JP2002154398A - 乗員保護装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 衝突状況に応じた乗員減速度の好適な低減を
実現する。 【解決手段】 シート４を後退駆動させるためのアクチ
ュエータ１１と、メインフレーム１の圧縮変形量を検出
する変形量検出センサ１８と、衝突センサ２１ａと、各
センサの検出信号に応じてアクチュエータを作動させる
制御を行うＥＣＵ２１とを設けると共に、アクチュエー
タのピストン１３の移動量を変えるための可動ロッド１
５をアクチュエータに設け、変形量に応じて移動量を変
えるように可動ロッド１５を変位させる。 【効果】 衝突状況に応じてシートの後退方向移動量を
加減でき、正面衝突やオフセット衝突など様々な衝突状
況に応じた好適な減速度波形を生じさせて、衝突時にお
ける乗員減速度の好適な低減を実現し得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、乗員保護装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車の衝突時の乗員保護効果を
高めるために、車体の居住空間以外の部分の衝突時の変
形モードを適切に設定して車体の居住空間部分の減速度
を低減すると共に、居住空間にまで変形が及ばないよう
にした車体構造が種々提案されている（特開平７−１０
１３５４号公報など参照）。

【０００３】一方、衝突時における乗員の傷害の程度に
影響するものとしては、一般に、乗員の加（減）速度の
最大値である。したがって、衝突時の傷害を低減するた
めには、乗員の減速度（前方衝突時）を小さくすれば良
いが、乗員の減速度はシートベルト等の拘束装置から加
わる力によって生じる。ここで、シートベルトがばねと
して機能するため、慣性力で乗員が前方へ移動し、シー
トベルトの伸びが最大に達したところで乗員減速度がピ
ークに達することになるが、この乗員減速度のピーク値
は、慣性力による乗員の移動量が大きいほど高くなり、
一般に車体の平均減速度よりも高くなると言われてい
る。

【０００４】車体減速度と乗員減速度との関係を、ばね
（拘束装置）と質量（乗員の質量）とで構成する系に対
しての入出力とみなせば、ばねの伸びの最大値とその時
刻とが車体減速度の波形（時間変化）に支配されること
が分かる。したがって、衝突時における乗員減速度を小
さくするには、車体の平均減速度を小さくするだけでは
なく、ばね（シートベルト）のオーバシュートがなるべ
く小さくなるように車体減速度の波形を調整する必要が
ある。

【０００５】従来の車体構造において、衝突反力発生部
材（サイドビームなど）と各コンポーネントとの間で構
成されるクラッシャブルゾーンを車体前部に配置し、こ
の部分を変形させることで衝突エネルギの吸収を行い、
各部の寸法設定などにより反力特性を変えることで車体
減速度の波形を調整しているものがある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】乗員の傷害低減を行う
上で車体減速度の波形は重要な要素であるが、そのよう
な目的に合致した乗員減速度を小さく抑えられる車体減
速度の波形としては、図８の実線に示されるように、初
期に平均減速度よりも大きい減速度を一定時間（短時
間）発生し、続けて逆向きの減速度を一定時間（短時
間）発生した後に、平均的な減速度で減速するような波
形が考えられる。このような車体の減速度の波形では、
車体の減速に要する距離（ダイナミックストローク）が
同一の一定減速度（矩形波）の場合よりもより一層乗員
減速度が小さくなることが、本出願の発明者らが行った
シミュレーションで確認されている。

【０００７】ところで、従来の車体構造におけるクラッ
シャブルゾーンにあっては、衝突開始時には必ず強度の
低い部分から変形し、しかる後に強度の高い部分の変形
が起こるために、衝突反力すなわち車体減速度が初期に
は小さく後半に大きくなるような波形となるので、乗員
の減速度低減に対しては効果が十分であるとは言えなか
った。この問題を解決するために、従来は、サイドビー
ムの圧壊を利用して一定の反力を得る方法や、サイドビ
ームに隔壁を複数箇所に設けることで安定した反力を維
持する方法（特開平７−１０１３５４号）などが提案さ
れている。

