JP6385161B2

JP6385161B2 - 車両のサイドエアバッグ設計方法

Info

Publication number: JP6385161B2
Application number: JP2014131148A
Authority: JP
Inventors: 近藤　大介; 大介近藤
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2014-06-26
Filing date: 2014-06-26
Publication date: 2018-09-05
Anticipated expiration: 2034-06-26
Also published as: JP2016007999A

Description

本発明は、車両シートの表皮で覆われたシートバックのサイドパッド内のシートバックフレームで一部囲まれた収容空間内に折り畳んだ状態で収容され、インフレータのガス圧により膨張してサイドパッドから突出し展開するサイドエアバッグを設計する車両のサイドエアバッグ設計方法に関する。

近年、軽自動車等の小型車両において、側突に対する安全性を高めるために、例えば特許文献１に記載のようなサイドエアバッグを搭載することが一般的になってきている。そして、この種サイドエアバッグでは、乗員保護性能に関するデバイスとしての素質について、車両クラスに関係なく同等のものが要求されるが、軽自動車等の小型車両は中型車両に比べて衝突時の車体変形が早いために、小型車両に搭載されるサイドエアバッグにはより高い素質が要求される。

さらに、サイドエアバッグは乗員の胸部だけでなく腹部も拘束することから、エアバッグとしての展開挙動性能および乗員拘束性能を両立させる必要があり、特にシートバック内にサイドエアバッグモジュールが配設される関係上、シートバックを構成するパッドの硬度が低いほど、上記した両性能の両立が困難になるという問題がある。

このような問題を解決するために、最近発達してきたＣＡＥ（ＣｏｍｐｕｔｅｒＡｉｄｅｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）と称されるコンピュータを用いた予測技術を駆使してサイドエアバッグとシートバックパッドとの間における展開挙動性能および乗員拘束性能どのようにすれば両立させ得るか予測した上で、実際にサイドエアバッグを試作して性能試験を繰り返すという対応がとられている。

特開平８−２２５０５２号公報（段落００１３−００２６および図１〜図４参照）

しかし、上記したＣＡＥによる予測では、開発段階におけるコンピュータによる計算時間や試作、試験時間が多くなり、工数の増大および開発コストの上昇の原因となっており、より低コストで適切にサイドエアバッグを設計できる手法の開発が望まれている。

本発明は、低コストで適切にサイドエアバッグを設計できるようにすることを目的とする。

上記した目的を達成するために、本発明の車両のサイドエアバッグ設計方法は、車両シートの表皮で覆われたシートバックのサイドパッド内のシートバックフレームで一部囲まれた収容空間内に折り畳んだ状態で収容され、インフレータのガス圧により膨張して前記サイドパッドから突出し展開するサイドエアバッグを設計する車両のサイドエアバッグ設計方法において、前記サイドエアバッグの展開力が、四角柱に模した前記サイドエアバッグの車両前方に位置する前面および前記シートの車外側に位置する側面に集中するものと規定し、前記インフレータの出力と前記サイドエアバッグの前記前面および前記側面の面積との積により前記サイドエアバッグの前記前面および前記側面それぞれに作用する荷重特性を導出する第１のプロセスと、前記第１のプロセスにより導出した前記サイドエアバッグの荷重特性を前記サイドパッドに対する荷重としたときの前記サイドパッドの変位量を求めて、前記サイドパッドに要求される荷重と変位量との関係である変位量特性を導出する第２のプロセスと、前記表皮に形成された少なくとも１箇所の破断用縫製部が破断に至る際の前記表皮の変位量を導出する第３のプロセスと、前記第２のプロセスにより導出した前記サイドパッドの変位量特性から、前記第３のプロセスにより導出した前記表皮の変位量の変位に要する前記サイドパッドへの荷重による前記表皮への荷重を求め、求めた前記表皮への荷重が、前記表皮の素材に固有の引張り特性における破断限界変位量の変位に要する引張り荷重を上回るかどうかにより、前記インフレータの出力特性が、求めた前記表皮への当該荷重に相当する前記サイドパッドへの荷重を発生するまでの展開時間を満たすかどうかを判定する第４のプロセスとを備え、前記第４のプロセスで求めた前記表皮への荷重が、前記表皮の素材に固有の引張り特性における破断限界変位量の変位に要する引張り荷重を上回れば、前記インフレータの出力特性が、求めた前記表皮への当該荷重に相当する前記サイドパッドへの荷重を発生するまでの展開時間を満たすと判断することを特徴としている（請求項１）。

