JP2007276541A - シートベルト装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モータの電源異常などで制御が停止される状況であっても、クラッチ機構のロック状態を確実に解除して、シートベルトを容易に引き出せる状態とする。
【解決手段】制御装置２０が、シートベルト１００の巻き取り動作中におけるモータ１１の電源電圧Ｖｔを監視して、この電源電圧Ｖｔがモータ１１の回転を正転方向から逆転方向に切り替え可能な下限電圧値Ｖｒを下回る可能性の有無を判定し、電源電圧Ｖｔが下限電圧値Ｖｒを下回る可能性があると判定した場合に、モータ１１を逆転方向に回転させてクラッチ機構１３のロック状態を強制的に解除させる制御を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、モータ駆動によりシートベルトの巻き取りを行うことが可能なシートベルト装置に関し、特に、モータとスプール間における機械的な連結状態と切り離し状態との切り替えを行うクラッチ機構を備えたシートベルト装置に関する。

自動車等の車両に装備されるシートベルト装置では、シートベルトのテンションを自在に調整可能にして、乗員の快適性や保護の確実性の向上を図る目的で、シートベルトを巻き取るスプールを、電気的な動作制御が可能なモータで駆動して、シートベルトの巻き取りをモータ駆動により行う試みがなされている。このモータ駆動でシートベルトの巻き取りを行うシートベルト装置では、巻き取ったシートベルトを引き出す際にはモータとスプールとを切り離す必要があるため、通常、モータとスプールとの間にクラッチ機構を設けて、このクラッチ機構によりモータとスプール間における機械的な連結状態と切り離し状態との切り替えを行うようにしている。

この種のクラッチ機構としては、特許文献１や特許文献２に記載されているように、モータがシートベルトの巻き取り方向である正転方向に回転することに伴ってロック状態となって、モータとスプールとを機械的に連結された状態とするとともに、モータが逆転方向に回転することに伴ってロック状態が解除されて、モータとスプールとを機械的に切り離した状態とするものが一般的である。
特開２００２−１６０６０２号公報 特開２００５−２８９７０号公報

ところで、以上のようなモータ駆動でシートベルトの巻き取りを行うシートベルト装置では、モータの電源として車載バッテリが用いられており、車載バッテリの充電状態によってはモータの適正な動作制御が困難な場合もある。具体的には、モータを正転方向に回転させてシートベルトの巻き取りを行っている間に、例えばスタータモータの起動などで車載バッテリの電圧が極端に低下した場合には、モータを逆転方向に回転させてクラッチ機構のロック状態を解除しようとしても、モータを逆転方向に回転させることができずに制御停止となることがある。

しかしながら、特許文献１，２に記載されているシートベルト装置をはじめとして、この種の従来のシートベルト装置では、モータの電源となるバッテリの状態については何ら考慮されていないため、以上のような電源の異常が生じたときに、クラッチ機構のロック状態が解除されないまま動作が停止した状態となり、モータとスプールとを切り離せずに、シートベルトの引き出しが困難となる場合がある。

本発明は、このような従来技術の有する問題点を解消すべく創案されたものであって、モータの電源異常などで制御が停止される状況であっても、クラッチ機構のロック状態を確実に解除して、シートベルトを容易に引き出せる状態とすることが可能なシートベルト装置を提供することを目的としている。

本発明は、シートベルトの巻き取り動作中におけるモータの電源電圧を監視して、モータの電源電圧がモータの回転を正転方向から逆転方向に切り替え可能な下限電圧を下回る可能性の有無を判定し、モータの電源電圧が下限電圧を下回る可能性がある場合に、モータを逆転方向に回転させてクラッチ機構のロック状態を強制的に解除させることで、上述した課題を解決する。

本発明によれば、モータの電源異常などで制御が停止される状況ではクラッチ機構のロック状態が強制的に解除されるので、シートベルトの引き出しを容易に行うことができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

