(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車用エアバッグシステムであって、衝突時に乗員の前方でエアバッグを膨張させるものであり、自動車は少なくとも１人の乗員のための乗員室を有しており、該乗員室はルーフと、フロントガラスと、座席とを含んでおり、本エアバッグシステムは、
（ａ）エアバッグと、
（ｂ）該エアバッグに接続され、ガスで該エアバッグを膨張させる膨張手段と、
（ｃ）前記乗員室に対する前記乗員のポジションを継続的に検出し、そのポジションを表す電気出力を発生させる乗員センサー手段と、
（ｄ）車体の角方位を検出し、その角方位を表す電気出力を発生させる車体角方位センサー手段と、
（ｅ）所定時間にわたる前記乗員センサー手段の電気出力、所定時間にわたる前記車体角方位センサー手段の電気出力、乗員センサー手段の電気出力の変化である乗員加速度と車体角方位センサー手段の電気出力の変化である自動車角加速度に関し自動車の衝突を表す基準となる衝突基準データ、前記エアバッグの膨張時に該エアバッグによって占領される空間ポジションのデータ、車体角方位センサー手段の電気出力の変化である自動車角加速度に関し車横転を表す角加速度の値、を保存するメモリー手段と、
（ｆ）前記乗員センサー手段と、前記車体角方位センサー手段と、前記膨張手段とに電気的に接続され、前記乗員センサー手段と前記車体角方位センサー手段からの電気出力を分析し、乗員センサー手段の電気出力の変化である乗員加速度、乗員センサー手段の電気出力の変化から予測される乗員ポジション、車体角方位センサー手段の電気出力の変化である自動車角加速度を前記メモリーに保存された情報と比較し、該メモリー手段に保存された所定の基準に従って前記エアバッグを膨張させるように前記膨張手段を起動させるマイクロプロセッサー手段と、
を含んでいることを特徴とする自動車用エアバッグシステム。
【請求項２】
エアバックは車体のルーフ近辺に搭載されていることを特徴とする請求項１記載の自動車用エアバッグシステム。
【請求項３】
乗員センサー手段は複数の乗員接近度センサー手段で成るアレイを含んでおり、乗員と個々の該乗員接近度センサー手段との距離を検出し、マイクロプロセッサー手段は、該距離のデータによって乗員ポジションを決定する乗員ポジション決定手段を含んでおり、さらに、その距離を三角測定法で分析する距離分析手段を含み、前記乗員のポジションを決定することを特徴とする請求項１記載の自動車用エアバッグシステム。
【請求項４】
個々の乗員接近度センサー手段はキャパシタと、該キャパシタに接続された回路手段とを含んでおり、乗員の存在によって引き起こされる該キャパシタの静電容量に対する静電結合効果を継続的に検出し、さらに、該静電容量の値を示す信号をマイクロプロセッサー手段に継続的に提供するものであり、該マイクロプロセッサー手段は該静電容量の値を基に個々の前記乗員接近度センサー手段からの前記乗員の距離を継続的に決定する距離決定手段を含んでいることを特徴とする請求項３記載の自動車用エアバッグシステム。
【請求項５】
乗員センサー手段は車体のルーフに近接して搭載されていることを特徴とする請求項１記載の自動車用エアバッグシステム。
【請求項６】
車体の角方位センサー手段は相互に直交する３軸に対する車体の角方位を検出する手段であることを特徴とする請求項１記載の自動車用エアバッグシステム。
【請求項７】
車体角方位センサー手段は３軸電子コンパスであることを特徴とする請求項６記載の自動車用エアバッグシステム。
【請求項８】
マイクロプロセッサー手段は、
（ａ）該マイクロプロセッサー手段によって所定時間に対する前記乗員ポジションの比較が前記乗員室に対する乗員の増加する加速を示し、該乗員の加速に関する衝突基準データとの該乗員の加速の比較が車体の衝突を示すなら、膨張手段にエアバックを膨張させるように予備決定する手段と、
（ｂ）該エアバックの膨張初期段階の前記乗員の予想平均ポジションを計算する手段と、
（ｃ）該膨張初期段階の該予想平均ポジションと、該エアバックの予想膨張ポジションに関する前記衝突基準データとの比較で、前記乗員が膨張エアバックの膨張ポジション内に入るであろうことが予想されるなら、該エアバックの膨張のための前記予備決定をキャンセルする手段と、
（ｄ）所定時間に対するマイクロプロセッサー手段による車体角方位の比較が、該マイクロプロセッサー手段による車体の衝突を示す角加速度に関する衝突基準データと比較されたときに車体の非衝突を示す車体角加速度を示すなら、前記エアバックの膨張のための前記予備決定をキャンセルする手段と、
（ｅ）車体の転覆に関する衝突基準データとの前記車体角加速度の比較で車体が転覆することが示されるなら、前記エアバックの膨張のための前記予備決定をキャンセルする手段と、
（ｆ）該エアバックの膨張のための前記予備決定が実行され、前記（ｂ）から（ｅ）のキャンセルが実行されない場合に前記防諜手段に該エアバックを膨張させる手段と、
を含んでいることを特徴とする請求項１記載の自動車用エアバッグシステム。
