JP4758692B2 - 車両用乗員膝部保護装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両へ衝突エネルギーが作用したときに、乗員の膝に作用する衝突エネルギーを緩和することで膝を保護する、車両用乗員膝部保護装置の改良技術に関する。

近年、車両に対して衝突エネルギーが作用したときに乗員を保護する、乗員保護装置の開発が進んでいる。このような乗員保護の一貫として、乗員の膝に作用する衝突エネルギーを緩和することで膝を保護する、車両用乗員膝部保護装置の開発も進められている。

例えば、車室の前部に膝保護部材を設けた受動的なエネルギー吸収構造の車両用乗員膝部保護装置が開発されている。車両に前方から衝突エネルギーが作用した場合、乗員の膝が慣性で前方へ移動して膝保護部材に当たる。その当たる荷重（接触荷重）によって膝保護部材が塑性変形することにより、接触荷重を吸収して膝を保護する。
このような技術に対して、より積極的に膝を保護する技術の開発が進められている（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００１−１２２０６１公報

特許文献１に示す従来の車両用乗員膝部保護装置を、次の図１０に基づいて説明する。
図１０は従来の車両用乗員膝部保護装置の概要図である。従来の車両用乗員膝部保護装置１００は、車両１０１のインストルメントパネル１０２に、膝保護部材１０３を車体前後方向へ移動可能に取付けたものである。

この車両用乗員膝部保護装置１００によれば、イグニッションスイッチをオン操作したときに、膝保護部材１０３から、シート１０４に着座している乗員１０５の膝１０６までの距離を、位置センサ１０７で検出し、この距離が予め設定された一定値となるように、電動モータ１０８で膝保護部材１０３を膝１０６へ向かって移動させるというものである。
つまり、膝保護部材１０３から膝１０６までの間隙を小さくすることで、衝突時における膝１０６の移動量を低減させるようにした。

車両１０１に前方から衝突エネルギーが作用した場合、乗員１０５の膝１０６は上記一定値だけ前方へ移動して、膝保護部材１０３に当たる。膝保護部材１０３は膝１０６が当たる荷重（衝突エネルギー）に応じて、車体前方へ変位することにより、膝１０６に作用する衝突エネルギーを吸収する。この結果、膝１０６を保護することができる。

しかし、上記従来の車両用乗員膝部保護装置１００においても、膝保護部材１０３に膝１０６が当たる荷重に応じて、膝保護部材１０３を車体前方へ変位させるという、受動的なエネルギー吸収構造であることに変わりはない。

実際の衝突において、衝突エネルギーが作用した後における車両１０１の減速度は、一定であるとは限らず、複雑に変化することの方が多い。膝保護部材１０３から膝１０６までの間隙を、事前に一定値に設定しても、衝突後の過程において膝１０６の慣性力の影響は変化する。このような受動的なエネルギー吸収構造では、衝突した時点の車両１０１の衝突初速度や減速度が変動した場合であっても、常に所望のエネルギー吸収特性を安定的に確保できるようにするには、改良の余地がある。

また、膝保護部材１０３が車両前方へ変位し始める荷重、つまり変位開始荷重を小さく設定すれば、膝１０６や大腿部の負担を軽減することができる。しかし、変位開始荷重が小さいと、着座中の乗員１０５が前方へ移動する量、いわゆる前方移動量が増加してしまう。

本発明は、膝保護部材による安定したエネルギー吸収性能を十分に確保することができ、しかも、乗員の前方移動量を抑制することができる技術を提供することを課題とする。

本発明者等は、最適制御理論に基づく検討をした結果、膝保護部材と膝との接触荷重が一定となるように、膝保護部材を能動的に制御した場合に、膝や大腿部の負担が最も少なくなることを知見した。
請求項１に係る発明は、車両用シートに着座している乗員の膝に対向した膝保護部材を配置することで、車両に衝突エネルギーが作用したときに、膝に作用する衝突エネルギーを膝保護部材によって緩和する車両用乗員膝部保護装置において、車両用乗員膝部保護装置は、
車両に衝突エネルギーが作用したことを検出する加速度センサと、
車両に衝突エネルギーが作用したときの膝保護部材に対する膝の接触荷重を検出する接触荷重検出手段と、
加速度センサが車両に衝突エネルギーが作用したことを検出したという第１条件と、接触荷重検出手段によって検出された膝の接触荷重が予め設定された基準接触荷重に達したという第２条件との、２つの条件を満足したと判断した場合に、車両に衝突エネルギーが作用したときの前記膝保護部材に対する前記膝の接触荷重を、予め設定された荷重制御目標値まで低減させるとともにその低減した値で維持させるように、制御信号を発する制御手段と、
制御手段の制御信号に応じて、膝保護部材を車両前後方向に移動させる駆動手段とを、備えたことを特徴とする。

