JP2006192918A - 衝突物保護装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 着火タイミングを最適化することで、インフレータやエアバッグの容量を最小限に抑えつつ、衝突物の衝撃エネルギを吸収することができる衝突物保護装置を提供することを課題とする。
【解決手段】 衝突物の一次衝突を検出または予知したときに車両Ｍの前部上面でエアバッグ２を展開させる衝突物保護装置１であって、エアバッグ２と、エアバッグ２にガスを供給するインフレータ３と、車速センサ６と、衝突検出手段である加速度センサ４と、エアバッグ２を展開させるスクイブ着火信号を発生し、インフレータ３に送信する制御部７と、を備え、制御部７は、車速Ｖに基づいて、前記衝突物が一次衝突の後、車両Ｍに二次衝突するまでの遅れ時間である二次衝突時間を演算し、この二次衝突時間に応じて前記スクイブ着火信号を前記一次衝突から遅延させて発生する。
【選択図】 図３

Description

本発明は、車両が歩行者等の衝突物に衝突した際に、衝撃を吸収して衝突物を保護する衝突物保護装置に関するものである。

走行中の車両がそのバンパの部位で歩行者の下半身部に衝突（以下、「一次衝突」という。）した際には、歩行者はその反動を受けて上半身側からエンジンフード等の車両の前部に投げ出され、再度このエンジンフードやフロントガラスに衝突（以下、「二次衝突」という。）することが知られている。そして、この二次衝突に関する衝撃吸収を目的として各種の装置が開示されている。主な従来例として、歩行者の衝突を検知したときにフロントガラス上にマット形状のエアバッグを展開させ、このエアバッグにより衝撃を吸収するエアバッグ方式のものが各種開示されている（例えば、特許文献１参照）。

また、乗員保護用のエアバッグ装置では、エアバッグの展開と乗員の衝突時間を調整するため、乗員の着座姿勢を加味して、スクイブ着火信号の出力タイミングを決定するものが開示されている（例えば、特許文献２参照）。
実用新案登録第２５２１０１１号公報（第４頁左欄第３１〜同右欄１４行目、図１３） 特開平５−２４６３００号公報（請求項１、図１）

しかしながら、衝突速度が速い場合、一次衝突した衝突物は短時間でエアバッグに二次衝突するのに対し、衝突速度が遅い場合は二次衝突までに若干間が空くため、特許文献１に開示された発明で、衝突速度が速い場合を想定してインフレータの着火タイミングを設定すると、衝突速度が遅かった場合における二次衝突時には、エアバッグの内圧（以下、「バッグ内圧」という。）が低下して、衝撃エネルギを吸収できないおそれがある。一方、衝突速度が遅い場合を想定してインフレータの着火タイミングを設定すると、衝突速度が速かった場合における二次衝突時には、まだエアバッグが充分に展開しておらず、衝撃エネルギを吸収できないおそれがある。また、衝突物が高い場合と、低い場合とを比較しても、二次衝突のタイミングが異なるため、前記同様、衝撃エネルギを吸収できないおそれがある。

つまり、エアバッグのバッグ内圧は、インフレータ着火後徐々に上昇し、最大内圧となったら徐々に低下するところ、エアバッグが衝撃エネルギを効果的に吸収することができる基準値以上の内圧を維持するのは短時間であるのに対し、衝突物の二次衝突のタイミングは画一的に定まっているわけではない。そのため、特許文献１に開示された発明では、あらゆる衝突状況および衝突物を想定し、二次衝突のタイミングが状況・対象ごとに多少ずれても対応できるようにする必要があった。ここで、その対応策として、基準値以上の内圧を維持する時間を長くすることが考えられるが、これによると、インフレータの容量が大きくなる。また、その他の対応策として、衝撃エネルギ吸収能力を高めることも考えられるが、これによると、エアバッグの容量が大きくなる。

一方、特許文献２では、乗員の着座姿勢を加味して、スクイブ着火信号の出力タイミングを決定する発明が開示されているが、このようにタイミングを決定する方法は、車両外側で展開するエアバッグについては適用できない。

