JP2003025939A - 乗員保護装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 衝突時に乗員に作用する減速度をより一層理
想に近づけることのできる乗員保護装置を提供する。 【解決手段】 衝突荷重を受けて変形する部分（フロン
トサイドフレーム５）が少なくとも車室（３）の前方に
設けられた車体と、前方からの衝突荷重を受けて後退す
るように前記変形する部分に支持されたエンジンを含む
剛体からなる構造物（パワートレーン装置６）と、前後
方向移動可能に前記車室に設けられたシート（８）と、
着座した乗員を拘束するシートベルト（９）と、衝突時
の前記構造物の後退運動を、前記シートベルトの少なく
とも１つの繋止点に対する牽引動作並びに前記シートの
後方移動動作に変換する力伝達手段（ケーブル１８）
と、所定距離後退移動した前記構造物を減速させる減速
手段（ストッパ２２）とを有するものとする。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【発明の属する技術分野】本発明は、衝突時に乗員が受
ける衝撃を最小化するための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、車体の車室（乗員の居住空間）以外の部
分（クラッシャブルゾーン）の衝突時の変形モードを適
切に設定して車室部分の減速度を低減すると共に、車室
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７−１０１３５４号公報など参照）。 【０００３】一方、衝突時に乗員の傷害の程度に大きく
影響するのは、乗員に作用する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、乗員に
作用する減速度をできるだけ小さくする必要がある。こ
の乗員減速度は、慣性による乗員の前方への移動がシー
トベルトで停止させられることによって生ずるが、シー
トベルトにはばね作用があるため、乗員の慣性力を受け
止めたシートベルトが伸び、その伸びが最大に達してシ
ートベルトが実質的に剛体になったところで乗員減速度
がピークに達することになる。この乗員減速度のピーク
値は、慣性力による乗員移動量の大きさに応じて高くな
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】車室減速度と乗員減速度との関係を、ばね
（シートベルト）と質量（乗員の質量）とで構成する系
への入出力とみなせば、ばねの伸びの最大値とその時刻
とが車室減速度の波形（時間変化）に支配されることが
分かる。したがって、衝突時の乗員減速度を低くするた
めには、車室の平均減速度を低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
なるように減速度の波形を調整する必要がある。 【０００５】本出願の発明者らが行ったシミュレーショ
ンによると、車室部分が停止するまでに要する距離（ダ
イナミックストローク）を同一とした場合、定減速度
（矩形波）で停止させる場合に比して、平均減速度より
も高い減速度を衝突初期に急峻に立ち上げ、続いて逆向
きの減速度（加速度）を短時間発生させ、その後に平均
的な定減速度で減速させるようにした方が（図５の実線
参照）、乗員減速度がより一層低くなることが確認され
ている。 【０００６】 【発明が解決しようとする課題】しかるに、クラッシャ
ブルゾーンの衝突時の変形モードの設定で車室減速度を
制御しようとする従来の車体構造にあっては、荷重が加
わると、必ず低強度の部位から変形を開始して高強度の
部位へと変形が移っていくため、定減速度（矩形波）に
近付けることが精一杯であり、図５に示したような減速
度が反転する波形を実現することは実質的に不可能であ
った。 【０００７】本発明は、このような従来技術の問題点を
改善すべく案出されたものであり、その主な目的は、衝
突時に乗員に作用する減速度をより一層理想に近づける
