JP5154229B2 - 安全装置 - Google Patents

Description

詳細な説明

本発明は自動車用の安全装置に関するものであり、より具体的には、衝突時の傷害のおそれを最小限にする安全装置に関するものである。

衝突時に自動車乗員が被る傷害のおそれを最小限にするため、自動車乗員を、可能な限り低いピークおよび小さい減速レベルにて減速させるべきである。これは、衝突事故の間中、ほとんど一定の減速レベルを保つという意味である。現代のほとんどの自動車は、少なくとも１つの拘束システムを含み、これによって乗員を自動車客室の座席内に拘束する。最新式の自動車にはさらに、乗員のために、事故の間中、実質的に一定の力レベルで運動エネルギーを吸収する装置を有する。

一般的な自動車には、事故時に押しつぶされ、あるいは変形するよう設計されたクランプルゾーンを備えることが可能である。クランプルゾーンは、自動車のフロントバンパまたはリアバンパと効果的に関連させることができる。クランプルゾーンは、クランプルゾーンが潰れてエネルギーを吸収する一方、自動車客室を変形させないことによって、乗員を保護すべく、自動車客室より「軟弱」になるよう設計される。

単純化して考えれば、クランプルゾーンの硬度は、自動車乗員に加えられる最大の減速力が比較的低い値となるように選択すべきである。クランプルゾーンは、したがって、クランプルゾーンの全長にわたって、クランプルゾーンの硬度が実質的に一定になるように設計してよい。よって、変形長さ、すなわちクランプルゾーンが圧縮される長さの関数である硬度は一定であり、硬度は衝撃速度の関数ではない。

硬度は無論、所定の関数によって、クランプルゾーンを圧縮しまたは変形するのに必要な力に依存する。硬度が一定の場合、クランプルゾーンが潰れる間のエネルギーの吸収は、一定の力で生じる。

クランプルゾーンを潰すのに必要な力を、クランプルゾーンが圧縮される長さに対してプロットすると、一定の硬度の場合、プロットは水平なラインとなり、吸収されるエネルギーはそのラインの下を積分したものになる。したがって、硬度がより大きい場合には、クランプルゾーンを潰すために、より大きな力が必要とされ、より大量のエネルギーが、同一長の圧縮において吸収される。

一般的な事故時に吸収されるエネルギーは、事故速度に依存すると解される。事故速度とは、自動車と、当該自動車が衝突する物体との間の相対速度を言う。低速の衝突では、クランプルゾーンは一部しか圧縮または変形しない一方、より高速の衝突では、クランプルゾーンは完全に圧縮されかねないということが理解できる。

一定の硬度を有する、あらゆる特殊なクランプルゾーンは、クランプルゾーンのほとんどすべてがその速度で潰されまたは圧縮される、一定の衝突速度用に最適化されていると考えられる。クランプルゾーンがすべて潰されまたは圧縮される場合、クランプルゾーンは最大量のエネルギーを吸収することとなる。

衝突速度がより高い場合には、クランプルゾーンはすべて圧縮され、自動車の、より硬度の高い他の部分が残りの運動エネルギーを吸収することとなる。しかし、自動車のうち硬度の高い部分によってエネルギーが吸収されると、自動車客室は激しい減速を受けて変形しかねない。客室を介して乗員に激しい減速が伝われば傷害の原因となりかねないため、これは無論、望ましくない。そのうえ客室が変形すれば、客室乗員はおそらく傷害を受ける結果となる。

本発明は、これらを改善した安全装置を提供することを目的とする。

本発明によれば、少なくとも１つの内部チャンバを画成する可変形要素を含む、自動車用の安全装置が提供される。可変形要素は、自動車のうち、衝突時に変形される位置に搭載されるよう構成されている。可変形要素は、所定の深刻度の衝突が生じた時に部分的に（例えばその当初の長さの少なくとも２０％）変形されるよう設計されている。安全装置はさらに、上記の各チャンバにガスを注入するよう接続されているガス源と、検知された１つ以上のパラメータから、予想される衝突深刻度を示す衝突深刻度信号を生成するセンサ装置とを含む。センサ装置はガス源を制御するよう接続されていて、上記の所定の深刻度より実質的に高い、予想される衝突深刻度を表す衝突深刻度信号に応じて、各チャンバにガスを供給させる。

好ましくは、センサ装置は、次の方法でガス源を制御するように接続されるとよい。すなわち、ガスを各チャンバへ供給する場合は、可変形要素が事故時に変形し始めるより前にガスを各チャンバへ供給する。

好適には、可変形要素は、所定の変形レンジ（例えばその当初の長さの７０％から９５％の範囲での変形）を有し、センサ装置は、予想される衝突深刻度を表す信号に応じて各チャンバへガスを供給するガス源を制御するよう接続されている。この信号は、所定の変形レンジの少なくとも５０％が変形される可変形要素に転送される。好ましくは、ガスは、次の場合に限って供給されるとよい。すなわち、予想される衝突深刻度が、可変形要素がほとんどすべて変形すると予想されるものであるか、あるいは、可変形要素の硬度が著しく増大する程度まで変形する場合である。

