞的情況下，碰撞的嚴重性與碰撞速度基本等價。然而，在一次真實的碰撞中，碰撞嚴重性不能僅通過車輛的行駛速度來決定。碰撞嚴重性根據(jù)自身行駛速度、碰撞物體的速度和質(zhì)量中的相互作用而發(fā)生變化。因此，重要的是，除了在保險杠前部檢測相對速度之外，還連續(xù)檢測保險杠梁的碰撞速度并檢測由于碰撞造成的撞毀過程。由于保險杠梁具有一定程度的剛性，所以保險杠梁的撞毀速度包含有關(guān)于碰撞嚴重性的信息。
為了在碰撞的早期階段估計碰撞的嚴重性，需要知道己方的車輛和物體之間的相對速度以及物體的做功質(zhì)量。采用本發(fā)明的碰撞檢測裝置，發(fā)現(xiàn)己方車輛和物體之間的相對速度RV大于通過碰撞檢測裝置獲得的變形速度。從由己方車輛施加到物體上的反作用力和單位時間的物體速度變化量獲得物體的做功質(zhì)量。
由于己方車輛保險杠的變形強度Fd是事先已知的，所以發(fā)現(xiàn)所施加的反作用力至少要高于Fd。在碰撞的早期階段，當假設(shè)己方車輛的速度恒定時，通過碰撞檢測裝置的變形速度(或者由車廂內(nèi)的加速度傳感器的輸出獲得的減速度)可以估計出物體單位時間的速度變化量。
在與靜止的物體碰撞的情況下，估計變形速度越接近己方車輛的速度，且該物體越硬并且越重。即使對于一個運動的物體，則也估計在變形速度提高或變形速度提高后的減小量越小，且該物體越重并且越硬。
雖然相對速度和做功質(zhì)量可直接通過變形量和變形速度獲得，但是在一個檢測算法的計算過程中，很自然地從變形量情況和變形速度情況計算出變形量和截面面積，從而計算出與相對速度和做功質(zhì)量有關(guān)的值。
采用本發(fā)明的碰撞檢測裝置，可以估計出己方車輛和物體之間的相對速度以及物體的做功質(zhì)量，從而在碰撞的早期階段確定碰撞的嚴重性。
如權(quán)利要求21所述，優(yōu)選地，變形速度檢測裝置從空間體積的變化連續(xù)檢測出空間的變形速度。由于檢測出空間體積的變化，所以盡管碰撞物體具有不同的方向和結(jié)構(gòu)，仍能檢測出與碰撞物的尺寸和硬度成比例的變形速度。
如權(quán)利要求22所述，優(yōu)選地，車輛具有一個沖擊接收構(gòu)件，該構(gòu)件由于碰撞而變形或位移，并且該構(gòu)件置于保險杠梁的外側(cè)，并且，變形速度檢測裝置具有一個連續(xù)檢測裝置，用于從沖擊接收構(gòu)件相對于保險杠梁或車架的位移連續(xù)檢測出空間的變形速度。由于沖擊接收構(gòu)件置于保險杠梁的外側(cè)，所以限制了檢測空間的沖擊位移方向，從而可以高精度地測量變形速度。
沖擊接收構(gòu)件可以位于所述空間內(nèi)(權(quán)利要求23)，并且沖擊接收構(gòu)件可以構(gòu)成保險杠蓋的一部分(權(quán)利要求24)。通過將該沖擊接收構(gòu)件結(jié)合到保險杠蓋上或者將一個沖擊結(jié)構(gòu)構(gòu)件的特征結(jié)合到在保險杠蓋上，可以有利于組裝和維修。
沖擊接收構(gòu)件可以部分地位于保險杠蓋的外部(權(quán)利要求25)。在這種情況下，可以實現(xiàn)對碰撞的早期檢測。
如權(quán)利要求26所述，沖擊接收構(gòu)件的硬度使得在碰撞或位移過程中接收到的沖擊傳遞給整個沖擊接收構(gòu)件。在這種情況下，可以相對各種碰撞位置實現(xiàn)高精度的變形速度檢測。
如權(quán)利要求27所述，沖擊接收構(gòu)件可以具有這樣的特征，即，碰撞部分主要產(chǎn)生變形。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，可以容易地檢測出碰撞部分的位置。由于沖擊接收構(gòu)件具有柔性結(jié)構(gòu)，所以沖擊接收構(gòu)件對于安裝到保險杠上具有很高的自由度。
如權(quán)利要求28所述，優(yōu)選地，碰撞檢測裝置包括一個評估裝置，該評估裝置根據(jù)變形速度檢測裝置獲得變形速度分布和空間的負荷變形特性，用于評估在車輛和與車輛發(fā)生正面碰撞的物體之間的相對速度、或者物體的做功質(zhì)量。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，可以從變形速度、和己方車輛與物體之間的相對速度檢測出碰撞的進程，并且可以從變形量和負荷變形特性(F-S特性)測定出物體的做功質(zhì)量，從而提高碰撞檢測的精度。優(yōu)選地，碰撞檢測裝置包括一個執(zhí)行裝置，該裝置用于根據(jù)由變形速度檢測裝置和評估裝置所獲得的結(jié)果執(zhí)行下述至少一項，是否激活乘客保護裝置、激活時間的判斷、和保護裝置的選擇(權(quán)利要求29)。
如權(quán)利要求30所述，優(yōu)選地，變形速度檢測裝置根據(jù)空間的變形速度連續(xù)檢測保險杠梁或車架前部的變形速度。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，測定出包含保險杠梁的碰撞在內(nèi)的變形速度，從而進一步提高了碰撞判斷的精度。在這種情況下，碰撞檢測裝置可以包括一個評估裝置，該評估裝置根據(jù)由變形速度檢測裝置的檢測結(jié)果所獲得的變形量評估出變形空間；一個相對速度評估裝置，該裝置根據(jù)空間的變形速度評估車輛和與車輛發(fā)生正面碰撞的物體之間的相對速度；和一個碰撞嚴重性評估裝置，該裝置根據(jù)空間的變形速度評估碰撞的嚴重性(權(quán)利要求31)。根據(jù)這一結(jié)構(gòu)，可以測定己方車輛與物體之間的相對速度和物體的做功質(zhì)量，從而進一步提高碰撞發(fā)生和碰撞嚴重性的判斷精度。在這種情況下，評估裝置可以包括一個執(zhí)行裝置，該裝置用于根據(jù)由相對速度評估裝置和碰撞嚴重性評估裝置所獲得的結(jié)果，執(zhí)行下述至少一項，是否激活乘客保護裝置的判斷、激活時間的判斷、和保護裝置的選擇(權(quán)利要求32)。
