JP2006044580A - シートベルト装置及びシートベルト張力制御方法。 - Google Patents

Abstract

【課題】車両緊急初期の段階で乗員拘束力が低下することなく滑らかに上昇するようにする。
【解決手段】車両緊急時におけるシートベルトの張力が、最大張力になるまでベルト引出し量に応じて増加し、乗員拘束力が滑らかに上昇する。その後シートベルトの張力は、最大張力からベルト引出し量に応じて減少し、更にその後ベルト引出し量が増加しても一定値を保持するようにする（「ＰＴなし」で示す線）。
【選択図】 図３

Description

本発明は、シートベルト装置に係り、特に、車両緊急時にシートベルト（ウエビング）が引き出されることを阻止して乗員を拘束すると共に、乗員に設定荷重以上の荷重が作用する際にシートベルトを引出して衝撃エネルギーを吸収する車両用シートベルト装置及びシートベルト張力制御方法に関する。

一般的に、車両緊急時に車両内の乗員を有効に保護するために、シートベルト装置が使用されている。シートベルト装置には、通常、シートベルトをばね力により巻取軸に巻取ると共に、車両緊急時にシートベルトの引出しをロックすることによりシートベルトの引出しを阻止して乗員を拘束するリトラクタ（Emergency Locking Retractor ：以下、ＥＬＲという）が設けられている。

また、シートベルト装置には、プリテンショナ機構とフォースリミッタ機構とが設けられている（特許文献１）。プリテンショナ機構は、シリンダとシリンダ内に設けられたピストンとを備えており、車両緊急時にガスをシリンダ内に供給することでピストンをガスの圧力によって上昇させて巻取軸をシートベルト巻取り方向へ回転させる。フォースリミッタ機構は、変形可能なエネルギー吸収部材を備えており、車両緊急時にシートベルトへ設定荷重以上の乗員の荷重が作用した際にエネルギー吸収部材が変形することでピストンを下降させシートベルト引出し方向へ巻取軸を回転させる。

このシートベルト装置によれば、車両緊急時にプリテンショナ機構が作動してシートベルトを巻き取ることによりシートベルトの緩みを無くし、ＥＬＲによりシートベルトがロックされてシートベルトの引き出しが阻止されると、乗員の前方への移動が急激に拘束される。ＥＬＲによってシートベルトがロックされた後にシートベルトに設定荷重以上の荷重が作用すると、フォースリミッタ機構のエネルギー吸収部材が変形してシートベルトが所定のベルト張力を保持したまま引き出されるため、乗員の急激な拘束が緩和され、乗員に作用する衝撃エネルギーが吸収される。このときのベルト張力とシートベルトの引出し量との関係は、図３の「ＰＴあり」の線で示すように、所定のベルト引出し量まではベルト張力が最大値まで増加し、その後フォースリミッタ機構によりシートベルトが引出されるためベルト張力は最大値に保持される。
特開２０００−１５９０５９公報

しかしながら、従来のシートベルト装置では、プリテンショナ機構とフォースリミッタ機構とが別々に設けられているため、車両緊急時にプリテンショナ機構が作動してＥＬＲによりシートベルトがロックされてシートベルトの引き出しが阻止されても、シートベルトのショルダー部の乗員への接触荷重（乗員接触荷重）が、図４の「ＰＴあり」の曲線で示すように、プリテンショナ機構作動直後（３０ｍｓ付近）で減少し、乗員拘束力が一時的に低下することがあった。

本発明は、車両緊急初期の段階で乗員拘束力が低下することなく滑らかに上昇するようにしたシートベルト装置及びシートベルト張力制御方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の車両緊急時に乗員を拘束するシートベルト装置は、 車両緊急時におけるシートベルトの張力が、予め設定された最大張力になるまで時間経過に応じて実質的に単調増加し、前記最大張力からベルト引出し量に応じて減少し、その後時間が経過しても一定値を保持するようにしたことを特徴とする。

また、本発明の車両緊急時に乗員を拘束するシートベルト張力制御方法は、車両緊急時におけるシートベルトの張力が、予め設定された最大張力になるまで時間経過に応じて実質的に単調増加し、前記最大張力からベルト引出し量に応じて減少し、その後時間が経過しても一定値を保持するようにしたことを特徴とする。

本発明は、シートベルトを巻き取る巻取軸と、前記巻取軸をシートベルト巻取り方向及びシートベルト引出し方向に回転させる回転手段と、前記巻取軸から引き出されたシートベルトの引出し量を検出する引出し量検出手段と、前記シートベルトに作用するベルト張力を検出する張力検出手段と、前記引出し量検出手段で検出されたシートベルトの引出し量及び前記張力検出手段で検出されたベルト張力に基づいて、車両緊急時におけるベルト張力が、予め設定された最大張力になるまでベルト引出し量に応じて増加し、前記最大張力からベルト引出し量に応じて減少し、その後ベルト引出し量が増加しても一定値を保持するように前記回転手段を制御する制御手段と、を含んで構成することができる。