【０００８】しかしながら、それらの方法では、車体の
減速度を一定減速度（矩形波）に近付けることはできて
も、図８で示したような、より効果的な減速度波形を得
ることは極めて困難であった。乗員の減速度を、上記従
来のものにおけるよりも小さくするためには、図８に示
したような車体減速度波形を発生させることが求められ
る。さらに、衝突形態としては正面衝突のみならず、オ
フセット衝突などもあり、そのような様々な衝突状況に
応じた好適な減速度波形を実現することが望まれる。

【０００９】本発明は、このような知見に基づいて案出
されたものであり、その目的は、衝突状況に応じた乗員
減速度の好適な低減を実現し得る自動車の乗員保護装置
を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】このような目的を果たす
ために、本発明においては、車体に対して変位可能に支
持されかつ着座した乗員（５）を拘束するシートベルト
（６）を備えたシート（４）と、衝突時に上記変位方向
に圧縮変形するように設けられた衝撃吸収部材（１）
と、衝突を検出する衝突センサ（２１ａ）と、前記衝撃
吸収部材（１）の圧縮変形量を検出する変形量検出手段
（１８）と、前記シート（４）を後退方向へ駆動するた
めのシート駆動手段（１１）と、前記シート（４）の後
退方向移動量を可変設定可能に規制する可変ストッパ
（１５）と、前記衝突センサ（２１ａ）により衝突を検
出した際に前記シート駆動手段（１１）により前記シー
ト（４）を前記後退方向へ駆動すると共に前記変形量検
出手段（１８）により検出された圧縮変形量に応じて前
記可変ストッパ（１５）による前記後退方向移動量を変
えるように制御する制御手段（２１・１７）とを有する
ものとした。

【００１１】これによれば、シートベルト一体シートを
衝突開始直後には後退させ、衝突中盤以降にはシート速
度と車体速度とを一致させることができ、そのようにす
ることにより乗員の減速度の増大を抑制しかつシートの
減速度を乗員の減速度と略一致させるように調節するこ
とができるため、早期に車体とシートおよび乗員との減
速度を互いに略等しくすることができる。さらに、衝突
センサと変位量検出手段とにより衝突状況（正面衝突や
オフセット衝突）を判別することができ、衝突状況に応
じてシートの後退方向移動量を加減でき、様々な衝突状
況に応じた好適な減速度波形を生じさせて、衝突時にお
ける乗員減速度の好適な低減を実現し得る。

【００１２】また、前記シート駆動手段（１１）が、前
記シート（４）に連結されたピストン（１３）を爆発力
で前記後退方向へ変位させるようにしたアクチュエータ
（１１）であり、前記可変ストッパ（１５）が、前記ア
クチュエータ（１１）内にて前記ピストン（１３）に対
向しかつ進退可能に設けられた可動ロッド（１５）と、
前記可動ロッド（１５）を任意の位置で係止可能なロッ
ド係止手段（１６）とからなることによれば、シート後
方にアクチュエータを設置するという簡単な構造で上記
減速度の変化を実現できる。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下に添付の図面に示された具体
例に基づいて本発明の実施の形態について詳細に説明す
る。

【００１４】図１は本発明に基づく車体構造を示す概念
的な側面図であり、図２は本発明に基づく車体構造を示
す要部透視斜視図である。各図に示されるように、本車
体構造にあっては、車体の前後方向に延在するメインフ
レーム１と、メインフレーム１上に一体結合されたフロ
ア２と、メインフレーム１に対して衝突時に後退し得る
ようにフロア２上に固設されたシートレール３を介して
支持されたシート４とが設けられている。シート４に
は、シート４に対する乗員５の移動を拘束するためのシ
ートベルト６が設けられており、本シート４はシートベ
ルト一体型シートとして構成されている。なお、シート
１は、初期状態にあってはシートレール３に対して最前
に位置している。

【００１５】メインフレーム１のエンジンルーム部分１
ａは、薄肉鋼板材により筒状に形成されているものであ
って良く、車体の前後方向に延在しかつ衝突時の衝撃力
により車体前方側部分から圧縮変形する衝撃吸収部材と
して設けられている。そのエンジルーム部分１ａの車体
前端にはフロントバンパビーム８が結合されている。