そこで、本発明では、前記した問題を解決し、着火タイミングを最適化することで、インフレータやエアバッグの容量を最小限に抑えつつ、衝突物の衝撃エネルギを吸収することができる衝突物保護装置を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明の請求項１に係る発明では、衝突物の一次衝突を検出または予知したときに車両の前部上面でエアバッグを展開させる衝突物保護装置であって、エアバッグと、前記エアバッグにガスを供給するガス発生手段と、前記車両の車速を検出する車速検出手段と、前記車両に設けられ、前記衝突物の一次衝突を検出する衝突検出手段、および、前記衝突物の一次衝突を予知する衝突予知手段のうち少なくとも一方と、前記エアバッグを展開させるスクイブ着火信号を発生し、前記ガス発生手段に送信する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記車速に基づいて、前記衝突物が一次衝突の後、前記車両に二次衝突するまでの遅れ時間である二次衝突時間を演算し、この二次衝突時間に応じて前記スクイブ着火信号を前記一次衝突から遅延させて発生することを特徴とする。

請求項１に係る発明によれば、衝突検出手段が、衝突物の一次衝突を検出または予知すると、ガス発生手段にスクイブ着火信号が送信され、車両の前部上面でエアバッグが展開する。このとき、制御手段が、車速に基づいて、衝突物が二次衝突するまでの遅れ時間である二次衝突時間を演算し、この二次衝突時間に応じて、スクイブ着火信号を遅延させて発生する。これにより、二次衝突時に、エアバッグの内圧が最大になるように合わせて、二次衝突における衝撃エネルギを吸収することができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の衝突物保護装置において、前記車両に設けられ、前記衝突物の高さを検出する衝突物高さ検出手段を有し、前記制御手段は、前記車速と前記衝突物の高さに基づいて、前記二次衝突時間を演算し、この二次衝突時間に応じて前記スクイブ着火信号を前記一次衝突から遅延させて発生することを特徴とすることを特徴とする。

請求項２に係る発明によれば、衝突検出手段が、衝突物の一次衝突を検出または予知すると、ガス発生手段にスクイブ着火信号が送信され、車両の前部上面でエアバッグが展開する。このとき、制御手段が、衝突物の高さと車速に基づいて、衝突物が二次衝突するまでの遅れ時間である二次衝突時間を演算し、この二次衝突時間に応じて、スクイブ着火信号を遅延させて発生する。これにより、二次衝突時に、エアバッグの内圧が最大になるように合わせて、二次衝突における衝撃エネルギを吸収することができる。

請求項３に係る発明は、請求項２に記載の衝突物保護装置において、前記制御手段は、前記二次衝突時間を次式に基づいて演算することを特徴とする。
Ｔ＝Ｌ×θ／Ｖ
但し、Ｔ：二次衝突時間、Ｌ：衝突物の高さ、
θ：二次衝突予定部と衝突物下部とを結ぶ線と衝突物とのなす角度、Ｖ：車速

請求項３に係る発明は、請求項１に記載の衝突物保護装置において、二次衝突時間の演算方法を具体化したものである。これによれば、衝突物の高さと車速に基づいて二次衝突時間を演算するため、各衝突状況および衝突物に応じて、ほぼ正確な二次衝突時間を検出することができる。

このような衝突物保護装置によれば、各状況（衝突物高さ、車速）により変化する二次衝突時間に応じて、スクイブ着火信号を遅延させて発生させるため、二次衝突のタイミングとエアバッグの展開タイミングを合わせることができる。このため、インフレータやエアバッグの容量を最小限に抑えつつ、二次衝突の衝撃エネルギを効果的に吸収することができる。

次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、エアバッグが展開された状態の本実施形態に係る衝突物保護装置を示す外観斜視図である。

図１に示すように、衝突物保護装置１は、衝突物への車両Ｍの一次衝突を検出したときに、車両ＭのフロントウィンドシールドＦｓ（車両の前部上面）にエアバッグ２を展開させて、衝突物の二次衝突の衝撃エネルギを吸収するものである。衝突物保護装置１は、エアバッグ２と、このエアバッグにガスを供給するインフレータ３（ガス発生手段）と、衝突物の一次衝突を検出する加速度センサ４（衝突検出手段）と（図２参照）、衝突物の高さを検出するカメラ５（衝突物高さ検出手段）と、車両の車速を検出する車速センサ６（車速検出手段）と（図２参照）、エアバッグ２を展開させるスクイブ着火信号を発生させる制御部７（制御手段）と、を備えて構成される。本実施形態においては、衝突物が歩行者Ｗ（図４参照）である場合を想定して説明するが、衝突物は歩行者に限られるものではない。