請求項２に係る発明は、請求項１において、駆動手段を、制御信号に応じて膝保護部材を車両前後方向に駆動するアクチュエータと、このアクチュエータの駆動力を補完するダンパとで構成し、このダンパは、少なくともアクチュエータが、膝保護部材を膝から後退させる方向に駆動しているときに、その駆動力を補完するように構成したことを特徴とする。

請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２において、荷重制御目標値が、膝保護部材に膝が接触した初期における初期目標値と、この初期目標値に引き続く終期における終期目標値とであり、初期目標値を終期目標値よりも大きい値としたことを特徴とする。

請求項１に係る発明では、車両に衝突エネルギーが作用したときに、乗員の膝が慣性により前方へ移動して膝保護部材に接触し続ける（当たり続ける）ので、接触しているときの接触荷重を接触荷重検出手段で常に検出し、この検出信号に基づいて制御手段が駆動手段に制御信号を発し、この制御信号に応じて駆動手段が膝保護部材を車両前後方向に移動させるようにした。

すなわち、請求項１に係る発明は、接触荷重が大きいときには、膝保護部材を膝から後退させる方向に移動させて、エネルギーを吸収し、また、接触荷重が比較的小さいときには、膝保護部材を現在の位置で維持又は膝へ向かって前進させて、接触荷重を維持するという、能動的なエネルギー吸収構造としたものである。

このようにすることで、接触荷重を荷重制御目標値まで迅速に且つ確実に低減させるとともに、その低減した値で維持させることができる。従って、膝保護部材による安定したエネルギー吸収性能を十分に確保することができる。この結果、乗員の膝や大腿部の負担を、より一層十分に軽減することができる。しかも、荷重制御目標値まで低減させた接触荷重を、その低減した値で維持させるので、乗員の前方移動量を抑制することができる。
さらには、車両に衝突エネルギーが作用する前に、膝保護部材が膝へ向かって移動しないので、通常時に乗員にとって煩わしさがなく、快適性を維持することができる。

請求項２に係る発明では、制御信号に応じて駆動力を発するアクチュエータと、少なくともアクチュエータが膝保護部材を膝から後退させる方向に駆動しているときに、その駆動力を補完するダンパ（減衰手段）とによって、駆動手段を構成した。
アクチュエータが膝保護部材を現在の位置で維持させる又は膝へ向かって前進させるときは、接触荷重が比較的小さいときであるから、アクチュエータの駆動力をダンパで補完しなくてもすむ。一方、アクチュエータが膝保護部材を膝から後退させるときには、接触荷重が大きいときであるから、アクチュエータの駆動力をダンパで補完すればよい。
このようにすることで、アクチュエータの最大駆動力を軽減することができる。小さい駆動力の小型で安価なアクチュエータを用いても、駆動性能を確保することができる。このため、接触荷重を効率良く制御することができる。

請求項３に係る発明では、膝保護部材に膝が接触した初期に、比較的大きい値の初期目標値まで接触荷重を低減させ、その後に引き続いて、初期目標値よりも小さい値の終期目標値まで接触荷重を低減させるようにした。このように大小二段階の目標値に分けて接触荷重を低減させるので、接触荷重を荷重制御目標値まで低減させるときに、オーバーシュートを十分に抑制することができる。
従って、実際の衝突において、衝突エネルギーが作用した後における車両の減速度の変化等の、大きい外乱の中でも、接触荷重を荷重制御目標値まで短時間で低減させることができる。この結果、乗員の膝が前方へ移動して膝保護部材に接触した時点から、接触荷重を荷重制御目標値まで低減させて維持させるまでにわたって、均一なエネルギー吸収をすることができる。膝保護部材による安定したエネルギー吸収性能を、より一層十分に確保することができる。

本発明を実施するための最良の形態を、添付図に基づいて以下に説明する。なお、「前」、「後」、「左」、「右」、「上」、「下」は運転者から見た方向に従い、Ｆｒは前側、Ｒｒは後側、Ｌは左側、Ｒは右側を示す。
図１は本発明に係る車室前部に車両用乗員膝部保護装置を取付けた車両の右側面図である。図２は本発明に係る車室前部並びに車両用乗員膝部保護装置の斜視図である。図３は本発明に係る車両用乗員膝部保護装置を側方から見た断面図である。