【請求項９】
膨張手段は、発火性火薬組成物を収容した少なくとも１体のチャンバーと、マイクロプロセッサー手段に電気的に接続され、該発火性火薬組成物に点火させる少なくとも１体の発火手段とを含んでおり、前記チャンバーはエアバックと連結されていることを特徴とする請求項１記載の自動車用エアバッグシステム。
【請求項１０】
膨張手段は、エアバックに連結された電動式開放バルブを有した加圧ガスを収容する少なくとも１体のチャンバーを含んでおり、該開放バルブはマイクロプロセッサー手段と電気的に接続されていることを特徴とする請求項１記載の自動車用エアバッグシステム。
【請求項１１】
自動車用エアバッグシステムであって、衝突事故時に乗員の前方でエアバッグを膨張させるものであり、該自動車は少なくとも１人の乗員のための乗員室を有しており、該乗員室はルーフと、フロントガラスと、座席とを含んでおり、本エアバッグシステムは、
（ａ）エアバッグと、
（ｂ）該エアバッグに接続され、該エアバッグをガスで膨張させる膨張手段と、
（ｃ）前記乗員室のルーフに隣接して搭載され、前記乗員室に対する前記乗員のポジションを継続的に検出し、そのポジションを示す電気出力を発生させる乗員センサー手段と、
（ｄ）所定時間にわたる前記乗員センサー手段の電気出力、乗員センサー手段の電気出力の変化である乗員加速度に関し自動車の衝突を表す基準となる衝突基準データ、前記エアバッグの膨張時に該エアバッグによって占領される空間ポジションのデータ、を保存するメモリー手段と、
（ｅ）前記乗員センサー手段と、前記膨張手段とに電気的に接続され、前記乗員センサー手段からの電気出力を分析し、乗員センサー手段の電気出力の変化である乗員加速度、乗員センサー手段の電気出力の変化から予測される乗員ポジションを前記メモリーに保存された情報と比較し、該メモリー手段に保存された所定の基準に従って前記エアバッグを膨張させるように前記膨張手段を起動させるマイクロプロセッサー手段と、
を含んでいることを特徴とする自動車用エアバッグシステム。
【請求項１２】
乗員センサー手段は複数の乗員接近度センサー手段で成るアレイを含んでおり、乗員と個々の該乗員接近度センサー手段との距離を検出し、情報処理手段は該距離のデータによって乗員ポジションを決定する乗員ポジション決定手段を含んでおり、さらに、その距離を三角測定法で分析する距離分析手段を含み、前記乗員のポジションを決定することを特徴とする請求項１１記載の自動車用エアバッグシステム。
【請求項１３】
個々の乗員接近度センサー手段はキャパシタと、該キャパシタに接続された回路手段とを含んでおり、乗員の存在によって引き起こされる該キャパシタの静電容量に対する静電結合効果を継続的に検出し、さらに、該静電容量の値を示す信号をマイクロプロセッサー手段に継続的に提供するものであり、該マイクロプロセッサー手段は該静電容量の値を基に個々の前記乗員接近度センサー手段からの前記乗員の距離を継続的に決定する距離決定手段を含んでいることを特徴とする請求項１２記載の自動車用エアバッグシステム。
【請求項１４】
マイクロプロセッサー手段は一定の時間間隔にわたって乗員のポジションデータを保存するメモリ手段を含んでいることを特徴とする請求項１１記載の自動車用エアバッグシステム。
【請求項１５】
マイクロプロセッサー手段は、
（ａ）該マイクロプロセッサー手段による所定時間に対する乗員ポジションの比較が乗員室に対する乗員の増加する加速を示し、該乗員の加速に関する衝突基準データとの該乗員の加速の比較が車体の衝突を示すなら、膨張手段にエアバッグを膨張させるように予備決定する手段と、
（ｂ）該エアバッグの膨張初期段階の前記乗員の予想平均ポジションを計算する手段と、
（ｃ）該膨張初期段階の該予想平均ポジションと、該エアバッグの予想膨張ポジションに関する前記衝突基準データとの比較で、前記乗員が膨張エアバッグの膨張ポジション内に入るであろうことが予想されるなら、該エアバッグの膨張のための前記予備決定をキャンセルする手段と、
（ｄ）該エアバッグの膨張のための前記予備決定が実行され、前記（ｂ）と（ｃ）のキャンセルが実行されない場合に前記膨張手段に該エアバッグを膨張させる手段と、
を含んでいることを特徴とする請求項１４記載の自動車用エアバッグシステム。
【請求項１６】
マイクロプロセッサー手段は乗員の予想移動軌道を決定し、その軌道が、該乗員がエアバッグにより保護されない方向に移動することを示す場合に該エアバッグの膨張を阻止する手段を含んでいることを特徴とする請求項１４記載の自動車用エアバッグシステム。
【請求項１７】
乗員センサー手段は乗員の頭部ポジションに対して特に感度が高い手段であることを特徴とする請求項１１記載の自動車用エアバッグシステム。
【請求項１８】
車体のリニア加速度を決定する手段をさらに含んでおり、マイクロプロセッサー手段は該リニア加速度の経時的分析を実行し、該分析が該車体の衝突が回避されることを示すならエアバッグの膨張を防止する手段を含んでいることを特徴とする請求項１１記載の自動車用エアバッグシステム。
【請求項１９】
