CN102951113A - 限制装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种限制装置。仅在机械连接电动机与卷轴的离合器进行动作所需的时间，电动机的驱动电流的值增大，在离合器动作后，进行控制，使得驱动电流的值成为阻止卷轴在安全带的张力下旋转所需的大小。由此，在切实地使离合器动作后，仅耗费限制乘员所需的电力。因此，能够削减电动机的消耗电力，能够抑制电动机发热。

Description

限制装置

技术领域

本发明涉及限制装置，更详细地说，涉及用于限制乘员的限制装置。

背景技术

在以车辆为代表的交通工具中安装有座椅安全带，以保护乘员免受紧急停止或碰撞等意外事故的伤害。作为该种座椅安全带，经常使用容易佩戴、且可发挥比较高的限制力的三点式座椅安全带。

三点式座椅安全带具备卷绕用于限制乘员的安全带的卷收器。在该卷收器上有时设有用于根据作用于乘员的力来调整安全带张力的电动机构。

日本特开2004-17765号公报所记载的装置中，在车辆正常行驶时，对卷收器进行控制，使安全带的张力成为第一目标值。而且，车辆在紧急停止或转弯等对乘员作用有较大的力的危急时刻，对卷收器进行控制，使安全带的张力成为比第一目标值更大的第二目标值。此时，该装置使安全带的张力从第一目标值缓慢地增加至第二目标值。由此，不会使乘员感到不快，能够以适当的力对该乘员进行限制。

在日本特开2004-17765号公报所记载的装置中，控制电力的供给，使电动机中流动的电流的值成为与安全带的张力对应的目标值。因此，当电流的目标值较低时，电流的检测变得困难，有时无法准确地向电动机供给电力。而且，也可想到电动机的转矩不足，离合器不会进行动作。另一方面，当电流的目标值较高时，会产生电动机的发热量过多的问题。

为了驱动卷收器所使用的电动机（例如存在由电刷形成的接触点的电动机），需要向电动机施加最低动作电压以上的电压。该最低动作电压会随着电动机的老化（例如年久老化等）而上升。因此，当电动机的老化达到一定程度时，该电动机的动作有可能会变得不稳定。

发明内容

本发明基于上述情况而提出，其目的在于，根据情况向卷收器所使用的电动机供给相应大小的电力，从而使卷收器准确动作，并且，削减电动机消耗的电力。

为达到上述目的，本发明的限制装置用于限制就座于座椅上的乘员，

该限制装置具备：

卷轴，卷绕用于限制乘员的安全带；

电动机，使所述卷轴旋转；

齿轮单元，将所述电动机的输出传递至所述卷轴；

离合器，通过所述电动机的旋转来机械连接所述电动机与所述齿轮单元；及

供给单元，向所述电动机供给电力，使得在通过所述离合器对所述电动机与所述齿轮单元进行连接之前供给的第一电力大于在对所述电动机与所述齿轮单元进行连接之后供给的第二电力。

所述供给单元可以向所述电动机供给电力，使得在对所述电动机与所述齿轮单元进行连接之前的输出电压的平均值大于在对所述电动机与所述齿轮单元进行连接之后的输出电压的平均值。

所述供给单元可以向所述电动机供给电力，使得在对所述电动机与所述齿轮单元进行连接之前供给的电流大于在对所述电动机与所述齿轮单元进行连接之后供给的电流。

所述供给单元可以进行PWM控制。

所述供给单元可以以预先设定的时间来供给所述第一电力。

本发明的限制装置该限制装置还可具备用于检测所述离合器对所述电动机与所述齿轮单元的连接的第一检测系统，所述供给单元供给所述第一电力，直至所述第一检测系统检测出所述电动机与所述齿轮单元连接。

本发明的限制装置该限制装置还可具备用于检测所述电动机与所述齿轮单元未连接的第二检测系统，当所述第二检测系统检测出所述电动机与所述齿轮单元未连接时，所述供给单元向所述电动机供给电力，使得在所述电动机与所述齿轮单元连接之前供给的第一电力大于在所述电动机与所述齿轮单元连接之后供给的第二电力。