有利には、センサ装置は、自動車と衝突する物体との間の相対速度を検知し、衝突深刻度信号は、検知された相対速度に依存する。

ある実施形態では、センサ装置は、相対速度を検知するレーダを含む。

好適には、上記のレーダはドップラーレーダである。

他の実施形態では、センサ装置は、自動車のバンパに備えられた速度センサを含む。

好ましくは、センサ装置は、潜在的に衝突する物体の１つ以上のパラメータを検知する。潜在的に衝突する物体は、自動車から見たその物体の方向から選択されたものである。センサ装置はまた、その物体の高さ、その物体の幅を検知する。衝突深刻度信号は、検知されたパラメータまたはパラメータ群に応じて生成される。

好適には、センサ装置から到来する１つ以上の信号を処理するプロセッサが設けられ、これによって、潜在的に衝突する物体の体積および／または硬度を決定または予測する。衝突深刻度信号の少なくとも一部は、上記の体積および／または硬度に応じて生成される。

有利には、可変形要素には制御可能な通気孔が備えられていて、これは、センサ装置によって制御される。

好適には、安全装置は、少なくとも２つの上記の可変形要素を含み、これらの要素の間には間隔が空いていて、センサ装置は、各可変形要素へのガス供給を個別に制御するよう構成されている。

好ましくは上記の２つの可変形要素は、バンパまたはフェンダを支持する。

有利には、センサ装置は、潜在的に衝突する物体の横方向の位置を検知する。各可変形要素に供給されるガスの量は、オフセットに応じて決定される。

好適には、実質的な量のオフセットがあると、センサ装置はガス供給を制御して、２つの可変形要素のうち一方にのみガスが供給されるようにする。

ある実施形態では、４つの可変形要素を設け、これらは２つの上方の要素および２つの下方の要素として配置される。

好ましくは、上記の各要素に連携しているガス源は多段ガスジェネレータであり、ガスジェネレータの各段階は、衝突深刻度信号の値の増大に応じて駆動される。

あるいは、上記の各要素にガスを供給するガス源は、連続的に変化する供給を行い、各要素に供給されるガスの量は、衝突深刻度信号の大きさに依存する。

ある実施形態では、各可変形要素は、実質的に円錐形状である。

好ましくは、各可変形要素は、円筒形で端部が開口していて次第に直径が増大する複数の管状部分で画成されていて、この管状部分は互いに接続されていて、密封された基部から端部プレートまで延伸している。

他の実施形態では、各可変形要素は実質的に円筒形であり、複数の狭小なネック部を有し、これらネック部によって可変形要素は複数の折りたためる部分に分割されている。

好適には、可変形要素は２つのネック部を有し、これらネック部によって可変形要素は３つの折りたためる部分に分割されている。

好ましくは各可変形要素は、その変形レンジの実体部にわたって、実質的に一定の硬度を有する。

本発明をよりよく理解し、その他の特徴が評価されるよう、本発明の実施形態を、添付図面を参照しながら例を挙げて説明する。

以下に説明する本発明の好適な実施形態は、１つ以上のエネルギー吸収要素が設けられた安全装置を提供する。エネルギー吸収要素は、事故時に圧縮されまたは潰されるよう設計され、これによってエネルギーを吸収する。エネルギー吸収要素は、自動車のフロントバンパまたはリアバンパと連携して説明する。しかし、エネルギー吸収要素は、自動車内の多くの様々な位置に使用してもよい。またエネルギー吸収要素は、自動車の座席と自動車自体との間に効果的に配置してもよく、あるいは、自動車のバックレストと自動車の座席との間や、安全ベルトの固定点と自動車との間に配置してもよい。エネルギー吸収要素は、ある範囲内の深刻度の事故時に生じると予測されるすべてのエネルギーを吸収するよう、設計されている。非常に小規模な事故においては、エネルギー吸収要素は何ら変形せず、自動車のフロントバンパまたはリアバンパが衝撃を吸収することとなることが理解される。しかし、一度でも衝撃が小規模な衝撃を超えて大きくなると、可変形要素は変形する。可変形要素の変形度は、衝撃のエネルギーに左右される。各可変形要素は、所定の形状を有していて、実質的に変形可能であるが、無論、生じる変形にも限界がある。したがって、可変形要素の各々について、所定の変形レンジ（その当初の長さの約９０％の変形としてよい）がある。事故の深刻度が、バンパによって吸収可能なものよりわずかに大きいだけの事故においては、可変形要素はほんのわずかしか変形しないことが理解される。それよりわずかに大きな所定の深刻度の事故においては、可変形要素は部分的に変形し、したがって、例えば、その変形レンジの約２５％の変形を生じる。それよりさらに大きな深刻度の事故においては、可変形要素は全体的に変形する。すなわち、可変形要素は、その変形レンジ全体にわたって変形し、それ以上の変形が不能になる。可変形要素がその変形の限界に到達すると、変形に対する抵抗または実効的な硬度は、実質的に向上する。

センサ装置は、事故を検知し、所定の深刻度を実質的に超える深刻度をその事故が有するかどうかを判断するように設けられている。かかるタイプの非常に深刻な事故が検知された場合、エネルギー吸収要素の硬度は即座に上昇する。したがって、エネルギー吸収要素が事故の間にエネルギーを吸収する能力の合計が増大する。エネルギー吸収要素の硬度は、各エネルギー吸収要素内に存在する１つ以上のチャンバに高圧ガスを供給することによって増大する。ガス供給は、好ましくは、予想される衝突深刻度によってエネルギー吸収要素がその変形レンジの少なくとも９０％〜９５％まで変形するときのみ、作動すべきである。ガスは、エネルギー吸収要素の硬度が著しく増大し始めると予想されるほどの深刻度を事故が有するときに、供給されるべきである。

