JP4021442B2 - エアバッグ上の乗員センサ付きエアバッグシステム - Google Patents

Description

本発明は、エアバッグと、エアバッグの展開を制御するのに用いられるセンサに関する。

「アウトオブポジション」の、すなわちエアバッグモジュールに近付き過ぎている乗員を、複数の超音波センサ、光学センサ、または静電容量センサに基づいて検出する様々なシステムが開発されている。高速のデータレートを有する場合がある、複数のセンサの常時監視のために、センサデータを、エアバッグを展開させる判定時にエアバッグの展開を阻止するための、または、多段階エアバッグの場合に展開のレベルを選択するための、単一の状態、または、限られた数のデータ状態に変換することができるアルゴリズムが求められている。非衝突時の位置データと、衝突によって生じる、ノイズの多い環境の間でデータの完全性を維持するために、さらなるプロセッサ能力およびアルゴリズムの、関連する試験による開発が求められている。

ステアリングホイールに取り付けられた複数の容量性センサを、エアバッグのカバーと乗員の間の距離を検出するのに用いることが特許文献１に開示されている。アウトオブポジションの乗員が負傷するのを回避するために、エアバッグモジュールまたはカバーと乗員の間の距離を求めるための様々なアプローチが特許文献２に開示されている。

これらの従来技術のアプローチは、様々なセンサに基づいて、エアバッグが展開される前にエアバッグと乗員の間の距離を求めることを試みている。乗員は、エアバッグを展開させる判定が行われる時にエアバッグに近付き過ぎていないが、乗員がエアバッグに近付く速さのために、乗員は、エアバッグが実際に展開されている時にエアバッグに近付き過ぎる場合が多くある。このような状況を扱うために、エアバッグが実際に展開された時、またはほぼ完全に展開された時の、乗員の位置を予測しようとする、より複雑なセンサとアルゴリズムが必要とされている。理想的なエアバッグ展開システムは、エアバッグが、乗員がエアバッグにぶつかる前に完全に、またはほぼ完全に展開するように機能する。エアバッグを最大限に有効に展開させ、一方、不要な展開を最小限にするという要求によって、より多くの情報を待つことと、素早く展開させることとの間に対立が生じている。したがって、十分な情報が得られたら、通常、ほぼ直ぐに展開が行われる。
米国特許第６０９４６１０号明細書 米国特許第６２５４１２７号明細書 米国特許第５１６６６７９号明細書 米国特許第５７７０９９７号明細書 米国特許第６０２０８１２号明細書 米国特許第６０７９７３８号明細書 米国特許第６１３５４９４号明細書

複数の乗員位置センサとアルゴリズムを用いたシステムが、エアバッグを展開させる判定がいつ行われても制止の判定をすることができるように、エアバッグの展開を制止すべきか否かをいつでも示すことができなければならない。このことは、乗員位置による制止信号を生成するのに用いられる複数のセンサおよびアルゴリズムを、実際に展開させる判定が行われる具体的な時間枠を処理するように最適化することができないことを意味している。その結果、このようなアルゴリズムは、比較的遠い未来、おそらく数十ミリ秒後の事象を予測しなければならないので、求められているよりも不正確である場合がある。必要とされているのは、エアバッグが乗員に作用する少し前にエアバッグの展開を達成することができるセンサおよびそのセンサに応答する機構である。

本発明によれば、エアバッグハウジングと、エアバッグハウジングに取り付けられ、エアバッグが膨張させられた時に乗員の位置に面する、乗員に面する部分を有するエアバッグと、エアバッグにガスを供給するように接続され、ガスが流され始めた時にエアバッグを膨張させるガス源と、乗員を検知するセンサであって、センサは、エアバッグが展開させられた時にセンサがエアバッグと共に乗員に向かって移動するように、エアバッグの、乗員に面する部分に配置されたセンサと、センサから電気信号を受け取り、センサの、乗員への作用を検知するコントローラと、を有するエアバッグシステムが提供される。

