(57)【要約】【課題】車種毎にロールオーバー試験や試験データのキャリブレーション等を行うことなく、車両の横転判断のための閾値を適切に設定でき、極めて効率的に高精度な車両の横転判断を実現することが可能な車両横転検出装置及び車両乗員保護システムを提供する。【解決手段】車両毎に異なる値である車両構造パラメータをＥＥＰＲＯＭ３に記憶させておく。そして、車両横転判断部４において、ＥＥＰＲＯＭ３に記憶された車両構造パラメータを用いて車両横転判断のための基本閾値を設定し、ロール角速度センサ１からの信号に基づいて算出された現在の車両の回転に伴う運動エネルギと、回転により移動する重心の位置エネルギとが、前記基本閾値、或いはこの基本閾値を補正した閾値を越えたときに、車両が横転する状態にあると判断する。【選択図】      図１
2004262316.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両のロール角速度を検出するロール角速度検出手段（１）と、
車両の構造パラメータを記憶する記憶手段（３）と、
前記ロール角速度検出手段（１）によって検出されたロール角速度に基づいて、車両のロール時における位置エネルギと運動エネルギとを算出し、これら算出した位置エネルギと運動エネルギとが、前記記憶手段（３）に記憶された車両構造パラメータを用いて設定された閾値を越えたときに、車両が横転すると判断する車両横転判断手段（４）とを備えることを特徴とする車両横転検出装置。
【請求項２】
車両に加わる横方向の加速度を検出する加速度検出手段（２）を更に備え、
前記車両横転判断手段（４）が、前記加速度検出手段（２）によって検出された車両に加わる横方向の加速度の状態に応じて、前記閾値に補正を加えることを特徴とする請求項１に記載の車両横転検出装置。
【請求項３】
前記車両に加わる横方向の加速度の状態に応じた補正係数が前記記憶手段（３）に記憶され、
前記車両横転判断手段（４）は、前記記憶手段（３）に記憶された補正係数を用いて前記閾値に対する補正を行うことを特徴とする請求項２に記載の車両横転検出装置。
【請求項４】
請求項１乃至３の何れかに記載の車両横転検出装置により車両が横転すると判断されたときに、乗員保護装置を作動させることを特徴とする車両乗員保護システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両の横転（ロールオーバー）を検出する車両横転検出装置及びこれを用いた車両乗員保護システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、車両の横転時にカーテンエアバッグやシートベルトプリテンショナ、アクティブロールバー等の乗員保護装置を作動させて、車両の横転に伴う衝撃から乗員を保護する車両乗員保護システムが種々提案されている。このような車両乗員保護システムにおいては、確実に車両が横転すると判断されるときに乗員保護装置を適切に作動させることが求められ、車両の横転判断を極めて高精度に行うことが要求されている。
【０００３】
従来の乗員保護システムにおいて、このような車両の横転判断は、車両の前後軸を中心とした回転（ロール）の角速度（ロール角速度）と、この回転による車両の傾斜角（ロール角度）との関係に基づいて行われているのが一般的である（例えば、特許文献１参照。）。そして、ロール角速度とロール角度との関係から車両の横転を判断する場合、横転と判断されるときのロール角速度及びロール角度の取り得る値が車種毎に異なることから、通常は、実車を用いたロールオーバー試験を行い、その試験データを基に、ロールオーバー試験と、非ロールオーバー試験、及びラフロード試験を切り分けるためのキャリブレーションを実施している。