所述供给单元可以周期性地向所述电动机供给电力，使得在所述电动机与所述齿轮单元连接之前供给的第一电力大于在所述电动机与所述齿轮单元连接之后供给的第二电力。

所述卷轴可配置于所述座椅的一侧；

所述限制装置还可具备：

固定部件，配置于所述座椅的一侧，且固定从卷收器拉出的所述安全带的一端；

支撑部件，支撑所述卷轴与所述固定部件之间的所述安全带；

带扣，配置于所述座椅的另一侧；及

锁舌，设置于所述安全带上，能够与所述带扣自如地扣合或分离。

根据本发明，首先向用于驱动卷绕安全带的卷轴的电动机供给第一电力。然后，当电动机与齿轮单元连接时，向电动机供给比第一电力小的第二电力。因此，能够切实地机械连接电动机与卷轴。在机械连接电动机与齿轮之后，以所需的最小限度的电力来驱动电动机。因此，能够削减电动机消耗的电力。

附图说明

图1是本实施方式涉及的限制装置的框图。

图2是表示限制单元的图。

图3是示意性表示卷收器的结构的图。

图4是表示齿轮单元的图。

图5是表示齿轮单元的一部分的图。

图6是表示电压信号的图。

图7是表示电动机中流动的驱动电流的推移的图。

图8是用于说明限制装置的变形例的图。

图9是表示电压信号的图。

具体实施方式

以下，在参照附图的同时，对本发明的一实施方式进行说明。图1是本实施方式涉及的限制装置10的框图。该限制装置10是根据车辆的前进方向及与前进方向正交的方向的加速度来最佳地限制乘员的装置。以下，为便于说明，以车辆的前进方向作为X轴方向，以与该前进方向正交的方向作为Y轴方向。

如图1所示，限制装置10具有：限制单元30，用于限制乘员；控制装置20，根据来自车辆通信网络11或带扣探测器44a的输出来检测车辆的行驶状态；及驱动装置22，根据控制装置20的指示来驱动限制单元30的卷收器50。

车辆通信网络11是例如CAN（Controller Area Network：控制器局域网络）、LIN（Local Interconnect Network：本地互联网）或K-LINE等车载网络。车辆的控制单元等能够通过与该车辆通信网络11进行通信来取得例如与车辆的速度、车辆的X轴方向（前进方向）的加速度、车辆的Y轴方向（与前进方向垂直的方向）的加速度有关的信息。

图2是表示用于限制就座于座椅100的乘员120的限制单元30的图。如图2所示，限制单元30是三点式座椅安全带。该限制单元30具有：对乘员120进行限制的安全带40及配置于座椅100的右侧方以卷绕安全带40而进行收容的卷收器50。

构成限制装置30的安全带40通常大部分被卷绕于卷收器50。而且，从卷收器50拉出的安全带40的前端经由固定于车辆的B柱的导向件41而被拉绕至座椅100的就座面右侧，并固定于固定器43。当设置于位于导向件41与固定器43之间的安全带40上的锁舌42由乘员120安装于带扣44中时，成为通过限制单元30来限制乘员的状态。

通过图1所示的带扣传感器44a来检测锁舌42是否已安装到带扣44上。带扣传感器44a是具有例如在锁舌42安装到带扣44上时接通的接触点的限位开关。

图3是示意性地表示卷收器50的结构的图。如图3所示，卷收器50具有：用于卷绕安全带40的卷轴53、用于使卷轴53旋转的电动机51及将电动机51的输出向卷轴53传递的齿轮单元60。

卷轴53是圆筒状的部件。该卷轴53经由齿轮单元60而与电动机51进行机械连接。

电动机51例如是额定电压为12V的直流电动机。该电动机51在由控制装置20供给电力时使构成齿轮单元60的齿轮进行旋转。

图4是表示齿轮单元60的图。参照该图4及图3可知，齿轮单元60包括：卷轴驱动系统71~74，由太阳轮72、三个行星齿轮74、内齿轮73及与太阳轮72连接的从动齿轮71构成；第一驱动齿轮61，固定于电动机51的旋转轴51a；传递系统62~65，由第一中间齿轮62、第二中间齿轮63、第三中间齿轮64及经由旋转轴65a与第三中间齿轮64连接的第二驱动齿轮65构成；离合器76，用于对驱动系统与传递系统进行机械连接；及收容上述各部分的未图示的外壳。

