JP2010076593A - 自動車用乗員保護装置 - Google Patents

Abstract

【課題】プリクラッシュセーフティシステムを搭載した車両に用いて好適の自動車用乗員保護装置に関し、衝突が予測される状況において乗員が受けるダメージを低減する。
【解決手段】車両に搭載され車両の衝突を推定する衝突推定手段１５と、衝突推定手段１５により車両の衝突が推定されると、車両衝突前に乗員に対して筋肉を刺激して筋肉を収縮させる筋肉刺激手段１４とを有する
【選択図】 図１

Description

本発明は、プリクラッシュセーフティシステムを搭載した車両に用いて好適の、自動車用乗員保護装置に関するものである。

従来より、自車の走行状態や周囲の交通状況等に基づいて自車の衝突可能性を予測し、衝突が不可避であると判断すると、自車の制動装置を作動させて減速したり、シートベルトを巻き上げて衝突時の衝撃に備えるようにした、いわゆるプリクラッシュセーフティシステムが開発、実用化されている。
このようなプリクラッシュセーフティシステムとしては、例えば自動車の前部にミリ波レーダやレーザレーダ或いはステレオカメラ等を設け、これらレーダやカメラ等によって検出されるデータに基づいて自車の衝突可能性を予測するように構成されている。具体的には、カメラで得られた障害物や先行車と自車との距離をレーダからの情報に基づいて求めるとともに、自車との相対速度を算出し、これらの情報に基づいて、何秒後に障害物（又は先行車）と衝突するかを算出する。

そして、衝突予測時間が第１所定時間（例えば２．４秒）未満になると１次警報（音声警報音の出力）を行い、同じく第１所定時間より小さい第２所定時間（例えば１．６秒）未満になると２次警報（弱めのブレーキによる制動を行いドライバに異常を知らせる）を行い、同じく第２所定時間より小さい第３所定時間（例えば０．８秒）前になるとブレーキを強制的に作動させて減速制動が実行されるようになっている。ここで、これらの各タイミングはドライバの回避操舵限界と制動回避限界とを考慮して決定されている。また、ドライバのアクセル操作やウィンカ操作を検出すると装置の全体作動をキャンセルできるように構成されている。

また、上記ブレーキの作動と同時にシートベルト巻き取りモータなどを作動させて、乗員を拘束し安全な姿勢に保持する。また、シートのリクライニング角度やヘッドレスト位置を、乗員保護に適した位置に作動制御する。これにより、仮に車両が衝突しても乗員が受けるダメージを最小限にとどめ、安全性を高めるようにしている。
なお、下記特許文献１には、車両に衝撃が入力される可能性がある状況のときに、乗員が衝撃に備えた耐ショック姿勢であるか否かを判断するとともに、耐ショック姿勢であると判断すると車両に搭載された安全装置を作動させるようにした技術が開示されている。

また、この特許文献１の技術では、衝撃に備える乗員の反応である耐ショック姿勢に基づいて車両に衝撃が入力される可能性がある状況であるか否かを判断している。
特開２００８−７４３０２号公報

ところで、車両衝突時には人間の覚醒状態に応じてシートベルトの効果が異なることが確認されている。すなわち、乗員が居眠りしている場合と起きている場合とではシートベルトの有効性が異なるのである。
例えば、衝突の可能性が高い状況下においては、ドライバや乗員は反射的に筋肉を収縮させて衝突に備えることになり、筋肉が緊張することにより人体が受けるダメージを少しでも低減させている。一方、乗員の覚醒状態が低いと、衝撃が入力される可能性がある状況であるにも関わらず、これを認知することができないため、筋肉が比較的弛緩した状態となっている。このような状況で予期しない衝撃（又はＧ）が加わると、覚醒状態に比較して、例えば頭部では移動加速度が大きくなり、人体が受けるダメージが大きくなる。また、覚醒度が低いと着座姿勢が崩れてしまい、シートベルトの正確な着用姿勢が得られない。

