JP6555162B2

JP6555162B2 - 乗員保護装置

Info

Publication number: JP6555162B2
Application number: JP2016052328A
Authority: JP
Inventors: 俊長谷川
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-03-16
Filing date: 2016-03-16
Publication date: 2019-08-07
Anticipated expiration: 2036-03-16
Also published as: JP2017165257A

Description

本発明は、乗員保護装置に関する。

特許文献１には、車両の後面衝突時に乗員の上体がシートバックに沈み込む際、乗員の上体背部に対面するシートバックの中央部が、左右の側部に対し後退移動することで、乗員の上体が十分にシートバックに沈み込む乗物用シートが開示されている。

特開２０１２−１３６０５５号公報

特許文献１に記載の技術は、車両の後面衝突時に、乗員に作用した慣性により、シートバックの中央部を後退させている。

しかしながら、車両の実際の衝突状態や、拘束装置（シートベルト等）の関係において、着座者をより効果的に保護するには、改善の余地がある。

本発明は上記事実を考慮し、乗員保護装置において、着座者の保護性能を向上させることを目的とする。

第一の態様では、車両用シートの骨格をなすシート骨格部材と、前記車両用シートのシートバックに備えられて前記シート骨格部材に固定され、着座者の荷重を支持するシートバックプレートと、車両の衝突を予測する衝突予測装置と、前記車両用シートに前記着座者を拘束し、前記衝突予測装置による衝突予測に基づき衝突前に前記着座者に対し前記シートバックへの押付力を作用させる拘束部材と、前記衝突予測に基づき、前記シート骨格部材に対する前記シートバックプレートの固定を解除する解除装置と、を有する。

この乗員保護装置では、衝突予測装置が車両の衝突を予測していない状態では、シートバックプレートがシート骨格部材に固定されており、着座者の荷重を確実に支持できる。また、拘束部材が、着座者を車両用シートに拘束している。

衝突予測装置が車両の衝突を予測すると、拘束部材は、この予測に基づき、衝突前に、着座者を車両用シートに向かって押し付ける力を作用させる。また、解除装置が、シート骨格部材に対するシートバックプレートの固定を解除する。着座者に作用した拘束部材からの力により、着座者は、車両用シート側へ移動するので、拘束部材によって、より確実に着座者を拘束でき、着座者の保護性能が向上する。

本発明は上記構成としたので、乗員保護装置において、衝突時の着座者の保護性能を向上させることができる。

図１は、参考例の乗員保護装置を示す斜視図である。図２は、参考例の乗員保護装置を示す側面図である。図３は、参考例の乗員保護装置をロック機構の近傍で拡大して示す断面図である。図４は、参考例の乗員保護装置をロック機構の近傍で拡大して示す断面図である。図５は、参考例の乗員保護装置のブロック図である。図６は、参考例の乗員保護装置における制御フローを示すフローチャートである。図７は、車両の前突現象を再現するバネマスモデルの一例を示す概略図である。図８は、車両の前突現象における車両の移動量と減速度との関係の一例を示すグラフである。図９（Ａ）は車両の前突時における時間と減速度の関係を示すグラフであり、図９（Ｂ）は車両の前突時における着座者の移動量（ストローク）と減速度の関係を示すグラフである。図１０は車両の前突時における時間と速度の関係を示すグラフである。図１１は車両の前突時における車両初期速度と着座者最大減速度の関係を示すグラフである。図１２は、第一実施形態の乗員保護装置を部分的に示す平面図である。図１３は、第一実施形態の乗員保護装置を部分的に示す平面図である。図１３は、第一実施形態の乗員保護装置における支持バネのバネ特性を定性的に示すグラフである。

以下、図面を参照して、参考例の乗員保護装置１２を説明する。なお、各図面において適宜、車両幅方向を矢印Ｗで、車両前方を矢印Ｆで、車両上方を矢印Ｕでそれぞれ示す。図１及び図２に示す状態では、車両幅方向とシート幅方向とが一致し、車両前方とシート前方とが一致し、車両情報とシート上方とが一致している。

