JP2004034827A - 乗員保護装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両の衝突時における乗員への入力荷重を目標荷重に近似させて、効果的に衝突エネルギーを吸収すること。
【解決手段】車両の衝突時にステアリングコラム１１が前方にストロークすることにより乗員Ｈの衝突エネルギーを吸収するエネルギー吸収機構２０の荷重特性が制御装置ＥＣＵにより変更可能とされている乗員保護装置において、ステアリングコラム１１側から乗員Ｈが実際に受ける実荷重を検出する荷重センサＳｏを設けるとともに、ステアリングコラム１１のストローク中にステアリングコラム１１側から乗員Ｈが受けると想定した目標荷重と荷重センサＳｏが検出する実荷重との差が減少する方向にエネルギー吸収機構２０の荷重特性を変更する変更手段を制御装置ＥＣＵに設けた。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両に装備されて車両の衝突時に乗員の衝突エネルギーを吸収することで乗員を保護する乗員保護装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の乗員保護装置の一つとして、車両の衝突時（前面衝突時）にステアリングコラムが前方にストロークすることにより乗員の衝突エネルギーを吸収するエネルギー吸収機構を備えていて、このエネルギー吸収機構の荷重特性が制御装置により変更可能とされているものがあり、例えば、特開２００１−５８５５２号公報に示されている。この公報に示されている乗員保護装置においては、エネルギー吸収機構の荷重特性が制御装置により変更可能であるものの、その変更は乗員の体重、着座シート位置、シートベルトの着用有無等に応じてステアリングコラムのストローク前に行われる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記したステアリングコラムの前方へのストロークは、車両の衝突に伴う二次衝突（乗員のステアリングコラム側への衝突）に伴って生じるものであり、このステアリングコラムのストローク中にステアリングコラム側から乗員が受ける荷重（乗員への入力荷重）は、エネルギー吸収機構の荷重のみではなくて、不確定要素（例えば、ステアリングコラムの搭載角度の変化、乗員の体格・姿勢による影響、構成部品の干渉等）による荷重も含まれる。したがって、上記した不確定要素による荷重が増大するような場合には、乗員への入力荷重が設定値より増大するおそれがある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記した課題に対処すべく、車両の衝突時にステアリングコラムが前方にストロークすることにより乗員の衝突エネルギーを吸収するエネルギー吸収機構を備えていて、このエネルギー吸収機構の荷重特性が制御装置により変更可能とされている乗員保護装置において、前記ステアリングコラム側から乗員が実際に受ける実荷重を検出する荷重センサを設けるとともに、前記ステアリングコラムのストローク中に前記ステアリングコラム側から乗員が受けると想定した目標荷重と前記荷重センサが検出する実荷重との差が減少する方向に前記エネルギー吸収機構の荷重特性を変更する変更手段を前記制御装置に設けたこと（請求項１に係る発明）に特徴がある。
【０００５】
この場合において、前記目標荷重は、乗員の体重、着座シート位置、シートベルトの着用有無の少なくとも一つに基づいて求められていること（請求項２に係る発明）も可能である。また、前記実荷重は、異なる部位にて荷重を検出する複数の荷重センサからの検出信号に基づいて求められていること（請求項３に係る発明）も可能である。
【０００６】
【発明の作用・効果】
