JPWO2003084786A1 - 車輌のエアバッグ起動制御装置 - Google Patents

Abstract

車輌シート上に人間が着席しているか否か、いる場合はその体形を判断し、エアバッグの作動を最適に制御する。車輌シートの背もたれ、座部の何れか一方、或いは両方に空気袋式圧力センサーを取付け、その電気的出力に呼吸，脈拍等の生体信号が含まれているか否か、含まれている場合は一定の基準を超えているか否かによって、エアバッグの膨張量又は膨張方向を制御する。

Description

技術分野
本発明は自動車のシートに空気袋式圧力センサーを取付けシート上の荷重の性質及びその位置を検出することにより、エアーバッグの作動の可否及びその膨張力，膨張方向等を制御する装置に関する。
背景技術
自動車の乗員が衝突等の事故時に受ける衝撃等を和らげ、乗員の安全を守る装置として、エアバッグが一般に普及している。
この装置は乗員のシートの前部或いは側部に爆薬を収めた密閉袋を収納しておき、衝突時の衝撃により生じた急激な加速度の変化を検知して爆薬に点火し、それにより生じたガスによって密閉袋を膨張させて乗員が座席から離脱するのを防ぐようにしたものである。
従来のエアバッグにおいては、乗員一人ひとりの体形や体重に関係無く、平均的な成人を基準にして、膨張後の体積や発射角度などを設定していた。
従って、幼児等には反って過大な圧力がかかり、衝突そのものによって生じる障害よりも、むしろエアバッグによる人体への障害が懸念されているのが実情である。
また、シートが空席であったり、単に荷物を置いただけのような場合もエアバッグが作動し、座席の荷物を後方へ飛ばしたりする他、
車内の急激な気圧変化による障害も心配される。このようなことから、空席や荷物のみのシートでは、エアバッグが無用に動作しないようにすることも望まれる。
発明の開示
本発明装置は、自動車のシートに空気袋式圧力センサーを１個又は複数個取付け、圧力センサー出力信号が無いときは空席であることを判断する。
次に信号があっても、それが脈拍，呼吸等の体動信号を含まない静的信号（車体の揺れによる周期性信号が持続しない）である場合は、荷物であることを判断する。
更に周期性が持続する体動信号を含む信号である場合は、その強さから乗員の体型を判断する。
以上の判断に基き、シート上の人体の体形等に応じてエアバッグが最も適切に作動するような制御信号を発生する。
また、上記信号に含まれているか、或いは別途車体から検出する車の走行中を示す信号を利用して、車の走行中のみ、本装置を作動させることが可能である。
発明を実施するための最良の形態
発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図２は本発明の装置に用いる空気袋式圧力センサー２の構造を示す図である。
２１は薄く、長方形の内部が中空な空気袋である。ゴム，柔軟なプラスチック等の材料で作られており、完全に気密である必要はない。
むしろピンホールなどが存在して、僅かに空気の流出，流入がある方が温度変化にも強く、量産性も良い。
但し、完全に収縮してしまうのを避けるため、内部にスポンジのような詰め物を入れ、できるだけ原形を維持するようにする。
空気袋２１の一端には、中空のパイプ２２を通じてマイクロフォン２３が取付けられており、空気袋２１内部に生じた空気圧の変動をマイクロフォン２３の振動板に伝播するように構成されている。
マイクロフォン２３の出力はリード線２４を介して電気回路２５に導かれ、必要な信号処理を施された後、有線又は無線で外部に伝達するようになっている。
マイクロフォン２３，リード線２４，電気回路２５は例えば一つのボックス内に納めて一体に構成することが可能である。
更にマイクロフォン２３を空気袋２１の内部に取付け、パイプ２２を省くこともできる。
図３は図２の空気袋式圧力センサー２に人体の荷重がかかった場合に電気回路２５から得られる呼吸信号の出力を説明するグラフである。
グラフの縦軸は呼吸信号の振れ巾の電圧をミリボルト（ｍｖ）で表わし、横軸にずれ面積を％で表わしたものである。
ここでずれ面積とは、図２に示すような長方形の空気袋２１に人体が乗った場合において、（全体の面積−人体の乗った部分の面積）を（全体の面積）で除し、１００を乗じて％で表わしたものである。
