JP3818140B2 - 乗員保護用の車両傾斜角検出装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両の横転・転覆を検出することにより乗員保護手段を作動して乗員の安全を図った乗員保護用の車両傾斜角検出装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
近年の車両では、衝突時に乗員の安全を図るため様々な乗員保護装置を装備している。車両の走行時、横方向からの衝突に対しては、乗員に対して車両外側に設けたエアバッグを膨出作動させ、乗員を衝撃などから守って乗員の安全を確保している。
【0003】
また、車両の走行時、路面状況や急なハンドル操作により、車両が横にロールして傾き、横転・転覆に至る場合がある。この場合、乗員に対する衝撃を緩和したり、車外放出などを避けるため、車両内にエアバッグを設けて車両が横転・転覆する際にエアバッグを膨出作動させることが考えられている。
【0004】
これを実現化するためには、車両の傾斜角度を検出する傾斜角検出装置を乗員保護装置に適用する必要があるが、この種の傾斜角検出装置としては、特開平9−240399号公報に記載された角速度センサを用いたシステムが知られている。この角速度センサは、車両に生じたロールを検出し、車両が所定以上のロールレートでロールしてロール角が上限値以上になると、エアバッグを展開・ 膨張させて乗員の姿勢を保持するものである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、乗員保護装置の角速度センサでは、時間の積分により傾斜角度を算出するため、角速度センサを適用しただけでは、初期角度が0度でない場合やノイズ発生時などに、横転・転覆するに至る前の車両の複雑な挙動を正確に検出することが難しく、車両の複雑な挙動に追随して横転・転覆時に乗員保護装置を適切なタイミングで確実に作動させることが困難である。
このため、車両の横転・転覆時には、横転・転覆に至る前に、走行道路の傾きにより生じる車両の傾斜角度および車両のロール方向の挙動を正確に検出し、乗員保護装置を適切なタイミングで確実に作動させる必要がある。
【0006】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的は車両の横転・転覆時には、横転・転覆に至る前に、車両のロール方向の静的な傾斜角度およびロール方向の動的な傾斜角度を正確に検出し、乗員保護手段を適切なタイミングで確実に作動させることができ、横転・転覆時の衝撃や車外放出などから高い信頼度で乗員の保護を図ることができる乗員保護用の車両傾斜角検出装置を提供することにある。
【0015】
【課題を解決するための手段】
(請求項1について)
第1の加速度センサおよび第2の加速度センサにより車両のロール方向の静的な傾斜角度を検出する。
車両に設けられた角速度センサの出力を時間に関して積分することにより、車両のロール方向の動的な傾斜角度を検出する。
コントロールユニットは、角速度センサの出力信号、第1の加速度センサの出力信号および第2の加速度センサの出力信号を受ける。
コントロールユニットが受けた出力信号、もしくは各センサに基づく演算値が所定の閾値以上の時に、車両が横転・転覆すると判定する。これにより、車両が横転・転覆するに至る前に、乗員保護手段が作動して横転・転覆時の衝撃および車外放出などから車両内の乗員を守る。
車両の走行状況などにより、第1の加速度センサと第2の加速度センサとの合成ベクトルの大きさが所定の範囲外になった時、第1の加速度センサおよび第2の加速度センサからの出力信号に基づいて車両のロール方向の静的な傾斜角度を検出することを中止手段によりキャンセルする。
第1の加速度センサと第2の加速度センサとの合成ベクトルの大きさが所定の範囲外になる場合としては、走行中に車両が障害物を乗り越えたり、片方の車輪を深い穴部に落としたり、強い横Gを受けたり、道路の窪みを横切った時が該当する。
