JP2008062714A - 車両における乗員保護装置 - Google Patents

Abstract

【課題】衝突時において、乗員の中枢神経系の傷害を低減させることができる車両における乗員保護装置の提供を課題とする。
【解決手段】頭部用エアバッグ１２と、頭部用エアバッグ１２よりも乗員Ｐ側へ張り出す胴体部用エアバッグ１４と、頭部用エアバッグ１２に充填材を供給して、頭部用エアバッグ１２を展開させる第１インフレーター１６と、胴体部用エアバッグ１４に充填材を供給して、胴体部用エアバッグ１４を展開させる第２インフレーター１８と、を備えた乗員保護装置１０であって、頭部用エアバッグ１２の充填材と胴体部用エアバッグ１４の充填材とを異なる物質とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、主に前方衝突時の車両における乗員保護装置に関する。

車両おける従来の乗員保護装置は、衝突時の衝撃を吸収する機能だけに着目したものが多く、人体の構造学的見知を考慮していないと思われる技術が多い。すなわち、人体に与える傷害メカニズムヘの理解不足から、必ずしも傷害低減に寄与するものとなっていないものがある。例えば、単一のエアバッグで乗員を保護する場合、エアバッグから受ける減衰特性は、頭部と胴体部の間で等しくされている。しかし、頭部と胴体部には重量差があり、この重量差による身体間の慣性力の違いが、人体に重大な影響を与える場合がある。

一般に、頭部の重量は４ｋｇ〜５ｋｇであり、胴体部（胸部、腹部、上肢）の重量は４０ｋｇ〜５０ｋｇであって、その重量比はおよそ１０倍になっている。頭部の慣性力は胴体部の慣性力よりも小さいため、衝突によって生じる頭部の運動エネルギーは、胴体部に比べて短い時間で吸収される。しかし、胴体部は、頭部よりも大きな運動エネルギーを有するため、その運動エネルギーの吸収に時間を要し、胴体部の制動距離は、頭部よりも長くなる。

したがって、単一のエアバッグで頭部と胴体部を拘束した場合、これらの減衰特性及び制動距離の違いにより、頸部が大きく変形させられ、背骨の中枢を走る脊髄に、破断に至る大きな歪みが生じる可能性がある。なお、エアバッグを頭部用と胴体部用の上下２段式としたものも知られている（例えば、特許文献１参照）が、人体の構造学的見知を考慮すると、未だ改善の余地がある。
特開２００３−５４３５３号公報

そこで、本発明は、上記事情に鑑み、衝突時において、乗員の中枢神経系（脳と脊髄）の傷害を低減させることができる車両における乗員保護装置を得ることを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係る請求項１に記載の車両における乗員保護装置は、頭部用エアバッグと、前記頭部用エアバッグよりも乗員側へ突出する胴体部用エアバッグと、前記頭部用エアバッグに充填材を供給して、該頭部用エアバッグを展開させる第１インフレーターと、前記胴体部用エアバッグに充填材を供給して、該胴体部用エアバッグを展開させる第２インフレーターと、を備え、前記頭部用エアバッグの充填材と前記胴体部用エアバッグの充填材とが異なる物質とされていることを特徴としている。

請求項１に記載の発明によれば、頭部用エアバッグと胴体部用エアバッグの減衰特性に差を付けることができるので、衝撃後の頭部と胴体部（胸部及び腹部）の移動量が等しくなり、頭部と胴体部の間に大きな相対変位が生じないようにできる。つまり、頭部への衝撃力が緩和されて脳への負荷が低減されるとともに、頸部に対する剪断変形が緩和されて脊髄への負荷が低減される。したがって、乗員の中枢神経系（脳と脊髄）の傷害を低減させることができる。

また、請求項２に記載の車両における乗員保護装置は、請求項１に記載の車両における乗員保護装置において、前記頭部用エアバッグの充填材が気体とされ、前記胴体部用エアバッグの充填材が、前記気体とは異なる気体、液体、もしくは粉末状又は粒子状の固体、あるいはこれらの混合体とされていることを特徴としている。

請求項２に記載の発明によれば、頭部用エアバッグと胴体部用エアバッグの減衰特性に好適に差を付けることができる。

また、請求項３に記載の車両における乗員保護装置は、請求項１又は請求項２に記載の車両における乗員保護装置において、前記頭部用エアバッグの素材が、前記胴体部用エアバッグの素材よりも柔らかい素材であることを特徴としている。

請求項３に記載の発明によれば、頭部用エアバッグと胴体部用エアバッグの減衰特性に更に差を付けることができる。

また、請求項４に記載の車両における乗員保護装置は、請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の車両における乗員保護装置において、前記頭部用エアバッグと前記胴体部用エアバッグが、同時に展開されることを特徴としている。

請求項４に記載の発明によれば、衝撃後の頭部と胴体部（胸部及び腹部）の移動量が等しくなり、頭部と胴体部の間に大きな相対変位が生じないようにできる。

また、請求項５に記載の車両における乗員保護装置は、請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の車両における乗員保護装置において、乗員から見て、前記頭部用エアバッグが円形状とされ、前記胴体部用エアバッグが、前記頭部用エアバッグと重複する部分が少なくなるように円弧状に切り欠かれた切欠部を有する形状とされていることを特徴としている。

