JPH10100853A - 乗員保護装置の起動制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】乗員保護装置の起動制御装置において、スクイ
ブ電流スイッチ用素子のＩＣ化を行う。 【解決手段】通電によりエアバッグのような保護手段を
起動する起動手段と、車両の衝突時の衝撃を検出する検
出手段と、この検出手段の検出出力に基づいてに起動指
令信号を出力する判定手段と、車両に搭載されたバッテ
リー電源の電圧を該電圧よりも低い所定の電圧に変換す
る電圧変換手段と、この電圧変換手段に対して起動手段
と直列に接続され起動手段への起動電流の供給を断続す
る電子スイッチ手段と、判定手段からの起動指令信号に
基づいて電子スイッチ手段を制御するスイッチ制御手段
とを備え、電子スイッチ手段とスイッチ制御手段とを含
む直列回路は単一基板上に集積化されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車両に搭載され衝
突時に例えばエアバッグのような保護手段を起動して乗
員を拘束する乗員保護装置の起動制御装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】乗員保護装置の一つであるエアバッグ装
置は、ステアリングホイールやインストルメントパネル
の内側に折り畳んだエアバッグを備え、車両の衝突時
に、このエアバッグをガスで瞬時に膨らませて乗員の頭
部および胸部を拘束し、それらがステアリングホイール
やウインドシールに二次衝突することを防ぐ装置であ
る。

【０００３】エアバッグへガスを供給するのはインフレ
ータと呼ばれるガス供給装置である。インフレータの中
央部には、電気ヒータ線の周りに微量の火薬が詰まって
いるスクイブと呼ばれる起動手段が設けられている。こ
のスクイブに瞬間的に電流が流れると、電気ヒータ線が
発熱して火薬に着火する。これが火種となってスクイブ
の周囲に設けられたエンハンサ（伝化薬）が着火し、ア
ジ化ソーダや二硫化モリブデン等の混合物であるガス発
生剤が燃焼して、瞬時に大量の窒素ガスがエアバッグに
供給される。

【０００４】ところで、近年のエアバッグ装置では、一
つの車両に複数のエアバッグが搭載されている。各エア
バッグにはそれぞれスクイブが設けられており、特開平
７−３２９６７号によれば、このような複数のスクイブ
を制御するために、ぞれぞれのスクイブにスイッチング
素子を直列に接続した回路を備えている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この種のエアバッグ装
置によれば、エアバッグの数が増加すれば、スクイブお
よびスイッチング素子の数も同様に増加し、スイッチン
グ素子を含む回路部の占有領域が増大する。そのため、
スイッチング素子の集積回路化が求められるが、パワー
トランジタであるスイッチング素子は熱損失が大きくＩ
Ｃ化が困難であった。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の乗員保護装置の
起動制御装置は、このような問題点を解決するためにな
されたものであり、通電によりエアバッグのような保護
手段を起動する起動手段と、車両の衝突時の衝撃を検出
する検出手段と、この検出手段の検出出力に基づいてに
起動指令信号を出力する判定手段と、車両に搭載された
バッテリー電源の電圧を該電圧よりも低い所定の電圧に
変換する電圧変換手段と、この電圧変換手段に対して起
動手段と直列に接続され起動手段への起動電流の供給を
断続する電子スイッチ手段と、判定手段からの起動指令
信号に基づいて電子スイッチ手段を制御するスイッチ制
御手段とを備え、電子スイッチ手段とスイッチ制御手段
は単一基板上に集積化されていることを特徴とする。

【０００７】電子スイッチ手段に与えられる電圧が車両
のバッテリー電圧よりも低いので、電子スイッチ手段に
流れる電流と同手段に印加される電圧の積で規定される
熱損失が小さくなり、複数の電子スイッチ手段を単一基
板上に搭載することが可能となる。

【０００８】また、この起動制御装置には、バッテリー
電源の電圧よりも低い所定の電圧を供給する電圧変換手
段により充電されるバックアップ手段が、起動手段に並
列に接続配置されることが望ましい。バックアップ手段
がバッテリー電源電圧よりも低い電圧で充電されるの
で、過大な電圧が電子スイッチ手段に印加されない。

