JP2004131084A - 乗員保護装置 - Google Patents

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【課題】 車両の衝突時の衝撃規模を的確に判断し、それに応じて乗員を適切に保護できる乗員保護装置を提供する。
【解決手段】 加速度センサ1で加速度を検出し、制御回路2において加速度、加速度の大きさ、加速度の経時変化、及び速度の低減量を求め、これらから衝撃の規模を検知し、それに応じてインフレータ3a,3bを作動させる。
【選択図】 図1

Description

 本発明は、車両の衝突時に乗員を保護する乗員保護装置に係り、特にエアバッグ装置によって乗員を保護する乗員保護装置に関する。詳しくは、車両の衝撃規模(クラッシュシビアリティ)によってエアバッグ展開用ガス発生量を制御するようにした乗員保護装置に関する。
 車両の衝突時に経時的に点火タイミングをずらせて2個のインフレータを作動させてエアバッグを段階的に膨らませ、乗員の鼓膜を急激な車両室内圧増大から守るようにしたエアバッグ装置が米国特許4,243,248号に記載されている。
 図4は同号のエアバッグ装置の系統図であり、2個の加速度検知器B,B及び判定部S,Sを有した衝撃規模検知手段7,8が設置されている。判定部S,Sでは閾値S,S(S<S)がそれぞれ別個に設定されており、加速度検知器B又はBで検出される加速度から求まる衝撃規模が閾値S,Sを越えると、衝撃規模検知手段7,8から点火信号が出力される。なお、衝撃規模検知手段7から点火装置12への信号は、遅延回路9を経由して出力される。
 加速度検知器Bにより検知された衝撃規模がS未満のときには、衝撃規模検知手段7,8は信号を出力しない。加速度検知器Bにより検知された衝撃規模がSに達すると、まず衝撃規模検知手段7が信号を出力し、点火装置11がガス発生器34の第1室14のみを点火させて80リットルのガスを発生させ助手席用エアバッグ22を破線22’の如く小さめに膨らませる。
 加速度検知器Bにより検知された衝撃規模がSに達すると、衝撃規模検知手段8も信号を出力する。手段7が信号を出力してから予め設定されたΔT時間経過して該手段7からの信号が点火装置12に入力されたときに手段8からの信号が点火装置12に入力されると、点火装置12はガス発生器34の第2室16と運転席用エアバッグ21のガス発生器33とを作動させ、第2室16から70リットルのガスをエアバッグ22に送り込み、エアバッグ21には60リットルのガスを供給する。
 なお、衝撃規模検知手段7,8では、2個の加速度検知器B,Bのそれぞれの出力(減速度)を時間で積分し、減速度b(t)の積分値∫b(t)dtに比例した減速度増加の経時的進行を示す値を求め、この値を閾値S,Sと比較するようにしている。
米国特許4,243,248号
 上記の米国特許4,243,248号のエアバッグ装置は、運転席用エアバッグ21と助手席用エアバッグ22とが同時に一挙に膨らんで乗員の鼓膜に影響することを防止するものであり、衝撃規模に応じて適切にエアバッグを膨らませて乗員を保護するという技術的効果を有していない。即ち、2個のガス発生器の点火タイミングに時間差をつける目的で車両の減速度をタイマーとして利用しており、エアバッグの乗員保護と衝撃規模を対応させるものでない。
 本発明は、衝撃規模に応じて乗員を適切に保護できる乗員保護装置を提供することを目的とする。
 第1発明(請求項1)の乗員保護装置は、1個の加速度センサを有し、該センサの出力値に基づいて車両の衝突の衝撃規模を判定する衝撃規模判定手段と、該衝撃規模判定手段からの信号によって作動するガス発生手段と、該ガス発生手段のガスによって展開されるエアバッグと、を備え、該ガス発生手段は、ガス発生量を変えうるものである乗員保護装置において、前記衝撃規模判定手段は、衝撃規模を小規模、中規模及び大規模の少なくとも3段階に分けて判定するものであって、衝撃規模が小規模であるときにはガス発生手段を作動させず、衝撃規模が中規模及び大規模であるときに限りガス発生手段を作動させ、且つ衝撃規模が大きいほどガス発生量を増大させるものであることを特徴とするものである。