請求項１に係る発明によれば、サイドエアバッグを四角柱の簡単なモデルに模して、サイドエアバッグの展開力が四角柱のサイドエアバッグの車両前方に位置する前面および車外側に位置する側面に集中するものと規定することにより、サイドエアバッグの前面および車外側の側面それぞれに作用する荷重特性を簡単な計算により導出でき、導出した荷重特性をサイドパッドに対する荷重としたときのサイドパッドの変位量も簡単に導出でき、表皮に形成された破断用縫製部が破断に至る際の表皮の変位量を導出して、サイドパッドの変位量特性から、表皮が破断に至る際の変位量の変位に要するサイドパッドへの荷重による表皮への荷重を簡単に求めることができ、求めた表皮への荷重が、表皮の素材に固有の引張り特性における破断限界変位量の変位に要する引張り荷重を上回るかどうかにより、インフレータの出力特性が、求めた表皮への荷重に相当するサイドパッドへの荷重を発生するまでの展開時間を満たすかどうか判定し、求めた表皮への荷重が、表皮の素材に固有の引張り特性における破断限界変位量の変位に要する引張り荷重を上回れば、インフレータの出力特性が、求めた表皮への当該荷重に相当する前記サイドパッドへの荷重を発生するまでの展開時間を満たすと判断することによって、展開挙動性能と乗員保護性能とを両立可能な素質を備えたサイドエアバッグを設計することができる。そして、このような方法により設計されたサイドエアバッグが、ほぼ設計通りに適切な展開挙動性能と乗員保護性能とを両立させ得ることを、本願発明者は実験的に検証した。

したがって、従来のようなコンピュータによる複雑な予測計算（ＣＡＥ）や試作を繰り返す必要もなく、低コストで適切にサイドエアバッグを設計することが可能になる。

本発明の一実施形態におけるサイドエアバッグ装置の側面図である。一実施形態に係るサイドエアバッグ設計方法の説明図である。一実施形態に係るサイドエアバッグ設計方法の説明図である。一実施形態に係るサイドエアバッグ設計方法の説明図である。一実施形態に係るサイドエアバッグ設計方法の説明図である。一実施形態に係るサイドエアバッグ設計方法の説明図である。一実施形態に係るサイドエアバッグ設計方法の説明図である。一実施形態に係るサイドエアバッグ設計方法の説明図である。

本発明に係る車両のサイドエアバッグ設計方法の一実施形態について、図１ないし図８を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態でいう前、後、左、右とはシートに着座した状態で見た前、後、左、右を意味する。

図１に示すように、本実施形態におけるサイドエアバッグ装置１は、折り畳まれたサイドエアバッグ２と、このサイドエアバッグ２に出力する膨張用ガスを発生させるガス発生器であるインフレータ３とを備え、通常時は車両用シートＳのシートバック５の車室外側の側部内に形成された収納空間に配設される。そして、他車両の側方衝突（以下、側突という）時などに、インフレータ３から出力されたガスが折り畳まれた状態のサイドエアバッグ２に充填されることによりサイドエアバッグ２が膨張し、図１に示すように、サイドエアバッグ２が車両用シートＳに着座してシートバック５にもたれた状態の乗員Ｍの腰部から脇の範囲に膨張・展開し、車両の側突時などに加わる乗員Ｍへの衝撃を吸収して乗員を保護する。