如權(quán)利要求33所述，優(yōu)選地，變形速度檢測裝置分別設(shè)置在車輛的左、右前部，并且碰撞檢測裝置進一步包括一個測定裝置，該測定裝置通過比較左、右變形速度檢測裝置的輸出，測定碰撞物體的尺寸或車輛前部的碰撞位置。
碰撞檢測的離差可以歸結(jié)為由于碰撞位置和碰撞物體的剛性造成的車輛碰撞特性的變化。通過變形速度和變形量的不同和/或左、右傳感器之間的響應(yīng)時間的不同可以估計出碰撞位置和碰撞模式，可以執(zhí)行與碰撞模式(例如完全重疊碰撞、側(cè)撞、柱撞等)相應(yīng)的碰撞測定，從而具有縮短檢測所需時間的優(yōu)點。
如權(quán)利要求34所述，優(yōu)選地，碰撞檢測裝置包括一個碰撞檢測件，該碰撞檢測件采用一個檢測在碰撞過程中作用于車架上的減速度的加速度傳感器，并且，該加速度傳感器作為一個從變形速度檢測裝置所獲得的碰撞檢測結(jié)果的保險傳感器。
造成縮短現(xiàn)有碰撞傳感器的判斷所需時間的一個限制原因是，保險傳感器反應(yīng)的延遲。通過采用前述檢測裝置作為保險傳感器，有利于縮短判斷所需的時間。
如權(quán)利要求35所述，優(yōu)選地，碰撞檢測裝置包括一個碰撞檢測件，該碰撞檢測件采用一個檢測在碰撞過程中作用于車架上的減速度的加速度傳感器，并且，根據(jù)由變形速度檢測裝置獲得的碰撞檢測結(jié)果，改變加速度傳感器檢測碰撞的標準或方法。
利用在碰撞早期階段評估的相對速度和做功質(zhì)量的信息，使現(xiàn)有碰撞傳感器的碰撞檢測閾值更加敏感，有利于縮短檢測所需的時間。通過從保險杠前端發(fā)生碰撞到車身減速度升高的時間中的延遲和保險杠梁碰撞過程中的車輛減速度的量級，可以評估出碰撞過程中的速度和做功質(zhì)量，這有利于根據(jù)新(改變)的檢測標準縮短碰撞檢測所需的時間，并且有利于縮短碰撞量級檢測所需的時間。
如權(quán)利要求36所述，優(yōu)選地，碰撞檢測裝置進一步根據(jù)己方車輛行駛速度信息，執(zhí)行有關(guān)是否激活乘客保護裝置的判斷、和碰撞嚴重性和碰撞模式的判斷。
在與一個固定物體或低速運動物體碰撞的情況下，碰撞過程中的相對速度將基本上等于己方車輛的速度。通過將檢測出的變形速度與己方車輛的速度進行比較，可以判斷該物體是否為可動物體或固定物體。另外，當發(fā)現(xiàn)該物體是固定物體時，對約束系統(tǒng)進行控制，以便在己方車輛的速度低于預(yù)定值的情形下不激活該約束系統(tǒng)。因此，有利于減化用于判斷的算法。進而，當發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn)物體是固定物體時，可以從保險杠的變形速度分布和F-S特性高精度地識別出相對于碰撞物體的做功質(zhì)量(慣性質(zhì)量)，從而提高判斷精度。例如，該結(jié)構(gòu)有利于識別該物體是否是一個固定在地面上的標志桿或者是一個行人。
如權(quán)利要求37所述，碰撞檢測裝置可以檢測與行人的碰撞。
即使在與行人碰撞的情況下，保險杠首先與行人的下身碰撞，從而導(dǎo)致保險杠變形。因此，這種碰撞可以由所述裝置檢測出來。行人下身的做功質(zhì)量(慣性質(zhì)量)可以從保險杠的變形速度分布和F-S特性評估出來。因此，具有能夠高精度地檢測與行人的碰撞的優(yōu)點。
如權(quán)利要求38所述，優(yōu)選地，碰撞檢測裝置包括一個轉(zhuǎn)換器，用于檢測空間的變形，并且，該轉(zhuǎn)換器設(shè)置在保險杠梁內(nèi)或者相對于保險杠梁的的內(nèi)部位置上。
由于傳感器位于車輛內(nèi)部位置中硬度相對較高的部位上，所以可以在包含保險杠梁的碰撞在內(nèi)的長時間內(nèi)對碰撞進行檢測。所以具有可以利用這樣的檢測信息對碰撞量級進行檢測的優(yōu)點。而且從經(jīng)濟角度出發(fā)也具有優(yōu)點，即，避免在小碰撞之后對維修和更換的需要。
圖2是根據(jù)該實施例的碰撞檢測裝置的側(cè)視圖。
圖3是安裝有根據(jù)該實施例的碰撞檢測裝置和被動安全系統(tǒng)的車輛車架的平面圖。
圖4是根據(jù)另一個實施例的碰撞檢測裝置的側(cè)視圖。
圖5是根據(jù)又一個實施例的碰撞檢測裝置的側(cè)視圖。
圖6是根據(jù)一個不同的實施例的碰撞檢測裝置的平面圖。
圖7是沿圖6的VII-VII線剖開的剖視圖。
圖8(a)、8(b)是一個圓柱傳感器的剖視圖。
圖9是根據(jù)另一個不同實施例的碰撞檢測裝置的平面圖。
圖10是圖9的碰撞檢測裝置的操作的說明圖。
圖11是沖擊接收構(gòu)件的透視圖。
圖12是根據(jù)一個實施例的碰撞檢測裝置的平面圖。
圖13是圖12的碰撞檢測裝置的操作的說明圖。
圖14(a)、(b)分別是沿圖13的A-A線和B-B線剖開的剖視圖。
圖15(a)、(b)是碰撞過程中加速度傳感器和變形速度傳感器的輸出曲線圖。