【００１６】上記シート４の車体後方（後退方向）に
は、シート駆動手段としてのアクチュエータ１１が設け
られている。本アクチュエータ１１にあっては、図３に
併せて示されるように、フロア２にシート変位方向に合
わせて固設されたシリンダ１２内にピストン１３を同軸
的に受容した構造をなしている。そのシリンダ１２から
車体前方に突出するようにピストン１３に同軸的に形成
されたピストンロッド１３ａがシート４の後端部に結合
されている。

【００１７】本アクチュエータ１１にあっては、ピスト
ン１３をシート４の後退方向（車体後方）へ移動させる
べく、シリンダ１２の車体前側に膨張室１２ａを有し、
膨張室１２ａへ爆発ガスを噴出するためのガス発生器１
４が膨張室１２ａと連通するようにシリンダ１２の上部
に取り付けられている。また、シリンダ１２の車体後側
には、ピストン１３に同軸的に対向する可動ロッド１５
が設けられている。可動ロッド１５は、その車体前側の
先端部がシリンダ１２の内部でピストン１３に対向する
ように、その中間部をシリンダ１２との間に設けられた
ロッド係止手段としてのボールねじ部１６を介して支持
されている。また、可動ロッド１５のシリンダ１２から
車体後方へ突出する後端部には、モータ１７が連結され
ている。このようにして可変ストッパが構成されてお
り、モータ１７を回転させることにより、規制位置とし
ての可動ロッド１５の先端位置を変えられるようになっ
ている。

【００１８】なお、可動ロッド１５とモータ１７との連
結構造にあっては、可動ロッド１５の後端部に軸線方向
縦溝を形成し、モータ軸の先端に半径方向バーを固着
し、軸線方向縦溝内に半径方向バーを受容することによ
り両者を回転方向に互いに係合させるようにしている。
このようにすることにより、モータ１７を所定の方向に
回転させることにより、ボールねじ部１６の作用で可動
ロッド１５が図３の矢印Ａに示されるように車体後方へ
移動し、初期状態に対して図の想像線に示されるように
後退した所に可動ロッド１５が位置するようになる。

【００１９】また、メインフレーム１のエンジンルーム
部分１ａであってバンパビーム８の近傍には、変形量検
出センサ１８が設けられている。この変形量検出センサ
１８は、パンパビーム８に固設されてメインフレーム１
側に延出する弾性接触片１９と、その接触片１９に対向
するようにメインフレーム１のエンジンルーム部分１ａ
に設けられた接点ユニット２０とからなる。この接点ユ
ニット２０は、エンジンルーム部分１ａのバンパビーム
８から所定長離れた位置に固設された柱部及びその柱部
により支持されてエンジンルーム部分１ａの軸線に沿っ
て接触片１９に向けて延出するアーム部とからなる本体
２０ａと、本体２０ａにエンジンルーム部分１ａの軸線
に沿う向きに所定の間隔をあけて配設された複数（図示
例では４個）の接点部２０ｂ〜２０ｅとからなる。な
お、初期状態では、接触片１９はいずれの接点部接点部
２０ｂ〜２０ｅとも接触していない。

【００２０】また、車体の任意の位置には本装置の制御
を行うためのＥＣＵ２１が取り付けられている。ＥＣＵ
２１内には衝突を検出するために減速度（加速度）を検
出して電気信号に変換し得る衝突センサ２１ａが設けら
れている。そして、ＥＣＵ２１には、変形量検出センサ
１８の接触片１９及び各接点部２０ｂ〜２０ｅとアクチ
ュエータ１１のガス発生器１４とモータ１７とがそれぞ
れワイヤハーネスを介して電気的に接続されている。

【００２１】次に上記本発明装置の作動要領について、
路上構築物に車両が正面衝突した場合を想定し、図５を
参照して以下に示す。

【００２２】図５（ａ）に示される衝突開始直後（第１
段階）には、車体が衝突した瞬間にメインフレーム１に
発生する衝突荷重によってフロア２が減速を開始する。
さらに、衝突荷重によってメインフレーム１のエンジン
ルーム部分１ａが、上記したように車体前方側部分から
圧縮変形することから、そのバンパビーム８との結合部
から圧縮変形する（図８の区間ａ）。