一方、インフレータ３は、点火装置、伝火剤、ガス発生剤等で構成されており、ガス発生剤は、車両の側突時などに、サイドエアバッグ２を膨張・展開させるための窒素ガス発生源となっている。また、このインフレータ３は、シートバック５の内部に固定され、この実施形態では、上端部にガス噴出口３ａが配設されるとともに、該ガス噴出口３ａの対極に位置する下端部にハーネス３ｂが配設されている。

また、エアバッグ２は、２枚の織布等からなる表皮がそれらの周縁において全体として袋状を成すように縫製されて形成され、車両の側突時などに、エアバッグ２が膨張・展開し易いように、シートバック５の車室外側の側部に形成された収納空間の前方位置には、エアバッグ２の膨張力により破断する脆弱な縫製を施した破断用縫製部が形成されている。

より詳細には、シートバック５は、図２に示すように、センターパッド５ａおよび該センターパッド５ａの左右の両側に一体形成された一対のサイドパッド５ｂと、これらパッド５ａ，５ｂ内部等に設けられた板材やパイプ材からなるシートバックフレーム５ｃと、各パッド５ａ，５ｂを包被する表皮５ｄとにより構成され、両サイドパッド５ｃのうちドア側に位置する左方のサイドパッド５ｃの内部に形成され当該サイドパッド５ｃとシートバックフレーム５ｄとにより囲まれて形成された収容空間６内に、サイドエアバッグ２がインフレータ３とともに収容される。

このとき、サイドエアバッグ装置１の最適設計を行うために、図２および図３に示すように、サイドエアバッグ２を四角柱に模し、この四角柱に模したサイドエアバッグ２の展開力がその車両前方に位置する前面２ａおよびシートＳの車外側に位置する左側面２ｂに集中し、前方および車外方向である左方にそれぞれ膨張展開するものと規定する。なお、図３において、インフレータの点火出力によってサイドエアバッグ２の膨張展開により、Ｆ１は四角柱に模したサイドエアバッグ２の前面２ａにかかる荷重を示し、Ｆ２はサイドエアバッグ２の車外側の左側面２ｂにかかる荷重を示す。

このように、四角柱に模したサイドエアバッグ２の展開力がその車両前方に位置する前面２ａおよび車外側の左側面２ｂに集中するものと規定すると、サイドエアバッグ２の前面２ａおよび左側面２ｂそれぞれに作用する荷重Ｆ１，Ｆ２を簡単な計算によりに導出することができる。

すなわち、インフレータ３の出力特性つまりインフレータ３のガスタンク圧特性が図４（ａ）に示すような特性を有する場合に、インフレータ出力をＩ（ｋＰａ）とし、サイドエアバッグ２の前面２ａおよび左側面２ｂそれぞれのサイドパッド５ｂとの接触面積をＳ１（ｍｍ^２），Ｓ２（ｍｍ^２）とすると、荷重Ｆ１（ｋＮ）、Ｆ２（ｋＮ）は、
Ｆ１＝Ｉ×Ｓ１ …（１）
Ｆ２＝Ｉ×Ｓ２ …（２）
の式によりそれぞれニュートン単位で算出でき、サイドエアバッグ２の前面２ａに作用する荷重Ｆ１（ｋＮ）は図４（ｂ）に示すような特性になり、サイドエアバッグ２の左側面２ｂに作用する荷重Ｆ２（ｋＮ）は図４（ｃ）に示すような特性になる。この（１），（２）式の演算により、サイドエアバッグ２の前面２ａおよび左側面２ｂそれぞれに作用する荷重Ｆ１，Ｆ２の特性を導出するプロセスが第１のプロセスである。