附圖參考標號的說明12 安全帶裝置20 預(yù)拉緊器24 安全氣囊裝置40 變形速度傳感器42、43 加速度傳感器44 桿50 高硬度部分52 低硬度部分53 碰撞盒64 磁性探測器實施本發(fā)明的實施例以下，將參照附圖對本發(fā)明的實施例進行說明。圖1是表示安裝有根據(jù)該實施例的碰撞檢測裝置和被動安全系統(tǒng)的車輛結(jié)構(gòu)的示意圖，圖2是表示碰撞檢測裝置的結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖，圖3是表示車身框架的前部結(jié)構(gòu)的平面圖。
座位10安裝在車輛的車廂中，并且安裝有安全帶裝置12，用以約束坐在座位10上的乘客。安全帶裝置12包括一個牽引器14、一個要從牽引器14中抽出的帶子16、一個利用一個舌形部分(未示出)將帶子16鎖住的帶扣18，和一個安裝在牽引器14上的預(yù)拉緊器20。預(yù)拉緊器20的功能是在碰撞過程中迅速將帶子16卷繞預(yù)定的長度。
一個安全氣囊裝置24安裝在座位10前方的一個方向盤22中。該安全氣囊裝置24包括一個折疊的安全氣囊、一個用于蓋住安全氣囊的蓋組件、一個用于對安全氣囊充氣的充氣泵(氣體發(fā)生器)等。
如圖3所示，車架30包括側(cè)構(gòu)件32、32和一個延伸于側(cè)構(gòu)件32、32之間的橫構(gòu)件34。位于橫構(gòu)件34和底盤之間的是一個控制單元36，該控制單元36判斷車輛碰撞的發(fā)生并提供電流以激活預(yù)拉緊器20和安全氣囊裝置24。即使發(fā)生嚴重的分割碰撞，變形也不會到達橫向構(gòu)件24，從而控制單元36可以通過碰撞而輸出一個控制信號。
在該車輛中，安裝有變形速度傳感器40和加速度傳感器42、48，用于檢測對車輛前方的碰撞(正面碰撞)。傳感器40、42、48的檢測信號輸入到一個控制單元36的控制回路中。
變形速度傳感器40和加速度傳感器42設(shè)置在車架30的左、右側(cè)構(gòu)件32的前部上。加速度傳感器48設(shè)置在控制單元36中。
變形速度傳感器40根據(jù)車輛前端部的變形向后移動桿44，并且檢測桿44向后運動的速度，以便確定車輛前端部處的變形速度。
如圖2所示，低硬度部分52分別通過高硬度部分50設(shè)置在車架30的前端部。一個保險杠54連接到低硬度部分52的前端上。置于保險杠54和低硬度部分52之間的是具有低硬度的碰撞盒53。桿44沿著車輛的縱向(前—后方向)延伸，并且具有通過桿固定板58固定到保險杠54上的前端。
桿44的后端由導(dǎo)向件60滑動支撐，以便桿44的后端部分別松弛地插入到傳感器盒62中。傳感器盒62分別固定在高剛性部分50上。
在各桿44中，沿桿44的縱向方向以預(yù)定間隔將多個磁鐵排成一排，以便將它們的N極和S極交替設(shè)置。在各傳感器62中設(shè)置一個磁性探測器64，例如檢測從磁鐵而來的磁通量的線圈或霍爾元件。每當一個磁鐵隨著桿44的向后運動而通過磁性探測器64時，磁性探測器64輸出一個脈沖的電信號。通過計算單位時間的脈沖數(shù)，可以檢測出桿44向后運動的速度。
在本實施例中，加速度傳感器42也設(shè)置在傳感器盒62中。導(dǎo)向件60與傳感器盒62形成一體。通過安裝傳感器盒62、加速度傳感器42和導(dǎo)向件60被自動置于高硬度部分50上。標號66表示一個用于將傳感器盒62安裝到高硬度部分50上的螺栓。一個用于從磁性探測器64輸出信號的回路和一個用于輸出加速度信號的回路，可以部分結(jié)合并設(shè)置在一個公共電路板上。
當配置有具有前述結(jié)構(gòu)的碰撞檢測裝置和被動安全系統(tǒng)的車輛發(fā)生碰撞時，低剛性的碰撞盒53成為首要變形部分。如果碰撞為中級別的，則低剛性部分52也發(fā)生變形。如果碰撞非常嚴重，則高硬度部分50也發(fā)生變形。碰撞盒碰撞后首先損壞且具有低硬度的部分。因此，碰撞盒53的變形速度中的升高率非常高，以至于在車輛剛剛與物體碰撞之后便以相對較高的速度向后移動桿44。由磁性探測器64產(chǎn)生的脈沖檢測出向后運動的速度。當在碰撞盒完全損壞后仍存在沖擊時，低硬度部分52產(chǎn)生變形而被損壞，從而桿44連續(xù)向后運動。桿44向后運動的速度為車輛前端部變形的速度。該變形速度基本上與車輛和物體之間的相對速度成比例。相對速度越高，則碰撞越嚴重。因此，通過磁性探測器64產(chǎn)生的脈沖來檢測桿44向后運動的速度，可以檢測出在碰撞過程中對于物體的相對速度，即碰撞嚴重性。
在本實施例中，變形速度傳感器40設(shè)置在車輛左、右側(cè)上?？梢苑謩e檢測出車輛左、右側(cè)的變形速度。因此，可以確定當前的碰撞是完全重疊碰撞或側(cè)撞。
同樣在本實施例中，包含有用于監(jiān)測桿44向后運動速度的磁性探測器64的各傳感器盒體62位于一個遠離車輛前端的位置上。因此，傳感器盒62不會由于碰撞而直接受到變形和扭曲的影響，并且傳感器盒62不會由于僅是圍繞保險杠的區(qū)域發(fā)生變形的這樣小碰撞而斷裂，從而，節(jié)約了維修和更換的成本。
圖4和圖5分別結(jié)構(gòu)性地表示出了根據(jù)其它實施形式的碰撞檢測裝置。在圖4所示的實施例中，一個毫米波雷達67設(shè)置在各高硬度部分50上的傳感器盒62中，從而測量出毫米波雷達67和保險杠54之間的距離。從碰撞過程中的距離變化，可以檢測出保險杠54向毫米波雷達67運動的速度，即低硬度部分52的變形速度。該距離除了可以是相對于保險杠的距離外，也可以是相對于前梁、前框或散熱器的距離。
