JP2003025888A - 乗員保護装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 コンパクトな車体寸法と乗員の傷害値低減を
両立する。 【解決手段】 フロントサイドメンバ８に平行に荷重伝
達部材１０を設け、荷重伝達部材のロッド１２に設けた
カム溝とフロントサイドメンバに設けた揺動部材１３と
をカム結合し、衝突時の両者間の相対変位により揺動部
材を揺動運動させ、後退・前進用の各ケーブル１４・１
５を介してシート４を、衝突開始直後には車体に対して
後方へ移動させ、衝突中盤以降には前方へ移動させる。 【効果】 シートの減速度を乗員の減速度と略一致させ
るように調節することができ、衝突時に乗員に作用する
前方への慣性力の増加を打ち消し、早期に車体とシート
および乗員との減速度を互いに略等しくすることができ
るため、衝突時における乗員減速度の好適な低減を実現
し得る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、乗員保護装置に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、自動車の衝突時の乗員保護効果を
高めるために、車体の居住空間以外の部分の衝突時の変
形モードを適切に設定して車体の居住空間部分の減速度
を低減すると共に、居住空間にまで変形が及ばないよう
にした車体構造が種々提案されている（特開平７−１０
１３５４号公報など参照）。

【０００３】一方、衝突時における乗員の傷害の程度に
影響するものとしては、一般に、乗員の加（減）速度の
最大値である。したがって、衝突時の傷害を低減するた
めには、乗員の減速度（前方衝突時）を小さくすれば良
いが、乗員の減速度はシートベルト等の拘束装置から加
わる力によって生じる。ここで、シートベルトがばねと
して機能するため、慣性力で乗員が前方へ移動し、シー
トベルトの伸びが最大に達したところで乗員減速度がピ
ークに達することになるが、この乗員減速度のピーク値
は、慣性力による乗員の移動量が大きいほど高くなり、
一般に車体の平均減速度よりも高くなると言われてい
る。

【０００４】車体減速度と乗員減速度との関係を、ばね
（拘束装置）と質量（乗員の質量）とで構成する系に対
しての入出力とみなせば、ばねの伸びの最大値とその時
刻とが車体減速度の波形（時間変化）に支配されること
が分かる。したがって、衝突時における乗員減速度を小
さくするには、車体の平均減速度を小さくするだけでは
なく、ばね（シートベルト）のオーバシュートがなるべ
く小さくなるように車体減速度の波形を調整する必要が
ある。

【０００５】従来の車体構造において、衝突反力発生部
材（サイドビームなど）と各コンポーネントとの間で構
成されるクラッシャブルゾーンを車体前部に配置し、こ
の部分を変形させることで衝突エネルギの吸収を行い、
各部の寸法設定などにより反力特性を変えることで車体
減速度の波形を調整しているものがある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】乗員の傷害低減を行う
上で車体減速度の波形は重要な要素であるが、そのよう
な目的に合致した乗員減速度を小さく抑えられる車体減
速度の波形としては、図５の実線に示されるように、初
期に平均減速度よりも大きい減速度を一定時間（短時
間）発生し、続けて逆向きの減速度を一定時間（短時
間）発生した後に、平均的な減速度で減速するような波
形が考えられる。このような車体の減速度の波形では、
車体の減速に要する距離（ダイナミックストローク）が
同一の一定減速度（矩形波）の場合よりもより一層乗員
減速度が小さくなることが、本出願の発明者らが行った
シミュレーションで確認されている。

【０００７】ところで、従来の車体構造におけるクラッ
シャブルゾーンにあっては、衝突開始時には必ず強度の
低い部分から変形し、しかる後に強度の高い部分の変形
が起こるために、衝突反力すなわち車体減速度が初期に
は小さく後半に大きくなるような波形となるので、乗員
の減速度低減に対しては効果が十分であるとは言えなか
った。この問題を解決するために、従来は、サイドビー
ムの圧壊を利用して一定の反力を得る方法や、サイドビ
ームに隔壁を複数箇所に設けることで安定した反力を維
持する方法（特開平７−１０１３５４号）などが提案さ
れている。