本発明による乗員保護装置（請求項１に係る発明）においては、制御装置に設けた変更手段が、ステアリングコラムのストローク中、すなわち、車両の衝突に伴う二次衝突時に、ステアリングコラム側から乗員が受けると想定した目標荷重と荷重センサが検出する実荷重との差が減少する方向にエネルギー吸収機構の荷重特性を変更する。
【０００７】
このため、例えば、ステアリングコラムの搭載角度の変化、乗員の体格・姿勢による影響、構成部品の干渉等の不確定要素による乗員への入力荷重が増大するような場合にも、エネルギー吸収機構の荷重特性を荷重が小さくなるように変更することで、乗員への入力荷重を目標荷重に近似させることができ、想定した状態に近似した状態にて衝突エネルギーを吸収することが可能である。
【０００８】
また、本発明による乗員保護装置（請求項２に係る発明）においては、前記目標荷重が乗員の体重、着座シート位置、シートベルトの着用有無の少なくとも一つに基づいて求められているため、乗員の体格や着座状況に合わせて乗員への入力荷重を的確に制御して、乗員を的確に保護することが可能である。また、本発明による乗員保護装置（請求項３に係る発明）においては、前記実荷重が異なる部位にて荷重を検出する複数の荷重センサからの検出信号に基づいて求められているため、実荷重を正確に検出することが可能であり、制御精度を高めることが可能である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図１〜図６は本発明による乗員保護装置を示していて、この乗員保護装置においては、ステアリングコラム１１と車体（図示省略）との間にエネルギー吸収機構２０が装着されていて、このエネルギー吸収機構２０の荷重特性（エネルギー吸収特性）が電気制御装置ＥＣＵにより変更可能とされている。また、シート３０と車体との間にシートベルト装置４０が装着されていて、このシートベルト装置４０によって乗員（運転者）Ｈの車両前方への移動が拘束されるようになっている。
【００１０】
ステアリングコラム１１は、その後方がアッパサポートブラケット１２を介して車体の一部（図示省略）に支持され、かつ、その前方がエネルギー吸収機構２０を介して車体の一部に支持されていて、ステアリングシャフト１３を軸方向移動不能かつ回転自在に支持している。アッパサポートブラケット１２は、車体の一部に組付けられてステアリングコラム１１を前方へブレイクアウエイ可能に支持するブラケットであり、ステアリングコラム１１に車両前方に向けて所定の荷重が作用したとき、ステアリングコラム１１を離脱させて前方へ移動可能とするようになっている。
【００１１】
ステアリングシャフト１３は、先端部にてステアリングリンク機構１４に連結されていて、後端にてステアリングホイール１５を一体的に支持している。また、ステアリングシャフト１３の後端部には、荷重センサＳｏが装着されている。荷重センサＳｏは、ステアリングシャフト１３とステアリングホイール１５等を介してステアリングコラム１１側から乗員Ｈが実際に受ける実荷重Ｆ（乗員Ｈからステアリングコラム１１に伝わる力の反力）を検出するセンサであり、電気制御装置ＥＣＵに接続されている。
【００１２】
エネルギー吸収機構２０は、車両の衝突時にステアリングコラム１１が前方にストロークすることにより乗員Ｈの衝突エネルギーを吸収するものであり、ステアリングコラム１１の前方を支持する支持機構を兼ねていて、図２〜図４に示したように、支持ブラケット２１、支持ピン２２、ロアサポートブラケット２３、エネルギー吸収部材である屈曲プレート２４を備えるとともに、その荷重特性を変更させることが可能な係合装置２５を備えている。
【００１３】
支持ブラケット２１は、前後方向からみて門形形状のものであり、互いに対向する側壁部２１ａの下側端部にて、ステアリングコラム１１の外周の上方部位に固着されている。また、支持ブラケット２１の両側壁部２１ａには、中央部位から後方へ斜め上方に向けて延びる長孔２１ｂが対向して形成されている。長孔２１ｂは、基端部である円形孔部２１ｂ１と、円形孔部２１ｂ１から後方へ斜め上方に向けて延びる帯状孔部２１ｂ２と、これら両孔部２１ｂ１，２１ｂ２を連結する幅狭部２１ｂ３とからなるもので、帯状孔部２１ｂ２は円形孔部２１ｂ１の径と略同一寸法の幅に形成されている。