請求項５に記載の発明によれば、衝撃後の頭部と胴体部（肩部及び胸部及び腹部）の移動量が等しくなり、頭部と胴体部の間に大きな相対変位が生じないようにできる。

また、本発明に係る請求項６に記載の車両における乗員保護装置は、車両の助手席側に設けられる乗員保護装置であって、インストルメントパネルに緩衝手段を介して突出可能に設けられる支持部材と、前記支持部材の内部に設けられ、展開時に該支持部材を被覆するとともに、該支持部材の周囲へ張り出すエアバッグと、前記支持部材に設けられ、前記エアバッグに充填材を供給して、該エアバッグを展開させるインフレーターと、を有することを特徴としている。

請求項６に記載の発明によれば、エアバッグにおいて、支持部材が支持する部分（胸部）と支持部材が支持しない周囲の部分（頭部）とで減衰特性に差を付けることができる。したがって、衝撃後の頭部と胴体部（胸部）の移動量が等しくなり、頭部と胴体部の間に大きな相対変位が生じないようにできる。つまり、頭部への衝撃力が緩和されて脳への負荷が低減されるとともに、頸部に対する剪断変形が緩和されて脊髄への負荷が低減される。よって、乗員の中枢神経系（脳と脊髄）の傷害を低減させることができる。

また、請求項７に記載の車両における乗員保護装置は、請求項６に記載の車両における乗員保護装置において、前記支持部材の突出タイミングと前記エアバッグの展開タイミングが同時であることを特徴としている。

請求項７に記載の発明によれば、衝撃後の頭部と胴体部（胸部）の移動量が等しくなり、頭部と胴体部の間に大きな相対変位が生じないようにできる。

以上のように、本発明によれば、衝突時において、乗員の中枢神経系（脳と脊髄）の傷害を低減できる車両における乗員保護装置を提供することができる。

以下、本発明の最良な実施の形態について、図面に示す実施例を基に詳細に説明する。なお、各図において、車両前方向を矢印ＦＲ、車両後方向を矢印ＲＥで示し、車両上方向を矢印ＵＰ、車両下方向を矢印ＤＯで示す。図１は本実施形態に係る運転席側の乗員保護装置１０を示す概略正面図と概略側面図であり、図２はその運転席側の乗員保護装置１０の変形例を示す概略正面図と概略側面図である。また、図３はステアリング２２の軸２４内にエアバッグモジュール２０が組み込まれている様子を示す概略側断面図であり、図４はステアリング２２とエアバッグモジュール２０の位置関係を示す概略正面図である。

まず最初に、運転席側の乗員保護装置１０について説明する。図１で示すように、運転席側の乗員保護装置１０は、頭部用と胴体部用の上下２段に分離独立したエアバッグ１２、１４で構成されている。すなわち、上段の頭部用エアバッグ１２は、乗員Ｐ（図５参照）から見て円形状（球体形状）に展開し（膨らみ）、下段の胴体部用エアバッグ１４は、乗員Ｐから見て頭部用エアバッグ１２よりも大きく、かつ両端が上方を向く三日月型形状に展開する（膨らむ）ように構成されている。

ここで、胴体部用エアバッグ１４が、両端が上方を向く三日月型形状とされているのは、胸部及び腹部だけではなく、肩部も受け止めることを想定しているからであり、更に頭部がシートベルトの拘束によっては、前方に突出することも考慮しているからである。なお、胴体部用エアバッグ１４は、同様の効果を奏するものであれば、三日月型形状に限定されるものではなく、例えば図２で示すように、略「Ｈ」型形状等としてもよい。

また、胴体部用エアバッグ１４の上側中央部が、球体形状をなす頭部用エアバッグ１２の下側中央部と僅かにオーバーラップ（重複）するが、このオーバーラップ部分は、頭部と胴体部との間に大きな相対変位が生じないように（頭部に胴体部用エアバッグ１４が当たらず、衝撃後の頭部と胴体部の移動量が等しくなるように）するためには、少ない方が好ましい。したがって、胴体部用エアバッグ１４の上側中央部は円弧状に切り欠かれた切欠部１４Ａとされ、全体として三日月型形状や略「Ｈ」型形状とされている。

また、胴体部用エアバッグ１４は、主に胸部における肋骨と胸骨に当たる（接触する）ように構成されることが望ましく、胸部への負荷荷重は、肋骨骨折を最小限に抑えられる程度にすることが望ましい。また、胴体部用エアバッグ１４が頭部用エアバッグ１２よりも先に乗員Ｐ（胴体部）に接触するように、胴体部用エアバッグ１４が頭部用エアバッグ１２よりも後方側に（乗員Ｐ側に）向かって所定高さ（厚さ）突出する構成とされている。

すなわち、頭部用エアバッグ１２の乗員Ｐとの接触面（車両後方側の表面）と、胴体部用エアバッグ１４の乗員Ｐとの接触面（車両後方側の表面）が、車両の前後方向で所定のオフセット量（頭部用エアバッグ１２と胴体部用エアバッグ１４の厚さの差）Ｔを有する構成とされている。例えば、標準男性の体型を仮定すれば、このオフセット量Ｔは、Ｔ＝０ｃｍ〜１０ｃｍ程度の範囲で適度な長さとされ、胴体部用エアバッグ１４の厚さＤは、Ｄ＝２５ｃｍ〜３５ｃｍ程度とされている。