車体のリニア加速度を決定する手段をさらに含んでおり、メモリ手段は所定の時間間隔で該リニア加速度の値を保存する手段を含んでおり、マイクロプロセッサー手段は該リニア加速度を一定時間にわたって分析する手段をさらに含んでおり、該分析が車体の非衝突を示すならエアバッグの膨張の当初決定を無効にすることを特徴とする請求項１５記載の自動車用エアバッグシステム。
【請求項２０】
自動車用のエアバッグシステムであって、衝突事故時に乗員の前方でエアバッグを膨張させるものであり、該自動車は少なくとも一人の乗員のための乗員室を有しており、該乗員室はルーフと、フロントガラスと、座席とを有しており、本エアバッグシステムは、
（ａ）車体のルーフ近辺に搭載され、２体の主チャンバーである前方チャンバーと後方チャンバーとを有し、該前方チャンバーから該後方チャンバーへガスを供給させる手段を備えたエアバッグであって、該エアバッグは膨張時に前記前方チャンバーが前記フロントガラスに沿って下方に膨張し、前記後方チャンバーが該前方チャンバーの後方で膨張するように提供されており、該エアバッグは膨張時にその底部に該前方チャンバーと該後方チャンバーとの間に提供される凹形状部を有した表面を有していることを特徴とするエアバッグと、
（ｂ）該エアバッグに接続され、該エアバッグをガスで膨張させる膨張手段と、
（ｃ）前記乗員室のルーフに隣接して搭載され、前記乗員室に対する前記乗員のポジションを継続的に検出し、そのポジションを示す電気出力を発生させる乗員センサー手段と、
（ｄ）所定時間にわたる前記乗員センサー手段の電気出力、乗員センサー手段の電気出力の変化である乗員加速度に関し自動車の衝突を表す基準となる衝突基準データ、前記エアバッグの膨張時に該エアバッグによって占領される空間ポジションのデータ、を保存するメモリー手段と、
（ｅ）前記乗員センサー手段と、前記膨張手段とに電気的に接続され、前記乗員センサー手段からの電気出力を分析し、乗員センサー手段の電気出力の変化である乗員加速度、乗員センサー手段の電気出力の変化から予測される乗員ポジションを前記メモリーに保存された情報と比較し、該メモリー手段に保存された所定の基準に従って前記エアバッグを膨張させるように前記膨張手段を起動させるマイクロプロセッサー手段と、
を含んでいることを特徴とする自動車用エアバッグシステム。
【請求項２１】
衝突時に乗員のポジションを測定して記録する手段をさらに含んでいるいることを特徴とする請求項２０記載の自動車用エアバッグシステム。
【請求項２２】
衝突時に車体の角方位を測定して記録する手段をさらに含んでいることを特徴とする請求項２１記載の自動車用エアバッグシステム。
【発明の詳細な説明】
発明の背景
本発明は車両事故の際に活用するエアバッグシステムに関する。さらに特定すれば、本発明は、角加速力（angular acceleration）を含む衝突エネルギーによって引き起こされる車両のモーションに関する情報ばかりでなく、乗員のモーションに関する測定データをも利用して乗員への危害のリスクを最低限度に押え、エアバッグの作動がかえって悪影響を及ぼす可能性が存在するときには作動しない構造のエアバッグシステムに関する。
自動車用エアバッグシステムは衝突事故の際に乗員への危害を最低限度に押さえることを目的に採用されている一般的な手段の１つである。エアバッグシステムは衝突時に乗員の前方でエアバッグを急速に膨張させ、ハンドルやダッシュボード等の車内の硬質部分との衝突から乗員を保護するように設計されている。典型的には、エアバッグシステムは車体の急激な減速を察知する加速度計を活用することで車両の衝突を感知する。エアバッグの急速な膨張は、エアバッグの膨張に充分な量のガスを急速に発生させる発火性ガス発生物質（pyrotechnic substance）の電気的着火によって、あるいはエアバッグシステムの一部であるチャンバー（分室：chamber）内に収納された圧縮ガスを開放させるバルブの電気式開放によって提供される。
乗員保護の観点から見たエアバッグシステムの効果は、乗員の当初ポジション及び衝突後の乗員モーションに関する事実によって大きく影響を受けると考えられる。このような乗員ポジションと乗員モーションとは車両の減速のみを感知する加速度計を用いたシステムでは知ることができない。乗員の頭部モーションは特に重要な考察要素である。なぜなら、頭部への損傷は重大な結果をもたらす可能性があるからである。例えば、乗員があまりにもシートの前方に座っていれば、あるいは乗員の頭部が前方に出すぎていれば、エアバッグが膨張するスペース内に頭部が進入した状態となり、本来的には乗員を保護するように意図されたエアバッグの強力な膨張によって乗員は重大な頭部損傷を受ける可能性がある。従って、衝突開始時に乗員が既に座席の前方に出すぎている場合にはエアバッグの膨張を阻止させるような乗員ポジションの検出手段が必要である。