【００１４】
支持ピン２２は、支持ブラケット２１の長孔２１ｂを貫通した状態で、車体の一部に固着されるロアサポートブラケット２３に組付けられるもので、ロアサポートブラケット２３に組付けられた状態では、支持ブラケット２１を介してステアリングコラム１１の前端部を車体の一部に上下方向へ回動可能に支持する。また、支持ピン２２は、図示状態にて支持ブラケット２１の長孔２１ｂにおける円形孔部２１ｂ１に挿通されていて、支持ブラケット２１との相対的な移動（相対移動）により、幅狭部２１ｂ３を乗り越えて帯状孔部２１ｂ２内を後方へ移動可能である。
【００１５】
屈曲プレート２４は、所定幅のプレートの後端部側を略３６０度屈曲して形成されているもので、所定間隔を保持して対向する上側壁部２４ａ、下側壁部２４ｂ、これら両壁部２４ａ，２４ｂを後端側にて連結する円弧状壁部２４ｃ、および、下側壁部２４ｂの先端部から直交して起立する起立壁部２４ｄにて構成されている。
【００１６】
また、屈曲プレート２４は、支持ブラケット２１の側壁部２１ａにおける長孔２１ｂの円形孔部２１ｂ１の外周を取り巻くように植設された複数のピン２１ｃにより位置決めされた状態で支持ブラケット２１に溶接固定されていて、支持ブラケット２１内で支持ピン２２を包囲し、起立壁部２４ｄを支持ピン２２の前側に位置にさせ、かつ、円弧状壁部２４ｃを支持ピン２２の後側にて長孔２１ｂの帯状孔部２１ｂ２を交差して経由させている。
【００１７】
この屈曲プレート２４においては、図５および図６に示すように、上側壁部２４ａの幅方向の中央部に長さ方向に延びる上下の溝部２４ｅ１，２４ｅ２が形成されているとともに、両溝部２４ｅ１，２４ｅ２の後端部に円形状の係合孔２４ｅ３と、係合孔２４ｅ３を両溝部２４ｅ１，２４ｅ２に連結する切欠き溝２４ｅ４が形成されている。
【００１８】
係合装置２５は、ソレノイド２５ａと、ソレノイド２５ａに対する通電制御により進退する剪断作用ピン２５ｂとからなり、ソレノイド２５ａを支持ブラケット２１の上壁部２１ｄの前端部に固定することにより、支持ブラケット２１に取付けられている。また、係合装置２５は、その取付状態において、剪断作用ピン２５ｂが支持ブラケット２１の上壁部２１ｄを貫通していて、屈曲プレート２４の上側壁部２４ａの係合孔２４ｅ３に進退可能に挿通されている。剪断作用ピン２５ｂは、漸次先細りとなるテーパ形状に形成されている。
【００１９】
この係合装置２５においては、ソレノイド２５ａに対する印加電流値Ｉを電気制御装置ＥＣＵによって増減制御することにより、剪断作用ピン２５ｂの突出長さを無段階に調整可能（可変可能）であり、エネルギー吸収機構２０にて得られるエネルギー吸収荷重（剪断作用ピン２５ｂが屈曲プレート２４を剪断する荷重）を無段階に調整可能である。なお、支持ピン２２が屈曲プレート２４を引き延ばすように変形させることにより得られるエネルギー吸収荷重（剪断作用ピン２５ｂが屈曲プレート２４を剪断するときにおいて略同時に得られる）は略一定であって不変である。
【００２０】
シートベルト装置４０は、図１に示したように、シートベルト４１、タングプレート４２、バックル４３、ショルダーベルトアンカ４４を備えるとともに、プリテンショナ機構およびフォースリミッタ機構を内蔵したリトラクタ４５を備えていて、バックル４３内のスイッチＳ１がタングプレート４２の有無を検知することにより、乗員Ｈのシートベルト着用・非着用（着用有無ＯＮ・ＯＦＦ）が検出されるようになっている。
【００２１】