 この第1発明では、衝撃規模が小規模ではないと判定されると直ちにガス発生手段の一部を作動させてエアバッグをソフトに膨らませ、その後さらに衝撃規模がどの程度であるのかを判定し衝撃規模が中規模より大きい(大規模である)と判定された場合にガス発生手段をさらに作動させる。このようにすれば大規模な衝撃の判定に十分な判断時間をとれ、大規模であると判定された時点で初めてガス発生手段を作動させる場合に比べ、早期にエアバッグ内圧を十分に高めることができる。
 また、中規模の衝撃規模であると判定されたときには、エアバッグ内のガス圧は大規模の衝撃規模の場合に比べ低く、エアバッグの展開はソフトである。このソフトなエアバッグに乗員の身体が突っ込むことにより乗員に対しエアバッグから与えられる反力が小さなものとなる。衝撃規模が大規模である場合は、エアバッグ内のガス圧は十分に高く、乗員が高速でエアバッグに突っ込んできても乗員身体が車体メンバー(例えばステアリングやインストルメントパネル、ウインドシールドなど)に直接的に当ることが確実に防止される。
 第2発明(請求項5)の乗員保護装置は、1個の加速度センサを有し、該センサの出力値に基づいて車両の衝突の衝撃規模を判定する衝撃規模判定手段と、該衝撃規模判定手段からの信号によって作動するガス発生手段と、該ガス発生手段のガスによって展開されるエアバッグと、を備え、該ガス発生手段は、多段階にわたってガスを発生させうるものである乗員保護装置において、前記衝撃規模判定手段は、衝撃規模を小規模、中規模及び大規模の少なくとも3段階に分けて判定するものであって、衝撃規模が小規模であると判定されたときにはガス発生手段を作動させず、衝撃規模が中規模及び大規模であると判定されたときに限りガス発生手段を作動させ、且つ衝撃規模が大きいほど早期に第2段階以降のガス発生を行うものであることを特徴とするものである。
 この第2発明では、衝撃規模が小規模ではないと判定されると直ちにガス発生手段の一部を作動させてエアバッグを部分的に膨らませ、その後さらに衝撃規模を判定し、衝撃規模が大規模であると判定されるときにはt時間経過後にガス発生手段をさらに作動させ、中規模であると判定されるときにはt時間(t<t)時間経過後にガス発生手段をさらに作動させることにしてもよい。
 この第2発明では、衝撃規模が中規模のときにはエアバッグがゆっくりと膨らみ、大規模のときにはエアバッグが速く膨らむ。
 本発明では、衝撃規模判定手段は、少なくとも加速度の大きさ、加速度の経時変化及び速度の低減量、に基づいて衝撃規模を検知するようにしてもよい。
 本発明では、小規模の衝撃規模と中規模の衝撃規模とを区分する閾値は、時速12.8km〜22.4km(8〜14mph)の間から選ばれた速度にて車両がバリア衝突した場合の衝撃であるのが好ましい。中規模の衝撃規模と大規模の衝撃規模とを区分する閾値は、時速25.6km〜35.2km(16〜22mph)の間から選ばれた速度にて車両がバリア衝突した場合の衝撃であるのが好ましい。しかし、この範囲に限定されることはない。
 このバリアとは頑丈なコンクリート壁である。
 本発明の乗員保護装置によると、車両の衝突の規模を的確に判断し、それに応じて乗員を適切に保護することができる。
 図1(a)は実施の形態に係る乗員保護装置のブロック図、図1(b)は加速度及び速度の波形図である。
 この乗員保護装置は、1個の加速度センサ1と、この加速度センサ1によって発生される加速度信号が入力される制御回路2と、この制御回路2によって作動されるインフレータ3と、このインフレータ3のガスによって膨らむエアバッグ4とを備えてなる。このエアバッグ4は、運転席用及び助手席用のいずれのものであっても良い。