エアバッグ２は、例えば、ナイロン（ポリアミド（ＰＡ））等の合成樹脂繊維等から形成されており、図１に示すように、車両ＭのフロントウィンドシールドＦｓの上面に膨張展開して、二次衝突する衝突物を受けるようになっている。これにより、エアバッグ２は、二次衝突の際に歩行者Ｗ（図４参照）に加えられる衝撃エネルギを吸収することができる。なお、エアバッグ２の展開に合わせて、エンジンフードＨが大きく跳ね上がるように構成され、エンジンフードＨにおける二次衝突も吸収できるようになっている。また、エアバッグ２は、内部に充填されたガスを外部に放出するための複数のガス放出穴２ａを有している。ガス放出穴２ａは、二次衝突の際に歩行者Ｗに加えられる衝撃エネルギの吸収に伴いエアバッグ２の内部に充填されたガスを外部に放出するためのもので、エアバッグ２の上面の幅方向中央部に互いに所定間隔離間して複数形成されている。なお、このエアバッグ２は、図示省略するが、通常、蛇腹状に折り畳まれた状態でエンジンフードＨとエンジンルームの間に形成されるケーシングＣ内に配設されている。

インフレータ３は、エアバッグ２に高圧ガスを供給して、エアバッグ２を展開させるためのものである。インフレータ３は、ケーシングＣの前方寄りにケーシングＣの幅方向に沿って配設されており、内部にガス発生剤が充填されている。インフレータ３は、車両が所定の速度（例えば４０ｋｍ／ｈ）以上の走行速度で走行している際に加速度センサ４が車両Ｍの歩行者Ｗへの衝突を検出すると、スクイブ着火信号を送信され、内部に充填されたガス発生剤が着火されてガスを発生し、発生したガスをエアバッグ２に充填するようになっている。

加速度センサ４は（図２参照）、歩行者Ｗの一次衝突を検出するためのもので、車両Ｍの中心に設置されている（図１では図示省略）。この加速度センサ４から所定値以上の減速度を検出したときは、制御部７で衝突物が衝突したと判定される。なお、本実施形態では、加速度センサ４を用いたが、本発明の衝突検出手段はこれに限定されるものではなく、種々の公知のセンサ等を適用でき、例えば、図１に示すように、フロントバンパＦの前面に埋設するセンサ４’として感圧式のタッチセンサ、或いは衝撃を受けた際のフロントバンパＦ自体の移動荷重を受けるように配設されたタッチセンサ等を適用することにより、車両Ｍと衝突物（以下、図７に示すように歩行者Ｗとして説明する）との衝突を検出できる。

カメラ５は、車両Ｍの前方を撮影する小型のＣＣＤカメラからなり、車両ＭのルーフパネルＲに設置されている。このカメラ５は、衝突物たる歩行者Ｗの身長を検出するためのもので、歩行者Ｗの身長（衝突物の高さ）を検出できる場所であれば、車内に設置するものであってもよいし、車両Ｍにおける車外の任意の場所に設置するものであってもよい。歩行者Ｗの身長は、このカメラ５で撮影される歩行者Ｗまでの距離と、カメラ５の画角と、地面を基準としたカメラ５の設置高さと、撮影される歩行者Ｗの頭部の最先端部の位置とから、予め定めた演算式を算出することで検出される。なお、歩行者Ｗまでの距離は、少なくとも２台のカメラを設けて視差を測定するか、超音波センサなどと組み合わせ、前方に超音波を発信し歩行者Ｗからの反射波を受信するか等で、検出することができる。

車速センサ６は（図２参照）、車速を検出する公知のセンサで、例えば、トランスミッションに設置されて車速に応じてパルス信号を発信するものや、ホイールに取り付けられ、その角速度を検出する角速度センサ等がある。

次に、制御部７について説明する。図２は、ハード構成を示すブロック図であり、図３は、本実施形態の機能構成を示すブロック図である。また、図４は、各データを説明する図である。

図２に示すように、制御部７は、前記した加速度センサ４から出力される信号から加速度データを、カメラ５から出力される信号から歩行者身長データを、車速センサ６から出力される信号から車速データを、Ａ／Ｄポートを介して読み込む。また、制御部７のメモリには、車体データ、および、スクイブ着火信号が送信されてからエアバッグ２の内圧が最大になるまでの時間（Bag-fill-time（図５参照））が予め記憶されている。ここで、図４を参照して各データについて説明する。歩行者身長データとは、衝突物たる歩行者Ｗの身長Ｌの情報であり、車速データとは、本実施形態に係る衝突物保護装置１（図１参照）が搭載された車両Ｍの車速Ｖの情報である。また、車体データとは、歩行者Ｗの二次衝突予定部と足元とを結ぶ線と衝突前の歩行者Ｗとのなす角θの情報であり、車両の前部形状から予め求められた定数である。さらに、加速度データは、車両Ｍの加速度ｇの情報である。