なお、プリテンショナ機構は、車両の前面衝突時の初期にシートベルト４１を瞬時に巻き取り、乗員Ｈの身体をしっかりと拘束する機構である。また、フォースリミッタ機構は、車両の前面衝突時に乗員Ｈが衝撃の反動で前方へ移動したときに、シートベルト４１の拘束力を少し緩めて、乗員Ｈの胸部にかかる荷重を低減する機構である。
【００２２】
電気制御装置ＥＣＵは、エネルギー吸収機構２０の作動を制御するものであり、エネルギー吸収機構２０のソレノイド２５ａに電気的に接続されるとともに、ステアリングシャフト１３に装着した荷重センサＳｏ、乗員Ｈのシートベルト着用有無ＯＮ・ＯＦＦを検出するバックル４３内のスイッチＳ１、乗員Ｈの着座シート位置Ｐを検出する着座シート位置検出センサＳ２、乗員Ｈの体重Ｗを検出する体重センサＳ３、車両の衝突時を検出する衝突センサＳ４にそれぞれ電気的に接続されている。
【００２３】
また、電気制御装置ＥＣＵは、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、インターフェース等を有するマイクロコンピュータを備えるとともに、エネルギー吸収機構２０のソレノイド２５ａに電流を供給する通電回路を備えていて、ステアリングコラム１１が前方にストロークするとき（正確には、衝突センサＳ４が車両の衝突時を検出した時点ｔｏからの経過時間ｔが所定時間ｔ１以降のとき）に、図７のフローチャートに対応した通電制御プログラムを所定の短時間（例えば、５ｍｓｅｃ）毎に繰り返し実行して、ソレノイド２５ａへの通電を制御する。
【００２４】
上記のように構成したこの実施形態においては、乗員Ｈがシートベルト４１を着用している状態での車両の衝突時、乗員Ｈの胸部移動に伴って、シートベルト装置４０が機能するとともに、ステアリングコラム１１の前方へのストロークに伴って、ステアリングコラム１１と車体（図示省略）との間に装着したエネルギー吸収機構２０が作動して、乗員Ｈの衝突エネルギーを吸収する。なお、乗員Ｈがシートベルト４１を着用していない状態での車両の衝突時には、シートベルト装置４０が機能しないものの、ステアリングコラム１１の前方へのストロークに伴って、エネルギー吸収機構２０が作動して、乗員Ｈの衝突エネルギーを吸収する。
【００２５】
ところで、ステアリングコラム１１が前方にストロークするとき（衝突センサＳ４が車両の衝突時を検出した時点ｔｏからの経過時間ｔが所定時間ｔ１以降のとき）には、図７のフローチャートに対応した通電制御プログラムが所定の短時間毎に繰り返し実行され、そのステップ１０１にて通電制御が開始され、ステップ１０３にて乗員Ｈのシートベルト着用有無ＯＮ・ＯＦＦ、乗員Ｈの着座シート位置Ｐ、乗員Ｈの体重Ｗおよび衝突時点ｔｏからの経過時間ｔが読み込まれる。
【００２６】
また、ステップ１０５では、乗員Ｈのシートベルト着用有無ＯＮ・ＯＦＦ、乗員Ｈの着座シート位置Ｐ、乗員Ｈの体重Ｗおよび衝突時点ｔｏからの経過時間ｔから、電気制御装置ＥＣＵ内に予め記憶してあるマップまたはテーブル（乗員Ｈのシートベルト着用有無ＯＮ・ＯＦＦ、乗員Ｈの着座シート位置Ｐ、乗員Ｈの体重Ｗおよび衝突時点からの経過時間ｔと目標荷重Ｆｍの関係を示したものであり、その一つが図８に例示してある）を参照することにより目標荷重Ｆｍが演算される。
【００２７】
なお、図８に示した経過時間ｔと目標荷重Ｆｍの関係は、標準体重の乗員Ｈが標準シート位置に着座していて、シートベルト４１を装着している場合のものであり、シートベルト４１を装着していない場合には、目標荷重Ｆｍがシートベルト装置４０の機能に相当する量だけ上方に加算され、乗員Ｈの着座シート位置Ｐが標準位置より前方（または後方）に変位している場合には、着座シート位置Ｐの変位量に相当する量だけ左方（または右方）に変位され、乗員Ｈの体重Ｗが標準体重より重い（または軽い）場合には、体重Ｗの増量（または減量）に相当する量だけ上方に加算（または下方に減算）される。
【００２８】
