JP4334964B2 - 乗員保護装置 - Google Patents

Description

この発明は、車両が横転（ロールオーバー）した際に、乗員保護具を作動させて衝撃から乗員を保護する乗員保護装置に関するものである。

従来から、車両が横転した際にカーテンエアバッグやシートベルトプリテンショナ、アクティブロールオーバー等の乗員保護具を作動させて、車両の横転に伴う衝撃から乗員を保護する乗員保護装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

この従来の乗員保護装置では、実際の車両の回転角度が、あらかじめ定義された横転を判定するための横転判定用回転角度より大きいか否かによって横転の発生の有無を判定し、車両が横転すると判定された場合に、横転側の乗員保護具のみが作動するように制御されている。

そして、横転側に配置された乗員保護具が作動した後に、実際の車両の回転角度が、あらかじめ定義された転動を判定するための転動判定用回転角度より大きいか否か否かによって転動の発生の有無を判定し、車両が転動すると判定された場合に、さらに非横転側に配置された乗員保護具が作動するようになっている。

ところで、上述の乗員保護装置では、まず横転発生有無の判定をして横転側の乗員保護具のみを作動させた後に、転動発生有無の判定をして非横転側の乗員保護具を作動させている。そのため、複数回回転するような横転形態や、車両が急激に横転した後に周辺障害物に接触する二次的要因を有する事故等では、非横転側の乗員保護具の作動が遅れ、乗員を衝撃から十分に保護できないおそれがあった。

この発明は、上記問題に鑑みてなされたもので、複数回回転するような複雑な横転形態や、周辺障害物に接触するような二次的要因を有する事故等であっても、乗員保護具を的確に作動させて、乗員を十分に保護することができる乗員保護装置を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、請求項１に記載の乗員保護装置は、車両が横転した際に作動して乗員を保護する乗員保護具を有し、車両の横転時における横転角速度を検出する横転角速度検出手段と、横転角速度検出手段により検出された横転角速度及びこの横転角速度から求められた横転角度に基づいて前記車両の横転可能性の有無及び横転形態を判定する横転判定手段とを備え、横転角速度検出手段が任意に定めた一定値以上の横転角速度を検出した際に、前記横転角度の大きさに関わらず乗員保護具を作動させることを特徴としている。

請求項１に発明によれば、横転角速度検出手段が任意に定めた一定値以上の横転角速度を検出した際に乗員保護具が作動するので、回転速度の速い横転であっても乗員保護装置を確実に作動させることが可能となる。

そして、複雑な横転形態や二次的要因を有する事故等であっても、乗員保護具の作動が遅れることがなくなって乗員を確実に保護することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の乗員保護装置において、横転判定手段が横転角速度の持続する横転形態と判定した場合に、横転側及び非横転側に配置された乗員保護具を作動させることを特徴としている。

請求項２の発明によれば、請求項１の効果に加え、横転判定手段が横転角速度の持続する横転形態と判定した場合に横転側及び非横転側に配置された乗員保護具が作動するので、車両の状態をより正確に把握することができ、素早く乗員保護具を作動させることができる。そして、横転の衝撃から乗員を十分に保護することができる。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の乗員保護装置において、横転判定手段が横転角速度の持続しない横転形態と判定した場合に、横転側に配置された乗員保護具のみを作動させることを特徴としている。

請求項３に記載の発明は、請求項１に記載の乗員保護装置において、
横転判定手段が横転角速度の持続しない横転形態と判定した場合に横転側に配置された乗員保護具のみが作動するので、乗員保護具を不必要に作動させることがなくなる。そして、不要に作動した乗員保護具が乗員に接触したり、不要に作動した乗員保護具の修理をしたりすることが防止できる。

請求項４に記載の発明は、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の乗員保護装置において、横転判定手段は、横転角速度検出手段により検出された横転角速度及びこの横転角速度から求められた横転角度に基づいて横転角速度の持続性の有無を判定すると共に、この横転角速度の持続性の有無に基づいて車両の転動可能性の有無を判定する転動判定手段を備えたことを特徴としている。

