JP2004136876A - 車両負荷に依存しない一定の平均衝撃減速度を達成するための方法およびシステム - Google Patents

Abstract

【課題】車両の一定の平均減速度を達成するための方法を提供すること。
【解決手段】この方法は、積載状態の車両の有効質量を基準積載状態質量と比較するステップ（１１６）を含む。積載状態の車両の有効質量が少なくとも指定した割合だけ基準質量と異なる場合、車両の衝撃が検出されると（１２０）、車両内のエネルギー吸収構造が車両のクラッシュ力を変更するように調整され、その結果、車両の所望の平均減速度が達成される。
【選択図】　図３

Description

　本発明は、一般に、車両のエネルギー吸収乗員保護システムに関し、より詳細には、車両負荷に依存しない一定の平均衝撃減速度（ｃｏｎｓｔａｎｔ　ａｖｅｒａｇｅ　ｉｍｐａｃｔ　ｄｅｃｅｌｅｒａｔｉｏｎ）を達成するための方法およびシステムに関する。

　既存の自動車の構造は、衝撃事象に関する特定のクラッシュ力／たわみのトレースを与える。こうした「一定の」構造では、車両が運ぶ積荷の質量が変わることによって、クラッシュ量は影響を受けるが、クラッシュ期間での特定の時点で構造が生成するクラッシュ力には大きな影響を与えない。総積載状態車両質量（ｔｏｔａｌ　ｌｏａｄｅｄ　ｖｅｈｉｃｌｅ　ｍａｓｓ）は所与の車両では変化し得るが、クラッシュ力とクラッシュ距離との関係を示すトレースは変わらないため、衝撃期間での車両減速度も代わり得る。

　しかし、現在の乗員拘束装置は、特定の積載状態の（ｌｏａｄｅｄ）車両の質量に対応する特定の車両衝撃パルスに最大の利益を提供するように設計されている。その結果、積載状態の車両の質量が大幅に変わり、その結果、（車両の質量に反比例して）平均車両減速度に大幅な対応した変化が生じる場合、乗員拘束装置の全体的な有効性が変わることになる。車両が「標準より軽い」負荷（例えばほぼ空の燃料タンク、車両の積荷なし、軽い一人の運転者）を運んでいる場合、クラッシュ力が一定であるとすると、積載状態の車両の質量の相対的減少に起因して、衝撃期間での平均車両減速度の大きさは、設計された質量の値に関して増加する。

　一方、車両が「標準より重い」負荷（例えば満タンの燃料タンク、重い積荷、大人５人の乗客が）を運んでいる場合、相対的な質量増によって、車両（したがってシートベルトをした乗員）の減速度が相対的に低減することになる。平均車両減速度の低減はそれ自体望ましくない状態ではないが、質量が増加した車両の方が大きい運動エネルギーを有するということも同様に事実である。したがって、より大きい運動エネルギーおよび一定のクラッシュ力の車両構造では、クラッシュ距離も延びる。

　一つの実施の形態の例においては、車両の一定の平均減速度を得る方法が、積載状態の車両の有効質量（ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ　ｌｏａｄｅｄ　ｍａｓｓ）を基準積載状態質量（ｂａｓｅｌｉｎｅ　ｌｏａｄｅｄ　ｍａｓｓ）と比較するステップを含む。積載状態の車両の有効質量が指定された割合だけ基準積載状態質量と異なる場合、車両衝撃検出時に車両内のエネルギー吸収構造が車両のクラッシュ力を変更するように調整され、車両の望ましい平均減速度を達成する。

　別の実施の形態では、車両の一定の平均減速度を達成する方法が、積載状態の車両の総質量（ｇｒｏｓｓ　ｌｏａｄｅｄ　ｖｅｈｉｃｌｅ　ｍａｓｓ）を決定するステップ、および、車両の乗員ごとに乗員拘束ステータス情報を決定するステップを含む。乗員拘束ステータス情報は、乗員が車両内に拘束されているかどうかを示す。次いで、積載状態の車両の有効質量が、積載状態の車両の総質量および乗員拘束ステータス情報に基づいて計算され、基準積載状態質量と比較される。積載状態の車両の有効質量が指定された割合だけ基準積載状態質量と異なる場合、車両の衝撃または緊急車両衝撃の検出時に、車両内のエネルギー吸収構造が車両のクラッシュ力を変更するように調整され、車両の望ましい平均減速度を達成する。