しかしながら、たとえ衝突開始時に乗員が前方に出すぎてはいない場合であっても、少なくとも前方衝突事故の場合には車体が急激に減速する際に乗員は頭部に先導されて急速に前方に移動し、エアバッグの完全膨張以前にエアバッグ膨張スペース内に深く進入し、エアバッグ自体からの衝撃を回避することができないであろう。乗員の当初ポジション以外にも乗員の前方モーションに多大な影響を及ぼすであろう多数の要因が存在する。それらはケースバイケースで大きく異なる。乗員の相対的な前方モーションは乗員がシートベルトをしていたか否かの事実にも大きく関わる。乗員のモーションは衝突の際の乗員の本能的なリアクション、すなわち、身体を支えようとする足のふんばり等にも影響を受けよう。どのように反応するかは個々の乗員によって大きく異なるろうが、いずれにしても衝突があまりにも急激であれば、あるいは乗員が酒酔等で通常の状態でない場合には全く反応できないこともあろう。さらに、衝撃程度も乗員の加速モーションに大きく影響を及ぼすであろう。従って、乗員のポジションと時間との関係、特に頭部の時間に対するモーションを測定し、そのデータを分析してエアバッグの作動の適否を判定するシステムが必要である。本願出願人が提出した情報開示書に添付された資料に記載されたもののごとき乗員モーションの測定システムは知られてはいるが、本願発明のように静電結合（capacitive coupling）接近度センサー（proximity sensor）の頭上アレイ（overhead array）を採用し、三角測定法（triangulation）によって継続的に乗員ポジションを決定し、このアレイの各センサーと乗客との距離と、時間の関数としての距離変化とを表す信号を分析するマイクロプロセッサー手段によって乗員の加速度を決定するシステムは存在しなかった。頭上センサーは従来式の乗員前方に位置するビーム発生式センサーを有したシステム、例えば、ハンドル部に搭載された音波センサーを備えたエアバッグシステムにはない利点を提供する。すなわち、このような従来システムはドライバーの手や腕でビームがブロックされてシステムが作動しないことがあった。
静電結合接近度センサーアレイの使用はエアバッグシステムにおいて従来のビーム発生センサーにはない利点を提供する。各静電結合センサーは、乗員の存在によって引き起こされる静電容量（capacitor）の容量（capacitance）の変化を検出することで機能するからである。この効果は超音波ポジションセンサーの場合のような短時間ではあるが無視できない程度のビーム移動時間を必要とせず、本質的には瞬時（光速で伝播）に提供されるものであり、さらに、静電結合センサーはブロックされる可能性を有したビームの伝播と検出とを必要としない。また、その発生信号がマイクロプロセッサーで分析される静電結合接近度センサーで成る頭上アレイの使用により、乗員とアレイの各々のセンサーとの距離に基づいた三角測定法を利用し、乗員ポジションと乗員モーションとを瞬時で継続的にモニターが可能であり、さらに、このような頭上センサーアレイは前方、後方、斜め、及び横方向の乗員モーションを正確で継続的に決定することが可能である。乗員の頭部は頭上センサーに最も近く位置しているので、この方法は乗員の頭部モーションに対して特に感度がよいであろう。
本発明のエアバッグシステムは車両の衝突の認知はもとより、エアバッグの有効性が疑わしく、エアバッグの膨張が望まれないような車両転覆事故等の場合にはエアバッグの膨張を阻止するために車両の角加速度にも敏感である。このような作用効果は３軸式車両転覆センサー（three axis vehicle rollover sensor）の使用によって提供される。その出力はマイクロプロセッサーによって分析される。
本発明は前方に位置した乗員への損傷に対する保護をも提供する。座席の前方に位置した乗員はエアバッグの膨張によってかえって怪我をする可能性があるからである。エアバッグの膨張は特に後向きの幼児用シートに座らされている幼児に対して危険である。この場合には幼児の頭部（後頭部）は前方に出ており、エアバッグの膨張で重大な頭部損傷を受ける危険がある。詳細に後述するように、本発明は、エアバッグが膨張したときに中間部に凹形状部を提供する２体の主要チャンバー（隔室）を有したエアバッグによって前述の問題を解消させる。この凹形状部は幼児用カーシートの幼児を安全に収容し、カーシートと幼児とによって２体のチャンバーの最後部を適度に変形させ、乗員との衝撃力を吸収緩和させて怪我の危険性を減少させる。
衝突時の乗員モーションの変化に関連した諸問題を含む衝突力学作用に関する知識の向上に伴って自動車用エアバッグシステムのデザインは常に変化しており、衝突事故の研究を目的とした、衝突時の車両と乗員のモーション、特に乗員の頭部モーションを記録できるシステムが必要となってきている。本発明はこの要求にも応えるものであり、車両と乗員のモーションを検出するセンサーに接続されたマイクロプロセッサーへの記録手段も提供されている。
発明の要旨
