JP4048204B2 - エアバッグ展開監視装置および検知電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、エアバッグの展開の、テープによる監視、および、テープがカートリッジから引き出される速さを監視するセンサから受け取ったデータストリームを処理する方法と回路に関する。

乗物の乗員が、エアバッグの展開によって危険な状態になる場合がある位置にいる場合、乗物乗員は「アウトオブポジション」にいると称されている。「アウトオブポジション」の乗物乗員を検出する種々のシステムが開発されている。乗物乗員の位置を検出するセンサシステムが、乗物乗員の位置が、衝突が発生した時に分かっているように、常時監視を必要とする場合が多い。乗物乗員の位置を、超音波によって、光学的に、または容量性センサによって検出するセンサシステムが提案されている。

速いデータ速度を有していてよいセンサの常時監視をするのには、センサのデータを、エアバッグの展開を阻止するエアバッグ展開判定に、または二段階式のエアバッグの展開レベルを選択するのに使用する単一の条件または限定された数のデータ条件に減らすことができるアルゴリズムの構築が必要である。非衝突時の位置データとエアバッグの展開中に必要な位置データの間のデータの完全性の確保が、衝突によって生じるノイズの多い環境によって困難になる。データの完全性のためには、プロセッサの性能の向上およびアルゴリズムの開発が必要である。

先行技術の複数の手法において、エアバッグが展開する前のエアバッグと乗員の間の距離を種々のセンサに基づいて判定することが試みられている。多くの例において、乗物乗員は、エアバッグを展開させるのを判定する時点ではエアバッグに接近し過ぎていないが、乗物乗員がエアバッグに近づいている速さのために、乗物乗員は、エアバッグが実際に展開している時にはエアバッグに接近し過ぎている。このような状況に対処するためには、より高度なセンサとアルゴリズムが必要である。理想的なエアバッグ展開システムは、乗物乗員がエアバッグに接触する前に、エアバッグが完全に、またはほぼ完全に展開するように機能する。既存の複数のシステムは、乗物乗員の位置のために、エアバッグが乗物乗員の益になるよりむしろ乗物乗員を傷つけそうなことが種々のセンサとアルゴリズムに基づいて判定された時に、エアバッグの展開を禁止している。
欧州特許出願公開第０，９９０，５６７号明細書

エアバッグの効果的な展開を最大限に確保し、一方、不必要な展開を最小限にするという要望が、より多くの情報を待つことと、迅速な展開の間に対立を生じさせている。したがって、一旦十分な情報が得られると、通常、その直後に展開が行われる。

乗物乗員位置のセンサとアルゴリズムを使用しているシステムは、エアバッグの展開を禁止するべきかどうかをいつでも示すことができる必要がある。このことは、乗物乗員位置禁止信号を発生するのに使用されるセンサおよびアルゴリズムを、実際の展開判定が行われる特定の時間枠を扱うように最適化することができないことを意味している。そのようなアルゴリズムは、恐らく数十ミリ秒という比較的遠い将来の出来事を予測する必要があるので、要望されているほど正確ではない場合がある。

特許文献１に記載されたセンサには、エアバッグの正面と、エアバッグハウジングに搭載されたテープ払い出しカートリッジの間に延びる複数のテープが用いられている。カートリッジ内のテープ引き出しセンサが、テープがカートリッジから引き出される速さを監視し、したがって、エアバッグが乗物乗員に衝突したのを、エアバッグの速度の低下によって検出することができる。エアバッグが実際に展開している状態を監視することができるこの種のセンサによって、乗物乗員がエアバッグの展開の時点でアウトオブポジションにいるかどうかを予測するという問題が解消される。この装置において、エアバッグが展開させられ、展開の、ある段階に到達する前に乗物乗員にぶつかった場合、エアバッグは排気され、それによって効果的に取り除かれる。いくつかのテープとテープ払い出しカートリッジが、バッグのどの部分が乗物乗員に接触しても接触したことを検出でき、エアバッグを排気してアウトオブポジションの乗物乗員の負傷を防止できるように、エアバッグの様々な部分を監視するのに用いられている。実用的には、実際の展開を監視するこの種のセンサは、テープがカートリッジから引き出される速さを監視する簡素ではあるが確固たる技術を必要とする。

