(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両座席の乗員の重量を測定しかつそれに応答する安全拘束システムを制御するシステムであって、
ａ．座席のクッションの真下に取付けられ、かつ座席の基底部により上方に支持されたブラッダであって、可撓性材料により構成され、閉じ込め装置を形成する前記ブラッダと；
ｂ．ブラッダに含まれた流体と；
ｃ．ブラッダ内の流体の圧力に応答して信号を発生するブラッダに作動可能に結合された圧力センサと；
ｄ．安全拘束システムを、重量測定値に応答して制御するための制御信号を発生するために、前記圧力に応答して発生された信号から実質的に線形に乗員の重量を測定する信号プロセッサ；
とを有する、前記システム。
【請求項２】
前記ブラッダは、被覆布地のシートが周辺部内側の１個またはそれ以上の場所で互いにさらに結合されて、周辺部の内側に互いに流体連通する複数の流体包含域を生成するようにされた、周辺部を互いに密封可能に結合して膨張可能な閉じ込め装置とされた複数の被覆布地のシートをさらに含むものである、請求項１に記載された車輌座席の乗員の重量を測定しかつそれに応答する安全拘束システムを制御するシステム。
【請求項３】
流体包含域が周辺部の内側に非均一に分散される、請求項２に記載の車両座席の乗員の重量を測定しかつそれに応答する安全拘束システムを制御するシステム。
【請求項４】
被覆布地のシートが前記周辺部の内側の１個又はそれ以上の閉鎖経路に沿って互いにさらに接続される、請求項３に記載の車両座席の乗員の重量を測定しかつそれに応答する安全拘束システムを制御するシステム。
【請求項５】
ブラッダの負荷支持表面に近接する半剛性材料の座席を有する、請求項１に記載の車両座席の乗員の重量を測定しかつそれに応答する安全拘束システムを制御するシステム。
【請求項６】
流体充填ブラッダの少なくとも１つの負荷支持表面の外側に被覆をさらに有する、請求項１に記載の車両座席の乗員の重量を測定しかつそれに応答する安全拘束システムを制御するシステム。
【請求項７】
流体が気体である、請求項１に記載の車両座席の乗員の重量を測定しかつそれに応答する安全拘束システムを制御するシステム。
【請求項８】
流体が液体である、請求項１に記載の車両座席の乗員の重量を測定しかつそれに応答する安全拘束システムを制御するシステム。
【請求項９】
外部負荷が流体充填ブラッダに実質的に加えられない場合、流体充填ブラッダの流体の容量が流体充填ブラッダの容量より少ない、請求項１に記載の車両座席の乗員の重量を測定しかつそれに応答する安全拘束システムを制御するシステム。
【請求項１０】
圧力センサが前記流体充填ブラッダ内の流体の絶対圧力に応答する、請求項１に記載の車両座席の乗員の重量を測定しかつそれに応答する安全拘束システムを制御するシステム。
【請求項１１】
圧力センサが局所的な大気圧に対して流体充填ブラッダ内の前記流体の差圧に応答する、請求項１に記載の車両座席の乗員の重量を測定しかつそれに応答する安全拘束システムを制御するシステム。
【請求項１２】
圧力センサがブラッダ表面の歪みに応答する、請求項１に記載の車両座席の乗員の重量を測定しかつそれに応答する安全拘束システムを制御するシステム。
【請求項１３】
圧力センサがブラッダ内に内部的に統合される、請求項１に記載の車両座席の乗員の重量を測定しかつそれに応答する安全拘束システムを制御するシステム。
【請求項１４】
圧力センサが流体充填ブラッダ表面により流体から隔離される、請求項１に記載の車両座席の乗員の重量を測定しかつそれに応答する安全拘束システムを制御するシステム。
【請求項１５】
圧力センサに近接して流体充填ブラッダの内部に配置されて、流体充填ブラッダが圧力センサの近傍で潰れるのを防止する制限部材をさらに有する、請求項１４に記載の車両座席の乗員の重量を測定しかつそれに応答する安全拘束システムを制御するシステム。
【請求項１６】
周辺で互いに密封可能に接続された被覆布地の複数のシートをさらに有し、ブラッダが膨張可能な閉じ込め装置を形成するようにし、被覆布地のシートが周辺部内側の１個又はそれ以上の場所で互いにさらに接続されて、互いに流体連通する複数の流体包含域を生成し、さらに；流体充填ブラッダの少なくとも１つの負荷支持表面の外側に被覆をさらに有し、外部負荷が流体充填ブラッダに実質的に加えられない場合、流体充填ブラッダの流体の容量が流体充填ブラッダの容量より少なく；圧力センサが局所的な大気圧に対して流体充填ブラッダ内の流体の差圧に応答し；圧力センサが流体充填ブラッダ表面により流体から隔離され；かつ圧力センサに近接して流体充填ブラッダの内部に配置されて、流体充填ブラッダが圧力センサの近傍で潰れるのを防止する制限部材をさらに有する；請求項１に記載の車両座席の乗員の重量を測定しかつそれに応答する安全拘束システムを制御するシステム。
【請求項１７】
流体包含域が周辺部の内側に非均一に分散される、請求項１６に記載の車両座席の乗員の重量を測定しかつそれに応答する安全拘束システムを制御するシステム。