図１及び図２に示すように、車両１０は、車室１１の前部において、車体１２に固定されたインストルメントパネル１３を備える。
インストルメントパネル１３は、シート１４に着座した乗員Ｍｎ（例えば、運転席１４に座った運転者Ｍｎ）の前方に配置し、乗員Ｍｎの左右の膝Ｎｉを保護する車両用乗員膝部保護装置２０を配置した構成である。

車体１２は、インストルメントパネル１３よりも車体前方において、左右のフロントピラー１５間に固定バー１６を掛け渡したものである。固定バー１６は、車幅方向に水平に延びる丸パイプや丸棒等の棒状の固定部材であって、その両端を左右のフロントピラー１５に固定したステーである。
なお、図１に示す１７は着座している乗員Ｍｎを拘束するシートベルト装置、図２に示す１８はコンソールボックスである。

車両用乗員膝部保護装置２０は、シート１４に着座している乗員Ｍｎの膝Ｎｉに対向した膝保護部材２１を配置することで、車両１０に衝突エネルギーが作用したときに、膝Ｎｉに作用する衝突エネルギーを膝保護部材２１によって緩和する装置である。このような車両用乗員膝部保護装置２０は、膝保護部材２１と接触荷重検出手段２２と制御手段２３と駆動手段２４とを備える。
車両１０に衝突エネルギーが作用したことについては、例えば加速度センサ２５によって検出することができる。

図２及び図３に示すように、膝保護部材２１は、膝Ｎｉが当たったときに、膝Ｎｉへの衝撃を吸収する膝受け部であって、例えば車幅方向に細長い樹脂成形品からなり、ニーボルスタとも言う。この膝保護部材２１は、インストルメントパネル１３に有する開口（図示せず）を通して、車両前後方向に移動可能な部材である。

接触荷重検出手段２２は、乗員Ｍｎの膝Ｎｉが前方へ移動して膝保護部材２１に当たり、膝保護部材２１を車両前方へ押す力ｆｒ、いわゆる膝保護部材２１に対する膝Ｎｉの接触荷重ｆｒ（以下、「実接触荷重ｆｒ」と言う。）を検出し、検出信号を発するセンサである。
この接触荷重検出手段２２は、実接触荷重ｆｒを弾性体の変位として検出し、実接触荷重ｆｒに応じた電気的な検出信号を発するように膝保護部材２１に備えた構成とすることができ、例えば、膝保護部材２１に埋設した歪みゲージからなる。

なお、接触荷重検出手段２２は、十分な検出精度と応答性を有し、且つ、慣性質量が制御の外乱とならない程度に十分小さいものであれば、検出方式や構成を問わない。また、接触荷重検出手段２２は、膝保護部材２１の慣性質量が制御手段２３による制御の外乱とならないように、膝保護部材２１のうち膝Ｎｉに対向する表面近くの位置に設けることが好ましい。

制御手段２３は、接触荷重検出手段２２の検出信号に基づいて、実接触荷重ｆｒを、予め設定された荷重制御目標値まで低減させるとともにその低減した値で維持させるように、制御信号を発する、いわゆる能動的な制御をするものである。制御手段２３による制御方式としては、例えばフィードバック制御方式である。

駆動手段２４は、制御手段２３の制御信号に応じて、膝保護部材２１を車両前後方向に移動させることで、膝保護部材２１に対する膝Ｎｉの衝撃を吸収して実接触荷重ｆｒを最適状態に保つように、膝保護部材２１を車両前後方向に移動させるものである。このような駆動手段２４は、荷重発生手段であると考えることができる。駆動手段２４は、車体１２の一部である固定バー１６に取付けた、アクチュエータ３０からなる。

より具体的には、アクチュエータ３０は、車両前後方向に直進運動をするリニアモータ（リニアサーボモータとも言われている。）であり、固定バー１６に取付けた固定子３１と、固定子３１に対して車両前後方向に移動可能に組み合わせた可動子３２とからなる。可動子３２は一端部に膝保護部材２１を取付けた構成である。
なお、固定バー１６はガイドレール３３を備え、このガイドレール３３にて可動子３２のスライダ３４を車両前後方向に案内することで、可動子３２を車両前後方向に移動可能に取付けた構成である。
以上の説明から明らかなように、膝保護部材２１は、アクチュエータ３０を介して固定バー１６に取り付けられることになる。

リニアモータとしては、実接触荷重ｆｒを制御するのに十分な出力、ストローク（行程）及び応答性を有するものであればよく、例えば電磁リニアモータ、超音波モータ等の電歪リニアモータがある。

