(57)【要約】【課題】  車両の乗員の落下や転倒よりも早いタイミングで衝突の発生を判定する。【解決手段】  車両の乗員が着用する乗員保護装置12は、エアバッグと、乗員の前後方向、前後方向に直交する水平方向、鉛直方向の三軸の加速度を検出する加速度センサ15と、水平方向の軸回りの角速度を検出する角速度センサ16と、車両の衝突を検出するとエアバッグを膨張させる信号を出力する制御部13とを有する。制御部13は、加速度センサ15から入力される三軸の加速度、および、角速度センサ16から入力される角速度から乗員が受けた加速度を演算して、乗員の加速度が所定の閾値を超えた場合に車両の衝突が発生したと判定する。【選択図】  図2
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両の乗員が着用する乗員保護装置であって、
エアバッグと、
前記乗員の前後方向、前記前後方向に直交する水平方向、鉛直方向の三軸の加速度を検出する加速度センサと、
前記水平方向の軸回りの角速度を検出する角速度センサと、
前記車両の衝突を検出すると前記エアバッグを膨張させる信号を出力する制御部とを有し、
前記制御部は、前記加速度センサから入力される三軸の加速度、および、前記角速度センサから入力される角速度から前記乗員が受けた加速度を演算して、前記乗員の加速度が所定の閾値を超えた場合に前記車両の衝突が発生したと判定することを特徴とする乗員保護装置。
【請求項２】
前記角速度は、前記演算における前記鉛直方向の加速度の重みを加減するために用いられることを特徴とする請求項1に記載された乗員保護装置。
【請求項３】
前記鉛直方向の加速度の重み付けは、前記角速度の大きさに応じてステップ状に変化する関数を前記鉛直方向の加速度に乗算することにより行われることを特徴とする請求項2に記載された乗員保護装置。
【請求項４】
前記角速度センサは、前記乗員の腰近傍に対応する前記乗員保護装置の位置に配置されることを特徴とする請求項1から請求項3の何れか一項に記載された乗員保護装置。
【請求項５】
前記乗員の背に対応する前記乗員保護装置の位置に前記エアバッグのインフレータが配置され、前記インフレータの下方に前記角速度センサが配置されることを特徴とする請求項1から請求項3の何れか一項に記載された乗員保護装置。
【請求項６】
前記加速度センサおよび前記角速度センサは、前記乗員保護装置を前記乗員に締結する締結ベルトに固定されることを特徴とする請求項1から請求項3の何れか一項に記載された乗員保護装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の乗員（特に鞍乗り型車両の乗員）の負傷を軽減するための乗員保護装置に関する。ここで、鞍乗り型車両とは、自動二輪車（スクータを含む）、四輪バギーなどの不整地走行車、スノーモービル等を含む。
【背景技術】
【０００２】
自動二輪車等の鞍乗り型車両の乗員の負傷を軽減するための衣類としてエアバックジャケットが知られている。例えば、所定値を超える外力が車体に加わったことを車体またはエアバックジャケットに設けられた加速度センサ等が検知すると、エアバックジャケットに内蔵したエアバックを膨張させる。
【０００３】
特許文献1が開示する技術は、エアバックジャケットに設けた複数の角速度センサの信号からリスク関数の値を算出する。そして、リスク関数の値が所定値を超えると、車両から乗員が落下すると判断して、エアバックを膨張させる信号（以下、エアバック膨張信号）を発生する。
【０００４】
特許文献1の技術は、乗員の落下を予測するために、主に二軸の角速度の二乗線形結合によりリスク関数の値を演算する（例えば3頁の15-16行目）。しかし、車両が衝突した場合の乗員保護を目的とする場合、特許文献1の技術は、エアバッグ膨張信号の出力タイミングが遅くなる問題がある。
【０００５】