【請求項１８】
被覆布地のシートが周辺部の内側の１個又はそれ以上の閉鎖経路に沿って互いにさらに接続される、請求項１６に記載の車両座席の乗員の重量を測定しかつそれに応答する安全拘束システムを制御するシステム。
【請求項１９】
被覆布地のシートが周辺部の内側の１個又はそれ以上の閉鎖経路に沿って互いにさらに接続される、請求項１７に記載の車両座席の乗員の重量を測定しかつそれに応答する安全拘束システムを制御するシステム。
【請求項２０】
流体がシリコーンを基本とする流体である、請求項１に記載の車両座席の乗員の重量を測定しかつそれに応答する安全拘束システムを制御するシステム。
【請求項２１】
車両座席上の重量に応答する安全拘束システムを制御するシステムであって、
ａ．車両座席上の重量に応答する流体内で圧力を発生するための、車両座席の座席クッションと座席基底部との間に作動可能に取付けられた、流体を含有し閉じ込めた手段；
ｂ．前記流体を含有し閉じ込めた手段内の流体の圧力に応答して信号を発生する、前記流体の圧力を感知する手段；そして
ｃ．前記流体の圧力に応答した信号から実質的に線形に導出された、車輌座席の乗員の重量測定に応答して、安全拘束システムを制御するための手段、
とを含む、前記システム。
【請求項２２】
流体を含有する手段が、部分的に流体で充填されている、請求項２１に記載の車両座席上の重量に応答する安全拘束システムを制御するシステム。
【請求項２３】
重量を流体を含有する手段に分配する手段をさらに含む、請求項２１に記載の車両座席上の重量に応答する安全拘束システムを制御するシステム。
【請求項２４】
車両座席上の重量に応答する安全拘束システムを制御するシステムであって、
ａ．流体の圧力が車両座席上の重量に応答する、車両座席の座席クッションと座席基底部との間に作動可能に取付けられた、流体閉じ込め装置；
ｂ．流体の圧力に応答する信号を発生するための、前記流体閉じ込め装置に作動可能に取付けられた、圧力センサ；そして
ｃ．前記信号から実質的に線形に導出された重量測定に応答して安全拘束システムを制御するための、前記圧力センサに作動可能に取付けられた、信号プロセッサー、
とを含む、前記システム。
【請求項２５】
流体閉じ込め装置が、部分的に流体で充填されている、請求項２４に記載の車両座席上の重量に応答する安全拘束システムを制御するシステム。
【請求項２６】
負荷分配装置をさらに含む、請求項２４に記載の車両座席上の重量に応答する安全拘束システムを制御するシステムであって、前記負荷分配装置は、流体閉じ込め装置の表面の少なくとも一部に、車両座席上の重量を分配する、前記システム。
【請求項２７】
車両座席の乗員の重量に応答する安全拘束システムを制御する方法であって：
ａ．車両座席の乗員を支持する負荷径路に直列に流体（hydrostatic）重量センサを間置すること、ここで、前記流体重量センサは、流体およびそれに流体連通する圧力センサを内蔵して閉じ込め装置を形成し、前記圧力センサは、前記流体の圧力に応答する信号を発生し、そして、前記圧力は、車両座席の乗員によって前記流体重量センサに加えられた、乗員重量のコンポーネントに応答する；そして
ｂ．前記流体の前記圧力に応答する前記信号から実質的に線形に導出された乗員の重量測定に反応する安全拘束システムを制御すること、
を含む、前記方法。
【請求項２８】
ブラッダ内で互いに流体連通する複数区域内に流体を分配する動作をさらに含む、請求項２７に記載の車両座席の乗員の重量に応答する安全拘束システムを制御する方法。
【請求項２９】
ブラッダ内に複数区域を非均一に分配する動作をさらに含む、請求項２８に記載の車両座席の乗員の重量に応答する安全拘束システムを制御する方法。
【請求項３０】
ブラッダ内に少なくとも１つの区域を形成する動作をさらに含む、請求項２７に記載の車両座席の乗員の重量に応答する安全拘束システムを制御する方法であって、前記少なくとも１つの区域は、圧力センサに流体連通していない、前記方法。
【請求項３１】
圧力センサがブラッダの外部から流体の圧力を感知する、請求項２７に記載の車両座席の乗員の重量に応答する安全拘束システムを制御する方法。
【請求項３２】
ブラッダが、圧力センサの作動に干渉しないようにする動作をさらに含む、請求項３１に記載の車両座席の乗員の重量に応答する安全拘束システムを制御する方法。
【請求項３３】
請求項２７に記載の車両座席の乗員の重量に応答する安全拘束システムを制御する方法であって、前記安全拘束システムがエアーバッグインフレーションシステムを含み、かつ、前記安全拘束システムを制御する動作が、前記エアーバッグインフレーションシステムのインフレーション速度を制御することを含む、前記方法。
【請求項３４】
座席クッションと座席基底部との間で用いられ、圧力を測定することによって実質的に線形に重量を測定する、流体（hydrostatic）乗員重量センサを製造する方法であって、
ａ．被覆布地の１番目および２番目の部分を周辺で互いに固定して、開口部を有する閉じ込め装置を形成すること；