また、本発明において張力を上記のように制御すると、車両緊急時におけるシートベルトのショルダー部の乗員への接触荷重が、最大接触荷重まで増加し、最大接触荷重から低下し、その後略一定値を保持するようにすることができる。

したがって、本発明の車両緊急時に乗員を拘束するシートベルト装置は、車両緊急時におけるシートベルトのショルダー部の乗員への接触荷重が、予め設定した最大接触荷重まで増加し、前記最大接触荷重から低下し、その後略一定値を保持するようにしてもよい。

また、本発明は、シートベルトを巻き取る巻取軸と、前記巻取軸をシートベルト巻取り方向及びシートベルト引出し方向に回転させる回転手段と、前記巻取軸から引き出されたシートベルトの引出し量を検出する引出し量検出手段と、前記シートベルトに作用するベルト張力を検出する張力検出手段と、前記引出し量検出手段で検出されたシートベルトの引出し量及び前記張力検出手段で検出されたベルト張力に基づいて、車両緊急時におけるシートベルトのショルダー部の乗員への接触荷重が、予め設定された最大接触荷重まで増加し、前記最大接触荷重から低下し、その後略一定値を保持するように前記回転手段を制御する制御手段と、を含んで構成することができる。

本発明では、車両緊急時におけるシートベルトの張力が、時間経過に応じて、予め設定された最大張力になるまでベルト引出し量に応じて増加し、前記最大張力からベルト引出し量に応じて減少し、その後ベルト引出し量が増加しても一定値を保持するように制御することにより、車両緊急時におけるシートベルトのショルダー部の乗員への接触荷重が、最大接触荷重まで増加し、最大接触荷重から低下し、その後略一定値を保持するようにすることができる。

すなわち、本発明では、従来のプリテンショナの機能とフォースリミッタの機能とを分離することなく、一体に機能させているため、車両緊急初期の段階で乗員拘束力を低下させることなく滑らかに上昇させることができる。また、乗員拘束力が最大値に達した時点から低下させているため、最大拘束力が乗員に作用する時間を低減することができる。

本発明のシートベルト装置おける制御手段は、車両緊急時にベルトを引出す前に、予め設定された最大張力になるまでの間ベルトを巻き取ってベルト張力を強制的に付与するように制御することができる。これにより、車両緊急時初期の段階でベルトを巻き取って、予め設定された最大張力になるまでの間ベルト張力を増加させて、車両緊急時初期の段階で乗員拘束力を積極的に増大させることができる。


また、制御手段は、ベルト張力とベルト引出し量との関係を定めたルックアップテーブルを用いて、回転手段を制御するようにすることができるが、このルックアップテーブルを、ブレーキペダルの踏力、ブレーキペダルの踏込み量、または車両の減速度に応じて定めてもよい。

以上説明したように本発明によれば、車両緊急時におけるシートベルトの張力が、最大張力になるまで経過時間に応じて増加し、最大張力から経過時間に応じて減少し、その後時間が経過しても一定値を保持するように制御することにより、車両緊急時におけるシートベルトのショルダー部の乗員への拘束力が、最大値まで増加し、最大値から低下し、その後略一定値を保持するようにしているので、車両緊急初期の段階で乗員拘束力を低下させることなく滑らかに上昇させることができると共に、最大拘束力が乗員に作用する時間を低減することができる、という効果が得られる。

以下図面を参照して本発明の実施の形態に係るシートベルト装置を説明する。図１に示すように、シートベルト装置は、シート１２に着座する乗員１４を保護するためのシートベルト（ウエビング）１６を備えている。このシートベルト１６の先端には、タングプレートが取り付けられている。

シートベルト１６は、ＥＬＲ１８から引き出されて車体の内壁面に揺動自在に取り付けられたショルダアンカ２０を介し、乗員１４のショルダ部１４ａを通って延在している。ベルト装着時には、シートベルト１６がＥＬＲ１８から引き出され、さらにタングプレートがシート１２のシートクッション部側に固定されたバックル２２に係合されて装着される。また、タングプレートとバックルとの係合を解除することにより、ベルトの装着状態が解除される。ドライバである乗員１４の前方には、エアバックを組み込んだステアリング２４が設けられている。