ことのできる乗員保護装置を提供することにある。 【０００８】 【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、本発明においては、衝突荷重を受けて変形する
部分（フロントサイドフレーム５）が少なくとも車室
（３）の前方に設けられた車体と、前方からの衝突荷重
を受けて後退するように前記変形する部分に支持された
エンジンを含む剛体からなる構造物（パワートレーン装
置６）と、前後方向移動可能に前記車室に設けられたシ
ート（８）と、着座した乗員を拘束するシートベルト
（９）と、衝突時の前記構造物の後退運動を、前記シー
トベルトの少なくとも１つの繋止点に対する牽引動作並
びに前記シートの後方移動動作に変換する力伝達手段
（ケーブル１８）と、所定距離後退移動した前記構造物
を減速させる減速手段（ストッパ２２）とを有すること
を特徴とする乗員保護装置を提供することとした。 【０００９】このようにすれば、エンジンなどの構造物
が、衝突の瞬間に車室に対して後退すると、それに連れ
てシートが後退すると同時にシートベルトが牽引され
る。これにより、シートベルトの少なくとも１つの繋止
点及びシートに車室部分よりも高い減速度が衝突初期に
発生するので、慣性で前方へ移動しようとする乗員を早
期に、即ち前方への移動量が少ないうちにシートに拘束
することができる。 【００１０】そして構造物が所定距離後退した後にそれ
を減速させるものとすれば、衝突後に適宜な時間遅れを
おいて衝突による減速度とは逆向きの減速度、つまり加
速度をシートベルトの少なくとも１つの繋止点及びシー
トに発生させることができる。これにより、車室と乗員
との減速度が早期に互いに等しくなるようにすることが
できる。 【００１１】 【発明の実施の形態】以下に添付の図面を参照して本発
明について詳細に説明する。 【００１２】図１は、本発明に基づく車体構造の要部を
示す概念的な斜視図である。この車体構造は、サイドシ
ル１及びフロア２と一体をなす車室３と、エンジンルー
ム４内にて前後方向に延在すると共にフロア２に一体的
に結合されたフロントサイドフレーム５と、所定値以上
の力が加わった時にのみ後方へスライドし得るように、
適宜な摩擦発生手段を介してフロントサイドフレーム５
上に搭載されたエンジンを含む剛体からなる構造物とし
てのパワートレーン装置６と、前後方向移動可能なよう
にガイドレール７を介してフロア２上に設置された左右
のフロントシート８（各図には一方のみが示されてい
る）とを備えている。 【００１３】なお、フロントシート８は、乗員の運転姿
勢に応じて最適位置を調節する前後スライド機能とは別
に、所定の荷重が加わったときにのみ後方へ移動可能な
ように、適宜な摩擦発生手段を介してフロア２上に設置
されている。 【００１４】フロントシート８には、乗員（図示せず）
の主に前方への移動を拘束するためのシートベルト９が
付設されている。このシートベルト９は、センタピラー
など車室３と一体をなす部位に設置された緊急時ロック
機構付きリトラクタ装置１０にその一端を巻回されてお
り、リトラクタ装置１０から上方へ引出された他端は、
例えば車室３のルーフ近傍に取付けられたショルダスル
ーアンカ１１を通過した後、下向きに延出され、サイド
シル１にアンカプレート１２を介して連結されている。
そしてシートベルト９のショルダスルーアンカ１１とア
ンカプレート１２との間には、シートベルト９に沿って
移動自在なようにタングプレート１３が設けられてい
る。 【００１５】このシートベルト９は、フロントシート８
に着座した乗員がリトラクタ装置１０から引出し、フロ
ントシート８の後部内側面に固着されたバックル（図示
せず）にタングプレート１３を繋着することにより、乗
員の肩から胸、及び腰回りにかけて掛渡されるようにな
っている。 【００１６】リトラクタ装置１０は、下方へ向けて移動
可能なようにガイドレール１４に係合しており、適宜な
摩擦発生手段をもって、通常は最上部位置に保持されて
いる。 【００１７】衝突時の衝撃荷重を受けて圧縮変形し、車
室３に作用する減速度を低減させる機能を担うフロント
