JP2003025956A - 乗員保護装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な構造で乗員減速度の低減に効果
的な減速度パターンを実現することができる乗員保護装
置を提供する。 【解決手段】 車室にてシート２に着座した乗員を拘
束するためのシートベルト３を巻き取り／送り出しする
リトラクタ装置６を乗員の拘束を強める方向に移動可能
に支持し、車体の前方衝突を検出したらこのリトラクタ
装置と、これと一体をす慣性質量部材（ベース部材８）
とからなる可動部を拘束を強め方向に第１の加速度発生
手段（シリンダー９ａ、ピストン部材９ｂ、マニホール
ド９ｃ、ガス発生器９ｄ、サージタンク９ｆ）をもって
駆動し、可動部が拘束強め方向に所定量移動したら第２
の加速度発生手段（円筒状緩衝体９ｇ）をもってその後
の移動を阻止することで、最大乗員減速度を低減した好
ましい車体減速度波形を実現することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車の衝突安全
性を向上させ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、衝突時の乗員保護効果を高めるた
めに、衝突時にシートベルトを積極的に締めるようにし
たプリテンショナ装置を設けた車両がある。シートベル
トでシートに拘束された形になっている乗員の減速度
は、車両衝突時に乗員に作用する前方への慣性力がシー
トベルトに受け止められた時に初めて立ち上がる。ここ
でシートベルトのばね作用を完全には排除することはで
きないので、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
車体の居住空間部分の平均減速度よりも高くなると言わ
れている。

【０００３】車体減速度と乗員減速度との関係を、ばね
（乗員拘束装置）、質点（乗員の質量）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波形（時間変化）に支配されること
が分かる。従って、乗員減速度を小さくするためには、
車体の平均減速度を小さくするだけでなく、ばね（乗員
拘束装置）のオーバーシュートがなるべく小さくなるよ
うに車体減速度波形を調整すると良い。

【０００４】従来の車体構造において、サイドビームな
どの衝突反力発生部材と各コンポーネント間の隙間とで
構成されるクラッシャブルゾーンを車体前部に配置し、
この部分の車体構成部材を変形させることで衝突エネル
ギーの吸収を行い、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波形を調整して、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７−１０１３５４号公報など参
照）。

【０００５】自動車の衝突時の乗員傷害値の低減には、
まず乗員の加速度（減速度）の最大値を下げるのが良
く、その乗員減速度は、シートベルトを介して車体と一
体化されている場合には車体の減速度波形（時間変化）
に支配されている。そのため、例えば図６に示されるよ
うに、乗員の減速度（Ｇ１）低減のための理想的な車
体、更に詳しくはシートベルトの車体側固定点の減速度
（Ｇ２）波形は、衝突開始時に大きな減速度を発生させ
る初期の区間（ａ）と、次に逆向き減速度を発生させる
中期の区間（ｂ）と、その後に平均的減速度を発生させ
る後期の区間（ｃ）とで構成されるものであると良い。
このような車体減速度波形では、同一の車体変形量（ダ
イナミックストローク）に対して一定の減速度（矩形
波）の場合よりも更に乗員減速度が小さくなることがシ
ミュレーションなどで確認されている。

【０００６】一方、従来の車体構造において、上記クラ
ッシャブルゾーンの車体構成部材にあっては、衝突開始
時には必ず強度の弱い部分から変形し、しかる後に強度
の高い部分の変形が起こる。そのため、衝突反力すなわ
ち車体減速度が初期に小さく後半に大きくなるような波
形となるので、乗員減速度の低減に対しては充分な効果
があるとは言えなかった。

【０００７】この問題を解決するために、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
ムに隔壁を複数設けることで安定した反力を維持する方
法（上記特開平７−１０１３５４号公報）などが提案さ
れている。しかしながら、これらの方法では車体の減速
度を一定の減速度（矩形波）に近付けることはできて
も、より効果的な減速度波形を得ることは困難であっ
た。