 インフレータ3は、第1インフレータ3aと第2インフレータ3bとの2個からなるが、3個以上のインフレータにて構成しても良く、またガス発生量を制御しうる1個のインフレータにて構成されても良い。インフレーター3が複数のインフレーターによって構成される場合には、各インフレーターの発生ガス量を異ならせることにより、また異なるガス発生量のインフレーターの点火順序を適宜選択することにより、きめ細かなエアバッグの展開早さの選択ができることになる。
 車両が衝突するときには加速度Gが発生し、図1(b)に模式的に示される加速度信号が加速度センサ1から出力される。この加速度Gを時間で積分すると、図1(c)に示される速度の経時変化グラフとなる。加速度Gは、図1(a)のように経時的に激しく変化するところから、これを時間で積分して得られる車両速度Vは、図1(c)のように細かく上下しながら0(車両停止)まで減少する。
 ところで、加速度信号の波形は、衝突の形態、すなわちバリアとの正面衝突、ポールとの衝突、オフセット衝突等によって異なる。またラフロードにおいて高速走行したときやカーブストーン(縁石)に乗り上げたときにも、加速度信号は異なる。とりわけラフロードの高速走行やカーブストーン乗上げのような場合には、たとえ大きな加速度波形が発生していてもインフレーターを作動させエアバッグを展開させてはならない。従って、加速度センサー1から出力される加速度信号の波形に基づいて、当該波形がインフレーターを展開すべき状況における波形なのかインフレーターを展開してはならない状況における波形なのかを判断をしなければならない。またエアバッグを展開させなければならない状況であると判断されるときは、エアバッグをゆっくりと展開させるべきなのか、急速に展開すべきであるのかをエアバッグの膨張時間を考慮し、すばやく判断しなければならない。
 この実施の形態では、加速度Gの大きさ、加速度の変化量ΔG(加速度信号の谷のボトムから次の山のピークまでのGの差、及び速度低減量(速度の低下量)ΔV(以下これらを「衝撃規模のパラメーター」という)からこの衝突の衝撃規模を判断する。
 このような判断を行うための事前の処理として、この乗員保護装置を搭載する自動車を種々の速度で各種物体(例えばコンクリート製の被衝突部材たるバリア、電柱等のポール、車両など)に対し衝突させ、図1(b)のような加速度波形(G波形)をサンプリングし、コンピュータ等のメモリに記憶させておく。また、この自動車を、ラフロード高速走行させる;道路の凹陥部上を通過させる;ベルジャン路を走行させる;カーブストーンに乗り上げさせる;等により、それぞれの場合に発生する固有の加速度波形をサンプリングし、メモリに記憶させておく。
 さらに、種々の速度でオフセット衝突させた場合における加速度の波形をそれぞれメモリに記憶させておく。
 これらのメモリに蓄えられた信号をコンピュータに与え、衝撃規模のパラメーターである加速度G、加速度変化量ΔG、所定時間tまでの速度低減量ΔVについての閾値G、G、ΔG、ΔG、ΔV、ΔVを種々変えてみる。即ち、閾値G、ΔG、ΔVに種々の値をあてはめて衝突のシュミレーションを行い、次のすべての場合においてG、ΔG、ΔVがすべてそろってG、ΔG、ΔVを上回ることなく、
     8mphバリヤ衝突  (mph:マイル/h)
     ラフロード高速走行
     穴ぼこ走破
     ベルジヤン路
     カーブストーン乗り上げ
 且つ次のすべての場合においてG、ΔG、ΔVがすべてG、ΔG、ΔVよりも上回るような閾値G、ΔG、ΔVを見つけ出す。
     12mphバリヤ衝突
     18mphバリヤ衝突
     15mphポール衝突
     18mphオフセット衝突
     20mphバリヤ衝突
     25mphバリヤ衝突
     30mphバリヤ衝突