本発明は車内のルーフに取り付けられる自動車用エアバッグシステムであり、要部として、乗員から個々のセンサーまでの距離を三角測定法で分析する分析手段にて乗員のポジション、特に頭部のポジションを継続的に検出するルーフ搭載式静電結合乗員ポジションセンサーのアレイと、全３車両軸オリエンテーションを継続的にモニターするロールオーバー（転覆）センサーと、それら乗員ポジションセンサーとロールオーバーセンサーの出力を分析して記録し、以下に解説するように、代表的な衝突関連パラメータ値のテーブル（表）であるデータベースをもメモリに保存し、エアバッグ膨張のための信号を発生させるマイクロプロセッサーと、このマイクロプロセッサーから発火信号を受信してエアバッグを膨張させる発火性ガス発生手段と、２体の主要チャンバーを有したマルチチャンバータイプのエアバッグ（本発明の他の部材を利用すればドライバー用、側壁用、あるいは後部シート用のエアバッグとしても利用が可能）とを含んでいる。このエアバッグは２体のチャンバー間に凹形状部を有しており、一方の主要チャンバーはフロントガラスの内面に沿って下方に膨張し、その後方に他方の主要チャンバーが提供されている。これら２体の主要チャンバーの最後部は、通常は前部座席で後向きに設置される子供用カーシート内の幼児のごとき座席の前方に位置する乗員との衝突によって変形し、衝突エネルギーを効果的に吸収緩和する。さらに凹形状部はそのような幼児用シートを収容し、同時に乗員への怪我のリスクを最大限に減少させるように作用する。乗員ポジションセンサーは接近度センサーである。これは、近接した人体の存在によって引き起こされる静電容量値の変化を継続的にモニターする回路を備えたキャパシタである。この静電容量値の変化は人体とセンサーとの間の距離によって変化する。センサーアレイが乗員の動きの測定に使用できるよう、オシレータ（oscillator）と信号処理回路との使用によって本発明の好適実施例は適当なサンプル周波数で静電結合効果の変化をモニターする。マイクロプロセッサーは、衝突認知データベーステーブル（比較を目的として、このデータベーステーブルは衝突の表示ではない通常のモーション、例えば、くしゃみによる頭部のモーションのデータをも含む）との比較によってセンサーデータが衝突を認知するものであるときにエアバッグを膨張させるようにプログラムされている。しかし、乗員ポジションセンサーアレイからの乗員のポジションと速度のデータと、エアバッグ膨張時のエアバッグポジションを示すテーブルの”非作動（no firｅ）”データベース値との比較によって、乗員がエアバッグ膨張の障害物となることが示されるとき、あるいは、車両のロールオーバーが起こり得ることがロールオーバーセンサーからのデータと車両ロールオーバーを示すテーブル値とのマイクロプロセッサーによる比較によって示されているなら、あるいは、ロールオーバーセンサーからのデータが車体の角加速力が衝突を示すには不十分であることを示すなら、あるいは、そのセンサーデータが、例えば、実質的に横方向の衝突力成分を伴う衝突であって、実質的に横方向の乗員モーションを引き起こすような衝突に起因する乗員のモーションの方向性により��乗員のモーションがエアバッグによっては抑制されないであろうことを示すなら、マイクロプロセッサーは発火信号を発生させないようにプログラムされている。
【図面の簡単な説明】
図１は本発明システムの一部が断面で示されている側面図である。
図２は本発明の静電結合接近度センサーアレイ（array of capacitive coupling proximity sensors）を示す平面図である。
図３は膨張前の収縮した状態のエアバッグを示す図１のシステムの一部の拡大図である。
図４は半膨張状態のエアバッグを示す側面図である。
図５は最大に膨張した状態のエアバッグと、後方に面した幼児用カーシートとを示す側面図である。
図６は最大に膨張した状態のエアバッグと、成人の乗員とを示す側面図である。
図７は本発明の好適実施例による接近度センサーの１つを形成する検出器要素と信号処理回路とを略図で示す。
図８は乗員の頭上に設置された接近度センサーの側断面図である。
好適実施例の説明
図面を参照にして本発明を詳細に解説する。同一の参照番号は図面を通じて同一の部材要素を示している。本発明の室内ルーフ搭載用エアバッグシステムの主要な部材は、静電結合接近度センサー１２で成るポジションセンサーアレイ１０と、ロールオーバーセンサー１４と、マイクロプロセッサー１６と、ガス発生手段１８と、エアバッグ２０とである。それぞれを以下において詳細に説明する。
本システムの部材は、エッジモールディング（edge molding）、接着剤、及び／又はファスナーで室内ルーフに固定されるヘッドライナー２４の上方に設置される搭載プレート２２に取り付けられる。搭載プレート２２は、フロントガラス２８の車体ルーフ３０への取り付けに使用される車体の一部であるフロントガラスヘッダー２６に、その前方端部にてボルトあるいは他の取付手段で固定される。搭載プレート２２は、車体ルーフ３０の内側を横断する標準ブレース（brace）である横断ブレース３２にボルトあるいは溶接等の手段でその後方端部にて強固に固定される。
