JP5092678B2 - 車両用乗員保護装置 - Google Patents

Description

本発明は、主として自動車等の車両に搭載されて衝突時に各種乗員拘束手段の作動を制御して乗員を保護する車両用乗員保護装置に係り、特に、衝突条件に応じて、最適な乗員拘束による乗員保護を可能とした車両用乗員保護装置に関する。

従来の車両用乗員保護装置としては、特開２００５−３２９８７８号公報に開示されているものがある。この車両用乗員保護装置は、車両の座席に作用する加速度を検知する加速度センサを備え、移動量算出手段により、車両の衝突時に、加速度センサが検知した加速度の値を二回積分することにより、座席に着座する乗員が移動する移動量を算出し、乗員距離導出手段により、通常時の乗員とエアバッグとの間の距離として予め設定された所定の初期距離と移動量算出手段によって算出された移動量とから、乗員とエアバッグとの間の移動後の乗員距離を導出し、エアバッグ展開制御手段により、乗員距離導出手段によって導出された乗員距離に基づきエアバッグの展開を制御して、車両の衝突時に車両の乗員を保護するものである。
特開２００５−３２９８７８号公報

しかしながら、上述した特許文献１に開示された技術においては、衝突時の車両移動量、即ち車体潰れ量を考慮せずに、乗員移動量を加速度センサの検出値を二回積分することにより算出しているため、衝突方向、衝突部位、オフセット率、衝突速度または乗員体格などの衝突条件によっては、乗員拘束手段（特許文献１ではエアバッグ）の作動制御の判断が遅れ、最適な乗員拘束による乗員保護ができていない可能性があった。

本発明は、上記従来の事情に鑑みてなされたものであって、衝突方向、衝突部位、オフセット率、衝突速度または乗員体格などの衝突条件に応じて、より適切な乗員拘束による乗員保護を可能とした車両用乗員保護装置を提供することを目的としている。

上記目的を解決するため、本発明は、衝突時の衝突部位、衝突方向および衝突規模に応じて衝突形態を判断し、衝突形態に応じて予め設定された複数の荷重−潰れ量特性の中から１つを選択し、該衝突による最終的な車体潰れ量を推定し、衝突以降の自車両の車速の累積に基づき現時点の車体潰れ量を演算し、乗員の重量、並びに該乗員の衝突時の移動速度に基づき、衝突時に乗員が持つ運動エネルギを演算し、前記衝突時の乗員が持つ運動エネルギ、最終的な車体潰れ量、現時点の車体潰れ量、並びに、乗員と車室内インテリアとの距離に基づき乗員拘束力を演算し、乗員拘束力に応じて、各種乗員拘束手段の作動を制御することを特徴とする。

本発明に係る車両用乗員保護装置では、衝突方向、衝突部位、オフセット率、衝突速度または乗員体格などの衝突条件に応じて、より適切な乗員拘束による乗員保護が可能である。

以下、本発明の車両用乗員保護装置の実施例について、〔実施例１〕、〔実施例２〕の順に図面を参照して詳細に説明する。

〔実施例１〕
図１は本発明の実施例１に係る車両用乗員保護装置の構成図であり、また、図２は本実施例の車両用乗員保護装置の具体的な概略構成を例示する概略構成図である。

図２に示すように、本実施例の車両用乗員保護装置では、各種乗員拘束手段として、シートベルト１２、エアバッグ２２、ニーボルスター（膝下エアバッグを含む）２９およびアクティブシートクッション３０を備えている。衝突時には、各種センサ群（第１センサ群３５、第２センサ群３６および第３センサ群３７）からの各種検出信号に基づいて、コントロールユニット（ＥＣＵ）４０により、これら各種乗員拘束手段の作動を制御して乗員を保護する。

また、図３には、より具体的な各種センサ群の構成と各種乗員拘束手段および該乗員拘束手段における制御機構の構成を例示している。

各種センサ群として、衝突部位検出センサ４１、衝突方向検出センサ４２、衝突規模検出センサ４３、車速センサ４４、Ｇセンサ４５、シートポジションセンサ４６、ウエイトセンサ４７、障害物検出センサ４８、車両挙動検出センサ４９および乗員位置検出センサ５０を備えている。

また、各種乗員拘束手段としては、シートベルトモジュール１０、エアベルト１８、エアバッグモジュール２０、ニーボルスター・膝下エアバッグ２９およびアクティブシートクッション３０を備えている。

シートベルトモジュール１０は、乗員の胸部付近を斜め状態で拘束するショルダーベルトと、腹部付近を拘束するラップベルトとを各々タングに取り付けてシートベルト１２は形成され、該シートベルト１２の両端部の少なくとも何れか一方側が車体またはシートに取り付けられているシートベルト巻き取り装置１３によって巻き取られるようになっており、タングを車体またはシートに設けられているバックルに係合してシートに乗員を拘束するようになっている。

シートベルト巻き取り装置１３には、シートベルト張力調整機構１１が取り付けられ、またベルト特性検知手段として、シートベルトのエネルギ吸収量、即ちシートベルトの引き出し量を検出するベルト引き出し量検知装置と、ベルト張力を検出するベルト張力検知装置とが設けられている。

ここで、ベルト引き出し量検知装置としては、公知のロータリエンコーダがシートベルト巻き取り装置１３内のリールシャフトに組み込まれている。またリトラクタスプールの回転数をフォトインタラプタで検知し、カウンタを加減する装置を用いることもできる。また、ベルト張力検知装置としては、リトラクタ内のロードリミッタ機構として設けられているトーションバーの両端の角度差を検知する装置を用いることができる。

また、ベルト張力調整機構１１としては、流体を用いた機構で回転抵抗を変化させることでシートベルトの張力を調整するものや、リトラクタスプールに取り付けられた刃による回転切削抵抗を利用するものなど（例えばUS Patent No.6,655,743）がある。なお図３では、ロードリミッタ１４、ショルダーベルトプリテンショナ１５およびラップベルトプリテンショナ１６を備えた構成を例示している。ここで、ロードリミッタ１４は、車両前面衝突時などにシートベルトを装着した乗員が慣性力により前方移動しながらベルトを引っ張り、ベルト張力が上昇してある値に達したところで、例えばリトラクタのシャフトの回転を許容させてベルトを繰り出すことにより、ベルト張力がその値以上に上昇することを防ぐ装置である。また、プリテンショナ１５，１６は、車両前面衝突時などにシートベルトを装着した乗員が慣性力により前方移動を開始する前に、リトラクタのシャフトを回転させてベルトを巻き取ることにより、ベルトのたるみを除去する装置である。