【００２３】この時、衝突を衝突センサ２１ａにより検
知したら、その衝突検知に基づいてＥＣＵ２１から発火
信号をガス発生器１４に出力し、ガス発生器１４でガス
爆発を起こして、その爆発ガス圧を膨張室１２ａ内に送
り込む。これにより、ピストン１３が車体後方へ移動さ
せられることから、ピストンロッド１３ａに一体的に連
結されたシート４には車体後方への加速度すなわち減速
度が発生し、車体本体に対してシート４は後方への移動
を開始する。

【００２４】また、上記圧縮変形が開始し、接触片１９
の先端部が車体最前の接点部２０ｂに接触したら、その
状態をＥＣＵ２１で判別でき、上記衝突検知からの時間
経過に対する圧縮変形による変位量の進行状況を監視す
ることができる。

【００２５】例えば、固定壁衝突のような衝突が激しい
場合には、衝突検知後短時間で接触片１９が接点部２０
ｂに接触することから、そのような激しい衝突であるこ
とを判別できる。その場合には、車体本体に発生する減
速度は大きくなるので、乗員減速度を早期に立ち上げて
車体減速度と釣り合わせる必要がある。したがって、衝
突が激しいと判別した場合には、ガス発生器１４による
ガス爆発と共に、モータ１７を作動させて、ピストン１
３と可動ロッド１５との間隔を大きくして（図３に示さ
れるように間隔をＬ１から例えばＬ２にする）、ピスト
ン１３が可動ロッド１５に衝当するまでの時間を遅らせ
て、乗員減速度を大きくして、衝突が激しい場合の大き
な車体減速度と乗員減速度とを略一致させる。

【００２６】それに対して、オフセット衝突のような場
合には、車体本体に発生する減速度は小さいが変形量は
大きく、かつ車体減速度の持続時間が長くなり、衝突検
知後にある程度の時間が経過してから接触片１９が接点
部２０ｂに接触することから、オフセット衝突のような
衝突であると判別できる。この場合、上記したように変
化する車体減速度に乗員減速度を釣り合わせて、衝突後
半における乗員の前方への移動を押さえる必要がある。
このような場合には、ピストン１３と可動ロッド１５と
の間隔を小さくして（例えば間隔をＬ１のままにするべ
くモータ１７を作動させない）、乗員減速度を車体減速
度と同様の比較的低いレベルまで立ち上げるようにし、
そのようにして乗員減速度と車体減速度とを略一致させ
る。なお、この場合にあっても、衝突検知によるガス爆
発力によりシート４は車体本体に対して後方へ移動す
る。

【００２７】図５（ｂ）に示される衝突中盤（第２段
階）には、シートベルト一体シート４は車体に対して相
対的に後方へ移動し、アクチュエータ１１のピストン１
３がエネルギ吸収構造をなす可動ロッド１５の先端に衝
当する。衝当後は、可動ロッド１３先端部が圧壊し、こ
れにより所定の荷重を発生させつつシートの運動エネル
ギが吸収される。この圧壊変形により発生する荷重を受
けて、シート４には衝突減速度とは反対方向の加速度が
発生し、シート４の減速度波形は図８の区間ｂに示され
るように変化する。

【００２８】シート４の上記反対方向加速度の発生が終
了すなわちシート４の車体後方への相対移動を終了する
時点（図８の区間ｃの終わり）で、乗員の速度及び減速
度が車体本体の速度及び減速度と略一致するように、Ｅ
ＣＵ１２によるアクチュエータ１１の作動（ピストン１
３と可動ロッド１５との間隔）を制御可能にするように
設計することが望ましい。