このグラフはずれ面積３０％までは空気式音センサーの出力はほぼ一定であるが、３０％を超えると急激に低下し、ずれ面積７０％で零になることを示している。
このことは例えば空気袋の全面積の半分程度に荷重がかかった場合は、荷重のかからない残りの半分の部分の空気袋の伸びが呼吸などによる内部空気圧変動の相当量を吸収し、袋全体としては内部空気圧の変動の全部をマイクロフォン２３に伝えないためと考えられる。
本発明は、上述のような空気袋に生じる「圧力逃げ」の現象を積極的に利用することにより、自動車等のシートに取付けた空気式音センサーからエアバッグを制御する信号を取り出そうとするものである。
図１は、図２に示す空気袋式圧力センサーを自動車のシートに取付けた状態を示す図である。
シート１の背もたれ部１１の中心部内側には、空気袋２１Ａが取付けられている。
この面積は成人の腰から背中の面積の大部分をカバーする縦約５０ｃｍ横約３０ｃｍである。
２２Ａはパイプ，２３Ａはマイクロフォン，２４Ａはリード線，２５Ａは電気回路を示す。
電気回路２５Ａは有線又は無線によって信号Ａ（図示せず）を外部に発信する。
一方シート１の座部１２中心部内側にも空気袋２１Ｂが取付けられている。
その面積は座部１２の成人の股が覆う部分横約４０ｃｍ，縦約２５ｃｍである。２２Ｂはパイプ，２３Ｂはマイクロフォン，２４Ｂはリード線，２５Ｂは電気回路を示す。
電気回路２５Ｂは有線又は無線によって信号Ｂ（図示せず）を外部に発信する。
車輌が停止中で且つシートが空席の場合或いは荷物が載っているだけの場合は信号Ａ，信号Ｂの出力は共に零である。
図４は車輌が停止中で、シート上に平均体形の成人が乗り、身動きしないように安静状態を保ったときの信号Ａの出力をウェーブフォームアナライザーで測定したグラフである。
縦軸を出力ボルト，横軸を時間秒で表わしてる。
このグラフから明かなように出力波形は呼吸による体動を示す約４秒周期の大きな正弦波状の波と，脈拍その他安静状態においても生ずる微小な体動による波が重畳された波形が生ずる。
シート上に平均体形の成人が乗った場合、座部１２，背もたれ１１のクッション性の差による出力信号のレベル差はあるものの、出力信号Ｂの波形は出力信号Ａの波形とほとんど相似である。
図５は車輌走行時で且つシートが空席の場合の信号Ｂの出力をウェーブフォームアナライザーで測定したグラフである。
この状況においては理論的には出力は無い筈であるが、微少な出力変動が見られる。
これは車輌の振動により空気袋の素材自体が加速度を受けて僅かな変形を起し、それによって生じる空気袋内部の空気圧変化をマイクロフォンが拾っているためと思われるが、いずれにしても有意な信号とは言い難く、無視できるものである。
図６は、車輌走行時で且つシート上に、特に空気袋２１Ｂ上に荷物が載っている場合の信号Ｂの出力をウェーブフォームアナライザーで測定したグラフである。この実験で使用した荷物は、一辺約３０ｃｍの直方体で重さ約５キログラムである。
車輌の振動，特に上下動に伴なう重力の変化により、出力にも上下動が見られるが、短時間内に零に収斂し、平均レベルは零である。
もし、荷物が背もたれ１１の空気袋２１Ａに接していなければ、或いは接していても接触している部分の面積が空気袋２１Ａの面積の３０％以下であれば信号Ａの出力は図５と同じでほぼ零である。
またもし、荷物が空気袋２１Ａの面積の３０％以上，特に５０％以上で接していれば信号Ａの出力は図６とほぼ相似である。
図７は車輌走行時でシートに人が乗った場合の信号Ｂの出力をウェーブフォームアナライザーで測定したグラフである。
車輌の振動，特に上下動に基く重力の変化による変動に加え、人体自体の有するクッション性により出力変化は大きく、且つ頻繁になるが、全体として図４に示す、呼吸による正弦波が含まれていることがわかる。
また、後述の判別回路を通すことにより、呼吸による正弦波のみならず心拍成分も検知が可能である。
以上の説明から明らかなように、信号Ａ，信号Ｂの出力の有無，強弱の組合わせから、下表のような判断が可能となる。
車輌停車中（表１）は、呼吸，心拍などの体動信号のみで判断する。この場合シート座部，背もたれのクッション性が異なるため信号Ａ，信号Ｂで基準値は異なってくる。
【表１】