次に、上記図３に示す制御手段２３をマイクロコンピュータとした場合の制御フローについて、図４に基づき説明する。この制御フローは、例えばイグニッションスイッチ（図示せず）をオンにしたときに制御を開始し、イグニッションスイッチをオフにしたときに制御を終了する。図中、ＳＴ××はステップ番号を示す。特に説明がないステップ番号については、番号順に進行する。以下、図１及び図３を参照しつつ説明する。なお、制御手段２３はタイマを内蔵した構成である。

図４は本発明に係る制御手段の制御フローチャートである。
ＳＴ０１；初期設定をする。具体的には、タイマを停止状態で維持させるとともにタイマのカウント時間Ｔｃ＝０にセットし、フラグＦ＝０にセットし、アクチュエータ３０を停止状態で維持させる。
ＳＴ０２；加速度センサ２５の検出信号を読み込む。加速度センサ２５は、車両１０に衝突エネルギーが作用したときにオンの検出信号を発する。
ＳＴ０３；加速度センサ２５がオンであるか否かを調べ、ＹＥＳならＳＴ０４に進み、ＮＯならＳＴ０２に戻る。
ＳＴ０４；実接触荷重ｆｒを検出する。実接触荷重ｆｒについては、接触荷重検出手段２２で検出した検出信号を読み込めばよい。

ＳＴ０５；実接触荷重ｆｒが、予め設定されている一定の基準接触荷重ｆｓ以上であるか（ｆｓの大きさに達したか）否かを調べ、ＹＥＳならＳＴ０６に進み、ＮＯならＳＴ１３に進む。ＳＴ１３については後述する。
ここで、「基準接触荷重ｆｓ」は、後述する荷重制御目標値ｆｃ０よりも小さい値であり、次のように設定される。すなわち、車両１０に衝突エネルギーが作用することにより、乗員の膝Ｎｉが前方へ移動して膝保護部材２１に当たり、膝保護部材２１を車両前方へ押すことによって、乗員Ｍｎの膝Ｎｉや大腿部に必要以上に負担がかかると判断される値を、基準接触荷重ｆｓとする。

ＳＴ０６；タイマが停止中であるか否かを調べ、ＹＥＳならＳＴ０７に進み、ＮＯならカウント中であると判断してＳＴ０８に進む。
ＳＴ０７；タイマをスタートさせる。
ＳＴ０８；カウント時間Ｔｃ（経過時間Ｔｃ）が、予め設定されている一定の基準時間Ｔｓを経過していないか否かを調べ、ＹＥＳならＳＴ０９に進み、ＮＯならＳＴ１０に進む。基準時間Ｔｓについては、実接触荷重ｆｒを低減させるようにフィードバック制御するときに、オーバーシュートを抑制することができる時間に設定される。

ＳＴ０９；荷重制御目標値ｆｃ０を、予め設定された一定の初期目標値ｆｃ１に設定する。初期目標値ｆｃ１は、膝保護部材２１に膝Ｎｉが接触した初期における目標値である。
ＳＴ１０；荷重制御目標値ｆｃ０を、予め設定された一定の終期目標値ｆｃ２に設定する。終期目標値ｆｃ２は、初期目標値ｆｃ１に引き続く終期における目標値である。
ＳＴ１１；荷重制御目標値ｆｃ０によりアクチュエータ３０を駆動制御する。
ＳＴ１２；アクチュエータ３０による実接触荷重ｆｒの制御を開始したので、フラグＦ＝１に反転する。その後にＳＴ０４に戻る。

このように、ＳＴ０４〜ＳＴ１１を繰り返すことにより、実接触荷重ｆｒを、荷重制御目標値ｆｃ０まで低減させるとともに、その低減した値で維持させるように、アクチュエータ３０に制御信号を発して、アクチュエータ３０をフィードバック制御する。

ＳＴ１３；実接触荷重ｆｒが基準接触荷重ｆｓを下回ったので、アクチュエータ３０を停止させる。
ＳＴ１４；フラグＦ＝１であるか否かを調べ、ＹＥＳならこの制御手段２３による制御を終了し、ＮＯならＳＴ０４に戻る。つまり、実接触荷重ｆｒが基準接触荷重ｆｓを下回ったので、実接触荷重ｆｒの制御が必要な衝突状態は終了したと判断し、ＹＥＳとなる。