そして、このキャリブレーションによって車両の横転を判断するための閾値を設定しており、車両運転中に検出された車両のロール角速度とロール角度とが設定された閾値を越えたときに、車両が横転する状態にあると判定するようにしている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−１６４９８５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、以上のような従来の技術では、車両横転判断の閾値を設定するために、車種毎にロールオーバー試験を繰り返し行って、得られた試験データ波形を基にキャリブレーションを行う必要があり、車両の横転判断を実現するために要する労力やコストが多大なものとなっているため、その改善が望まれている。
【０００６】
本発明は、以上のような従来の実情に鑑みて創案されたものであって、車種毎にロールオーバー試験や試験データのキャリブレーション等を行うことなく、車両の横転判断のための閾値を適切に設定でき、極めて効率的に高精度な車両の横転判断を実現することが可能な車両横転検出装置及び車両乗員保護システムを提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、車両の走行形態によっては、その横転モデルが車両の静止時における横転モデルとほぼ等価のものと考えられる場合があり、そのような横転モデルにおいては、車両の重心高やトレッド幅、慣性モーメント等の車両構造パラメータを用い、ロール中の車両の位置エネルギと運動エネルギの状態から車両の横転を適切に判断できることを見出すに至った。そして、このような横転判断を行う場合には、横転判断に必要な車両構造パラメータを車種毎に書き換えることによって、あらゆる車種において適切な横転判断が可能となる。
【０００８】
本発明は、以上のような知見に基づいて創案されたものであり、請求項１に記載の車両横転検出装置は、車両のロール角速度を検出するロール角速度検出手段と、車両の構造パラメータを記憶する記憶手段と、前記ロール角速度検出手段によって検出されたロール角速度に基づいて、車両のロール時における位置エネルギと運動エネルギとを算出し、これら算出した位置エネルギと運動エネルギとが、前記記憶手段に記憶された車両構造パラメータを用いて設定された閾値を越えたときに、車両が横転すると判断する車両横転判断手段とを備えることを特徴としている。
【０００９】
また、請求項２に記載の車両横転検出装置は、請求項１に記載の車両横転検出装置において、車両に加わる横方向の加速度を検出する加速度検出手段を更に備え、前記車両横転判断手段が、前記加速度検出手段によって検出された車両に加わる横方向の加速度の状態に応じて、前記閾値に補正を加えることを特徴とするものである。
【００１０】
また、請求項３に記載の車両横転検出装置は、請求項１に記載の車両横転検出装置において、前記車両に加わる横方向の加速度の状態に応じた補正係数が前記記憶手段に記憶され、前記車両横転判断手段が、前記記憶手段に記憶された補正係数を用いて前記閾値に対する補正を行うことを特徴とするものである。
【００１１】
また、請求項４に記載の車両乗員保護システムは、請求項１乃至３の何れかに記載の車両横転検出装置により車両が横転すると判断されたときに、乗員保護装置を作動させることを特徴とするものである。
【００１２】
【発明の効果】
本発明によれば、記憶手段に記憶された車両構造パラメータを用いて、ロール中の車両の位置エネルギと運動エネルギの状態から車両の横転を適切に判断できるので、車両毎に異なる車両構造パラメータを書き換えるのみで、あらゆる車種に容易に対応することが可能となる。したがって、車種毎に実車を用いたロールオーバー試験や試験データのキャリブレーションを行う必要がなく、精度の高い車両の横転判断を極めて効率的に実現することが可能となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００１４】