【００２９】図５（ｃ）に示される衝突終盤（第３段
階）では、車体本体とシート４とが互いに一体となって
衝突終了まで減速を続ける（図８の区間ｄ）。車体本体
が発生する荷重は、車体構造を適宜設計し、衝突終了ま
で一定になるようにしておくことが望ましい。この第３
段階までに乗員の速度及び減速度とシート４及び車体と
が一致しているので、乗員は、シート４及び車体と相対
運動を生じず、車体（シート４）と一体となって減速を
続ける。すなわち、乗員５は、シート４に押し付けられ
ることがなく、シート４から一定距離だけ離れて留まっ
た状態になるライドダウン状態になる。このライドダウ
ン効果を最大限利用することができるため、乗員５の減
速度を十分に低く保つことができる。

【００３０】本乗員保護装置によれば、上記したプロセ
スによって衝突状況を判断し、シートベルト一体シート
４に発生する減速度を衝突状況に応じて制御することが
できるため、様々な衝突形態に対して最適な減速度波形
を創出して乗員減速度を大幅に低減する機能を発揮する
ことができる。

【００３１】例えばオフセット衝突における波形の一例
を図８に対応する図６を参照して以下に示す。図では、
衝突開始から時間ｔ１経過後に本装置が作動し始めた場
合が示されている。図に示される一点鎖線の波形は固定
壁衝突時の車体減速度を示すものであり、それに対して
オフセット衝突時には、メインフレーム１のエンジンル
ーム部分１ａ（サイドメンバ）が衝突反力を充分に発生
しないため、車体減速度波形は、図の二点鎖線に示され
るように、衝突初期にはエンジンルーム内の様々な構造
物の変形荷重だけによる極低いものになる。その低い車
体減速度により車体の運動エネルギも十分に吸収されな
いためエンジンルームの車体変形量が増大し、最終的に
エンジンルームの変形代を使い切ったら底付きが発生し
て車室側の車体が変形し始めて、残りの運動エネルギが
吸収される。この底付き後に車体減速度が大幅に上昇す
る（区間ａ）。

【００３２】また、衝突初期の極低い平均車体減速度発
生時の間にも、シートベルト６のばね効果により乗員５
と車体とには自由振動（サイン振動）が発生する。した
がって、乗員の減速度（胸Ｇ）は、理論上、この間の平
均車体減速度の２倍まで達し、その後はサインカーブに
したがって下降する。図６では、乗員減速度（破線）が
下降し始めた時点で車室部分の底付きが発生する状態を
示している。その底付き後には上記したように車体減速
度が大幅に上昇するので乗員減速度は再び上昇し、図の
破線に示されるように乗員減速度が変化する。

【００３３】本装置の上記プロセスによれば、シート４
の減速度を、図の実線で示されるように区間ａでは比較
的急激に増大させ、区間ｂでは負の減速度（加速度）が
生じるまで加速させ（車体に対して）、区間ｃでは車体
減速度に略一致させるように減速度を増大させることが
できる。これにより、オフセット衝突時における乗員の
減速度を、そのピーク値が大きくなることを防止しかつ
車体の減速度に略一致させるように好適に変化させるこ
とができる。

【００３４】また、種々の衝突に対する判別要領を、図
７を参照して以下に示す。図７は、ＥＣＵ１２内のメモ
リに予め記憶されている作動条件マップの一例であり、
図において横軸が車体変形速度（接触片１９の接点部２
０ｂ〜２０ｅに接触するまでの時間で判別可能）を示
し、縦軸が車体減速度（車体の適所に減速度センサを設
けることにより検出可能）を示している。

【００３５】図に示される領域Ｉは軽衝突の場合を示
し、領域IIはオフセット衝突の場合を示し、領域IIIは
固定壁衝突の場合を示し、領域IVは高速度衝突の場合を
示している。なお、各境界は目安であり、図示例に限定
されるものではなく、より細かく分けても良い。

【００３６】そして、上記各センサの検出値に基づいて
判別された各衝突状態に応じてピストン１３と可動ロッ
ド１５との間隔を調整する。例えば、軽衝突の場合には
モータ１７を作動させず、オフセット衝突の場合には間
隔を少し大きくするようにモータ１７を作動させ、固定
壁衝突及び高速度衝突の場合には間隔を例えば最大限ま
で大きくするようにモータ１７を作動させる。このよう
にして、各衝突状況に応じた好適な乗員減速度波形を得
ることができる。