次に、エアバッグモジュール２０では、ステアリングホイールのセンターパッド内にエアバッグ２２が格納されており、車両の衝突時にこのエアバッグ２２を膨張展開させて乗員を保護する。このエアバッグモジュール２０には、エアバッグ特性検知手段としてエアバッグ２２の内圧を検出する内圧検知装置が備えられており、またエアバッグ特性制御装置２１として、インフレータ出力を可変とするインフレータ出力可変手段２５と、エアバッグ２２の排気量を調整する機構が設けられている。

ここで、インフレータ出力可変手段２５としては、出力口のバルブによりインフレータ出力を可変とする構造が知られているが、例えばUS Patent No.6,871,871またはUS Patent No.6,889,613にあるようなものが利用可能である。

また、エアバッグ２２の排気量を調整する機構としては、例えば特許第３５６６０８０号にあるように、エアバッグモジュール２０内のリテーナに形成されたベントホールと、アクチュエータにより作動してベントホールを開閉する制御弁により排気量を調整する機構が利用可能であるが、図３では、エアバッグのベントホール径を調整するベントホール径可変手段２３、エアバッグの容量を可変とするバッグ容量可変手段２４とを備えた構成を例示している。なお、ベントホール径可変手段２３としては、例えば、ベントホールに穴の開いたディスクを２枚重ね、該ディスクを相対的に回転させることで穴径を変更するものや、ベントホールに取り付けられた薄膜による破断を利用するものなどがある。

次に、エアベルト１８は、衝突時の衝撃力による胸部負荷等の低減を目的とするもので、シートベルトのショルダーベルトを膨張ベルトとし、該ショルダーベルトを膨張させるインフレータと、エアバッグモジュール２０と同様に、インフレータ出力を可変とするインフレータ出力可変手段と、排気量を調整する機構が設けられている。

次に、ニーボルスター・膝下エアバッグ２９は、衝突時にニーボルスターを乗員側へ突出させると共に、膝下エアバッグを膨張展開させて乗員の膝部を支持し、前方への移動を抑制するものである。このニーボルスター・膝下エアバッグ２９には、衝突時にニーボルスターを突出させるニーボルスターアクチュエータと、エアバッグモジュール２０と同様に、インフレータ、インフレータ出力を可変とするインフレータ出力可変手段、並びに、排気量を調整する機構が設けられている。

さらに、アクティブシートクッション３０は、衝突時にサブマリン現象（前方からの強い衝撃に対して、乗員の体がシートの座面に押さえつけられるようにして沈みこんでしまう現象）を防ぐことを目的とするもので、衝突時にシートを後方に移動させると共に、シートクッション前部を持ち上げるものである。アクティブシートクッション３０には、シートを後方に移動させるシート後退装置３１と、シートクッション前部を持ち上げるシート前方座面上昇装置３２が設けられている。

次に、図１を参照して、コントロールユニット（ＥＣＵ）４０の具体的な構成と、該コントロールユニット（ＥＣＵ）４０と各種センサ群および各種乗員拘束手段との関わりについて説明する。

まず各種センサ群について具体的に説明する。まず衝突部位検出手段（衝突部位検出センサ）４１は衝突が発生した自車両の部位を検出する。例えば、車両の左右サイドメンバーの先端等に荷重センサを、車両の構造部材（エンジンコンパートメント部の骨格部材等）のそれぞれに圧力センサ等を設置して、これらの検出信号に基づき衝突の部位を検出する。また、衝突方向検出手段（衝突方向検出センサ）４２は自車両の前後方向に対する衝突の方向を検出する。例えば、車両のフロントバンパ等に圧力センサ等を複数設置してそれらの検出信号に基づき衝突の方向を検出する手法や、光、電磁波または超音波等を用いた前方監視レーダ（障害物検出センサ４８）により検出する手法が考えられる。

また、衝突規模検出手段（衝突規模検出センサ）４３は衝突の規模を検出する。ここでいう衝突規模は衝突エネルギの大きさに該当し、Ｇセンサ４５による減速度の立ち上がりに基づき判断する手法や、前方監視レーダにより当該車両と衝突対象物との相対速度を検出し、該相対速度と当該車両および衝突対象物の大きさとから衝突エネルギを算出する手法などが考えられる。

また、車速検出手段（車速センサ）４４は自車両の車速を検出する。また、乗員重量検出手段（ウエイトセンサ）４７はシートに設置され（図２の第３センサ群３７）、乗員の重量を検出する。例えば、シートの着座部の圧力を直接検出する構成や、或いは、懸架装置部に荷重センサを設置して検出する構成が考えられる。また、乗員移動速度検出手段５０は衝突時の乗員の移動速度を検出する。例えば、車室内に設置される（図２の第２センサ群３６）ＣＣＤカメラ（乗員位置検出センサ５０）により乗員の挙動を映した画像を処理することにより乗員の移動速度を検出する手法などが考えられる。なお、ＣＣＤカメラの他にも赤外線カメラや、超音波或いは電磁波を利用したセンサなどを用いることもできる。

また、圧力センサ５１は、例えば車両の各構造部材のそれぞれに設置されて衝突時の該構造部材間の接触を検知するもので、衝突時のロードパス（荷重の伝達経路）を判断することに用いられる。また、角加速度検出手段５２（車両挙動検出センサ４９）は自車両の車体角加速度を検出する。具体的に、角加速度検出手段５２（車両挙動検出センサ４９）としては、操舵角センサ、ピッチセンサまたはヨーレートセンサを想定しており、それぞれステアリングの操舵角、車両のピッチング角速度または車両のヨー角速度を検知して、自車両の車体角加速度を求める。

次に、コントロールユニット（ＥＣＵ）４０の具体的な構成について説明する。コントロールユニット（ＥＣＵ）４０は、具体的にはＣＰＵ、ＭＰＵ（マイクロプロセッサ）またはＤＳＰ（ディジタル信号処理プロセッサ）等のプロセッサおよびＲＡＭ，ＲＯＭ等のメモリ（記憶手段５７）によって実現される。