本発明の複数の構成と利点が、添付図面と結び付けた以下の詳細な説明から明らかになる。

同様の符号が同様の部品を指している図１および２において、エアバッグ２０が、図１に示すように、インストルメントパネル２２から、シート２５に座っている乗員２４に向かって展開させられている。エアバッグ２０は、ガスが流れ始めた時にエアバッグを膨張させるために、エアバッグ２０にガスを供給するように接続するようにエアバッグハウジング４２に取り付けられたガス源、すなわちガス発生器または圧縮ガス源（不図示）を有している。エアバッグ２０は、エアバッグ２０の生地２８に取り付けられたセンサ２６を有している。センサ２６は、静電容量変位型の容量性センサであるが、この容量性のセンサ２６は基面から離れており、したがって、このセンサは、センサの能力への基面の影響を除去するためにセンサ２６の外部の電場を保護するのに用いられる容量性の多重層無しで構成することができるので、構成は簡素であってよい。容量性近接センサは、特許文献３、４、５、６、１、および７に、より詳細に記載されている。

容量性のセンサ２６は、乗員２４に面する前面３２に、１層または２層以上の導電性銅製塗料を塗ることにより、エアバッグ２０の導電性の部分３０を形成することによって構成されている。エアバッグは、通常、比較的不透過性で摩耗性の低いナイロン生地から構成されている。しかしながら、エアバッグは、１つまたは２つ以上の銅板と導電性の部分３０の間を、エアバッグ材料を通って電気接続することができる、十分に透過性のある生地または他の材料を有している。複数の電線３４が、銀塗料を用いてエアバッグの生地２８の内面３６に沿って形成されている。電線３４は、運転電力を供給し、センサ２６からデータを収集するコントローラ３８に接続している。銅の層の摩耗性を低減するために生地または被覆の層を銅塗料上に配置してもよい。

エアバッグに対する乗員の位置に関する情報を収集し、利用しようとする、従来技術の構成では、収集された情報は、エアバッグを展開させる判定に影響を及ぼし、二段式の、または可変のエアバッグが用いられる場合、エアバッグを展開させる力の大きさに影響を及ぼすことも考えられる。エアバッグ２０は、センサ２６およびコントローラ３８と共に、エアバッグが完全に展開する前にエアバッグの排気を行うことによって、エアバッグを展開させる判定を有効に破棄することができる。エアバッグは、乗員がエアバッグへと加速された時の、乗員の衝撃を吸収することができる設計された圧力にガスによって迅速に満たされるように構成されている。エアバッグは、制御された加速を生じるように制御された仕方で排気を行うように構成されている。エアバッグ２０は、エアバッグ自体に通常組み込まれた標準の複数の排気孔に加えて、エアバッグハウジング４２の構造中に形成され、膨張ガスを、エアバッグハウジング４２からインストルメントパネル２２の背後の領域４４に排気することができる、大きな火工品装置によって作動させられる複数の排気機構４０を有している。

火工品装置によって作動させられる排気機構４０は、火工品装置と、排気機構４０を動作させる複数のピストン４８を動作させるガス発生器４６によって作動させられる。排気機構４０が開かれると、エアバッグは全ての効力を失う。エアバッグが、乗員２４に接触する前に、完全に膨張させられ、またはほとんど膨張させられた場合、この火工品装置およびガス発生機４６は作動不能にされる。これは、エアバッグの生地２８の前面５２の内側から延びる一対のワイヤ５０によって達成することができる。ワイヤ５０は、エアバッグ２０が９０％展開させられた時に、ワイヤ５０がエアバッグの前面５２の内側から自由になって電気的なショートを生じさせ、それによって、火工品装置４６を作動不能にし排気機構４０の動作を阻止するように配置されている。

センサ２６は、エアバッグ２０の外側に広がる電場を発生するので、センサが乗員に近付いた時に、乗員２４の存在と、乗員２４からの距離を検知することができる。距離の、時間にわたる情報から、乗員が受けている加速を求めることができる。コントローラ３８は、エアバッグモジュールのセンサ２６から得られたデータに基づいて動作する、シートベルト５６の一端に固定されたシートベルリトラクタ５４、あるいは他の安全システムに情報を送ることができる。