　さらに別の実施の形態では、車両が運んでいる負荷に依存しない車両の一定の平均減速度を達成するためのシステムは、システム・コントローラ、システム・コントローラと通信する複数の負荷センサ、システム・コントローラと通信する複数のシート負荷センサ、およびシステム・コントローラと通信する複数のシートベルト使用センサを含む。システム・コントローラと通信し且つ車両の衝撃を検出するための少なくとも１つの衝撃センサが、車両内の少なくとも１つのエネルギー吸収構造とともに含まれる。積載状態の車両の有効質量が指定された割合だけ基準積載状態質量と異なる場合、システム・コントローラによって、少なくとも１つのエネルギー吸収構造が車両のクラッシュ力を変更するように調整され、車両の望ましい平均減速度を達成する。

　同様の要素には同じ番号が付されている例示の図を参照して、本明細書は、車両負荷に依存しない一定の平均衝撃減速度を達成するための方法およびシステムを開示する。簡単に言えば、この発明は、平均減速度が負荷とは無関係で同一であるように、積載状態の質量の決定された大幅な変化に比例して車両クラッシュ力を調整する手段を提供する。それによって、乗員拘束システムは、車両負荷に依存した減速度ではなく、車両特有の平均減速度に合わせられる。

　図１および図２は、車両１２の一定の平均減速度を達成するためのシステム１０のブロック図および概略図を示している。システム１０は、車両懸架装置内に設けられて積載状態の車両の総質量を測定する負荷センサ１４、乗員の質量を測定するシート負荷センサ１６、シートベルト使用センサ１８などの様々なセンサの組合せを含む。シートベルト使用センサ１８は、乗員の並進エネルギーが車両のクラッシュによって発散されるように車両の乗員が拘束されるかどうかを決定する。

　システム・コントローラ２０は、様々なセンサから入力を受信し、以下でより詳しく説明するように、積載状態の有効質量を基準積載状態標準車両質量（車両の拘束システムはこれに対して調整されていた）と比較し、次いで、それらの値の間に閾値比率差（ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ　ｐｅｒｃｅｎｔａｇｅ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅ）が存在するかどうかを決定する。次いで、衝撃が検出されると、コントローラ２０は任意の決定された質量差を使用して、１つまたは複数のエネルギー吸収構造２２のストローク力（ｓｔｒｏｋｉｎｇ　ｆｏｒｃｅ）を選択的に展開し（ｄｅｐｌｏｙ）、畳み込み（ｕｎｄｅｐｌｏｙ）または変更する。衝撃は衝撃センサ２４によって検出される。衝撃センサは、一般的に、市販で入手可能な既存の衝撃センサ、衝撃に関連する車両変形センサおよび／または頑丈な衝撃前センサ（ｐｒｅ−ｉｍｐａｃｔ　ｓｅｎｓｏｒ）（レーダなど）などがある。

　エネルギー吸収構造２２に加えられる任意の変更は、クラッシュ力を増大または低減させて積載質量に依存しない所望の一定の平均車両減速度が生成されるのに十分な数および程度であることが好ましい。拘束システムが軽積載状態に対して調整されている車両の場合、エネルギー吸収構造２２は車両クラッシュ力を増大させるように展開（すなわち、ストローク力を増大させるように調整）される。逆に、拘束システムが重積載状態に対して調整されている車両の場合、総車両クラッシュ力を低減するために、エネルギー吸収構造２２は「畳み込まれる」（すなわち、ストローク力を低減させるように調整される）。