コントロールユニット（ＥＣＵ）４０は、衝突時の衝突部位、衝突方向および衝突規模に応じて衝突形態を判断する衝突形態判断手段５５と、衝突形態判断手段５５により判断された衝突形態に応じて予め設定された複数の荷重−潰れ量特性の中から１つを選択し、該衝突による最終的な車体潰れ量を推定する車体潰れ量推定手段５６と、衝突以降の自車両の車速の累積に基づき現時点の車体潰れ量を演算する車体潰れ量演算手段５９と、乗員の重量、並びに該乗員の衝突時の移動速度に基づき、衝突時に乗員が持つ運動エネルギを演算するエネルギ演算手段６１と、衝突時の乗員が持つ運動エネルギ、最終的な車体潰れ量、現時点の車体潰れ量、並びに、乗員と車室内インテリアとの距離に基づき乗員拘束力を演算する拘束力演算手段６０と、拘束力演算手段６０により演算された乗員拘束力に応じて、各種乗員拘束手段の作動を制御する制御手段６２と、補正手段６５とを備えるが、これら各手段はメモリ（記憶手段５７）に記憶されてプロセッサ上で実行されるプログラムである。

また、コントロールユニット（ＥＣＵ）４０は、シートベルト作動制御部７１、エアベルト作動制御部７２、エアバッグ作動制御部７３、アクティブシートクッション作動制御部７５およびニーボルスター・膝下エアバッグ作動制御部７６を備え、制御手段６２からの各種乗員拘束手段の作動制御指令に基づき、それぞれシートベルトモジュール１０、エアベルト１８、エアバッグモジュール２０、ニーボルスター・膝下エアバッグ２９およびアクティブシートクッション３０に対して制御信号を出力して作動制御を行う。

なお、上述した各種センサ群において、各種センサ群による検知信号を基に所望の物理量を求める処理、例えば、前方監視レーダ（障害物検出センサ４８）により当該車両と衝突対象物との相対速度を検出し、該相対速度と当該車両および衝突対象物の大きさとから衝突エネルギを算出する処理や、ＣＣＤカメラ（乗員位置検出センサ５０）により乗員の挙動を画像処理して乗員の移動速度を求める処理などは、特に構成手段として明示していないが、コントロールユニット（ＥＣＵ）４０内のプログラムにより実行されることになる。

次に、本実施例の車両用乗員保護装置による乗員保護の処理手順を説明する。図４は本実施例の車両用乗員保護装置のコントロールユニット（ＥＣＵ）４０における衝突時の乗員保護の処理手順を説明するフローチャートである。

まず、衝突以前の通常時に乗員重量検出手段（ウエイトセンサ）４７により、乗員重量を取得しておく（ステップＳ１０１）。

次に、衝突を検知すると（ステップＳ１０２）、衝突部位検出手段（衝突部位検出センサ）４１からの検出信号に基づき衝突の部位を検出する（ステップＳ１０３）。なお、衝突の検知は、衝突部位検出手段（衝突部位検出センサ）４１によっても良いし、或いは、衝突規模検出手段（衝突規模検出センサ）４３を前方監視レーダ（障害物検出センサ４８）とする場合には、前方監視レーダの検出結果から衝突を予測するようにしても良い。

次に、衝突部位検出手段（衝突部位検出センサ）４１、衝突方向検出手段（衝突方向検出センサ）４２および衝突規模検出手段（衝突規模検出センサ）４３の検出結果に基づき、衝突形態判断手段５５により衝突形態を判断し、記憶手段５７に予め記憶されている荷重−潰れ量特性の中から該衝突形態に応じた荷重−潰れ量特性を選択する（ステップＳ１０４）。

ここで、荷重−潰れ量特性は、縦軸を荷重とし、横軸を車体潰れ量（ストローク）とした特性であり、図５には（ａ）１本の構造部材で衝突エネルギを吸収する場合と、（ｂ）２本の構造部材で衝突エネルギを吸収する場合とを例示している。例えば、車両の左右サイドメンバーの先端の荷重センサで、衝突判断時に、左右サイドメンバーに荷重がかかっている場合にはフルラップ衝突と判断して図５（ｂ）の荷重−潰れ量特性を、また、何れか一方のサイドメンバーに荷重がかかっている場合にはオフセット衝突と判断して図５（ａ）の荷重−潰れ量特性を、それぞれ選択する。

すなわち、特性曲線の面積（図中の斜線部）は衝突エネルギであり、衝突形態に応じて荷重−潰れ量特性を選択することにより、その衝突による最終的な車体潰れ量（ストローク）Ｓendを予想することができる。なお、荷重−潰れ量特性は、車種毎に予め行われるシミュレーション実験等によって数値化されて、例えばテーブル形式で記憶手段５７に記憶されている。

また、衝突形態を判断する手法としては他にも幾つかの手法が考えられる。例えば、衝突規模検出手段（衝突規模検出センサ）４３としてフロントサイトメンバー前端に取り付けられたＧセンサ４５を用いる場合には、該Ｇセンサ４５が検出する減速度が閾値Ｇ１を超えたときに閾値Ｇ１を超えた側が衝突しているとみなし、また、両側のＧセンサ４５が検出する減速度が閾値Ｇ１を超えるときには、両側のＧセンサ４５で閾値Ｇ１を超えるタイミングの時間差が閾値Ｔ１以下である場合にフルラップ衝突と判断し、そうでない場合には片側のオフセット衝突と判断する。

また、車両前部の構造部材（バンパーレインフォース）の前端に複数の圧電センサを並べて設置する場合には、各部の圧電センサのオン／オフにより衝突対象物がどこまで自車両とラップして衝突しているかを判断するようにし、例えば車両全幅に対するラップ率を求めて衝突形態を判断する。

また、前方監視レーダ（障害物検出センサ４８）を用いる場合には、自車両と衝突対象物との相対速度を検出し、該相対速度と自車両および衝突対象物の大きさとから衝突エネルギを算出して衝突形態を判断する。さらに、自車両の周辺を撮像して撮像画像を処理する撮像画像処理手段を用いる場合には、画像処理結果から衝突形態を判断する。なお、前方監視レーダおよびまたは撮像画像処理手段を用いる場合には、衝突直前に衝突部位、衝突角度および衝突規模（衝突エネルギ）を推定して衝突形態を予想することも可能である。