【０００８】しかしながら、それらの方法では、車体の
減速度を一定減速度（矩形波）に近付けることはできて
も、図５で示したような、より効果的な減速度波形を得
ることは極めて困難であった。乗員の減速度を、上記従
来のものにおけるよりも小さくするためには、図５に示
したような車体減速度波形を発生させることが求められ
る。さらに、近年の車体軽量化・部品汎用性向上の要求
に伴い車体コンパクト化及び軽量化することが望ましい
ことから、上記構造の更なる改善が望まれる。

【０００９】本発明は、このような知見に基づいて案出
されたものであり、その目的は、衝突時における乗員減
速度の好適な低減を実現し、コンパクトな車体寸法と乗
員の傷害値低減を両立し得る自動車の乗員保護装置を提
供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】このような目的を果たす
ために、本発明に於いては、車室（２）に対して変位可
能に支持されかつ着座した乗員（５）を拘束するシート
ベルト（６）を備えたシート（４）と、衝突時に上記変
位方向に圧縮変形する部分を車体前端部に有する衝撃吸
収部材（８）と、前記衝撃吸収部材（８）の前記圧縮変
形に応じて変位するように設けられた衝突時変位部材
（１０・１２）と、前記衝突時変位部材（１０・１２）
と前記衝撃吸収部材（８）の車室側部分との間の相対変
位を揺動運動に変換する揺動運動変換手段（１２ａ・１
３）と、前記揺動運動変換手段の揺動運動により前記シ
ートを前記車体の前後方向へ移動させるシート移動手段
（１４・１５）とを有し、前記揺動運動変換手段（１２
ａ・１３）が、衝突開始直後には前記シート（４）を前
記車室（２）に対して後退させ、衝突中盤には前記シー
ト（４）の前記後退を停止させ、衝突終盤には前記シー
ト（２）を前進させるように揺動運動するものとした。

【００１１】これによれば、衝撃吸収部材と衝突時変位
部材との相対変位を揺動運動に変換してシートを変位さ
せるという簡単な構造で、シートを衝突開始直後には車
体に対して後方へ移動させ、衝突中盤以降には前方へ移
動させることができ、そのようにすることによりシート
の減速度を乗員の減速度と略一致させるように調節する
ことができ、衝突時に乗員に作用する前方への慣性力の
増加を打ち消し、早期に車体とシートおよび乗員との減
速度を互いに略等しくすることができるため、衝突時に
おける乗員減速度の好適な低減を実現し得る。

【００１２】また、前記揺動運動変換手段（１２ａ・１
３）が、前記衝突時変位部材（１０・１２）の前記変位
方向に直交する面上で揺動運動するように設けられた揺
動部材（１３）を有し、前記揺動部材（１３）と前記衝
突時変位部材（１０・１２）とがカム結合（１２ａ・１
３ｂ）されていることによれば、例えば衝突時変位部材
にカム溝を設けると共に揺動部材にカム溝に係合する従
動ローラを設けるという簡単な構造で揺動運動を実現で
き、好適にコンパクト化することが可能である。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下に添付の図面に示された具体
例に基づいて本発明の実施の形態について詳細に説明す
る。

【００１４】図１は、本発明に基づく車体構造を示す概
念的な側面図である。図に示されるように、車体の前後
方向に延在するメインフレーム１と、メインフレーム１
の車室部分に一体結合されたフロア２と、フロア２上に
固設されたシートレール３を介して支持されたシート４
とが設けられている。なお、シート４は、衝突時にメイ
ンフレーム１に対して後方への移動が可能になるように
シートレール３に組み付けられている。また、シート４
には、シート４に対する乗員５の移動を拘束するための
シートベルト６が設けられている。そのシートベルト６
の一端が結合されているリトラクタ７がシート４のヘッ
ドレストの横に一体的に設けられており、本シート４は
シートベルト一体型シートとして構成されている。な
お、シート４は、初期状態にあってはシートレール３に
対して最前に位置している。