ｂ．被覆布地の１番目および２番目の部分を前記周辺部内側で互いに固定して、互いに流体連通する前記周辺部内側で複数区域を作り出すこと；
ｃ．前記閉じ込め装置に圧力センサを作動可能に取付けること；
ｄ．前記閉じ込め装置の前記開口部を介して、前記閉じ込め装置を流体で少なくとも部分的に充填すること；そして
ｅ．前記閉じ込め装置の前記開口部を密封すること、
を含む、前記方法。
【請求項３５】
複数区域が、複数の形状により特徴づけられる、請求項３４に記載の流体乗員重量センサを製造する方法。
【請求項３６】
複数区域が、複数のサイズにより特徴づけられる、請求項３４に記載の流体乗員重量センサを製造する方法。
【請求項３７】
圧力センサが被覆布地により流体から隔離されている、請求項３４に記載の流体乗員重量センサを製造する方法。
【請求項３８】
閉じ込め装置が圧力センサの作動を干渉しないように、閉じ込め装置内に制止装置を取付けるステップをさらに含む、請求項３４に記載の流体乗員重量センサを製造する方法。
【請求項３９】
被覆布地の１番目および２番目の部分を固定するステップが溶接を含む、請求項３４に記載の流体乗員重量センサを製造する方法。
【請求項４０】
流体がシリコーンを基本とする流体である、請求項３４に記載の流体乗員重量センサを製造する方法。
【請求項４１】
閉じ込め装置が部分的に流体で充填されている、請求項３４に記載の流体乗員重量センサを製造する方法。
【発明の詳細な説明】
関連出願の引用
本発明は1996年12月19日に出願された米国先行仮出願番号第60／032,380を併合し、かつ改変するものである。
発明の技術分野
本発明は重量測定用センサ及びシステムに関し、さらに詳細には車両安全拘束装置を制御するための乗員着座条件の有効な決定などの自動車座席の乗員及び他の物体の重量を測定する重量センサに関するものである。
発明の背景
一般に、車両には自動安全拘束アクチュエータが含まれ、アクチュエータは乗員の傷害を緩和する目的のため車両衝突に応答して駆動される。このような拘束アクチュエータの例にはエアーバッグ、シートベルトプリテンショナ及び配備可能な膝ボルスタが含まれる。
自動安全拘束システムの１つの目的は、自動拘束システムを駆動させない衝突により引き起こされる傷害より大きい傷害を、自動拘束システムで引き起こさないで乗員の傷害を緩和することである。これらの自動安全拘束アクチュエータの保護的な利益はあるものの、一般に、その配備に関連するリスクと費用が存在する。概して、自動安全拘束システムの関連構成要素の交換費用の点及びその駆動が乗員に被害を与える可能性が潜在的にあるという点から、傷害を緩和する必要がある場合にのみ、自動安全拘束アクチュエータを駆動するのが望ましい。このことは、引き起こされた車両衝突が比較的穏やかな場合でも、配備時にエアーバッグに接近しすぎる乗員、即ち所定の位置からはずれた乗員がエアーバッグの配備により傷害を受けたり又は死に至ることもあるため、エアーバッグ拘束システムの場合特に真にあてはまる。また、子供、小柄な成人又は虚弱な骨格の人々などの低い身長又は弱い体質の乗員は特にエアーバッグインフレータにより誘起される傷害を受けやすい。さらに、前部座席助手席側エアーバッグに近接する正規に位置決めされた後部対面乳幼児座席（RFIS）に適切に保護された乳幼児も乳幼児座席後部表面がエアーバッグインフレータモジュールに近接しているためエアーバッグ配備による傷害を受けやすく又は死亡しやすい。
30MPHバリア等価衝突を被り、所定の位置からはずれた乗員に傷害を与え得るレベルで引き起こされるエネルギー及び力を生ずる場合、エアーバッグインフレータは所定の拘束能力、ある例に関していえば、ベルトをせずに正規に着座した50パーセントの乗員を保護する能力を有する設計になっている。比較的まれにではあるが、乗員がそうでなければ生き残るか比較的傷つかないはずの衝突でエアーバッグインフレータにより引き起こされた傷害又は死亡の事例により、エアーバッグインフレータのそれらが保護しようとするする乗員を傷つけてしまう潜在的な可能性を低減し又は除去することが促進されてきた。
エアーバッグインフレータによる乗員に対する傷害を緩和する１つの技術は、例えば、エアーバッグインフレータのガスジェネラント量、又は気体の膨張率を低減することにより、関連エアーバッグインフレータの動力やエネルギーレベルを低減させることである。これはエアーバッグインフレータによって乗員を傷つける危険を低減する一方、エアーバッグインフレータの拘束能力を低減させ、より高度の激しさの衝突にさらされた場合、乗員を傷害のより大きな危険にさらす。
エアーバッグインフレータによる乗員に対する傷害を緩和する別の技術は、膨張率の比率又は衝突の激しさの程度に応答してインフレータの能力を制御することである。しかしながら、インフレータが正規の位置にいる乗員を十分に拘束しようと積極的に構成されている場合は、このような乗員に対する傷害の危険はより激しい衝突の条件下では緩和されないはずである。