請求項１は、ある量のテープが収容されたカートリッジを有するエアバッグ展開センサを開示している。テープの一端が、エアバッグが展開させられた時にエアバッグがカートリッジからテープを引き出すように、エアバッグの内面に取り付けられている。テープがカートリッジから引き出される速さが、テープを通して光を送信することによって、またはテープの、金属が被覆された、あるいは鉄を含む複数の部分の存在を検出することによって監視される。

第１の実施態様では、黒色のポリエチレンから構成された１／２ｍｍ×５ｍｍのテープが、テープの長さ方向に沿って延びる中心上に５ｍｍ間隔で配置された直径２ｍｍの複数の孔を有している。赤外発光ダイオードがテープの片側に配置され、フォトトランジスタが赤外線発光ダイオードに対向して配置されている。フォトトランジスタは、ヒステリシスを備えるコンパレータ回路に接続されており、それによって、テープに形成された孔が、引っ張られてフォトトランジスタ通過する速さに比例したきれいなデジタル出力が得られる。あるいは、赤外線に対して不透明なパターンが印刷された赤外線透過性テープを使用してもよい。

第２の実施態様では、１／２ｍｍ×５ｍｍのテープが、５ｍｍ間隔で配置され、金属が被覆された５ｍｍの複数の領域を有している。例えば、金属フィルムをマイラ（商標）テープ上に堆積させ、選択的にエッチングして金属が被覆された領域を形成してもよく、または金属塗料をフィルムまたは布上に用いてもよい。金属が被覆された領域は３つの方法のうちの１つによって検出してよい。第１の方法では、金属が被覆された領域が両接点上を通過する時に、金属が被覆された領域によって接続される、近接した間隔で配置された２つの接点が用いられる。この種の検知器は、デジタル出力を発生するために、ヒステリシスを有するコンパレータ回路に接続されていてもよい。金属が被覆された領域の通過を検出する第２の方法では、容量性板がセンサとして用いられる。容量性板は、周波数が容量性板の静電容量によって制御される発振器回路の一部となっている。金属が被覆された領域がコンデンサ板に対向する位置に移動すると可変コンデンサが形成され、回路における静電容量が変化する。この静電容量の変化によって、発振器の周波数が、金属が被覆された領域がコンデンサ板を通過する時に高くなり、また低くなる。金属が被覆された領域を有するテープがカートリッジから引き出される速さを検出する第３の方法では、振幅変調信号が用いられる。数百ｋＨｚから約１ＭＨｚの発振器が第１の電極に接続される。第１の電極から間隔をおかれた第２の電極が増幅回路に接続されている。金属が被覆された領域は、発振器の信号を増幅器に効率的に伝達する容量性結合を第１の電極と第２の電極の間に形成する。したがって、金属が被覆された領域が第１および第２の電極を通過すると、増幅器回路が受け取る信号の振幅が変化する。増幅器の出力は整流され、パルス化されたＤＣ出力が生成される。

金属が被覆された領域が強磁性合金から形成されている場合、強磁性の領域の動きを、永久磁石と共に、ホール効果センサ、ＧＭＲセンサ、または単純な導電体の輪またはコイルのような磁界センサに影響を及ぼすのに使用することができる。永久磁石は磁界センサに対向して配置され、金属が被覆された強磁性の領域は、永久磁石から磁界センサへの磁力線の通過を選択的に阻止する磁気遮蔽の働きをする。

図１から図１１において、類似の参照番号は類似の部品を示している。エアバッグハウジング１２が、取り付けられて折り畳まれたエアバッグ１３と共に図１１に示されている。ガス発生器１４が、エアバッグ１３の膨張をガス発生器１４からのガスを排気することによって停止することができるバルブ１５と共にエアバッグハウジングに取り付けられている。図１において、ある長さのテープ２２を収容したカートリッジ２０がハウジング１２に取り付けられている。図１１において、ガス発生器１４が作動させられてエアバッグ１３が展開させられた時に、テープ２２がカートリッジ２０から引き出されるように、テープ２２の一端がエアバッグ１３の内面１８に取り付けられている。