　選択的に展開され得る適切なエネルギー吸収構造の例は、拡張可能空間充填クラッシュ構造（ｅｘｐａｎｄａｂｌｅ　ｓｐａｃｅ−ｆｉｌｌｉｎｇ　ｃｒｕｓｈ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）、プラスチックまたは金属製のベローなどの膨張可能構造、空気圧式または油圧式のストローク装置で使用されるピストン、および、一方向連動ラチェット式機構（ｏｎｅ−ｗａｙ　ｉｎｔｅｒｌｏｃｋｉｎｇ　ｒａｃｈｅｔ−ｔｙｐｅ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ）のストローク要素を含むが、これに限られるものではない。選択的に畳み込まれ得るエネルギー吸収構造の例は、圧縮可能空間充填クラッシュ構造および空気圧式または油圧式のストローク装置の初期伸張式ピストン（ｉｎｉｔｉａｌｌｙ　ｅｘｔｅｎｄｅｄ　ｐｉｓｔｏｎ）を含むが、これに限定されない。ストローク力を増減させるように調整できる装置の例は、（ブラウンの米国特許第４，８８６，２９５号で開示されているような、例えばオリフィス／流れ制限のサイズを変更することによって動作される）空気圧式および油圧式のストローク装置、および（印加磁場の変調により材料剪断力を変更することによって動作される）磁気粘性材（ｍａｇｎｅｔｏｒｈｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ｍａｔｅｒｉａｌ）ストローク装置を含むが、これに限定されない。

　図３は、本発明にしたがって車両の一定の平均減速度を達成するための方法１００の例を示すフロー図を示している。このシステムは、ブロック１０２に示すように、車両のイグニッションがオンにされると初期化される。イグニッションがオンの状態を保たない場合、方法１００は判定ブロック１０４からブロック１０６に進み、システムがシャットダウンされる。しかし、イグニッションがオンの状態を保つと仮定すると、方法１００は判定ブロック１０８に進む。車両が或る速度（例えば１ｋｍ／ｈ）を超えて進行していない場合、方法１００は判定ブロック１０４に戻る。そうでない場合、ブロック１１０で積載状態の車両の総質量が計算される。上述したように、積載状態の車両の総質量は、車両の懸架装置に配置された負荷センサ、および、乗員質量を決定するシートセンサならびにシートベルト使用センサによって計算される。

　積載状態の車両の総質量は、積載状態の車両の有効質量と必ずしも同じではないため、判定ブロック１１２で、車両の乗員全員がシートベルトをしているかどうかが判断される。シートベルトをしていない乗員がいる場合、方法１００はブロック１１４に進み、積載状態の車両の総質量からシートベルトをしていない乗員の質量を差し引くことによって、積載状態の車両の有効質量が計算され、判定ブロック１１６に進む。一方、車両の各乗員がシートベルトをしている場合、方法１００は判定ブロック１１６に進み、積載状態の車両の有効質量は車両の拘束システムの設計で使用される基準積載状態質量と比較される。これら２つの間に「大幅な」差、例えば、閾値比率差によって定義し得る差がある場合、方法１００は、以下で説明するブロック１１８に進む。しかし、積載状態の車両の有効質量と基準質量との間の差が閾値比率差を超えない場合、方法１００は単に判定ブロック１０８に戻るだけである。

　方法１００がブロック１１８に達する（すなわち、積載状態の車両の有効質量と基準質量との間に「大幅な」差が存在すると決定される）と、複数のエネルギー吸収構造のうちのどれが、そして幾つが車両のクラッシュ力を変更するように調整されるかを決定するために計算が行われる。次いで、方法１００は判定ブロック１２０に進み、車両内の１つまたは複数の衝撃センサによって衝撃が確認されたかどうかが決定される。衝撃が無ければ、積載状態の車両の有効質量に関する計算およびエネルギー吸収構造の展開は、こうした構造のストローク力を変更するために使用されない。したがって、方法は最初に戻ってこのプロセスを繰り返す。

　簡略化した例として、コントローラは閾値基準積載状態質量変動（ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ　ｂａｓｅｌｉｎｅ　ｌｏａｄｅｄ　ｍａｓｓ　ｖａｒｉａｔｉｏｎ）が１０％であるとしてプログラムされていると仮定する。つまり、クラッシュ力は、積載状態の車両の有効質量が基準積載状態質量と±１０％以上異なる場合に変更される。さらに、個々のエネルギー吸収装置は、展開されたとき、畳み込まれたとき、またはその両方のとき、１０％だけストローク力を増大または低減させると仮定する。車両の衝撃期間に、積載状態の車両の有効質量が基準積載状態質量と例えば＋５％異なる場合は、閾値が満たされていないため、いずれのエネルギー吸収構造も変更されない。