エアーバッグインフレータによる乗員に対する傷害を緩和するさらに別の技術は、乗員の存在、位置及び体格、又は衝突の激しさに応答してエアーバッグインフレータの作動を制御することである。例えば、乗員の体重が所定のしきい値以下であれば、エアーバッグインフレータを動作不能にする。また、作動される多段インフレータの膨張段階数を制御することによりインフレータ能力を調整可能とする。さらに、多段インフレータのそれぞれの段階の点火間の遅延を制御することによりインフレータ能力を調整可能とする。
エアーバッグインフレータの拘束能力の１つの判断基準は関連エアーバッグシステムにより吸収される乗員の運動エネルギー量なので、乗員が気体充填エアーバッグに衝突する時、乗員の運動エネルギーはエアーバッグの圧縮を介して位置エネルギーに変換され、この位置エネルギーはエアーバッグからの圧縮気体の通気により放散される。衝突車両は減速されると、車両に対し非拘束乗員の速度は増大する。吸収されなければならない乗員運動エネルギー量を制限し、それによって、生じた拘束力、乗員の加速及び乗員内にかかる負荷を小さくするため、乗員拘束プロセスは、衝突事象の初期に開始されるのが好ましい。乗員が車両との相対的な摩擦のない単純な質量であるとすると、乗員の運動エネルギーは1／2Ｍ・Ｖ2で与えられる。ここで、Ｍは乗員の質量及びＶは車両に対する乗員の速度である。実際の乗員の身体が、車両との相対的な摩擦を有する部分を有し、各部分が車両に対し異なる速度を有しうる各部の組合せにより表される場合、上記式は乗員の重心の運動に適用される。乗員の形態にかかわりなく、より大きな質量の乗員は車両に対して同一の速度の場合はより大きな運動エネルギーを有する。従って、乗員重量センサは、拘束能力を乗員の体重又は質量に合わせて適合できる可変拘束能力を有するエアーバッグシステムには有効である。
ある種の斜め方向又は側面衝撃衝突の場合以外は、一般に、駆動しなければ必要のない配備エアーバッグインフレーションシステムの交換に伴うコストや不便さの点からみて、付随する乗員が存在しない場合は、自動安全拘束アクチュエータを駆動しないことが望ましい。乗員の存在は、乗員重量の連続測定を行うために、又は乗員重量が特定重量しきい値以上か又は以下かの２進表示を行うために適合する座席重量センサにより検出される。
既知の座席重量センサは感力抵抗（FSR）膜を使用する１個又はそれ以上のパッドを含んでいる。代表的には、これらの装置は座席が空の時、助手席エアーバッグを作動不能にする重量しきい値システムとして使用される。座席取付けポストに取付けられたロードセルも研究用に使用されてきた。下方座席変位を測定する架線を基本とするポテンショメータを使用する機構も調査されてきた。
このような既知装置には多くの欠点がある。まず、可変抵抗力センサは感度が限られ、ある状況では所要の応答を行うものの、座席パッド下に直接配置するのには感度が十分ではない。次に、しきい値重量システムは非常に限られた情報しか提供できない。例えば、このような装置は乗員の身長に関しては情報を表示しない。第３に、既知の可変力抵抗器は温度と共に変化してしまい、かつセンサにかかる一定負荷で時間にかかわらずドリフトを受けやすい。
さらに、他の既知の検知装置は別の点で適切な結果を提供しない。例えば、ロードセルの使用は大規模に適用するには法外な費用がかかる。どの形式の歪みゲージも歪んだ材料にこれらのゲージを適用することが困難なため実用的ではない。最後に、重量センサを基本とする機構的架線ポテンショメータは複雑、かつ架線の延伸による故障を受けやすい。
従来技術はまた、例えば、小型船舶か又は操作者が適切に着座していない場合の産業用機械の動作を不作動にするか、又はバイク練習中の人物を計量する手段として自動車環境外での座席重量センサの使用を教示している。これらのデバイスは座席内に配置された空気圧式ブラッダを使用しているので、ブラッダ内圧力はしきい値スイッチを作動するか又は乗員体重の連続表示を行うのに使用される。
従来技術の空気圧式センサに伴う１つの問題は、特に自動車環境に適用される場合、環境条件特に周囲温度及び圧力に対するそれらの感度である。自動車環境での座席重量センサは、重大なエラーを引き起こし得る広い範囲の温度や圧力にわたって信頼性がありかつ精度よく機能しなければならない。
従来技術はまた油圧式ロードセルの使用も教示しており、測定されるべき重量が既知面積のピストン部品に作用して、測定重量は測定圧力を既知面積倍に乗算することにより見出される。特に座席における、自動車環境の油圧式ロードセルに伴う１つの問題は油圧ヘッドのロードセルの向きの影響により負荷測定誤差が導入されることがあるということである。
発明の概要
本発明は、座席の負荷経路に直列に配置された流体充填ブレッダを内蔵する座席重量センサを設けて、ブラッダへ供給されかつブラッダを通って分散された負荷がその中の流体の圧力を増加させることにより上記問題を解決するものである。流体の圧力は圧力センサで測定され、供給負荷の大きさに実質的に比例し、かつブラッダの支持面積に逆比例する。本発明は、流体充填ブラッダの面積全体に亘って供給された負荷を分散する手段も内蔵するため、集中負荷がブラッダの頂部及び底部を互いに圧縮するのを防止し、それによって、付随する流体の加圧を引き起こすことがない別の負荷経路を生成する。