【００１５】
車輌走行中（表２）は、車輌走行振動と呼吸，心拍などの体動信号で判断する。この場合車輌走行振動は本質的にランダムノイズであり、呼吸，心拍フィルターを通過した後にも信号が残り重畳される。従って、基準値は停車中のものと異なってくる。
【表２】

基準値は、シートの形状，空気袋の形状、材質等により、個々に設定する必要があるが、例えば図３の例によるとずれ面積約３５％〜６５％間の出力が急峻に変化する範囲内の点を選ぶとよい。
図８は、信号Ａ及び信号Ｂからシート上の人や物を検知し、エアバッグの動作を最適にするための信号処理回路の一例を示すブロック図である。
８１Ａは、空気袋式圧力センサー２１Ａの出力。８１Ｂは、空気袋式圧力センサー２１Ｂの出力である。
空気袋式圧力センサー２１Ａの出力８１Ａは、増巾器８２Ａで増巾された後、呼吸の場合はおおよそ０．１Ｈｚから１．０Ｈｚ、心拍の場合はおおよそ３Ｈｚから１５Ｈｚの帯域周波数を有するバンドパスフィルター８３Ａに加えられる。
これを通過した体動信号を含む信号は、レベル検出器８４Ａに加えられる。
レベル検出器８４Ａは、信号が所定レベルに達する毎にパルスを発生し、カウンタ８５Ａはパルス２個で１個のパルスを発生する。
これらパルスは、タイマー８６ＡのＯＮ，ＯＦＦに加えられ、周期信号の１回の持続時間が計測される。バンドパスフィルター８３Ａの出力、即ち呼吸や心拍成分を抽出された信号は積分又は最大値検出器８７Ａによって積分又は最大値検出され、演算処理回路８８に加えられ基準値と比較される。
同様に、空気袋式圧力センサー２１Ｂの出力８２Ａも増巾器８２Ｂ，バンドパスフィルター８３Ｂ，レベル検出器８４Ｂ，カウンタ８５Ｂ，タイマー８６Ｂを経て、積分又は最大値検出器８７Ｂの出力と共に演算処理回路８８によって基準値と比較され、最終的に表２及び表２に示す如き判別が行われる。
８９は、エアバッグを制御する信号発生器である。
９０は、車輌が走行中であるか否かを示す信号である。
この信号は車輌の回転軸の回転によって生ずる機械的或いは電気的信号を直接取ってもよいが、マイクロフォン２３Ａ或いは２３Ｂの、体動信号に混入してくる信号をろ波して利用してもよい。
９１はレベル検出器で、レベル検出器の出力を演算処理回路８８に加えることにより、車輌が走行中であるか停車中であるかを判断し、基準値の変更を行う。
また、装置の動作を走行中、停車中のいずれかに限定することもできる。
図９は、信号発生器８９の信号によって制御されるエアバッグの動作例を説明する図である。
１は車輌のシートで、側面から見たものである。
９１は車輌のダッシュボードに収められたエアバッグ収納器の蓋で、図では開いた状態を示す。
９２はエアバッグで、最大に即ち標準的大きさに膨張している状態を表わしている。
いま出力信号Ａ及び出力信号Ｂが基準値Ｕ，Ｘを超えた出力を示しているときに衝突事故が発生すると、信号発生器８９は、エアバッグ９２の制御装置（図示せず）に、通常の動作を指令する。
即ち、９２に示す最大膨張の状態になる。
一方、出力信号Ａと出力信号Ｂに差があり、演算処理回路８８が幼児と判定すると信号発生器８９はそれに対応した制御信号をエアバッグの制御装置に伝達し、エアバッグは、一点鎖線９２Ａで示すようにシート上の人体に最適な膨らみ及び方向を選択して膨張する。
シート上の人体がその中間であれば、エアバッグ９２は点線９２Ｂで示すような形となる。
エアバッグの膨張する大きさについては、例えば火薬を分割して点火する数によって調節することが考えられる。
また、方向については蓋９１の開閉角度によって制御することが考えられる。
産業上の利用可能性
以上の如く、本発明装置によれば、車輌のシートが空席であるか、荷物が乗っているだけであるか、或いは人が乗っている場合は、その体形を瞬時に判断し、エアバッグを作動させなかったり、或いは作動させる場合には最適な発射角度、大きさを選択でき、車輌事故による二次的な障害を予防できる効果がある。
従って、車輌，特に自動車の安全設備として有用である。
【図面の簡単な説明】
図１は、図２に示す空気袋式圧力センサーを自動車のシートに取付けた状態を示す図
図２は、本発明の装置に用いる空気袋式圧力センサーの構造を示す図
図３は、空気袋式圧力センサーに人体の荷重がかかった場合に電気回路から得られる呼吸信号の出力を説明するグラフ
図４は、車輌が停止中で、シート上に平均体形の成人が乗り、身動きしないように安静状態を保ったときの信号Ａの出力をウェーブフォームアナライザーで測定したグラフ
図５は、車輌走行時で且つシートが空席の場合の信号Ｂの出力をウェーブフォームアナライザーで測定したグラフ
図６は、車輌走行時で且つシートの座部に荷物が載っている場合の信号Ｂの出力をウェーブフォームアナライザーで測定したグラフ
図７は、車輌走行時でシートに人が乗った場合の信号Ｂの出力をウェーブフォームアナライザーで測定したグラフ
図８は、信号Ａ及び信号Ｂからシート上の人や物を検知し、エアバッグの動作を最適にするための信号処理回路の一例を示すブロック図
図９は、信号によって制御されるエアバッグの動作例を説明する図