エネルギー吸収要素が自動車のフロントバンパまたはリアバンパと連携している場合、非常に低速度の衝撃においては、エネルギー吸収要素は何ら変形せず、バンパ自体が弾性的に変形可能であることが予測される。中程度の深刻度の事故の場合、バンパは変形するが、エネルギー吸収要素も変形し、同要素が利用可能な変形レンジ全体のうち、実体的な部分にわたって変形する際に、エネルギーを吸収する。したがって、自動車の客室は徐々に減速され、客室の乗員が傷害を受けるおそれが最小化される。

非常に深刻度の高い事故においては、エネルギー吸収要素の硬度が増大し、エネルギー吸収要素はしたがって、利用可能な変形レンジの実質的な部分にわたって変形し、エネルギーを吸収する。かかる場合には、自動車客室は急激に減速されかねず、これは自動車乗員にわずかな傷害を与える原因となるが、乗員が受ける傷害は、次のような場合に乗員が受ける傷害より、格段に小さいと考えられる。すなわち、エネルギー吸収要素が全体的に圧縮されるにも拘らず、事故のエネルギーの一部しか吸収できない結果、自動車客室を画成する自動車の部位などの、自動車の構造のうち著しく硬度の高い部分が変形することによってエネルギーの一部が吸収される場合である。

ここで添付図面を参照すると、まず図１では、本発明の好適な実施形態である安全装置１が自動車２に設けられている様子を示す。自動車２はバンパまたはフェンダ３を有し、これはセンサ４を支持する。センサ４は加速度計であり、これは衝突時における自動車の減速度を検知可能である。

他の実施形態では、センサ４は、自動車の他の位置に搭載されていてもよい。また他の実施形態では、センサ４は、衝突時または予測される衝突時における、加速度または減速度以外の様々なパラメータを検知可能である。センサ４はしたがってドップラーレーダとしてよく、これは、衝突に巻き込まれる物体に対する自動車の速度を検知する。ただし事故を予測しまたは検知することが可能であり、予測しまたは検知した事故の深刻度を何らかの方法で評価可能なものであれば、あらゆるタイプのセンサを用いてよい。このセンサは、自動車から見た物体の方向、物体の高さおよび物体の幅などの、潜在的に衝突する物体の１つ以上のパラメータを検知可能であり、また、その物体が自動車の軸からオフセットしているか否かも検知可能である。

センサ４はプロセッサ５に接続されていて、これにより、以下に詳述する機能を有する信号ジェネレータ６を構成している。信号ジェネレータ６は制御ユニット７に接続されていて、制御ユニット７は、２つの同様の多段ガスジェネレータ８に接続されている。各ガスジェネレータ８は、２つの同様の可変形要素９にそれぞれガスを供給するよう、接続されている。可変形要素９は、それぞれ、バンパ３の車内側の面と自動車のシャシの硬部との間に配置されている。

一般的な衝突時には、バンパ３の車外側の面に力が加わり、この力は十分に大きく、バンパ３を動かし、可変形要素９を、自動車の硬部に対向して変形させ、可変形要素９は、それらが変形されるときにエネルギーを吸収する。

可変形要素９の１つを、図２により明確に示す。

各可変形要素９は実質的に円錐形状であり、内部チャンバ１０を画成する。可変形要素９は円形の平坦な基部１１を有し、これにガスジェネレータ８が搭載されている。基部１１は自動車シャシに接地されている。ガスジェネレータ８は、ガスをチャンバ１０にガスを注入するよう配置されていて、この好適な実施形態では、実際には、チャンバ１０の内側に搭載されている。ただしガスジェネレータ８は、本実施形態とは異なり、可変形要素９から分離して配置してもよく、その場合、チャンバ１０にガスを注入するよう、パイプを通じて接続される。

可変形要素９の円錐形状は、円筒形で端部が開口した複数の管状部分であって、直径が徐々に小さくなっているものによって形成されている。複数の管状部分は互いに接続され、基部１１から延伸している。基部１１は、実質的に気密性の蓋によって、可変形要素９の最大の円筒形部分の開口端部を密封する。可変形要素９の最小の円筒形部分の一方の開口端部は、端部プレート１２によって密封され、これによって気密性の蓋を形成する。端部プレート１２はバンパ３に接続されている。

可変形要素９の側壁には、制御される通気孔１３が配置されている。制御される通気孔１３は、従来技術から知られているいかなるタイプの制御される通気孔としてもよい。この好適な実施形態では、制御される通気孔１３は通気孔管１４から形成されていて、通気孔管１４は通常は可動シャッタ１５によって閉じられている。シャッタ１５はピストン１６に接続されていて、ピストン１６はシリンダ１７にスライド自在に取り付けられたヘッドを有する。シリンダ１７内には、ピストン１６のヘッドの一方の側に爆薬１８が配置されている。爆薬１８の内部には爆竹１９が配置されていて、爆竹１９は制御ユニット７からの通気孔信号を受信するように接続されている。制御ユニット７が通気孔信号を爆竹１９に送ると、爆竹１９は爆薬１８に点火し、爆薬１８は燃焼して、ピストン１６のヘッドの一方の側のガス圧を増大させる分量のガスを生成する。この圧力増により、ピストン１６の上記一方の側に力が発生し、これによって、ピストン１６はシリンダ１７内を移動し、シャッタ１５を、通気孔管１４から少なくとも部分的に引く。これにより通気孔１３が開く。