例えば自動車と自動二輪車が衝突すると、多くの場合、自動二輪車の乗員は自動二輪車から突き出され路面に落下する。そこで、乗員の落下や転倒よりも早いタイミングで、加速度センサにより衝突時の突き上げ衝撃を検知して、エアバック膨張信号を出力する手法が考えられる。しかし、自動二輪車の走行中に路面状況（通常走行範囲内の悪路走行や段差乗り越しなど）により車両が突き上げられて加速度が発生する場合がある。従って、衝突による加速度の上昇か、路面状況による加速度の上昇かを区別し難い問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第2008/050290号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、車両の乗員の落下や転倒よりも早いタイミングで衝突の発生を判定することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、前記の目的を達成する一手段として、以下の構成を備える。
【０００９】
請求項1の発明は、車両の乗員が着用する乗員保護装置であって、エアバッグと、前記乗員の前後方向、前記前後方向に直交する水平方向、鉛直方向の三軸の加速度を検出する加速度センサと、前記水平方向の軸回りの角速度を検出する角速度センサと、前記車両の衝突を検出すると前記エアバッグを膨張させる信号を出力する制御部とを有し、前記制御部は、前記加速度センサから入力される三軸の加速度、および、前記角速度センサから入力される角速度から前記乗員が受けた加速度を演算して、前記乗員の加速度が所定の閾値を超えた場合に前記車両の衝突が発生したと判定することを特徴とする。
【００１０】
請求項2の発明は、前記角速度は、前記演算における前記鉛直方向の加速度の重みを加減するために用いられることを特徴とする。
【００１１】
請求項3の発明は、前記鉛直方向の加速度の重み付けは、前記角速度の大きさに応じてステップ状に変化する関数を前記鉛直方向の加速度に乗算することにより行われることを特徴とする。
【００１２】
請求項4の発明は、前記角速度センサは、前記乗員の腰近傍に対応する前記乗員保護装置の位置に配置されることを特徴とする請求項1から請求項3の何れか一項に記載された乗員保護装置。
【００１３】
請求項5の発明は、前記乗員の背に対応する前記乗員保護装置の位置に前記エアバッグのインフレータが配置され、前記インフレータの下方に前記角速度センサが配置されることを特徴とする。
【００１４】
請求項6の発明は、前記加速度センサおよび前記角速度センサは、前記乗員保護装置を前記乗員に締結する締結ベルトに固定されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
請求項1の発明によれば、車両の乗員の落下や転倒よりも早いタイミングで衝突の発生を判定することができる。
【００１６】
請求項2の発明によれば、通常走行時の路面からの突き上げ衝撃による誤判定リスクを低減することができる。
【００１７】
請求項3の発明によれば、車両衝突時の突き上げ衝撃を判定に有効に利用することができる。
【００１８】
請求項4、5の発明によれば、車両衝突時の角速度をより早く検出して、衝突の発生から衝突の判定までの時間を短縮することができる。
【００１９】
請求項6の発明によれば、乗員の動きを遅れなく検出して、衝突の発生から衝突の判定までの時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施例の乗員保護装置を装着した乗員が自動二輪車に搭乗した様子を示す図。
【図２】乗員保護装置の詳細を示す図。
【図３】制御回路の構成例を示すブロック図。
【図４】加速度Gzの上昇と角速度ωyの上昇の関係例を示す図。
【図５】重み関数の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明にかかる実施例の乗員保護装置を図面を参照して詳細に説明する。なお、乗員保護装置は、車両衝突時、車両から落下または転倒した乗員を衝突相手の車両、ガードレール、標識、縁石などの障害物、路面（地面）や建造物から保護可能な所謂エアバッグジャケットである。
【００２２】
［装置の構成］
図1は実施例の乗員保護装置12を装着した乗員11が自動二輪車10に搭乗した様子を示す図である。図2は乗員保護装置12の詳細を示す図である。なお、自動二輪車10は鞍乗り型車両の一例である。また、図1には一人乗りの例を示すが、二人乗りの場合は同乗者（非運転者）も乗員保護装置12を着用することができる。