次に、衝突形態判断手段５５により選択された荷重−潰れ量特性に基づいて、車体潰れ量推定手段５６により最終的な車体潰れ量（ストローク）Ｓendを推定する（ステップＳ１０５）。

次に、車速検出手段（車速センサ）４４から自車両の車速を取得し（ステップＳ１０６）、乗員移動速度検出手段５０から衝突時の乗員の移動速度を取得し（ステップＳ１０７）、車体潰れ量演算手段５９により衝突以降の自車両の車速の累積に基づき現時点の車体潰れ量を演算する（ステップＳ１０８）。ここで、現時点の車体潰れ量Ｓｖ（ｔ）は、車速をＶ（ｔ）とするとき、次式で算出される。

（数１）
Ｓｖ（ｔ）＝∫Ｖ（ｔ） （１）
次に、エネルギ演算手段６１により、乗員の重量、並びに該乗員の衝突時の移動速度に基づき、衝突時に乗員が持つ運動エネルギを演算し、拘束力演算手段６０により、衝突時の乗員が持つ運動エネルギ、最終的な車体潰れ量、現時点の車体潰れ量、並びに、乗員と車室内インテリアとの距離に基づき乗員拘束力を演算する（ステップＳ１０９）。

ここで、衝突時に乗員が持つ運動エネルギＥｐ（ｔ）は、乗員の重量をｍ、乗員の衝突時の移動速度をＶｐ（ｔ）とするとき、次式で算出される。

（数２）
Ｅｐ（ｔ）＝（１／２）×ｍ×Ｖｐ（ｔ）^２ （２）
なお、乗員移動速度検出手段５０によって検出する乗員の衝突時の移動速度Ｖｐ（ｔ）の代わりとして、ベルト引き出し量検知装置によって検出されるシートベルトの引き出し量を用いることもできる。

また、乗員拘束力Ｆ（ｔ）は、最終的な車体潰れ量をＳend、現時点の車体潰れ量をＳｖ（ｔ）、乗員と車室内インテリアとの距離をＤ（ｔ）とするとき、次式で算出される。

（数３）
Ｆ（ｔ）＝Ｅｐ（ｔ）／｛（Ｓend−Ｓｖ（ｔ））＋Ｄ（ｔ）｝ （３）
次に、拘束力演算手段６０により演算された乗員拘束力Ｆ（ｔ）に応じて、制御手段６２により各種乗員拘束手段の作動を制御する（ステップＳ１１０）。

シートベルト作動制御部７１を介してシートベルトモジュール１０を作動制御する場合には、乗員拘束力Ｆ（ｔ）に応じてシートベルト張力調整機構１１のリトラクタの巻き取り力を制御して、シートベルト引き出し時の張力を調整する。

また、エアバッグ作動制御部７３を介してエアバッグモジュール２０を作動制御する場合には、乗員拘束力Ｆ（ｔ）に応じて、インフレータ出力可変手段２５によりインフレータ出力を変えてエアバッグ２２の圧力を調整すると共に、ベントホール径可変手段２３によりエアバッグ２２のベントホール径を変えてエアバッグ２２の圧力を調整する。

また、エアベルト作動制御部７２を介してエアベルト１８を作動制御する場合には、乗員拘束力Ｆ（ｔ）に応じて、インフレータ出力可変手段によりインフレータ出力を変えてエアベルト１８の圧力を調整すると共に、ベントホール径可変手段によりエアベルト１８のベントホール径を変えてエアベルト１８の圧力を調整する。

また、アクティブシートクッション作動制御部７５を介してアクティブシートクッション３０を作動制御する場合には、シート後退装置３１を乗員拘束力Ｆ（ｔ）が所定の閾値を超えたときに作動させ、また、シート前方座面上昇装置３２を乗員拘束力Ｆ（ｔ）が所定の閾値を超えたときに作動させる。

さらに、ニーボルスター・膝下エアバッグ作動制御部７６を介してニーボルスター・膝下エアバッグ２９を作動制御する場合には、乗員拘束力Ｆ（ｔ）に応じて、シートベルトモジュール１０と同期してニーボルスターを作動させ、また、乗員拘束力Ｆ（ｔ）に応じて、インフレータ出力可変手段によりインフレータ出力を変えて膝下エアバッグの圧力を調整すると共に、ベントホール径可変手段により膝下エアバッグのベントホール径を変えて膝下エアバッグの圧力を調整する。

以上のステップＳ１０６からステップＳ１１０までの処理を、終了判断（ステップＳ１１１）で終了と判断される（例えば、車速がゼロとなる）まで繰り返し行う。

以上の説明では、荷重−潰れ量特性として、図５（ａ）１本の構造部材で衝突エネルギを吸収する場合と、図５（ｂ）２本の構造部材で衝突エネルギを吸収する場合とを例示し、衝突形態に応じて何れかを選択するとした。しかしながら、該荷重−潰れ量特性における荷重は一様ではなく、衝突における荷重の伝達経路（ロードパス）によって変化する。

そこで、車両の各構造部材、例えばエンジンコンパートメント部の骨格部材、フロントサイトメンバー、ダッシュボックス等々に設置されている圧力センサ５１からの検出信号に基づいて、補正手段６５により、衝突における荷重の伝達経路を判断し、該荷重の伝達経路に基づき予め記憶手段５７内に記憶された（、或いは、車体潰れ量推定手段５６で選択した）荷重−潰れ量特性を補正することとすれば、車体潰れ量推定手段５６による最終的な車体潰れ量（ストローク）Ｓendの推定精度をより向上させることができ、衝突形態に応じたより最適な乗員拘束による乗員保護が可能となる。なお、補正手段６５による補正量は、例えば、車種毎に予め様々な荷重の伝達経路を想定したシミュレーション実験等によって荷重の伝達経路毎に求められたものを用いる。

また、衝突時に衝突対象物に対して自車両の車体に角度がある場合には、衝突エネルギがそのまま自車両の車速Ｖ（ｔ）、乗員の衝突時の移動速度Ｖｐ（ｔ）および最終的な車体潰れ量Ｓendに反映されなくなり、乗員拘束力Ｆ（ｔ）の精度を高めるためには、これら物理量について自車両の車体角加速度に基づいた補正が必要となる。

そこで、各種センサとして、自車両の車体角加速度を検出する角加速度検出手段５２（車両挙動検出センサ４９）をさらに備え、補正手段６５により、自車両の車体角加速度に基づき、自車両の車速、予め記憶手段５７内に記憶された複数の荷重−潰れ量特性、およびまたは乗員の衝突時の移動速度を補正するようにしている。