第一驱动齿轮61固定于电动机51的旋转轴51a。第一驱动齿轮61在电动机51正转时向箭头所示的方向旋转。

第一中间齿轮62是与第一驱动齿轮61啮合的齿轮。该第一中间齿轮62随着第一驱动齿轮61的旋转而进行旋转。而且，第一中间齿轮62在电动机51正转时向箭头所示的方向旋转。

第二中间齿轮63是与第一中间齿轮62啮合的齿轮。该第二中间齿轮63随着第一中间齿轮62的旋转而进行旋转。而且，第二中间齿轮63在电动机51正转时向箭头所示的方向旋转。

第三中间齿轮64是与第二中间齿轮63啮合的齿轮。该第三中间齿轮64随着第二中间齿轮63的旋转而进行旋转。而且，第三中间齿轮64在电动机51正转时向箭头所示的方向旋转。

第二驱动齿轮65通过旋转轴65a与第三中间齿轮64连接，由此与第三中间齿轮64一体化。该第二驱动齿轮65与第三中间齿轮64形成为一体，并以旋转轴65a为中心进行旋转。

从动齿轮71是与第二驱动齿轮65啮合的齿轮。该从动齿轮71随着第二驱动齿轮65的旋转而进行旋转。而且，从动齿轮71在电动机51正转时向箭头所示的方向旋转。

参照图3可知，太阳轮72通过旋转轴72a与从动齿轮71连接，由此与从动齿轮71一体化。该太阳轮72与从动齿轮71形成为一体，并以旋转轴72a为中心进行旋转。而且，如图4所示，太阳轮72在电动机51正转时向箭头所示的方向旋转。

三个行星齿轮741、742、743是与太阳轮啮合的齿轮。这些行星齿轮74在电动机51正转时在太阳轮72的周围向白色箭头所示的方向进行相对旋转。参照图3可知，这三个行星齿轮74通过行星架75相互连接。

内齿轮73是在内侧形成有与行星齿轮74啮合的内齿的环状齿轮。在该内齿轮73的外缘形成有用于抑制图4中的顺时针旋转的棘齿。

离合器76由棘爪76a及金属丝76b构成。棘爪76a由例如未图示的外壳或支撑部件以一端能够以旋转轴77为中心转动的方式进行支撑。

金属丝76b的一端卷绕于第三中间齿轮64与第二驱动齿轮65的旋转轴65a。而且，另一端插入到设置于棘爪76a的长孔中。该金属丝76b在电动机51正转时以旋转轴65a为中心顺时针旋转，使棘爪76a逆时针旋转。另外，金属丝76b在电动机反转时以旋转轴65a为中心逆时针旋转，使棘爪76a顺时针旋转。

参照图3及图4可知，在上述结构的齿轮单元60中，当电动机51正转时，第一驱动齿轮61进行旋转。而且，电动机51的旋转力依次向第一中间齿轮62、第二中间齿轮63及第三中间齿轮64传递，旋转轴65a向箭头所示的方向进行旋转。由此，如图4所示，棘爪76a与内齿轮73的棘齿卡合，从而限制了内齿轮73的顺时针旋转。

当在棘爪76a与内齿轮73的棘齿卡合的状态下电动机51持续正转时，行星齿轮74向白色箭头所示的方向进行旋转。由此，参照图3可知，行星架75旋转，从而卷轴53旋转。其结果是，安全带40被卷绕于卷轴53。

另外，当电动机51反转而使旋转轴65a向与箭头所示的方向相反的方向旋转时，如图4所示，与内齿轮73的棘齿卡合的棘爪76a旋转至图5所示的位置。由此，内齿轮73的旋转限制被解除，内齿轮73成为被释放的状态。

在内齿轮73被释放的状态下，即使电动机51进行旋转，连接于行星架75的卷轴53也不会旋转。因此，卷轴53能够独立于电动机51地进行旋转。

即，通过离合器76的棘爪76a与内齿轮73的棘齿进行卡合，电动机51与卷轴53成为机械连接的状态。另外，当离合器76的棘爪76a离开内齿轮73的棘齿而使内齿轮73被释放时，电动机51与卷轴53成为机械分离的状态。

