本発明は、車両に搭載された加速度検出手段により検出された検出加速度に基づいてエアバッグを展開させる乗員保護装置に関するものである。

一般に、車両の衝突時における乗員の安全性の確保を目的として、エアバッグを搭載することが行われており、加速度センサ(Gセンサ)などの加速度検出手段により検出される加速度が、通常、エアバッグを展開して乗員を保護すべきかどうか判断し、乗員を保護しなければならない加速度であるときにはエアバッグを展開し、そうでないときにはエアバッグを展開しないように制御することが行われる。

このとき、10km/h前後の低速でもエアバッグを展開するようにした場合、エアバッグ展開の際の乗員への衝撃が衝突の衝撃よりも過大になってしまうなどの不都合があることから、10km/h前後の低速では必ずしもエアバッグを展開する必要がないのに対し、50km/hなどの所定速度以上の高速で衝突する場合にはエアバッグを確実に展開して乗員を保護する必要がある。

そこで、所定速度以上の高速で衝突する場合にエアバッグを確実に展開するように、従来、車両に搭載された加速度センサ(Gセンサ)などにより計測される加速度波形から、衝突のシビアリティを判定してエアバッグを展開するかどうかを判断することが提案されている(特許文献1参照)。

特開2005−214749号公報(段落0009,0013〜0018および図1〜図4)

しかし、上記した特許文献1に記載のように、加速度波形から衝突のシビアリティを判定する場合、加速度センサの精度のばらつきや車体骨格のばらつきなどに起因して、高速、中速、低速それぞれでの加速度波形に明確な差が出ないという問題がある。

また、上記した加速度波形以外に、Gセンサなどの加速度検出手段により計測された衝突加速度データに対して区間積分などのフィルタ処理を施し、該フィルタ処理後の衝突加速度データを、エアバッグの展開閾値を設定した時間に対する速度変化と移動量変化との相関関係を表すマップに当てはめ、エアバッグを展開すべきかどうかを判断することも考えられている。

しかし、この場合も、実際に検出される衝突加速度データ自体が衝突速度の違いを反映できない車体構造の場合、つまりどのような衝突形態での検出加速度かを判別できないものである場合には、エアバッグを展開すべき衝突形態と展開すべきでない衝突形態との区別を明確に行うことができず、エアバッグを展開すべきであるのに展開できなかったり、エアバッグを展開すべきではないのに展開されるという誤動作が生じるおそれがある。また、エアバッグを展開すべき衝突形態での場合には、エアバッグの展開をより早期に開始することも望まれている。

本発明は、エアバッグを展開すべき衝突形態と展開すべきでない衝突形態との区別を明確に行え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、本発明の乗員保護装置は、車両に搭載された加速度検出手段により検出された検出加速度に基づいてエアバッグを展開させる乗員保護装置において、前記加速度検出手段による前記検出加速度から、予め設定された第1周波数帯のフィルタを通した高周波成分および前記第1周波数帯よりも低い第2周波数帯のフィルタを通した低周波成分を抽出する抽出手段と、前記抽出手段により抽出された前記高周波成分から積分により時間に対する速度変化を演算するとともに、前記抽出手段により抽出された前記低周波成分から積分により時間に対する移動量変化を演算する演算手段と、前記演算手段により演算された前記高周波成分の前記速度変化と前記低周波成分の前記移動量変化との実相関関係を導出する導出手段と、前記導出手段により予め求めておいた規定の高速での衝突時における前記速度変化と前記移動量変化との第1基準相関関係、および、規定の低速での衝突時における前記速度変化と前記移動量変化との第2基準相関関係に基づいて設定されたしきい値と、前記導出手段により導出される実相関関係とを比較して、前記エアバッグを展開するかどうか判定する判定手段とを備えることを特徴としている(請求項1)。

本願発明者は、例えば55km/hの高速での高速衝突時において、図2(a)中の実線に示すように、高速衝突時に加速度検出手段により検出される検出加速度が400Hz以上の高周波成分を多く含み、このような高速衝突時の加速度検出手段の出力信号(検出加速度)を50Hzのローパスフィルタ(以下、ローパスフィルタをLPFという)に通すことで、同図(a)中の1点差線に示すように検出加速度が減衰されるため、検出加速度を2回積分して得られる時間に対する移動量変化ΔSが、50HzのLPFを通すことにより400HzのLPFを通した場合よりも小さくなり、同図(b)中の実線に示すように、高速衝突時における検出加速度の400HzのLPF通過後の高周波成分の速度変化ΔV(縦軸)と50HzのLPF通過後の低周波成分の移動量変化ΔS(横軸)との相関関係は、同図(b)中の1点差線に示す1つの同周波のLPFを通した場合よりも左方にシフトすることを見出した。