本発明は、このような課題に鑑み創案されたもので、衝突が予測される状況において乗員の覚醒状態に関わらず乗員が受けるダメージを極力低減するようにした、自動車用乗員保護装置を提供することを目的とする。

このため、本発明の自動車用乗員保護装置は、車両に搭載され該車両の衝突を推定する衝突推定手段と、該衝突推定手段により該車両の衝突が推定されると、該車両衝突前に乗員に対して筋肉を刺激して筋肉を収縮させる筋肉刺激手段とを有することを特徴としている。
また、該筋肉刺激手段は、該車両の座席に設けられた電極であって、該衝突予測時には該電極に電流を流すことで該乗員の筋肉を収縮させるのが好ましい。

また、該衝突推定手段が、該車両に搭載されたプリクラッシュセーフティシステムのコントローラであるのが好ましい。
また、該衝突予測時には該電極に電流を流すとともに、該プリクラッシュセーフティシステムに搭載されたシートベルト巻き上げ装置を作動させるのが好ましい。
また、該衝突予測時には該電極に電流を流すとともに、該プリクラッシュセーフティシステムに搭載された自動ブレーキ装置を作動させるのが好ましい。

本発明の自動車用乗員保護装置によれば、衝突前に乗員の筋肉を刺激することで筋肉の反応を促すので、衝突が予測される状況において乗員の覚醒状態に関わらず筋肉を緊張させることができ、安全性を高めることができる。
また、衝突予測時に電流を流すことにより乗員の筋肉を収縮させるので、瞬時に筋肉を緊張させることができ、いわゆるタイムラグを最小限とすることができる。

また、プリクラッシュセーフティシステムを利用するので、構成や制御ロジックを簡素化でき、コスト増を抑制できる。
また、衝突予測時にはシートベルト巻き上げ装置や自動ブレーキ装置を同時に作動させることにより、より安全性を高めることができる。

以下、図面により、本発明の一実施形態に係る自動車用乗員保護装置について説明すると、図１は本発明が適用される車両の前部を一部切り欠いて示す側面図、図２はその要部機能に着目した模式的なブロック図、図３はその作用について説明するフローチャートである。
図１に示すように、車両２０は、操舵機構２２と、フットレスト２３と、安全装置の一例としてブレーキユニット２４とシートベルトユニット（シートベルト巻き上げ装置）２５と、運転席（座席）２６となどを備えている。

操舵機構２２は、ステアリングシャフト２２ａとステアリングホイール２２ｂとを備えて構成されており、ステアリングホイールには図示しないエアバッグが内蔵されている。フットレスト２３は、フロアパネルに設けられており、運転中などに運転席２６に着座するドライバの足が載置される。
また、車両２０は公知のプリクラッシュセーフティエシステム１０を備えている。図２はプリクラッシュセーフティエシステム１０を示すブロック図であって、図２に示すように、プリクラッシュセーフティエシステム１０は、車両前方の景色を撮影するステレオカメラ１１と、車両前方の障害物あるいは先行車を捕捉するミリ波レーダ１２と、コントローラ（衝突推定手段）１５と、ブレーキユニット２４と、シートベルトユニット２５とを備えている。

そして、カメラ１１で撮像された情報がコントローラ１５で解析されて、先行車や障害物が認識されるようになっている。また、ミリ波レーダ１２からの情報に基づいてコントローラ１５により先行車や障害物との距離が算出されるようになっている。
また、シートベルトユニット２５は、シートベルト２５ａと、巻き取りモータ２５ｂとを備えている。巻き取りモータ２５ｂは、後述されるコントローラ１５に接続されており、コントローラ１５の制御によって駆動されてシートベルト２５ａを巻き取り可能に構成されている。

また、図２に示すように、ブレーキユニット２４は、ブレーキペダル２４ａや自動ブレーキシステム（自動ブレーキ装置）２４ｂを備えている。自動ブレーキシステム２４ｂは、ブレーキペダル２４ａが操作されなくても車両２０を減速するシステムであって、後述するコントローラ１５に接続されている。そして、コントローラ１５により自動ブレーキシステム２４ｂの作動が制御されるようになっている。