以上の説明から明らかなように、荷重制御目標値ｆｃ０は、膝保護部材２１に膝Ｎｉが接触した初期における初期目標値ｆｃ１と、この初期目標値ｆｃ１に引き続く終期における終期目標値ｆｃ２とである。初期目標値ｆｃ１は終期目標値ｆｃ２よりも大きい値である。すなわち、荷重制御目標値ｆｃ０を、膝保護部材２１に膝が接触した初期における初期目標値ｆｃ１と、この初期目標値ｆｃ１に引き続く終期における終期目標値ｆｃ２とに、二段階の目標値に分けた。

以上の説明をまとめると、次の通りである。
本発明者等は、最適制御理論に基づく検討をした結果、膝保護部材２１と膝Ｎｉとの接触荷重ｆｒ（すなわち、実接触荷重ｆｒ）が一定となるように、膝保護部材２１を能動的に制御した場合に、膝Ｎｉや大腿部の負担が最も少なくなることを知見した。
そこで、接触荷重検出手段２２の検出信号に基づいて所定の演算を行うことで、実接触荷重ｆｒが予め設定された一定の値、つまり、荷重制御目標値ｆｃ０となるように、フィードバック制御を実行するようにした。

車両用乗員膝部保護装置２０は、このような考え方に基づくものであり、車両１０に衝突エネルギーが作用したときに、乗員Ｍｎの膝Ｎｉが慣性により前方へ移動して膝保護部材２１に接触し続ける（当たり続ける）ので、当たっているときの実接触荷重ｆｒを接触荷重検出手段２２で常に検出し、この検出信号に基づいて制御手段２３が駆動手段２４に制御信号を発し、この制御信号に応じて駆動手段２４が膝保護部材２１を車両前後方向に移動させるようにした。

すなわち、車両用乗員膝部保護装置２０は、実接触荷重ｆｒが大きいときには、膝保護部材２１を膝Ｎｉから後退させる方向に移動させて、エネルギーを吸収し、また、実接触荷重ｆｒが比較的小さいときには、膝保護部材２１を現在の位置で維持又は膝Ｎｉへ向かって前進させて、実接触荷重ｆｒを維持するという、能動的なエネルギー吸収構造としたものである。

このようにすることで、実接触荷重ｆｒを荷重制御目標値ｆｃ０まで迅速に且つ確実に低減させるとともに、その低減した値で維持させることができる。従って、膝保護部材２１による安定したエネルギー吸収性能を十分に確保することができる。この結果、乗員Ｍｎの膝Ｎｉや大腿部の負担を、より一層十分に軽減することができる。しかも、荷重制御目標値ｆｃ０まで低減させた実接触荷重ｆｒを、その低減した値で維持させるので、乗員Ｍｎの前方移動量を抑制することができる。
さらには、車両１０に衝突エネルギーが作用する前に、膝保護部材２１が膝Ｎｉへ向かって移動しないので、通常時に乗員Ｍｎにとって煩わしさがなく、快適性を維持することができる。

次に、車両用乗員膝部保護装置２０の接触荷重特性について、図１及び図３を参照しつつ図５に基づき説明する。
図５は本発明に係る車両用乗員膝部保護装置の接触荷重特性図であり、横軸を経過時間とし、縦軸を実接触荷重ｆｒ及び荷重制御目標値ｆｃ０として、実接触荷重ｆｒが低減する特性を表した。図５において、破線にて示す曲線は比較例の接触荷重特性曲線であり、実線にて示す曲線は実施例の接触荷重特性曲線である。

比較例は、終期目標値ｆｃ２だけを荷重制御目標値ｆｃ０として設定したものである。この場合には、膝保護部材２１に膝Ｎｉが接触した初期から、大幅に小さい値を荷重制御目標値ｆｃ０としたので、実接触荷重ｆｒを荷重制御目標値ｆｃ０まで低減させるように制御したときに、オーバーシュートが発生し得る。

これに対して、実施例（本発明）は、膝保護部材２１に膝Ｎｉが接触した初期には、初期目標値ｆｃ１を荷重制御目標値ｆｃ０として設定し、その後、実接触荷重ｆｒが初期目標値ｆｃ１近くまで低減した（ｆｃ１と一致又はその上下を含む）時点Ｔｓで、終期目標値ｆｃ２を荷重制御目標値ｆｃ０として設定したものである。

すなわち、本発明の車両用乗員膝部保護装置２０は、膝保護部材２１に膝Ｎｉが接触した初期に、比較的大きい値の初期目標値ｆｃ１まで、実接触荷重ｆｒを低減させ、その後に引き続いて、初期目標値ｆｃ１よりも小さい値の終期目標値ｆｃ２まで、実接触荷重ｆｒを低減させるようにした。