請求項４の発明によれば、請求項１ないし３の効果に加え、横転判定手段が横転角速度の持続性の有無及び転動可能性の有無を判定する転動判定手段を備えたので、横転角速度に基づいてより正確に車両の横転形態を判定することができると共に、転動の可能性の判定の精度を向上することが可能となる。

請求項５に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれか一項に記載の乗員保護装置において、横転判定手段は、横転角速度検出手段により検出された横転角速度に基づいて車両の横転時における運動エネルギー及び位置エネルギーを算出するエネルギー算出手段を有し、且つ、このエネルギー算出手段により算出された運動エネルギー及び位置エネルギーに基づいて車両の横転の有無及び横転形態を判定すると共に、この横転判定手段が運動エネルギーの持続する横転形態と判定した場合に、横転側及び非横転側に配置された乗員保護具を作動させることを特徴としている。

請求項５の発明によれば、請求項１ないし４の効果に加え、横転判定手段が運動エネルギーの持続する横転形態と判定した場合に横転側及び非横転側に配置された乗員保護具が作動するので、複雑な横転形態や二次的要因を有する事故等であっても、車両の状態を正確に把握することができて乗員保護具の作動が遅れることがなくなり、乗員を確実に保護することができる。

請求項６に記載の発明は、請求項１ないし４のいずれか一項に記載の乗員保護装置において、横転判定手段は、横転角速度検出手段により検出された横転角速度に基づいて車両の横転時における運動エネルギー及び位置エネルギーを算出するエネルギー算出手段を有し、且つ、このエネルギー算出手段により算出された運動エネルギー及び位置エネルギーに基づいて車両の横転可能性の有無及び横転形態を判定すると共に、横転判定手段が運動エネルギーの持続しない横転形態と判定した場合に、横転側に配置された乗員保護具のみを作動させることを特徴としている。

請求項６の発明によれば、請求項１ないし４の効果に加え、横転判定手段が運動エネルギーの持続しない横転形態と判定した場合に横転側に配置された乗員保護具のみが作動するので、乗員保護具を不必要に作動させることがなくなる。そして、不要に作動した乗員保護具が乗員に接触したり、不要に作動した乗員保護具を修理したりすることが防止できる。

請求項７に記載の発明は、請求項５又は６に記載の乗員保護装置において、横転判定手段は、エネルギー算出手段により算出された運動エネルギー及び位置エネルギーに基づいて運動エネルギーの持続性の有無を判定すると共に、この運動エネルギーの持続性の有無に基づいて車両の転動可能性の有無を判定する転動判定手段を備えたことを特徴としている。

請求項７の発明によれば、請求項５又は６の効果に加え、横転判定手段が運動エネルギーの持続性の有無及び転動可能性の有無を判定する転動判定手段を備えたので、運動エネルギーに基づいてより正確に車両の横転形態を判定することができると共に、転動の可能性の判定の精度を向上することが可能となる。

請求項８に記載の発明は、請求項１ないし７のいずれか一項に記載の乗員保護装置において、乗員保護具の動作を制御する保護具制御手段を有することを特徴としている。

請求項８の発明によれば、請求項１ないし７の効果に加え、乗員保護具の動作を制御する保護具制御手段を有しているので、乗員保護具の制御を的確且つ容易に行うことができる。そして、車両が横転した場合、その横転形態に応じて乗員を十分に保護することができる。

この発明によれば、複雑な横転形態や二次的要因を有する事故等であっても、乗員保護具を的確に作動させて、乗員を十分に保護することができる乗員保護装置を提供することができる。

以下、図面に基づいてこの発明を実施するための最良の形態を説明する。

本発明を適用した乗員保護装置の全体構成を図１に示す。この乗員保護装置は、カーテンエアバッグ、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具を有すると共に、車両が横転（ロールオーバー）するか否かを判定し、横転すると判定した場合に上記乗員保護具を作動させて車両横転時に生じる衝撃から乗員の保護を図るものである。