（１）重量が十分な面積全体に亘って分布し、その結果、ブラッダが底をつくことがなく；（２）ブラッダの高さが基底部寸法に対して十分小さく、その結果支持面積上への荷重の影響が比較的小さい；ならば、出力信号は重量に対して実質的に線形である。ブラッダが無荷重の場合、好ましくはブラッダ中の流体量はブラッダの容量より小さくすべきである。そうでなければ、ブラッダ中の流体は温度上昇又は周囲圧力の減少により加圧されることがあり、その結果、付随する負荷測定誤差を生ずる。
ブラッダは検知流体として液体又は気体を内蔵することができる。気体検知流体は膨張かつ収縮しやすくブラッダが初期に充填された条件に対して周囲温度及び圧力に変化を生じてしまう。気体流体はまた、漏れやすくかつ集中負荷の影響下でブラッダの頂部及び底部の局所的なつぶれをより生じやすい。クッション下の座席に配置された場合、クッションは座席に加えられた負荷を効果的に分散することができる。半剛性材料の座席も、ブラッダ、特に、ブラッダがその上に配置される場合座席ばねからの反作用力に対して負荷を分散するのに使用することができる。
ブラッダは、ブラッダ内で流体連通が破壊されることなくブラッダ周辺内で互いにブラッダの頂部及び底部表面を確保する内部継ぎ目を内蔵してもよい。これらの継ぎ目は、流体が温度又は圧力の影響のため膨張する時、ブラッダが中心で膨張するのを防止する。このような膨張は着座の快適さにとって有害である。継ぎ目は、ブラッダの全厚を低減する支援をし、またシリコーンを基本とする流体などの液体が使用される場合、費用を低減する検知流体の必要量の保存における支援も行う。内部継ぎ目はブラッダの感度の改良にも有効である。例えば、ブラッダは、加えられた負荷の一部が、負荷ブラッダの負荷経路に直列ではない座席クッションの一部により伝えられる場合に生ずるような遠位負荷に対するより、中央負荷に対してより敏感である。この場合、ブラッダの、例えば中心に近い選択的な範囲が、それに加えられた負荷がブラッダ内の流体により検知されないように、検知流体から閉鎖経路継ぎ目により隔離される。
ブラッダは密封溶接可能な被覆材で被覆されたナイロン、このようなＲＦ（ラジオ周波数）溶接ができるポリウレタンなどのいくつかの布地シートから構成される。被覆は、その膜剛性を増大させることにより、加えられた負荷の分散を容易にするためブラッダの外側に施される。
本発明は座席の全荷重面積にわたって圧力を統合することによって、付随する負荷分布に比較的敏感な一貫した出力信号を生成する。本発明は比較的柔軟で、座席クッション下に装着した場合着座の快適さを妨げるものではない。さらに、この装着が比較的容易であることにより、座席／車両の全製造プロセスへの影響を極小化する。
従って、本発明の１つの目的は座席上の重量源の位置によらず座席荷重の一貫したかつ正確な測定を行う改良座席重量センサを提供することである。
本発明の目的はさらに座席上の重量源の寸法及び分布によらず座席荷重の一貫したかつ正確な測定を行う改良座席重量センサを提供することである。
また本発明の目的はさらに座席上の重量の数量によらず座席荷重の一貫したかつ正確な測定を行う改良座席重量センサを提供することである。
また本発明の目的はさらに周囲温度及び圧力状態の広い範囲下で作動する改良座席重量センサを提供することである。
また本発明の目的はさらにエアーバッグシステムが配備されないことが好ましい後部対面乳幼児座席と、万一の著しい激しさの衝突の場合にはエアーバッグシステムが配備されることが好ましい他の乗員との区別を行える改良座席重量センサを提供することである。
また本発明の目的はさらに制御可能な乗員拘束システムの駆動のモードが乗員の重量に依存することが好ましい知的安全拘束システムに内蔵することができる改良座席重量センサを提供することである。
また本発明の目的はさらに乗員の快適さを妨げない改良座席重量センサを提供することである。
また本発明の目的はさらに座席の向きに対して敏感ではない改良座席重量センサを提供することである。
また本発明の目的はさらに生産するのに高価でない改良座席重量センサを提供することである。
これらの目的に従って、本発明の１つの特徴は座席の基底部に取付けられた流体充填ブラッダである。
本発明の他の特徴はその中の圧力を測定するため流体充填ブラッダに作動可能に結合された圧力センサである。
また本発明の他の特徴は局所的な大気圧に対してその中の圧力を測定するため流体充填ブラッダに作動可能に結合された差圧センサである。
また本発明の他の特徴は流体充填ブラッダの流体として気体を内蔵していることである。
また本発明の他の特徴は流体充填ブラッダの流体として液体を内蔵していることである。
また本発明の他の特徴はブラッダの負荷支持表面を越えて負荷を分散する手段を内蔵していることである。