このように荷重制御目標値ｆｃ０を、初期目標値ｆｃ１と終期目標値ｆｃ２との、大小二段階の目標値に分けて、これらの目標値に合わせて接触荷重を低減させるようにした。このため、実接触荷重ｆｒを荷重制御目標値ｆｃ０まで低減させるときに、オーバーシュートを十分に抑制することができる。

従って、実際の衝突において、衝突エネルギーが作用した後における車両１０の減速度の変化等の、大きい外乱の中でも、実接触荷重ｆｒを荷重制御目標値ｆｃ０まで短時間で低減させることができる。この結果、乗員Ｍｎの膝Ｎｉが前方へ移動して膝保護部材２１に接触した（当たった）時点から、実接触荷重ｆｒを荷重制御目標値ｆｃ０まで低減させて維持させるまでにわたって、均一なエネルギー吸収をすることができる。膝保護部材２１による安定したエネルギー吸収性能を、より一層十分に確保することができる。

すなわち、最終的な終期目標値ｆｃ２の他に、第一次目標となる初期目標値ｆｃ１を設定することによって、実接触荷重ｆｒの収束を早め、乗員Ｍｎの運動エネルギーを衝突の初期から確実に収束させることができる。この結果、車体１１の減速が終了した後の、乗員Ｍｎの残存運動エネルギーによる、実接触荷重ｆｒの上昇を抑制することができる。
なお、初期目標値ｆｃ１と終期目標値ｆｃ２との間に、更に１つ以上の中間的な目標値を適宜設定する、つまり目標値を多段階に設定することにより、実接触荷重ｆｒが最終目標値ｆｃ２へ収束することを、より一層早めることができる。

次に、車両用乗員膝部保護装置２０の各変形例について説明する。なお、各変形例は、上記図１〜図５に示す実施例の車両用乗員膝部保護装置２０と基本的な構成が同じであり、同一符号を付し、その説明を省略する。

上述のように、上記図３に示す車両用乗員膝部保護装置２０は、膝保護部材２１に作用する実接触荷重ｆｒを接触荷重検出手段２２によって直接に検出する構成であった。これに対して、第１変形例及び第２変形例の車両用乗員膝部保護装置は、実接触荷重ｆｒを間接的に検出するように構成したことを特徴とする。以下、詳しく説明する。

図６は本発明に係る第１変形例の車両用乗員膝部保護装置の斜視図である。第１変形例の車両用乗員膝部保護装置２０Ａは、リニアエンコーダ４０によって実接触荷重ｆｒを間接的に検出するようにしたことを特徴とする。
第１変形例の膝保護部材２１Ａは、図３に示す膝Ｎｉと対向する接触部２１ａ（表面部２１ａ）が実接触荷重ｆｒに応じて車両前後方向に弾性変形するとともに、接触部２１ａとは反対側の基部２１ｂが、接触部２１ａに比べてほとんど弾性変形しない構成である。

リニアエンコーダ４０は、実接触荷重ｆｒに応じて接触部２１ａが弾性変形する変形量を検出し、その検出信号を発するものであり、接触部２１ａに可動子４１を連結するとともに、基部２１ｂに固定子４２を連結した構成である。つまり、リニアエンコーダ４０は、変形量に応じたパルス数をカウントし、これを検出信号として発する。パルスカウント値を変形速度に変換することができる。この変形速度に基づいて、実接触荷重ｆｒを推定する（間接的に求める）ことができる。

図７は本発明に係る第２変形例の車両用乗員膝部保護装置の斜視図である。第２変形例の車両用乗員膝部保護装置２０Ｂは、光ファイバ式歪み計５０によって実接触荷重ｆｒを間接的に検出するようにしたことを特徴とする。
第２変形例の膝保護部材２１Ａは、上記第１実施例と同様の部材であり、接触部２１ａが実接触荷重ｆｒに応じて車両前後方向に弾性変形するとともに、基部２１ｂが接触部２１ａに比べてほとんど弾性変形しない構成である。

光ファイバ式歪み計５０は、実接触荷重ｆｒに応じて接触部２１ａが弾性変形する変形量（ストローク）を検出し、その検出信号を発するものである。接触部２１ａに光ファイバ式歪み計５０を取り付けることで、接触部２１ａと共に弾性変形した光ファイバの変形による屈折率の変化から、接触部２１ａが弾性変形する変形量を検出することができる。この変形量に基づいて、実接触荷重ｆｒを推定する（間接的に求める）ことができる。