そして、図２に示すように、制御部７は、これらの各データに基づいて、スクイブ着火信号を発生させるタイミングを決定し、スクイブ着火信号を発生させる。このようにして、制御部７からスクイブ着火信号が出力されると、スイッチ８がＯＮされて、スクイブ９に着火電流が流れる。これにより、インフレータ３内のガス発生剤が着火されてガスを発生し、ガスがエアバッグ２に供給されることで、エアバッグ２が展開する。

次に、制御部７が、スクイブ着火信号を発生させる動作について説明する。図３に示すように、制御部７は、読み込んだ歩行者身長データ、車速データ、および、車体データに基づいて、二次衝突時間演算手段１０で、歩行者Ｗ（図４参照）の二次衝突時間を演算し、その結果を、遅延量決定手段１１に送信する。遅延量決定手段１１では、歩行者Ｗの一次衝突から二次衝突までの遅延量を決定し、その結果を遅延手段１３に送信する。また、制御部７は、読み込んだ加速度データに基づいて、衝突判定手段１２で、歩行者Ｗが一次衝突したか否かを判定する。そして、衝突判定手段１２では、一次衝突したと判定すると、衝突信号を遅延手段１３に送信する。遅延手段１３では、入力された衝突信号を前記遅延量に応じて遅延し、スクイブ着火信号として出力する。

さらに、図３から図５までを参照しながら、スクイブ着火信号を発生させるタイミングの演算方法について、具体的に説明する。

まず、図３に示す二次衝突時間演算手段１０で演算される二次衝突時間Ｔ２（二次衝突時間Ｔ）は（図５参照）、次のようにして導かれる。車速Ｖは、歩行者Ｗの頭部周速度と同一であり、歩行者Ｗの頭部は、車両Ｍからみると、足元を中心とした等速円運動に近似するということができる。よって、
Ｖ＝Ｌ×ω …式（１）

また、角θは、角速度ωと二次衝突時間Ｔ２を用いて、次式（２）のように表せる。
θ＝ω×Ｔ２ …式（２）

そして、式（１）、（２）から角速度ωを消去し、整理すると、
Ｔ２＝Ｌ×θ／Ｖ …式（３）
が得られる。つまり、この式（３）により、二次衝突時間Ｔ２が演算される。

次に、図３に示す遅延量決定手段１１での遅延量の決定方法について、図５を参照しながら説明する。図５は、時間とバッグ内圧の関係を示すグラフである。なお、図５の実線と一点鎖線は、エアバッグ２やインフレータ３のばらつきを示したものである。ちなみに、図５において、バッグ内圧が基準内圧以上であるときに、二次衝突の衝撃エネルギを効果的に吸収できるようになっている。

図５を参照しながら説明すると、遅延量決定手段１１（図３参照）では、二次衝突時間Ｔ２に応じてスクイブ着火時間ＴＴＦを決定し、一次衝突時間Ｔ１からスクイブ着火時間ＴＴＦまでの遅延量を決定する。ここで、スクイブ着火時間ＴＴＦとは、歩行者Ｗの二次衝突時にエアバッグ２の内圧が最大になるようにスクイブ９に着火信号を送信するタイミングである。つまり、
ＴＴＦ＝Ｔ２−Bag-fill-time …式（４）

この式（４）により、一次衝突時間Ｔ１からスクイブ着火時間ＴＴＦまでの時間が、遅延量決定手段１１（図３参照）で遅延量として決定される。そして、この結果は、図３に示すとおり、遅延手段１３に送信され、遅延手段１３では、衝突判定手段１２から入力された衝突信号を、前記遅延量に応じて遅延し、スクイブ着火信号として出力する。

以上によれば、本実施形態に係る衝突物保護装置１において、以下の効果を得ることができる。
本実施形態に係る衝突物保護装置１によれば、歩行者Ｗの身長Ｌと車速Ｖに基づいて、歩行者Ｗがエアバッグ２に二次衝突するまでの二次衝突時間Ｔ２を演算し、この二次衝突時間Ｔ２に応じて、スクイブ着火信号を遅延させて発生する。つまり、歩行者Ｗの体格や車速Ｖを考慮して二次衝突時間Ｔ２を決定することで、ほぼ正確な二次衝突時間を得ることができる。そして、この二次衝突時間に、エアバッグ２の内圧が最大になるようにスクイブ着火時間ＴＴＦを設定していることで、歩行者Ｗを基準内圧以上で受けることができるので、インフレータ３やエアバッグ２の容量を大きくすることなく、二次衝突における衝撃エネルギを吸収することができる。