この際、第1の加速度センサと第2の加速度センサとの合成ベクトルが、重力Gの大きさを超えて重力Gのベクトルとに差が生じたと判断し、第1の加速度センサと第2の加速度センサに基づき車両のロール方向の静的な傾斜角度を算出する手段の演算動作はキャンセルされる。
このため、第1の加速度センサおよび第2の加速度センサから一時的に生じた過大な出力により、車両のロール方向の静的な傾斜角度を誤認することを防ぎ、車両が横転・転覆すると誤って判定されてしまうことがない。
【0016】
(請求項2について)
コントロールユニットに接続された第1の加速度センサおよび第2の加速度センサは、車両の進行方向に直交する平面内で感度方向が直交するように配置されている。このため、車両の静的なロールでは、第1の加速度センサと第2の加速度センサとの合成ベクトルが重力Gの方向に合致し、第1の加速度センサ、第2の加速度センサならびに重力Gの各ベクトルのなす角度により、車両の静的な傾斜角度を算出することができる。
【0017】
(請求項3について)
コントロールユニットに接続された第1の加速度センサおよび第2の加速度センサは、車両の床面に対してそれぞれ45度の角度をなす。このため、車両のロール方向の傾斜による重力Gの変化の感度が左右で同等となり、車両の静的な傾斜角度を精度良く検出することができる。
【0019】
【発明の実施の形態】
本発明の一参考例について図面を参照しながら説明する。
図1は、道路1を走行する車両2が受けるロールや加速度を検出するための概略的な説明図である。この車両2の床3における床面6には、乗員保護用の車両傾斜角検出装置Aの第1の加速度センサ4および第2の加速度センサ5(以降、第1および第2の加速度センサ4、5と称す)がGセンサとして左右方向に対称となるように配置されている。第1および第2の加速度センサ4、5は、車両2の床面6に対してそれぞれ45度の角度をなし、第1および第2の加速度センサ4、5が車両2の進行方向に直交する単一平面内で感度方向が直交する。
【0020】
この単一平面内で、床面6をY軸とし、床面6に垂直な面をZ軸とするY−Z座標系を形成し、Y軸およびZ軸を45度回転したY’−Z’座標系を設けている。このため、第1の加速度センサ4および第2の加速度センサ5は、Y’−Z’座標系におけるY’軸およびZ’軸上にそれぞれ位置する。
【0021】
ここで、第1および第2の加速度センサ4、5の合成ベクトルは重力Gに合致している(Gy+Gz=G、Gy’+Gz’=G)。このため、図2に示すように、道路1の傾斜により車両2がφの角度で左側に静的にロールして傾斜した場合、第1および第2の加速度センサ4、5により検出される水平方向の加速度Gyと垂直方向の加速度Gzについては、φ=tan-1(Gy/Gz)の関係が成り立ち、φは車両2のロ−ル方向の静的な傾斜角度となる。
【0022】
この際、車両2の傾斜角度が重力方向に対して30度であるとすると、垂直方向の加速度Gzは、重力Gとcos30°との積となり、約0.87Gの値を示す。このように車両2の傾斜角度に応じた出力信号が第1および第2の加速度センサ4、5から発生する。
【0023】
また、車両2がロードホールディング性や道路1の状態などによりロールする場合、車両2のロールは、角速度センサ7により感知され、時間に関する積分によりロール方向の動的な傾斜角度θを検出する(θ =∫(dθ/dt)dt)。
この結果、車両2の正確なロール方向の傾斜角度Σは、車両2のロール方向の静的な傾斜角度φと、車両2のロール方向の動的な傾斜角度θとが加算された値となる(Σ=φ+θ)。
【0024】
また、車両2が走行時に上記とは逆に右側に静的にロールして傾斜した場合にも、第1および第2の加速度センサ4、5により検出される水平方向の加速度Gyと垂直方向の加速度Gzから求めた静的な傾斜角度φ’ならびに角速度センサ7により求められた車両2のロール方向の動的な傾斜角度θ’から、上記と同様に車両2の正確な傾斜角度Σ’を得ることができる(Σ’=φ’+θ’)。
【0025】