図３において、テープ２２は、約５ｍｍの幅で、約１／４ｍｍの厚みの黒色のポリエチレンストリップである。テープ２２は、不透明なマイラ（ＭＹＬＡＲ：登録商標）延伸ポリエステルフィルム、または金属製高温フィルムから作られていてよい。テープ２２には、直径が２ｍｍであり、約５ｍｍの間隔で配置された一連の孔２４が形成されている。赤外発光ダイオード２６が、図１および２に示すように、フォトトランジスタ２８に対向して配置されている。孔２４が赤外発光ダイオード２６とフォトトランジスタ２８の間に位置している時に、赤外線がダイオードからフォトトランジスタへ通過して、フォトトランジスタをオンにする。伝送センサを用いることによって、構成要素間のばらつきであれ、温度または時間による構成要素のばらつきであれ、構成要素の特性のばらつきに実質的に影響されない、テープの動きの、より信頼性の高い検出が行われる。

赤外線を使用するのが、その光が光源と光検出器の間のほこりによる散乱の影響を受けにくいので有利である。しかし、他の波長の光を使用することもできる。図２に示すように、きれいなデジタルパルスが、赤外発光ダイオード２６とフォトトランジスタ２８の間を通過する各孔２４に対して発生するように、演算増幅器３２を基本とするコンパレータ回路３０がヒステリシスを有するように構成されている。複数のパルスがスイッチ遷移中に雑音のために生成されるのが、ヒステリシスを有するコンパレータ回路３０によって回避される。フィルタリングおよび波形整形回路を、信号をさらに整形するために付加してもよい。結果の出力３４は、テープの速さと、テープの速さに比例した周波数と、テープの速さに反比例したパルス幅を有するデジタル波形を有している。コンパレータ回路３０を単一のチップ上に形成することもできる。

他のテープ３６が図４に示されている。テープ３６は、矩形の複数の領域３８の不透明な塗料または金属被覆層が塗布されたマイラ（登録商標）延伸ポリエステルフィルムのような透明な材料から作られている。金属を被覆することによって、テープに沿って順に配置された、導電性の複数の第１の部分と導電性ではない複数の第２の部分を有するテープ３６が形成されている。マイラ（登録商標）フィルムは、図３に示した黒色のポリエチレン製のテープ２２の寸法と同様の寸法を有していてよく、一辺が約５ｍｍの正方形であり、約５ｍｍ間隔で配置された矩形の領域３８を備えている。テープ３６はカートリッジ２０に使用することもでき、この場合、透明な間隙が光を透過し、矩形の領域が光の透過を阻む。

矩形の領域３８に金属が被覆された、図４に示すようなテープ３６を検出する代替の手法が図５および図６に示されている。テープのカートリッジ４２には、ばね付勢されたブレーキ４４を用いた、テープを屏風状に折畳んだ収容方式が用いられている。テープのカートリッジ４２は、コンデンサを基本としたセンサ４６を使用している。センサ４６は、テープ３６がセンサを通過する時に基本周波数を周波数変調する、図６に示すような発振器回路４８と共に使用されていてよい。発振器回路４８は、演算増幅器５０と、別個の幾つかの部品を使用した単純なし張発振器回路であってよい。小さな容量性素子を使用して発振周波数を変えることができる限り、他の発振器を使用してもよい。５５５タイマ回路が、インダクタを必要としない他の手段である。

図６において、テープは、コンデンサＣ１と並列の容量性素子Ｃ２を形成している。Ｒ３とＣ１およびＣ２との直列の組合せによって、約３００ｋＨｚの中間周波数を有していてよい発振周期が設定されている。Ｒ１とＲ２によって、スイッチング電圧のしきい値が設定されている。Ｒ１＝Ｒ２の場合、この電圧は１／２ＶＣＣである。回路の電源が入れられると、演算増幅器５０は、プラスＶＣＣまたはマイナスＶＣＣのいずれかの出力状態になる。次に、Ｃ１とＣ２の並列の組合せが、抵抗器Ｒ３を介してプラス１／２ＶＣＣまたはマイナス１／２ＶＣＣに帯電され、その時点で、演算増幅器は逆極性の出力状態になる。Ｃ２の値がテープの、金属が被覆された領域３８によって増加させられると、発振器の基本周波数が低くなる。静電容量は、増加に続いて、テープ３６が移動して、金属が被覆された領域３８が２枚の金属板５４に対向する位置になくなると減少し、発振器の周波数は高くなる。このようにして、テープの速さに応じたＦＭ信号が生成される。このＦＭ信号を復調して、テープの速さに応じた出力周波数を得てもよい。