【０００８】上記理想的な車体減速度波形を実現するた
めの具体的な構造として、例えば、拘束装置を構成する
シートベルトの複数存在する車体側固定点（アンカーポ
イント）のうちの１点若しくは複数点を、上記車体減速
度（Ｇ２）波形を達成するべく車体側に設けた衝撃吸収
荷重伝達部材（例えば衝突時の衝撃力により車体フロア
よりも遅く圧縮変形するようにしたもの）に結合若しく
は係合することが考えられる。これにより、上記した理
想的な車体減速度波形を得ることができる。また、上記
シートベルトのばね作用をできるだけ低減するために
は、シートベルトにプリテンショナ装置を設け、衝突時
にシートベルトを積極的に縮めるようにすると良い。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】一方、乗員減速度Ｇ１
と車体減速度Ｇ２とは、図７に示されるように乗員２の
質量Ｍｍと、ばね（シートベルトなど）と、車体の質量
Ｍｖとで構成される２質点ばねマス系を伝達関数とした
時の入出力に相当する、として考えることができる。即
ち、車体減速度Ｇ２は、車体質量Ｍｖを表す座標の時間
に関する２階導関数になる。

【００１０】しかしながら、実際の自動車の衝突におい
ては、例えば３点式シートベルの場合には、乗員質量Ｍ
ｍの作用点と見なし得る乗員２の胸部に、ばねと見なし
得るシートベルトのショルダーベルト部が当たることか
ら、そのショルダーベルト部を、胸部接触点から肩アン
カー結合点に至る部分と、胸部接触点からバックル結合
点に至る部分との２本のばねとして分割して考えねばな
らない。

【００１１】ただし、シート一体型シートベルトのよう
な肩アンカー結合点とバックル結合点とが一体となって
運動するとみなせる場合には、どちらの減速度も同一で
あることから、シートベルトに相当することになる分割
された２本のばねを合成して考えることにより、肩アン
カー結合点とバックル結合点とのそれぞれの減速度を、
２質点ばねマス系における入力、即ち車体減速度と同一
であるとすることができる。

【００１２】仮に、上記２つの結合点が車体に対して別
々の相対運動を行うとして、例えば、バックル結合点が
車体に固定されて、肩アンカー結合点のみが車体に対し
て相対運動し得る場合を例に挙げると、バックル結合点
と肩アンカー結合点とのそれぞれの減速度が異なるの
で、２本のばねを単純に合成したり、肩アンカー結合点
またはバックル結合点における減速度を単純に車体減速
度と見なすことはできない。しかしながら、実際には上
記胸部接触点に加わる外力はシートベルトから受ける荷
重だけであるため、シートベルトの減速方向成分に限定
した各シートベルト荷重の総和の時間変化が２質点ばね
マス系におけるばね荷重の時間変化と等しければ、２質
点ばねマス系の車体質点に最適車体減速度波形を入力し
た場合の乗員質点の応答と同じ減速度波形が乗員胸部に
現れる。

【００１３】このようなシートベルト荷重の時間変化を
実現するためには、肩アンカー結合点及びバックル結合
点（即ち車体）の平均減速度の時間変化（平均車体減速
度波形）が最適車体減速度波形と等しくなるように、肩
アンカー結合点及び／またはバックル結合点の平均減速
度波形を制御するか、これと同等にシートベルトの拘束
力を制御すれば良い。この平均車体減速度波形の概念を
導入することによって、車体全体が最適減速度波形とな
るように車体減速度を制御する場合と全く同一の乗員減
速度低減効果を得る、即ち乗員をできるだけ早くベルト
で拘束して、車体と乗員胸部との相対速度を０とした
（乗員減速度Ｇ１と車体減速度Ｇ２との差を無くした完
全なライドダウン）状態を実現することが可能になる。