そして、図１に示すように、横転角度センサ（横転角速度検出手段）１、横Ｇセンサ２、ＥＥＰＲＯＭ３、横転判定モジュール（横転判定手段）４、傾斜センサ５、乗員保護具作動部（保護具制御手段）６等を備えている。

横転角度センサ１は、車両の重心を通りこの車両の前後方向に延びる軸線を中心とした車両の横転（回転）の角速度（横転角速度）を検出するものである。この横転角度センサ１からの出力信号（角速度信号）は、高周波ノイズ除去フィルタ（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変換されて横転判定モジュール４に入力される。

横Ｇセンサ２は、車両の車幅方向の加速度（横Ｇ）を検出するものである。この横Ｇセンサからの出力信号（横Ｇ信号）は、高周波ノイズ除去フィルタ（ＬＰＦ：Ｌｏｗ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）９でフィルタリングされた後、Ａ／Ｄコンバータ１０でＡＤ変換されて横転判定モジュール４に入力される。

ＥＥＰＲＯＭ３は、後述する車両構造パラメータをあらかじめ記憶しておくものである。そして、このＥＥＰＲＯＭ３に記憶された車両構造パラメータは横転判定モジュール４に入力される。

横転判定モジュール４は、角度算出装置１１、エネルギー算出装置１２、閾値補正装置１３、車両状態判定装置１４を有している。

角度検出装置１１は、横転角度センサ１から得られる角速度信号を積分して横転角度を求めるものであり、この角度検出装置１１からの出力信号（角度信号）は車両状態判定装置１４に入力される。

エネルギー算出措置１２は、運動エネルギー算出装置１５と位置エネルギー算出装置１６とを有し、それぞれ横転角度センサ１から得られる角速度信号及びＥＥＰＲＯＭ３から得られる車両構造パラメータに基づいて、運動エネルギーと位置エネルギーとを計算して算出する。そして、この運動エネルギー算出装置１５及び位置エネルギー算出装置１６からの出力信号（運動エネルギー信号、位置エネルギー信号）は車両状態判定装置１４に入力される。

閾値補正装置１３は、減速Ｇ判定装置１７と補正器１８とを有しており、後述するように、減速Ｇ判定装置１７によって車両横方向の減速Ｇが急激に変化したと判定されたとき、補正器１８によって横転判定のための横転閾値ライン又は転動判定のための転動閾値ラインを補正するものである。そして、補正器１８からの出力信号（補正信号）は車両状態判定装置１４に入力される。

車両状態判定装置１４は、横転判定部１９と転動判定部（転動判定手段）２０とを有し、車両の横転可能性の有無、車両の横転形態、車両の転動可能性の有無を判定するものである。そして、この車両状態判定装置１４からの出力信号（横転判定信号）は後述するＡＮＤ回路２３に入力される。

横転判定部１９は、横転角度センサ１から得られる角速度信号と、角度検出装置１１から算出される角度信号と、エネルギー算出装置１２から算出される運動エネルギー信号及び位置エネルギー信号とから、あらかじめ所定の横転閾値ラインを設定する。

そして、この横転判定部１９は、横転閾値ラインと実際の車両の横転角速度又は運動エネルギーとを比較して、車両の横転可能性の有無及び車両の横転形態を判定する。

また、転動判定部２０は、横転角度センサ１から得られた角速度信号に及び角度算出装置１２から算出された角度信号、又は、エネルギー算出装置１２から算出される運動エネルギー信号及び位置エネルギー信号から、あらかじめ所定の転動閾値ラインを設定する。

そして、この転動判定部２０は、転動閾値ラインと実際の車両の横転角速度又は運動エネルギーとを比較して、横転角速度の持続性の有無を判定すると共に、運動エネルギーの持続性の有無を判定する。

さらに、この転動判定部２０では、横転角速度の持続性の有無に基づいて転動可能性の有無を判定すると共に、運動エネルギーの持続性の有無に基づいて転動可能性の有無を判定する。