     35mphバリヤ衝突
     35mphオフセット衝突
 同様に、G、ΔG、ΔVに種々の値をあてはめてシュミレーションを行い、次のすべての場合においてG、ΔG、ΔVがすべてG、ΔG、ΔVよりも上回り、
     20mphバリヤ衝突
     25mphバリヤ衝突
     30mphバリヤ衝突
     35mphバリヤ衝突
     35mphオフセット衝突
 且つ次のすべての場合においてG、ΔG、ΔVがすべてそろってG、ΔG、ΔVを上回ることのないG、ΔG、ΔVを見つけ出す。
     8mphバリヤ衝突
     ラフロード高速走行
     穴ぼこ走破
     ベルジヤン路
     カーブストーン乗り上げ
     12mphバリヤ衝突
     18mphバリヤ衝突
     15mphポール衝突
     18mphオフセット衝突
 次の処理として、このG、ΔG、ΔVを小規模の衝突と中規模以上の衝突とを区別する閾値として制御回路2に設定する。更にG、ΔG、ΔVを大規模と中規模以下とを区別する閾値として制御回路2に設定する。
 即ち、この制御回路2では、現実の自動車の衝突によって得られた加速度信号によって得られる衝撃規模のパラメーターG、ΔG、ΔVに基づいて閾値G、G、ΔG、ΔG、ΔV、ΔVの基準により当該衝撃規模が表1に示されるように小、中、大のいずれであるかを判定する。とりわけラフロード高速走行、穴ぼこ走破、ベルジヤン路、カーブストーン乗上げの場合には、衝撃規模は小規模であると判断するようにして、エアバッグが展開しないようにする。
Figure 2004131084
 本発明の乗員保護装置を搭載した自動車が衝突したり、悪路走行、あるいはカーブストーン乗り上げすると、加速度センサ1が図1(b)のような加速度変化を示す信号を出力する。制御回路2では、この信号を処理し、衝撃の規模を判定する。
 第1発明の制御例においては、図2に示すように、まずこの衝突の規模が小規模であるか否かを同様にして判断し、小規模ではない(即ち、中規模以上)であると判断されるときには直ちに第1インフレータ3aを作動させ、エアバッグ4を低圧でソフトに膨らます。その後さらに継続して判定を行い、衝撃が大規模と判断されるときには、さらに第2インフレータ3bを作動させ、乗員が高速でエアバッグに突っ込んできても十分に衝撃を吸収できるようにする。
 図2のように、衝撃が小規模でないと判定されるとまずエアバッグを部分的に膨らませ、その後衝撃が大規模であると判定された場合にエアバッグをさらに膨らませるようにした場合には、最初の判定は従来技術と同様にエアバッグの展開有無を判断するだけで良く、中、大規模の判定はその後さらに時間をかけて判断できる。
 車両が物体に衝突した瞬間(衝突開始時刻)から衝撃の規模を判定し終るまでの判定に要する時間(判定時間)は、衝撃規模が大きいほど短くなる。即ち、衝撃が小規模であるときは、衝突開始時刻から比較的長時間の間の衝撃規模パラメーターであるG、ΔG、ΔVに基いて衝撃規模を判定できるが、衝撃規模が大きくなるに従って、それがどの程度の衝撃規模であるかを判定するには、より短い時間にG、ΔG、ΔVの変化を解析する必要がある。
 車両の衝突が18mphバリヤ衝突であった場合、すなわち衝撃規模が中規模の場合、衝突開始から例えば20〜40msec以内の衝撃規模パラメーターG、ΔG、ΔVに基づいて、当該衝突規模が小規模衝突より大きなものであることはわかるが、中規模衝突かまたはそれ以上の衝突かを判定するにはG、ΔG、ΔVを更に解析しなければならない。また、車両の衝突が25mphバリヤ衝突であった、すなわち衝撃規模が大規模であった場合、衝撃規模が大規模であることが分かるためには、さらにG、ΔG、ΔVを解析しなければならない。