また、ステップ１０７では、荷重センサＳｏが検出している実荷重Ｆが読み込まれ、ステップ１０９では、実荷重Ｆが目標荷重Ｆｍに等しいか否かが判定され、ステップ１１１では実荷重Ｆが目標荷重Ｆｍより大きいか否かが判定される。このとき、実荷重Ｆが目標荷重Ｆｍに等しければ、ステップ１０９にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１１３に進み、実荷重Ｆが目標荷重Ｆｍより大きければ、ステップ１０９にて「Ｎｏ」と判定した後にステップ１１１にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１１５に進み、実荷重Ｆが目標荷重Ｆｍより小さければ、ステップ１０９とステップ１１１にて共に「Ｎｏ」と判定してステップ１１７に進む。
【００２９】
ステップ１１３では、ソレノイド２５ａに対する印加電流値Ｉを維持する維持信号を出力し、ステップ１１５では、ソレノイド２５ａに対する印加電流値Ｉを所定量低減する低減信号を出力し、ステップ１１７では、ソレノイド２５ａに対する印加電流値Ｉを所定量増加する増加信号を出力し、ステップ１１９にてこの通電制御プログラムの実行を終了する。
【００３０】
ところで、ソレノイド２５ａに対する印加電流値Ｉが低減すると、剪断作用ピン２５ｂの突出長さが減少して、エネルギー吸収機構２０にて得られるエネルギー吸収荷重が低減する。また、ソレノイド２５ａに対する印加電流値Ｉが増加すると、剪断作用ピン２５ｂの突出長さが増大して、エネルギー吸収機構２０にて得られるエネルギー吸収荷重が増大する。したがって、ステアリングコラム１１のストローク中、すなわち、車両の衝突に伴う二次衝突時には、ステアリングコラム１１側から乗員Ｈが受けると想定した目標荷重Ｆｍと荷重センサＳｏが検出する実荷重Ｆとの差が減少する方向にエネルギー吸収機構２０の荷重特性が変更される。
【００３１】
このため、車両の衝突に伴って、例えば、ステアリングコラム１１の搭載角度の変化、乗員Ｈの体格・姿勢による影響、構成部品の干渉等の不確定要素による乗員Ｈへの入力荷重が増大するような場合にも、エネルギー吸収機構２０の荷重特性を荷重が小さくなるように変更することで、乗員Ｈへの入力荷重を目標荷重Ｆｍに近似させることができ、想定した状態に近似した状態にて衝突エネルギーを吸収することが可能である。
【００３２】
また、この実施形態においては、乗員Ｈの体重Ｗ、着座シート位置Ｐ、シートベルト４１の着用有無、経過時間ｔに応じて変化する目標荷重Ｆｍが、乗員Ｈの体重Ｗ、着座シート位置Ｐ、シートベルト４１の着用有無、経過時間ｔに基づいて求められているため、乗員Ｈの体格や着座状況に合わせて乗員Ｈへの入力荷重を的確に制御して、乗員Ｈを的確に保護することが可能である。なお、目標荷重Ｆｍが乗員Ｈの体重Ｗ、着座シート位置Ｐ、シートベルト４１の着用有無の少なくとも一つに基づいて求められるように構成して実施しても同様の効果を期待することが可能である。
【００３３】
上記実施形態においては、衝突センサＳ４が車両の衝突時を検出した時点ｔｏからの経過時間ｔが所定時間ｔ１以降のときにはステアリングコラム１１がストロークするとの実験結果を基にして、経過時間ｔが所定時間ｔ１以降であればステアリングコラム１１がストローク中であることを予測検出して実施したが、ステアリングコラム１１のストロークをストロークセンサ（図示省略）により直接または間接的に検出するように構成して実施することも可能である。
【００３４】
また、上記実施形態においては、乗員Ｈの体重Ｗ、着座シート位置Ｐ、シートベルト４１の着用有無、経過時間ｔに応じて変化する目標荷重Ｆｍが、乗員Ｈの体重Ｗ、着座シート位置Ｐ、シートベルト４１の着用有無、経過時間ｔに基づいて求められるようにして実施したが、目標荷重を適宜な固定値に設定して実施することも可能である。なお、目標荷重を固定値として実施する場合には、図７に示したステップ１０３と１０５は不用となる。