一方、例えば13km/hの低速での低速衝突時には、加速度検出手段により検出される検出加速度は高速衝突時のような高周波成分を含まず、図3(a)中の実線に示すように、車両構造物であるサイドメンバが衝突により潰れ始める時間領域(図3(a)中の丸囲み部分)において検出加速度に大きなピークが生じるため、このような低速衝突時の加速度検出手段の出力信号(検出加速度)を50HzのLPFに通すと、同図(a)中の1点差線に示すように、サイドメンバが潰れ始める時間領域で加速度が増幅され、そのため検出加速度を2回積分して得られる時間に対する移動量変化ΔSが、50HzのLPFを通すことにより400HzのLPFを通した場合よりも大きくなり、同図(b)中の実線に示すように、低速衝突時における検出加速度の400HzのLPF通過後の高周波成分の速度変化ΔV(縦軸)と50HzのLPF通過後の低周波成分の時間に対する移動量変化ΔS(横軸)との相関関係は、同図(b)中の1点差線に示す1つの同周波のLPFを通した場合よりも右方にシフトすることを見出した。

そこで、規定の高速(例えば、55km/h)での衝突時における検出加速度を第1周波数帯である400HzのLPFに通した高周波成分および第2周波数帯である50HzのLPFに通した低周波成分をそれぞれ抽出し、高周波成分を1回積分して得られる時間に対する速度変化と、低周波成分を2回積分して得られる時間に対する移動量変化との相関関係である高速衝突時の第1基準相関関係を予め求めるとともに、規定の低速(例えば、13km/h)での衝突時における検出加速度を400HzのLPFに通した高周波成分および50HzのLPFを通した低周波成分をそれぞれ抽出し、高周波成分を1回積分して得られる時間に対する速度変化と、低周波成分を2回積分して得られる時間に対する移動量変化との相関関係である低速衝突時の第2基準相関関係として予め求めておき、これら高速衝突時と低速衝突時の相関関係より、高速衝突時ではエアバッグを展開しかつ低速衝突時ではエアバッグを展開しないようなしきい値を設定し、記憶手段に記憶させておく。

そして、実際に加速度検出手段により検出される検出加速度から高周波成分と低周波成分とを抽出し、抽出した高周波成分を1回積分して時間に対する速度変化を演算するとともに、抽出した低周波成分を2回積分して時間に対する移動量変化を演算し、これら演算した高周波成分の速度変化と低周波成分の移動量変化との相関関係を実際の実相関関係として導出し、エアバッグを展開させるべき閾値を超える衝突かどうかの判定を行えばよいことになる。

このとき、実際の車両衝突時に検出される検出加速度自体が、高速衝突時のものか低速衝突時のものかを明確に区別し難いものであっても、上記したように400HzのLPFおよび50HzのLPFを通すことによって、高速衝突時の速度変化ΔVと移動量変化ΔSとの相関を、1つの同周波のLPFを通した場合よりも移動量変化ΔSを小さくシフトさせることができるとともに、低速衝突時の速度変化ΔVと移動量変化ΔSとの相関を、1つの同周波のLPFを通した場合よりも移動量変化ΔSを大きくシフトさせることができ、高速衝突および低速衝突における速度変化ΔVと移動量変化ΔSとのそれぞれの相関に大きな格差を形成することができ、検出加速度が高速衝突時のものか低速衝突時のものかを区別してエアバッグを展開すべきかどうかの判断を明確に行うことが可能になる。

したがって、請求項1に係る発明によれば、実際に加速度検出手段により検出される検出加速度から、抽出手段により第1周波数帯のフィルタを通した高周波成分と第2周波数帯のフィルタを通した低周波成分とを抽出し、演算出段により、抽出した高周波成分から時間に対する速度変化を演算するとともに、抽出した低周波成分から時間に対する移動量変化を演算し、導出手段により高周波成分の速度変化と低周波成分の移動量変化との実相関関係を導出し、判定手段により、記憶手段に予め記憶しておいたしきい値と比較することで、実際の衝突形態が高速の衝突形態か低速の衝突形態かの区別を明確に行うことができ、エアバッグを展開すべき高速の衝突形態であるときにエアバッグを確実に展開することができる一方、エアバッグを展開すべきでない低速の衝突形態であるときにはエアバッグが誤って展開することを未然に防止できる。

また、上記したように、エアバッグを展開すべき高速の衝突形態と、展開すべきでない低速の衝突形態との区別を明確に行えるため、エアバッグを展開すべき高速の衝突形態であることを早期に判断して、エアバッグを極力早いタイミングで展開する制御を行うことが可能になる。