為了限制檢測部分，設(shè)置有一個波導(dǎo)，例如波導(dǎo)管，用以引導(dǎo)傳播波，一個反射板固定在檢測部分上，設(shè)置一個定向天線、一個感應(yīng)透鏡或一個聲透鏡，用以匯聚傳播波，以便使面積變窄。
作為傳播波，可以采用電磁波、毫米波、光束或聲波。作為檢測方法，可以采用各種方法，例如采用多普勒效應(yīng)的相對速度檢測方法和采用脈沖波傳輸延遲時間的距離檢測方法。適當?shù)膫鞲衅鞯睦影?0kHz至500kHz的超聲波傳感器、紅外線激光傳感器、1GHz至24GHz的雷達，但是傳感器不限于此。
在圖5所示的實施例中，開關(guān)元件69在各碰撞盒53之上延伸設(shè)置。發(fā)生碰撞時開關(guān)元件69立即產(chǎn)生一個脈沖信號或停止脈沖信號的輸出。設(shè)置在傳感器盒62中的僅僅是一個加速度傳感器42。由開關(guān)元件69的信號(或信號的變化)，控制單元36的控制回路檢測出車輛與物體碰撞的時刻。在碰撞的同時，碰撞盒53開始損壞。此后，側(cè)部構(gòu)件32前部上的低硬度部分52損壞。在此期間，由加速度傳感器42檢測到的加速度相當小。當損壞變形到達高硬度部分50時，車輛向前運動的速度迅速減小，從而由加速度傳感器42檢測到的加速度迅速增加。通過檢測從開關(guān)元件69輸出信號(或信號變化)的時刻直到加速度迅速變化為止的時間周期“t”，并用檢測到的時間周期“t”除以從開關(guān)元件69至高硬度部分50前端的距離“L”，從而獲得變形速度。即，L/t為變形速度。
開關(guān)元件可以置于能夠檢測保險杠位移的任意位置上。另外，可以采用多個開關(guān)元件。在這種情況下，獲得了固定開關(guān)元件處的變形速度。開關(guān)元件可以位于沿碰撞方向延伸的直線上。在這種情況下，可以獲得碰撞的進展，即變形速度的變化率。
在前述任何一個實施例中，在碰撞之后并且在高硬度部分發(fā)生變形之前，立即發(fā)生包括碰撞盒在內(nèi)的低硬度部分的變形。從低硬度部分的變形速度可以判斷變形嚴重性。
根據(jù)碰撞嚴重性的判斷結(jié)果，激活安全氣囊裝置24和/或預(yù)拉緊器20以進行操作。由于從車輛碰撞時刻至獲得變形結(jié)果的時間周期短，所以可以有相對多的時間操作安全氣囊裝置24和預(yù)拉緊器。例如，可以采用相對低能量的充氣泵對安全氣囊充氣。另外，可以根據(jù)碰撞嚴重性對安全氣囊的內(nèi)壓和預(yù)拉緊器的纏繞量進行控制。
在判斷碰撞嚴重性時也可以考慮碰撞的類型(完全重疊碰撞、側(cè)撞)。
在本發(fā)明中，根據(jù)變形速度和加速度，可以判斷出碰撞的發(fā)生和碰撞嚴重性。例如，僅當根據(jù)變形速度和加速度各自的結(jié)果同時表示出發(fā)生碰撞時，才最終確認碰撞發(fā)生的判斷。在這種情況下，獲得了提高的檢測精度。通過從由傳感器獲得檢測和檢測的量判斷變形速度的有效性，可以增強檢測值的可靠性，從而提高了防止當在崎嶇的道路上行駛、與路邊相撞或經(jīng)受錘擊時由于碰撞造成的乘客保護裝置發(fā)生故障的特性。
在這種情況下，可以由加速度傳感器48，或者由加速度傳感器48和加速度傳感器42的檢測綜合對加速度進行檢測。
在本發(fā)明中，當變形速度和加速度的檢測值之一超過它們各自的預(yù)定值時，可以確定碰撞的發(fā)生。在這種情況下，可以相當早地進行判斷。
通過采用加速度傳感器作為一個其測量值設(shè)定得比通過碰撞檢測判斷數(shù)值小的保險傳感器，并獲得加速度傳感器和變形速度傳感器之間的邏輯積，可以防止電子和機械故障。
即使當其中一個傳感器失靈時，就像現(xiàn)有的方法那樣僅通過多個加速度傳感器，或者通過多個變形速度傳感器便可以進行判斷。可以采用OR結(jié)構(gòu)決定法或多數(shù)決定法，從而提高碰撞判斷的可靠性。
在本發(fā)明中，碰撞檢測裝置可以包括一個計算裝置，根據(jù)由加速度檢測裝置檢測的加速度及其數(shù)值，計算加速度檢測裝置固定于其上的車身速度中的變化量、作為速度變化量的積分值的運動距離中的變化，或者各個變量的相應(yīng)值。另外，碰撞檢測裝置可以包括一個有效性判斷裝置，用于決定前述加速度檢測裝置的檢測值的有效性，或者以檢測值為基礎(chǔ)的判斷結(jié)果的有效性。
在同時根據(jù)變形速度和加速度進行判斷的情況下，變形速度和加速度之間的評估加權(quán)比可以根據(jù)變形速度的量級進行變化。
在本發(fā)明中，可以通過對由加速度傳感器42檢測出的加速度與閾值進行比較確定碰撞的發(fā)生或碰撞嚴重性。另外，該閾值可以以變形速度為基礎(chǔ)進行設(shè)定。
進而，在本發(fā)明中，可以設(shè)有一個用于檢測在車身上發(fā)生的變形量的變形量檢測裝置。在這種情況下，根據(jù)變形量和前述變形速度進行判斷?；蛘?，可以根據(jù)變形量、前述變形速度和前述加速度進行判斷。
作為檢測變形量的方法，例如在圖1至圖3的實施例中可以采用由從磁性探測器64發(fā)出的脈沖計數(shù)檢測桿44的移動量的方法，并且在圖4所示的實施例中采用通過毫米波雷達67測量毫米波雷達67和保險杠54之間的距離變化以檢測車身變形量的方法，但是對于檢測方法沒有特別的限制。也可以采用其它各種方法和測量裝置。