【００１４】ここで、シートベルト結合点の減速度波形
を制御することで、シートベルト荷重の時間変化を制御
する場合、シートベルト結合点に随伴する質量が乗員の
質量とほぼ同等以下の場合には、シートベルトのばね要
素とシートベルト結合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するため、シ
ートベルト結合点の減速度を制御することが困難とな
る。即ち、シートベルト結合点に随伴する質量が乗員の
質量とほぼ同等かそれ以上でないと所定のシートベルト
荷重の時間変化を実現することができない。そのために
は、シートベルト結合点には乗員の質量と拮抗する慣性
質量を必要とするが、従来のシートベルトプリテンショ
ナで単にシートベルトを引き込むのみの構造ではこれを
実現することができない。

【００１５】本発明は、このような従来技術の不都合を
解消すべく案出されたものであり、その主な目的は、簡
単な構造で乗員減速度の低減に効果的な減速度パターン
を実現することができる乗員保護装置を提供することに
ある。

【００１６】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るために本発明に於いては、車室にてシート２に着座し
た乗員を拘束するためのシートベルト３と、該シートベ
ルト３を巻き取り／送り出しすると共に衝撃発生時等に
前記シートベルト３の送り出しを禁止するロック機構６
ａを具備するリトラクタ装置６とが設けられた車両の乗
員保護装置であって、前記リトラクタ装置６が、前記シ
ートベルト３を乗員の拘束を強める方向に移動可能に支
持され、車体の前方衝突を検出するための衝突検出手段
（制御装置１０）と、前記リトラクタ装置と一体をな
し、その前記拘束強め方向への移動時に慣性力を発生さ
せるための慣性質量部材（ベース部材８）と、前記衝突
検出手段による検出信号に応じて前記リトラクタ装置及
び前記慣性質量部材からなる可動部を前記シートベルト
３の乗員への拘束力を強める方向に駆動する第１の加速
度発生手段（シリンダー９ａ、ピストン部材９ｂ、マニ
ホールド９ｃ、ガス発生器９ｄ、サージタンク９ｆ）
と、前記可動部が前記拘束強め方向に所定量移動したら
その後の移動を阻止する方向の力を該可動部に加えるた
めの第２の加速度発生手段（円筒状緩衝体９ｇ）とを有
することを特徴とする乗員保護装置を提供する。

【００１７】これによれば、衝突検出時に第１の加速度
発生手段によりシートベルトの拘束を強める方向に可動
部を移動させて、可動部に平均減速度（車体減速度）よ
り大きい減速度を発生させ、可動部が所定量移動したら
その移動を第２の加速度発生手段により阻止することに
より可動部に逆向きの減速度を発生させることで、衝突
終期には乗員・車体が一体となって平均的な減速度で減
速させることができるため、急激に乗員減速度が高くな
ることのない好ましい車体減速度波形を実現することが
できる。このとき、平均減速度（車体減速度）より大き
い減速度を発生させる際に慣性質量部材を介在させるこ
とにより、高周波数の振動発生を防止でき、減速度制御
が容易になる。

【００１８】特に前記第１の加速度発生手段が、推薬に
より発生するガス圧をもって前記可動部を駆動するよう
になっていることで、装置全体を小型化でき、また駆動
力の制御も容易になる。また、前記ガス圧を安定供給す
るためのサージタンクを更に有することで駆動力の制御
が一層容易になる。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下に、添付の図面に示す好まし
い実施形態を参照して、本発明について詳細に説明す
る。

【００２０】図１は、本発明が適用された車両の概略構
成を示す側断面図である。車体１の一部としてこれと一
体をなすフロアパネル１ａにはシート２が設けられてい
る。このシート２の一方の側下部にはシートベルト３の
バックルプレート３ａと係合するバックル４が設けられ
ている。また、車体１の側部のセンターピラー１ｂの上
部にはシートベルト３の支持部としてのショルダースル
ーアンカ５が設けられ、その下部にはリトラクタ６が設
けられている。リトラクタ６には、衝撃発生時等にシー
トベルト３の送り出しを禁止するためのロック機構６ａ
が内蔵されている。このリトラクタ６から引き出された
シートベルト３はショルダースルーアンカ５及びバック
ル４を通り、センターピラー１ｂ下部の図示されない車
体下部固定部で車体１に結合されている。尚、シート２
は前後方向位置をある程度調整可能となっていても良
い。