また、図３、図４で示すように、運転席側に設けるエアバッグモジュール２０は、上下２段のエアバッグ１２、１４がそれぞれ折り畳まれた状態で格納されているエアバッグケース１３、１５と、各エアバッグケース１３、１５に格納されている各エアバッグ１２、１４にそれぞれ接続され、各エアバッグ１２、１４に充填材を供給して（送り込んで）展開させる各インフレーター１６、１８とを備えている。そして、このエアバッグモジュール２０は、ステアリング２２がどの向きに回転されても回転せず、常に図１、図２で示すような展開状態になるように構成されている。

すなわち、頭部用エアバッグ１２と胴体部用エアバッグ１４の上下方向が、ステアリング２２の回転によらず、常に一定となるように、エアバッグモジュール２０とステアリング２２は互いに独立した機構とされている。例えば、ステアリング２２の軸２４を回転不能とされた内輪軸２６と、回転可能とされた外輪軸２８の２重構造として独立させ、回転しない内輪軸２６の内部にエアバッグモジュール２０を固定し、回転自在な外輪軸２８にステアリング機能を付与する構成としている。

なお、エアバッグモジュール２０を閉塞し、各エアバッグ１２、１４の少なくともどちらか一方の膨張圧が所定値以上になると破断されるエアバッグドア２３は、各エアバッグ１２、１４の位置がステアリング２２の回転によらず、常に同じ位置に固定されるのであれば、ステアリング２２と一緒に回転する構成にしても構わない。また、頭部用エアバッグ１２と胴体部用エアバッグ１４に供給する充填材は異なる物質とされ、頭部用エアバッグ１２と胴体部用エアバッグ１４の減衰特性に差が付けられている。

すなわち、頭部用エアバッグ１２には、インフレーター１６から、気体（空気）が充填され、胴体部用エアバッグ１４には、インフレーター１８から、変形抵抗が大きい液体、もしくは粉末状又は粒子状の固体、あるいはこれらの混合体が充填されるようになっている。なお、胴体部用エアバッグ１４に気体を充填してもよいが、その気体は、頭部用エアバッグ１２に充填する気体（空気）よりも比重が高い気体とすることが好ましい。また、各インフレーター１６、１８は、所定の電流が点火装置（図示省略）に通電されることによって作動する構成とされている。

その他、上下２段とされた各エアバッグ１２、１４は同時に展開を始め、展開初期から完了までに、上記した円形状や三日月型形状、あるいは略「Ｈ」型形状をなすように構成されている。また、頭部用エアバッグ１２の素材には、胴体部用エアバッグ１４の素材よりも柔らかい素材を使用することが、両者の減衰特性に更に差を付けるうえで望ましい。また、頭部用エアバッグ１２の空気抜き孔（図示省略）を、胴体部用エアバッグ１４の空気（液体）抜き孔（図示省略）に比べて大きく形成することが、両者の減衰特性に差を付けるうえで更に望ましい。

以上のような構成の運転席側の乗員保護装置１０において、次にその作用について説明する。車両が衝突したことをエアバッグセンサー（図示省略）が感知し、乗員Ｐをエアバッグ１２、１４で保護すべきとエアバッグＥＣＵ（図示省略）が判断したときには、以下の流れに沿って乗員保護装置１０が作動する。

まず、シートベルト非着用時においては、角度検知機構（図示省略）により、シートの座面位置とシート背もたれ角度を検知する。そして、荷重分布センサー（図示省略）により、シート座面とシート背もたれに加わる荷重分布を検知する。次いで、それらのシート状態とカメラによる状態計測から乗員Ｐの体重、体格及び姿勢を推定し、更にステアリング２２から頭部と胸部までの距離を算出する。つまり、シート座圧分布を検知して乗員Ｐの重心を探し、シートスライディング位置と合わせて、頭部と胸部の位置を推定する。

ここで、乗員Ｐが胸部をステアリング２２に接近させた状態で着座しているとき、又はステアリング２２に接触させている状態（アウト・オブ・ポジション）で着座しているときには、エアバッグ１２、１４を展開しない。この着座状態のときには、乗員Ｐにステアリング２２からの距離を保つように警報装置（図示省略）により注意を促す。この状態以外のときには、ステアリング２２から頭部までの距離と、ステアリング２２から胸部までの距離にそれぞれ適した容量分、エアバッグ１２、１４を展開する。

すなわち、インフレーター１６、１８に所定の電流が通電されて点火装置が作動し、頭部用エアバッグ１２にインフレーター１６から空気のみが充填される。そして、これと同時に、胴体部用エアバッグ１４にインフレーター１８から空気よりも反力のある別の物質、例えば液体（水）と粒状体（公知のビーズなど）の混合体が充填される。

一方、シートベルト着用時においては、上記と同様に、角度検知機構により、シートの座面位置とシート背もたれ角度を検知し、荷重分布センサーにより、シート座面とシート背もたれに加わる荷重分布を検知する。そして、それらのシート状態とカメラによる状態計測から乗員Ｐの体重、体格及び姿勢を推定し、更にステアリング２２から頭部と胸部までの距離を算出する。つまり、シート座圧分布を検知して乗員Ｐの重心を探し、シートスライディング位置と合わせて、頭部と胸部の位置を推定する。

また、車両に設けられた調節機構（図示省略）により、ステアリング２２の上下角度に対する乗員Ｐとの車両前後方向の距離を自動的に調節し、それに基づいてエアバッグ１２、１４の展開量を調節する。そして、シートベルトによる胸部拘束の最終移動量を想定した位置に、エアバッグ１２、１４を展開する。すなわち、頭部用エアバッグ１２には、インフレーター１６から空気のみが充填され、胴体部用エアバッグ１４には、インフレーター１８から空気よりも反力のある別の物質、例えば液体（水）と粒状体（公知のビーズなど）の混合体が充填される。