エアバッグ６０の、金属化された部分を同様に有していてよい、エアバッグに取り付けられた他のセンサ５８が図２に示されている。エアバッグ６０は、インストルメントパネル６３の背後に取り付けられたエアバッグハウジング６１から延びている。この実施形態では、回路が、車のシート６６の、乗員６８が、シート６６を占領している時に接触するクッション６４に取り付けられた導電性のセンサ６２との間に形成されている。エアバッグ６０に取り付けられたセンサ５８が乗員６８に接触すると、電気回路７０が完成させられ、これがコントローラ７２によって検知される。コントローラ７２は、タイマを用いて、乗員６８との接触が検知される前にエアバッグが完全に展開し、またはほぼ完全に展開したか否かを判定することができる。エアバッグが、完全に、またはほぼ完全に展開した場合、コントローラは何の動作も行わない。コントローラが、エアバッグが展開している段階に相当する時間にエアバッグ６０が乗員６８に接触したのを検知した場合、このことは、乗員６８にとって危険であることを示している場合があり、エアバッグ６０は、図１に示したのと同様に、排気機構７８を用いて排気を行ってもよい。

他の実施形態では、センサ５８によって形成された、金属化された部分を離れたマイクロ波７６のビームの像を検知する、マイクロ波式のトランシーバー７４が用いられる。反射されたマイクロ波７７を処理して飛行時間、および／またはドップラーシフトの情報を求めることによって、センサ５８の距離と速さを求めることができ、センサの加速度が予測される。コントローラ７２は、距離の、種々の微分係数を求め、距離、速さ、加速度、および、おそらくは、より高次の微分係数を求める。センサの加速度の、妨害の無い展開の間の変化から外れた、センサ５８の加速度の変化によって、エアバッグの、乗員６８との衝突を検知することができる。エアバッグ６０が、ある最小限の展開量、例えば９０％に達する前に乗員６８に衝突した場合、コントローラ７２は、図１に示したのと同様の、エアバッグの排気機構７８にエアバッグ６０の排気を行うように指令を出すことができる。

マイクロ波センサ５８，７４は、必ずしもエアバッグの内面または外面の金属化部分である必要はないセンサ５８の、超音波による、無線周波数電波による、磁気的な、静電的な、赤外線による、または光学的な追跡を利用したセンサによって置き換えることができる。センサ５８は、信号のトランシーバー７４と受動的に協働しても、能動的に協働してもよい。信号のトランシーバーおよび／またはセンサ５８は、エアバッグ６０の内側に位置させることもできる。

センサ２６は、前面３２の一部を導電性にする任意の手段、例えば、銀またはアルミニウムをベースにした塗料を塗ることによって、または、エアバッグの一部を、金属化されたものであってもよく、または導電性有機繊維であってもよい導電性の繊維を用いて編むことによって作製することができる。あるいは、導電性の部分３０は、導電性材料の、エアバッグの生地２８上への蒸着またはフレーム溶射によって形成してもよい。他のアプローチには、導電性センサの、エアバッグ２０の前面３２への積層、接着、または縫い付けが含まれる。

エアバッグが、選択された膨張レベル、例えば９０％に達した時に壊れるワイヤ５０によって得られる機能は他の手段によって達成することもできる。例えば、図２に示す、マイクロ波のトランシーバー７４、あるいは、前述した変形例の１つを、エアバッグが展開した程度を検知するのに用いることができる。

インストルメントパネル２２,６３から展開する助手席側エアバッグとしてエアバッグを示したが、本明細書に開示するセンサシステムは、運転席側エアバッグと共に、あるいは、乗員を保護するように取り付けられた任意のエアバッグと共に用いることができる。