【００２１】図２及び図３に併せて示されるように、リ
トラクタ６は、センターピラー１ｂに固定されたスライ
ドレール７（固定部分図示せず）に沿って上下方向に移
動可能な慣性質量部材を兼ねる可動ベース８に取り付け
られている。また、スライドレール７にはアクチュエー
タ９が固定されている。このアクチュエータ９は、上下
に延在するシリンダー９ａと、このシリンダー９ａ内に
同軸的に設けられ、内部に空室９ｃが形成されると共に
フランジを有するキャップ状のピストン部材９ｂと、シ
リンダー９ａの一端部（上側端部）に結合されたマニホ
ールド９ｃと、マニホールド９ｃ内の空室に臨むように
配置されたガス発生器９ｄと、連通路９ｅを介してマニ
ホールド９ｃに連通するサージタンク９ｆとを有してい
る。ピストン部材９ｄの遊端は、シリンダー９ａから突
出し、可動ベース８に取り付けられている。従って、ピ
ストン部材９ｂがシリンダー９ａの軸線方向に移動する
ことに伴い、可動ベース８及びこれに取り付けられたリ
トラクタ６からなる可動部が移動するようになってい
る。

【００２２】シリンダー９ａの内部には、先端がテーパ
状をなす円筒状緩衝体９ｇが内設されている。この円筒
状緩衝体９ｇはシリンダー９ａの内径をやや小さくする
もので、ピストン部材９ｂが或る程度移動することによ
りこの円筒状緩衝体９ｇに当接してこれを徐々に圧壊す
るようになっている。

【００２３】このように構成されたアクチュエータ９に
おいて、上記シリンダー９ａ、ピストン部材９ｂ、マニ
ホールド９ｃ、ガス発生器９ｄ、サージタンク９ｆによ
り第１の加速度発生手段が構成されており、円筒状緩衝
体９ｇが第２の加速度発生手段となる。

【００２４】ガス発生器９ｄには、車体の適所（例えば
フロア５上）に取り付けられた衝突検出手段としての制
御装置１０からの信号線が接続されている。この制御装
置１０には例えばＧセンサからなる衝突センサ（図示せ
ず）が内蔵されており、制御装置１０は、所定の作動条
件を満たす衝突を検出したらガス発生器９ｄに衝突検出
信号を出力する。その衝突検出信号に応じてガス発生器
９ｄが膨張ガスを瞬時に発生し、その膨張ガスがマニホ
ールド９ｃ内に送出されるようになっている。

【００２５】尚、可動ベース８及びリトラクタ６からな
る可動部とスライドレール７との間にはその移動開始荷
重を設定する公知のヒューズ手段が設けられ（図示せ
ず）、所定の荷重よりも大きな荷重を加えない限り下方
に移動することはないようになっている。

【００２６】次に、図４（ａ）〜図４（ｃ）及び図５
（ａ）〜図５（ｃ）を参照して、当該車両が固定建造物
等に正面衝突した場合の本発明の制御要領について示
す。

【００２７】図４（ａ）は衝突開始直後の初期（図６の
区間ａ）の状態を示すものである。先ず、ボディの前端
部が潰れた後に、図に示されるようにフロア１ａと一体
をなすフレームのサイドビーム１１の前端部が圧縮変形
する。そのような大きな衝突の際に発生する車体減速度
を制御装置１０内の衝突センサが検知したら、上記した
ように制御装置１０で作動条件を判断して、条件を満た
した場合にはガス発生器９ｄを作動させる。