また本発明の他の特徴は流体充填ブラッダの流体の容量が、無荷重状態のブラッダの容積が環境作動条件の範囲以上のブラッダの最大容量より少なくなるようにされることである。
本発明の特定の特徴は多数の関連する利点を提供する。従来技術に対して本発明の１つの利点は流体充填ブラッダが荷重の分布又は量によらず座席の広い面にわたる負荷に応答することである。
本発明の１つの利点は出力信号が本来的に比較的線形であり、信号分析を簡単にすることである。
また本発明の他の利点はその座席重量センサが、エアーバッグシステムが配備されないことが好ましい後部対面乳幼児座席を、エアーバッグシステムが配備されることが好ましい乗員から区別することを可能にすることである。
また本発明の他の利点はその座席重量センサが十分強固で信頼性があり、かつ精度よく制御可能な乗員拘束システムの付随する乗員重量依存制御を可能にすることである。
また本発明の他の利点はその座席重量センサが生産するのに比較的高価でないことである。
従って、本発明は構造において簡単でかつ動作において比較的強固で信頼性があり；乗員の快適さを妨げることなく自動車座席に容易に内蔵可能で；かつ比較的高価でなく生産できる；周囲温度又は圧力の影響に比較的敏感でない改良座席重量センサを提供することである。
本発明は、添付図面を参照して好ましい実施の形態の次の詳細な説明を読んだ後十分理解されよう。この説明は自動車安全拘束システムにおける本発明の適用を説明するものであり、本発明が計量目的のため他のシステムに適用可能であることも通常の当業者により理解されよう。
【図面の簡単な説明】
図１ 車両座席に本発明を内蔵している説明図である。
図２ 測定圧力から重量を決定する関連信号プロセッサーに接続された多数の別の圧力センサと組み合わさった無荷重状態の本発明の１つの実施の形態のブラッダの説明図である。
図３ １つの可能な負荷分散に応答する本発明の説明図である。
図４ 第２の可能な負荷分散に応答する本発明の説明図である。
図５ 本発明の１つの環境の説明図である。
図６ 柔軟な材料の密封可能に相互接続されたシートから構成された本発明の第２の実施の形態の説明図である。
図７ 関連ブラッダ内の多数の流体充填域を説明し、かつ関連不感域も説明する図６の実施の形態の断面図である。
図８ 本発明の流体充填ブラッダの基底部を越えて座席ばねから支持負荷を分散する手段の説明図である。
好ましい実施の形態の詳細な説明
図５において、自動車１の座席３には座席基底部40に取付けられた油圧座席重量センサ10が内蔵されている。油圧座席重量センサ10はブラッダ12及びブラッダ12と大気圧25との間の圧力差を測定する差圧センサ20含んでいる。ブラッダ12は下方座席フレーム46と上方座席クッション発泡製品44との間に挟まれている。ブラッダには気体又は液体いずれかの流体が充填されている。
作動においては、座席３の基底部40に着座した乗員５はブラッダ12内部に圧力を生じて増大させその結果、差圧センサ20により検知されるにともない、ブラッダ12の基底部の面積倍に乗算された差圧が、実質的にブラッダ12の頂部にわたる座席クッション発泡製品44により分散された全重量に等しくなるように生成される。差圧センサ20からの圧力信号出力22は電子式制御モジュール50へ作動可能に結合され、電子式制御モジュール50は圧力信号出力22を既知アナログ、デジタル、又はマイクロプロセッサ回路及びソフトウエアを使用して乗員重量の測定値へ変換する。衝突センサ60も電子式制御モジュール50へ作動可能に結合される。衝突センサ60により検出された衝突に応答して、かつ圧力信号出力22から転送される通りに乗員の検知重量にさらに応答して、電子式制御モジュール50がエアーバッグインフレータモジュール110に取付けられた１個又はそれ以上の気体発生器100の１個又はそれ以上のイニシエータ90へ作動可能に結合される信号80を発生することにより、必要に応じて、エアーバッグ120を膨張して衝突により、そうしなければ引き起こされる傷害から乗員５を保護するように、エアーバッグインフレータモジュール組立体７の駆動を制御する。これらの動作を実行するのに必要な電力は電源70、好ましくは車両バッテリにより供給される。
図１において、座席クッション44は乗員５からの負荷をブラッダ12の頂部負荷支持表面全体にわたって分散するように作用することにより、ブラッダ12の液圧の増大を引き起こし、ブラッダ12の頂部負荷支持表面を支持する。頂部負荷支持表面を越えて負荷を分散することにより、座席クッションが座席に加えられた集中負荷がブラッダ12の頂部負荷支持表面を互いに潰させるのを防止するように作用し、これにより、流体の関連圧力増加を引き起こさない負荷に対する別の経路を生成する。
図２において、無荷重ブラッダ12の圧力はＰ0で与えられ、Ｐ0はほぼ局所的な大気圧に等しい。ブラッダ12の圧力は差圧センサ20により、又はブラッダ12の表面に内蔵されるか又は取付けられた１個又はそれ以上の歪センサ20により交互に検知される。圧力センサ20は信号プロセッサー50へ作動可能に結合され、そこから加えられた負荷の重量Ｗを測定する。