通常の自動車の運行中、この好適な実施形態の可変形要素９は、実質的に円錐形状であり、変形されていないが、自動車のバンパが衝突し、実質的な力が端部プレート１２にかかると、可変形要素９は変形する。その力が円錐の軸に沿ったものであれば、円錐の管状部分は互いに入れ子状態となることができる（図２の点線に示す）。

各可変形要素は、例えばその変形レンジの８０％など、変形レンジの実体部にわたって、例えば定格硬度値から１５％を超えて変化することのない実質的に一定の硬度で可変形要素が存在するように、設計されている。

一般的な衝突が生じた場合、自動車２のフロントは急激な減速を受ける。センサ４は、自動車２のフロントの減速を測定し、プロセッサ５に供給される減速のレベルを示す信号を生成する。この減速を積分すると、衝突する物体同士の相対速度が算出される。仮に複合的なセンサ装置が設けられた場合、様々な他の信号がプロセッサに対して与えられることとなる。例えばプロセッサは、潜在的に衝突する物体の、自動車自体に対する方向を示す信号を備えてよい。物体の方向から、予測される衝撃が「正面からの」衝撃、「傾斜した」衝撃または「側面からの」衝撃のいずれであるかを知ることができる。またプロセッサは、物体の高さおよび幅を表す信号を受信可能であり、これによってプロセッサは、物体の潜在的な大きさを判断可能であり、したがって物体の潜在的な体積および潜在的な硬度を判断可能である。ある実施形態では、センサは、物体が自動車の中心軸からオフセットしているか否かをも判断可能である。

プロセッサ５は、予想される衝突深刻度を表す信号を生成する。衝突の深刻度は、パラメータ群の組合せに左右される。そして衝突深刻度信号の正確な特質は、プロセッサに与えられる情報と、プロセッサ内のその情報に適用されるロジックとに左右される。しかし、それにも拘らず、衝突深刻度信号は、仮に自動車が高速度で移動しているとき、あるいは自動車のフロントが高い変形速度を受けているときは、高くなることが予想される。また衝突深刻度信号は、仮に、潜在的に衝突する物体の高さおよび幅が非常に大きいために潜在的に有する実質的な体積が大きいときには、高くなることが予想される。長さの関数としての圧縮力は、衝突深刻度とは無関係に決定される。衝突深刻度を表す信号は、制御ユニット７に供給される。

制御ユニット７は、衝突深刻度信号のレベルを、所定の閾値と比較する。信号のレベルが閾値のレベルより小さければ（例えば低速度の衝突である場合）、制御ユニット７は、ガスジェネレータ８への作動信号を生成しない。この場合、可変形要素９のチャンバ１０内のガス圧は上昇せず、その通常レベルに保たれ、これにより、可変形要素９は、低速度の衝突時に変形可能であり、かかる衝突からエネルギーを吸収可能である。

予想される衝突深刻度のレベルが所定の閾値を超える場合（例えば中程度の深刻度の衝突である場合）、制御ユニット７は、第１の制御信号をガスジェネレータ８および制御される通気孔１３に送信し、ガスジェネレータ８および通気孔を制御して、可変形要素９のチャンバ１０内のガス圧を上昇させる。可変形要素９内の上昇したガス圧により、可変形要素９はより硬度を増し、変形に対して堅固になり、可変形要素９はしたがって、それらが中程度の深刻度の衝突からの力で変形される際に、より大量のエネルギーを吸収可能となる。通気孔１３を開いて、チャンバ１０内の圧力が極端に高くなることを防止してもよい。

自動車２が非常に深刻な衝突に巻き込まれた場合、信号ジェネレータ６は、所定の閾値のレベルをより大きく超えるような適切な信号のレベルを生成する。制御ユニット７は、この信号を処理し、第２の制御信号をガスジェネレータ８および制御される通気孔１３に転送し、これによって、可変形要素９内のガス圧を非常に高いレベルまで上昇させる。制御される通気孔１３は、限界程度まで開かれ、あるいは、衝突中の比較的後期に開かれ、これによって、確実に、チャンバ１０内のガス圧が非常に高く保たれる。可変形要素９のこの高いガス圧により、可変形要素９は変形に対してより堅固になり、可変形要素９はしたがって、それらが変形される際により大きなエネルギーを吸収可能となり、深刻な衝突で発生する、さらに大量のエネルギーも吸収可能となる。

本実施形態では、各ガスジェネレータ８は、２段階から成るガスジェネレータであり、これは、第１の制御信号に応じた第１の体積のガス、あるいは、第２の制御信号に応じた第２のより大きな体積のガスのいずれかを生成する。第１の体積のガスは、ガスジェネレータ８の各段階のうちいずれか１つが作動されることによって生成される。第２の、より大きな体積のガスは、ガスジェネレータ８の両方の段階が作動されることによって発生する。その他の実施形態では、ガスジェネレータ８は、単一の段階から成るガスジェネレータのみとしてもよく、あるいは、これに代えて、２段階より多くの段階から成る多段ガスジェネレータとしてもよい。