以上、本実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、種々の形態で実施することができる。
本実施形態では、一次衝突を検出する加速度センサ４を用いたが、本発明は、一次衝突を予知する衝突予知センサを用いて実施することができる。衝突予知センサとしては、超音波を車両の進行エリアに向けて発信し、その反射波を受信することで車両の歩行者への衝突を予知する超音波センサなどがある。超音波センサは、車両前端部に設けられたフロントバンパＦの前面側に、車両前方の全域に亘って埋設され、歩行者までの距離を検出する。そして、衝突判定手段では、歩行者までの距離が近づいたら衝突と判断する。これによれば、一次衝突を予知することができ、演算速度が遅いコンピュータでも対応することができる。

本実施形態では、二次衝突時間Ｔ２に合わせてスクイブ着火信号を送信する一段点火機能のものについて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、二段点火機能を有するインフレータを使用したエアバッグ２にも適用することができる。例えば、高速で衝突した場合には、一発目と二発目をほぼ同時に点火させ、低速で衝突した場合には、一発目の点火タイミングを遅延させ、二発目の点火タイミングを更に遅延させる。

本実施形態では、二次衝突時間Ｔ２にバッグ内圧が最大となるように、スクイブ着火時間ＴＴＦを設定したが、本発明はこれに限定されるものではなく、二次衝突時間Ｔ２においてバッグ内圧が基準値以上あればよく、二次衝突時間とバッグ内圧が最大となるタイミングが若干ずれるものであっても構わない。

また、遅延量決定手段１１での遅延量決定に際しては、車体形状（車両前部の長さ、角度等）や衝突位置などの補正を含むものであってもよい。

また、衝突物を単なる剛体として扱うか、複雑な骨格と筋肉から構成される人間とでは、挙動に差異があるので、歩行者ダミーを用いた実車テストやシュミレーションにより補正を行うことが好ましい。

エアバッグが展開された状態の本実施形態に係る衝突物保護装置を示す外観斜視図である。 ハード構成を示すブロック図である。 本実施形態の機能構成を示すブロック図である。 各データを説明する図である。 時間とバッグ内圧の関係を示すグラフである。

符号の説明

１ 衝突物保護装置
２ エアバッグ
３ インフレータ
４ 加速度センサ
５ カメラ
６ 車速センサ
７ 制御部
１０ 二次衝突時間演算手段
１１ 遅延量決定手段
１２ 衝突判定手段
１３ 遅延手段
Ｌ 身長
Ｍ 車両
Ｔ１ 一次衝突時間
Ｔ２ 二次衝突時間
ＴＴＦ スクイブ着火時間
Ｖ 車速
Ｗ 歩行者

Claims (3)

1. 衝突物の一次衝突を検出または予知したときに車両の前部上面でエアバッグを展開させる衝突物保護装置であって、
   エアバッグと、
   前記エアバッグにガスを供給するガス発生手段と、
   前記車両の車速を検出する車速検出手段と、
   前記車両に設けられ、前記衝突物の一次衝突を検出する衝突検出手段、および、前記衝突物の一次衝突を予知する衝突予知手段のうち少なくとも一方と、
   前記エアバッグを展開させるスクイブ着火信号を発生し、前記ガス発生手段に送信する制御手段と、
   を備え、
   前記制御手段は、前記車速に基づいて、前記衝突物が一次衝突の後前記車両に二次衝突するまでの遅れ時間である二次衝突時間を演算し、この二次衝突時間に応じて前記スクイブ着火信号を前記一次衝突から遅延させて発生することを特徴とする衝突物保護装置。
2. 前記車両に設けられ、前記衝突物の高さを検出する衝突物高さ検出手段を有し、
   前記制御手段は、前記車速と前記衝突物の高さに基づいて、前記二次衝突時間を演算し、この二次衝突時間に応じて前記スクイブ着火信号を前記一次衝突から遅延させて発生することを特徴とする請求項１に記載の衝突物保護装置。
3. 前記制御手段は、前記二次衝突時間を次式に基づいて演算することを特徴とする請求項２に記載の衝突物保護装置。
   Ｔ＝Ｌ×θ／Ｖ
   但し、Ｔ：二次衝突時間、Ｌ：衝突物の高さ、
   θ：二次衝突予定部と衝突物下部とを結ぶ線と衝突物とのなす角度、Ｖ：車速

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