図１及び図２に示すように、参考例の乗員保護装置１２は、車両用シート１４及びシートベルト装置１６を有する。シートベルト装置１６は、本発明における拘束装置の一例である。

車両用シート１４は、自動車のフロアパネルに設置されるシートクッション１８と、このシートクッション１８の後方側から立設されるシートバック２０とを有する。シートクッション１８の後方側には、シート幅方向に延在する回転軸２２が設けられている。シートバック２０は、この回転軸２２まわりに回転することで、後傾（リクライニング）姿勢や前傾姿勢をとることが可能である。

シートバック２０内には、シートバックフレーム２４が配置されている。シートバックフレーム２４はシート骨格部材の一例である。このシートバックフレーム２４により、シートバック２０の外形が維持される。

シートクッション１８内には、シートクッションフレーム２６が配置されている。シートクッションフレーム２６により、シートクッション１８の外形が維持され、特に、着座者の荷重を確実に支持することができる。シートバックフレーム２４及びシートクッションフレーム２６の周囲に所定形状のクッション材が配置され、さらにクッション材２８の外側が表皮材で覆われている。

図２に詳細に示すように、シートベルト装置１６は、ウエビング３２と、車体に設けられてこのウエビング３２の両端をそれぞれ保持するプリテンショナ３４と、を有する。プリテンショナ３４は、通常はウエビング３２を巻き取り及び巻き出し可能に保持しているが、プリテンショナ３４が駆動されると、ウエビング３２を巻き取る。ウエビング３２を装着している着座者ＳＰには、ウエビング３２の巻き取りにより、シートバック２０へ向かう方向の力が作用する。

図２に示すように、シートバック２０内には、シートバックプレート３６が配置されている。また、図３及び図４にも示すように、シートバックフレーム２４には、ロック機構３８が設けられている。

通常状態では、図３に示すように、ロック機構３８のロックピン４０が、ロックバネ４２の付勢力を受けて、シートバックプレート３６のロック孔４４に挿入されており、シートバックプレート３６の動きはロックされている。

これに対し、ロック機構３８のガスジェネレータ４６が作動されてガスが噴出されると、ガス圧により、図４に示すように、ロックピン４０がロックバネ４２の付勢力に抗して矢印Ｍ１方向に移動し、ロック孔４４から抜ける。この状態では、シートバックプレート３６のロックが解除され、シートバックプレート３６はシートバックフレーム２４に対し車両前後方向に移動可能となる。ロック機構３８は、このようにシートバックフレーム２４に対するシートバックプレート３６の固定（ロック）を解除する装置でもあり、本発明における解除装置の一例である。

図５に示すように、車両には、衝突対象物との距離を検出する距離センサ５０、衝突対象物との相対速度を検出する速度センサ５２、衝突対象物を画像認識する画像認識センサ５４が備えられている。画像認識センサ５４としては、衝突対象物を撮影するカメラであってもよく、この場合は、画像認識は制御装置４８で行ってもよい。後述するように、距離センサ５０及び速度センサ５２からの入力データに基づいて、制御装置４８により、衝突対象物への車両の衝突を予測しており、本発明における衝突予測装置となっている。

これらのセンサによる検出データは、制御装置４８に送られる。制御装置４８は、これらの検出データに基づいて、プリテンショナ３４及びガスジェネレータ４６の作動を制御する。

次に、参考例の作用を説明する。

通常状態では、図３に示すように、ロック機構３８のロックピン４０がロック孔４４に挿入されている。このため、シートバックプレート３６はシートバックフレーム２４に対しロックされ、移動不能である。このため、シートバックプレート３６は、着座者から用する荷重を確実に支持できる。

本参考例の乗員保護装置１２では、図６に示すフローに基づいて、制御装置４８がプリテンショナ３４及びガスジェネレータ４６を駆動制御する。

まず、制御装置４８は、ステップＳ１０２において、距離センサ５０からの入力データに基づき、衝突対象物との距離Ｌを得る。また、制御装置４８は、ステップＳ１０４において、速度センサ５２からの入力データに基づき、衝突対象物との相対速度ｖを得る。なお、ステップＳ１０２とステップＳ１０４の時間的な前後関係は限定されず、逆であってもよく、また実質的に同時であってもよい。