本発明を適用した車両乗員保護システムの全体構成を図１に示す。この車両乗員保護システムは、車両が横転（ロールオーバー）するかどうかを判断して、横転すると判断した場合にカーテンエアバッグやシートベルトプリテンショナ、アクティブロールバー等の乗員保護装置を作動させることで、車両横転時における乗員の保護を図るものであり、ロール角速度センサ１や横Ｇセンサ２、ＥＥＰＲＯＭ３、車両横転判断部４、傾斜センサ５、乗員保護装置作動部６等を備えて構成される。
【００１５】
ロール角速度センサ１は、車両の前後軸を中心とした回転（ロール）の角速度（ロール角速度）を検出するものである。このロール角速度センサ１からの出力信号は、高周波ノイズ除去用フィルタ（ＬＰＦ：Ｌｏｗ  Ｐａｓｓ  Ｆｉｌｔｅｒ）７でフィルタリングされた後、Ａ／Ｄコンバータ８でＡＤ変換されて、車両横転判断部４に読み込まれる。
【００１６】
横Ｇセンサ２は、車両横方向の加速度（横Ｇ）を検出するものである。この横Ｇセンサ２からの出力信号は、高周波ノイズ除去用フィルタ（ＬＰＦ）９でフィルタリングされた後、Ａ／Ｄコンバータ１０でＡＤ変換されて、車両横転判断部４に読み込まれる。
【００１７】
ＥＥＰＲＯＭ３は、車両の構造パラメータを記憶しておくものである。本発明を適用した車両乗員保護システムにおいては、詳細を後述するように、このＥＥＰＲＯＭ３に記憶された車両構造パラメータを用いて、車両横転判断部４において車両の横転が判断されるようになっている。
【００１８】
車両横転判断部４は、ロール角速度センサ１からの信号に基づいて、現在の車両の回転に伴う運動エネルギと、回転により移動する重心の位置エネルギとをそれぞれ算出し、これら運動エネルギと位置エネルギとが所定の閾値を越えたときに、車両が横転すると判断するものである。
【００１９】
ここで、車両横転判断部４における横転判断の具体的手法について説明する。車両の片側２車輪を固定軸（車輪と路面との摩擦係数が無限大）とした場合の車両の横転は、図２の車両横転モデルに基づいて考察される。図２において、ＯＧは車両の重心位置、Ｈは車両の重心高、Ｌは車輪接地面から重心位置までの距離、Ｗはトレッド幅、Ｍは車両重量、ｇは重力加速度（９．８ｍ／ｓｅｃ２）をそれぞれ示している。
【００２０】
この図２に示す横転モデルから、車両の回転（ロール）に伴って移動する現在の重心の位置エネルギＸは、下記式（１）によって求められる。ここで、Φは、ロール角速度センサ１から得られる角速度信号（ｄｅｇ／ｓｅｃ）の積分値（∫Φｄｔ）で求められる車両ロール角度であり、ΦＯは９０度からＳＳＡ（Ｓｔａｔｉｃ  Ｓｔａｂｉｌｉｔｙ  Ａｎｇｌｅ）を引いた角度（９０−ａｒｃｔａｎ（（Ｗ／２）／Ｈ））である。なお、ＳＳＡは、車両の重心位置（ＯＧ）が最も高くなるときのロール角度Φを示すものであり、ａｒｃｔａｎ（（Ｗ／２）／Ｈ）で表される。
【００２１】
Ｘ＝Ｍｇ（Ｌｓｉｎ［ΦＯ＋Φ］−Ｈ）  ・・・（１）
また、図２に示す横転モデルから、車両の回転（ロール）に伴う運動エネルギＹは、下記式（２）によって求められる。ここで、ＩＯは重心（ＯＧ）回りの慣性モーメントであり、また、ωは、ロール角速度センサ１から得られる角速度信号（ｄｅｇ／ｓｅｃ）をｒａｄ／ｓｅｃ単位に置き換えた値である。
【００２２】
Ｙ＝１／２（ＩＯ＋ＭＬ２）ω２  ・・・（２）