【００２３】
乗員保護装置12の背面（乗員11の背側）には制御回路13と、エアバッグを膨張させるためのインフレータ17が備わる。エアバッグは図示しないが、乗員11を保護するために乗員保護装置12の略全体に配置されている。締結ベルト14は、乗員保護装置12を乗員11に締結するための手段である。締結ベルト14の背側（乗員保護装置12の下部かつ乗員11の腰近傍）には三軸加速度センサ15と一軸角速度センサ16が備わる。
【００２４】
加速度センサ15は、図2に示す自動二輪車10の進行方向に関連する前後方向（x方向）の加速度Gx、x方向に直交する水平方向（y方向、進行方向に対して左右方向）の加速度Gy、突き上げ方向に関連する鉛直方向（z方向）の加速度Gzを検出する。また、角速度センサ16は、図2に示すピッチ方向（y軸回り）の角速度ωyを検出する。
【００２５】
本実施例の乗員保護装置12は、その内部に車両衝突を検知するための手段を備え、乗員11の落下を検知するための車両に連結するワイヤや、車速や車体加速度などの外部情報を利用せずに車両の衝突を検知することができる。
【００２６】
［制御回路］
図3は制御回路13の構成例を示すブロック図である。
【００２７】
信号取得回路21は、所定の間隔で加速度センサ15が出力する加速度信号Gx、Gy、Gz、および、角速度センサ16が出力する角速度信号ωyを取得するセンサインタフェイスである。信号取得回路21は、後段がアナログ処理回路の場合は取得した信号を適切な信号レベル（例えば電圧レベル）に増幅し、後段がディジタル処理回路の場合は取得した信号をディジタル信号に変換するアナログ-ディジタル(AD)変換を行う。また、センサが電力を必要とする場合、信号取得回路21はセンサに電力を供給する機能を有する。
【００２８】
フィルタ回路22は、信号取得回路21から入力される各信号に必要なフィルタ処理を施す。演算回路23は、フィルタ回路22から入力される各信号に後述する演算を施して乗員11が受けた加速度Grを算出する。判定回路24は、演算回路23から入力される加速度信号Grが所定の閾値を超えると車両衝突が発生したと判定して、エアバックを膨張させるために、エアバッグ膨張信号をインフレータ17に出力する。
【００２９】
なお、制御回路13の電源は、図示しないバッテリから供給される。このバッテリには、乾電池のような一次電池、例えば自動二輪車10のバッテリから充電可能な二次電池、乗員保護装置12の表面に配置された太陽電池から充電可能な二次電池などが利用可能である。
【００３０】
［演算回路］
演算回路23は、例えば式(1)による、加速度信号の二乗線形結合により加速度Grを算出する。
Gr = √(Gx2 + Gy2 + W(ωy)・Gz2)      …(1)
【００３１】
式(1)において、加速度Gx、Gzは主に車両10の前後方向の衝突の検出を目的とし、加速度Gyは主に車両10の側面方向の衝突の検出を目的とする。とくに、加速度Gzに対して角速度ωyを変数とする重み関数値W(ωy)を乗算する。
【００３２】
突き上げ方向の加速度Gzと重み関数値W(ωy)の乗算は、自動二輪車10の走行中の路面状況（通常走行範囲内の悪路走行や段差乗り越しなど）を考慮したものである。つまり、悪路走行や段差乗り越しなどにおいて、乗員11は、自動二輪車10のリヤホイールが路面ギャップを通過する際に発生する突き上げ衝撃を受ける。
【００３３】
図4は加速度Gzの上昇と角速度ωyの上昇の関係例を示す図である。突き上げ衝撃を受けた際の乗員11の挙動においては、図4(a)に示すように、加速度Gzの上昇に対して、角速度ωyの上昇が時間的に遅れて発生する。一方、車両衝突時の乗員11の挙動においては、図4(b)に示すように、加速度Gzの上昇に対する角速度ωyの上昇の時間的な遅れは、通常走行時に突き上げ衝撃を受けた場合に比べて少ない。さらに、図4に示すように、悪路走行や段差乗り越しを含む通常走行時の角速度ωyは、車両衝突時に比べて、その絶対値が小さい。従って、演算回路23により、加速度Gzを角速度ωyで重み付けした演算を行えば、通常走行時の加速度Gzの影響を低減した演算結果である加速度Grが得られる。