図２に示すエンジンＥＣＵ１６は、図示しないエンジンの作動を制御するためのコントロールユニットであって、車速センサやエンジン回転数センサ等の種々のセンサ（いずれも図示省略）が接続されている。そして、これらの各種センサから入力される情報に基づいてエンジンを制御するための各種パラメータ（例えば燃料噴射量や点火タイミング）が演算されるとともに、インジェクタや点火コイル等の各種デバイスに演算結果に基づいた制御信号を出力するようになっている。また、図示するように、エンジンＥＣＵ１６はコントローラ１５に対しても接続されており、エンジンＥＣＵ１６から車両２０の車速情報等がコントローラ１５に送信されるようになっている。

そして、コントローラ１５では、自車と障害物（先行車）との相対速度及びその変化率を算出するとともに、現在の車速に基づいて、何秒後に障害物と衝突するかを予測するようになっている。
また、コントローラ１５には、上述したようにシートベルトユニット２５及びブレーキユニット２４が接続されており、コントローラ１５により車両の衝突が予測されると、シートベルトユニット２５の巻き取りモータ２５ｂを駆動してシートベルト２５ａを巻き上げて乗員を拘束し安全な姿勢に保持するとともに、自動ブレーキシステム２４ｂを作動させて車両を減速させるようになっている。

具体的には、衝突予測時間が第１所定時間未満に達すると１次警報（音声警報音の出力）を行い、衝突予測時間が第１所定時間より小さい第２所定時間未満になると２次警報（弱めのブレーキによる制動を行いドライバに異常を知らせる）を行い、衝突予測時間が第２所定時間より小さい第３所定時間未満になるとシートベルト２５ａを巻き上げるとともに、自動ブレーキ２４ｂを強制的に作動させて減速制動が実行されるようになっている。

また、ドライバのアクセル操作やウィンカ操作を検出すると装置の全体作動をキャンセルされるように構成されている。
次に、本発明の要部構成について説明すると、図１において符号１４は運転席２６のシートバック２６ａに内蔵された電極（筋肉刺激手段）であって、本実施形態においては左右方向にそれぞれ正極と負極との２つの電極が配設されている。また、これらの電極１４は少なくともその表面の一部がシートバック２６ａから露出するように配設されている。なお、図では運転席２６についてのみ電極を示しているが、このような電極１４は各座席に運転席と同様に設けられている。

また、この電極１４は図示しないバッテリに接続されており、コントローラ１５からの制御信号に基づいて、通電可能に構成されている。したがって、電極１４の通電時には乗員に軽い電気ショックが加えられるようになっている。また、通電時の電流は洋服の上からであっても乗員の筋肉が電気的な刺激により収縮する程度の大きさであって、且つ、その後の運転に支障をきたさないような電流に設定されている。

そして、コントローラ１５により、車両の衝突が予測されると（衝突予測時間が第３所定時間未満になると）、電極１４に電流を流すことにより車両衝突前に乗員の筋肉が刺激されて乗員の筋肉を収縮させるようになっている。したがって、その後車両が実際に衝突し、大きなＧが入力されても乗員の筋肉が緊張しているため、ダメージ（怪我）の度合いを抑制することができ、安全性を高めることができる。

特に、乗員の覚醒度が低い場合（居眠りしている場合）には、衝突可能性がある状況であるにも関わらず乗員がこれを認知することができないため、筋肉が比較的弛緩した状態となっている。このような状況で予期しない衝撃（又はＧ）が加わると、覚醒状態に比較して、例えば頭部では移動加速度が大きくなり、人体が受けるダメージが大きくなる。また、覚醒度が低いと着座姿勢が崩れてしまい、シートベルトの正確な着用姿勢が得られない。