 衝突開始から大規模な衝撃であることを検知しインフレータを作動させる場合、乗員がエアバッグに突っ込んでくるまでにエアバッグを十分に展開させるためには、非常に短い時間で悪路、小、中、大規模の判断を行うか、または、インフレータから多量のガスを急激に発生させなければならず、インフレータとして大容量のものを用いると共に、エアバッグとしても急激な展開に耐える丈夫なものを用いる必要があり、エアバッグ装置のコストが嵩む。
 本発明の図2の制御例であれば、衝撃が小規模ではない(即ち、中規模以上である)ことを検知した早期の段階でまずエアバッグを部分的に膨らませているので、その後衝撃が大規模であることを検知した時点においてインフレータが少量のガスをゆっくりと発生させるだけで、乗員がエアバッグに高速度で突っ込んでくる前に、エアバッグを十分に展開させておくことができる。従って、容量の小さいインフレータ及び強度(例えば基布の強度及び縫合強度)が低いエアバッグを採用することが可能となる。
 また、図2の制御例であれば、衝撃が中規模であるときには、少量のガスでソフトに展開した状態のエアバッグに対し乗員が比較的ゆっくりと突っ込んでくるようになるため、乗員がエアバッグから受ける反力がきわめて小さいものとなる。
 図3は第2発明の制御例を示すフローチャートである。
 図3において、図2の場合と同様にまずこの衝突の規模が小規模であるか否かを同様にして判断する。小規模ではない(即ち、中規模以上)であると判断されるときには直ちに第1インフレータ3aを作動させ、エアバッグ4を低圧でソフトに膨らます。その後さらに継続して判定を行い、10mSec〜30mSecの間に衝撃が大規模であると判断されるときには、さらに第2インフレータ3bを作動させ、乗員が高速でエアバッグに突っ込んできても十分に衝撃を吸収できるようにする。
 衝撃が大規模であるとは判定できないときには、40mSec経過時点で第2インフレータ3bを作動させる。
 なお、図3ではtが20mSec、tが40mSecに設定されているが、運転席用エアバッグの場合、tは10〜30mSec(30mSec未満)、tは30mSec以上がよく、助手席用エアバッグの場合、tは10〜30mSec、tは30mSec以上例えば30〜60mSecあるいは30〜50mSecがよい。
 図3でも、衝撃が小規模であると判定されるとまずエアバッグを部分的に膨らませ、その後短時間のうちに衝撃が大規模であると判定された場合にエアバッグをさらに膨らませるので、大規模衝撃が乗員に加えられても乗員を十分にエアバッグで保護することができる。
 また、衝撃が小規模ではない(即ち、中規模以上である)ことを検知した早期の段階でまずエアバッグを部分的に膨らませているので、その後衝撃が大規模であることを検知した時点においてインフレータが少量のガスをゆっくりと発生させるだけで、乗員がエアバッグに高速度で突っ込んでくる前に、エアバッグを十分に展開させておくことができる。従って、容量の小さいインフレータ及び強度(例えば基布の強度及び縫合強度)が低いエアバッグを採用することが可能となる。
 また、図3の制御例であれば、衝撃が中規模であるときには、第2インフレータ3bが遅い時期に点火するので、エアバッグがゆっくりと膨らむようになり、乗員がエアバッグから受ける反力がきわめて小さいものとなる。
実施の形態を示すブロック図及びグラフである。 実施の形態を示すフローチャートである。 別の実施の形態を示すフローチャートである。 従来例を示すブロック図である。
符号の説明
 1 加速度センサ
 2 制御回路
 3,3a,3b インフレータ
 4 エアバッグ

Claims (11)

  1.  加速度センサを有し、該センサの出力値に基づいて車両の衝突の衝撃規模を判定する衝撃規模判定手段と、
     該衝撃規模判定手段からの信号によって作動するガス発生手段と、
     該ガス発生手段のガスによって展開されるエアバッグと、
    を備え、該ガス発生手段は、ガス発生量を変えうるものである乗員保護装置において、