ＥＬＲ１８は、車体の内壁面に固定されたリトラクタベースを備えており、このリトラクタベースには、シートベルト１６を巻き取った巻取軸２６が回転自在に支持されている。この巻取軸２６には、巻取軸２６をシートベルト巻き取り方向に付勢する巻き取りばね設けられている。また、巻取軸２６には、巻取軸２６をシートベルト巻き取り方向及びシートベルト引出し方向に回転させてベルト張力を制御する張力制御手段としてのモータ２８の出力軸が連結されている。

なお、張力制御手段としては、モータに代えて油圧装置等を用いることができる。

また、ＥＬＲ１８には、シートベルト１６の引出し量を検出する変位センサ（長さセンサ）３０が設けられている。変位センサ３０は、例えば、シートベルトと共に移動する移動電極の変位による静電容量の変化から移動電極の変位量を求める静電容量型のセンサで構成することができる。

モータ２８及び変位センサ３０は、マイクロコンピュータで構成された制御回路３２に接続されている。制御回路３２のメモリには、以下で説明する制御ルーチンのプログラムが記憶されると共に、図３の「ＰＴなし」の線で示すベルト張力とベルト引出し量との関係を定めたルックアップテーブルが予め記憶されている。このルックアップテーブルのベルト張力は、図３に示すように、最大張力（例えば、４０００Ｎ〜６０００Ｎ）になるまではベルト引出し量に比例して増加し、最大張力からベルト引出し量に比例して僅かな時間（例えば、１０〜３０ｍｓ程度（車両減速度に依存する。））徐々に最大張力の１／２程度の値（例えば、２０００N〜３０００N）まで減少し、その後ベルト引出し量が増加しても最大張力の１／２程度の一定値を保持するように定められている。また、ベルト張力とベルト引出し量との関係を定めたルックアップテーブルは、ブレーキペダルの踏力、ブレーキペダルの踏込み量、または車両の減速度に応じて用意してもよい。

また、制御回路３２には、車両減速度を検出する減速度センサ３４及びシートベルトの張力を検出する張力センサ３６が接続されている。張力センサ３６は、シートクッション部側のバックル２２の固定部とバックル２２との間に介在されたされたシートベルトの張力を検出するロードセルで構成されている。なお、張力センサとしてこのロードセルに代えてシートベルトの張力を検出するセンサをショルダアンカ２０に設けるようにしてもよい。

次に、本実施の形態のモータの回転を制御してベルト張力を制御する制御ルーチンについて説明する。ステップ１００において、減速度センサで検出された減速度に基づいて減速度が所定値以上の急減速状態であるか否か、すなわち車両緊急時か否かを判断する。車両緊急時と判断されたときは、ステップ１０２においてモータのシートベルト巻取り方向への回転を開始してシートベルトの緩みを取り、シートベルトに初期張力が作用するようにする。

次のステップ１０４では、張力センサ３６で検出されたベルト張力のデータ及び変位センサ３０で検出されたベルト引出し量のデータを取り込み、ステップ１０６においてルックアップテーブルを参照してベルト引出し量の各値に対するベルト張力の値を目標ベルト張力及び目標ベルト引出し量として演算する。

ステップ１０８では、ステップ１０４で取り込まれた現在のベルト張力及びベルト引出し量の各々が、演算された目標ベルト張力及び目標ベルト引出し量の各々に一致するようにモータをベルト引出し方向に徐々に回転させる。

これにより、車輌緊急時にシートベルトの引出しがロックされてシートベルトの引出しが阻止されると、乗員の前方への移動が急激に拘束され、ベルト張力が急激に上昇しようとするが、モータがシートベルト引き出し方向に徐々に回転されてシートベルトが引出され、最大張力になるまで、シートベルトの張力がベルト引出し量に比例して増加するように制御される。

ベルト張力が最大張力に達した後は、ベルト張力が最大張力からベルト引出し量に応じて減少するように、モータをシートベルト引き出し方向に徐々に回転させる。そして、ベルト張力が、最大張力の１／２程度の値まで低下した時点で、ベルト張力が最大張力の１／２程度の値に保持されるようにベルト引出し量を徐々に増加する。

この結果、シートベルトのショルダー部の乗員接触荷重が、図４の「ＰＴなし」の曲線で示すように、最大接触荷重まで単調増加し、最大接触荷重から徐々に低下し、その後略一定の乗員接触荷重を保持するように変化する。また、図５の「ＰＴなし」の曲線で示すように、ベルト張力は、経過時間に応じて、最大値まで実質的に単調増加し、最大値から徐々に低下し、その後時間が経過しても略一定の張力を保持するように変化する。なお、図５の「ＰＴあり」の曲線は、プリテンショナ機構作動時のベルト張力の時間変化を示すものである。この結果、車両緊急時初期の段階で乗員接触荷重が低下して乗員拘束力が低下することはなく、また最大接触荷重も従来のプリテンショナの機能とフォースリミッタの機能とを用いたシートベルト装置より低下している。