以上の式（１）及び式（２）による計算で必要なパラメータのうち、重心回りの慣性モーメントＩＯ、車両重量Ｍ、車輪接地面から重心位置までの距離Ｌ、トレッド幅Ｗ、車両の重心高Ｈは、それぞれ車両の構造から導かれる車両構造パラメータであり、車両毎に予め決められている値、言い換えると、車両毎に異なる値である。本発明を適用した車両乗員保護システムにおいては、これらの車両構造パラメータをＥＥＰＲＯＭ３に記憶させておくようにしている。そして、車両横転判断部４において、これらの車両構造パラメータを用いて、現在の車両の回転に伴う運動エネルギと回転により移動する重心の位置エネルギとが、車両が横転するのに必要なエネルギとなっているかどうかを判断することで、車両が横転する状態にあるかどうかを検出するようにしている。
【００２３】
車両が横転するのに必要なエネルギは、下記式（３）によって求められる。
【００２４】
１／２（ＩＯ＋ＭＬ２）ω２＋Ｍｇ（Ｌｓｉｎ［ΦＯ＋Φ］−Ｈ）＝Ｍｇ（Ｌ−Ｈ）  ・・・（３）
上記式（３）において、１／２（ＩＯ＋ＭＬ２）ω２は車両の回転に伴う運動エネルギＹであり、Ｍｇ（Ｌｓｉｎ［ΦＯ＋Φ］−Ｈ）は車両の回転に伴って移動する重心の位置エネルギＸである。したがって、位置エネルギ（Ｎｍ１／２）をＸ軸、運動エネルギ（Ｎｍ１／２）をＹ軸としたグラフ上に上記式（３）をプロットすると、図３に示すように、Ｙ＝−Ｘ＋Ｍｇ（Ｌ−Ｈ）のラインで表される。そして、このラインが横転判断の基本閾値として用いられ、車輪と路面との摩擦係数が無限大であると考えられる状況においては、基本的には、車両の回転に伴う運動エネルギと回転により移動する重心の位置エネルギとがこの基本閾値を越えたときに、車両が横転するものと判断できる。なお、Ｍｇ（Ｌ−Ｈ）は、車両構造パラメータによって決まる固定値であり、ＥＥＰＲＯＭ３に記憶された車両構造パラメータを読み出すことで、当該車両における横転判断の基本閾値が決定されることになる。
【００２５】
以上は、車両の片側２車輪を固定軸（車輪と路面との摩擦係数は無限大）とした場合について考察したが、図４に示すように車輪が横滑りして、車輪と路面との摩擦係数がゼロとなっている場合についても、同様の考え方が成り立つ。
【００２６】
この場合の車両の回転（ロール）に伴って移動する現在の重心の位置エネルギＸは、上述した例と同様に、上記式（１）によって求められる。また、車両の回転（ロール）に伴う運動エネルギＹは、下記式（４）によって求められる。
【００２７】
Ｙ＝１／２（ＭＬ２ｃｏｓ［ΦＯ＋Φ］２＋ＩＯ）ω２  ・・・（４）
そして、車両が横転するのに必要なエネルギは、下記式（５）によって求められる。
【００２８】
１／２（ＭＬ２ｃｏｓ［ΦＯ＋Φ］２＋ＩＯ）ω２＋Ｍｇ（Ｌｓｉｎ［ΦＯ＋Φ］−Ｈ）＝Ｍｇ（Ｌ−Ｈ）  ・・・（５）
上記式（５）において、１／２（ＭＬ２ｃｏｓ［ΦＯ＋Φ］２＋ＩＯ）ω２は車両の回転に伴う運動エネルギＹであり、Ｍｇ（Ｌｓｉｎ［ΦＯ＋Φ］−Ｈ）は車両の回転に伴って移動する重心の位置エネルギＸである。したがって、位置エネルギ（Ｎｍ１／２）をＸ軸、運動エネルギ（Ｎｍ１／２）をＹ軸としたグラフ上に上記式（５）をプロットすると、上述した例と同様に、Ｙ＝−Ｘ＋Ｍｇ（Ｌ−Ｈ）のラインで表される。そして、このラインが横転判断の基本閾値として用いられ、車輪と路面との摩擦係数がゼロであると考えられる状況においては、基本的には、車両の回転に伴う運動エネルギと回転により移動する重心の位置エネルギとがこの基本閾値を越えたときに、車両が横転するものと判断できる。
【００２９】
以上のように、車輪と路面との摩擦係数が無限大であると考えられる状況や、車輪と路面との摩擦係数がゼロであると考えられる状況においては、基本的には、ＥＥＰＲＯＭ３に記憶された車両構造パラメータに基づいて決定される基本閾値を用いて車両の横転を判断できる。ただし、実際には、乗員の数や荷物の積載状態等に応じて、車両重量や重心高等が微妙に変わってくることも考えられる。このような場合には、最大乗員数や最大積載重量等、予めワースト条件を考慮してそのエネルギ量としてのマージンを加味して基本閾値を設定すればよい。