【００２８】図５（ａ）の矢印に示されるようにガス発
生器９ｄで発生した膨張ガスはマニホールド９ｃ内に送
り込まれ、その膨張ガスのガス圧により押圧されてピス
トン部材９ｂが下方へ移動し始める。すると、ピストン
部材９ｂに結合されている可動ベース８及びこれと一体
をなすリトラクタ６が下方に移動し始めると共にシート
ベルト３がその乗員拘束力を増大する拘束強め方向へ引
っ張られ始め、発生ガス圧の増大に応じて加速する。こ
れにより、シートベルト３には乗員拘束力を増大する向
き、即ち乗員を減速する向きの荷重が発生する。ここ
で、サージタンク９ｄを設けておくことにより、単に発
生ガス圧をマニホールド９ｃからシリンダー９ａに供給
するのみの場合に比較して安定して供給すると共にその
圧力を容易に制御できる。

【００２９】このシートベルト荷重の立ち上がりは、３
点が単に固定されたシートベルトの場合に乗員が慣性で
車体前方へ飛び出すことを止める際の荷重の立ち上がり
に対して、早く立ち上がり、乗員の減速度も図６のＧ１
に示されるように早期に発生する。

【００３０】図４（ｂ）は衝突中盤の中期（図６の区間
ｂ）の状態を示すものである。車体前部の圧壊が進むと
共に、アクチュエータ９にあっては、図５（ｂ）に示さ
れるようにピストン部材９ｂは更に下方へ移動する。ピ
ストン部材９ｂの移動が距離ｄだけ進むと、シリンダー
９ａ内にて緩衝体９ｇに衝突してピストン部材９ｂ、即
ち可動ベース８及びリトラクタ６の移動が減速され、即
ち反対方向への加速度が発生する。このため、車室全体
に衝突減速度とは反対方向方向の加速度が発生した場合
と同様の効果が発生する。この効果を実現するために、
上述したシートベルト結合点に乗員の質量と拮抗する質
量を負荷すると良く、可動ベース８の重量等と緩衝体９
ｇに衝突する際の加速度とを調整すると良い。この中期
において、上記反対方向の加速が終了する時点で、乗員
の速度・減速度が車体（シート１）の速度・減速度と一
致するように、シートベルト３の特性（伸びやばね特
性）と、緩衝体９ｇの特性（衝撃力吸収特性）を車体に
合わせて適宜設計することが望ましい。

【００３１】図４（ｃ）は衝突終盤の後期（図６の区間
ｃ）の状態を示すものである。この後期では、緩衝体９
ｇによって可動部（ピストン部材９ｂ、可動ベース８、
リトラクタ６）の移動が更に減速され、ピストン部材９
ｂは移動を停止するに至る。それに伴ってリトラクタ６
も移動を停止する。このとき、ピストン部材９ｂが緩衝
体９ｇに食い込んでいることから上方に戻ることはな
く、停止した位置に保持される。

【００３２】この段階で、乗員の速度・減速度が車体の
速度・減速度と一致していれば、乗員と車体との間に相
対運動が生じることがなく、乗員は車体と一体となって
減速し続ける。すなわち、乗員と車体との相対速度差を
できるだけ小さくして、乗員減速度Ｇ１と車体減速度Ｇ
２との差をできるだけ小さくして乗員減速度Ｇ１の最大
値を低減することができる。

【００３３】このように、上記プロセスによって、リト
ラクタ６に発生する減速度を所定の最適減速度波形にな
るように制御することにより、即ちその最適減速度波形
が生じるようにアクチュエータ９を設計することによ
り、乗員減速度Ｇ１の最大値を大幅に低減する機能を発
揮することができる。

【００３４】尚、上記構成では、シリンダー９ａ、ピス
トン部材９ｂ、マニホールド９ｃ、ガス発生器９ｄ、サ
ージタンク９ｆにより第１の加速度発生手段を構成した
が、例えばばねを変形させた状態で保持し、大きな衝突
の際に発生する車体減速度を検知したら、ばねを解放し
て上記可動部を加速するようにしても良い。