この場合、第1の加速度センサ4および第2の加速度センサ5を床面6に対してそれぞれ45度の角度で配置した。このため、図3に一点鎖線および二点鎖線で示すように、90度の角度間隔で各加速度センサを配置したもの(図3に実線および破線で示す)と異なり、各加速度センサ4、5の感度が同等となり、車両2が静的にロールする際の挙動を確実に把握し、車両2のロール方向の静的な傾斜角度を精度良く検出することができる。
【0026】
図4は、車両2が横転・転覆に至るか否かを判定し、横転・転覆の際にカーテンシールドエアバッグなどから成る乗員保護手段8を作動させるコントロールユニット9のブロック図である。
車両2のイグニッションスイッチ(図示せず)をオンすると、第1および第2の加速度センサ4、5および角速度センサ7が出力可能状態となり、第1および第2の加速度センサ4、5が道路1の傾き、すなわち車両2の静的な傾斜角度φに応じた出力信号を発生する。
【0027】
道路1の左右の傾斜方向に応じて第1および第2の加速度センサ4、5からの各出力信号が静的傾斜角度演算手段10に送られ、車両2のロール方向の静的な傾斜角度φが算出される。
また、角速度センサ7は、車両2の左右方向の動的なロールを検出し、このロールに応じた出力信号を発して動的傾斜角度演算手段11に送り、角速度の時間に関する積分により、車両2のロール方向の動的な傾斜角度θを算出する(θ =∫(dθ/dt)dt)。
【0028】
この動的な傾斜角度θと、静的傾斜角度演算手段10により算出された静的な傾斜角度φとを組み合わせることにより、車両2のロール方向の正確な傾斜角度(Σ=φ+θ)が絶対角演算手段12により算出される。この傾斜角度(Σ=φ+θ)は、記憶手段(図示せず)に予め記憶させた傾斜角パターンと照合され、傾斜角度Σが車両2を横転・転覆に至らせる所定の閾値以上であるか否かを絶対角判定手段13により判定する。絶対角判定手段13が傾斜角度Σが所定の閾値以上と判定した場合、オン信号を駆動判定手段14に送る。
【0029】
この時、セフティレベル判定手段15は、第1および第2の加速度センサ4、5からの出力信号またはその演算値を受け、道路1の傾きによる車両2のロール方向の静的な傾斜角度φを確認する。これをセフティレベル判定手段15が確認すると、確認信号を駆動判定手段14に送る。駆動判定手段14がセフティレベル判定手段15の確認信号および絶対角判定手段13からのオン信号の双方を受けた時のみに乗員保護手段8を作動させてセフティシステムの実現化を図っている。
【0030】
このセフティレベル判定手段15は、第1および第2の加速度センサ4、5の代わりに、角速度センサ7からの出力信号またはその演算値を確認するようにしても良く、あるいは第1および第2の加速度センサ4、5ならびに角速度センサ7からの出力信号またはそれらの演算値を確認するようにしてもよい。
【0031】
ところで、走行状況によっては、車両2が道路1上に置かれた障害物を乗り越えたり、片方の車輪を深い穴部に落とした時などに、車両2が急に傾き、第1および第2の加速度センサ4、5から一時的に過大な出力信号が発生することがある。
【0032】
また、車両2が横滑りなどにより、一時的に横方向の強い加速度(横G)を受けたり、図5に示すように、車両2の車輪が路上の窪み16を横切った際に所定方向に大きな加速度が生じ、第1の加速度センサ4あるいは第2の加速度センサ5から過大な出力信号が発生することがある。
【0033】
このような場合、車両2に重力Gを越す加速度が発生し、第1および第2の加速度センサ4、5の合成ベクトルは重力Gに合致しなくなる(Gy+Gz≠G、Gy’+Gz’≠G)。
【0034】
第1および第2の加速度センサ4、5から一時的に生じた過大な出力信号に対処するため、第1および第2の加速度センサ4、5の演算値をモニターし、一時的に加わる加速度による静的な傾斜角度φの演算をキャンセルするキャンセル手段を設けている。これは、図4に示すローパスフィルタLPFによって実現してもよい。
【0035】