傾斜センサ５は、車両の傾斜状態を判定して傾斜しているときにＯＮ信号を出力するものである。この傾斜センサ５からの出力信号は、高周波ノイズ除去フィルタ（ＬＰＦ：Ｌｏｗ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）２１でフィルタリングされた後、傾斜判断ブロック２２で傾斜信号に変換されてＡＮＤ回路２３に入力される。

ＡＮＤ回路２３は、車両状態判定装置１４からの横転判定信号と傾斜判断ブロック２２からの車両傾斜信号とのアンド条件が成立した時に、乗員保護具作動部６に作動信号を出力する。

乗員保護具作動部６は、ＡＮＤ回路２３から入力された横転判定信号及び車両傾斜信号に基づいて、車両に配設されたカーテンエアバッグ、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具のうち、適当な部位に配設されたものを作動させるものである。

次に、横転判定モジュール４における横転可能性の有無の判定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Ｓの重心位置、Ｈは車両Ｓ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。

また、Φは横転角度センサ１から得られる角速度信号（ｄｅｇ／ｓｅｃ）の積分値（∫Φｄｔ）で求められる横転角度であり、ΦＯは９０°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Ｓの重心位置（ＯＧ）が最も高い位置のときの横転角度Φを示すものであり、ａｒｃｔａｎ（（Ｗ／２）／Ｈ）で表される。

横転可能性の有無の判定には、現時点の車両の横転状態を示す横転角度Φと、重力に逆らってどれだけ回転を持続できるかを表す運動エネルギーの指標となる横転加速度Φ´を基本に考えられる。

水平状態（車両が平らな路面にある状態）のときの横転角度を０°とした場合、車両が横転を開始し、横転角度が０°からＳＳＡ（重心（ＯＧ）が最も高い位置）になるまでの間、重力は横転を抑制する方向に働く。そして、横転角度がＳＳＡを越えると重力は横転を加速する方向に働く。このように、車両の横転角度がＳＳＡを越えると、基本的に車両は横転すると考えられる。

また、この横転運動は、固定軸を中心に回転するため路面との摩擦によるエネルギーロスをほぼ無視できる。したがって、重力以外のエネルギーのやり取りはないので位置エネルギーと運動エネルギーとの式で車両の状態を表すことができる。

車両の横転に伴って移動する現在の重心の位置エネルギーＸは、下記式（１）によって求められる。
Ｘ＝Ｍｇ（Ｌｓｉｎ［ΦＯ＋Φ］−Ｈ） ・・・（１）
また、車両の横転に伴う運動エネルギーＹは、下記式（２）によって求められる。
Ｙ＝１／２（ＩＯ＋ＭＬ²）ω² ・・・（２）
ここで、ＩＯは重心回りの慣性モーメントであり、ωは横転角度センサ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。

上記式（１）及び（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、車両の重心高Ｈは、車両ごとにあらかじめ決められている値であり、それぞれ車両ごとに異なっている。

そのため、この車両ごとに異なる値を車両構造パラメータとしてＥＥＰＲＯＭ３に記憶させておくようにしている。そして、エネルギー算出装置１２においてこれらの車両構造パラメータを用いて横転中の車両の回転に伴う運動エネルギーと位置エネルギーとが算出される。

そして、算出された運動エネルギー及び位置エネルギーが、車両の横転に必要なエネルギーとなっているかどうかを横転判定部１９において判定することで、車両の横転可能性の有無が判定される。

なお、車両が横転するのに必要なエネルギーは、下記式（３）によって求められる。
１／２（ＩＯ＋ＭＬ²）ω²＋Ｍｇ（Ｌｓｉｎ［ΦＯ＋Φ］−Ｈ）＝Ｍｇ（Ｌ−Ｈ） ・・・（３）
これは、エネルギー保存の法則から導き出される
１／２（ＩＯ＋ＭＬ²）ω²＋Ｍｇ（Ｌｓｉｎ［ΦＯ＋Φ］）＝ＭｇＬ
の両辺から、車両水平時の位置エネルギーがゼロになるようにするために水平時の位置エネルギーＭｇＨを引くことにより求められる。