ガス発生手段１８はマニフォールド（manifold）３４に収容されている。マニフォールド３４はボルトあるいは溶接等の手段で搭載プレート２２に強固に固定されている。ガス発生手段１８はガスノズル３６を通じてガスをエアバッグ２０内に送るものである。図３に示すように、膨張していないエアバッグ２０はヘッドライナー２４の上方にコンパクトに折り畳まれている。ヘッドライナー２４はエアバッグ２０の前方に脆いカバーあるいはドア体３８を有しており、衝突時のエアバッグ２０の室内への膨張を可能にしている。
ポジションセンサーアレイ１０を形成する複数の接近度センサー１２は搭載プレート２２に取り付けが可能であるが、ヘッドライナー２４に搭載することもできよう。
ポジションセンサー１０に隣接したロールオーバーセンサー１４はネジ等によって搭載プレート２２に強固に取り付けられる。マイクロプロセッサー１６もまた搭載プレート２２に強固に取り付けられる。マイクロプロセッサー１６を作動させる電力は図示のように左右いずれかのフロントピラー４２を介して配線したワイヤー４０によって供給することができよう。あるいは、ドームランプ（dome lamp：図示せず）に配線したワイヤー４０から得ることもできよう。バックアップ電力は搭載プレート２２に取り付けられたバッテリー４４及び／又はキャパシタ４６を利用することができる。このエアバッグシステムはヘッドライナー２４でカバーされている。ヘッドライナー２４は成形ボード、あるいはウレタン樹脂等の絶縁性化粧材であり、車両ルーフ３０の内側の搭載プレート２２にエッジモールディングまたは他の固定手段によって取り付けられる。
各接近度センサー１２は図７に示すように検出要素（detector element）４８と信号処理回路５０とで成る。検出要素４８は、オシレータ入力ループ（oscillator input loop）５４及び検出出力ループ（detector output loop）５６として図７に示す実施例のように、プリント回路ボード５２の片側の少なくとも２体のコンダクタで成る。接近度センサー１２はオシレータ入力ループ５４と検出出力ループ５６との間に静電界（electrostatic field）を創出する。この静電界は、人体が導電性であって、空気とは異なる誘電率を有していることによる静電結合の結果として、近接する人体の存在によって影響を受ける。すなわち、近接した人体の存在によって、オシレータ入力ループ５４と検出出力ループ５６との間の静電容量には変化が生じる。電子技術界においては周知のように、このような静電結合効果は人体とセンサーとの距離に影響される。よって、測定されたキャパシタンスの変化はセンサーからの人体の距離の決定に利用が可能である。オシレータ５８と電荷に敏感なアンプリファイヤ６０とを備えた信号処理回路５０はこの静電結合効果と、その効果の大きさの変化とを継続的にモニターする。マイクロプロセッサー１６は乗員ポジションを示す各々の接近度センサー１２からの信号を継続的に受信するであろう。この信号は特に乗員の頭部ポジションとモーションとに敏感であろう。なぜなら、頭部は頭上のポジションセンサーアレイ１０に最も近いからである。オシレータ５８は１００ｋＨｚ程度の周波数で作動し、信号処理回路５０は１０ｋＨｚにてサンプルする。この周波数は静電結合効果及びその変化の継続的で迅速なサンプリングに適当である。信号処理回路５０のサンプルレートは、従来式アナログデジタル変換回路等のマイクロプロセッサー１６に内蔵された手段によって決定が可能であろう。信号処理回路５０は直列に接続された従来式全波長整流器（full wave rectifier）とピーク検出器（peak detector）とで構成が可能であろう。ポジションセンサーアレイ１０は図２に示すように長軸方向及び横軸方向の延長部を有した接近度センサー１２のアレイである。１体が６インチ（約12.54cm）から１２インチ（約30.48cm）程度の検出器のアレイが適当であろう。すなわち、車両の形状及びサイズにも関係するが、４体から８体の検出器で成るアレイが適当であろう。シートでの乗員ポジションの多様性に鑑み、一般的にベンチシート用のアレイはバケットシート用のアレイよりも多くの検出器を必要とするであろう。このアレイは以下に解説するように乗員ポジションの決定に使用される。
ロールオーバーセンサー１４は電子式３軸コンパスであり、各軸周囲でのロールオーバーセンサー１４の回転を示す３種の電気出力を提供する。ロールオーバーセンサー１４からの出力信号はワイヤー（図示せず）によってマイクロプロセッサー１６の入力部に送られ、マイクロプロセッサー１６は車体の角加速度成分に関するデータを継続的に分析する。