ここで、同時に展開される各エアバッグ１２、１４は、車両前後方向にオフセット量Ｔを有し、かつ頭部用エアバッグ１２には気体が充填され、胴体部用エアバッグ１４には液体と固体の混合体が充填されているので、頭部用エアバッグ１２と胴体部用エアバッグ１４の減衰特性に差を付けることができる。したがって、衝撃後の頭部と胴体部（胸部及び腹部）の移動量が等しくなり、頭部と胴体部の間に大きな相対変位が生じない。つまり、頭部への衝撃力が緩和されて脳への負荷が低減されるとともに、頸部に対する剪断変形が緩和されて脊髄への負荷が低減される。よって、乗員Ｐの中枢神経系（脳と脊髄）の傷害を低減させることができる。

なお、シートベルト着用時には、エアバッグ１２、１４が展開したときに、シートベルトによる拘束力が、すでに胴体部に加えられているので、このときの胴体部用エアバッグ１４には、頭部用エアバッグ１２と同様に気体（空気よりも比重が高い気体）を充填しても構わない。このように、シートベルトの着用・非着用で、胴体部用エアバッグ１４に供給する充填材（物質）を切り換えるようにしてもよい。その場合は、胴体部用エアバッグ１４のインフレーター１８を２種類設けておけばよい。

また、頭部用エアバッグ１２の素材を、胴体部用エアバッグ１４の素材よりも柔らかい素材にするなどして、乗員Ｐの頭部をその頭部用エアバッグ１２で柔らかく受け止められるようにすれば、胴体部よりも重量が小さい頭部を、その胴体部よりも早く制止させないようにできる。換言すれば、胴体部用エアバッグ１４の素材を、頭部用エアバッグ１２の素材よりも堅い素材にするなどして、乗員Ｐの胴体部をその胴体部用エアバッグ１４で減衰力を高めつつ制動距離を短めに保てるようにすれば、頭部よりも重量が大きい胴体部を、その頭部よりも早く制止させることができる。なお、米国などでは、重量過多（例えば１００ｋｇ〜２００ｋｇ）の乗員もいるため、胴体部用エアバッグ１４は、大きな慣性力に対しても充分に対抗できる堅さにすることが望ましい。

次に、助手席側の乗員保護装置３０について説明する。図５は本実施形態に係る第１実施例の助手席側の乗員保護装置３０を示す概略側面図であり、図６は助手席側の乗員保護装置３０の形状を示す概略正面図である。図５、図６で示すように、この助手席側の乗員保護装置３０は、頭部用と胴体部用の上下２段に分離独立したエアバッグ３２、３４で構成されている。

すなわち、上段の頭部用エアバッグ３２は、乗員Ｐから見て円形状（球体形状）に展開し（膨らみ）、下段の胴体部用エアバッグ３４は、乗員Ｐから見て頭部用エアバッグ３２よりも大きく、かつ上側中央部に円弧状に切り欠かれた切欠部３４Ａが形成される凹型形状に展開する（膨らむ）ように構成されている。

ここで、胴体部用エアバッグ３４が、上側中央部に円弧状に切り欠かれた切欠部３４Ａが形成される凹型形状とされているのは、胸部及び腹部だけではなく、肩部も受け止めることを想定しているからであり、更に頭部がシートベルトの拘束によっては、前方に突出することも考慮しているからである。なお、胴体部用エアバッグ３４は、凹型形状に限定されるものではなく、同様の効果を奏するものであれば、どのような形状に形成してもよい。

また、胴体部用エアバッグ３４の上側中央部が、球体形状をなす頭部用エアバッグ３２の下側中央部と僅かにオーバーラップ（重複）するが、このオーバーラップ部分は、頭部と胴体部との間に大きな相対変位が生じないように（頭部に胴体部用エアバッグ３４が当たらず、衝撃後の頭部と胴体部の移動量が等しくなるように）するためには、少ない方が好ましい。したがって、胴体部用エアバッグ３４の上側中央部は円弧状に切り欠かれた切欠部３４Ａとされ、全体として凹型形状とされている。

また、胴体部用エアバッグ３４は、主に胸部における肋骨と胸骨が当たる（接触する）ように構成されることが望ましく、胸部への負荷荷重は、肋骨骨折を最小限に抑えられる程度にすることが望ましい。また、胴体部用エアバッグ３４が頭部用エアバッグ３２よりも先に乗員Ｐ（胴体部）に接触するように、胴体部用エアバッグ３４が頭部用エアバッグ３２よりも後方側に（乗員Ｐ側に）向かって所定高さ（厚さ）突出する構成とされている。

すなわち、頭部用エアバッグ３２の乗員Ｐとの接触面（車両後方側の表面）と、胴体部用エアバッグ３４の乗員Ｐとの接触面（車両後方側の表面）が、車両の前後方向で所定のオフセット量（頭部用エアバッグ３２と胴体部用エアバッグ３４の厚さの差）Ｔを有する構成とされている。例えば、標準男性の体型を仮定すれば、このオフセット量Ｔは、Ｔ＝０ｃｍ〜１０ｃｍ程度の範囲で適度な長さとされ、胴体部用エアバッグ３４の厚さＤは、Ｄ＝２５ｃｍ〜３５ｃｍ程度とされている。