Claims (4)

1. エアバッグが装着されている車輌のシートの背もたれに、空気袋式圧力センサーを取付け、
   空気袋式圧力センサーの出力信号から呼吸，脈拍などの体動信号を検出し、
   検出した体動信号が予め定められた一定の基準値を超えるかそれ以下かによって、
   エアバッグの膨張量又は膨張方向を変えるようにした車輌のエアバッグ起動制御装置。
2. エアバッグが装置されている車輌シートの座部に、空気袋式圧力センサーを取付け、
   空気袋式圧力センサーの出力信号から呼吸，脈拍などの体動信号を検出し、
   検出した体動信号が予め定められた一定の基準値を超えるかそれ以下かによって、
   エアバッグの膨張量又は膨張方向を変えるようにした車輌のエアバッグ起動制御装置。
3. エアバッグが装着されている車輌シートの背もたれ及び座部に空気袋式圧力センサーを取付け、
   両空気袋式圧力センサーから、呼吸，脈拍などの体動信号を別々に検出し、
   検出した各々の体動信号が、各々の体動信号について予め定められた基準値を超えるかそれ以下かの組合わせによって、
   エアバッグの膨張量又は膨張方向を変えるようにした、車輌のエアバッグ起動制御装置。
4. 請求の範囲３の装置において、二つの空気袋式圧力センサーの出力信号の両方に、呼吸，脈拍などの体動信号が含まれない場合は、エアバッグが起動しないようにしたエアバッグ起動制御装置。

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