　車両の衝撃期間に、積載状態の車両の有効質量が基準積載状態質量と例えば−１５％異なると、エネルギー吸収構造の１つがそのストローク力を１０％だけ低減し、その特定の１つの吸収構造は衝撃区域によって決まる。さらに別の例で、積載状態の車両の有効質量が基準積載状態質量と例えば＋２５％異なる場合、エネルギー吸収構造のうちの２つがそれぞれそのストローク力を１０％増大させる。ただし、当然のことながら、閾値比率およびストローク力の増減の割合は本質的に例であり、異なる割合を使用できる。

　さらに、方法１００は、例えばレーダシステムなど頑丈な感知装置を使用して緊急衝撃を検出することもできる。したがって、図３に示すように、判定ブロック１２０で実際の衝撃が検出されなかった場合、方法１００は判定ブロック１２２に進み、緊急衝撃が検出されるかどうかが更に決定される。実際の衝撃も緊急衝撃も検出されない場合、方法１００は判定ブロック１０４に戻る。しかし、実際の衝撃または緊急衝撃が検出された場合、方法１００はブロック１２４に進み、特定の衝撃場所（前部、側面、後部など）が類別される。最後にブロック１２６で、前の計算および衝撃／緊急衝撃の形式に基づいて、ブロック１１８で識別されたエネルギー吸収構造が展開される。

　図４は、基準積載状態質量（２０８テスト）、積載状態の最大動作質量、および、積載状態の最小動作質量で行われた、一定のクラッシュ力Ｆ（ｄ）を有する通常の車両の衝撃テストのシミュレーション結果を示す表である。基準積載状態質量の場合、テスト車両は、満タンの燃料タンクと９０ｋｇの乗員２人を含む約１０３０ｋｇの動作質量を有していた。基準積載状態質量の車両の衝撃後、平均車両減速度は「ａ」であり、その結果のクラッシュ距離は「Ｄ」で与えられる。

　テスト車両に積荷が満載されたとき、車両は、満タンの燃料タンクおよび９０ｋｇの乗員５人を含む１４３０ｋｇの動作質量を有していた。この増加した積載質量の車両の衝撃後、平均減速度は０．７２ａまで低減したが、クラッシュ距離は１．３９Ｄまで延びた。逆に、テスト車両に最小限の積荷が積載されたとき、燃料タンクはほとんど空で、４５ｋｇの乗員が１人であった。その結果、衝撃により、１．１８ａというより高い平均減速度、および０．８４Ｄというより短いクラッシュ距離が生成された。

　図４のテストデータの例からわかるように、積載状態の車両の質量変動は、平均車両（およびシートベルトをした乗員）減速度およびクラッシュ距離の面で乗員拘束システムに影響を与える。積載状態の車両の質量が標準より重い場合、衝撃後の平均車両（およびシートベルトをした乗員）減速度は小さいが、それに関係してクラッシュ距離が延び、より大きい車両変形を生じる。したがって、１つまたは複数のエネルギー吸収構造のストローク力を増大させる能力を備えることによって、衝撃からの平均減速度を乗員拘束システムの設計パラメータに対応する値（例えば平均減速度「ａ」）まで増加させることができ、クラッシュ距離を「Ｄ」まで短縮させることができる。積載状態の車両の質量が標準より軽い場合、衝撃後のクラッシュ距離は短縮されるが、同時に平均車両（およびシートベルトをした乗員）減速度が増加する。１つまたは複数のエネルギー吸収構造のストローク力を低減させる能力を備えることによって、クラッシュ距離を約「Ｄ」の値まで延ばすことができ、それによって平均乗員減速度を約「ａ」の値まで低減させることができる。