【００３４】
上述したように、重み関数Wは角速度ωyの大きさによって、突き上げ方向の加速度Gzを重み付けする役割を有する。言い換えれば、角速度ωyは、加速度Grの演算における突き上げ方向の加速度Gzの重みを加減するために用いられる。これにより、通常走行時の路面からの突き上げ衝撃による判定回路24の誤判定リスクを低減し、車両衝突時の突き上げ衝撃を判定に有効に利用することができる。
【００３５】
図5は重み関数Wの一例を示す図である。図5(a)に示す重み関数Wは、式(2)に示すように、条件分岐によるステップ状の重み変化を示す。
if (ωy ＜ th)
W(ωy) = WLo；
else
W(ωy) = WHi；      …(2)
ここで、WLo＜WHi。
【００３６】
また、図5(b)に示す重み関数Wは、式(3)に示すように、指数関数を用いた勾配をもつ重み変化を示す。
W(ωy) = (WHi-WLo)/[1 + exp{-a(ωy-th)}] + WLo      …(3)
ここで、aは勾配を決める係数。
【００３７】
［フィルタ回路］
フィルタ回路22は、スパイクノイズ等を除去して誤判定リスクを低減するために、加速度センサ15、角速度センサ16から取得された各信号にフィルタ処理を施す。そのフィルタとして、バンドパスフィルタ、メディアンフィルタ、移動平均、区分積分などが適用可能である。勿論、これらフィルタを組み合わせて利用することも可能である。
【００３８】
さらに、スパイクノイズ等による誤判定リスクを低減するために、演算回路23が出力する加速度信号Grをフィルタ処理する回路を判定回路24にもたせてもよい。そのフィルタとしても、バンドパスフィルタ、メディアンフィルタ、移動平均、区分積分、あるいは、これらフィルタを組み合わせが利用可能である。
【００３９】
［センサの配置］
上述したように、三軸加速度センサ15と一軸角速度センサ16は、乗員保護装置12の背面下部（乗員11の腰近傍）に配置される。なお、一軸角速度センサ16だけを乗員保護装置12の背面下部に配置してもよい。あるいは、乗員11の背に対応する乗員保護装置12の位置にエアバッグのインフレータや制御回路13を配置し、その下方に少なくとも角速度センサ16を配置する構成でもよい。
【００４０】
なお、締結ベルト14と、三軸加速度センサ15および一軸角速度センサ16の間はプロテクタを介してもよい。また、三軸加速度センサ15および一軸角速度センサ16は制御回路13内に組み込まれていてもよい。
【００４１】
車両衝突時、乗員11は自動二輪車10の進行方向に向かって突き出される可能性が高い。従って、乗員保護装置12の前面（乗員11の腹部近傍）、あるいは、乗員保護装置12の上部（乗員11の胸、肩または首近傍）に角速度センサ16を配置する場合に比べて、車両衝突時の角速度ωyをより早く検出することができる。つまり、乗員保護装置12の背面下部に角速度センサ16を配置することで、衝突の発生から衝突の判定までの時間を短縮することができる。
【００４２】
また、乗員11の動きに対して、乗員11が着用する乗員保護装置12の動きは若干遅れる可能性がある。本実施例において、加速度センサ15と角速度センサ16は、乗員保護装置12を乗員11に締結する締結ベルト14に固定されているため、乗員11の動きを遅れなく検出することができ、衝突の発生から衝突の判定までの時間を短縮することができる。
【００４３】
このように、主に加速度演算を用いて車両の衝突を検知することで、主に角速度演算を用いて人員11の落下を検知する場合にエアバッグ膨張信号の出力タイミングが遅くなる問題を解決することができる。
【００４４】
さらに、三軸の加速度を単純に合成して人員11が受けた加速度とせずに、突き上げ方向の加速度Gzを角速度ωyによって重み付けする。その結果、通常走行時の突き上げ衝撃に起因する誤判定リスクを低減し、車両衝突時の突き上げ衝撃を判定に有効に利用することができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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