発振器回路４８は演算増幅器５０を基本構成としており、発振器の中間周波数は約３００ｋＨｚである。増幅器の出力５２の周波数はコンデンサＣ１によって制御される。２つの金属板５４は、コンデンサＣ１の板と並列に接続されており、その結果、第２のコンデンサ、すなわち容量性素子Ｃ２は、金属が被覆された矩形の領域３８が２つの金属板５４に対向して位置している時に、コンデンサＣ１の静電容量を増加させるように形成されている。

テープ３６がカートリッジ４２から引き出される時の、テープ３６の速さを検出する、振幅変調に基づくさらに他の手法を図８に示す。図７に示す振幅変調回路５６は、例えば３００ｋＨｚから１ＭＨｚの発振周波数を有する発振器回路５８を有している。発振器回路５８によって発生した信号が、２つの金属板５４とテープ３６上の、金属が被覆された領域３８から形成されたコンデンサＣ３を介して接続される。このようにして、発振器５８と出力６４の間の容量性結合が、２つの金属板５４とテープの、金属が被覆された領域３８によって形成されている。信号は、金属が被覆された領域３８が２つの金属板５４と完全に重なった時に、発振器回路５８と振幅変調回路５６の演算増幅器６２の正入力６０の間を最も効率的に伝搬される。伝搬される信号は、金属が被覆された領域３８が部分的にのみ金属板５４に重なっているか、または完全に重なっていない時に、減少するかまたは最小になる。発振器回路５８から受信された信号の振幅は、テープがコンデンサＣ３を通過して動いている速さによって変化する。演算増幅器６２の出力６４は、テープ３６の、カートリッジ４２から引き出されている速さに正比例した周波数を有するパルス化ＤＣ出力を出力するダイオードＤ１によって整流される。

テープ３６の、カートリッジ６５から引き出される速さを検出するさらに他の手法が、有効な量の１つまたは２つ以上の強磁性金属を有する、鉄、ニッケル、コバルト、またはそれらをベースとする合金のような、磁気的に非透過性の材料から形成された、金属が被覆された領域３８に基づいている。ミューメタル、すなわち（Ｎｉ７７パーセント、Ｆｅ１５パーセントにＣｕとＭｏを加えた）ニッケル−鉄合金が、磁界を遮蔽するのに特に効果的であり、これを使用してもよい。金属が被覆された領域３８は磁気分路として働き、永久磁石６６からの磁力線が、図９に示すように、オープンコレクタ出力を備える単極ホールセンサを有する集積回路の一部を構成しているホール効果センサ６８に達して影響を与えるのを阻止する。ホール装置７０は、温度補償、ヒステリシスを有するコンパレータ、および電圧調節器のような他の機能を果たしてもよい。集積されたホール装置７０は、ホール効果センサ６８が曝される磁界が、所定のスイッチ点を超えるとデジタル出力を発生する。

金属が被覆された領域３８を備えるテープ３６の通過を検出する他の手法が図１０に示されている。カートリッジ７２は、支持部材７３に接するテープ３６に順に当接している、間隔をおいて配置された２つの電気接点７４を備えている。金属が被覆された領域３８が両電気接点７４を橋渡しすると、不図示の回路が、金属が被覆された領域３８が両電気接点７４を接続していない時には生じない電圧出力または電流出力を発生する。ヒステリシスを有するコンパレータ回路（不図示）が全ての接点跳動が除去し、テープ３６の、カートリッジ７２から引き出される速さに比例した周波数を有するきれいなデジタル出力を発生する。

テープ２２，３６は、中央の支柱の周りに巻き付ける、回転可能なスプールの周りに巻き付ける、または、単純にコイルまたは屏風状に折畳んだ構成にするような種々の手法によって、カートリッジに収容することができる。テープ２２または３６は、孔が形成された金属テープであってもよい。金属の被覆は、ベースフィルム上に導電性フィルムを形成する任意の方法によって行うことができ、めっき、フレーム溶射、真空蒸着、接着結合、またはテープ基体上への導電性の領域の塗布を含むことができる。テープ基体は、フィルム、織物材料、または生地であってよい。テープは、高温フィルム、織布、またはインフレータの温度に耐えることができ、必要な引張り強さを有している他の任意の材料であってもよい。