【００１５】車室とエンジンルームとの間には、両部分
を仕切るようにフロア２の車体前端部から立ち上がるよ
うに形成されたバルクヘッド２ａが設けられており、エ
ンジンルームには、メインフレーム１及びバルクヘッド
２ａに一体的に結合されて車体前端部に至るように設け
られた衝撃吸収部材としてのフロントサイドメンバ８が
その主部分を車体の前後方向に延在させるように設けら
れている。フロントサイドメンバ８は、薄肉鋼板材によ
り筒状に形成されているものであって良く、衝突時の衝
撃力によりその車体前端部から圧縮変形するようにされ
ている。なお、フロントサイドメンバ８の車体前端には
フロントバンパビーム９が結合されている。

【００１６】そのフロントサイドメンバ８の図における
上方にはフロントサイドメンバ８に平行する衝突時変位
部材としての荷重伝達部材１０が設けられている。図２
に併せて示されるように、荷重伝達部材１０の一端がフ
ロントバンパビーム９に連結されており、荷重伝達部材
１０の他端部にはロッド１２が同軸的に一体化されてい
る。そのロッド１２は、フロントサイドメンバ８の中間
部に固設されたＵ字状ブラケット１１によりその両壁部
を貫通した状態で軸線方向（車体前後方向）にスライド
自在に支持されている。

【００１７】また、Ｕ字状ブラケット１１の両壁部間に
は、ロッド１２（荷重伝達部材１０）の軸線に直交する
面上で揺動運動し得るように支持された扇形の揺動部材
１３が設けられている。なお、ロッド１２は扇形揺動部
材１３の要部分を貫通するようにされている。そして、
ロッド１２の外周面には略Ｓ字状に蛇行するカム溝１２
ａが形成されており、そのカム溝１２ａに、揺動部材１
３のロッド貫通孔１３ａの内周面の一部に突状に設けら
れた従動ローラ１３ｂが係合するようにされている。

【００１８】上記カム溝１２ａと従動ローラ１３ｂとの
係合により、ロッド１２がその軸線方向に変位するに連
れて従動ローラ１３ｂがカム溝１２ａに案内されるた
め、カム溝１２ａの略Ｓ字の軌跡に応じてロッド１２の
軸線回りに揺動部材１３が揺動運動するようになる。こ
のようにして揺動運動変換手段が構成されている。

【００１９】その揺動部材１３の揺動方向両端部には、
図３に併せて示されるように後退用ケーブル１４と前進
用ケーブル１５との各一端がそれぞれ連結されている。
後退用ケーブル１４は、揺動部材１３の近傍からフロア
２の下部に向けて曲成されかつフロア２の下部を通って
シート４の後方に達した後に、車室側に出て車体前方へ
Ｕターンするように曲成されて、シート４の後端部に臨
むようにされたガイドチューブ１４ａにより案内されて
いる。同様に、前進用ケーブル１５が、エンジンルーム
側からバルクヘッド２ａを貫通してフロア２上にてシー
ト４の前端部に臨む用にされたガイドチューブ１５ａに
より案内されるようになっている。このようにして、揺
動部材１３の揺動運動をシート４に伝達するシート移動
手段が構成されている。

【００２０】次に上記本発明装置の作動要領について、
路上構築物に車両が正面衝突した場合を想定し、図４を
参照して説明する。

【００２１】図４（ａ）に示される衝突開始直後（第１
段階）には、車体が衝突した瞬間にフロントサイドメン
バ８に発生する衝突荷重によってフロア２が減速を開始
する。さらに、衝突荷重によってフロントサイドメンバ
８が、上記したように車体前方部分に比してその車体後
方部分の方が変形し難いことから、その車体前方部分が
圧縮変形する。これに伴い、荷重伝達部材１０が車体後
方に変位するため、フロントサイドメンバ８の車体後方
部分であるＵ字状ブラケット１１と荷重伝達部材１０の
対応部分であるロッド１２との間に相対変位が生じて、
揺動部材１３が図２及び図３の矢印Ａに示される向きに
回転し始める。この向きは、後退用ケーブル１４を引っ
張るとと共に前進用ケーブル１５を緩める向きであり、
その後退用ケーブル１４によりシート４が図４（ａ）の
矢印Ｂに示されるように車体後方へ牽引される。