好適な本実施形態では、ガスジェネレータ８は、ガスジェネレータ９の１段階のみが作動された場合、可変形要素９内に２０バールの圧力を生成する。ガスジェネレータ８の両方の段階が作動された場合、ガスジェネレータ８はガスを生成し、可変形要素９内の圧力を４０バールまで上昇させる。

制御される通気孔１３は、それらのそれぞれの可変形要素９から、制御ユニット７からの信号に応じて、ガスを解放する。ある実施形態では、制御ユニット７は、通気孔信号を制御される通気孔１３に与え、これによって、いかなる衝突の後も、所定時間の経過後に通気孔１３を開く。ガスは、したがって、衝突からのエネルギーを吸収する機能を可変形要素９が終結させる際、可変形要素９の内部から、制御されつつ解放することが可能である。このように可変形要素９の破裂が防止されていて、また、自動車が衝突した物体に跳ね返されてしまう原因となる、弾性要素として作用することも防止されている。制御される通気孔１３は、ガスが可変形要素９に供給されるときの、可変形要素９内の最大の圧力を制御するよう、適切な瞬間に開けてもよい。

上述の実施形態では可変形要素９は実質的に円錐形状であるが、可変形要素９は、その他、図３および図４に示す下記の形状としてもよい。この変形した実施形態における可変形要素９は、全体的に円筒形であるが、可変形要素９を３つの折りたためる部分に分割する、２つの狭小な部分すなわち「ネック」２０を備えている。この変形した実施形態の可変形要素９の端部プレート１２に力が作用する場合、可変形要素９は、折りたためる部分が折りたたまれるため、図４に示すように端部プレート１２が基部１１に接近するまで圧縮される。好適な実施形態の可変形要素９のように、可変形要素９の内部で折りたたまれるのと異なり、この変形した実施形態の可変形要素９は、折りたためる部分が折りたたまれると、外側に向かって変形する。ここでも、可変形要素は、好ましくは、可変形要素の変形レンジの実体部にわたって実質的に一定の硬度を与えるよう、設計されている。

次に添付図面の図５から図７を参照すると、衝突時に可変形要素９が変形される距離は、可変形要素９が変形される際にそれに作用する力に対してプロットされている。自動車乗員に最適な防護を与える方法で可変形要素９にエネルギーを吸収させるために、可変形要素９を変形させる力は、可変形要素９に、確実に、利用可能な変形レンジのほとんどまたはすべてにわたって変形させ、エネルギーを吸収させる、可能な限り小さなものにすべきである。理想的には、あらゆる事故において、事故のエネルギーのすべてが、可変形要素が完全に潰されるときに吸収されるべきであり、これによって、自動車乗員には可能な限り小さなレベルの減速を与えることを可能にすべきである。実際の場合には、可変形要素内のガス圧は、事故において、利用可能な変形レンジの７０％から９０％の間で、可変形要素を変形する。したがって、可変形要素が完全に折りたたまれ自動車のうち非常に硬度の高い部分でエネルギーを吸収せざるを得なくなるようなおそれを実質的に完全になくし、可変形要素が可能な限り小さな減速レベルを提供できるようにすべきである。これは、かかるおそれがあると、自動車乗員が非常に大きな減速を受けかねず、明らかに欠点となるからである。可変形要素９を変形するのに必要な力は、可変形要素９内のガス圧の関数である。したがって安全装置は、可変形要素９内のガス圧を調節することによって、上記の必要な力を調節可能である。

図５は可変形要素９を含むエネルギー吸収装置を２５ｋｍ／ｈの低速衝突において変形するのに必要な力を示すグラフであり、可変形要素が何らガスを供給されていない場合と、可変形要素９が２０バールおよび４０バールの圧力のガスを供給されている場合とを示している。エネルギー吸収装置は、さらに、１つ以上の比較的硬度の高い部材を含み、この部材は、可変形要素９が変形によって完全に折りたたまれた後に、変形する。

可変形要素９の加圧の程度に関係なく、システム全体の初期変形は、バンパの変形として生じることが観測される。バンパの初期変形は、例えば駐車するための運転中に低速でぶつかるなどによって生じる弾性変形である。

仮に可変形要素が何らガスを供給されていなければ、例証される低速度の衝突において、可変形要素を変形長さの全体にわたって変形するのに必要な力は、実質的に一定に維持され、したがって最大の力Ｆ_ｍａｘ０は変形中に用いられる力と同一であり、この例では、したがって、図５に示すように、約４０ｋＮである。他の自動車および設計においては、他の力レベルを相当なものとしてよい。一方、仮に、可変形要素が２０バールの圧力に加圧されると、可変形要素は、より硬度の高いものになり、例証される事故における可変形要素の総変形度は、加圧されない可変形要素の変形度より小さなものになる。しかし、可変形要素を変形するのに必要な力は増大し、この例では、最大の力Ｆ_{ｍａｘ２０}は、およそ７０ｋＮになると分かる。

また、仮に可変形要素が４０バールの圧力で加圧されると、可変形要素が変形される距離は、より減少するが、力は増大し、Ｆ_{ｍａｘ４０}はおよそ９０ｋＮになる。

ここで３５ｋｍ／ｈという、より高速度の衝突を示す図６を参照すると、それぞれの加圧状態における可変形要素の変形度は、図５に示した上述の例の場合より大きくなることが理解できる。したがって、可変形要素に圧縮ガスが何ら含まれていない場合には、可変形要素は、利用可能な変形の全体にわたって変形し、エネルギー吸収装置のうち比較的硬度のある部分が変形を開始し、その結果、変形全体を完了させるために加えられる力は、上昇しはじめるということが分かる。与えられた例においては、ガスなしの場合における最大の力Ｆ_ｍａｘ０は、およそ７５ｋＮとなることが分かる。