また、頭部用エアバッグ３２と胴体部用エアバッグ３４は、それぞれ折り畳まれた状態でエアバッグケース３３、３５に格納され、そのエアバッグケース３３、３５に格納されているエアバッグ３２、３４に、それぞれインフレーター３６、３８が接続されている。つまり、各エアバッグ３２、３４は、各インフレーター３６、３８によって独立して展開するように構成されており、頭部用エアバッグ３２と胴体部用エアバッグ３４に供給する（送り込む）充填材が異なる物質とされて、両者の減衰特性に差が付けられている。

すなわち、頭部用エアバッグ３２には、インフレーター３６から、気体（空気）が充填され、胴体部用エアバッグ３４には、インフレーター３８から、変形抵抗が大きい液体、もしくは粉末状又は粒子状の固体、あるいはこれらの混合体が充填されるようになっている。なお、胴体部用エアバッグ３４に気体を充填してもよいが、その気体は、頭部用エアバッグ３２に充填する気体（空気）よりも比重が高い気体とすることが好ましい。また、インフレーター３６、３８は、所定の電流が点火装置（図示省略）に通電されることによって作動する構成とされている。

その他、上下２段とされた各エアバッグ３２、３４は同時に展開を始め、展開初期から完了までに、上記した円形状や凹型形状をなすように構成されている。また、頭部用エアバッグ３２の素材には、胴体部用エアバッグ３４の素材よりも柔らかい素材を使用することが、両者の減衰特性に更に差を付けるうえで望ましい。また、頭部用エアバッグ３２の空気抜き孔（図示省略）を、胴体部用エアバッグ３４の空気（液体）抜き孔（図示省略）に比べて大きく形成することが、両者の減衰特性に差を付けるうえで更に望ましい。

以上のような構成の助手席側の第１実施例に係る乗員保護装置３０において、次にその作用について説明する。車両が衝突したことをエアバッグセンサー（図示省略）が感知し、乗員Ｐをエアバッグ３２、３４で保護すべきとエアバッグＥＣＵ（図示省略）が判断したときには、以下の流れに沿って乗員保護装置３０が作動する。

まず、シートベルト非着用時においては、角度検知機構（図示省略）により、シートの座面位置とシート背もたれ角度を検知する。そして、荷重分布センサー（図示省略）により、シート座面とシート背もたれに加わる荷重分布を検知する。次いで、それらのシート状態とカメラによる状態計測から乗員Ｐの体重、体格及び姿勢を推定し、更にインストルメントパネル（以下「インパネ」という）４２から頭部と胸部までの距離を算出する。つまり、シート座圧分布を検知して乗員Ｐの重心を探し、シートスライディング位置と合わせて、頭部と胸部の位置を推定する。

ここで、乗員Ｐが胸部をインパネ４２に接近させた状態で着座しているとき、又はインパネ４２に接触させている状態で着座しているときには、エアバッグ３２、３４を展開しない。この着座状態のときには、乗員Ｐにインパネ４２からの距離を保つように警報装置（図示省略）により注意を促す。この状態以外のときには、インパネ４２から頭部までの距離と、インパネ４２から胸部までの距離にそれぞれ適した容量分、エアバッグ３２、３４を展開する。

すなわち、インフレーター３６、３８に所定の電流が通電されて点火装置が作動し、頭部用エアバッグ３２にインフレーター３６から空気のみが充填される。そして、これと同時に、胴体部用エアバッグ３４にインフレーター３８から空気よりも反力のある別の物質、例えば液体（水）と粒状体（公知のビーズなど）の混合体が充填される。

一方、シートベルト着用時においては、上記と同様に、角度検知機構により、シートの座面位置とシート背もたれ角度を検知し、荷重分布センサーにより、シート座面とシート背もたれに加わる荷重分布を検知する。そして、それらのシート状態とカメラによる状態計測から乗員Ｐの体重、体格及び姿勢を推定し、更にインパネ４２から頭部と胸部までの距離を算出する。つまり、シート座圧分布を検知して乗員Ｐの重心を探し、シートスライディング位置と合わせて、頭部と胸部の位置を推定する。

また、車両に設けられた調節機構（図示省略）により、エアバッグ３２、３４の展開量を調節する。そして、シートベルトによる胸部拘束の最終移動量を想定した位置にエアバッグ３２、３４を展開する。すなわち、頭部用エアバッグ３２には、インフレーター３６から空気のみが充填され、胴体部用エアバッグ３４には、インフレーター３８から空気よりも反力のある別の物質、例えば液体（水）と粒状体（公知のビーズなど）の混合体が充填される。

ここで、同時に展開される各エアバッグ３２、３４は、車両前後方向にオフセット量Ｔを有し、かつ頭部用エアバッグ３２には気体が充填され、胴体部用エアバッグ３４には液体と固体の混合体が充填されているので、頭部用エアバッグ３２と胴体部用エアバッグ３４の減衰特性に差を付けることができる。したがって、衝撃後の頭部と胴体部（胸部及び腹部）の移動量が等しくなり、頭部と胴体部の間に大きな相対変位が生じない。つまり、頭部への衝撃力が緩和されて脳への負荷が低減されるとともに、頸部に対する剪断変形が緩和されて脊髄への負荷が低減される。よって、乗員Ｐの中枢神経系（脳と脊髄）の傷害を低減させることができる。