【００２２】これにより、フロア２に対してシート４が
相対的に後退することから、シートベルト一体シート４
には、車体減速度にシート４の後退に伴う減速度が付加
されるので、車室（フロア２）よりも大きくかつ急峻に
立ち上がる減速度（図５のａの領域）が発生する。ま
た、シートベルト６の荷重は、従来よりも早く立ち上が
り、乗員５の減速度も早期に発生する。

【００２３】図４（ｂ）に示される衝突中盤（第２段
階）にあっては、フロントサイドメンバ８のさらなる圧
縮変形に伴ってＵ字状ブラケット１１とロッド１２との
間の相対変位が進行する。その相対変位量すなわちフロ
ントサイドメンバ８の圧縮変形量に応じて揺動部材１３
の矢印Ａの向きに回転する角度をカム溝１２ａの軌跡
（カムプロファイル）により適宜設計することができ
る。例えば図３に示されるように初期位置θ０から停止
位置θ１まで揺動部材１３を回転させるようにカム溝１
２ａを形成しておくことにより、停止位置θ１にてシー
ト４の車室に対する後退を減速行程を経て停止させるこ
とができる。

【００２４】このシート４の車室に対する相対的停止に
より、シート４には衝突減速度とは反対方向の加速度が
発生する。シートベルト一体シート４の反対方向の加速
度（矢印Ｂ）発生が終了する時点で乗員５の速度及び減
速度がシート４の速度及び減速度と一致するように、上
記したカム溝１２ａの軌跡・シートベルト６の特性・シ
ート４の移動量が適宜設計されているものとする。

【００２５】図４（ｃ）に示される衝突終盤（第３段
階）では、フロントサイドメンバ８の圧縮変形がさらに
進み、Ｕ字状ブラケット１１とロッド１２との間の相対
変位がさらに進行する（図３の停止位置θ１から最終位
置θ２に至る行程）。この段階では、カム溝１２ａの軌
跡が、上記第１段階に対して反対方向による加速行程
（逆転）に入るようにそれまでの向きとは逆向きに曲成
されている。最終位置θ２に達すると図２の想像線に示
されるようにロッド１２が位置し、それに至るロッド１
２の変位に伴って、揺動部材１３が図３の矢印Ｃに示さ
れる向きに回転し、この回転によって今度は前進用ケー
ブル１５が引っ張られると共に後退用ケーブル１４が緩
められるため、その前進用ケーブル１５によりシート４
が車体前方（図４（ｃ）の矢印Ｄの向き）へ牽引され
る。

【００２６】この段階では、上記したように乗員５の速
度・減速度とシート４の速度・減速度とが略一致してい
ることから、乗員５は、シート４と相対運動を行わず、
衝突終了までシート４と一体になって減速を続ける。す
なわち、乗員５は、シート４に押し付けられることがな
く、シート４から一定距離だけ離れて留まった状態にな
るライドダウン状態になる。このライドダウン効果を最
大限利用することができるため、乗員５の減速度を十分
に低く保つことができる。

【００２７】本乗員保護装置を設けた車体構造によれ
ば、シート４上の減速度は、車体減速度に対してシート
４の車体前方への移動による減速度が減じられるので、
車室の減速度よりも小さい。したがって、車室の減速度
を利用したライドダウン効果よりもさらに乗員５の減速
度を低減できる。また、シート４を初期位置から車体後
方へ移動した後に車体前方へ移動させる構造としてフレ
ームなどを用いるのではなくケーブルを用いたことか
ら、その取り回しが自由でありかつコンパクト化するこ
とが可能であり、車室の乗員スペースに対する本装置設
置による影響を最小限とすることができ、コンパクトカ
ーなどに好適に適用し得る。

【００２８】さらに、本発明によれば、図示例のように
カム溝１２ａの軌跡（位置の時間変化）に応じて揺動部
材１３を揺動運動（位置の時間変化）させてシート４を
後退・前進させることから、カム溝１２ａの曲線形状を
適宜設計することにより、シート４上の減速度を最適化
することが可能であり、汎用性も高い。