これらキャンセル手段あるいはローパスフィルタLPFにより、第1および第2の加速度センサ4、5から生じた過大な出力信号は遮断される。この結果、一時的に生じた過大な出力信号により、車両2の静的な傾斜角度φが閾値を越したと誤認して車両2が横転・転覆すると判定することがなくなる。
【0036】
図6は、本発明の一実施例を示す。この実施例が図4の参考例と異なるところは、ローパスフィルタLPFの代わりに、計時カウンターを用いたことである。このため、図4と同一部分には同一符号を用いて異なる部分のみ説明する。
【0037】
図6において、角速度センサ7と動的傾斜角度演算手段11との間に、計時カウンター17およびキャンセル手段18を接続し、第1の加速度センサ4と静的傾斜角度演算手段10との間に、計時カウンター19およびキャンセル手段20を接続している。さらに、第2の加速度センサ5と静的傾斜角度演算手段10との間に、計時カウンター21およびキャンセル手段22を接続している。
【0038】
このため、車両2の走行状況によって、角速度センサ7から過大な出力信号が一時的に発生した場合、その出力継続時間が計時カウンター17により計測される。この計測値が一定値に満たないと判定されると、角速度センサ7からの過大な出力信号は、キャンセル手段18により遮断され、動的傾斜角度演算手段11の演算動作が行われない。
【0039】
また、第1および第2の加速度センサ4、5から過大な出力信号が一時的に発生した場合、その出力継続時間が計時カウンター19、21により計測される。この計測値が一定値に満たないと判定されると、第1および第2の加速度センサ4、5からの過大な出力信号は、キャンセル手段20、22により遮断され、静的傾斜角度演算手段10の演算動作は行われない。
【0040】
このように構成しても、角速度センサ7、第1および第2の加速度センサ4、5から一時的に生じた過大な出力信号は遮断されるため、車両2のロール方向の傾斜角度Σが閾値を越したと誤認して車両2が横転・転覆すると判定することがない。
【0041】
すなわち、車両2が一時的にロール方向に急傾斜したり、急な横Gを受けた後に元の状態に戻ったにも拘らず、車両2が横転・転覆すると判定して乗員保護手段8を誤作動させてしまう不都合がない。
なお、第1および第2の加速度センサ4、5および角速度センサ7から一時的に生じた過大な出力信号を遮断するためには、計時カウンターとローパスフィルタLPFを組み合わせてもよい。
【0042】
以上述べたように、横転・転覆に至る前に、車両2の静的および動的なロールの挙動に着目し、静的な傾斜角度φと動的な傾斜角度θとを組み合わせ車両2のロール方向の傾斜角度Σを正確に検出したので、乗員保護手段8を適切なタイミングで確実に作動させることができ、横転・転覆時の衝撃などから高い信頼度で乗員を保護することができる。
【0043】
例えば、車両2の静的な傾斜角度φと動的な傾斜角度θとを組み合わせてその傾斜角度(Σ=φ+θ)を検出するので、車両2が傾いた状態から走行し始めた場合でも、その傾き角を加算するため車両2のロール時の傾斜角度Σが正確に判断される。
【0044】
このため、角速度センサ7のみで車両のロール方向の傾斜角度を検出するものと異なり、乗員保護手段8の誤作動や不作動を招くことがない。
【0045】
また、走行中に車両2が障害物を乗り越えたり、片方の車輪を深い穴部に落としたり、強い横Gを受けたり、道路1の窪み16を走行する場合、車両2がロール方向に急傾斜したり、一時的に大きな加速度を受けて第1および第2の加速度センサ4、5からの出力信号あるいは演算値が所定の範囲外になることがある。この場合、第1および第2の加速度センサ4、5により車両2の静的な傾斜角度φを算出する手段の演算動作はキャンセルされる。
【0046】
このように、第1および第2の加速度センサ4、5から一時的に生じた過大な出力信号により、車両2のロール方向の傾斜角度が閾値を越したと誤認して車両2の横転・転覆を判断することがなく、乗員保護手段8を誤作動させる不都合がない。