根據(jù)前述結(jié)構(gòu)，例如當變形速度和變形量中的任何一個檢測值超過它們各自的預(yù)定值時，可以檢測出碰撞的發(fā)生和碰撞嚴重性。在這種情況下，可以進行相當早的判斷?；蛘?，當根據(jù)變形速度和變形量兩者各自的判斷結(jié)果均表示出發(fā)生碰撞時，則最終確定碰撞發(fā)生的判斷。在這種情況下，獲得了提高的判斷精度。
在根據(jù)變形量、變形速度、加速度進行判斷的情況下，當根據(jù)變形量、變形速度和加速度各自的檢測結(jié)果均表示發(fā)生碰撞時，可以最終確定碰撞發(fā)生的判斷。在這種情況下，獲得了提高的判斷精度。
在本發(fā)明中，如果車身部分的各變形應(yīng)力已知，則可以設(shè)置一個做功檢測裝置，用以檢測當車身的一部分變形時該部分變形所需的做功。在這種情況下，根據(jù)由做功檢測裝置檢測的做功，確定出碰撞的量級。所述做功是從前述檢測的變形速度、單位預(yù)定時間的變形量和變形部分的變形應(yīng)力的乘積獲得的。
所檢測的變形速度最大值與相對速度和一個通過下述方法獲得的數(shù)值有關(guān)，所述數(shù)值是通過用預(yù)定時間內(nèi)變形速度的差速度的平方值除以所述做功獲得的，并與做功質(zhì)量有關(guān)。因此，車輛和與車輛碰撞的物體之間的相對速度、和做功質(zhì)量可以在碰撞一開始時就被評估出來。根據(jù)相對速度和做功質(zhì)量，可以評估出碰撞的總能量，從而可以確定在經(jīng)過預(yù)定時間之后作用在車輛上的加速度(減速度)將有多大，即，可以確定碰撞的量級。
根據(jù)如上所述以做功為基礎(chǔ)檢測碰撞量極的方法，可以以極高的精度判斷碰撞的量級。
在前述這種結(jié)構(gòu)中，可以在做功和前述加速度的基礎(chǔ)上判斷碰撞量級。當車輛的加速度小時，由于做功質(zhì)量與物體的等效質(zhì)量相應(yīng)，所以可以從做功質(zhì)量評估出與車輛碰撞的物體的重量。通過利用這一信息，可以以更高的精度判斷碰撞的量級。
如果圍繞車身一端的部分的各變形應(yīng)力(硬度)是已知的，則可以從變形應(yīng)力和由變形速度檢測裝置檢測出的變形速度在單位時間內(nèi)的變化量檢測出碰撞能量。作用于車身上的速度(減速度)中的變化量與碰撞能量成比例。在本發(fā)明中，可以根據(jù)碰撞能量確定出碰撞量級。根據(jù)從碰撞能量獲得的作用于車輛上的速度中的變化量確定碰撞的發(fā)生和判斷碰撞的量級，從而可以以極高的精度判斷碰撞的發(fā)生和碰撞的量級。
雖然在上述實施例中變形速度傳感器設(shè)置在車輛的前端，用以檢測正面碰撞，但是也可以在側(cè)面或后端設(shè)置變形速度傳感器，以便檢測側(cè)撞或后端碰撞。
為了檢測側(cè)撞，變形速度傳感器被置于車輛的側(cè)部并檢測沿車輛橫向在包含周邊結(jié)構(gòu)的變形部分和一個固定部位之間的距離和由于車輛變形造成的距離變化量。變形部分可以是包含至少車門面板、門框、前保護板和中立柱在內(nèi)的車輛側(cè)周部分。前述加速度檢測裝置設(shè)置在包含側(cè)梁、中立柱和中心通道在內(nèi)的車身架上。
為了檢測后端碰撞，變形速度檢測裝置被置于車輛的后端并檢測沿車輛縱向(前—后)方向上在一個包含周邊結(jié)構(gòu)的變形部分和一個固定部分之間的距離或由于車輛變形造成的距離變化量。該變形部分可以是包含至少保險杠、保險杠梁和保險杠固定臂的車輛的后端部。前述加速度檢測裝置設(shè)置于相對于車輛后端部的內(nèi)部位置中的車輛結(jié)構(gòu)部分上。
參照圖6-8、圖9-11和圖12-14(b)，說明可以檢測在保險杠梁前部空間中的變形速度的碰撞檢測裝置。
在圖6-8所示的實施例中，一個保險杠梁通過碰撞盒72安裝到側(cè)部構(gòu)件70、70的前端上。設(shè)置在保險杠梁前端的是一個沖擊接收構(gòu)件76。沖擊接收構(gòu)件76沿著保險杠梁74的前面延伸，在保險杠梁74左端到右端的部分之上。在沖擊接收構(gòu)件76和保險杠梁74之間存在一個預(yù)定的空間(例如在10-40mm的范圍內(nèi))。沖擊接收部分76由剛性材料，例如鋁制成。
該沖擊構(gòu)件76由桿78在其兩端部處進行支撐。桿78沿車輛的縱向方向插入到形成于保險杠梁74兩側(cè)端中的孔內(nèi)。進而，桿78分別通過碰撞盒72延伸進入側(cè)部構(gòu)件70。
用于檢測相應(yīng)的桿78向后運動速度的柱狀傳感器80設(shè)置在各側(cè)部構(gòu)件70內(nèi)。該柱狀傳感器80包括一個固定到側(cè)部構(gòu)件70上的圓筒80a，一個可以深深滑入該圓筒80a中的活塞80b，和一個用于檢測圓筒80a中的空氣壓力的空氣壓力傳感器80c。空氣被密封在圓筒80a內(nèi)。設(shè)置柱狀傳感器80，使其縱向與車輛的縱向(前—后)方向相應(yīng)，并且活塞80b設(shè)置在前側(cè)上。桿78的后端連接到活塞80b的前端上。沖擊接收構(gòu)件76的前面由一個用柔性材料，例如柔性氨基甲酸乙酯制成的保險杠蓋蓋住。標記S表示車身的最外部的表面。沖擊接收構(gòu)件76、桿80和圓柱傳感器80一起構(gòu)成一個碰撞檢測裝置82。
以與前述實施例相同的方式，將一個控制單元36置于橫構(gòu)件34上。在控制單元36中設(shè)置一個加速度傳感器48。應(yīng)當注意，加速度傳感器48也可以省略。