【００３７】なお、変形量検出手段としては、上記図示
例のものに限られるものではなく、例えば、車体前方及
び左右両側方に対する減速度センサを配設することによ
り、各検出信号の大きさから正面衝突なのかオフセット
衝突なのかを判別することができるため、衝突状況を判
別し得るものであれば良い。

【００３８】

【発明の効果】このように本発明によれば、シートベル
ト一体シートを衝突開始直後には後退させ、衝突中盤以
降には前進させることができ、そのようにすることによ
り乗員の減速度の増大を抑制しかつシートの減速度を乗
員の減速度と略一致させるように調節することができる
ため、早期に車体とシートおよび乗員との減速度を互い
に略等しくすることができる。さらに、衝突状況に応じ
てシートの後退方向移動量を加減でき、正面衝突やオフ
セット衝突など様々な衝突状況に応じた好適な減速度波
形を生じさせて、衝突時における乗員減速度の好適な低
減を実現し得る。

【００３９】また、シートに連結されたピストンを爆発
力で前記後退方向へ変位させるようにしたアクチュエー
タを設け、そのアクチュエータ内にてピストンに対向さ
せた可動ロッド及びその可動ロッドを任意の位置で係止
可能なロッド係止手段を設けることにより、シート後方
にアクチュエータを設置するという簡単な構造で上記減
速度の変化を実現できるため、乗員保護装置を設置する
ために車室が狭くなることをできるだけ防止でき、乗員
保護装置を設けた車体のコンパクト化を促進し得る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による乗員保護装置が適用された車両の
概略構成を示す模式的側面図。

【図２】本発明による乗員保護装置が適用された車両の
概略構成を示す模式的斜視図。

【図３】本乗員保護装置のアクチュエータを示す要部破
断側面図。

【図４】変形量検出センサを示す側面図。

【図５】（ａ）は衝突開始直後の状態を示す車両の模式
的側面図であり、（ｂ）は衝突中盤（第２段階）の状態
を示す車両の模式的側面図であり、（ｃ）は衝突終盤
（第３段階）の状態を示す車両の模式的側面図。

【図６】オフセット衝突の場合の減速度波形図。

【図７】各衝突状況に応じた作動条件を示すマップ。

【図８】衝突時の減速度波形図。

【符号の説明】

１ メインフレーム（衝撃吸収部材） ４ シート ５ 乗員 ６ シートベルト １１ アクチュエータ（シート駆動手段） １３ ピストン １５ 可動ロッド（可変ストッパ） １６ ボールねじ部（ロッド係止手段） １８ 変形量検出センサ（変形量検出手段） ２１ａ 衝突センサ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車体に対して変位可能に支持されかつ着
   座した乗員を拘束するシートベルトを備えたシートと、
   衝突時に上記変位方向に圧縮変形するように設けられた
   衝撃吸収部材と、衝突を検出する衝突センサと、前記衝
   撃吸収部材の圧縮変形量を検出する変形量検出手段と、
   前記シートを後退方向へ駆動するためのシート駆動手段
   と、前記シートの後退方向移動量を可変設定可能に規制
   する可変ストッパと、前記衝突センサにより衝突を検出
   した際に前記シート駆動手段により前記シートを前記後
   退方向へ駆動すると共に前記変形量検出手段により検出
   された圧縮変形量に応じて前記可変ストッパによる前記
   後退方向移動量を変えるように制御する制御手段とを有
   することを特徴とする乗員保護装置。
2. 【請求項２】 前記シート駆動手段が、前記シートに連
   結されたピストンを爆発力で前記後退方向へ変位させる
   ようにしたアクチュエータであり、 前記可変ストッパが、前記アクチュエータ内にて前記ピ
   ストンに対向しかつ進退可能に設けられた可動ロッド
   と、前記可動ロッドを任意の位置で係止可能なロッド係
   止手段とからなることを特徴とする請求項１に記載の乗
   員保護装置。