　本発明を好ましい実施の形態に関連して説明してきたが、当分野の技術者であれば理解するように、本発明の範囲から逸脱することなく様々な変更を加えることができ、均等物をその要素の代わりに使用できる。さらに、本発明の本質的な範囲から逸脱することなく多くの変更を加えて、特定の状況または材料を本発明の教示に適合させることができる。したがって、本発明は、本発明を実施するよう企図された最適な様式として開示された特定の実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲内のすべての実施の形態を含むものとする。

本発明の一つの実施の形態にしたがって車両の一定の平均減速度を達成するためのシステムを示すブロック図である。 図１に示すシステムの概略図である。 図１および図２のシステムで実施できる、車両の一定の平均減速度を達成するための方法の例を示すフロー図である。 基準積載状態質量、積載状態の最大動作質量、および、積載状態の最小動作質量で行われた、一定のクラッシュ力を有する通常の車両の衝撃テストのシミュレーション結果を示す表である。

符号の説明

　１０　システム
　１２　車両
　１４　負荷センサ
　１６　シート負荷センサ
　１８　シートベルト使用センサ
　２０　コントローラ
　２２　エネルギー吸収構造
　２４　衝撃センサ

Claims (16)

1. 　車両の一定の平均減速度を達成する方法であって、
   　積載状態の車両の有効質量を基準積載状態質量と比較するステップと、
   　積載状態の車両の前記有効質量が少なくとも指定された割合だけ前記基準積載状態質量と異なるとき、車両の衝撃検出時に、車両のクラッシュ力を変更するように車両内のエネルギー吸収構造を調整し、車両の所望の平均減速度を達成するステップと、
   を含む方法。
2. 　請求項１に記載の方法であって、
   　積載状態の車両の総質量を決定するステップと、
   　前記乗員が車両内で拘束されているかどうかを示す乗員質量・拘束ステータス情報を車両の乗員ごとに決定するステップと、
   　積載状態の車両の前記総質量および前記乗員質量・拘束ステータス情報に基づいて、積載状態の車両の前記有効質量を計算するステップと、
   をさらに備える方法。
3. 　請求項２に記載の方法であって、積載状態の車両の前記有効質量が少なくとも前記指定された割合だけ前記基準積載状態質量を超えたとき、少なくとも１つの選択されたエネルギー吸収構造のストローク力を車両衝撃検出時に増大させる方法。
4. 　請求項２に記載の方法であって、積載状態の車両の前記有効質量が少なくとも前記指定された割合だけ前記基準積載状態質量より少ないとき、少なくとも１つの選択されたエネルギー吸収構造のストローク力を車両衝撃検出時に低減させる方法。
5. 　請求項２に記載の方法であって、積載状態の車両の前記有効質量が少なくとも前記指定された割合だけ前記基準積載状態質量を超えたとき、少なくとも１つの選択されたエネルギー吸収構造のストローク力を車両衝撃検出時に増大させ、積載状態の車両の前記有効質量が少なくとも前記指定された割合だけ前記基準積載状態質量より少ないとき、少なくとも１つの選択されたエネルギー吸収構造のストローク力を車両衝撃検出時に低減させる方法。
6. 　請求項５に記載の方法であって、前記少なくとも１つの選択されたエネルギー吸収構造が、拡張式空間充填破砕構造、膨張構造、金属製ベロー、ピストン、圧縮式空間充填破砕構造、空気圧式ストローク装置、油圧式ストローク装置および磁気粘性材ストローク装置のうちの少なくとも１つを含む方法。
7. 　請求項２に記載の方法であって、積載状態の車両の前記総質量が車両内の負荷センサから決定され、前記乗員質量・拘束ステータス情報が車両内のシート負荷センサおよびシートベルト使用センサから決定される方法。
8. 　車両の一定の平均減速度を達成する方法であって、
   　積載状態の車両の総質量を決定するステップと、
   　車両の乗員ごとに、前記乗員が車両内で拘束されているかどうかを示す乗員質量・拘束ステータス情報を決定するステップと、
   　積載状態の車両の前記総質量および前記乗員質量・拘束ステータス情報に基づいて、積載状態の車両の前記有効質量を計算するステップと、