本発明の一実施形態にかかる乗員保護装置のブロック図である。

高速衝突時における検出動作説明図である。

低速衝突時における動作説明図である。

図1の動作説明用フローチャートである。

つぎに、本発明に係る乗員保護装置の一実施形態について、図1ないし図4を参照して詳細に説明する。

図1に示すように、エアバッグ装置1のエアバッグの展開は、マイクロコンピュータ構成のエアバッグECU(Electronic Control Unit)2により制御されるようになっており、車両の所定位置に配設されECU2内に設けられた加速度検出手段である加速度センサ(Gセンサ)3により検出される検出加速度に基づき、エアバッグECU2により、車両が障害物と衝突してエアバッグを展開させるか否かを判定する。

ところで、エアバッグECU2は、図1に示すように、抽出手段2a、演算手段2b、導出手段2c、記憶手段2dおよび判定手段2eを備える。

上記したとおり、本願発明者は、55km/hの高速での高速衝突時において、Gセンサ3の検出加速度を50HzのLPFに通すと、高周波成分が除去されて検出加速度が減衰され、検出加速度を2回積分して得られる時間に対する移動量変化ΔSが、50HzのLPFを通すことにより400HzのLPFを通した場合よりも小さくなるため、高速衝突時における検出加速度の400HzのLPF通過後の高周波成分の速度変化ΔV(縦軸)と、検出加速度の50HzのLPF通過後の低周波成分の移動量変化ΔS(横軸)との相関関係が、1つの同周波のLPFを通した場合よりも左方にシフトすることを実験的に検証した(図2参照)。

さらに、本願発明者は、13km/hの低速での低速衝突時において、Gセンサ3による検出加速度が高速衝突時のような高周波成分を含まず、車両構造物であるサイドメンバが衝突により潰れ始める時間領域において検出加速度に大きなピークを生じ、低速衝突時における検出加速度を50HzのLPFに通すことにより、サイドメンバが潰れ始める時間領域で加速度が増幅され、検出加速度を2回積分して得られる時間に対する移動量変化ΔSが、50HzのLPFを通すことにより400HzのLPFを通した場合よりも大きくなるため、低速衝突時における検出加速度の400HzのLPF通過後の高周波成分の速度変化ΔV(縦軸)と50HzのLPF通過後の低周波成分の移動量変化ΔS(横軸)との相関関係が、1つの同周波のLPFを通した場合よりも右方にシフトすることを実験的に検証した(図3参照)。

これを踏まえ、抽出手段2aに、ハードウェアフィルタとして第1周波数帯である400HzのLPFおよび第1周波数帯よりも低い第2周波数帯である50HzのLPFを設け、Gセンサ3の出力信号を400HzのLPFおよび50HzのLPFそれぞれに通過させることによってノイズ除去を行い、Gセンサ3による検出加速度から、400Hz,50HzのLPFそれぞれを通過した高周波成分および低周波成分を抽出する。

演算手段2bは、ソフトウェアフィルタ処理として、抽出手段2aにより抽出された検出加速度の高周波成分から、1回の積分演算により時間に対する速度変化ΔVおよび2回の積分演算により時間に対する移動量変化ΔSを算出するとともに、抽出手段2aにより抽出された検出加速度の低周波成分から、1回の積分演算により時間に対する速度変化ΔVおよび2回の積分演算により時間に対する移動量変化ΔSを算出する。

導出手段2cは、高周波成分の速度変化ΔVを縦軸、低周波成分の移動量変化ΔSを横軸とする座標において、高周波成分の速度変化ΔVと低周波成分の移動量変化ΔSとの関係を2次元的に表わすために、時間をパラメータとして、高周波成分の時間ごとの速度変化ΔVの値に対する同じ時間での低周波成分の移動量変化ΔSの値をΔV−ΔSの座標上に順次プロットすることにより、高周波成分の速度変化ΔVと低周波成分の移動量変化ΔSとの実際の実相関関係を導出する。

記憶手段2dは、導出手段2cにより、上記した実相関関係の導出と同様の処理手順により、事前に実験的に求めておいた規定の高速(例えば、55km/h)での高速衝突時における高周波成分の速度変化ΔVと低周波成分の移動量変化ΔSとの第1基準相関関係、および、規定の低速(例えば、13km/h)での低速衝突時における高周波成分の速度変化ΔVと低周波成分の移動量変化ΔSとの第2基準相関関係から、高速衝突ではエアバッグを展開しかつ低速衝突ではエアバッグを展開しないようなしきい値が設定されてこれを記憶保持する。