上記の実施の形態では、ベルト引出し量に応じてベルト張力を制御する例について説明したが、経過時間、またはベルト巻取り量に応じてベルト張力を制御するようにしてもよい。

車両事故による乗員胸部の傷害を低減するためには、胸のたわみを低減させることが有効である。特に、前面衝突の場合、乗員保護の観点からは衝突直後の早い段階で車両に発生した減速度に乗員の減速度を近づけることが有効である。本実施の形態では、車両衝突時のシートベルトのショルダー部の乗員拘束力を、最大値まで実質的に単調増加させることができるため、車両衝突初期の段階で乗員拘束力が低下することを防止して早い段階で車両に発生した減速度に乗員の減速度を近づけ、乗員の頭部が前方に移動する量を低減することができる。また、乗員拘束力が最大値まで単調増加した後は、最大値から僅かな時間で徐々に低下させ、その後略一定の拘束力を保持するようにしているため、最大拘束力が乗員に作用する時間を低減させて乗員の胸部のたわみを低減させることができる。

本発明の実施の形態を示す概略図である。 本発明の実施の形態の張力制御ルーチンを示す流れ図である。 本実施例のルックアアップテーブルに記憶されているベルト張力とベルト引出し量との関係、及び従来のプリテンショナ機構を作動させたときのベルト引出し量に対するベルト張力の変化を示す線図である。 本実施例のシートベルトのショルダー部の乗員接触荷重の時系列変化と従来のプリテンショナとフォースリミッタ機構を作動させたときのシートベルトのショルダー部の乗員接触荷重の時系列変化とを示す線図である。 本実施例のベルト張力の時系列変化と従来のプリテンショナとフォースリミッタ機構を作動させたときのシートベルトのベルト張力の時系列変化とを示す線図である。

符号の説明

１２ シート
１４ａ ショルダ部
１４ 乗員
１６ シートベルト
１８ ＥＬＲ
２０ ショルダアンカ
２２ バックル
２４ ステアリング
２６ 巻取軸
２８ モータ
３０ 変位センサ
３２ 制御回路
３４ 減速度センサ
３６ 張力センサ

Claims (5)

1. 車両緊急時に乗員を拘束するシートベルト装置であって、
   車両緊急時におけるシートベルトの張力が、予め設定された最大張力になるまで時間経過に応じて実質的に単調増加し、前記最大張力からベルト引出し量に応じて減少し、その後時間が経過しても一定値を保持するようにしたシートベルト装置。
2. 車両緊急時に乗員を拘束するシートベルト張力制御方法であって、
   車両緊急時におけるシートベルトの張力が、予め設定された最大張力になるまで時間経過に応じて実質的に単調増加し、前記最大張力からベルト引出し量に応じて減少し、その後時間が経過しても一定値を保持するようにしたシートベルト張力制御方法。
3. シートベルトを巻き取る巻取軸と、
   前記巻取軸をシートベルト巻取り方向及びシートベルト引出し方向に回転させる回転手段と、
   前記巻取軸により引き出されたシートベルトの引出し量を検出する引出し量検出手段と、
   前記シートベルトに作用するベルト張力を検出する張力検出手段と、
   前記引出し量検出手段で検出されたシートベルトの引出し量及び前記張力検出手段で検出されたベルト張力に基づいて、車両緊急時におけるベルト張力が、予め設定された最大張力になるまでベルト引出し量に応じて増加し、前記最大張力からベルト引出し量に応じて減少し、その後ベルト引出し量が増加しても一定値を保持するように前記回転手段を制御する制御手段と、
   を含むシートベルト装置。
4. シートベルトを巻き取る巻取軸と、
   前記巻取軸をシートベルト巻取り方向及びシートベルト引出し方向に回転させる回転手段と、
   前記巻取軸により引き出されたシートベルトの引出し量を検出する引出し量検出手段と、
   前記シートベルトに作用するベルト張力を検出する張力検出手段と、
   前記引出し量検出手段で検出されたシートベルトの引出し量及び前記張力検出手段で検出されたベルト張力に基づいて、車両緊急時におけるベルト張力が予め設定された最大張力になるまでの間ベルトを巻き取ってベルト張力を強制的に付与し、前記ベルト張力が前記最大張力からベルト引出し量に応じて減少し、その後ベルト引出し量が増加しても一定値を保持するように前記回転手段を制御する制御手段と、
   を含むシートベルト装置。
5. 前記制御手段は、ブレーキペダルの踏力、ブレーキペダルの踏込み量、または車両の減速度に応じて、ベルト張力とベルト引出し量との関係を定めたルックアップテーブルを用いて、前記回転手段を制御する請求項３または請求項４記載のシートベルト装置。

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