制御装置４８は、ステップＳ１０６において、距離Ｌ及び相対速度ｖから、衝突対象物までの衝突予測時間ｔを算出する。ｔ＝Ｌ／ｖである。

制御装置４８には、あらかじめ作動閾値時間Ｔが設定されている。この作動閾値時間とは、ステップＳ１０６で算出した衝突予測時間ｔとの比較において、プリテンショナ３４及びガスジェネレータ４６を作動させるか否かの判断基準となる時刻である。

制御装置４８は、ステップＳ１０８において、衝突予測時間ｔが作動閾値時間Ｔ以下であるか否かを判定する。衝突予測時間ｔが作動閾値時間Ｔを超えている場合は、ステップＳ１０２に戻る。乗員保護装置１２は通常状態に維持される。

衝突予測時間ｔが作動閾値時間Ｔ以下であると判断した場合は、ステップＳ１１０に移行する。ステップＳ１１０では、画像認識センサ５４からの入力データに基づき、衝突対象物の画像を認識する。

ステップＳ１１２では、衝突対象物が、乗員保護装置１２における作動対象物であるか否かを判断する。この作動対象物とは、ガスジェネレータ４６及びプリテンショナ３４を作動させるか否かを判断するときの判断指標となる対象物である。たとえば、衝突対象物が、自動車等の車両や、建物や電柱等の固定構造物であれば、作動対象物に該当する。

ステップＳ１１２において、衝突対象物が作動対象物に該当しないと判断した場合は、ステップＳ１０２に戻る。乗員保護装置１２は通常状態に維持される。

ステップＳ１１２において、衝突対象物が作動対象物に該当すると判断した場合は、制御装置４８は、ステップＳ１１４に移行する。ステップＳ１１４では、制御装置４８は、おいてガスジェネレータ４６を作動（着火）させ、さらにステップＳ１１６において、プリテンショナ３４を作動させる。なお、ガスジェネレータ４６の駆動とプリテンショナ３４の駆動の時間的な前後関係は限定されず、上記の逆であってもよく、あるいは実質的に同時であってもよい。

これにより、車両が衝突対象物に衝突する前に、図４に示すようにロックピン４０がロック孔４４から抜け出てシートバックプレート３６のロックが解除され、シートバックフレーム２４に対し移動可能になる。さらに、プリテンショナ３４がウエビング３２を巻き取るので、プリテンショナ３４の巻締力が、着座者ＳＰを介して、シートバックプレート３６に作用する。そして、着座者及びシートバックプレート３６が、シートバックフレーム２４に対し、車両後方側へ移動する。

参考例の乗員保護装置１２では、このように、車両が衝突対象物に衝突する前に、車両用シート１４の着座者を車両に対し後方側へ移動させる。これにより、車両前突時の、着座者に対する保護性能が向上している。

以下では、この点をさらに詳細に説明する。

まず、図７に示す車両モデル１０２を導入する。この車両モデル１０２は、車両の前突現象を再現するバネマスモデルである。この車両モデル１０２において、着座者ＳＰと、その前方側の車両構造部材（たとえばステアリングホイール）との初期隙をＬ_１（通常状態での隙間）とする。そして、着座者を確実に保護するための、車両基準での前方側への許容ストロークをＬ_１＋５０ｍｍ（たとえばコラムのストローク代）に設定した。車両モデル１０２における拘束バネの特性は線形特性とし、剛性を変化させて、各種条件に対応させた。車両モデル１０２の初速Ｖ_０は５５ｋｍ／ｈとた。すなわち、初速Ｖ_０＝５５ｋｍ／ｈの車両モデル１０２が衝突対象物ＭＣに衝突し、着座者ＳＰが車両モデル１０２に対し前方側に移動するが、この移動量の上限Ｌ_２としてＬ_１＋５０ｍｍに設定した。