   　積載状態の車両の前記有効質量を基準積載状態質量と比較するステップと、
   　積載状態の車両の前記有効質量が少なくとも指定された割合だけ前記基準積載状態質量と異なるとき、車両の衝撃または緊急車両衝撃の検出時に、車両のクラッシュ力を変更するように車両内のエネルギー吸収構造を調整し、車両の所望の平均減速度を達成するステップと、
   を備える方法。
9. 　請求項８に記載の方法であって、積載状態の車両の前記有効質量が少なくとも前記指定された割合だけ前記基準積載状態質量を超えたとき、少なくとも１つの選択されたエネルギー吸収構造のストローク力を車両衝撃検出時に増大させ、
   　積載状態の車両の前記有効質量が少なくとも前記指定された割合だけ前記基準積載状態質量より少ないとき、少なくとも１つの選択されたエネルギー吸収構造のストローク力を車の衝撃検出時に減少させる方法。
10. 　請求項９に記載の方法であって、前記少なくとも１つの選択されたエネルギー吸収構造が、拡張式空間充填破砕構造、膨張構造、金属製ベロー、ピストン、圧縮式空間充填破砕構造、空気圧式ストローク装置、油圧式ストローク装置および磁気粘性材ストローク装置のうちの少なくとも１つを含む方法。
11. 　請求項９に記載の方法であって、積載状態の車両の前記総質量が車両内の負荷センサから決定され、前記乗員質量が車両内のシート負荷センサから決定され、前記乗員質量・拘束ステータス情報が車両内のシートベルト使用センサから決定される方法。
12. 　請求項９に記載の方法であって、前記車両の衝撃が車両内の少なくとも１つの衝撃センサから決定され、前記緊急車両衝撃が車両内の少なくとも１つの頑丈な衝撃前センサから決定される方法。
13. 　車両の一定の平均減速度を達成するためのシステムであって、
    　システム・コントローラと、
    　車両内に含まれ、前記システム・コントローラと通信する複数の負荷センサと、
    　車両内にあり、前記システム・コントローラと通信する複数のシート負荷センサと、
    　車両内にあり、前記システム・コントローラと通信する複数のシートベルト使用センサと、
    　前記システム・コントローラと通信する、車両の衝撃を検出するための少なくとも１つの衝撃センサと、
    　車両内の少なくとも１つのエネルギー吸収構造と、
    　を備え、
    　積載状態の車両の有効質量が少なくとも指定された割合だけ基準積載状態質量と異なるとき、前記システム・コントローラによって、前記少なくとも１つのエネルギー吸収構造が車両のクラッシュ力を変更するように調整され、車両の所望の平均減速度を達成するシステム。
14. 　請求項１３に記載のシステムであって、前記システム・コントローラが、前記負荷センサから積載状態の車両の総質量を決定し、前記複数のシート負荷センサおよび前記複数のシートベルト使用センサから、車両のシートベルトをしていない乗員の質量を示す乗員質量・拘束ステータス情報を車両の乗員ごとに決定し、
    　シートベルトをしていない乗員の質量だけ積載状態の車両の前記総質量を低減する
    　ことによって、積載状態の車両の前記有効質量を計算するシステム。
15. 　請求項１３に記載のシステムであって、積載状態の車両の前記有効質量が少なくとも前記指定された割合だけ前記基準積載状態質量を超えたとき、少なくとも１つの選択されたエネルギー吸収構造のストローク力を車両衝撃検出時に増大させ、
    　積載状態の車両の前記有効質量が少なくとも前記指定された割合だけ前記基準積載状態質量より少ないとき、少なくとも１つの選択されたエネルギー吸収構造のストローク力を車両衝撃検出時に低減させるシステム。
16. 　請求項９に記載の方法であって、前記少なくとも１つの選択されたエネルギー吸収構造が、拡張式空間充填破砕構造、膨張構造、金属製ベロー、ピストン、圧縮式空間充填破砕構造、空気圧式ストローク装置、油圧式ストローク装置および磁気粘性材ストローク装置のうちの少なくとも１つを含む方法。

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