このように、図６に示すリニアエンコーダ４０や図７に示す光ファイバ式歪み計５０の検出信号に基づいて、実接触荷重ｆｒを推定する（間接的に求める）ことができる。つまり、制御手段２３（図３参照）は、上記図４に示すＳＴ０４において、実接触荷重ｆｒを推定することになる。
第１変形例や第２変形例の車両用乗員膝部保護装置２０Ａ，２０Ｂにおいても、上記図１〜図５に示す車両用乗員膝部保護装置２０と同様の作用をなし、同様の効果を有する。

リニアエンコーダ４０や光ファイバ式歪み計５０のように、実接触荷重ｆｒを推定によって検出する手段は、接触荷重推定手段をなす。この接触荷重推定手段も、接触荷重検出手段と同じ構成であると考えることができる。
なお、接触荷重推定手段としては、リニアエンコーダ４０や光ファイバ式歪み計５０の他にも、各種の構成にすることができる。

ところで、上述のように、上記図３に示す車両用乗員膝部保護装置２０は、駆動手段２４をアクチュエータ３０だけで構成したものであった。これに対して、第３変形例及び第４変形例の車両用乗員膝部保護装置は、駆動手段２４をアクチュエータ３０とダンパとの組み合わせ構造としたことを特徴とする。以下、詳しく説明する。

図８は本発明に係る第３変形例の車両用乗員膝部保護装置を側方から見た断面図である。第３変形例の車両用乗員膝部保護装置２０Ｃは、駆動手段２４を、制御手段２３の制御信号に応じて膝保護部材２１を車両前後方向に駆動する上記アクチュエータ３０と、このアクチュエータ３０の駆動力を補完するダンパ６０とで構成した。

ダンパ６０は、固定バー１６に取り付けたシリンダ６１と、膝保護部材２１の背面を押すように当てたピストン６２とからなる。このダンパ６０としては、シリンダ６１に封入した液体をオリフィスを介して移動させる、一般的な液封式ダンパを採用すればよい。
この場合の駆動手段２４は、アクチュエータ３０が制御手段２３の制御信号によって能動的なエネルギー吸収を行うとともに、ダンパ６０が受動的なエネルギー吸収を行う構造である。

図９は本発明に係る第４変形例の車両用乗員膝部保護装置を側方から見た断面図である。第４変形例の車両用乗員膝部保護装置２０Ｄは、上記第３実施例と同様の構成であり、ダンパ６０におけるピストン６２の先端部を膝保護部材２１の背面に連結したことを特徴とする。

この場合の駆動手段２４は、制御手段２３の制御信号によって、アクチュエータ３０とダンパ６０の両方が能動的なエネルギー吸収を行う、より一層能動的なエネルギー吸収構造とすることができる。つまり、制御手段２３は、上記図４に示すＳＴ１１において、アクチュエータ３０及びダンパ６０の両方を制御する。

この場合のダンパ６０については磁性流体、磁気粘性流体、電気粘性流体などを応用した減衰係数を可変させる能動的ダンパを採用すればよい。このようにすることで、膝保護部材２１に対して膝Ｎｉが当たる速度や、シートベルト装置１７やエアバッグ等の例えば、乗員拘束装置の作動状況に合わせて設定された最適な荷重制御目標値ｆｃ０に合わせた減衰特性にすることができる。この結果、より幅広い状況においての最適な制御が可能となる。

第３変形例や第４変形例の車両用乗員膝部保護装置２０Ｃ，２０Ｄにおいても、上記図１〜図５に示す車両用乗員膝部保護装置２０と同様の作用をなし、同様の効果を有する。
さらに第３変形例及び第４変形例では、制御信号に応じて駆動力を発するアクチュエータ３０と、少なくともアクチュエータ３０が膝保護部材２１を図３に示す膝Ｎｉから後退させる方向に駆動しているときに、その駆動力を補完するダンパ６０（減衰手段６０）とによって、駆動手段２４を構成したことを特徴とする。

アクチュエータ３０が膝保護部材２１を現在の位置で維持させるとき、又は膝Ｎｉへ向かって前進させるときは、実接触荷重ｆｒが比較的小さいときであるから、アクチュエータ３０の駆動力をダンパ６０で補完しなくてもすむ。一方、アクチュエータ３０が膝保護部材２１を膝Ｎｉから後退させるときには、実接触荷重ｆｒが大きいときであるから、アクチュエータ３０の駆動力をダンパ６０で補完すればよい。

このようにすることで、アクチュエータ３０の最大駆動力を軽減することができる。小さい駆動力の小型で安価なアクチュエータ３０を用いて、上記図３に示す駆動手段２４と同等の駆動性能を確保することができる。このため、実接触荷重ｆｒを効率良く制御することができる。