當車輛發(fā)生正面碰撞時，沖擊接收構(gòu)件76向后運動，從而活塞80b經(jīng)由桿78被推入到圓筒80a中，以便提高圓柱傳感器80內(nèi)的空氣壓力。由空氣壓力傳感器80c檢測出空氣壓力的增加。從空氣壓力的增加檢測出沖擊接收構(gòu)件76向后運動的速度。在正面碰撞的情況下，沖擊接收構(gòu)件76首先后退并損壞。然后，保險杠梁74損壞并且隨后碰撞盒72被損壞。由于圓柱傳感器80設(shè)置在碰撞盒72的尾部，所以可以檢測到碰撞的分布。通過對左、右傳感器80、80的輸出進行比較，可以估出碰撞部分。例如，從傳感器80、80的信號增加時間中的時間差可以估出碰撞部分。
盡管在圖6-8所示的實施例中采用壓力傳感器，但是在可以將加速度傳感器置于支撐桿上，并且作為加速度的乘積可以檢測變形構(gòu)件的位移速度。或者，可以將使用線圈的位移傳感器安裝到桿78上。
參照圖9-11，將對一個檢測沖擊接收構(gòu)件的變形的實施例進行說明。
保險杠梁74經(jīng)由碰撞盒72設(shè)置在側(cè)部構(gòu)件70的前端上。一個沖擊接收構(gòu)件84設(shè)置在保險杠梁74前方，沿著保險杠梁74的前面延伸。沖擊接收構(gòu)件84的左、右端安裝到保險杠梁74的左、右端上。一個線圈86a置于沖擊接收構(gòu)件84的左端上。一個線圈86b置于沖擊接收構(gòu)件84的右端上。如圖11所示，沖擊接收構(gòu)件84設(shè)有縫隙84a，該縫隙84a交替設(shè)置并從沿縱向延伸的兩邊的每一邊中延伸出來，以利于沖擊接收傳感器84的變形，并且當沖擊接收構(gòu)件84變形時用于增強導(dǎo)磁率的變化量。應(yīng)當注意，可以省略縫隙84a。
沖擊接收構(gòu)件84埋在一個泡沫柔性材料88，例如一個固定在保險杠梁74前表面上的柔性氨基甲酸乙酯泡沫中。因此，在本實施例中，用柔性材料88填充保險杠梁74和沖擊接收構(gòu)件84之間的間隔。
沖擊接收構(gòu)件84由滲透性材料，例如柔性鋼板制成。保險杠梁74由鋼制成。沖擊接收構(gòu)件84、線圈86a、86b一起構(gòu)成一個變形速度傳感器。
當車輛發(fā)生正面碰撞時，如圖10所示，沖擊接收構(gòu)件84由于物體M的推力而變形并且受推靠近或壓在保險杠梁74上。因此，線圈86a和線圈86b之間的磁性通道的導(dǎo)磁率變化。從這一變化，可以檢測出保險杠梁74和沖擊接收構(gòu)件84之間的空間的變形速度。
特別地，線圈86a、86b各自的自感系數(shù)和兩個線圈之間的互感系數(shù)變化。
當沖擊接收構(gòu)件靠近保險杠梁時，自感系數(shù)增加并且互感系數(shù)減小。從磁性的變化程度可以評估出變形速度。
例如，線圈86a作為發(fā)射器由40khz的正弦波驅(qū)動，并且線圈86b作為接收器檢測感應(yīng)電流或感應(yīng)電壓。當由于物體的碰撞而推動沖擊接收構(gòu)件84時，從沖擊接收構(gòu)件84到保險杠梁74的漏磁通增加，并且穿過接收線圈86b的磁通量減小。由接收器檢測出磁通量的變化量，從而可以檢測出沖擊接收構(gòu)件84的位移量和變形速度。為了減小對碰撞位置的依賴性，優(yōu)選切換發(fā)射器和接收器以進行檢測。
鋼板本身的磁性隨著變形而變化。在沖擊接收構(gòu)件84設(shè)有縫隙84a的情況下，縫隙84a由于沖擊接收構(gòu)件84的變形而被打開，從而增加了沖擊接收構(gòu)件84的磁阻。因此，即使是輕微的變形，通過接收器的通量減少也是劇烈的，從而提高了傳感器的靈敏性。
圖12-14(b)表示一個實施例，其中，沖擊接收構(gòu)件是由空氣管構(gòu)成的。圖14(a)、14(b)分別為沿圖12的A-A線和B-B線的剖視圖。一個空氣管90從保險杠梁74的左端延伸至右端?？諝夤?0內(nèi)部被一個沿水平橫向延伸的隔板90a分成兩個腔室，即上腔室91和下腔室92。腔室91、92充有空氣?？諝鈮毫鞲衅?4a、94b設(shè)置在保險杠梁74的左和右端的后面。上腔室91中的空氣壓力通過一個導(dǎo)管91a引入到右側(cè)空氣壓力傳感器94a中。下腔室92中的空氣壓力通過一個導(dǎo)管92a引入到左側(cè)空氣壓力傳感器94b中。
如圖13所示，當與物體M碰撞后，推動并壓縮空氣管90，以便增加腔室91、92內(nèi)的壓力。從由空氣壓力傳感器94a、94b檢測的壓力數(shù)據(jù)，檢測出碰撞。從壓力的增加速度，檢測出保險杠梁74前方空間處的變形速度。從兩個空氣壓力傳感器94a、94b之間的時間差的增加，可以計算出與物體M的碰撞位置。應(yīng)當理解，為了進行這一計算，需要考慮空氣壓力的傳輸速度(在環(huán)境溫度下大約為0.31m/m)。在根據(jù)體積變化的本方法中，空氣管90中的空氣壓力的變化以車輛相對于碰撞物體M的相對速度和與物體的碰撞面積為依據(jù)。因此，與大而硬的物體碰撞而輸出較大的變形速度。
相對于固定物體或低速運動物體的相對速度，應(yīng)大致等于己方車輛的速度。因此，通過采用己方車輛的行駛速度用于碰撞判斷，可以通過將檢測的變形速度與己方車輛的行駛速度進行比較而獲得碰撞物體的尺寸。利用碰撞位置的檢測結(jié)果，對于與行人碰撞的檢測獲得了有益的效果。