     前記衝撃規模判定手段は、衝撃規模を小規模、中規模及び大規模の少なくとも3段階に分けて判定するものであって、
     衝撃規模が小規模であるときにはガス発生手段を作動させず、
     衝撃規模が中規模及び大規模であるときに限りガス発生手段を作動させ、且つ衝撃規模が大きいほどガス発生量を増大させるものである
    ことを特徴とする乗員保護装置。
  2.  請求項1において、前記衝撃規模判定手段は、まず衝撃規模が小規模であるか否かを判別し、小規模ではないと判定されるときにはガス発生手段の一部を作動させることを特徴とする乗員保護装置。
  3.  請求項2において、前記衝撃規模判定手段は、衝撃規模が小規模ではないと判定されガス発生手段の一部が作動された後、衝撃規模が大規模であるか否か判定し、大規模であると判定される場合にガス発生手段をさらに作動させることを特徴とする乗員保護装置。
  4.  請求項3において、前記衝撃規模判定手段は、衝撃規模が小規模ではないと判定された後、所定時間以内に衝撃規模が大規模であると判定される場合にのみガス発生手段をさらに作動させることを特徴とする乗員保護装置。
  5.  加速度センサを有し、該センサの出力値に基づいて車両の衝突の衝撃規模を判定する衝撃規模判定手段と、
     該衝撃規模判定手段からの信号によって作動するガス発生手段と、
     該ガス発生手段のガスによって展開されるエアバッグと、
    を備え、該ガス発生手段は、多段階にわたってガスを発生させうるものである乗員保護装置において、
     前記衝撃規模判定手段は、衝撃規模を小規模、中規模及び大規模の少なくとも3段階に分けて判定するものであって、
     衝撃規模が小規模であるときにはガス発生手段を作動させず、
     衝撃規模が中規模及び大規模であるときに限りガス発生手段を作動させ、且つ衝撃規模が大きいほど早期に第2段階以降のガス発生を行うものである
    ことを特徴とする乗員保護装置。
  6.  請求項5において、前記衝撃規模判定手段は、まず衝撃規模が小規模であるか否かを判別し、小規模ではないと判定されるときにはガス発生手段の一部を作動させ、その後、衝撃規模が大規模であるか中規模であるか判定し、大規模であると判定される場合にはt時間経過後にガス発生手段をさらに作動させ、中規模であると判定される場合にはt時間(t>t)経過後にガス発生手段をさらに作動させることを特徴とする乗員保護装置。
  7.  請求項6において、運転席の乗員保護装置であって、tは10〜30mSecの間から選定され、tは30mSec以上の時間であることを特徴とする乗員保護装置。
  8.  請求項6において、助手席用の乗員保護装置であってtは10〜30mSecの間から選定され、tは30mSec以上の時間であることを特徴とする乗員保護装置。
  9.  請求項1ないし8のいずれか1項において、小規模の衝撃規模と中規模の衝撃規模とを区分する閾値は、時速12.8km/h〜22.4km/h(8〜14mph)の間から選ばれた速度にて車両がバリア衝突した場合の衝撃であることを特徴とする乗員保護装置。
  10.  請求項1ないし9のいずれか1項において、中規模の衝撃規模と大規模の衝撃規模とを区分する閾値は、時速25.6km/h〜35.2km/h(16〜22mph)の間から選ばれた速度にて車両がバリア衝突した場合の衝撃であることを特徴とする乗員保護装置。
  11.  請求項1ないし10のいずれか1項において、
     前記衝撃規模判定手段は、少なくとも
         加速度の大きさ、
         加速度の経時変化及び
         速度の低減量、
    に基づいて衝撃規模を検知するものであることを特徴とする乗員保護装置。
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