図３において、ブラッダ12により支持された重量Ｗの負荷はその中に流体の圧力引き起こして量ΔＰだけ増加させ、その結果重量Ｗは
Ｗ＝ΔＰ・Ａ      （１）
により与えられる。ここで、Ａはブラッダ12の底部負荷支持表面の有効面積である。ブラッダ12が座席基底部46により十分支持されていれば、有効面積Ａはブラッダ12の基底部面積とほぼ同一である。これは、図４に図示すように、ブラッダ12の頂部表面及び底部表面がブラッダ12の周辺内で相互に潰れあわないように、ブラッダ12の頂部負荷支持表面の荷重が十分に分散している限り、ブラッダ12の面積や頂部負荷支持表面の荷重分布によらず当てはまる。
支持表面に載っているブラッダの面積Ａはブラッダ12に加えられる重量の分布にかかわらずほぼ等しいことに注意する。言い換えれば、それぞれ重量Ｗを有し、しかし異なる重量分布を有する２つの異なる物体−一方は集中されかつ他方はその重量がより広がっている−は同一の圧力増加ΔＰをそれぞれ示す。２つの等しい重量即ち、それぞれ重量Ｗを有する物体は両方とも同一の圧力増加を示す。ブラッダ12底部と支持表面間の接触面積が一定に留まる限り、加えられた重量により生ずる圧力増加ΔＰは加えられた重量Ｗの形状に依存しない。
ブラッダ12を流体の総量をもってほんの部分的に充填するのが好ましく、その結果、比較的高い周囲温度又は比較的低い周囲圧力により座席内の無荷重ブラッダ12の流体が局所的な大気圧に対して相対的に加圧流体となることはない。図１に示すように、座席３内に取付けられた無荷重ブラッダ12の場合、ブラッダ12内流体の圧力は、圧力センサ20の位置に関して、ブラッダ12の頂部表面の重量に相当しかつブラッダ12内流体の静圧に相当する分だけ局所的な大気圧より一般的に高い。代表的には、これらの増加圧力成分は測定されるべき負荷の範囲に対して無視できる。
ブラッダ12は、ブラッダ12の底部負荷支持表面での接触面積が（１）各種寸法及び物体位置を生ずる加えられた重量Ｗ及び重量分布の予期範囲、（２）周囲温度及び圧力条件の予期範囲にわったて一定であるようにするのが好ましい。
ブラッダ12をブラッダ12の底部負荷支持表面での接触面積の重大な変動を防止するようにできない状況では、ブラッダ12内流体の差圧は加えられた重量をそれ自身のため正確に表示しないことがある。接触面積の重大な変動はブラッダ表面に沿った内部張力の増加に対する流体圧力増加間の曖昧さを生ずる。この場合、ピエゾ抵抗膜が表面張力測定のためブラッダ表面に加えられる。ブラッダの上方表面で、重量Ｗはブラッダ12の表面張力の増加と同時に圧力増加dpにより支持される。表面張力が既知の場合、この情報を使用して圧力／張力の曖昧さを解決して、加えられた負荷の重量Ｗを正確に予測できる。
図６及び図７において、油圧座席重量センサ10のブラッダ12は可撓性材料の２枚のシートにより構成されており、シートは密封可能に溶接できる材料で被覆されている。先ず、可撓性材料シートを互いに隣接する密封可能かつ溶接可能な被覆側面を相手にして配置し、膨張可能な閉じ込め装置を形成するように周辺部601に沿って溶接継ぎ目602により互いに密封する。材料のシートは、膨張可能な閉じ込め装置内で互いに流体連通する複数の区域を形成するように、周辺部601内の位置603の複数の継ぎ目602で互いに溶接もされる。ブラッダ12は部分的に流体で充填され、流体は各区域間に分散される。流体量及び区域の数量は、ブラッダ12の頂部及び底部表面が加えられた負荷を受けて互いに潰れないようにされる。ブラッダ12内の圧力はブラッダ12の外側表面に取付けられた圧力センサ20により検知されて、ブラッダ圧力の変化は圧力センサ20の第１電極612に力を及ぼしこの電極を変形させるか又は第２電極614に対して移動させることにより、電極612及び614間の容量を変化させる。第２電極はブラッダ表面に取付けられている圧力センサハウジング616に固着されている。制限部材702は、ブラッダ12の頂部及び底部表面が圧力センサ20の近傍で互いに潰れないように圧力センサに近接するブラッダ12内部に配置される。
油圧座席重量センサ10で生ずる１つの問題はブラッダの周辺に向って座席に分散される負荷に対する感度低下である。この問題はブラッダ周辺内の流体充填域603の不均一分布を形成することにより緩和する。さらに、１個又はそれ以上の不感域604がブラッダ内に閉鎖経路を形成する継ぎ目602により形成されて、不感域604の範囲の座席クッション44に加えられた負荷の一部は隣接する流体充填域により支持されるか、又はブラッダ12内流体圧力を増加させることなく座席基底部46へ転送される。
図６及び図７に例示したシステムでは、ブラッダ12の頂部表面はポリウレタンで被覆される200デニールのナイロン布地により構成され、ブラッダ12の底部表面はこれもポリウレタンで被覆される840デニールのナイロン布地により構成されている。継ぎ目はRF溶接プロセスを使用して、別々のシートのポリウレタン被覆を溶接することにより形成される。底部表面外側も、ブラッダ12の底部表面全体にわたって局所化された負荷を分散するようにポリウレタンで被覆される。ブラッダ12はシリコーン流体で充填される。