【００３０】
また、実際には、車両が走行する路面の状態によって摩擦係数が様々であり、この点についても考慮する必要がある。このような路面状態に依存する車輪と路面との摩擦係数は、車両の横方向の加速度（横Ｇ）から間接的に判断することができる。そこで、本発明を適用した車両乗員保護システムにおいては、車両横転判断部４において、横Ｇセンサ２からの信号、すなわち、車両に加わる横Ｇの発生状態に応じて、基本閾値に対して等エネルギ的マージンを増減させるようにして補正を加え、この補正した閾値（図３中破線で示したライン）を用いて車両の横転を判断するようにしている。
【００３１】
位置エネルギと運動エネルギで定めた基本閾値に対して補正を加える場合、位置エネルギと運動エネルギとで補正するエネルギ量の割合が同等になることから、車両に加わる横Ｇの発生状態に応じて何パーセントのマージンを増減させるかといった情報（補正係数）を記憶しておくことで、このような基本閾値の補正は容易に行うことができる。このような情報は、予め実験等によって横Ｇの発生状態に応じた最適なマージン量を求めておき、上述した車両構造パラメータと共にＥＥＰＲＯＭ３等に記憶させておけばよい。
【００３２】
また、車両の横転形態においては、車輪と路面との摩擦係数が急激に変化する場合もあり、このような摩擦係数の変化も車両の横転判断に反映させる必要がある。そこで、本発明を適用した車両乗員保護システムにおいては、車両横転判断部４において、横Ｇセンサ２からの信号に基づいて、車両横方向の減速Ｇが急激に変化したと判断されるときに、車輪と路面との摩擦係数が急激に変化したと判断して、その変化の度合いに応じて基本閾値を補正し、この補正した閾値を用いて車両の横転を判断するようにしている。
【００３３】
具体的な例を挙げて説明すると、車両が急カーブを高速走行したために横転する場合のような、いわゆるターンオーバー系の横転時には、車輪と路面との摩擦係数が急激に変化することはない。また、車両の片輪が障害物等に乗り上げた場合や道路脇に脱輪した場合に横転するような、いわゆるフォールオーバー系の横転時にも、車輪と路面との摩擦係数が急激に変化することはない。これに対して、図５に示すように、車輪が横滑りしながら横転する、いわゆるトリップ系の横転時には、車輪と路面との摩擦係数が急激に大きくなり、それに伴って大きな減速Ｇが発生する場合もある。
【００３４】
トリップ系の横転時における車両横方向減速Ｇの発生具合を図６（ａ）に、ロール角度の発生具合を図６（ｂ）にそれぞれ示す。これら図６（ａ）及び図６（ｂ）に示すように、トリップ系の横転時には、大きな減速Ｇが発生している点での車両のロール角度は小さいが、この点において車両は横転に至るだけのエネルギ量を十分に持っている。車輪と路面との摩擦係数μが急激に変化した時点での車両のロール角度は数度程度であることから、このときの車両横方向の減速Ｇは、Ｙｈｇ（車両の横方向の減速Ｇ）＝μＲｚ／Ｍ≒μＭｇ／Ｍ＝μｇで表される（Ｒｚは垂直抵抗力で、Ｒｚ＝Ｍｇｃｏｓθであるが、ロール角度が非常に小さいことからほとんどＭｇで表される。）。したがって、車輪と路面との摩擦係数μは、μ＝Ｙｈｇ／ｇで表される。
【００３５】
以上のことから、車両横転判断部４では、横Ｇセンサ２からの信号に基づいて、車両横方向の減速Ｇが急激に変化したと判断されるときに、車輪と路面との摩擦係数が急激に変化したと判断して、横転判断のための基本閾値を補正するようにしている。ここで、基本閾値の補正は、例えば図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、減速Ｇの変化の度合い、すなわち車輪と路面との摩擦係数の変化の度合いに応じてレベル分けして行うようにすればよい。