なお、ここで重心の地上からの高さｈ［Φ］＝ＬＳｉｎ［ΦＯ＋Φ］と表され、重心位置（ＯＧ）の最高点はΦ＝ＳＳＡのときでｈ［ＳＳＡ］＝Ｌとなり、車両が水平時の重心高さはｈ［０］＝Ｈとなる。

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ー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ーＸである。それぞれをＸ及びＹに置き換えると下記式（４）が得られる。
Ｙ＝−Ｘ＋Ｍｇ（Ｌ−Ｈ） ・・・（４）
したがって、位置エネルギー（Ｎｍ^1/2）をＸ軸、運動エネルギー（Ｎｍ^1/2）及び横転角速度（ｄｅｇ／ｓｅｃ）をＹ軸としたグラフ上に上記式（４）をプロットすると図３に示すように車両の横転判定の基準となる横転閾値ラインＡが得られる。

なお、横転角度（ｄｅｇ）をＸ軸、横転角速度（ｄｅｇ／ｓｅｃ）をＹ軸としたグラフに上記式（４）をプロットした場合であっても、横転判定の基準となる横転閾値ラインＡを得ることができる。

そして、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態において、原則として、車両の回転に伴う運動エネルギーと回転により移動する重心の位置エネルギーとがこの横転閾値ラインＡを越えたとき、又は、車両の横転角速度と横転角度とがこの横転閾値ラインＡを越えたときに、車両が横転すると判定できる（図３においてＣＡＳＥα及びＣＡＳＥβ）。

一方、車両の回転に伴う運動エネルギーと回転により移動する重心の位置エネルギーとがこの横転閾値ラインＡを越えない場合、又は、車両の横転角速度と横転角度とがこの横転閾値ラインＡを越えない場合では、車両が横転しないと判定できる（図３においてＣＡＳＥγ及びＣＡＳＥδ）。

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定の横転閾値ラインＡが決定されることになる。

ただし、横転角度センサ１が、図３において転動閾値ラインＢで示す任意に定めた一定値以上の横転角速度を検出した場合、つまり車両の横転角速度が転動閾値ラインＢを越えた場合（図３においてＣＡＳＥα）には、車両の運動エネルギー及び位置エネルギーに関わらず横転判定部１９において車両の横転可能性が有ると判定する。

そして、車両状態判定装置１４から横転判定信号が出力され、ＡＮＤ回路において傾斜判断ブロック２２からの車両傾斜信号とのアンド条件が成立すると、乗員保護具作動部６によって乗員保護具が作動される。

これにより、回転速度の速い横転であっても乗員保護具を的確に作動させることが可能となって、複雑な横転形態や二次的要因を有する事故等であっても、車両の状態を正確に把握することができる。そして、乗員保護具の作動が遅れることがなくなって乗員を確実に保護することができる。

また、乗員保護具は、乗員保護具作動部６によって動作が制御されているので、乗員保護具の制御を的確且つ容易に行うことができる。そして、車両が横転した場合、その横転形態に応じて適切な乗員保護具を作動させて、乗員を確実に保護することが可能となる。

次に、横転した車両の横転形態及び転動可能性の有無の判定の具体的手法について説明する。

まず、あらかじめ任意に一定の横転角速度又は運動エネルギー値を設定する（図３において転動閾値ラインＢで示す）。

そして、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態において、原則として、車両の回転に伴う運動エネルギー又は車両の横転角速度がこの転動閾値ラインＢを越えたときに、運動エネルギー及び横転角速度が持続する横転形態であると判定され、車両が転動すると判定できる（図３においてＣＡＳＥα）。

このように、運動エネルギー及び横転角速度が持続する横転形態であると判定された場合には、車両状態判定装置１４から転動可能性を有する横転判定信号が出力され、ＡＮＤ回路において傾斜判断ブロック２２からの車両傾斜信号とのアンド条件が成立すると、乗員保護具作動部６によって乗員保護具が作動される。またこのとき、車両の横転側及び非横転側に配置された乗員保護具が作動する。