図８には、この車両モデル１０２において、衝突対象物への衝突位置を基準とした、車両のフロアの移動量と、減速度との関係が示されている。このグラフの範囲（Ａ）で示すように、車両モデル１０２は、衝突後に所定位置まで減速して減速度が最大になり、その後、範囲（Ｂ）で示すように、後方側にわずかに戻される。

ここで、本参考例の乗員保護装置１２を、第一比較例の乗員保護装置との比較において説明する。本参考例の乗員保護装置１２では、上記したように、衝突体操物との衝突を予測し、衝突の前にプリテンショナ３４及びガスジェネレータ４６を作動させる構成である。以下では、一例として、衝突の約３０ｍｓｅｃ前にプリテンショナ３４及びガスジェネレータ４６を作動させるようにしている。

これに対し、第一比較例の乗員保護装置では、衝突の約１０ｍｓｅｃ後にプリテンショナ３４を作動させるようにしている。

図９（Ａ）には、参考例及び第一比較例の乗員保護装置における、衝突時を時間基準とした時間と着座者上体の減速度のシミュレーション結果が示されている。図９（Ｂ）には、同じく参考例及び第一比較例の乗員保護装置における、衝突位置を基準とした着座者のストローク（車両に対する位置）と着座者上体の減速度のシミュレーション結果が示されている。それぞれのグラフにおいて、実線が参考例を、一点鎖線が第一比較例をそれぞれ示している。なお、それぞれのグラフにおける二点鎖線は、後述する第二比較例に対応している。

図９（Ａ）に一点鎖線で示すように、第一比較例の乗員保護装置では、衝突の約１０ｍｓｅｃ後に乗員状態に対し拘束を開始しているので、この時点から乗員上体に減速度が作用しており、１００ｍｓｅｃ付近で減速度が極大値となっている。また、図９（Ｂ）に一点鎖線で示すように、第一比較例の乗員保護装置では、着座者の移動量がＬ_２ｍｍに達したとき、減速度が最大値となる様、乗員保護装置の特性を調整した。

これに対し、図９（Ａ）に実線で示すように、参考例の乗員保護装置では、衝突の約３０ｍｓｅｃ前から乗員上体に減速度が作用している。これは、衝突の約３０ｍｓｅｃ前に、ガスジェネレータ４６及びプリテンショナ３４を作動させることで、着座者の上体をシート後方側に移動させているためである。減速度は、衝突からの時間が１００ｍｓｅｃを超えた時点で最大になっている。

図９（Ｂ）に実線で示すように、参考例の乗員保護装置において、着座者の移動量がＬ_２に達したときの減速度が最大値となる様、乗員保護装置の特性を調整したが、この減速度は第一比較例の乗員保護装置よりも著しく低い。上記したように、衝突時の着座者の前方への移動量の上限としてはＬ_２を想定している。この場合に、本参考例の乗員保護装置のように、衝突前の所定のタイミングでガスジェネレータ４６及びプリテンショナ３４を作動させれば、着座者の上体に作用する最大の減速度（荷重）を低減できる。

図１０には、参考例及び第一比較例の乗員保護装置における、衝突時を時間基準とした着座者の上体及び車両の路面に対する速度変化が示されている。このグラフにおいて、実線が参考例における着座者の上体を、一点鎖線が第一比較例における着座者の上体を、破線が車両（参考例と第一比較例とで同じ）を示している。

第一比較例の場合、衝突後は、車両に対し着座者が前方に慣性で移動しようとするため、車両の速度に対し着座者の速度が大きい状態が生じる。そして、衝突後のある時点Ｔ_０（図１０の例では衝突から１００ｍｓｅｃをわずかに超えた時点）で、着座者の速度が車両の速度と等しくなり（相対速度がゼロになり）、着座者に対する拘束が終了する。第一比較例では、衝突前における相対速度がゼロの状態から、拘束終了時までの乗員上体の速度変化ΔＶ_０が大きい。

これに対し、本参考例の場合、衝突前（具体的には約３０ｍｓｅｃ前）に、ガスジェネレータ４６及びプリテンショナ３４の作動により着座者の拘束を開始する。拘束後には、まず、着座者が減速し、その後（衝突後）に車両が減速するが、車両の減速度の方が大きいため、衝突後のある時点Ｔ_１（図１０の例では衝突から約３０ｍｓｅｃ後）において、一時的に相対速度がゼロになる。このとき、車両を基準にした着座者の後方への変位は最大となる。