【０００９】

【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施形態である
乗員保護装置の起動制御装置を示す構成図である。この
起動制御装置は６チャンネル型であり、運転席および助
手席の前突用エアバッグ、側突用エアバッグ、シートベ
ルトのプリテンショナのそれぞれのインフレータに設け
られた６個スクイブ１〜６を有する。

【００１０】スクイブ１〜６のヒータ線にはそれぞれ直
列に電子スイッチ素子であるｐチャンネルパワートラン
ジスタ１１〜１６が接続されており、これらのトランジ
スタ１１〜１６はスクイブ１〜６の化薬が発火するのに
必要な起動電流（発火電流）の供給および遮断の切り替
えを行う。本実施形態のスクイブ１〜６は、１．２Ａ〜
１．６Ａの起動電流を２ｍｓ以上通電すれば化薬が発火
するようになっている。

【００１１】前突用エアバッグに用いられるスクイブ１
および２は一端が共通接続されセーフィングセンサ８１
を介して接地されている。同様に、側突用エアバッグに
用いられるスクイブ３および４はセーフィングセンサ８
２を介して、また、プリテンショナに用いられるスクイ
ブ５および６はセーフィングセンサ８３を介してそれぞ
れ接地されている。セーフィングセンサ８１〜８３は、
機械式の加速度センサであり、その構造を図２の斜視図
に示す。常時は、ローラ１０１がプレートスプリング１
０２によってストッパ１０３に押しつけられており、所
定値以上の矢印Ａの向きの加速度（減速度）が加わる
と、ローラ１０１はプレートスプリング１０２に抗して
回転し、ローラ１０１に設けられた可動接点１０４とプ
レートスプリング１０２に設けられた固定接点１０５が
接触して回路が閉じる。このように構成されたセーフィ
ングセンサ８１〜８３は、この乗員保護装置の電気回路
上の誤動作に基づく誤起動を防止するために設けられて
いる。

【００１２】トランジスタ１１〜１６の各ソースは電流
検出用抵抗４１〜４６を介して定電圧電源回路３０に接
続されている。電源回路３０は、電圧制御回路３１、ｐ
ｎｐパワートランジスタ３２、負荷変動を吸収するため
の平滑回路３３、過電流検出用抵抗３４、ノイズ除去用
のローパスフィルタを構成するコンデンサ３５を備えて
いる。電源回路３０の入力端は、１２Ｖの車両バッテリ
ー電源５３に接続されており、電圧制御回路３１により
トランジスタ３２のエミッタ・コレクタ間電圧が調整さ
れ、コレクタ側すなわちこの電源回路３０の出力端の電
圧は常に６Ｖに保持される。

【００１３】電圧制御回路３１は、フィードバック方式
の定電圧制御回路であり、１．２５Ｖの基準電圧部と、
この基準電圧と出力電圧とを比較して出力電圧の変動分
を取り出し、ｐｎｐパワートランジスタ３２のコレクタ
端子の電圧が６Ｖを維持するようにそのベース電流を制
御する比較増幅部とを備える。また、この電圧制御回路
３１は、過電流検出抵抗３４の両端の電圧が所定値を越
えるような過電流が流れたときに６Ｖ出力をシャットダ
ウンする過電流検出部を備える。

【００１４】電圧制御回路３１の出力端子には、バック
アップ用電源となるコンデンサ５０が並列に接続されて
いる。なお、ダイオード５１は逆流防止用である。

【００１５】スイッチング用のトランジスタ１１〜１６
の各ゲートには、点火制御回路２１〜２６が接続されて
いる。点火制御回路２１〜２６は、通常は対応するトラ
ンジスタ１１〜１６がオフ状態となるゲート電圧を与え
ており、判定手段６０からの点火指令信号（起動指令信
号）を受けると、対応するトランジスタ１１〜１６に所
望の値のドレイン電流が流れるようにゲート電圧を制御
する。このドレイン電流の制御は、電流検出抵抗４１〜
４６の端子間電圧を監視することにより行われ、トラン
ジスタ１１〜１６をオンさせたときのドレイン電流が所
望の値、すなわち、スクイブ１から６が点火するのに必
要な電流値１．２〜１．６Ａになるようにゲート電圧を
制御する。