以下，为便于说明，将离合器76的棘爪76a与内齿轮73的棘齿卡合的状态简称为离合器76接通的状态。而且，将离合器76的棘爪76a离开内齿轮73的棘齿的状态简称为离合器76断开的状态。

控制装置20是具有例如CPU、用作CPU的作业区域的主存储部和存储CPU所执行的程序及各种参数的辅助存储部的计算机。该控制装置20通过与车辆通信网络11进行通信来取得车辆速度、加速度等车辆信息。另外，控制装置20通过带扣传感器44a来判断乘员120是否由安全带40限制在座椅100上。在乘员120被安全带40限制的状态下，例如当车辆的速度即Y轴方向的加速度变为基准值以上时，控制装置20指示驱动装置22执行以较弱的力限制乘员120的动作。

驱动装置22构成为，包括用于进行电动机51的PWM（Pulse WidthModulation：脉冲宽度调制）控制的开关元件。该驱动装置22生成与由控制装置20通知的行驶状态相对应的占空比的电压信号V，并向电动机51供给。例如，该电压信号V是用于在消除安全带40的松弛时或进行用于减轻因车辆的行动变化而作用于乘员120的外力的影响的动作时驱动电动机51的信号。

当进行以较弱的力限制乘员120的动作时，驱动装置22将图6所示的波形的电压信号V向电动机51供给。该电压信号V的最大电压为V_H，周期为T₁。而且，对电压信号V的占空比T₂/T₁、T₃/T₁进行调整，使得在从时刻t₀至时刻t₁，电压信号V以时间T₂而周期性地成为高电平，并且，在时刻t₁以后，电压信号V以时间T₃而周期性地成为高电平。另外，时刻t₀是开始卷收器的动作的时刻。另外，时刻t₁是从时刻t₀起经过了时间T_S的时刻。

具体而言，占空比T₂/T₁被设定成，使得通过对最大电压V_H乘以占空比T₂/T₁而计算出的电压成为V_AVG1。该电压V_AVG1是充分大于电动机51的最低动作电压的电压。另外，占空比T₃/T₁被设定成，使得通过对最大电压V_H乘以占空比T₃/T₁而计算出的电压成为V_AVG2。该电压V_AVG2是小于电动机51的最低动作电压的电压。

图7表示供给如图6所示的电压信号V时电动机51中流动的驱动电流I_M的推移的曲线。驱动电流I_M在卷收器的动作开始的时刻t₀开始上升，从时刻t₀到经过了时间T_S后的时刻t₁，值维持在I₁。而且，在时刻t₁以后，该值成为比值I₁更小的值I₂。

上述时间T_S是通过离合器76进行动作而机械连接电动机51与卷轴53所需的时间。该时间T_S为20ms左右。另外，值I₁是比向电动机51施加最低动作电压时电动机51中流动的电流大的值。而且，值I₂是施加驱动电动机51所需的最低限度的电压（V_AVG2）时电动机51中流动的电流的值。

如以上说明，在本实施方式中，仅在机械连接电动机51与卷轴53的离合器76进行动作所需的时间T_S，电动机51的驱动电流I_M的值增大。而且，在离合器76动作后，驱动电流I_M的值变为阻止卷轴53在安全带40的张力下旋转所需的大小。因此，在使离合器76切实地动作后，仅消耗限制乘员120所需的电力。因此，能够削减电动机51的电力消耗，能够抑制电动机51发热。

另外，在离合器76动作后，电压信号V的值成为阻止卷轴53旋转所需的大小。因此，能够降低乘员120所感到的约束感。

在本实施方式中，当离合器76动作时，向电动机51供给的电压信号V的平均值成为比最低动作电压大的值。因此，即使因电动机51的老化而使最低动作电压的值增大，也能够通过使离合器76切实地动作而机械连接电动机51与卷轴53。其结果为，能够切实地对乘员120进行限制。

在本实施方式中，在离合器76进行动作的期间，进行电压信号V的PWM控制，使得电压信号V的平均值成为电动机51的最低动作电压以上。因此，能够通过使离合器76切实地动作而机械连接电动机51与卷轴53。其结果为，能够切实地对乘员120进行限制。