なお、シートベルト着用時には、エアバッグ３２、３４が展開したときに、シートベルトによる拘束力が、すでに胴体部に加えられているので、このときの胴体部用エアバッグ３４には、頭部用エアバッグ３２と同様に気体（空気よりも比重が高い気体）を充填しても構わない。このように、シートベルトの着用・非着用で、胴体部用エアバッグ３４に供給する充填材（物質）を切り換えるようにしてもよい。その場合は、胴体部用エアバッグ３４のインフレーター３８を２種類設けておけばよい。

また、頭部用エアバッグ３２の素材を、胴体部用エアバッグ３４の素材よりも柔らかい素材にするなどして、乗員Ｐの頭部をその頭部用エアバッグ３２で柔らかく受け止められるようにすれば、胴体部よりも重量が小さい頭部を、その胴体部よりも早く制止させないようにできる。換言すれば、胴体部用エアバッグ３４の素材を、頭部用エアバッグ３２の素材よりも堅い素材にするなどして、乗員Ｐの胴体部をその胴体部用エアバッグ３４で減衰力を高めつつ制動距離を短めに保てるようにすれば、頭部よりも重量が大きい胴体部を、その頭部よりも早く制止させることができる。なお、米国などでは、重量過多（例えば１００ｋｇ〜２００ｋｇ）の乗員もいるため、胴体部用エアバッグ３４は、大きな慣性力に対しても充分に対抗できる堅さにすることが望ましい。

次に、助手席側の別の乗員保護装置４０について説明する。図７は本実施形態に係る第２実施例の助手席側の乗員保護装置４０を示す概略側面図である。図７で示すように、この助手席側の乗員保護装置４０は、衝突時にインパネ４２から飛び出す（突出する）支持部材４４と、その支持部材４４から飛び出す（突出する）単一のエアバッグ５０とで構成されている。

すなわち、この支持部材４４の車両前方側（裏面側）には、緩衝手段としてのバネ４６及びダンパー４８の一端部がそれぞれ独立して取り付けられており、それらの他端部がインパネ４２よりも車両前方側の車体フレーム（図示省略）等に取り付けられている。そして、通常時には、その支持部材４４がインパネ４２の一部を構成するようになっている。なお、緩衝手段としてのバネ４６及びダンパー４８は、どちらか一方だけ設ける構成としてもよいが、両方設ける構成とした方が好ましい。

また、衝突時にインパネ４２から乗員Ｐの胸部（胴体部）めがけて飛び出す（突出する）支持部材４４の車両後方側の表面は、その胸部（胴体部）に対して平面で受け止められる略平面形状とされており、その支持部材４４の突出距離は、胸部（胴体部）の表面から車両前方側に向かって、２０ｃｍ〜３０ｃｍ程度の距離を保てる範囲までとされている。これにより、胸部（胴体部）への負荷荷重が、肋骨骨折を最小限に抑えられる程度となる構成である。

そして、その支持部材４４の内部に、エアバッグ５０が折り畳まれた状態で格納されているエアバッグケース５１と、エアバッグケース５１に格納されているエアバッグ５０に接続され、そのエアバッグ５０に充填材を送り込むインフレーター５２が設けられている。なお、インフレーター５２は、支持部材４４の内部ではなく、外部、例えば支持部材４４の裏面側に取り付けられる構成としてもよい。また、インフレーター５２は、所定の電流が点火装置（図示省略）に通電されることによって作動する構成とされている。

また、このエアバッグ５０は、展開したときに（膨らんだときに）、その容量が、上記した運転席側の頭部用エアバッグ１２の容量と胴体部用エアバッグ１４の容量を合計した容量よりも若干大きくされ、かつ上記のような上下２段に分離独立された構成とされておらず、単一で頭部から腹部（胴体部）までを覆う大きさ（サイズ）に形成されている。したがって、インパネ４２から飛び出した（突出した）支持部材４４の車両後方側の表面は、エアバッグ５０で完全に覆われ、かつ、このエアバッグ５０は、支持部材４４から頭部側及び腹部側（周囲）に所定長さ張り出す構成である。

つまり、頭部及び腹部が接触するエアバッグ５０の裏面側（車両前方側）には、支持部材４４の支えが無く、エアバッグ５０のみによって、頭部及び腹部が拘束される構成である。そして、胸部は、エアバッグ５０が変形して支持部材４４に底つきした後、支持部材４４の裏面側（車両前方側）に取り付けられているバネ４６及びダンパー４８の緩衝作用によって減衰される構成であり、これによって、衝突時の衝撃が好適に受け止められる構成である。

なお、このエアバッグ５０の展開タイミングは、頭部と胸部（胴体部）との間に大きな相対変位が生じないように（衝撃後の頭部と胸部の移動量が等しくなるように）、支持部材４４の突出タイミングと同時とされている。また、このエアバッグ５０には、気体（空気又は空気よりも比重が高い気体）が充填される。

以上のような構成の助手席側の第２実施例に係る乗員保護装置４０において、次にその作用について説明する。車両が衝突したことをエアバッグセンサー（図示省略）が感知し、乗員Ｐをエアバッグ５０で保護すべきとエアバッグＥＣＵ（図示省略）が判断したときには、以下の流れに沿って乗員保護装置４０が作動する。