在本發(fā)明的任何實施例中，由變形速度傳感器檢測的變形速度和由加速度傳感器檢測的加速度不僅可以是從傳感器而來的原始輸出，也可以是由過濾處理或數(shù)字處理處理過以便提取出與變形速度和加速度相關(guān)的特性的數(shù)據(jù)。
發(fā)明的效果如上所述，本發(fā)明能夠精確并且盡早地判斷車輛碰撞等。本發(fā)明能夠使乘客保護裝置被精確地操作并且可以減小安全氣囊的充氣輸出。
權(quán)利要求
1.一種碰撞檢測裝置，包括變形速度檢測裝置，用于檢測車輛一端周圍部分的變形速度，其中，根據(jù)所述變形速度檢測裝置的檢測結(jié)果，碰撞檢測裝置對碰撞進行檢測。
2.如權(quán)利要求1所述的碰撞檢測裝置，其中，所述變形速度檢測裝置檢測車輛內(nèi)部和外部位置上的兩個部分的靠近速度。
3.如權(quán)利要求2所述的碰撞檢測裝置，其中，在所述兩個部分中，在車輛外部位置上的部分位于車身的相對低硬度構(gòu)件上，并且車輛內(nèi)部位置上的部分位于車身的相對高硬度構(gòu)件上。
4.如權(quán)利要求1至3中任何一項所述的碰撞檢測裝置，其中，所述變形速度檢測裝置分別設(shè)置于車輛的左、右前部上。
5.如權(quán)利要求1至4中任何一項所述的碰撞檢測裝置，進一步包括判斷裝置，當由所述變形速度檢測裝置檢測的變形速度或變形速度最大值超過一個預(yù)定值時，確定發(fā)生碰撞。
6.如權(quán)利要求5所述的碰撞檢測裝置，進一步包括加速度檢測裝置，用于檢測作用于車輛上的加速度，其中，所述判斷裝置根據(jù)所述變形速度和加速度來判斷碰撞的發(fā)生。
7.如權(quán)利要求6所述的碰撞檢測裝置，其中，當由所述變形速度檢測裝置檢測出的變形速度或變形速度最大值超過預(yù)定值，并且由加速度與時間積分所獲得加速度或速度的變化量超過預(yù)定值時，所述判斷裝置確定發(fā)生碰撞。
8.如權(quán)利要求6所述的碰撞檢測裝置，其中，當由所述變形速度檢測裝置檢測的變形速度或變形速度最大值，或者通過加速度與時間的積分所獲得的加速度或速度變化量中的至少一個超過相應(yīng)的預(yù)定值時，所述判斷裝置確定發(fā)生碰撞。
9.如權(quán)利要求6所述的碰撞檢測裝置，進一步包括變形量檢測裝置，用于檢測車輛端部周圍部分的變形量，其中，所述判斷裝置在所述變形速度、所述加速度和變形量的基礎(chǔ)上確定碰撞的發(fā)生。
10.如權(quán)利要求9所述的碰撞檢測裝置，其中，當由所述變形速度檢測裝置檢測出的變形速度或變形速度最大值超過預(yù)定值，由加速度與時間積分所獲得加速度或速度變化量超過預(yù)定值，并且由所述變形量檢測裝置檢測的變形量超過預(yù)定值時，所述判斷裝置確定發(fā)生碰撞。
11.如權(quán)利要求1至4中任何一項所述的碰撞檢測裝置，進一步包括加速度檢測裝置，用于檢測作用與車輛上的加速度；和判斷裝置，用于根據(jù)由加速度檢測裝置檢測的加速度和碰撞標準來確定碰撞的發(fā)生；其中，所述判斷裝置根據(jù)由所述變形速度檢測裝置檢測出的變形速度對碰撞標準進行改變。
12.如權(quán)利要求1至4中任何一項所述的碰撞檢測裝置，進一步包括做功檢測裝置，用于通過變形速度檢測裝置檢測的變形速度和已知的車輛端部周圍變形部分的變形應(yīng)力來檢測車輛端部周圍部分變形所需的做功；和判斷裝置，用于根據(jù)由所述做功檢測裝置檢測的做功確定發(fā)生碰撞。
13.如權(quán)利要求12所述的碰撞檢測裝置，進一步包括加速度檢測裝置，用于檢測作用于車輛上的加速度，其中，所述判斷裝置根據(jù)所述做功檢測裝置檢測的做功和所述加速度檢測裝置檢測的加速度來判斷碰撞的發(fā)生。
14.如權(quán)利要求6至11和權(quán)利要求13中任何一項所述的碰撞檢測樁孩子，其中，相對于所述變形速度檢測裝置，所述加速度檢測裝置設(shè)置在車輛的內(nèi)部位置上。
15.如權(quán)利要求5所述的碰撞檢測裝置，進一步包括變形量檢測裝置，用于檢測車輛端部周圍部位的變形量，其中，所述判斷裝置根據(jù)所述變形速度和變形量確定碰撞的發(fā)生。
16.如權(quán)利要求15所述的碰撞檢測裝置，其中，當由變形速度檢測裝置檢測的變形速度或變形速度最大值超過預(yù)定值并且所述變形量檢測裝置檢測的變形量超過預(yù)定值時，所述判斷裝置確定發(fā)生碰撞。
17.如權(quán)利要求15所述的碰撞檢測裝置，其中，當所述變形速度檢測裝置檢測的變形速度或變形速度最大值和所述變形量檢測裝置檢測的變形量中的至少一個超過相應(yīng)的預(yù)定值時，所述判斷裝置確定發(fā)生碰撞。
18.如權(quán)利要求1至17中的任何一項所述的碰撞檢測裝置，其中，所述判斷裝置進一步確定碰撞的量級，所述碰撞檢測裝置進一步包括輸出裝置，該輸出裝置可以輸出與碰撞量級相應(yīng)的參照信號。
19.如權(quán)利要求1至18中任何一項所述的碰撞檢測裝置，其中，所述判斷裝置進一步判斷碰撞的類型。
20.如權(quán)利要求1所述的碰撞檢測裝置，其中，所述車輛包括保險杠梁和置于所述保險杠梁外側(cè)上的保險杠蓋，其中，所述變形速度檢測裝置檢測所述保險杠梁和所述保險杠蓋之間的空間沿著朝向車輛內(nèi)側(cè)方向的變形速度，該變形速度由于車輛與一個物體碰撞所造成。
21.如權(quán)利要求20所述的碰撞檢測裝置，其中，所述變形速度檢測裝置通過所述空間的體積變化量連續(xù)檢測空間的變形速度。