サイドフレーム５の前端面と略同一平面上に達する衝突
荷重伝達部材１５が、パワートレーン装置６、即ちエン
ジンの前面に設けられている。この衝突荷重伝達部材１
５は、フロントサイドフレーム５に比して変形し難い材
料で形成されており、パワートレーン装置６に直接結合
されるか、或いはパワートレーン装置６の前面と微小間
隙をおく位置に何らかの手段で支持されている。 【００１８】エンジンルーム４と車室３とを隔絶するフ
ロントダッシュボード１６の前面には、上面視が略Ｍ字
形をなすケーブルガイド１７が固設されている。このケ
ーブルガイド１７の左右の山の頂点間には、ケーブル１
８が掛け渡されている。ケーブル１８は、その両端がそ
れぞれ車室３内に引き込まれた後に２つに分岐され、そ
の一方１８ａは、左右のフロントシート８の後方に固設
されたガイドシーブ１９で折り返された後、フロントシ
ート８の下面に固設されたケーブル連結金具２０にその
端末が結合されている。そしてその他方１８ｂは、リト
ラクタ装置１０の下面に連結されている。 【００１９】Ｍ字形をなすケーブルガイド１７の谷の部
分に掛け渡されたケーブル１８の中間部に当接するよう
に、パワートレーン装置６の後面には突出部２１が結合
されている。 【００２０】フロントダッシュボード１６のパワートレ
ーン装置６の後面に対向する位置には、図２に示したよ
うに、パワートレーン装置６の後方への移動限度を規定
するためのストッパ２２が設けられている。なお、この
ストッパ２２には、例えばハニカム構造などの緩衝手段
を介設することが望ましい。 【００２１】次に図２乃至図４を参照して、路上建造物
等に車両が衝突した場合の本発明装置の作用を説明す
る。 【００２２】車両が衝突した瞬間に、フロントサイドフ
レーム５の前部が衝突初期の荷重を受けて座屈変形を開
始するが、フロントサイドフレーム５に発生する変形応
力に対してパワートレーン装置６の質量が小さく、かつ
衝突荷重伝達部材１５の座屈強度がフロントサイドフレ
ーム５よりも高いので、その前端が変形するために前方
への移動を継続するフロントサイドフレーム５に対し、
パワートレーン装置６は後方へ、即ち車室３に接近する
向きに移動する（図２参照）。 【００２３】パワートレーン装置６が後方へ移動する
と、ケーブルガイド１７に掛け渡されたケーブル１８の
中間部をパワートレーン装置６後面の突出部２１が押す
ので、ケーブル１８の車室３内に延出された部分１８ａ
・１８ｂには張力が作用する。これにより、フロントシ
ート８には後方への、そしてリトラクタ装置１０には下
向きの牽引力が加わる。 【００２４】他方、この時、フロントシート８に着座し
た乗員Ｐは、停止せんとする車室３に対して自身の慣性
質量によって前方への移動を継続しようとするが、フロ
ア２に対してシート８が瞬時に後方へ移動すると同時に
リトラクタ装置１０が急激に下方へ移動してシートベル
ト９の伸びを吸収するので、乗員Ｐの前方への移動とシ
ートベルト９の伸びとが早期に釣り合い、乗員Ｐの移動
量が最小限に抑えられる。 【００２５】ここでシートベルト９の繋止点に随伴する
質量が乗員Ｐの質量に比して小さいと、シートベルト９
のばね要素とシートベルト繋止点に随伴する質量とによ
って形成されるばねマス系が高周波数の振動を発生して
しまう。それが上記の如き構成を採ることにより、エン
ジンを含むパワートレーン装置６の質量、即ち乗員Ｐの
質量以上の質量がシートベルト繋止点に加わるので、高
周波振動を発生することがない。 【００２６】以上の過程により、車室３に比して急峻に
立ち上がる大きな減速度（図５のａの領域）をもって、
フロントシート８がより早期に減速すると共に、シート
ベルト９の張力の増大によって乗員Ｐの減速度も早期に
立ち上がる。 【００２７】やがてパワートレーン装置６の後面はスト
ッパ２２に突き当たり、ストッパ２２の変形によってパ
ワートレーン装置６の後方移動速度が減速される（図３
参照）。ここでフロントシート８並びにリトラクタ装置
１０は、それぞれが適宜な摩擦発生手段を介して支持さ
れているので、パワートレーン装置６と略一体的に運動
し、パワートレーン装置６が減速すると、フロントシー