まず、シートベルト非着用時においては、角度検知機構（図示省略）により、シートの座面位置とシート背もたれ角度を検知する。そして、荷重分布センサー（図示省略）により、シート座面とシート背もたれに加わる荷重分布を検知する。次いで、それらのシート状態とカメラによる状態計測から乗員Ｐの体重、体格及び姿勢を推定し、更にインパネ４２から頭部と胸部までの距離を算出する。つまり、シート座圧分布を検知して乗員Ｐの重心を探し、シートスライディング位置と合わせて、頭部と胸部の位置を推定する。

ここで、乗員Ｐが胸部をインパネ４２に接近させた状態で着座しているとき、又はインパネ４２に接触させている状態で着座しているときには、支持部材４４を突出させず、かつエアバッグ５０を展開しない。この着座状態のときには、乗員Ｐにインパネ４２からの距離を保つように警報装置（図示省略）により注意を促す。この状態以外のときには、支持部材４４を突出させ、かつ支持部材４４の周囲（乗員Ｐの頭部側及び腹部側）へ所定長さ張り出すのに適した容量分、エアバッグ５０を展開する。すなわち、インフレーター５２に所定の電流が通電されて点火装置が作動し、エアバッグ５０にインフレーター５２から空気のみが充填される。

一方、シートベルト着用時においては、上記と同様に、角度検知機構により、シートの座面位置とシート背もたれ角度を検知し、荷重分布センサーにより、シート座面とシート背もたれに加わる荷重分布を検知する。そして、それらのシート状態とカメラによる状態計測から乗員Ｐの体重、体格及び姿勢を推定し、更にインパネ４２から頭部と胸部までの距離を算出する。つまり、シート座圧分布を検知して乗員Ｐの重心を探し、シートスライディング位置と合わせて、頭部と胸部の位置を推定する。

また、車両に設けられた調節機構（図示省略）により、乗員Ｐの胸部に対する支持部材４４の突出量を調節し、それに基づいてエアバッグ５０の展開量を調節する。そして、シートベルトによる胸部拘束の最終移動量を想定した位置にエアバッグ５０を展開する。すなわち、エアバッグ５０にインフレーター５２から空気のみが充填される。

ここで、展開されたエアバッグ５０の頭部が接触する部分の裏面側には、支持部材４４が存在しない構成とされ、胴体部よりも重量が小さい頭部がエアバッグ５０のみで受け止められるように（頭部が支持部材４４によって支持されないように）して、その頭部が胴体部よりも早く制止されないようにしている。換言すれば、胴体部（胸部）のみを、エアバッグ５０だけではなく、バネ４６及びダンパー４８によって緩衝される支持部材４４によって受け止め、頭部よりも重量が大きい胴体部が減衰力を高めつつ制動距離を短めに保てるようにして、その胴体部が頭部よりも早く制止されるようにしている。

つまり、これにより、エアバッグ５０において、支持部材４４が支持する胸部側と、支持部材４４が支持しない頭部側（支持部材４４の周囲）とで、減衰特性に差が付けられるようになっている。したがって、衝撃後の頭部と胴体部（胸部）の移動量が等しくなり、頭部と胴体部の間に大きな相対変位が生じない。

すなわち、頭部への衝撃力が緩和されて脳への負荷が低減されるとともに、頸部に対する剪断変形が緩和されて脊髄への負荷が低減される。よって、乗員Ｐの中枢神経系（脳と脊髄）の傷害を低減させることができる。なお、米国などでは、重量過多（例えば１００ｋｇ〜２００ｋｇ）の乗員もいるため、大きな慣性力に対しても充分に対抗できるように、バネ４６及びダンパー４８の緩衝力は、調節可能にすることが望ましい。

ここで更に、脳・脊髄へ加えられる障害のメカニズムについて説明する。すなわち、頭頸部複合人体モデルＭを使用したシミュレーションの結果を図８〜図１０で示す。このシミュレーションでは、前突時を想定し、初速度Ｖ（Ｖ＝１０ｍ／ｓ）で前方に移動する人体モデルＭの頭部（顔面）と胴体部（胸部）が、エアバッグなどの拘束物に衝突するとき、又はエアバッグなどの拘束物に拘束されて運動が減衰されるときに受ける障害の程度を計測した。人体モデルＭの頭部と胴体部が接触する（衝突する）拘束物としては、ハニカム材でできた２種類のハニカムモデルＮ１、Ｎ２を用意した。

各ハニカムモデルＮ１、Ｎ２はそれぞれ堅さが異なり、一方のハニカムモデルＮ１は、エアバッグ相当の柔らかさ（１．５ｐｓｉ）を有し、他方のハニカムモデルＮ２は、その１０倍の堅さ（１５ｐｓｉ）を有する構成とした。そして、このハニカムモデルＮ１、Ｎ２を、人体モデルＭの頭部が衝突する位置と胴体部が衝突する位置に、適宜組み合わせて配置するとともに、図８で示すパラメータースタディーＳ１と、図９で示すパラメータースタディーＳ２では、人体モデルＭの頭部と胴体部が同時にハニカムモデルＮに衝突する配置とし、図１０で示すパラメータースタディーＳ３では、人体モデルＭの頭部が胴体部よりも後にハニカムモデルＮに衝突する配置とした。