【００１６】判定手段６０は車両衝突時の衝撃を検出す
る検出手段である加速度センサ７０の出力信号に基づい
て演算を行い、車両が衝突したと判定すると点火指令信
号を出力する。加速度センサ７０としては、たとえば、
Ｎ型シリコン基板上にＰ型シリコン層を拡散してゲージ
抵抗を形成した半導体ピエゾ抵抗を備え、減速度が加わ
るとカンチレバーがたわんでゲージ抵抗が変化する作用
を利用するものがよく用いられる。加速度センサ７０
は、複数のセンサ素子を備えており、車両の前後方向の
加速度および左右方向の加速度の検出を行うことができ
る。各センサ素子は目的に応じて最適な位置に配備され
ている。

【００１７】判定手段６０はマイクロコンピュータで構
成されており、加速度センサ７０の出力信号の振る舞い
からエアバッグを起動すべき衝突か否か、また、どのエ
アバッグを起動すべきか等の判定を行う。エアバッグ起
動の判定ロジックには種々の方式が考えられ、たとえ
ば、減速度が所定の値を超えている間の減速度を積分し
て、一定時間内にその積分値が所定値を越えたときに、
点火指令信号を出力する等の方式がある。点火指令信号
は判定手段６０の判定ロジックに基づいて６個のスクイ
ブ１〜６に対応する点火制御回路２１〜２６ごとに別々
に与えられる。

【００１８】このように構成された本実施形態の乗員保
護装置の起動制御装置を備えた車両が衝突すると、加速
度センサ７０がこの衝突に伴う車両の減速度を検出し、
判定手段６０が加速度センサ７０から与えられる減速度
情報に基づいていずれのエアバッグまたはシートベルト
プリテンショナを起動させるか否かの判定を行い、起動
すべきであると判断したエアバッグまたはシートベルト
プリテンショナに対応する点火制御回路に点火指令振号
を出力する。

【００１９】一方、衝突に伴う減速度が設定値以上であ
るとセーフィングセンサ８１〜８３が閉じる。セーフィ
ングセンサ８１〜８３の動作条件（設定値）は、判定手
段６０が点火指令信号を出力する基準よりもゆるいの
で、点火制御回路２１〜２６のうちから指令を受けたも
のは、スイッチ用のトランジスタをターンオンさせスク
イブに点火電流を流すことができる。これにより、対応
するエアバッグまたはシートベルトプリテンショナは起
動する。

【００２０】ところで、スイッチ用のトランジスタ１１
〜１６は、点火制御回路２１〜２６および電圧制御回路
３１と共にエアバッグ制御ＩＣとして１チップ化、すな
わち、単一基板上に集積化されている。トランジスタ１
１〜１６にはスクイブ１〜６の点火に必要な１．２Ａ〜
１．６Ａの大きな電流が流れるのでその発熱量が問題と
なるが、電源回路３０の出力電圧が車両のバッテリー電
圧である１２Ｖよりも遥かに小さい６Ｖになっているの
で、熱損失が抑えられＩＣ化が可能となっている。

【００２１】たとえば、点火経路のインピーダンスはセ
ーフィングセンサを無視すると、スクイブの２．５Ω、
電流検出抵抗の０．２Ωおよびスイッチ用トランジスタ
のドレイン−ソース間抵抗である。したがって、起動電
流を１．６アンペア（Ａ）とすると、スイッチ用トラン
ジスタの損失は、電源電圧からスクイブと電流検出抵抗
での電位降下分を減じた値に起動電流値を乗ずれば得ら
れる。すなわち、 （６−０．２×１．６−２．５×１．６）×１．６＝
２．６８８ワット（Ｗ） となる。本実施形態は６チャンネルあるので、これを６
倍して１６．１２８Ｗとなる。この数値は連続通電の場
合であり、スクイブの起動電流は２ｍｓという短時間の
通電なので、概算として１／１０と考えると １６．１２８Ｗ÷１０≒１．６Ｗ …（１） となる。

【００２２】一方、ＩＣが搭載されるパッケージの熱抵
抗を考える。たとえば、ＱＦＰ８０ピンの基板実装での
熱抵抗は約６０℃／Ｗであり、ＩＣの動作温度範囲の上
限温度を１５０℃とすると、環境温度Ｔａ＝８５℃での
許容損失は、 （１５０℃−８５℃）÷６０＝１．０８Ｗ となる。この許容損失１．０８Ｗという値は、（１）式
に示す本実施形態のスイッチ用トランジスタ１１〜１６
の熱損失１．６Ｗよりも若干小さい値であるが、２ｍｓ
という短時間通電であることと、一度点火したら点火経
路の回路は新規なものと交換されることを考えると、十
分に実用可能である。