これにより、車両の状態をより正確に把握することができて素早く乗員保護具を作動させることができる。そして、横転の衝撃から乗員を十分に保護することが可能となる。

一方、車両の回転に伴う運動エネルギー又は車両の横転角速度がこの転動閾値ラインＢを越えない場合では、運動エネルギー及び横転角速度が持続しない横転形態であると判定され、車両が転動しないと判定できる（図３においてＣＡＳＥβ）。

このように、運動エネルギー及び横転角速度が持続しない横転形態であると判定された場合には、車両状態判定装置１４から転動可能性を有さない横転判定信号が出力され、ＡＮＤ回路において傾斜判断ブロック２２からの車両傾斜信号とのアンド条件が成立すると、乗員保護具作動部６によって乗員保護具が作動される。またこのとき、車両の横転側に配置された乗員保護具のみが作動する。

これにより、乗員保護具を不必要に作動させることがなくなる。そして、不要に作動した乗員保護具が乗員に接触したり、不要に作動した乗員保護具の修理をしたりすることが防止できる。

以上は、車両の片側２車輪を固定軸（車軸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、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。

この場合に車両の横転に伴って移動する現在の重心の位置エネルギーＸは、上述と同様に上記式（１）によって求められる。一方、車両の横転に伴う運動エネルギーは下記式（５）によって求められる。
Ｙ＝１／２（ＭＬ²ｃｏｓ［ΦＯ＋Φ］²＋ＩＯ）ω² ・・・（５）
また、上記式（５）より車両が横転するために必要なエネルギーは下記式（６）によって求められる。
１／２（ＭＬ²ｃｏｓ［ΦＯ＋Φ］²＋ＩＯ）ω²＋Ｍｇ（Ｌｓｉｎ［ΦＯ＋Φ］−Ｈ）＝Ｍｇ（Ｌ−Ｈ） ・・・（６）
上記式（６）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ー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ーＸである。

したがって、位置エネルギー（Ｎｍ^1/2）及び横転角度（ｄｅｇ）をＸ軸、運動エネルギー（Ｎｍ^1/2）及び横転角速度（ｄｅｇ／ｓｅｃ）をＹ軸としたグラフ上に上記式（６）をプロットすると、上述したようにＹ＝−Ｘ＋Ｍｇ（Ｌ−Ｈ）の横転閾値ラインＡが得られる。

そして、車輪と路面との摩擦係数がゼロであると考えられる状態であっても、原則として、車両の回転に伴う運動エネルギーと回転により移動する重心の位置エネルギーとがこの横転閾値ラインＡを越えたときに、車両が横転すると判定できる。

また、車輪と路面との摩擦係数がゼロであると考えられる状態における転動可能性の有無の判定についても、上述の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態と同様に考えることができる。

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態や、車輪と路面との摩擦係数がゼロであると考えられる状態においては、原則として、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横転閾値ラインＡを用いて車両の横転可能性の有無を判定することができ、転動閾値ラインＢを用いて車両の転動可能性の有無を判定することができる。

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のワースト条件をあらかじめ考慮し、そのエネルギー量としてのマージンを加味して横転閾値ラインＡ及び転動閾値ラインＢを設定すればよい。

さらに、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。なお、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、車両に作用する横方向の加速度（横Ｇ）から間接的に判定することができる。

そこで、車両状態判定装置１４において車両の横転可能性及び転動可能性の有無を判定する際に、横Ｇセンサ２から入力される横Ｇ信号、すなわち車両に加わる横Ｇの発生状態に応じて各閾値ラインＡ、Ｂに等エネルギー的マージンを増減させる補正を加える。そして、この補正した横転閾値ラインＡ´、転動閾値ラインＢ´（図３においてそれぞれ破線で示す）を用いて車両の横転可能性及び転動可能性の有無を判定するようにしている。

また、このように位置エネルギーと運動エネルギーとによって定めた各閾値ラインＡ、Ｂに対して補正を加える場合、位置エネルギーと運動エネルギーとで補正するエネルギー量の割合が同等になること。そのため、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、各閾値ラインＡ、Ｂの補正を容易に行うことが可能となる。