つまり、角加速度検出手段５２（車両挙動検出センサ４９）として操舵角センサを用いる場合には、ステアリングの操舵角を検知して自車両の車体角加速度を求め、補正手段６５により、車速、荷重−潰れ量特性およびまたは乗員の衝突時の移動速度を補正する。またピッチセンサを用いる場合には、車両のピッチング角速度を検知して自車両の車体角加速度を求め、補正手段６５によりこれらを補正する。また、ヨーレートセンサを用いる場合には、車両のヨー角速度を検知して自車両の車体角加速度を求め、補正手段６５によりこれらを補正する。

なお、補正手段６５による補正は、車種毎に予め行われるシミュレーション実験等によって、車体角加速度と車速、荷重−潰れ量特性および乗員の衝突時の移動速度との関係テーブルを求めておき、該関係テーブルを参照して補正する。或いは、車体角加速度の大きさにほぼ比例してこれら物理量が減少するなど、一定の相関を持つ場合には、予め行われるシミュレーション実験等によって、車体角加速度と車速、荷重−潰れ量特性および乗員の衝突時の移動速度との相関係数を求めておき、該相関係数と車体角加速度を掛け合わせて補正するようにしても良い。

以上説明したように、本実施例の車両用乗員保護装置では、各種センサとして、自車両の車速を検出する車速検出手段４４と、衝突の部位を検出する衝突部位検出手段４１と、衝突の方向を検出する衝突方向検出手段４２と、衝突の規模を検出する衝突規模検出手段４３と、乗員の重量を検出する乗員重量検出手段４７と、衝突時の乗員の移動速度を検出する乗員移動速度検出手段５０と、を備え、衝突形態判断手段５５により衝突時の衝突部位、衝突方向および衝突規模に応じて衝突形態を判断し、車体潰れ量推定手段５６により、衝突形態判断手段５５によって判断された衝突形態に応じて、予め記憶手段５７内に記憶された複数の荷重−潰れ量特性の中から１つを選択して衝突による最終的な車体潰れ量を推定し、車体潰れ量演算手段５９により衝突以降の自車両の車速の累積に基づき現時点の車体潰れ量を演算し、エネルギ演算手段により、乗員の重量並びに該乗員の衝突時の移動速度に基づき、衝突時に乗員が持つ運動エネルギを演算し、拘束力演算手段６０により、衝突時の乗員が持つ運動エネルギ、最終的な車体潰れ量、現時点の車体潰れ量、並びに、乗員と車室内インテリアとの距離に基づき乗員拘束力を演算し、制御手段６２により、拘束力演算手段６０によって演算された乗員拘束力に応じて、各種乗員拘束手段の作動を制御する。

このように、衝突時の衝突部位、衝突方向および衝突規模に応じた衝突形態に基づいて的確に乗員拘束力を演算し、該乗員拘束力に基づき各種乗員拘束手段の作動を制御するので、従来のように、衝突方向、衝突部位、オフセット率、衝突速度または乗員体格などの衝突条件によっては乗員拘束手段の作動制御の判断が遅れるといったおそれも無く、最適な乗員拘束による乗員保護が可能である。また、最低限の乗員拘束手段による拘束力で効果的に乗員を保護することができる。

また、本実施例の車両用乗員保護装置では、各種センサとして、衝突対象物の形状と大きさを認識する衝突対象物認識手段と、衝突対象物と自車両との相対速度を検出する相対速度検出手段と、を（例えば、前方監視レーダ（障害物検出センサ４８）または撮像画像処理手段などを）さらに備え、衝突規模検出手段４３により、衝突対象物の形状と大きさ並びに自車両との相対速度に基づき、衝突時に自車両が吸収するエネルギを予測して衝突規模を判断する。

これにより、衝突直前からの的確な乗員拘束力の演算が可能となり、乗員拘束手段の作動制御の判断が遅れること無く、最適な乗員拘束による乗員保護が可能である。

また、本実施例の車両用乗員保護装置では、各種センサとして、自車両の各構成部品に設置された圧力センサ５１をさらに備え、補正手段６５により、各圧力センサ５１からの検出信号に基づき衝突における荷重の伝達経路を判断し、該荷重の伝達経路に基づき予め記憶手段５７内に記憶された複数の荷重−潰れ量特性を補正する。

これにより、車体潰れ量推定手段５６による最終的な車体潰れ量の推定精度をより向上させることができ、衝突形態に応じたより最適な乗員拘束による乗員保護が可能となる。

また、本実施例の車両用乗員保護装置では、各種センサとして、自車両の車体角加速度を検出する角加速度検出手段５２（車両挙動検出センサ４９）をさらに備え、補正手段６５により、自車両の車体角加速度に基づき、自車両の車速、予め記憶手段５７内に記憶された複数の荷重−潰れ量特性、または乗員の衝突時の移動速度を補正する。

これにより、車体潰れ量推定手段５６による最終的な車体潰れ量の推定精度をより向上させることができ、また、乗員拘束力Ｆ（ｔ）の演算精度をより向上させることができ、衝突形態に応じたより最適な乗員拘束による乗員保護が可能となる。

〔実施例２〕
次に、図６は本発明の実施例２に係る車両用乗員保護装置の構成図である。なお、実施例１と同様に、具体的な概略構成を図２に例示し、より具体的な各種センサ群の構成と各種乗員拘束手段および該乗員拘束手段における制御機構の構成を図３に例示しており、実施例１で説明した各種乗員拘束手段と各種センサ群については詳細な説明を省略する。