【００２３】ちなみに、従来は電源回路としてバッテリ
電圧をむしろ１５．５Ｖに昇圧するＤＣ−ＤＣコンバー
タを用いていており、そのときのスイッチ用トランジス
タの熱損失を同様に算出すると約１０．７Ｗとなり、Ｉ
Ｃ化は困難である。

【００２４】つぎに、電源回路３０のバックアップコン
デンサ５０の動作への影響を検討する。電源回路３０を
用いて充電電圧を６Ｖに下げることで、従来よりも低耐
圧のコンデンサを使用できるため、部品のローコスト化
を図ることができる。特に、本実施形態のように多チャ
ンネルエアバッグでは大容量のバックアップコンデンサ
が必要なため、その効果は大きい。

【００２５】ここで、バックアップコンデンサ５０によ
る通電時間の一例を示す。たとえば、２０４００μＦの
バックアップコンデンサを用いたとすると、１チャンネ
ル（１つのスクイブ）あたりの蓄積電荷Ｑは、 Ｑ＝（２０４００μＦ／６）×６Ｖ ＝０．０２０４クーロン（Ｃ） となる。これを１．６Ａで除すると１２．７５ｍｓとい
う通電時間が得られ、２ｍｓという要求通電時間を十分
に満足する。なお、２０４００μＦというのは、電源回
路としてＤＣ−ＤＣコンバータを用いていた従来の６チ
ャンネル起動制御装置に搭載されていたバックアップコ
ンデンサの容量であり、従来装置のバックアップコンデ
ンサをそのまま利用できることを意味している。

【００２６】なお、従来装置の電源回路によく用いられ
ていたＤＣ−ＤＣコンバータは、約７０キロヘルツ（Ｋ
Ｈｚ）の三角波パルスで常時スイッチングしているた
め、ノイズの発生源となり、ラジオノイズを悪化させる
原因となっていたが、本実施形態の電源回路３０はフィ
ードバック方式の定電圧回路であるため、そのようなノ
イズを発生することはない。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の乗員保護
装置の起動制御装置によれば、電子スイッチ手段に与え
られる電圧が車両のバッテリー電圧よりも低いので、電
子スイッチ手段に流れる電流と同手段に印加される電圧
の積で規定される熱損失が小さくなり、複数の電子スイ
ッチ手段を単一基板上に搭載することができる。これに
より、装置の小型化および低価格化を図ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態である乗員保護装置の起動
制御装置の構成を示すブロック図。

【図２】図１の起動制御装置に用いられるセーフィング
センサの外観を示す斜視図。

【符号の説明】

１〜６…スクイブ、１１〜１６…スイッチ用トランジス
タ、２１〜２６…点火制御回路、３０…低電圧回路、３
１…電圧制御回路、５０…バックアップコンデンサ、５
３…バッテリー電源、６０…判定手段、７０…加速度セ
ンサ（Ｇセンサ）、８１〜８３…セーフィングセンサ。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車両に搭載され衝突時に保護手段を起動
   して乗員を拘束する乗員保護装置の起動制御装置におい
   て、 通電により前記保護手段を起動する起動手段と、 前記車両の衝突時の衝撃を検出する検出手段と、 この検出手段の検出出力に基づいて起動指令信号を出力
   する判定手段と、 前記車両に搭載されたバッテリー電源の電圧を該電圧よ
   りも低い所定の電圧に変換する電圧変換手段と、 この電圧変換手段に対して前記起動手段と直列に接続さ
   れ前記起動手段への起動電流の供給を断続する電子スイ
   ッチ手段と、 前記判定手段からの前記起動指令信号に基づいて前記電
   子スイッチ手段を制御するスイッチ制御手段とを備え、 前記電子スイッチ手段と前記スイッチ制御手段は単一基
   板上に集積化されていることを特徴とする乗員保護装置
   の起動制御装置。
2. 【請求項２】 前記電圧変換手段により充電されるバッ
   クアップ手段が、前記起動手段に並列に接続されている
   ことを特徴とする請求項１に記載の乗員保護装置の起動
   制御装置。