センサ２６およびコントローラ３８は二段階膨張式の、または可変膨張式のエアバッグシステムと共に用いることもできる。同様に、センサ５８、およびセンサ６２を備えるコントローラ７２、あるいは、センサ５８、トランシーバー７４、およびコントローラ７２も二段階膨張式の、または可変膨張式のエアバッグシステムと共に用いることもできる。排気機構４０，７８の、好ましい実施形態では、エアバッグが完全に排気を行われる結果となるが、エアバッグがいくらかの機能を維持するように部分的にのみ排気を行う排気機構も可能である。

要約すると、本発明の、乗員位置のセンサ２６，７４は、乗員に向かって展開されるエアバッグ２０，６０の前部に配置されている。このセンサは、エアバッグの、乗員に面する部分３０を導電性にすることによって形成された１つまたは２つ以上の容量性のセンサ２６を有していてよい。このようなセンサは、エアバッグの一部に導電性塗料を塗ることによって作製することができ、または、静電容量変位センサであってもよい。複数のワイヤ、または、好ましくは、エアバッグの生地２８、好ましくはエアバッグの内面に塗られ、エアバッグの生地を通ってエアバッグの外面の、容量性のセンサに接続している導電性の複数の線を用いた複数の電気リードが、この容量性のセンサに接続されている。センサ２６が、３０．５ｃｍの直径であり、このセンサから３０．５ｃｍだけ離れた乗員を検知するのに用いることができる。このセンサが配置されたエアバッグ２０，６０も、完全に展開させられる前にエアバッグの排気を行うことができるように構成されている。センサ２６は、電子システムによって、このセンサと乗員の間の距離を連続的に求め、センサに対する乗員の速さと加速度を求めるのに用いられる。エアバッグに取り付けられた容量性のセンサ２６の出力は、ベルトリトラクタのような、この乗員についての種々の安全システムによって、乗員の、衝突の間の実際の運動に反応するのに用いられてもよい。容量性のセンサ２６の出力は、コントロールシステムによって処理して、エアバッグ２０，６０と乗員の間の作用を予測し、その作用が乗員に対して有益であるよりも、むしろ危険であるのが予測された場合にエアバッグの排気を行うのに用いるのが有利である。良い効果があっても、悪い効果があっても、エアバッグの排気によってエアバッグは効力が無くなるので、エアバッグが一旦膨張させられ、またはほぼ膨張させられたらエアバッグの排気を阻止する機構が、センサ、コントローラ、および排気機構７８に組み込まれている。

本発明の他の実施形態では、エアバッグの、乗員に面する導電性の部分（３０）が、乗員が座るシートの導電性の部分と共に用いられる。エアバッグの導電性の部分が乗員に接触すると、乗員の存在が、乗員を含む電気回路を用いて直接的に検知される。さらに他の実施形態では、マイクロ波のような電磁放射線を、エアバッグ２０，６０の前部と共に移動するターゲットに送るセンサ７４が用いられる。このセンサは、エアバッグが、エアバッグおよびターゲットの、乗員との衝突のために減速した時を検知する。前述の両実施形態において、エアバッグが、益をもたらすことができないほど早く乗員に衝突した場合、エアバッグは排気を行われる。

本発明のエアバッグとエアバッグに取り付けられたセンサの、エアバッグが乗員に向かって展開している時の、部分的に破断した模式図である。 本発明のエアバッグとエアバッグセンサの、エアバッグに取り付けられたセンサが受動的である他の２つの実施形態の模式的な側面図である。

Claims (14)