図８において、半剛性体材料のシートを有して構成された負荷分配器802をブラッダ12の底部表面と座席県架ばね47の頂部との間に介在させてブラッダ12の底部負荷支持表面全体にわたって座席基底部46からの支持負荷を分散することにより、ブラッダ12の頂部及び底部表面が座席県架ばね47の近傍で互いに潰れるのを防止できる。
気体流体がブラッダ12に内蔵されてもよい。気体充填ブラッダにはほんの部分的に充填するのが好ましく、周囲温度及び圧力の変動による気体の膨張が可能になり、その結果、環境的作動条件の予想される範囲以上で無負荷気体充填ブラッダ12はその設計容量を一般的には越えない。また、これらの条件下で、ブラッダの絶対圧力は、ブラッダ12の頂部表面を支持するのに必要なごくわずかの量以上は周囲圧力を超えない。
分散負荷の作用下で、その中の圧力が負荷を支持するのに十分大きくなるまでブラッダ12の容量は減少する。高さと２通りの基底部寸法を有する長方形スラブの設計形状を有するブラッダ12では、高さが負荷の作用下で減少するにつれて基底部寸法が増大することにより、ブラッダ12の基底部面積を増大させる。分散負荷の重量はブラッダの基底部面積倍のブラッダ内部及び外部の差圧の積で与えられる。座席頂部の荷重が比較的局所化しても、ブラッダ基底部が十分支持されかつブラッダの頂部表面が底部表面に対して局所的に圧縮されないと仮定すると、関連重量はブラッダの基底部面積に働く差圧で与えられる。
高さｈ及び基底部寸法Ｓを有する方形プロファイルのブラッダ12に対しては、ブラッダＡの支持面積の、かつ絶対圧力Patmに対する関連差圧DPの負荷の影響は下記分析的換算において説明される：
理想気体法則から、Ｐ＝ブラッダ内絶対流体圧力、Ｖ＝ブラッダ容量、ｎ＝気体モル数、Ｒ＝一般気体定数、及びTatm＝ブラッダ内気体温度として、
Ｐ・Ｖ＝ｎ・Ｒ・Tatm        （２）
ブラッダ内圧力は
Ｐ＝Patm＋DP        （３）
で与えられる。
ブラッダが温度Tfillで容量Vfillに充填されたと仮定すると、関連圧力Pfillは理想気体法則から
0004198758.tif 000002
として与えられる。
充填容量はブラッダの設計高さh0及び基底部寸法S0、及び充填される設計容量Vmaxの分別部分
Vmax＝S02・h0        （５）
Vfill＝α・Vmax        （６）
によって表されてもよい。
ブラッダの容量Vdpcは充填状態、局所的な大気圧状態、及び測定差圧DPによって
0004198758.tif 000003
として与えられる。
この分析では、ブラッダの表面面積“ａ”は荷重下で一定に留まると考えられるので、加えられた負荷の影響下で、高さの減少につれて基底部面積は増加する。この表面面積は
ａ＝２・（Ｓ2＋２・Ｓ・ｈ）        （８）
で与えられる。
高さｈ及び表面面積“ａ”によって表される基底部寸法Ｓの解は
0004198758.tif 000004
を与える。
ブラッダの基底部面積Ａ及び容量Ｖは
0004198758.tif 000005
で与えられる。
方程式（７）及び（13）を等しいとし、かつブラッダ高さについて解を求めると、
ａ≫２・ｈ2                        （１４）
と仮定して、表面面積、充填状態、周囲状態、及び測定差圧によるブラッダの高さは
0004198758.tif 000006
で与えられる。
測定差圧は加えられた負荷の大きさ及びブラッダ表面面積と
0004198758.tif 000007
により関係付けられる。
上記方程式は陰に解かれてブラッダの形状寸法、充填状態、周囲状態に対する重量測定誤差の感度を決定する。
一般に、周囲温度及び圧力に対する気体充填ブラッダの感度はブラッダの気体量の減少とともにかつブラッダの同一基底部寸法に対するブラッダ厚さ（すなわち高さ）の減少とともに減少する。しかしながら、ブラッダは全高さにおいてより薄く構成されかつ気体量は減少するので、座席に加えられた局部化負荷の影響下でブラッダはより底をつきやすくなる。
本発明のブラッダが本明細書においては長方形形状を使用して説明されているが、本発明がブラッダの特定形状に制限されるものでないことが当業者には明らかであろう。
特定の実施態様を詳細に説明したが、当業者にはそれらの詳細に対する各種の変形実施形態及び代替物が本開示の全教示に照らし展開できることは当業者に明らかであろう。従って、開示された特定の形態は単に例示であることを意味し、本発明は添付された請求の範囲の全範囲及びそのすべての均等物に与えられるべく本発明の範囲を制限するものではない。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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