そこで、本実施形態においては、衝突予測時に乗員に通電することにより筋肉に刺激を与えることで、例えば頭部Ｈなどの移動量を抑制し、乗員の受けるダメージを低減することができるのである。また、通電により乗員を覚醒させることで乗員に適切な着座姿勢を促し、シートベルト２５ａを有効に機能させることができるのである。
また、すでに覚醒している乗員にとっては、上述のような軽い電気ショックにより正しい着座姿勢を促すことができ、やはり衝突時のダメージ低減を図ることができる。

ところで、人体に電流を流したときに筋肉が緊張するまでの時間（筋肉応答時間）は個人により異なる。このため、車両の衝突予測後、どのタイミングで電極１４に電流を流すかが大きなポイントなるが、本実施形態では、一般的な（平均的な）筋肉応答特性を考慮して電流を付与するタイミングが予め設定されている。つまり、コントローラ１５に平均的な筋肉応答特性から得られた電流値及びタイミングが予め記憶されており、実際に衝突が予測されるとこれらの電流値及びタイミングにより電極１４に通電がなされるようになっている。

なお、コントローラ１５に対してタッチパネルやキーボード等の入力手段を接続して、乗車時に乗員の年齢や性別を入力し、電流値や電流付与タイミングを変更するようにしても良い。例えば、瞬発力が弱い人の場合（例えば高齢者など）、衝突に備えて筋肉が急に変化しないので、比較的早いタイミングで電流を流すとともに、電流値を高めに設定することが考えられる。これにより、適切なタイミングで電気ショックを与えることができ、この結果筋肉を緊張させて衝撃に備えることができる。したがって、個々の乗員に対して適切な電流値や電流付与タイミングを設定することができ、乗員毎によりきめ細かい制御を実施することができる。

また、図１においてはシートバック２６ａに電極１４を設けた例を示しているが、符号１４′で示すように、乗員の足に電極１４′を当て、足に電流を流すことにより、乗員の反射を利用して伸ばしている足を引っ込めるようにしても良い。なお、この場合には自動ブレーキ２４ｂが作動中であるため、仮にドライバの足を引き込んでも制動力に何ら影響はない。そして、このように乗員の足を引き込むことにより、下肢へのダメージを大幅に低減することができる。

さらに、図示はしないが、電極１４をシートクッション２６ｂの上面部に設けてもよい。この場合、左右それぞれの大腿部に電極１４が当接するように電極１４を配設するのが好ましい。
ところで、衝突時に最も大きなＧが作用するのは頭部Ｈであり、頭部Ｈの移動量を抑制するためには首の筋肉を緊張させることが効果的である。したがって、このような観点から電極１４を首に近い位置に配設しても良い。ただし、首に近い位置に電極１４を配設し、且つ乗員に電極１４を当接させるのは困難である。そこで、この場合にはヘッドレスト２６ｃに電極１４を埋設しておき、衝突予測時に電極１４を乗員の首に向けて突出するように構成するのが好ましい。この場合、電極１４が突出したときに乗員が負傷しないように、電極１４が突出する際の速度及び突出量や電極１４の形状を適切に設定する。このような構成によれば、乗員の頭部移動量を確実に抑制でき、頭部Ｈへのダメージをさらに低減することができる。

また、上記シートバック２６ａの比較的高い位置に電極１４を設け、乗員の肩に電極１４を当接させるようにしてもよい。さらには、上述した各部の電極の配置を適宜組み合わせても良い。
本発明の一実施形態に係る自動車用乗員保護装置は、上述のように構成されているので、その作用について図３を用いて説明すると以下のようになる。

まず、ステップＳ１において、カメラ１１及びミリ波レーダ１２からの情報を取り込んで衝突の可能性を予測する。次にステップＳ２において、前方に障害物又は先行車が存在するか否かを判定し、障害物又は先行車が存在しない場合にはそのままリターンする。
ステップＳ２で障害物又は先行車有りと判定されると、ステップＳ３に進み、障害物までの距離や相対速度等に基づいて衝突の可能性が判断され、衝突可能性がない場合には、Ｎｏのルートを通ってリターンする。