その後、車両の速度が着座者の速度よりも小さい状態となり、衝突後のある時点Ｔ_２（図１０の例では約１２０ｍｓｅｃ）で相対速度がゼロになり、拘束が終了する。したがって参考例では，衝突後に一時的に相対速度がゼロになった状態から、拘束終了時までの着座者の上体の速度変化ΔＶ_１が、第一比較例における速度変化ΔＶ_０よりも小さい。実際には、着座者の運動エネルギーは速度（速さ）の２乗に比例するので、本参考例において着座者の運動エネルギーを低減する効果は、図１０に現れる速度比の２乗で発揮される。

このように、本参考例の乗員保護装置では、車両が衝突対象物に衝突する前に、ガスジェネレータ４６及びプリテンショナ３４を作動させて、着座者を拘束しシート後方側へ移動させる。これにより、着座者の後方への変位が最大に達した後の速度変化を少なくし、衝突時の着座者に対する保護性能を向上させている。

なお、たとえば、シートバックプレート３６をアクチュエータ等を用いて衝突前にゆっくりと着座者を車両後方側へ移動させ、衝突後にプリテンショナ３４を作動させる構成を採用することも考えられる。図９（Ａ）及び（Ｂ）に二点鎖線で示す例は、第二比較例として、シートバックプレート３６を衝突前に、本参考例の最大後退量と同程度後退させ、衝突の約１０ｍｓｅｃ後にプリテンショナを駆動させた場合である。

図９（Ａ）から、第二比較例においても、第一比較例と同様に、衝突の約１００ｍｓｅｃ後に、減速度が最大値となっており、その値は、第一比較例よりもわずかに小さい。図９（Ｂ）から分かるように、着座者の上体の移動量がＬ_２に達したときに作用する減速度は、第一比較例よりも小さいが、参考例よりも大きい。すなわち、第二比較例では、車両衝突後に着座者に作用する減速度を小さくして着座者を保護する効果は、参考例よりも小さい。

図１１には、上記の車両モデル１０２（図７参照）と同様に、車両衝突時に着座者に許容される前方移動量の上限をＬ_２とし、車両の初期速度毎に拘束バネのバネ定数を最適化した場合の、着座者に作用する最大減速度が、車両の初期速度との関係で示されている。図１１において、実線が参考例に、一点鎖線が第一比較例にそれぞれ対応する。

このグラフから、参考例では、想定した速度域（５０ｋｍ／ｈから６５ｋｍ／ｈまで）の全域において、第一比較例よりも、乗員に作用する最大減速度が低いことが分かる。たとえば、最大減速度として、第一比較例において５５ｋｍ／ｈで発生する減速度Ｇ_１を実現する車両の初期速度は、参考例では６７ｋｍ／ｈ程度である。

このように、参考例の乗員保護装置１２では、車両の初期速度が高い場合であっても、衝突後に着座者に作用する減速度を低く留めることが可能である。すなわち、着座者の保護に対応した車両の速度と、乗員保護装置１２による着座者の保護とを高次元で両立できる。たとえば、プリテンショナ３４（拘束装置）の特性を維持しつつ、より高速での衝突や、高体重の着座者に対応することができる。

さらには、着座者の体重や、車両の衝突速度に応じて、プリテンショナ３４（拘束装置）の特性を変化させることで、各種の条件に応じて、車両衝突時に着座者をより効果的に保護する構成を実現できる。着座者の体重は、たとえば、車両用シート１４に体重センサを設けることで検知できる。衝突速度は、上記した速度センサ５２による検出データを用いることができ、さらには、画像認識センサ５４で検出した衝突対象物に関するデータを併用することも可能である。また、着座者の年齢をあらかじめ制御装置４８に登録しておき、年齢に応じてプリテンショナ３４（拘束装置）の特性を変化させるようにしてもよい。