マイクロプロセッサー１６は以下の機能を実行するようにプログラムされている。マイクロプロセッサー１６のパワーをオンにする車両のエンジンスタート時に、マイクロプロセッサー１６はポジションセンサーアレイ１０の接近度センサー１２の各々のパワーとロールオーバーセンサーのパワーをオン状態にする。マイクロプロセッサー１６は、マイクロプロセッサー１６のメモリに保存された距離に関する静電結合効果相関関係を含むルックアップテーブルと、各接近度センサー１２で創出された静電結合効果とを比較することで、乗員の電子的中心部（electronic center）の各接近度センサー１２からの距離を継続的にモニターする。ポジションセンサーアレイ１０の３体の最も近い接近度センサー１２からの乗員の距離を三角測定処理することで、オシレータ５８によって継続的にドライブされる各接近度センサー１２からの出力信号がマイクロプロセッサー１６によって継続的に受信されて分析され、その乗員ポジションは継続的に計算されて更新される。マイクロプロセッサー１６のメモリは約５秒間のセンサー処理（オシレータ５８のサンプリング周波数１０ｋＨｚ）に対応する最新の５０，０００の乗員ポジションを保存するのに充分な容量である。その処理後に新データによって先行の記録データが更新される。従って、マイクロプロセッサー１６は衝突直前の最後の５秒間の乗員ポジションの詳細な記録を含み、衝突直後の５秒間のデータを継続して記録するであろう。この記録は後に行われる衝突の力学解析に非常に有効であろう。エアバッグの膨張で古いデータの消去は停止されるであろう。
マイクロプロセッサー１６のメモリはさらに”しきい加速値（threshold acceleration values）”の乗員頭部モーションルックアップテーブルをも含んでいる。このテーブルは非衝突条件、例えば、くしゃみによる頭部モーションで発生するような加速度の識別に利用が可能であろう。
マイクロプロセッサー１６は、もしそのメモリ内の３０から５０、あるいはそれ以上の連続的な乗員ポジションデータポイントが乗員の加速力の増加を示すなら、あるいは、もしこの乗員のモーションデータと、乗員モーション衝突パラメータルックアップテーブルのパラメータとの比較が衝突を示すなら、エアバッグ２０の膨張を指示する予備決定を行うようにプログラムされている。しかしながら、マイクロプロセッサー１６はいくつかの異なる条件のもとでエアバッグの膨張を指示するこの予備決定をキャンセルするようにもプログラムされている。
マイクロプロセッサー１６はこの３０から５０の最新乗員ポジションデータポイントを使用してエアバッグ膨張中に予想される乗員モーションも同時に計算し、エアバッグ膨張の初期の段階において可能な平均乗員ポジションを決定する。マイクロプロセッサー１６はこのポジションを、マイクロプロセッサー１６のメモリに含まれており、エアバッグ２０の初期の膨張段階で膨張開始後にエアバッグ２０が占めるであろう代表的なポジション（空間ポジション）、すなわち当初の収納ポジションから（乗員用のエアバッグの場合）ダッシュボードにまで、あるいは（ドライバー用のエアバッグの場合）ハンドルの中央部にまで膨張するまでの代表的なポジションを含んだ”非作動”ルックアップテーブルと比較する。マイクロプロセッサー１６は、エアバッグ膨張後の予想された平均乗員ポジションが”非作動”ゾーンに入っているか、あるいは選択された安全マージン距離内で近すぎれば、エアバッグ膨張を指示する予備決定をキャンセルするようにプログラムされている。
マイクロプロセッサー１６はさらに車両のｘ軸、ｙ軸あるいはｚ軸の回転を表すロールオーバーセンサー１４からの信号を継続的にサンプルする。ロールオーバーセンサー１４はこのデータを５ｋＨｚでマイクロプロセッサー１６に送る。このデータはサンプル処理されて約２０％のレート、あるいはミリ秒（millisecond）ごとに１データポイントのレートで記録される。マイクロプロセッサー１６は２つの状況において、ロールオーバーセンサー１４からの信号の分析に基づいてエアバッグ膨張を指示する当初の決定をキャンセルするようにプログラムされている。まず、サンプルされたデータポイントの角加速力データが、車体ロールオーバーを示す軸加速力の値を含んだ”ロールオーバーにつきキャンセル（rollover therefore cancel）”ルックアップテーブルのマイクロプロセッサー１６のメモリに保存されたデータと比較される。もしこの比較によって、車両が衝突によって転覆することが示されるならエアバッグの膨張はキャンセルされる。なぜなら、ロールオーバー時のエアバッグの作用は予測不能であり、危険な場合さえあるからである。例えば、乗員はハンドルやダッシュボードの方向ではなく、ルーフ方向に向けて加速されるかも知れないからである。次に、角加速力に関する同じデータポイントが、真の衝突を示す最低の角加速値を含んだマイクロプロセッサー１６のメモリに保存された”衝突認知（crash confirmation）”テーブルと比較される。もし３軸の角加速度がこのルックアップテーブルの値よりも低ければ、エアバッグの膨張はキャンセルされる。すなわち、エアバッグの膨張を実行させるには、少なくとも１種の測定された角加速力がその対応する最低値を越えなければならない。
もしエアバッグ膨張の予備決定が前述のようにマイクロプロセッサー１６でキャンセルされなければ、マイクロプロセッサー１６はガス発生手段１８に電気信号を送ってエアバッグ２０を膨張開始させる。