図６を参照して、コントロールユニット（ＥＣＵ）４０の具体的な構成について説明する。コントロールユニット（ＥＣＵ）４０は、衝突時の衝突部位、衝突方向および衝突規模に応じて衝突形態を判断する衝突形態判断手段５５と、衝突形態判断手段５５により判断された衝突形態に応じて予め設定された複数の荷重−潰れ量特性の中から１つを選択し、該衝突による最終的な車体潰れ量を推定する車体潰れ量推定手段５６と、衝突以降の自車両の車速の累積に基づき現時点の車体潰れ量を演算する車体潰れ量演算手段５９と、乗員の重量、並びに該乗員の衝突時の移動速度に基づき、衝突時に乗員が持つ運動エネルギを演算するエネルギ演算手段６１と、衝突時の乗員が持つ運動エネルギ、最終的な車体潰れ量、現時点の車体潰れ量、並びに、乗員と車室内インテリアとの距離に基づき乗員拘束力を演算する拘束力演算手段６０と、自車両の車速および自車両の減速度に基づき、現時点の車体潰れ量と最終的な車体潰れ量の差である車体の残りストロークを演算する残りストローク演算手段６３と、衝突時の乗員が持つ運動エネルギ、車体の残りストローク、並びに、乗員と車室内インテリアとの距離に基づき乗員拘束力を演算する第２の拘束力演算手段６４と、衝突後自車両の減速度が所定値に達するまでは、拘束力演算手段６０により演算された乗員拘束力に応じて各種乗員拘束手段の作動を制御し、衝突後自車両の減速度が該所定値に達した後は、第２の拘束力演算手段６４により演算された乗員拘束力に応じて各種乗員拘束手段の作動を制御する制御手段６２と、補正手段６５とを備えるが、これら各手段はメモリ（記憶手段５７）に記憶されてプロセッサ上で実行されるプログラムである。

また、コントロールユニット（ＥＣＵ）４０は、シートベルト作動制御部７１、エアベルト作動制御部７２、エアバッグ作動制御部７３、アクティブシートクッション作動制御部７５およびニーボルスター・膝下エアバッグ作動制御部７６を備え、制御手段６２からの各種乗員拘束手段の作動制御指令に基づき、それぞれシートベルトモジュール１０、エアベルト１８、エアバッグモジュール２０、ニーボルスター・膝下エアバッグ２９およびアクティブシートクッション３０に対して制御信号を出力して作動制御を行う。

次に、本実施例の車両用乗員保護装置による乗員保護の処理手順を説明する。図７は本実施例の車両用乗員保護装置のコントロールユニット（ＥＣＵ）４０における衝突時の乗員保護の処理手順を説明するフローチャートである。

まず、衝突以前の通常時に乗員重量検出手段（ウエイトセンサ）４７により、乗員重量を取得しておく（ステップＳ２０１）。次に、衝突を検知すると（ステップＳ２０２）、衝突部位検出手段（衝突部位検出センサ）４１からの検出信号に基づき衝突の部位を検出する（ステップＳ２０３）。なお、衝突の検知は、衝突部位検出手段（衝突部位検出センサ）４１によっても良いし、或いは、衝突規模検出手段（衝突規模検出センサ）４３を前方監視レーダ（障害物検出センサ４８）とする場合には、前方監視レーダの検出結果から衝突を予測するようにしても良い。

次に、衝突部位検出手段（衝突部位検出センサ）４１、衝突方向検出手段（衝突方向検出センサ）４２および衝突規模検出手段（衝突規模検出センサ）４３の検出結果に基づき、衝突形態判断手段５５により衝突形態を判断し、記憶手段５７に予め記憶されている荷重−潰れ量特性の中から該衝突形態に応じた荷重−潰れ量特性を選択する（ステップＳ２０４）。次に、衝突形態判断手段５５により選択された荷重−潰れ量特性に基づいて、車体潰れ量推定手段５６により最終的な車体潰れ量（ストローク）Ｓendを推定する（ステップＳ２０５）。

次に、車速検出手段（車速センサ）４４から自車両の車速を取得し（ステップＳ２０６）、乗員移動速度検出手段５０から衝突時の乗員の移動速度を取得し（ステップＳ２０７）、Ｇセンサ４５から自車両の減速度Ｇ（ｔ）を取得する（ステップＳ２０８）。

次に、自車両の減速度Ｇ（ｔ）の値に基づき、減速度Ｇ（ｔ）が閾値未満であればステップＳ２１０に進み、減速度Ｇ（ｔ）が閾値以上であればステップＳ２１２に進む（ステップＳ２０９）。つまり、衝突初期の自車両の減速度Ｇ（ｔ）が閾値に立ち上がるまでは、実施例１と同様に拘束力演算手段６０によって乗員拘束力Ｆ（ｔ）を演算し、自車両の減速度Ｇ（ｔ）が閾値まで立ち上がった後は、以下に述べる第２の拘束力演算手段６４によって乗員拘束力Ｆ（ｔ）を演算する。

まず、減速度Ｇ（ｔ）が閾値未満の場合、実施例１と同様に、車体潰れ量演算手段５９により衝突以降の自車両の車速の累積に基づき現時点の車体潰れ量を演算する（ステップＳ２１０）。ここで、現時点の車体潰れ量Ｓｖ（ｔ）は、車速をＶ（ｔ）とするとき、実施例１と同様に（１）式で算出される。

次に、エネルギ演算手段６１により、乗員の重量、並びに該乗員の衝突時の移動速度に基づき、衝突時に乗員が持つ運動エネルギを演算し、拘束力演算手段６０により、衝突時の乗員が持つ運動エネルギ、最終的な車体潰れ量、現時点の車体潰れ量、並びに、乗員と車室内インテリアとの距離に基づき乗員拘束力を演算する（ステップＳ２１１）。

ここで、衝突時に乗員が持つ運動エネルギＥｐ（ｔ）は、乗員の重量をｍ、乗員の衝突時の移動速度をＶｐ（ｔ）とするとき、実施例１と同様に（２）式で算出される。なお、乗員移動速度検出手段５０によって検出する乗員の衝突時の移動速度Ｖｐ（ｔ）の代わりとして、ベルト引き出し量検知装置によって検出されるシートベルトの引き出し量を用いることもできる。また、乗員拘束力Ｆ（ｔ）は、最終的な車体潰れ量をＳend、現時点の車体潰れ量をＳｖ（ｔ）、乗員と車室内インテリアとの距離をＤ（ｔ）とするとき、実施例１と同様に（３）式で算出される。

また、減速度Ｇ（ｔ）が閾値以上の場合には、残りストローク演算手段６３により、自車両の車速および自車両の減速度に基づき、現時点の車体潰れ量Ｓｖ（ｔ）と最終的な車体潰れ量Ｓendの差である車体の残りストロークＳres（ｔ）を演算する（ステップＳ２１２）。