另外，电压信号V的最大电压会根据车辆的周围环境、电池的充电情况、老化程度及个体差异等进行变动。在这种情况下，驱动装置22也可以进行考虑了电压信号V的最大电压的变动的PWM控制。具体而言，驱动装置22对作为标准的最大电压V_H与当前电压V_R进行比较。接着，驱动电压22使用下式（1）求算将电压信号V设为高电平时的时间T_X。而且，驱动装置22对向电动机51施加的电压进行控制，使电压信号V的占空比成为T_X／T₁。

T_X=T₂（V_H／V_R）

由此，即使电池的电压降低，也能够通过使离合器76切实地动作而机械连接电动机51与卷轴53。其结果为，能够切实地对乘员120进行限制。

在本实施方式中，如图7所示，在离合器76接通后，对电压信号V进行控制，使所供给的驱动电流I_M为限制乘员120所需的最小限度的值。但是，在因车辆的行动变化而对乘员120作用有较大外力等情况下，也可以与本实施方式涉及的电压信号V的控制一起来进行用于以较强的力限制乘员120的控制。例如也可以对电压信号V进行控制，使得向电动机51供给值在I₁以上的驱动电流I_M。

以上，对本发明的实施方式进行了说明，但本发明并不限于上述实施方式。例如，离合器76也可以具有用于使棘爪76a离开内齿轮73的弹簧。当电压信号V的值比最低动作电压大时，棘爪76a切实地与内齿轮73的棘齿扣合。此后，通过供给卷轴不会旋转的程度的值的驱动电流I_M，维持棘爪76a与内齿轮73的棘齿扣合的状态。因此，能够使离合器切实地动作，能够使电动机51与卷轴53机械连接。其结果为，能够切实地对乘员120进行限制。

在上述实施方式中，参照图6可知，如下地确定电压信号V的占空比：从时刻t₀到经过时间T_S，占空比为T₂／T₁；经过时间T_S后，占空比为T₃／T₁。不限于此，也可以进行棘爪76a的位置的检测，当检测出棘爪76a旋转至与内齿轮扣合的位置时，判断为离合器76接通，将占空比从T₂／T₁变更为T₃／T₁。能够使用限位开关或非接触式开关来检测棘爪76a的位置。

另外，即使不直接检测棘爪76a的位置，而是通过监视电动机51的旋转轴51a的旋转角度或卷轴53的旋转角度，也能够检测出离合器76已接通。

图8表示检测构成电动机51的旋转轴51a的旋转角的编码器56与检测卷轴53的旋转角的编码器55。通过使用编码器56来监视旋转轴51a的旋转角，能够检测出离合器76已接通。例如，当卷收器的动作开始后旋转轴51a的旋转角度增加一定量时，棘爪76a与内齿轮73的棘齿扣合，能够判断出离合器76已接通。

同样地，通过使用编码器55监视卷轴53的旋转角度，能够检测出离合器76已接通。例如，当卷收器的动作开始后卷轴的旋转角度增加一定量时，棘爪76a与内齿轮73的棘齿扣合，能够判断出离合器76已接通。

如上所述，当检测出离合器76已接通时，可以不等待时间T_S的经过而将电压信号V的占空比从T₂／T₁变更为T₃／T₁。

在上述实施方式中，如图6所示，为了使离合器76接通，对电压信号V进行控制，使得从电动机51的起动时刻t₀到经过时间T_S，电压信号V的占空比为T₂／T₁。不限于此，也可以每当检测出离合器76已接通时即对电压信号V进行控制，使电压信号V的占空比在一定时间内为T₂／T₁。

参照图9可知，在这种情况下，从开始电动机51的驱动到经过时间T_S，驱动装置22使电压信号V的占空比为T₂／T₁，使离合器76接通。此后，当在时刻t₂检测出离合器76已断开时，在经过时间T_S之前，驱动装置22再次将电压信号V的占空比设为T₂／T₁，使离合器76接通。由此，能够在行驶中切实地对乘员120进行限制。

通过使用图8所示的编码器56监视旋转轴51a的旋转角度，能够检测出离合器76断开。例如，在卷收器的动作过程中，在通过拉出安全带40而使电动机51的旋转角度增加一定量以上时，能够判断出离合器76断开。