22.如權(quán)利要求20或21所述的碰撞檢測裝置，其中，所述車輛具有沖擊接收構(gòu)件，該沖擊接收構(gòu)件由于碰撞而產(chǎn)生變形或位移，并且該沖擊接收構(gòu)件被置于所述保險杠量的外側(cè)，并且所述變形速度檢測裝置具有空間變形速度檢測裝置，用于利用所述沖擊接收構(gòu)件相對于保險杠梁或車架的位移連續(xù)檢測所述空間的變形速度。
23.如權(quán)利要求22所述的碰撞檢測裝置，其中，所述碰撞檢測構(gòu)件位于所述空間內(nèi)。
24.如權(quán)利要求22所述的碰撞檢測裝置，其中所述碰撞接收構(gòu)包括所述保險杠蓋的一部分。
25.如權(quán)利要求22所述的碰撞檢測裝置，其中，所述沖擊接收構(gòu)件部分位于所述保險杠蓋的外側(cè)。
26.如權(quán)利要求22所述的碰撞檢測裝置，其中，所述沖擊接收構(gòu)件的硬度使得在碰撞或位移過程中接收的沖擊被傳遞給整個沖擊接收構(gòu)件。
27.如權(quán)利要求22所述的碰撞檢測裝置，其中，所述沖擊接收構(gòu)件具有這樣的特性，即，主要是被撞部分發(fā)生變形。
28.如權(quán)利要求20至27中任何一項所述的碰撞檢測裝置，包括評估裝置，根據(jù)由所述變形速度檢測裝置獲得的變形速度分布和所述空間的負荷變形性征，對車輛和與車輛發(fā)生正面碰撞的物體之間的相對速度或者物體的做功質(zhì)量進行評估。
29.如權(quán)利要求28所述的碰撞檢測裝置，進一步包括執(zhí)行裝置，根據(jù)由所述變形速度檢測裝置和所述評估裝置獲得的結(jié)果，執(zhí)行下述判斷中的至少一項是否激活乘客保護裝置的判斷，激活時間的判斷和保護裝置的選擇。
30.如權(quán)利要求20至27中任何一項所述的碰撞檢測裝置，其中，所述變形速度檢測裝置根據(jù)所述空間的變形速度，連續(xù)檢測保險杠梁或車架前部的變形速度。
31.如權(quán)利要求30所述的碰撞檢測裝置，包括評估裝置，該評估裝置根據(jù)變形速度檢測裝置的檢測結(jié)果所獲得的變形量來評估變形空間；相對速度評估裝置，該裝置根據(jù)空間的變形速度評估車輛和與車輛發(fā)生正面碰撞的物體之間的相對速度；和碰撞嚴重性評估裝置，該裝置根據(jù)所述空間的變形速度評估碰撞的嚴重性。
32.如權(quán)利要求31所述的碰撞檢測裝置，其中，評估裝置包括裝置，該執(zhí)行裝置根據(jù)相對速度評估裝置和碰撞嚴重性評估裝置所獲得的結(jié)果，執(zhí)行下述判斷中的至少一項是否激活乘客保護裝置的判斷，激活時間的判斷，和保護裝置的選擇。
33.如權(quán)利要求20至32中任何一項所述的碰撞檢測裝置，其中，變形速度檢測裝置分別設(shè)置在車輛的左、右前部，并且碰撞檢測裝置進一步包括測定裝置，該測定裝置通過比較左、右變形速度檢測裝置的輸出，測定被撞物體的尺寸或車輛前部的被撞位置。
34.如權(quán)利要求20至33中任何一項所述的碰撞檢測裝置，包括采用加速度傳感器的碰撞檢測件，該加速度傳感器檢測在碰撞過程中作用于車架上的減速度，其中，該加速度傳感器用作通過變形速度檢測裝置所獲得碰撞檢測結(jié)果的保險傳感器。
35.如權(quán)利要求20至33中任何一項所述的碰撞檢測裝置，包括采用加速度傳感器的碰撞檢測件，該加速度傳感器檢測在碰撞過程中作用于車架上的減速度，其中，根據(jù)由變形速度檢測裝置獲得的碰撞檢測結(jié)果，改變加速度傳感器檢測碰撞的標準或方法。
36.如權(quán)利要求20至35中任何一項所述的碰撞檢測裝置，其中，碰撞檢測裝置根據(jù)己方車輛的行駛速度信息，進一步執(zhí)行有關(guān)是否激活乘客保護裝置的判斷、和碰撞嚴重性及碰撞模式的判斷。
37.如權(quán)利要求20至36中任何一項所述的碰撞檢測裝置，其中，所述碰撞檢測裝置檢測與行人發(fā)生的碰撞。
38.如權(quán)利要求20至37中任何一項所述的碰撞檢測裝置，包括轉(zhuǎn)換器，用于檢測空間的變形，其中，該轉(zhuǎn)換器設(shè)置在保險杠梁內(nèi)或者相對于保險杠梁的內(nèi)部位置上。
39.一種被動安全系統(tǒng)，包括保護車內(nèi)乘客的乘客保護裝置；用于激活乘客保護裝置的控制裝置；和用于向所述控制裝置傳送碰撞檢測信號的碰撞檢測裝置，其中，所述碰撞檢測裝置為如權(quán)利要求1至38中任何一項所述的碰撞檢測裝置。
全文摘要
本發(fā)明的目的是提供一種碰撞檢測裝置，該裝置可以精確并且盡早地對車輛的碰撞等進行判斷，并且提供一種采用這種碰撞檢測裝置的被動安全系統(tǒng)。本發(fā)明采取的技術(shù)措施是一個低硬度部分(52)和一個碰撞盒(53)被設(shè)置在車架(30)前部中的一個高硬度部分(50)之前。一個桿(44)的前端固定到保險杠(54)上。該桿(44)被插入到一個置于高硬度部分(50)上的磁性探測器(64)中。在該桿(44)中，多個磁鐵與桿(44)的縱向?qū)R，以便它們的N極和S極交替布置。當發(fā)生車輛碰撞時，碰撞盒(52)首先變形，使桿(44)向后運動，從而可以在產(chǎn)生大的加速度之前檢測到碰撞。
文檔編號B60R19/48GK1448293SQ0310921
公開日2003年10月15日 申請日期2003年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2002年4月3日
發(fā)明者青木洋 申請人:高田株式會社