1. エアバッグハウジング（４２，６１）と、
   前記エアバッグハウジング（４２，６１）に取り付けられたエアバッグ（２０，６０）であって、該エアバッグが膨張させられた時に乗員の位置に面する、乗員に面する部分（３０）を有するエアバッグと、
   前記エアバッグ（２０，６０）にガスを供給するように接続され、ガスが流され始めた時に前記エアバッグを膨張させるガス源と、
   乗員を検知するセンサ（２６，５８）であって、前記エアバッグ（２０，６０）が展開させられた時に前記センサが前記エアバッグと共に前記乗員に向かって移動するように、前記エアバッグの、乗員に面する部分（３０）に配置されたセンサと、
   前記センサ（２６，５８）の電気信号を受け取り、前記センサの、乗員への作用を検知するコントローラ（３８，７２）を有し、
   前記コントローラ（３８，７２）は、前記エアバッグハウジング（４２，６１）に取り付けられた排気機構（４０）に、それを制御するように接続されており、前記排気機構は、前記コントローラからの指令に応答して、ガスが前記エアバッグ（２０，６０）から逃げることができるようにする動作をすることができる、エアバッグシステム。
2. 前記センサ（２６）は前記エアバッグ（２０，６０）の、前記乗員に面する部分（３０）の導電領域を有する、請求項１に記載のエアバッグシステム。
3. 前記センサ（２６）は静電容量変位センサを有する、請求項１に記載のエアバッグシステム。
4. 前記エアバッグ（２０，６０）上に形成された複数の電気線をさらに有し、前記センサ（２６，５８）からの複数の電気信号が前記電気線に沿って伝達される、請求項１〜３のいずれかに記載のエアバッグシステム。
5. 前記エアバッグハウジング（６１）に取り付けられた電磁波式のトランシーバー（７４）を有し、前記センサ（５８）は、前記エアバッグ（６０）の、前記乗員に面する部分（３０）に取り付けられた反射器を有し、その結果、電磁波が送信機によって前記反射器に向かって送られた時に、前記電磁波が受信機に向かって反射される、請求項１に記載のエアバッグシステム。
6. 前記反射器（５８）は受動的な反射器である、請求項５に記載のエアバッグシステム。
7. 前記エアバッグの膨張の少なくとも１つの段階を検知し、前記排気機構（４０）にこれに作用するように接続されて、前記エアバッグの膨張の、前記少なくとも１つの段階が検知された時に前記排気機構が開かないようにする手段をさらに有する、請求項１〜６のいずれかに記載のエアバッグシステム。
8. 前記エアバッグの膨張の、少なくとも１つの段階を検知する前記手段は、前記エアバッグ（２０，６０）の、前記乗員に面する部分（３０）に連結されたワイヤ（５０）である、請求項７に記載のエアバッグシステム。
9. 乗物シートの一部を形成する電気接触部をさらに有し、該電気接触部と前記センサ（２６）は、前記乗物シートの一部を形成する前記電気接触部、および前記導電領域を有する前記センサの両方が乗員によって電気的に接続された時に出力を出す電気回路に接続された導電領域を有する、請求項２に記載のエアバッグシステム。
10. エアバッグの、乗員に向かう展開を開始させ、前記エアバッグが展開している間、前記エアバッグの、乗員に面する前記部分（３０）と前記乗員の間の距離を前記センサ（２６，５８）を用いて繰り返し求めることによって、前記エアバッグ（２０，６０）の展開を制御する、請求項１に記載のエアバッグシステム。
11. 前記エアバッグ（２０，６０）の、導電性の前記部分（３０）と前記乗員の間の距離の、時間に関する微分係数の少なくとも１つが求められる、請求項１０に記載のエアバッグシステム。
12. 前記コントローラ（３８，７２）は、前記センサ（２６，５８）からのデータを処理し、前記センサと前記乗員の間の距離の、時間に関する微分係数の少なくとも１つを計算し、前記コントローラによって前記排気機構（４０）を制御し、前記エアバッグが、完全な展開の、選択された割合に達する前に前記乗員に衝突するのが前記コントローラ（３８，７２）によって予測された場合に前記排気機構を開く、請求項１１に記載のエアバッグシステム。
13. 前記コントローラ（３８，７２）は、前記エアバッグ（２０，６０）が、完全な展開の、選択された割合に達したか否かを監視し、完全な展開の、前記選択された割合に達したら、前記排気機構（４０）が開かないようにする、請求項１２に記載のエアバッグシステム。
14. 前記センサ（２６）はコンデンサーであり、前記センサと前記乗員の間の距離は、前記コンデンサーの電気的な値によって求められる、請求項１３に記載のエアバッグシステム。

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