本発明の赤外線センサ装置を用いたテープカートリッジの概略平面図である。 図１のテープカートリッジに使用されている回路の電気的な模式図である。 図１のテープカートリッジに使用されているテープの平面図である。 テープカートリッジに使用される代替のテープの平面図である。 容量性センサを用いた代替のテープカートリッジの概略平面図である。 図５のテープカートリッジに使用される回路の電気的な模式図である。 図５のテープカートリッジに使用される回路の電気的な模式図である。 磁界センサを用いたテープカートリッジの概略平面図である。 図８のテープカートリッジに使用されている回路の電気的な模式図である。 接触センサを用いたテープカートリッジの概略平面図である。 図１のテープカートリッジを備えたエアバッグモジュールの概略断面図である。

Claims (10)

1. エアバッグ（１３）の内面（１８）に取り付けられた第１の端部を有するテープ（３６）を収容しているカートリッジ（４２；６５；７２）であって、前記テープ（３６）は、該テープに沿って順に配置されて導電性の部分が、実質的に非導電性の部分と交互に配置されている、導電性の複数の部分（３８）と、実質的に非導電性の複数の部分とを有する、カートリッジと、
   前記テープ（３６）が前記カートリッジから引き出されると、導電性の部分（３８）がセンサに対向して位置し、次に、実質的に非導電性の部分がセンサに対向して位置するように、前記カートリッジ（４２；６５；７２）に取り付けられたセンサ（４６；６８）であって、該センサは、導電性の部分と非導電性の部分とのどちらが前記センサ（４６；６８）に対向して位置しているかに応じて変化する出力を発生し、前記センサの前記出力は、テープ（３６）が前記カートリッジ（４２；６５；７２）から引き出されると、時間と共に変化する、センサと、
   を有するエアバッグ展開監視装置。
2. 前記カートリッジに取り付けられた前記センサ（４６）は、前記テープ（３６）の前記導電性の部分（３８）と共にコンデンサを形成している、請求項１に記載のエアバッグ展開監視装置。
3. 前記コンデンサは、該コンデンサの静電容量値に応じて変化する周波数を有する発振器回路の一部であり、テープ（３６）が前記カートリッジから引き出され、導電性の複数の部分が、前記カートリッジに取り付けられた前記センサ（４６）に順次対向させられると、前記発振器回路は周波数変調された出力を発生する、請求項２に記載のエアバッグ展開監視装置。
4. 前記センサ（４６）は、互いに離れた、前記コンデンサの一方の側に形成された２つの金属板を有し、前記コンデンサの第２の側が、前記テープの前記導電性の部分によって形成されている、請求項３に記載のエアバッグ展開監視装置。
5. 前記カートリッジに取り付けられた前記センサ（４６）は、
   第１の金属板に接続された発振器と、
   前記第１の金属板から離れた第２の金属板と、
   を有し、
   前記テープ（３６）の前記導電性の部分（３８）は、これが前記第１の金属板と前記第２の金属板に対向して位置させられた時に、前記発振器と、前記第２の金属板に接続された出力の間に容量性結合を形成している、請求項２に記載のエアバッグ展開監視装置。
6. 前記発振器の回路は約３００ｋＨｚから約１ＭＨｚの動作周波数を有している、請求項５に記載のエアバッグ展開監視装置。
7. 前記カートリッジに取り付けられた磁石をさらに有し、前記センサは前記磁石から離れて取り付けられた磁界センサ（６８）であり、前記テープ（３６）は前記磁石と前記磁界センサの間を移動するように位置し、前記テープ（３６）の前記導電性の部分（３８）は、磁力線の通過を阻止する、磁気的に非透過性の材料を含み、前記テープ（３６）を前記カートリッジから引き出すと、時間と共に変化する出力が前記磁界センサ（６８）から発生する、請求項１に記載のエアバッグ展開監視装置。
8. 前記磁界センサ（６８）はホール効果センサである、請求項７に記載のエアバッグ展開監視装置。
9. 前記テープ（３６）の前記導電性の部分（３８）は、鉄、ニッケル、またコバルトからなるグループから選択された少なくとも１つの、有効な量の金属を含む金属合金をさらに有する、請求項７に記載のエアバッグ展開監視装置。
10. 前記カートリッジに取り付けられた前記センサは、テープが前記カートリッジから引き出された時に前記テープ（３６）に接触するように前記カートリッジに配置され、互いに離れた２つの接点（７４）を有し、互いに離れた２つの前記接点（７４）は、前記テープの導電性の部分が２つの前記接点に対向している時に、前記テープ（３６）の前記導電性の部分（３８）と共に電流経路を形成するように配置されている、請求項１に記載のエアバッグ展開監視装置。

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