ガス発生手段１８はマイクロプロセッサー１６からの電気信号に呼応してエアバッグ２０を膨張させる大量のガスを急速に発生させる手段である。好適には、マイクロプロセッサー１６からの発火信号によって、１本のガスノズル３６によってエアバッグ２０に接続された２体のガス発生チャンバー内に保存された発火式ガス発生混合物の発火装置（squib：図示せず）による発火によってエアバッグ２０は膨張する。電気的に着火される発火混合物の発火により発生されるガスによるエアバッグの膨張は従来より知られた技術である。例えば、キューバス（Cuevas）の米国特許第５，０５８，９２１号に開示された、発火装置３６によって着火されるアジナトリウム（sodium azide）と酸化銅との混合物を含んだ燃焼チャンバー３２と３４（欄６，行５６−６８，図２；欄７，行３７−４１）や、ホワイト他の米国特許第５，０７１，１６０号に開示された、複数体の発火式ガス発生カートリッジ４４によるエアバッグ膨張（欄５，行２２−３７）が存在する。これらの開示内容を本明細書に援用する。
本発明のエアバッグ２０は、前方に位置した乗員や幼児用シートで後方を向いた幼児に対する重大な怪我のリスクを減少させるように意図された膨張形状を有したマルチチャンバータイプのエアバッグである。このエアバッグデザインはさらに乗員の怪我のリスクを減少させるように増強されたクッション効果をも提供する。
このエアバッグ２０は第１チャンバー６２を有している。ガスノズル３６の周囲には頸部が提供されており、適当な固定具６４等の取付手段にて第１チャンバー６２がこれに強固に取り付けられている。エアバッグ２０は膨張時に２体の主要チャンバーを形成するように形状化されている。すなわち、その前面６８がフロントガラス２８に沿って下方に延びて膨張する前方チャンバー６６と、後方チャンバー７０とである。逆Ｖ字形状の凹形状部７２は、凹形状表面７４と、前方チャンバー６６と後方チャンバー７０とを結続させているエアバッグ２０の表面の一部とによって提供される。凹形状部７２は、エアバッグ２０の上方部を前方チャンバー６６と後方チャンバー７０との間の接合部に接合させているエアバッグ２０内の紐体７６の手段によって前方チャンバー６６と後方チャンバー７０との間の接合部を下方に拡張させることでガスの圧力に対抗して維持される。
このような凹形状部７２の提供は、後方に面したカーシート内の幼児、あるいは前方に位置した乗員に対する怪我のリスクを減少させるであろう。なぜなら、前方に位置した乗員は前方チャンバー６６と後方チャンバー７０との間の凹形状部７２内に収容されるからである。後方チャンバー７０での保護が可能な程度に後方に位置した前方の乗員の場合であっても、衝突によって後方チャンバー７０を上方に変形させることができ、乗員のエアバッグ２０との衝突インパクトを低減させることができる。
このようなエアバッグのデザインは増大されたクッションの効果をも提供する。なぜなら、第１チャンバー６２から前方チャンバー６６へ、さらに前方チャンバー６６から後方チャンバー７０へとガスが経時的に流入するからである。エアバッグ２０内のガスを膨張と同時的にエアバッグ２０に提供された微小孔（図示せず）から抜くこともできる。あるいは、多孔性布がエアバッグ２０に採用されていればガスの一部はそれらの孔から抜け出て、ソフトなクッション効果を提供するであろう。
本技術の専門家であれば本発明のエアバッグシステムは、その発明の本質から逸脱せずにこの実施例以外の形態であっても充分に機能することを理解するであろう。
例えば、限定は意味されないが、センサー要素がその２電極間にキャパシタンスを有しており、センサー回路が乗員の頭部の静電結合効果によって引き起こされるその静電容量の変化を測定できるものであれば、ここに開示された特定の形態以外の他の形態の静電結合接近度センサーであっても使用が可能であろう。あるいは、乗員ポジションと加速度の計算手段は本出願人による米国特許願第０８／１３０，０８９号（１９９３年９月３０日出願「自動車エアバッグシステム」のページ１１，行２５からページ１２，行１０に記載）にて開示された要素を使用することもできよう。
ガス発生手段において、発火装置用の発火混合物を使用しなければならないことはない。代用としてマイクロプロセッサーからの作動信号によって起動されるタイプの電気作動式バルブを備えた圧縮ガス容器を利用することもできよう。
同様に本発明は、ポジションセンサーアレイ１０の接近度センサー１２の空間位置関係や、センサー作動レートあるいはサンプルレートや、ヘッドライナー２４内の搭載方法や、ルーフ構造物への取り付け手段や、衝突認知プロセスの一部として３軸式角加速度計ではなくてアナログデバイス社のＡＤＸＬ５０のごとき特定の車体リニア加速度計の使用等の選択に関する限定を意図するものではない。
本発明の範囲は本明細書の「請求の範囲」によって定義されており、それらに適用が可能な「均等の原則」によって保護されるべき全変更態様をも含むものである。
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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