これと対照的に、可変形要素が２０バールの圧力に加圧されると、可変形要素は、この深刻度の事故の場合、ほとんど全体が圧縮されるが、圧縮中に用いられる最大の力Ｆ_{ｍａｘ２０}は、依然として７０ｋＮのままである。可変形要素が４０バールまで加圧される場合、変形長さはさらに短縮されるが、変形長さは、図５に示す４０バールの圧力における変形長さより大きくなる。しかしながら、最大の力Ｆ_{ｍａｘ４０}はここでも９０ｋＮになる。

ここで、より高速度の５０ｋｍ／ｈの衝突を示す図７を参照すると、次のことが分かる。すなわち、可変形要素に圧縮ガスが何ら含まれていないとき、可変形要素は全体的に圧縮または変形され、よって、エネルギー吸収要素のうち非常に硬度の高い部分の実質的な変形が生じる。これは、非常に実質的な力が加えられたことを意味する。最大の力Ｆ_ｍａｘ０は、１４０ｋＮを超える。また、２０バールの圧力まで可変形要素が加圧されると、可変形要素は完全に変形し、エネルギー吸収要素のうち比較的硬度のある部分が変形を開始することが観測される。かかる場合、加えられる最大の力Ｆ_{ｍａｘ２０}は、約９５ｋＮである。しかし、仮に可変形要素９０が４０バールの圧力まで変形されると、可変形要素は非常に硬度が高くなり、この比較的高速度の事故においても、可変形要素は完全には変形されない。したがって、可変形要素は実質的に一定の力を吸収し、用いられる最大の力Ｆ_{ｍａｘ４０}は、依然として９０ｋＮのままである。

したがって、以下のことが分かる。最適な減速、すなわち最大値が最も小さい減速は、図５に示すように、低速度の事故の場合に得られ、可変形要素が何ら加圧されていない場合には、図６に示すように、中程度の速度の事故の場合に得られ、膨張要素の中程度の膨張、および、高速度の事故の場合には、図７に示すように、可変形要素を高圧にした場合に得られる。

したがって、１つの好適な実施形態では、深刻度の低い衝突が検知された場合には、制御ユニット７は、ガスジェネレータ８を作動させないということが理解される。深刻度が低い衝突とは、衝突速度が３０ｋｍ／ｈより低いときに生じるものである。中程度の深刻度の衝突が検知されると、制御ユニット７は、第１の制御信号を発信してガスジェネレータ８の１段階を作動させる。中程度の深刻度の衝突とは、衝突速度が３０ｋｍ／ｈから４５ｋｍ／ｈまでの間である場合に生じるものである。高い深刻度の衝突が検知されると、制御ユニット７は第２の制御信号をガスジェネレータ８に発信して、ガスジェネレータ８の両方の段階を作動させる。高い深刻度の衝突とは、衝突速度が４５ｋｍ／ｈより高い場合に生じるものである。

ここで図８を参照すると、８ｋｍ／ｈまでの低速の衝突では、バンパは弾性的に変形し、ライン２０で示すように、当初の状態に戻る。

２５ｋｍ／ｈまでの衝突においては、バンパは変形し、その結果、ガスが何ら供給されていない場合には、可変形要素は、変形がライン２１で示すように完了するまで、実質的に一定の力レベルで変形する。

例えば３０ｋｍ／ｈの事故においては、可変形要素の圧力は、２０バールまで上昇し、可変形要素は、ライン２２、２３に沿って変形する。３５ｋｍ／ｈまでの速度においては、可変形要素はライン２２に沿って変形し、３５ｋｍ／ｈの速度における最終的な変形は、ライン２４で示される。

４５ｋｍ／ｈの速度では、可変形要素は４０バールの圧力まで膨張され、変形はライン２５、２６に沿って生じる。変形はこのラインに沿って継続し、５０ｋｍ／ｈの速度における変形の最終段階は、ライン２７で示される。ライン２８は、７０ｋｍ／ｈの事故速度の場合を示し、この場合、エネルギー吸収装置のうち硬度の高い部分は、可変形要素９が完全に折りたたまれた後に、変形される。

本発明を、３つの利用可能なガス圧、すなわち雰囲気圧、２０バールおよび４０バールを備えた実施形態を参照して説明したが、本発明の１つの実施形態では、可変形要素９内の圧力を、可調節式のガスジェネレータを用いて、予想される力のレベルに非常に近似させるよう選択し、あらゆる速度において最適なエネルギー吸収を行わせてよいことが考察できる。図９はこのタイプの１つの実施形態を示す。また当初のライン３０は、バンパが弾性的に変形してその当初の状態に戻る、８ｋｍ／ｈより低速の衝突を示す。ライン３１は、２５ｋｍ／ｈの事故において、可変形要素内に加圧ガスが何ら入っていないときの可変形要素の変形を示す。このラインは図８のライン２１に対応する。２５ｋｍ／ｈを越える速度で事故が生じると、可変形要素内の圧力はわずかに上昇し、これによって、例えば、３０ｋｍ／ｈにおいては、ライン３２のようになる。さらに深刻な事故が検知されると、圧力はさらに上昇し、３５ｋｍ／ｈでは、ライン３３のようになる。それよりさらに深刻な事故が生じると、可変形要素内の圧力はさらに高いレベルまで上昇し、約４５ｋｍ／ｈの事故の場合、ライン３４のようになる。