【００３６】
また、実際には車両毎に異なるサスペンションの特性についても考慮する必要があり、この点に関しては、上述した基本閾値に対して、サスペンション補正係数としての等エネルギ的マージンを付加するような補正を行えばよい。このサスペンション補正係数、すなわち等エネルギ的マージン量は、上述した車両の重心回りの慣性モーメントＩＯや、車両重量Ｍ、車輪接地面から重心位置までの距離Ｌ、トレッド幅Ｗ、車両の重心高Ｈ等のパラメータと共に、車両構造パラメータとしてＥＰＲＯＭ３に記憶させておくようにすればよい。
【００３７】
車両横転判断部４では、ロール角速度センサ１からの信号に基づいて算出された現在の車両の回転に伴う運動エネルギと、回転により移動する重心の位置エネルギとが、上述した基本閾値、或いはこの基本閾値を補正した閾値を越えたときに、車両が横転する状態にあると判断して、Ｈｉレベルの横転検出信号を出力する。そして、この車両横転判断部４からの横転検出信号は、ＡＮＤ回路１１に入力される。
【００３８】
また、本発明を適用した車両乗員保護システムにおいては、車両の傾斜に伴ってオンする傾斜センサ５が設けられており、この傾斜センサ５からの出力信号が、ＬＰＦ１２にてチャタリングが除去された後、傾斜判断ブロック１３から車両傾斜信号として出力され、ＡＮＤ回路１１に入力されるようになっている。そして、ＡＮＤ回路１１において、車両横転判断部４からの横転検出信号と傾斜判断ブロック１３からの車両傾斜信号とのアンド条件が成立したときに、車両が確実に横転するものと判断されて、乗員保護装置作動部６によってカーテンエアバッグやシートベルトプリテンショナ、アクティブロールバー等の乗員保護装置が作動され、車両横転時における乗員の保護が図られるようになっている。
【００３９】
以上説明したように、本発明を適用した車両乗員保護システムによれば、ＥＥＰＲＯＭ３に記憶された車両構造パラメータを用いて、車両横転判断部４において的確に車両の横転判断を行うことができるので、車両毎に異なる車両構造パラメータを書き換えるのみで、あらゆる車種に容易に対応することが可能となる。したがって、従来のように、車種毎に実車を用いたロールオーバー試験を繰り返し行って、得られた試験データ波形を基にキャリブレーションを行う必要がなく、精度の高い車両の横転判断を極めて効率的に実現することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した車両乗員保護システムの全体構成を示すブロック図である。
【図２】車両の片側２車輪を固定軸とした場合の車両の横転モデルを示す図である。
【図３】位置エネルギをＸ軸、運動エネルギをＹ軸としたグラフ上で、車両横転判断の基本閾値を表した図である。
【図４】車輪と路面との摩擦係数がゼロとなっている場合の車両の横転形態を示す図である。
【図５】車輪と路面との摩擦係数が急激に増加するトリップ系の横転形態を示す図である。
【図６】トリップ系の横転時における車両横方向減速Ｇとロール角度の発生具合を示す図である。
【図７】基本閾値の補正を、減速Ｇの変化の度合いに応じてレベル分けして行う例を説明する図である。
【符号の説明】
１  ロール角速度センサ
２  横Ｇセンサ
３  ＥＥＰＲＯＭ
４  車両横転判断部
５  傾斜センサ
６  乗員保護装置作動部
【図１】
2004262316.tif 000003
【図２】
2004262316.tif 000004
【図３】
2004262316.tif 000005
【図４】
2004262316.tif 000006
【図５】
2004262316.tif 000007
【図６】
2004262316.tif 000008
【図７】
2004262316.tif 000009