ト８の後方移動並びにリトラクタ装置１０の下方移動も
減速する。これはフロントシート８並びにリトラクタ装
置１０に逆向きの加速度が作用したのに等しい（図５の
ｂ領域）。 【００２８】この状態では、シートベルト９の伸びは殆
ど吸収され尽くしており、シートベルト９によって乗員
Ｐにかかる後方への荷重はストッパ２２の変形ストロー
クによって徐々に低減され、乗員Ｐの減速度は一定値に
近づく。この過程において、リトラクタ装置１０の逆加
速度が消滅する時点に乗員Ｐと車室３との速度差が無く
なるように、シートベルト９の特性やストッパ２２の特
性を定めると良い。 【００２９】衝突終盤では、ストッパ２２の変形が底付
き状態、即ちパワートレーン装置６が後退限度に達して
フロントシート８の後退並びにリトラクタ装置１０の下
降が停止し、フロントサイドフレーム５の変形応力に衝
突荷重伝達部材１５の変形応力が加わった瞬間に減速度
が再び高まり（図５のｃ領域）、その後、車室３とフロ
ントシート８とが一体となって減速する（図４参照）。 【００３０】フロントシート８の後退並びにリトラクタ
装置１０の下降が停止する時点に乗員Ｐと車室３との速
度が一致するように、シートベルト９の特性、パワート
レーン装置６とストッパ２２との距離、ストッパ２２の
エネルギ吸収特性を適宜設計することにより、上記のプ
ロセスを経て車室３とフロントシート８及びシートベル
ト９との相対速度がゼロになり、シートベルト９の拘束
荷重が衝突終盤の減速度とつり合うので、乗員Ｐも車室
３と一体となって減速し、この状態は車両が完全停止す
るまで継続する（図５のｄ領域）。 【００３１】以上のように、衝突の初期に平均車体減速
度より高い減速度をフロントシート８及びシートベルト
９に短時間発生させ、その後、逆方向への減速度をフロ
ントシート８及びシートベルト９に短時間発生させ、さ
らにその後車両が完全に停止するまで、乗員Ｐが平均車
体減速度と同じ減速度で減速するようなパターンにする
ことにより、乗員Ｐに作用する減速度を従来に比べて緩
和し得る所望の減速度パターンを得ることができる。 【００３２】なお、上記は巻き軸がロックしたリトラク
タ装置１０を下向きに牽引してシートベルト９を緊張さ
せるものとしたが、巻き軸を巻き取り方向へ回動させて
シートベルト９を緊張させるものとしても良い。 【００３３】 【発明の効果】以上詳述した通り本発明によれば、乗員
減速度を低減するのに好ましい減速度パターンをシート
及びシートベルトに発生させることができ、車体変形量
が従来より小さい場合であっても、乗員の最大減速度を
効果的に低減することができる。さらに乗員の車室内で
の移動量をも従来構成に比して低減し得るため、二次衝
突の可能性を低減することもできる。また、シートベル
トをショルダスルーアンカとバックルとの両方から同時
に牽引し得るので、一方からだけシートベルトを駆動す
る場合に比べて、少ない移動量で高い効果が得られる。

【図面の簡単な説明】 【図１】本発明装置が適用された車両の概略斜視図 【図２】衝突初期の作動説明図 【図３】衝突中盤の作動説明図 【図４】衝突終盤の作動説明図 【図５】本発明装置の減速度波形図 【符号の説明】 ３ 車室 ５ フロントサイドフレーム ６ パワートレーン装置 ８ フロントシート ９ シートベルト １８ ケーブル ２２ ストッパ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 衝突荷重を受けて変形する部分が少なく
   とも車室の前方に設けられた車体と、 前方からの衝突荷重を受けて後退するように前記変形す
   る部分に支持されたエンジンを含む剛体からなる構造物
   と、 前後方向移動可能に前記車室に設けられたシートと、 着座した乗員を拘束するシートベルトと、 衝突時の前記構造物の後退運動を、前記シートベルトの
   少なくとも１つの繋止点に対する牽引動作並びに前記シ
   ートの後方移動動作に変換する力伝達手段と、 所定距離後退移動した前記構造物を減速させる減速手段
   とを有することを特徴とする乗員保護装置。