５０ｋｍ／ｈもの高速度の事故が検知されると、圧力はさらに上昇し、ライン３５のようになり、最終的に、７０ｋｍ／ｈもの非常に深刻な衝突の場合には、ライン３６のようになり、このラインは図８のライン２７に対応する。

図１０は、他の自動車４０とのオフセット衝突に巻き込まれた、図１で説明した安全装置を備える自動車を示す。他の自動車４０は、図１０から分かる通り、フロントバンパ３の一方の側に向かって衝突し、バンパの他方の側は衝突を受けていない。

センサ４およびプロセッサ５は、予想される衝突深刻度に左右される力信号を生成し、可変形要素９のそれぞれに適量のガスを供給するということが理解される。しかし、事故中にバンパ３に作用する力は、次のようになる。すなわち、可変形要素９のうち図１０の右側に示す部分は大きな力を受け、図１０の左側に示す部分では、力のうち小さな分力しか受けない。その結果、図１１に示す状態となり、事故のエネルギー全体が可変形要素９によって効果的に吸収されていると考えられる。しかし、予想された力のレベルが、力は可変形要素９の両方によって吸収されるという仮定の下で計算されるため、自動車客室が損傷を被る実質的なおそれがある。

その結果、図示したタイプのオフセット事故においては、各可変形要素９が適切に加圧されるよう、オフセットの程度を判断可能であり、可変形要素９のそれぞれに加えられる力を計算可能なセンサ装置とすることが好ましい。このようにすれば、可変形要素の両方が実質的に完全に変形し、エネルギーを最適な方法で吸収できる。

図１０に示すように、衝突する物体が、安全装置を備えた自動車の軸に対して、実質的な程度までオフセットしている場合には、次のことに留意されたい。すなわち、衝突する物体と一直線上にある一方の可変形要素にはガスが供給され、これによって、その可変形要素は、実質的な量のエネルギーに対しても耐性を有することとなる。しかし他方の可変形要素には全くガスが供給されないため、他方の可変形要素は変形可能であるが、図１２に示すように、少なくともある程度の事故のエネルギーは吸収する。

その他の実施形態では、自動車のバンパを、上述のタイプの４つの可変形要素で支持してもよい。これらの可変形要素は、２つの上方の要素と、２つの下方の要素として配置される。

本明細書では、「含む」は「備える、または、から成る」のいずれかを意味し、「含んでいる」は「備えている、または、から成っている」を意味する。

本発明による安全装置が搭載された自動車の一部の水平方向の概略断面図である。 本発明の好適な実施形態に用いられる、通常の状態にある可変形要素の概略断面図である（点線は変形した状態の可変形要素を示す）。 本発明の実施形態に用いられる、通常の状態にある他の可変形要素の概略側面図である（ガスジェネレータは点線で示す）。 図３に示す可変形要素の変形した状態を示す概略側面図である。 ２５ｋｍ／ｈの衝突速度で様々な量のガスを用いた場合に、図１から図４に示すタイプの可変形要素を含むエネルギー吸収装置によって発揮される力を、可変形要素が変形される長さに対して示すグラフである。 ３５ｋｍ／ｈの衝突速度における図５と同様のグラフである。 ５０ｋｍ／ｈの衝突速度における図５と同様のグラフである。 説明用に設けた、図５と同様のグラフである。 説明用に設けた、図５と同様の他のグラフである。 事故の開始時における本発明による安全装置を備えた自動車の水平方向の概略断面図である。 事故の終了時における自動車を示す図１０と同様の図である。 事故の終了時における自動車を示す図１０の実施形態を改善した方式を示す、図１０に対応する図である。

Claims (22)