ここで、車体の残りストロークＳres（ｔ）は、車速Ｖ（ｔ）および減速度Ｇ（ｔ）により、次式で算出される。

（数４）
Ｓres（ｔ）＝Ｖ（ｔ）^２／２×Ｇ（ｔ） （４）
なお、車両の重量をＭとするとき、車両の持つ運動エネルギ「（１／２）×Ｍ×Ｖ（ｔ）^２」が、荷重−潰れ量特性（図５参照）における特性曲線の面積「Ｍ×Ｇ（ｔ）×Ｓres（ｔ）」と等価であることから導かれる。

次に、第２の拘束力演算手段６４により、衝突時の乗員が持つ運動エネルギＥｐ（ｔ）、車体の残りストロークＳres（ｔ）、並びに、乗員と車室内インテリアとの距離Ｄ（ｔ）に基づき乗員拘束力Ｆ（ｔ）を演算する（ステップＳ２１３）。

ここで、乗員拘束力Ｆ（ｔ）は次式で算出される。

（数５）
Ｆ（ｔ）＝Ｅｐ（ｔ）／（（Ｓres（ｔ）＋Ｄ（ｔ）） （５）
次に、拘束力演算手段６０または第２の拘束力演算手段６４により演算された乗員拘束力Ｆ（ｔ）に応じて、制御手段６２により各種乗員拘束手段の作動を制御する（ステップＳ２１４）。各種作動制御部７１を介した各種乗員拘束手段の作動制御については実施例１と同様である。

以上のステップＳ２０６からステップＳ２１４までの処理を、終了判断（ステップＳ２１５）で終了と判断される（例えば、車速がゼロとなる）まで繰り返し行う。

また本実施例においても、実施例１と同様に、圧力センサ５１からの検出信号に基づいて、補正手段６５により、衝突における荷重の伝達経路を判断し、該荷重の伝達経路に基づき予め記憶手段５７内に記憶された（、或いは、車体潰れ量推定手段５６で選択した）荷重−潰れ量特性を補正することとすれば、車体潰れ量推定手段５６による最終的な車体潰れ量（ストローク）Ｓendの推定精度をより向上させることができる。

また、角加速度検出手段５２（車両挙動検出センサ４９）で検出した自車両の車体角加速度に基づいて、補正手段６５により、自車両の車速、予め記憶手段５７内に記憶された複数の荷重−潰れ量特性、およびまたは乗員の衝突時の移動速度を補正することとすれば、車体潰れ量推定手段５６による最終的な車体潰れ量の推定精度をより向上させることができ、また、乗員拘束力Ｆ（ｔ）の演算精度をより向上させることができ、衝突形態に応じたより最適な乗員拘束による乗員保護が可能となる。

さらに、本実施例では、角加速度検出手段５２（車両挙動検出センサ４９）で検出した自車両の車体角加速度に基づいて、補正手段６５により、車体の残りストロークＳres（ｔ）を補正するようにしている。これにより、乗員拘束力Ｆ（ｔ）の演算精度をより向上させることができ、衝突形態に応じたより最適な乗員拘束による乗員保護が可能となる。なお、補正手段６５による補正は、車種毎に予め行われるシミュレーション実験等によって、車体角加速度と車体の残りストロークとの関係テーブルを求めておくか、或いは係数を求めておき、これにより補正する。

以上説明したように、本実施例の車両用乗員保護装置では、各種センサとして、自車両の車速を検出する車速検出手段４４と、衝突の部位を検出する衝突部位検出手段４１と、衝突の方向を検出する衝突方向検出手段４２と、衝突の規模を検出する衝突規模検出手段４３と、乗員の重量を検出する乗員重量検出手段４７と、衝突時の乗員の移動速度を検出する乗員移動速度検出手段５０と、を備え、衝突形態判断手段５５により衝突時の衝突部位、衝突方向および衝突規模に応じて衝突形態を判断し、車体潰れ量推定手段５６により、衝突形態判断手段５５によって判断された衝突形態に応じて、予め記憶手段５７内に記憶複数の荷重−潰れ量特性の中から１つを選択して衝突による最終的な車体潰れ量を推定し、車体潰れ量演算手段５９により衝突以降の自車両の車速の累積に基づき現時点の車体潰れ量を演算し、エネルギ演算手段により、乗員の重量、並びに該乗員の衝突時の移動速度に基づき、衝突時に乗員が持つ運動エネルギを演算し、拘束力演算手段６０により、衝突時の乗員が持つ運動エネルギ、最終的な車体潰れ量、現時点の車体潰れ量、並びに、乗員と車室内インテリアとの距離に基づき乗員拘束力を演算し、残りストローク演算手段６３により、車両の車速および自車両の減速度に基づき、現時点の車体潰れ量と最終的な車体潰れ量の差である車体の残りストロークを演算し、第２の拘束力演算手段６４により、衝突時の乗員が持つ運動エネルギ、車体の残りストローク、並びに、乗員と車室内インテリアとの距離に基づき乗員拘束力を演算し、制御手段６２により、衝突後自車両の減速度が所定値に達するまでは、拘束力演算手段６０により演算された乗員拘束力に応じて各種乗員拘束手段の作動を制御し、衝突後自車両の減速度が該所定値に達した後は、第２の拘束力演算手段６４により演算された乗員拘束力に応じて各種乗員拘束手段の作動を制御する。

このように、衝突時の衝突部位、衝突方向および衝突規模に応じた衝突形態に基づいて的確に乗員拘束力を演算し、該乗員拘束力に基づき各種乗員拘束手段の作動を制御するので、従来のように、衝突方向、衝突部位、オフセット率、衝突速度または乗員体格などの衝突条件によっては乗員拘束手段の作動制御の判断が遅れるといったおそれも無く、最適な乗員拘束による乗員保護が可能である。また、最低限の乗員拘束手段による拘束力で効果的に乗員を保護することができる。

以上説明した実施例１および実施例２では、車両の進行方向の前方にある車両等の衝突対象物との前面衝突を前提とした各種センサ群および各種乗員拘束手段の構成を例示したが、本発明はこれに限定されることなく、車両の側面方向にある衝突対象物との側面衝突や車両の後方にある衝突対象物との後面衝突（追突を含む）などにも適用可能である。

例えば、側面衝突にも適用する場合には、各種センサとして側面方向に対応可能な衝突部位検出手段、衝突方向検出手段および衝突規模検出手段を追加し、乗員拘束手段として側面エアバッグ等をするなどすればよい。また、後面衝突にも適用する場合には、各種センサとして後面方向に対応可能な衝突部位検出手段、衝突方向検出手段および衝突規模検出手段を追加すればよい。