なお、本発明は実施の形態では、上記図１〜図５に示す車両用乗員膝部保護装置２０や各変形例の車両用乗員膝部保護装置２０Ａ〜２０Ｄを、適宜組み合わせることができる。

また、車両用乗員膝部保護装置２０，２０Ａ〜２０Ｄは、膝保護部材２１の質量やアクチュエータ３０の可動子３２の質量、膝保護部材２１に膝Ｎｉが接触したときのこれらの間の「ばね定数」（接触剛性）及び実接触荷重ｆｒの減衰率を、予め設定することにより、駆動手段２４にかかる負荷の状況（消費電流）を検出し、その検出値から実接触荷重ｆｒを推定し、その推定値に基づいて上記と同様の制御を行う構成であってもよい。

また、駆動手段２４は、アクチュエータ３０の他に、これとは異なる駆動方式のアクチュエータを追加し、これらの両方のアクチュエータによって膝保護部材２１を駆動する構成であってもよい。

本発明の車両用乗員膝部保護装置２０，２０Ａ〜２０Ｄは、自動車等の車両１０に対して衝突エネルギーが作用したときに、乗員Ｍｎの保護性能をより高める乗員保護装置に好適である。

本発明に係る車室前部に車両用乗員膝部保護装置を取付けた車両の右側面図である。 本発明に係る車室前部並びに車両用乗員膝部保護装置の斜視図である。 本発明に係る車両用乗員膝部保護装置を側方から見た断面図である。 本発明に係る制御手段の制御フローチャートである。 本発明に係る車両用乗員膝部保護装置の接触荷重特性図である。 本発明に係る第１変形例の車両用乗員膝部保護装置の斜視図である。 本発明に係る第２変形例の車両用乗員膝部保護装置の斜視図である。 本発明に係る第３変形例の車両用乗員膝部保護装置を側方から見た断面図である。 本発明に係る第４変形例の車両用乗員膝部保護装置を側方から見た断面図である。 従来の車両用乗員膝部保護装置の概要図である。

符号の説明

１０…車両、１４…車両用シート、２０，２０Ａ〜２０Ｄ…車両用乗員膝部保護装置、２１，２１Ａ…膝保護部材、２２…接触荷重検出手段、２３…制御手段、２４…駆動手段、３０…アクチュエータ、６０…ダンパ、ｆｒ…接触荷重（実接触荷重）、ｆｃ０…荷重制御目標値、ｆｃ１…初期目標値、ｆｃ２…終期目標値、Ｍｎ…乗員、Ｎｉ…膝。

Claims (3)

1. 車両用シートに着座している乗員の膝に対向した膝保護部材を配置することで、車両に衝突エネルギーが作用したときに、膝に作用する衝突エネルギーを膝保護部材によって緩和する車両用乗員膝部保護装置において、前記車両用乗員膝部保護装置は、
   前記車両に衝突エネルギーが作用したことを検出する加速度センサと、
   前記車両に衝突エネルギーが作用したときの前記膝保護部材に対する前記膝の接触荷重を検出する接触荷重検出手段と、
   前記加速度センサが前記車両に衝突エネルギーが作用したことを検出したという第１条件と、前記接触荷重検出手段によって検出された前記膝の接触荷重が予め設定された基準接触荷重に達したという第２条件との、２つの条件を満足したと判断した場合に、前記車両に衝突エネルギーが作用したときの前記膝保護部材に対する前記膝の接触荷重を、予め設定された荷重制御目標値まで低減させるとともにその低減した値で維持させるように、制御信号を発する制御手段と、
   この制御手段の制御信号に応じて、前記膝保護部材を車両前後方向に移動させる駆動手段とを、
   備えたことを特徴とする車両用乗員膝部保護装置。
2. 前記駆動手段は、前記制御信号に応じて前記膝保護部材を車両前後方向に駆動するアクチュエータと、このアクチュエータの駆動力を補完するダンパとからなり、
   このダンパは、少なくとも前記アクチュエータが、前記膝保護部材を前記膝から後退させる方向に駆動しているときに、その駆動力を補完するように構成したことを特徴とする請求項１記載の車両用乗員膝部保護装置。
3. 前記荷重制御目標値は、前記膝保護部材に前記膝が接触した初期における初期目標値と、この初期目標値に引き続く終期における終期目標値とであり、前記初期目標値は前記終期目標値よりも大きい値であることを特徴とした請求項１又は請求項２記載の車両用乗員膝部保護装置。

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