1. 少なくとも１つの内部チャンバを画成し、自動車のうち衝突時に変形される位置に搭載され、所定の深刻度の衝突が生じた時に部分的に変形されるよう設計されている可変形要素を含む自動車用の安全装置において、該安全装置はさらに、前記各チャンバにガスを注入するよう接続されているガス源と、検知された１つ以上のパラメータから、予想される衝突深刻度を示す衝突深刻度信号を生成するセンサ装置とを含み、該センサ装置は、前記ガス源を制御するよう接続されていて、前記所定の深刻度より実質的に高い、予想される衝突深刻度を表す衝突深刻度信号に応じて、各チャンバにガスを供給させ、前記可変形要素の硬度は、事故の深刻度に依存し、前記可変形要素は、所定の変形レンジを有し、前記センサ装置は、所定の変形レンジの少なくとも５０％の変形が前記可変形要素に生じるように、前記ガス源から前記各チャンバにガスを注入させることを特徴とする自動車用の安全装置。
2. 請求項１に記載の安全装置において、前記センサ装置は、ガスを各チャンバへ供給する場合は、前記可変形要素が事故時に変形し始めるより前にガスを各チャンバへ供給する方法で、前記ガス源を制御するよう接続されていることを特徴とする安全装置。
3. 請求項１または２に記載の安全装置において、前記センサ装置は、自動車と衝突する物体との間の相対速度を検知し、前記衝突深刻度信号は、前記検知された相対速度に依存することを特徴とする安全装置。
4. 請求項３に記載の安全装置において、前記センサ装置は、前記相対速度を検知するレーダを含むことを特徴とする安全装置。
5. 請求項４に記載の安全装置において、前記レーダはドップラーレーダであることを特徴とする安全装置。
6. 請求項３に記載の安全装置において、前記センサ装置は、自動車のバンパに備えられた変形速度センサを含むことを特徴とする安全装置。
7. 請求項１から６までのいずれかに記載の安全装置において、前記センサ装置は、潜在的に衝突する物体であって自動車から見たその物体の方向から選択されたものの１つ以上のパラメータ、該物体の高さおよび該物体の幅を検知し、前記衝突深刻度信号は、前記検知されたパラメータまたはパラメータ群に応じて生成されることを特徴とする安全装置。
8. 請求項７に記載の安全装置において、前記センサ装置から到来する１つ以上の信号を処理するプロセッサが設けられ、該プロセッサは、前記潜在的に衝突する物体の体積および／または硬度を決定または予測し、前記衝突深刻度信号の少なくとも一部は、前記体積および／または硬度に応じて生成されることを特徴とする安全装置。
9. 請求項１から８までのいずれかに記載の安全装置において、前記可変形要素には制御可能な通気孔が備えられていて、該制御可能な通気孔は、前記センサ装置によって制御されることを特徴とする安全装置。
10. 請求項１から９までのいずれかに記載の安全装置において、該安全装置は、少なくとも２つの前記可変形要素を含み、該要素の間には間隔が空いていて、前記センサ装置は、各可変形要素へのガス供給を個別に制御するよう構成されていることを特徴とする安全装置。
11. 請求項１０に記載の安全装置において、２つの前記可変形要素は、バンパまたはフェンダを支持することを特徴とする安全装置。
12. 請求項９または１０に記載の安全装置において、前記センサ装置は、潜在的に衝突する物体の横方向の位置を検知し、各可変形要素に供給されるガスの量は、オフセットに応じて決定されることを特徴とする安全装置。
13. 請求項１２に記載の安全装置において、実質的な量の前記オフセットがある場合、前記センサ装置はガス供給を制御し、２つの可変形要素のうち一方にのみガスが供給されるようにすることを特徴とする安全装置。
14. 請求項１０から１３までのいずれかに記載の安全装置において、４つの可変形要素を設け、これらは２つの上方の要素および２つの下方の要素として配置されることを特徴とする安全装置。
15. 請求項１から１４までのいずれかに記載の安全装置において、前記各可変形要素に連携しているガス源は多段ガスジェネレータであり、該ガスジェネレータの各段階は、前記衝突深刻度信号の値の増大に応じて駆動されることを特徴とする安全装置。
16. 請求項１から１４までのいずれかに記載の安全装置において、前記各可変形要素にガスを供給する前記ガス源は、連続的に変化する供給を行い、前記各可変形要素に供給されるガスの量は、前記衝突深刻度信号の大きさに依存することを特徴とする安全装置。
17. 請求項１から１６までのいずれかに記載の安全装置において、前記各可変形要素は実質的に円錐形状であることを特徴とする安全装置。
18. 請求項１７に記載の安全装置において、各可変形要素は、円筒形で端部が開口していて次第に直径が増大する複数の管状部分で画成されていて、該管状部分は互いに接続されていて、密封された基部から端部プレートまで延伸していることを特徴とする安全装置。
19. 請求項１から１６までのいずれかに記載の安全装置において、前記各可変形要素は実質的に円筒形であり、複数の狭小なネック部を有し、該ネック部によって前記可変形要素は複数の折りたためる部分に分割されていることを特徴とする安全装置。
20. 請求項１８に記載の安全装置において、前記可変形要素は２つのネック部を有し、該ネック部によって前記可変形要素は３つの折りたためる部分に分割されていることを特徴とする安全装置。
21. 請求項１から２０までのいずれかに記載の安全装置において、前記各可変形要素は、その変形レンジの実体部にわたって、実質的に一定の硬度を有することを特徴とする安全装置。
22. 少なくとも１つの内部チャンバを画成し、自動車のうち衝突時に変形される位置に搭載され、所定の変形レンジを有し、所定の深刻度の衝突が生じた時に部分的に変形されるよう設計されている可変形要素を含む自動車用の安全装置において、該安全装置はさらに、前記各チャンバにガスを注入するよう接続されているガス源と、自動車と衝突する物体との間の相対速度を検知し、検知された１つ以上のパラメータから、前記検知した相対速度に依存する衝突深刻度信号を生成するセンサ装置とを含み、該センサ装置は、予想される衝突深刻度を表す信号に応じて各チャンバへガスを供給する前記ガス源を制御するよう接続されていて、前記センサ装置は、所定の変形レンジの少なくとも５０％の変形が前記可変形要素に生じるように、前記ガス源から前記各チャンバにガスを注入させ、前記センサ装置は、ガスを各チャンバへ供給する場合は、前記可変形要素が事故時に変形し始めるより前にガスを各チャンバへ供給する方法で、前記ガス源を制御するよう接続されていて、前記可変形要素には制御可能な通気孔が備えられていて、該制御可能な通気孔は、前記センサ装置によって制御されることを特徴とする安全装置。

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