一方、ステップＳ３で衝突が予測されると、Ｙｅｓのルートを通ってステップＳ４に進み、電極１４に通電を行い乗員に軽い電気ショックを与えるとともに、ステップＳ５において、公知のプリクラッシュ制御が実行される。即ち、シートベルト２５ａを巻き取るとともに自動ブレーキ２４ｂを強制的に作動させて減速制動が実行される。
以上詳述したように、本発明の一実施形態に係る自動車用乗員保護装置によれば、車両２０の衝突が予測されると、電極１４に通電して衝突前に乗員の筋肉を刺激することで筋肉の反応を促すので、衝突が予測される状況において乗員の覚醒状態に関わらず筋肉を緊張させることができ、衝突時に被るダメージを低減することができるという利点がある。また、通電による軽い電気ショックにより、正しい着座姿勢に促すことができ、安全性を高めることができる。また、電流を流して乗員の筋肉を収縮させるので、瞬時に筋肉を緊張させることができ、いわゆるタイムラグを最小限とすることができる。

また、既存のプリクラッシュセーフティシステム１０を利用するので、新たに追加する部品を抑制することができ、簡素な構成とすることができる。したがって低コストで本装置を実現することができる。また、衝突予測時には既存のプリクラッシュセーフティシステム１０により、シートベルト２５ａが巻き上げられるとともに、自動ブレーキ２４ｂが同時に作動するので、より安全性を高めることができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、運転免許証に記載された文字情報を読み取り可能に構成されたリーダ（ＯＣＲ）をコントローラ１５に接続し、ドライバの運転免許証の情報を読み取って、ドライバの性別や年齢に応じて電極１４へ流す電流値やタイミングを変更するようにしてもよい。

また、平成１９年１月４日以降、全国の都道府県公安員会で交付される運転免許証がＩＣチップを内蔵した「ＩＣカード免許証」に順次切り替えられるのに伴い、ＩＣカードの情報を読み込み可能なリーダをコントローラ１５に接続し、ＩＣカード免許証に記録された情報に基づいて電流値やタイミングを変更してもよい。

本発明の一実施形態に係る自動車用乗員保護装置が適用される車両の前部を一部切り欠いて示す側面図である。 本発明の一実施形態に係る自動車用乗員保護装置の要部機能に着目した模式的なブロック図である。 本発明の一実施形態に係る自動車用乗員保護装置の作用について説明するフローチャートである。

符号の説明

５ コントローラ（衝突推定手段）
１０ プリクラッシュセーフティシステム
１１ ステレオカメラ
１２ ミリ波レーダ
１４，１４′ 電極（筋肉刺激手段）
２０ 車両
２２ 操舵機構
２４ｂ 自動ブレーキシステム（自動ブレーキ装置）
２５ シートベルトユニット（シートベルト巻き上げ装置）
２５ａ シートベルト
２６ 運転席（座席）

Claims (5)

1. 車両に搭載され該車両の衝突を推定する衝突推定手段と、
   該衝突推定手段により該車両の衝突が推定されると、該車両衝突前に乗員に対して筋肉を刺激して筋肉を収縮させる筋肉刺激手段とを有する
   ことを特徴とする、自動車用乗員保護装置。
2. 該筋肉刺激手段は、該車両の座席に設けられた電極であって、該衝突予測時には該電極に電流を流すことで該乗員の筋肉を収縮させる
   ことを特徴とする、請求項１記載の自動車用乗員保護装置。
3. 該衝突推定手段が、該車両に搭載されたプリクラッシュセーフティシステムのコントローラである
   ことを特徴とする、請求項１又は２記載の自動車用乗員保護装置。
4. 該衝突予測時には該電極に電流を流すとともに、該プリクラッシュセーフティシステムに搭載されたシートベルト巻き上げ装置を作動させる
   ことを特徴とする、請求項３記載の自動車用乗員保護装置。
5. 該衝突予測時には該電極に電流を流すとともに、該プリクラッシュセーフティシステムに搭載された自動ブレーキ装置を作動させる
   ことを特徴とする、請求項３又は４記載の自動車用乗員保護装置。

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