【００２９】なお、図示例では、ロッド１２にカム溝１
２ａを設けたが、ロッド１２の外周面に曲線形の突条を
設けたり、ロッド１２にカムフォロアを設けると共に揺
動部材１３のロッド貫通孔１３ａ部分の軸線方向長さを
長くしてその内周面にカム溝１２ａに相当する溝を形成
するようにしても良い。いずれにしても、カムまたはこ
れに類する機械要素を構成要素とすることで実施し得る
ものである。

【００３０】

【発明の効果】このように本発明によれば、衝撃吸収部
材と衝突時変位部材との相対変位を揺動運動に変換して
シートを変位させるという簡単な構造で、シートを衝突
開始直後には車体に対して後方へ移動させ、衝突中盤以
降には前方へ移動させることができる。そのようにする
ことによりシートの減速度を乗員の減速度と略一致させ
るように調節することができ、衝突時に乗員に作用する
前方への慣性力の増加を打ち消し、早期に車体とシート
および乗員との減速度を互いに略等しくすることができ
るため、衝突時における乗員減速度の好適な低減を実現
し得る。このように、シートを後退・前進させる構造に
したので、例えばシート変位手段としてケーブルを用い
ることによりその取り回しが自由になり、乗員保護装置
を設置するために車室が狭くなることをできるだけ防止
でき、乗員保護装置を設けた車体のコンパクト化を促進
し得る。

【００３１】また、例えば衝突時変位部材にカム溝を設
けると共に揺動部材にカム溝に係合する従動ローラを設
けるという簡単な構造で揺動運動を実現でき、好適にコ
ンパクト化することが可能であり、コンパクトカーに好
適である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による乗員保護装置が適用された車両の
概略構成を示す模式的側面図。

【図２】揺動運動変換手段を示す要部斜視図。

【図３】図２の矢印III−III線に沿って見た要部正面
図。

【図４】（ａ）は衝突開始直後の状態を示す車両の模式
的側面図であり、（ｂ）は衝突中盤（第２段階）の状態
を示す車両の模式的側面図であり、（ｃ）は衝突終盤
（第３段階）の状態を示す車両の模式的側面図。

【図５】衝突時の減速度波形図。

【符号の説明】

２ フロア（車室） ５ 乗員 ４ シート ６ シートベルト ８ フロントサイドメンバ（衝撃吸収部材） １０ 荷重伝達部材（揺動運動変換手段） １２ ロッド（揺動運動変換手段） １２ａ カム溝（揺動運動変換手段・カム結合） １３ 揺動部材（揺動運動変換手段） １３ｂ 従動ローラ（カム結合） １４ 後退用ケーブル（シート移動手段） １５ 前進用ケーブル（シート移動手段）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車室に対して変位可能に支持されかつ着
   座した乗員を拘束するシートベルトを備えたシートと、
   衝突時に上記変位方向に圧縮変形する部分を車体前端部
   に有する衝撃吸収部材と、前記衝撃吸収部材の前記圧縮
   変形に応じて変位するように設けられた衝突時変位部材
   と、前記衝突時変位部材と前記衝撃吸収部材の車室側部
   分との間の相対変位を揺動運動に変換する揺動運動変換
   手段と、前記揺動運動変換手段の揺動運動により前記シ
   ートを前記車体の前後方向へ移動させるシート移動手段
   とを有し、 前記揺動運動変換手段が、衝突開始直後には前記シート
   を前記車室に対して後退させ、衝突中盤には前記シート
   の前記後退を停止させ、衝突終盤には前記シートを前進
   させるように揺動運動することを特徴とする乗員保護装
   置。
2. 【請求項２】 前記揺動運動変換手段が、前記衝突時変
   位部材の前記変位方向に直交する面上で揺動運動するよ
   うに設けられた揺動部材を有し、 前記揺動部材と前記衝突時変位部材とがカム結合されて
   いることを特徴とする請求項１に記載の乗員保護装置。