つまり、図１０で示すパラメータースタディーＳ３では、人体モデルＭの頭部とハニカムモデルＮとの間にオフセット量Ｔを有する構成とし、上記各乗員保護装置１０、３０、４０と同等となる構成とした。この３つのパラメータースタディーＳ１〜Ｓ３を実施した結果を図１１、図１２に示す。図１１は脳に２０％を超える歪みが検出された領域の体積を示すグラフであり、図１２は脊髄の白質、灰白質、軟膜における歪みの最大値を示すグラフである。

この結果から、脳への負荷は、エアバッグの１０倍の堅さとされたハニカムモデルＮ２に頭部が接触する図９で示すパラメータースタディーＳ２が最も高かった。また、エアバッグ相当の柔らかさとされたハニカムモデルＮ１に頭部が接触する図８、図１０で示すパラメータースタディーＳ１、Ｓ３では、脳への負荷は低減するが、頭部と胴体部が同時に接触するパラメータースタディーＳ１では、頸部に対する剪断変形が顕著になり、脊髄への負荷が高かった。

一方、エアバッグの１０倍の堅さとされたハニカムモデルＮ２に胴体部が接触した後、エアバッグ相当の柔らかさとされたハニカムモデルＮ１に頭部が接触する（オフセット量Ｔを有する）図１０で示すパラメータースタディーＳ３では、脳と脊髄への負荷が最も少なかった。このように、上記各乗員保護装置１０、３０、４０は、人体の中枢神経系（脳と脊髄）を保護するのに最適かつ有効である。

（Ａ）本実施形態に係る運転席側の乗員保護装置を示す概略正面図、（Ｂ）本実施形態に係る運転席側の乗員保護装置を示す概略側面図 （Ａ）運転席側の乗員保護装置の変形例を示す概略正面図、（Ｂ）運転席側の乗員保護装置の変形例を示す概略側面図 ステアリングの軸内にエアバッグモジュールが組み込まれている様子を示す概略側断面図 ステアリングとエアバッグモジュールの位置関係を示す概略正面図 本実施形態に係る助手席側の乗員保護装置を示す概略側面図 助手席側の乗員保護装置の形状を示す概略正面図 本実施形態に係る助手席側の別の乗員保護装置を示す概略側面図 エアバッグによる人体への衝撃力をシミュレートして示す説明図 エアバッグによる人体への衝撃力をシミュレートして示す説明図 エアバッグによる人体への衝撃力をシミュレートして示す説明図 脳に２０％を超える歪みが検出された領域の体積を示すグラフ 脊髄の白質、灰白質、軟膜における歪みの最大値を示すグラフ

符号の説明

１０ 乗員保護装置
１２ 頭部用エアバッグ
１３ エアバッグケース
１４ 胴体部用エアバッグ
１４Ａ 切欠部
１５ エアバッグケース
１６ インフレーター（第１インフレーター）
１８ インフレーター（第２インフレーター）
２０ エアバッグモジュール
２２ ステアリング
２３ エアバッグドア
２４ 軸
２６ 内輪軸
２８ 外輪軸
３０ 乗員保護装置
３２ 頭部用エアバッグ
３３ エアバッグケース
３４ 胴体部用エアバッグ
３４Ａ 切欠部
３５ エアバッグケース
３６ インフレーター（第１インフレーター）
３８ インフレーター（第２インフレーター）
４０ 乗員保護装置
４２ インパネ（インストルメントパネル）
４４ 支持部材
４６ バネ（緩衝手段）
４８ ダンパー（緩衝手段）
５０ エアバッグ
５１ エアバッグケース
５２ インフレーター
Ｐ 乗員

Claims (7)

1. 頭部用エアバッグと、
   前記頭部用エアバッグよりも乗員側へ突出する胴体部用エアバッグと、
   前記頭部用エアバッグに充填材を供給して、該頭部用エアバッグを展開させる第１インフレーターと、
   前記胴体部用エアバッグに充填材を供給して、該胴体部用エアバッグを展開させる第２インフレーターと、
   を備え、
   前記頭部用エアバッグの充填材と前記胴体部用エアバッグの充填材とが異なる物質とされていることを特徴とする車両における乗員保護装置。
2. 前記頭部用エアバッグの充填材は気体とされ、前記胴体部用エアバッグの充填材は、前記気体とは異なる気体、液体、もしくは粉末状又は粒子状の固体、あるいはこれらの混合体とされていることを特徴とする請求項１に記載の車両における乗員保護装置。
3. 前記頭部用エアバッグの素材は、前記胴体部用エアバッグの素材よりも柔らかい素材であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の車両における乗員保護装置。
4. 前記頭部用エアバッグと前記胴体部用エアバッグは、同時に展開されることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか１項に記載の車両における乗員保護装置。
5. 乗員から見て、前記頭部用エアバッグは円形状とされ、前記胴体部用エアバッグは、前記頭部用エアバッグと重複する部分が少なくなるように円弧状に切り欠かれた切欠部を有する形状とされていることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載の車両における乗員保護装置。
6. 車両の助手席側に設けられる乗員保護装置であって、
   インストルメントパネルに緩衝手段を介して突出可能に設けられる支持部材と、
   前記支持部材の内部に設けられ、展開時に該支持部材を被覆するとともに、該支持部材の周囲へ張り出すエアバッグと、
   前記支持部材に設けられ、前記エアバッグに充填材を供給して、該エアバッグを展開させるインフレーターと、
   を有することを特徴とする車両における乗員保護装置。
7. 前記支持部材の突出タイミングと前記エアバッグの展開タイミングが同時であることを特徴とする請求項６に記載の車両における乗員保護装置。

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