つぎに、第２のプロセスとして、第１のプロセスにより導出したサイドエアバッグ２の荷重特性をサイドパッド２に対する荷重としたときのサイドパッド５ｂの変位量を求め、サイドパッド５ｂに要求される荷重Ｆと変位量Ｄとの関係である変位量特性を導出するが、通常、荷重Ｆ（Ｎ）に対する変位量Ｄ（ｍｍ）の特性は、サイドパッド５ｂの材質に応じて例えば図５に示すようになり、サイドパッド５ｂの材質がすでにわかっているため、サイドパッド５ｂの材質に応じた変位量特性も既知となる。

続いて、表皮５ｄの破断に関して、図６に示すように、サイドパッド５ｂの前左端部に脆弱な上下方向の破断用縫製部８が１箇所形成されている場合に、第３のプロセスとして、この破断用縫製部８が破断に至る際の限界変位量が導出される。

すなわち、サイドエアバッグ２の膨張展開により、サイドパッド５ａが変位して表皮５ｄの左側面および前面が、サイドパッド５ｂの水平断面である図６中の１点鎖線に示すようにそれぞれ変位量Ｚ１，Ｚ２ずつ変形するとし、四角柱に模したサイドエアバッグ２の前左端におけるある点の左方位置および前方位置それぞれに対応する表皮５ｂ上の点をＰ１，Ｐ２としたときに、図６に示すように、破断用縫製部８を示す点Ｐから点Ｐ１までの距離Ｌが、破断の狙い目である破断用縫製部８の当該水平断面における点Ｐからサイドエアバッグ２の前左端までの前方向距離に相当し、破断用縫製部８を示す点Ｐから点Ｐ２までの距離Ｗが、破断の狙い目である破断用縫製部８の点Ｐからサイドエアバッグ２の前左端までの横方向距離に相当する。なお、このときの距離Ｌ（点Ｐから点Ｐ１までの距離）は、図７に示すように、サイドパッド５ｂの側面視においてサイドエアバッグの前左端から最も長い距離を選定するのが望ましい。

そして、点Ｐから点Ｐ１までの辺および点Ｐから点Ｐ２までの辺がそれぞれ角度θ１，角度θ２ずつ回転するように変形したときに、点Ｐの破断用縫製部８が破断する表皮５ｄの左側面側の変位量Ｈ１（ｍｍ）および前面側の変位量Ｈ２（ｍｍ）は、
Ｈ１＝［Ｌ／ｃｏｓ｛ｔａｎ^−１（Ｚ１／Ｌ）｝］−Ｌ …（３）
Ｈ２＝［Ｗ／ｃｏｓ｛ｔａｎ^−１（Ｚ２／Ｗ）｝］−Ｗ …（４）
の式によりそれぞれ算出することができ、これら（３），（４）式の演算により導出される変位量Ｈ１，Ｈ２の和の変位量Ｈが、表皮５ｄの素材に基づく限界変位量Ｈｌｉｍ以上になればよい。

さらに、表皮５ｄへの荷重ｆ（Ｎ）と変位量Ｈ（ｍｍ）との関係である引張りモードにおける表皮荷重特性つまり表皮の引張り特性は、例えば図８に示すような曲線となり、表皮５ｄの素材・材質がすでにわかっていることから表皮５ｄの素材に基づく表皮の引張り特性は既知であり、図８の曲線のピーク点における荷重ｆｍａｘ（Ｎ）をそのときの変位量Ｈｌｉｍ（ｍｍ）（限界変位量）で割ったものが表皮破断特性に相当し、図８のような引張り特性から、破断用縫製部８の限界変位量Ｈｌｉｍとそのときに必要な表皮５ｄへの荷重ｆｍａｘを導出することができる。