【００３５】
また、上記実施形態においては、ステアリングコラム１１側から乗員Ｈが実際に受ける実荷重Ｆを一つの荷重センサＳｏにて検出するように構成して実施したが、図９にて例示したように、ステアリングコラム１１の上側と下側に設けた荷重センサＳａ，Ｓｂ（個数は適宜増加可能である）にて実荷重Ｆを検出するように構成して実施することも可能である。
【００３６】
この場合には、両荷重センサＳａ，Ｓｂからの出力差に基づいてステアリングコラム１１に作用する曲げモーメントをも間接的に求めることが可能であり、上記実施形態に比して、ステアリングコラム１１側から乗員Ｈが実際に受ける実荷重Ｆを正確に検出することが可能であるため、制御精度を高めることが可能である。なお、この場合には、図７に示したステップ１０７にて両荷重センサＳａ，Ｓｂからの検出信号に基づいて実荷重Ｆを演算する必要がある。
【００３７】
また、上記実施形態においては、ステアリングコラム１１と車体間に設けたエネルギー吸収機構２０にて乗員Ｈの衝突エネルギーを吸収するようにして実施したが、ステアリングコラム自体に設けたエネルギー吸収機構により乗員の衝突エネルギーを吸収するようにして実施することも可能であり、エネルギー吸収機構の構成は、上記実施形態に限定されるものではなく、車両の衝突時にステアリングコラムが前方にストロークすることにより乗員の衝突エネルギーを吸収する構成であれば適宜変更して実施することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による乗員保護装置の一実施形態を概略的に示す側面図である。
【図２】図１に示したステアリング装置を概略的に示す平面図である。
【図３】図２に示したステアリング装置の側面図である。
【図４】図３の要部拡大縦断側面図である。
【図５】図４に示した屈曲プレートの平面図である。
【図６】図５の６−６線に沿う拡大縦断正面図である。
【図７】図１の電気制御装置によって実行される通電制御プログラムを示すフローチャートである。
【図８】衝突時点からの経過時間と目標荷重の関係の一つを示す図である。
【図９】本発明による乗員保護装置の他の実施形態を概略的に示す側面図である。
【符号の説明】
１１…ステアリングコラム、１２…アッパサポートブラケット、１３…ステアリングシャフト、１５…ステアリングホイール、２０…エネルギー吸収機構、４０…シートベルト装置、Ｈ…乗員、Ｓｏ…荷重センサ、Ｓ１…シートベルト着用・非着用を検出するスイッチ、Ｓ２…着座シート位置検出センサ、Ｓ３…体重センサ、Ｓ４…衝突センサ、ＥＣＵ…電気制御装置。

Claims (3)

1. 車両の衝突時にステアリングコラムが前方にストロークすることにより乗員の衝突エネルギーを吸収するエネルギー吸収機構を備えていて、このエネルギー吸収機構の荷重特性が制御装置により変更可能とされている乗員保護装置において、前記ステアリングコラム側から乗員が実際に受ける実荷重を検出する荷重センサを設けるとともに、前記ステアリングコラムのストローク中に前記ステアリングコラム側から乗員が受けると想定した目標荷重と前記荷重センサが検出する実荷重との差が減少する方向に前記エネルギー吸収機構の荷重特性を変更する変更手段を前記制御装置に設けたことを特徴とする乗員保護装置。
2. 請求項１に記載の乗員保護装置において、前記目標荷重は、乗員の体重、着座シート位置、シートベルトの着用有無の少なくとも一つに基づいて求められていることを特徴とする乗員保護装置。
3. 請求項１に記載の乗員保護装置において、前記実荷重は、異なる部位にて荷重を検出する複数の荷重センサからの検出信号に基づいて求められていることを特徴とする乗員保護装置。

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