なお、この補正係数等の情報は、あらかじ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。

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定及び転動判定に反映させる必要がある。

そこで、車両状態判定装置１４において車両の横転可能性及び転動可能性の有無を判定する際に、減速Ｇ判定装置１７によって車両横方向の減速Ｇが急激に変化したと判定されたとき、その変化の度合いに応じて補正器１８によって各閾値ラインＡ、Ｂを補正し、この補正した閾値ラインを用いて車両の横転可能性及び転動可能性の有無を判定するようにしている。

具体的な例を挙げて説明すると、図４（ａ）に示すように車輪が横滑りしながら横転する場合のような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が発生する場合がある。

これに対して、図５（ａ）に示すように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ようなことはない。

また、図６（ａ）に示すように車輪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の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ようなことはない。

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４（ｂ）に、横転角度の発生具合を図４（ｃ）にそれぞれ示す。これら図４（ｂ）及び図４（ｃ）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横転角度は小さい。しかし、この時点において車両は横転に至るだけのエネルギー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横転角度が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はほぼ下記式（７）で表される。
Ｙｈｇ（車両横方向の減速Ｇ）＝μＲｚ／Ｍ≒μＭｇ／Ｍ＝μｇ ・・・（７）
なお、Ｒｚは垂直抵抗力でありＲｚ＝Ｍｇｃｏｓθとなっているが、横転角度θが非常に小さいことからほとんどＭｇで表される。このため、車輪と路面との摩擦係数μは、下記式（８）で表される。
μ＝Ｙｈｇ／ｇ（ｇ：９．８ｍ／ｓｅｃ²） ・・・（８）
一方、ターンオーバー系の横転時における車両横方向減速Ｇの発生具合を図５（ｂ）に、横転角度の発生具合を図５（ｃ）にそれぞれ示し、フォールオーバー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（ｂ）に、横転角度の発生具合を図６（ｃ）にそれぞれ示す。

これら図５（ｂ）、（ｃ）及び図６（ｂ）、（ｃ）に示すように、ターンオーバー系及びフォールオーバー系の横転時に大きな減速Ｇが発生していないため、路面と車輪との摩擦係数が急激に増大することがないと考えられる。そして、これらの場合は各閾値ラインＡ、Ｂを補正することなく用いればよい。

なお、図５（ｂ）、図６（ｂ）では、それぞれＰ時点で大きな減速Ｇが発生しているが、このとき車両は既に横転しており（横転角度９０°以上）、横転時に車両の側面が路面に接地した際の衝撃である。

以上のことから、車両状態判定装置１４では、横Ｇセンサ２から入力された横Ｇ信号に基づいて減速Ｇ判定装置１７によって車両横方向の減速Ｇが急激に変化したと判定されたとき、車輪と路面との摩擦係数が急激に変化したと判定し、補正器１８によって補正された各閾値ラインＡ、Ｂを用いて横転可能性及び転動可能性の有無の判定を行う。

ここで、各閾値ラインＡ、Ｂ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。

さらに、実際には車両ごと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、上述した各閾値ラインＡ、Ｂに対して、サスペンション補正係数としての等エネルギー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ー的マージン量は、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等の車両構造パラメータと共に、車両構造パラメータの一つとしてＥＥＰＲＯＭ３に記憶させておくようにすればよい。

この発明に係る乗員保護装置の全体構成を示すブロック図である。 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説明図である。 位置エネルギー及び横転角度をＸ軸、運動エネルギー及び横転角速度をＹ軸としたグラフにおいて、車両横転判定の閾値及び車両転動判定の閾値を表した図である。 （ａ）トリップ系の横転形態を示す説明図である。 （ｂ）トリップ系の横転時における車両横方向減速Ｇの発生具合を示すグラフである。 （ｃ）トリップ系の横転時における車両の横転角度の発生具合を示すグラフである。 （ａ）ターンオーバー系の横転形態を示す説明図である。 （ｂ）ターンオーバー系の横転時における車両横方向減速Ｇの発生具合を示すグラフである。 （ｃ）ターンオーバー系の横転時における車両の横転角度の発生具合を示すグラフである。 （ａ）フォールオーバー系の横転形態を示す説明図である。 （ｂ）フォールオーバー系の横転時における車両横方向減速Ｇの発生具合を示すグラフである。 （ｃ）フォールオーバー系の横転時における車両の横転角度の発生具合を示すグラフである。 （ａ）閾値ラインの補正の程度の例を示す表である。 （ｂ）閾値ラインの補正の程度の例をグラフ上に表した図である。