本発明の実施例１に係る車両用乗員保護装置の構成図である。 実施例の車両用乗員保護装置の具体的な概略構成を例示する概略構成図である。 より具体的な各種センサ群の構成と各種乗員拘束手段および該乗員拘束手段における制御機構の構成図である。 実施例１の車両用乗員保護装置のコントロールユニットにおける衝突時の乗員保護の処理手順を説明するフローチャートである。 荷重−潰れ量特性として（ａ）１本の構造部材で衝突エネルギを吸収する場合と、（ｂ）２本の構造部材で衝突エネルギを吸収する場合とを例示する説明図である。 本発明の実施例２に係る車両用乗員保護装置の構成図である。 実施例２の車両用乗員保護装置のコントロールユニットにおける衝突時の乗員保護の処理手順を説明するフローチャートである。

符号の説明

１０ シートベルトモジュール
１１ シートベルト張力調整機構
１２ シートベルト
１３ シートベルト巻き取り装置
１４ ロードリミッタ
１５ ショルダーベルトプリテンショナ
１６ ラップベルトプリテンショナ
１８ エアベルト
２０ エアバッグモジュール
２１ エアバッグ特性制御装置
２２ エアバッグ
２３ ベントホール径可変手段
２４ バッグ容量可変手段
２５ インフレータ出力可変手段
２９ ニーボルスター・膝下エアバッグ
３０ アクティブシートクッション
３１ シート後退装置
３２ シート前方座面上昇装置
３５，３６，３７ センサ群
４０ コントロールユニット（ＥＣＵ）
４１ 衝突部位検出手段（衝突部位検出センサ）
４２ 衝突方向検出手段（衝突方向検出センサ）
４３ 衝突規模検出手段（衝突規模検出センサ）
４４ 車速検出手段（車速センサ）
４５ Ｇセンサ
４６ シートポジションセンサ
４７ 乗員重量検出手段（ウエイトセンサ）
４８ 障害物検出センサ
４９ 車両挙動検出センサ
５０ 乗員位置検出センサ
５１ 圧力センサ
５２ 角加速度検出手段
５５ 衝突形態判断手段
５６ 車体潰れ量推定手段
５７ 記憶手段（メモリ）
５９ 車体潰れ量演算手段
６０ 拘束力演算手段
６１ エネルギ演算手段
６２ 制御手段
６３ 残りストローク演算手段
６４ 第２の拘束力演算手段
６５ 補正手段
７１ シートベルト作動制御部
７２ エアベルト作動制御部
７３ エアバッグ作動制御部
７５ アクティブシートクッション作動制御部
７６ ニーボルスター・膝下エアバッグ作動制御部

Claims (6)

1. 自車両の車速を検出する車速検出手段と、
   衝突が発生した自車両の部位を検出する衝突部位検出手段と、
   自車両の前後方向に対する衝突の方向を検出する衝突方向検出手段と、
   衝突の規模を検出する衝突規模検出手段と、
   乗員の重量を検出する乗員重量検出手段と、
   衝突時の乗員の移動速度を検出する乗員移動速度検出手段と、
   衝突時の衝突部位、衝突方向および衝突規模に応じて衝突形態を判断する衝突形態判断手段と、
   前記衝突形態判断手段により判断された衝突形態に応じて予め設定された複数の荷重−潰れ量特性の中から１つを選択し、該衝突による最終的な車体潰れ量を推定する車体潰れ量推定手段と、
   衝突以降の自車両の車速の累積に基づき現時点の車体潰れ量を演算する車体潰れ量演算手段と、
   乗員の重量、並びに該乗員の衝突時の移動速度に基づき、衝突時に乗員が持つ運動エネルギを演算するエネルギ演算手段と、
   前記衝突時の乗員が持つ運動エネルギ、最終的な車体潰れ量、現時点の車体潰れ量、並びに、乗員と車室内インテリアとの距離に基づき乗員拘束力を演算する拘束力演算手段と、
   拘束力演算手段により演算された乗員拘束力に応じて、各種乗員拘束手段の作動を制御する制御手段と、
   を有することを特徴とする車両用乗員保護装置。
2. 自車両の減速度を検出するＧセンサと、
   前記自車両の車速および前記自車両の減速度に基づき、現時点の車体潰れ量と最終的な車体潰れ量の差である車体の残りストロークを演算する残りストローク演算手段と、
   前記衝突時の乗員が持つ運動エネルギ、前記車体の残りストローク、並びに、乗員と車室内インテリアとの距離に基づき乗員拘束力を演算する第２の拘束力演算手段と、を有し、
   前記制御手段は、衝突後自車両の減速度が所定値に達するまでは、前記拘束力演算手段により演算された乗員拘束力に応じて各種乗員拘束手段の作動を制御し、衝突後自車両の減速度が該所定値に達した後は、前記第２の拘束力演算手段により演算された乗員拘束力に応じて各種乗員拘束手段の作動を制御することを特徴とする請求項１に記載の車両用乗員保護装置。
3. 衝突対象物の形状と大きさを認識する衝突対象物認識手段と、
   前記衝突対象物と自車両との相対速度を検出する相対速度検出手段と、を有し、
   前記衝突規模検出手段は、衝突対象物の形状と大きさ並びに自車両との相対速度に基づき、衝突時に自車両が吸収するエネルギを予測して衝突規模を判断することを特徴とする請求項１または請求項２の何れか１項に記載の車両用乗員保護装置。
4. 自車両の少なくとも骨格部品を含む各構成部品に設置された圧力センサを有し、
   各圧力センサからの検出信号に基づき荷重の伝達経路を判断し、該荷重の伝達経路に基づき予め設定された複数の荷重−潰れ量特性を補正することを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の車両用乗員保護装置。
5. 自車両の車体角加速度を検出する角加速度検出手段を有し、
   前記自車両の車体角加速度に基づき、前記自車両の車速、予め設定された複数の荷重−潰れ量特性、または乗員の衝突時の移動速度を補正することを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか１項に記載の車両用乗員保護装置。
6. 前記各種乗員拘束手段は、シートベルト、エアバッグ、ニーボルスターまたはアクティブシートクッションの少なくとも１つを有することを特徴とする請求項１〜請求項５の何れか１項に記載の車両用乗員保護装置。

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