同样地，通过使用编码器55来监视卷轴53的旋转角度能够检测出离合器76断开。例如，在卷收器的动作过程中，当通过拉出安全带40而使卷轴53的旋转角度增加一定量以上时，能够判断出离合器76断开。

如上所述，当检测出离合器76已断开时，在经过时间T_S之前再次将电压信号V的占空比设为T₂／T₁，使离合器76接通。由此，能够在行驶中切实地对乘员120进行限制。另外，也可以使用上述的非接触式开关与限位开关直接检测出离合器76已断开。

在上述实施方式中，如图6所示，为了使离合器76接通，对电压信号V进行控制，使得从电动机51的起动时刻t₀到经过时间T_S为止，电压信号V的占空比为T₂／T₁。不限于此，也可以与离合器76的状态无关，而周期性地将电压信号V的占空比从T₂／T₁变更为T₃／T₁。由此，即使离合器76断开，也可以在经过相当于一个周期的时间之前使离合器接通。因此，能够在行驶中切实地对乘员120进行限制。

上述实施方式涉及的控制装置20可以由硬件构成，也可以是计算机或微型计算机。

本申请基于2011年8月25日提出的日本专利申请2011-183412来主张优先权，本申请的说明书中参照并引入了日本专利申请2011-183412的说明书、权利要求书及附图的内容。

本发明能够在不脱离本发明的广义的精神与范围的情况下进行各种的实施方式及变形。另外，上述实施方式仅用于说明本发明的实施方式，并未限定本发明的范围。

Claims (9)

1.一种限制装置，用于限制就座于座椅上的乘员，

该限制装置具备：

卷轴，卷绕用于限制乘员的安全带；

电动机，使所述卷轴旋转；

齿轮单元，将所述电动机的输出传递至所述卷轴；

离合器，通过所述电动机的旋转来机械连接所述电动机与所述齿轮单元；及

供给单元，向所述电动机供给电力，使得在通过所述离合器对所述电动机与所述齿轮单元进行连接之前供给的第一电力大于在对所述电动机与所述齿轮单元进行连接之后供给的第二电力。

2.根据权利要求1所述的限制装置，其中，

所述供给单元向所述电动机供给电力，使得在对所述电动机与所述齿轮单元进行连接之前的输出电压的平均值大于在对所述电动机与所述齿轮单元进行连接之后的输出电压的平均值。

3.根据权利要求1或2所述的限制装置，其中，

所述供给单元向所述电动机供给电力，使得在对所述电动机与所述齿轮单元进行连接之前供给的电流大于在对所述电动机与所述齿轮单元进行连接之后供给的电流。

4.根据权利要求1或2所述的限制装置，其中，

所述供给单元进行PWM控制。

5.根据权利要求1或2所述的限制装置，其中，

所述供给单元以预先设定的时间来供给所述第一电力。

6.根据权利要求1或2所述的限制装置，其中，

该限制装置还具备用于检测所述离合器对所述电动机与所述齿轮单元的连接的第一检测系统，

所述供给单元供给所述第一电力，直至所述第一检测系统检测出

所述电动机与所述齿轮单元连接。

7.根据权利要求1或2所述的限制装置，其中，

该限制装置还具备用于检测所述电动机与所述齿轮单元未连接的第二检测系统，

当所述第二检测系统检测出所述电动机与所述齿轮单元未连接时，所述供给单元向所述电动机供给电力，使得在所述电动机与所述齿轮单元连接之前供给的第一电力大于在所述电动机与所述齿轮单元连接之后供给的第二电力。

8.根据权利要求1或2所述的限制装置，其中，

所述供给单元周期性地向所述电动机供给电力，使得在所述电动机与所述齿轮单元连接之前供给的第一电力大于在所述电动机与所述齿轮单元连接之后供给的第二电力。

9.根据权利要求1或2所述的限制装置，其中，

所述卷轴配置于所述座椅的一侧；

该限制装置还具备：

固定部件，配置于所述座椅的一侧，且固定从卷收器拉出的所述安全带的一端；

支撑部件，支撑所述卷轴与所述固定部件之间的所述安全带；

带扣，配置于所述座椅的另一侧；及

锁舌，设置于所述安全带上，能够与所述带扣自如地扣合或分离。

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