符号の説明

１ 横転角速度検出手段（横転角度センサ）
４ 横転判定手段（横転判定モジュール）

Claims (8)

1. 車両が横転した際に作動して乗員を保護する乗員保護具を有した乗員保護装置であって、
   前記車両の横転時における横転角速度を検出する横転角速度検出手段と、該横転角速度検出手段により検出された横転角速度及びこの横転角速度から求められた横転角度に基づいて前記車両の横転可能性の有無及び横転形態を判定する横転判定手段とを備え、
   前記横転角速度検出手段が任意に定めた一定値以上の横転角速度を検出した際に、前記横転角度の大きさに関わらず乗員保護具を作動させることを特徴とする乗員保護装置。
2. 請求項１に記載の乗員保護装置において、
   前記横転判定手段が横転角速度の持続する横転形態と判定した場合に、横転側及び非横転側に配置された前記乗員保護具を作動させることを特徴とする乗員保護装置。
3. 請求項１に記載の乗員保護装置において、
   前記横転判定手段が横転角速度の持続しない横転形態と判定した場合に、横転側に配置された前記乗員保護具のみを作動させることを特徴とする乗員保護装置。
4. 請求項１ないし３のいずれか一項に記載の乗員保護装置において、
   前記横転判定手段は、前記横転角速度検出手段により検出された横転角速度及びこの横転角速度から求められた横転角度に基づいて横転角速度の持続性の有無を判定すると共に、この横転角速度の持続性の有無に基づいて前記車両の転動可能性の有無を判定する転動判定手段を備えたことを特徴とする乗員保護装置。
5. 請求項１ないし４のいずれか一項に記載の乗員保護装置において、
   前記横転判定手段は、前記横転角速度検出手段により検出された横転角速度に基づいて前記車両の横転時における運動エネルギー及び位置エネルギーを算出するエネルギー算出手段を有し、且つ、前記エネルギー算出手段により算出された運動エネルギー及び位置エネルギーに基づいて前記車両の横転可能性の有無及び横転形態を判定すると共に、
   前記横転判定手段が運動エネルギーの持続する横転形態と判定した場合に、横転側及び非横転側に配置された前記乗員保護具を作動させることを特徴とする乗員保護装置。
6. 請求項１ないし４のいずれか一項に記載の乗員保護装置において、
   前記横転判定手段は、前記横転角速度検出手段により検出された横転角速度に基づいて前記車両の横転時における運動エネルギー及び位置エネルギーを算出するエネルギー算出手段を有し、且つ、前記エネルギー算出手段により算出された運動エネルギー及び位置エネルギーに基づいて前記車両の横転可能性の有無及び横転形態を判定すると共に、
   前記横転判定手段が運動エネルギーの持続しない横転形態と判定した場合に、横転側に配置された前記乗員保護具のみを作動させることを特徴とする乗員保護装置。
7. 請求項５又は６に記載の乗員保護装置において、前記横転判定手段は、前記エネルギー算出手段により算出された運動エネルギー及び位置エネルギーに基づいて運動エネルギーの持続性の有無を判定すると共に、この運動エネルギーの持続性の有無に基づいて前記車両の転動可能性の有無を判定する転動判定手段を備えたことを特徴とする乗員保護装置。
8. 請求項１ないし７のいずれか一項に記載の乗員保護装置において、前記乗員保護具の動作を制御する保護具制御手段を有することを特徴とする乗員保護装置。

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