次に、第一実施形態について説明する。第一実施形態において、参考例と同様の要素、部材等については、参考例と同一の符号を付して、詳細な説明を省略する。また、第一実施形態において、車両用シートの外観形状は参考例と同様であるので、図示を省略する。

図１２に示すように、第一実施形態の乗員保護装置２１２において、車両用シートのシートバックプレート２３６は、シートバックフレーム２２４に対し、リンク機構２３８により取り付けられている。

リンク機構２３８は、車両用シートを上方から見て、略「Ｘ」字状に交差する２本のリンク２３８Ｌを有している。そして、図１２及び図１３の比較から分かるように、２本のリンク２３８Ｌが交差角度を変化させつつ、シートバックプレート２３６が車両後方側へ移動可能である。

シートバックプレート２３６と、シートバック骨格部材（シートバックフレーム２２４であってもよいし、他のシートバック骨格部材でもよい）の間には、左右一対の支持バネ２４２が配置されている。支持バネ２４２は、図１４に示すバネ特性を有する。すなわち、圧縮長が閾値Ｌ_１に達するまでは、圧縮長Ｓとバネ力Ｆとは概ね比例するが、圧縮長Ｓが閾値Ｌ_１に達すると、図１３に示すように、長手方向の中間部において屈曲する（いわゆるバックリングが生じる）。

支持バネ２４２は、このように屈曲すると屈曲前の状態と比較してバネ力が弱くなる。そして、プリテンショナ３４（図２参照）の拘束力が着座者を介してシートバックプレート２３６に作用すると、シートバックプレート２３６のシート後方側への移動が許容される。すなわち、支持バネ２４２が座屈すると、シートバックプレート２３６の車両後方側への移動のロックか解除される。

なお、閾値Ｌ_１は、通常状態（プリテンショナ３４（図２参照）が作動していない）状態で、着座者の上体からの荷重（通常の体重）が作用したときの圧縮長Ｌ_２よりも長く設定されている。したがって、通常状態では、支持バネ２４２は座屈することはない。

このような構成とされた第一実施形態の乗員保護装置２１２においても、参考例の乗員保護装置１２と同様に、衝突対象物への衝突前に、プリテンショナ３４を作動させることで、着座者をシート後方側へ移動させる。これにより、車両前突時の、着座者に対する保護性能が向上している。

上記説明から分かるように、本発明の解除装置は、車両が衝突対象物に衝突すると予測されたときに、この予測結果に基づいて、シートバックフレームに対するシートバックプレートの固定（ロック）を解除すれば、具体的構成は限定されない。たとえば、参考例において、ロックピン４０を、ソレノイド等を用いたアクチュエータにより、ロック孔４４から抜き出す構造としてもよい。

第一実施形態では、実質的に、図１４に示すバネ特性の支持バネ２４２を有することで、上記した予測結果に基づいて作動したプリテンショナの拘束力を効果的に利用して、シートバックプレートの固定（ロック）を解除する。すなわち、解除部材が、プリテンショナ３４と支持バネ２４２とを含んで構成されていると言える。

１２乗員保護装置
１４車両用シート
１６シートベルト装置（拘束部材の一例）
２４シートバックフレーム（シート骨格部材の一例）
２６シートクッションフレーム
３２ウエビング
３４プリテンショナ
３６シートバックプレート
３８ロック機構（解除装置の一例）
４０ロックピン
４８制御装置（衝突予測装置の一例）

Claims

車両用シートの骨格をなすシート骨格部材と、
前記車両用シートのシートバックに備えられて着座者の荷重を支持するシートバックプレートと、
車両の衝突を予測する衝突予測装置と、
前記車両用シートに前記着座者を拘束し、前記衝突予測装置による衝突予測に基づき衝突前に前記着座者に対し前記シートバックへの押付力を作用させる拘束部材と、
圧縮長が所定値以下ではバネ力により前記シート骨格部材に対して前記シートバックプレートを支持し、前記圧縮長が所定値を超えると屈曲することで前記シートバックプレートのシート後方側への移動を許容する支持バネと、
を有する乗員保護装置。