判定手段2eは、実際の衝突が記憶手段2dに記憶されたしきい値を超える衝突かどうかの判定を行い、エアバッグを展開させるべき衝突であればエアバッグ装置1に着火信号を出力する。

このとき、400HzのLPFおよび50HzのLPFを通すことによって、55km/hの高速衝突時の高周波成分の速度変化ΔVと低周波成分の移動量変化ΔSとの相関を、同周波のLPFを通させた場合よりも移動量変化ΔSを小さくシフトさせて強調できるとともに、13km/hの低速衝突時の高周波成分の速度変化ΔVと低周波成分の移動量変化ΔSとの相関を、同周波のLPFを通過させた場合よりも移動量変化ΔSを大きくシフトさせて強調できるため、実際にGセンサ3により検出される衝突時の検出加速度の素質が高速衝突時のものか低速衝突時のものかを明確に区別し難いものであっても、Gセンサ3の検出加速度が高速衝突によるものか低速衝突によるものかを区別できるように、高速衝突における高周波成分の速度変化ΔVと低周波成分の移動量変化ΔSとの相関と、低速衝突における相関との間に大きな格差を形成することができる。

次に、エアバッグECU2によるエアバッグ装置1のエアバッグの展開制御について、図4のフローチャートを参照して説明する。

図4に示すように、車両の衝突等が生じてGセンサ3によりそのときの車両の加速度が検出されると(ステップS1)、Gセンサ3の検出加速度に応じた出力信号がエアバッグECU2に入力され、Gセンサ3の出力信号が抽出手段2aの400HzのLPFおよび50HzのLPFに通されるハードウェアフィルタ処理が行われ(ステップS2)、Gセンサ3の検出加速度の高周波成分が抽出されるとともに(ステップS3)、Gセンサ3の検出加速度の低周波成分が抽出される(ステップS4)。

次に、演算手段2bにより、抽出された高周波成分から、1回の積分演算によって時間に対する速度変化ΔVおよび2回の積分演算により時間に対する移動量変化ΔSが算出されるとともに(ステップS5)、抽出された低周波成分から、1回の積分演算によって時間に対する速度変化ΔVおよび2回の積分演算により時間に対する移動量変化ΔSが算出される(ステップS6)。

そして、実際の衝突が記憶手段2dに記憶されたしきい値を超える衝突かどうかの判定がなされ(ステップS7)、この判定結果がYESであれば、判定手段2eからエアバッグ装置1にインフレータを着火してエアバッグを展開させるための着火信号が出力され(ステップS8)、その後動作は終了する。一方、ステップS7の判定結果がNOであれば、次のステップS9に移行し、判定手段2eからエアバッグ装置1へは着火信号が出力されず(ステップS9)、その後動作は終了する。

したがって、上記した実施形態によれば、Gセンサ3により検出される検出加速度から、抽出手段2aにより400HzのLPFを通した高周波成分と50HzのLPFを通した低周波成分とを抽出し、演算出段2bにより、抽出した高周波成分から時間に対する速度変化ΔVを演算するとともに、抽出した低周波成分から時間に対する移動量変化ΔSを演算し、導出手段2cにより高周波成分の速度変化ΔVと低周波成分の移動量変化ΔSとの実相関関係を導出し、判定手段2eにより、記憶手段2dに予め記憶しておいたしきい値と比較することで、実際の衝突形態が高速の衝突形態か低速の衝突形態かの区別を明確に行うことができ、エアバッグを展開すべき高速の衝突形態であるときにエアバッグを確実に展開することができる一方、エアバッグを展開すべきでない低速の衝突形態であるときにはエアバッグが誤って展開することを未然に防止できる。

また、エアバッグを展開すべき高速の衝突形態と、展開すべきでない低速の衝突形態との区別を明確に行えるため、エアバッグを展開すべき高速の衝突形態であることを早期に判断することができ、その結果、エアバッグを展開すべきときにエアバッグを極力早いタイミングで展開することができ、車両衝突時に早期にエアバッグを展開して乗員を確実に保護することができる。

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り、例えば、上記した実施形態では加速度検出手段をGセンサ(加速度センサ)3とした場合について説明したが、これ以外に加速度を検出できるセンサ等を用いてもよい。

また、上記した実施形態では、第1周波数帯を400Hz、第2周波数帯を50Hzとして説明したが、特にこれらの周波数に限定されるものではなく、要するに第2周波数帯が第1周波数帯よりも低ければよい。

また、上記した実施形態では、規定の高速を55km/h、規定の低速を13km/hとしたが、これらの速度に限定されるものでないのは勿論である。

1 …エアバッグ装置 2a …抽出手段 2b …演算手段 2c …導出手段 2e …判定手段 3 …Gセンサ(加速度検出手段)