【００３５】

【発明の効果】このように本発明によれば、衝突検出時
に第１の加速度発生手段によりシートベルトのリトラク
タを慣性質量部材と共に移動させてシートベルトの拘束
を強め、可動部に平均減速度（車体減速度）より大きい
減速度を安定して発生させると共に、可動部が所定量移
動したらその移動を第２の加速度発生手段により阻止す
ることにより可動部に逆向きの減速度を発生させて、衝
突終期には乗員・車体が一体となって平均的な減速度で
減速させることができるため、急激に乗員減速度が高く
なることのない好ましい車体減速度波形を実現すること
ができる。これにより、従来よりも小さな車体変形量
（ダイナミックストローク）で大幅に乗員への衝撃を低
減することができるばかりでなく、乗員の車体に対する
車内での移動量を、例えば拘束装置の荷重リミッタ（Ｅ
／Ａ）を用いて乗員減速度を低減した場合よりも更に小
さく抑えることができるため、二次衝突の可能性をも低
減できる。

【００３６】また、第１の加速度発生手段が、推薬によ
り発生するガス圧をもって可動部を駆動するようになっ
ていることで、装置全体を小型化でき、また駆動力の制
御も容易になる。更に、ガス圧を制御し、安定供給する
サージタンクを更に有することで駆動力の制御が一層容
易になる。

【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
概略構成を示す図。

【図２】シート付近の全体を示す斜視図。

【図３】アクチュエータの構造を示す縦断面図。

【図４】（ａ）は衝突初期の状態を示す車体の概略図、
（ｂ）は衝突中期の状態を示す図、（ｃ）は衝突終期の
状態を示す図。

【図５】（ａ）は衝突初期のアクチュエータの動作状態
を示す図、（ｂ）は衝突中期の状態を示す図、（ｃ）は
衝突終期の状態を示す図。

【図６】乗員及びシートの減速度波形を示す図。

【図７】車体衝突時の乗員・車体・シートベルトの関係
を示す概念図。

【符号の説明】

１ 車体 １ｂ センターピラー ２ シート ３ シートベルト ６ リトラクタ ７ スライダレール ８ ベース部材（慣性質量部材） ９ アクチュエータ ９ａ シリンダー（第１の加速度発生手段） ９ｂ ピストン（第１の加速度発生手段） ９ｃ マニホールド（第１の加速度発生手段） ９ｄ ガス発生器（第１の加速度発生手段） ９ｆ サージタンク（第１の加速度発生手段） ９ｇ 緩衝体（第２の加速度発生手段） １０ 制御装置（衝突検出手段）

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 車室にてシートに着座した乗員を拘束
   するためのシートベルトと、該シートベルトを巻き取り
   ／送り出しすると共に衝撃発生時等に前記シートベルト
   の送り出しを禁止するロック機構を具備するリトラクタ
   装置とが設けられた車両の乗員保護装置であって、 前記リトラクタ装置が、前記シートベルトを乗員の拘束
   を強める方向に移動可能に支持され、 車体の前方衝突を検出するための衝突検出手段と、 前記リトラクタ装置と一体をなし、その前記拘束強め方
   向への移動時に慣性力を発生させるための慣性質量部材
   と、 前記衝突検出手段による検出信号に応じて前記リトラク
   タ装置及び前記慣性質量部材からなる可動部を前記シー
   トベルトの乗員への拘束力を強める方向に駆動する第１
   の加速度発生手段と、 前記可動部が前記拘束強め方向に所定量移動したらその
   後の移動を阻止する方向の力を該可動部に加えるための
   第２の加速度発生手段とを有することを特徴とする乗員
   保護装置。
2. 【請求項２】 第１の加速度発生手段が、推薬により発
   生するガス圧をもって前記可動部を駆動するようになっ
   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。
3. 【請求項３】 前記ガス圧を安定供給するためのサージ
   タンクを更に有することを特徴とする請求項１または請
   求項２に記載の乗員保護装置。