さらに、第４のプロセスとして、第２のプロセスにより導出したサイドパッド５ｂの変位量特性（図５参照）から、第３のプロセスにより導出した表皮５ｄの変位量Ｈ１，Ｈ２の和Ｈだけ変位させるのに要する表皮５ｄへの荷重ｆを求め、求めた表皮５ｄへの荷重ｆが、図８のような引張り特性における表皮５ｄの素材に基づく限界変位量Ｈｌｉｍに対応する引張り荷重ｆｍａｘを上回るかどうかにより、インフレータ３の出力特性が、サイドパッド５ｂへの当該荷重を発生するまでの展開時間を満たすかどうかを判定し、第２、第３のプロセスを経て求めた表皮５ｄへの荷重ｆが図８から導出される表皮５ｄの素材の引張り荷重ｆｍａｘを上回っていれば、インフレータ３の出力特性として、サイドパッド５ｂへの当該荷重ｆに相当する荷重を発生するまでの展開時間を満たしていると判断することができる。なお、このような方法により設計されたサイドエアバッグ２が、ほぼ設計通りに適切な展開挙動性能と乗員保護性能とを両立させ得ることを、本願発明者は実験的に検証した。

したがって、上記した実施形態によれば、従来のようなコンピュータによる複雑な予測計算（ＣＡＥ）や試作を繰り返す必要もなく、低コストで適切にサイドエアバッグを設計することができる。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行なうことが可能である。

例えば、上記した実施形態では、左側のサイドパッド５ｂに設けられたサイドエアバッグ装置１について説明したが、右側のサイドパッド５ｂに設けられたサイドエアバッグ装置についても本発明を適用できるのは勿論である。

また、上記した実施形態では表皮５ｄの破断用縫製部８を１箇所とした場合について説明したが、２箇所以上であってもよい。

また、本発明は、車両クラスを問わず、いずれのタイプの車両に搭載されるサイドエアバッグ装置についても適用可能である。

１ …サイドエアバッグ装置
２ …サイドエアバッグ
２ａ …前面
２ｂ …左側面
３ …インフレータ
５ …シートバック
５ｂ …サイドパッド
５ｃ …シートバックフレーム
５ｄ …表皮
６ …収容空間
８ …破断用縫製部
Ｈｌｉｍ …限界変位量

Claims

車両シートの表皮で覆われたシートバックのサイドパッド内のシートバックフレームで一部囲まれた収容空間内に折り畳んだ状態で収容され、インフレータのガス圧により膨張して前記サイドパッドから突出し展開するサイドエアバッグを設計する車両のサイドエアバッグ設計方法において、
前記サイドエアバッグの展開力が、四角柱に模した前記サイドエアバッグの車両前方に位置する前面および前記シートの車外側に位置する側面に集中するものと規定し、前記インフレータの出力と前記サイドエアバッグの前記前面および前記側面の面積との積により前記サイドエアバッグの前記前面および前記側面それぞれに作用する荷重特性を導出する第１のプロセスと、
前記第１のプロセスにより導出した前記サイドエアバッグの荷重特性を前記サイドパッドに対する荷重としたときの前記サイドパッドの変位量を求めて、前記サイドパッドに要求される荷重と変位量との関係である変位量特性を導出する第２のプロセスと、
前記表皮に形成された少なくとも１箇所の破断用縫製部が破断に至る際の前記表皮の変位量を導出する第３のプロセスと、
前記第２のプロセスにより導出した前記サイドパッドの変位量特性から、前記第３のプロセスにより導出した前記表皮の変位量の変位に要する前記サイドパッドへの荷重による前記表皮への荷重を求め、求めた前記表皮への荷重が、前記表皮の素材に固有の引張り特性における破断限界変位量の変位に要する引張り荷重を上回るかどうかにより、前記インフレータの出力特性が、求めた前記表皮への当該荷重に相当する前記サイドパッドへの荷重を発生するまでの展開時間を満たすかどうかを判定する第４のプロセスと
を備え、
前記第４のプロセスで求めた前記表皮への荷重が、前記表皮の素材に固有の引張り特性における破断限界変位量の変位に要する引張り荷重を上回れば、前記インフレータの出力特性が、求めた前記表皮への当該荷重に相当する前記サイドパッドへの荷重を発生するまでの展開時間を満たすと判断することを特徴とする車両のサイドエアバッグ設計方法。