なお、上記実施例では、走行路において第1および第2の加速度センサ4、5により求める角度を車両2の「ロール方向の静的な傾斜角度φ」とし、角速度センサ7により求める角度を車両2の「ロール方向の動的な傾斜角度θ」としたが、これらの呼称は、同一の意味で単に「静的な傾斜角度φ」や「動的な傾斜角度θ」とも記述している。
【0047】
上記実施例では、第1および第2の加速度センサ4、5が床面6に対してそれぞれ45度の角度をなすようにしたが、45度に限らず30度、35度、40度あるいは60度など所望に応じて任意に設定することができる。この場合、角速度センサ7は、音叉式や光ファイバージャイロセンサなどから形成することができる。
【0048】
また、第1および第2の加速度センサ4、5や角速度センサ7は、コントロールユニット9内に組み込んでもよく、停車時や走行時に限らず駐車や停止時にも、各センサ4、5、7が作動するように設定してもよい。
【0049】
さらには、車両2のエンジンの始動時から計時動作を開始し、第1および第2の加速度センサ4、5や角速度センサ7からの各出力信号が安定するまで、コントロールユニット9の作動を停止するためのキャンセル機構を設けてもよい。
その他、本発明の具体的な実施にあたっては、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 第1および第2の加速度センサの配置関係を示し、車両のロールや加速度を検出する概略的な説明図である。
【図2】 車両の静的なロール方向の傾斜角度を検出する概略的な説明図である。
【図3】 第1および第2の加速度センサの設置角度により感度が変化する様子を示すグラフである。
【図4】 車両が横転・転覆に至るか否かを判定し、乗員保護手段を作動させるコントロールユニットのブロック図である。(参考例)
【図5】 車両が溝を通過する様子を示す車両の斜視図である。
【図6】 本発明の一実施例を示すコントロールユニットのブロック図である。
【符号の説明】
1 道路
2 車両
4 第1の加速度センサ
5 第2の加速度センサ
6 床面
7 角速度センサ
8 乗員保護手段(カーテンシールドエアバッグ)
9 コントロールユニット
14 駆動判定手段
17、19、21 計時カウンター
18、20、22 キャンセル手段
LPF ローパスフィルタ(中止手段)
Claims (3)
- 車両のロール方向の静的な傾斜角度を検出するために前記車両に配置された第1の加速度センサおよび第2の加速度センサと、
前記車両に設けられ、時間に関して積分することにより前記車両のロール方向の動的な傾斜角度を検出する角速度センサと、
この角速度センサの出力信号、前記第1の加速度センサの出力信号および前記第2の加速度センサの出力信号を受けるコントロールユニットと、
このコントロールユニットが受けた出力信号、もしくはその演算値が所定の閾値以上の時に、前記コントロールユニットにより前記車両が横転・転覆すると判定し、この横転・転覆時の衝撃および車外放出から前記車両内の乗員を守るように作動する乗員保護手段と、
前記車両の走行状況などにより、前記第1の加速度センサと前記第2の加速度センサとの合成ベクトルの大きさが所定の範囲外になった時、前記第1の加速度センサおよび前記第2の加速度センサからの出力信号に基づいて前記車両のロール方向の静的な傾斜角度を検出することをキャンセルする中止手段とを具備することを特徴とする乗員保護用の車両傾斜角検出装置。 - 前記コントロールユニットに接続された前記第1の加速度センサおよび前記第2の加速度センサは、前記車両の進行方向に直交する平面内で感度方向が直交するように配置されていることを特徴とする請求項1に記載の乗員保護用の車両傾斜角検出装置。
- 前記コントロールユニットに接続された前記第1の加速度センサおよび前記第2の加速度センサは、前記車両の床面に対してそれぞれ45度の角度をなすことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の乗員保護用の車両傾斜角検出装置。
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