本発明は、例えば図１に示すように、運転席シート用および助手席シート用としてそれぞれ設けられたシートベルトリトラクタ１０と、このシートベルトリトラクタ１０内のモータ１１を駆動制御する制御装置２０とを備えたシートベルト装置に適用される。

この図１に示すシートベルと装置において、シートベルトリトラクタ１０の内部には、シートベルト１００の一端が固定されたスプール１２が設けられている。そして、制御装置２０により駆動制御されるモータ１１の回転がスプール１２に伝達されてスプール１２が回転することで、シートベルト１００が巻き取られる構造となっている。また、モータ１１とスプール１２との間にはクラッチ機構１３が設けられており、このクラッチ機構１３によりモータ１１とスプール１２間における機械的な連結状態と切り離し状態との切り替えが行われる。すなわち、クラッチ機構１３は、モータ１１がシートベルト１００の巻き取り方向である正転方向に回転することに伴ってロック状態となり、モータ１１とスプール１２とを機械的に連結された状態とする。そして、この状態でモータ１１が更に正転方向に回転すると、このモータ１１の回転がスプール１２に伝達されてシートベルト１００の巻き取りが行われる。また、クラッチ機構１３は、モータ１１が正転方向とは逆方向となる逆転方向に回転することに伴ってロック状態が解除され、モータ１１とスプール１２とを機械的に切り離した状態とする。この状態では、スプール１２の回転にモータ１１が作用しないので、シートベルト１００の引き出しを容易に行うことが可能となる。

なお、クラッチ機構１３は、モータ１１の正転方向の回転に伴いロック状態となるとともにモータ１１の逆転方向の回転に伴いロック状態が解除される構成であれば、その具体的な構造は特に限定されるものではなく、例えば特許文献１に記載されている構造や特許文献２に記載されている構造など、いずれの構造を採用してもよい。また、クラッチ機構１３やモータ１１は、必ずしもシートベルトリトラクタ１０の内部に設けられる必要はなく、シートベルトリトラクタ１０とは別体に構成されて、シートベルトリトラクタ１０の外部に設けられていてもよい。

スプール１２に一端が固定されたシートベルト１００は、図示を省略するが、その他端側が、運転席シートや助手席シートの例えば右側部などに固定されている。また、シートベルト１００の中途部にはタングプレートが移動自在に取り付けられている。そして、車両の乗員がシートベルト１００をシートベルトリトラクタ１０から引き出しながら、シートベルト１００の中途部に取り付けられたタングプレートを、運転席シートや助手席シートの例えば左側部などに設けられたバックルに嵌合させることで、乗員がシートベルト１００により拘束された状態となる。

クラッチ機構１３がロック状態となっているときにスプール１２を回転駆動するモータ１１は、車載バッテリ３０を電源とし、制御装置２０により駆動制御される。このモータ１１の電源となる車載バッテリ３０の出力電圧は、バッテリ電圧センサ３１により検出されて制御装置２０に随時入力される。

制御装置２０は、ＣＰＵやＲＯＭ、ＲＡＭなどを内蔵するマイクロコンピュータと、シートベルトリトラクタ１０内のモータ１１に電流を供給するための駆動回路とを主要な構成要素として備える。そして、特に本発明を適用したシートベルト装置では、この制御装置２０において、本発明に関わる機能構成として電源電圧モニタ部２１、判定部２２、モータ駆動制御部２３の各機能が実現される。

電源電圧モニタ部２１は、シートベルトリトラクタ１０によるシートベルト１００の巻き取り動作中に、バッテリ電圧センサ３１の検出値を随時読み込んで、シートベルト巻き取り動作中における車載バッテリ３０の出力電圧、すなわちモータ１１の電源電圧を監視する。

判定部２２は、電源電圧モニタ部２１の監視結果に基づいて、シートベルト１００の巻き取り動作中にモータ１１の電源である車載バッテリ３０の出力電圧（以下、電源電圧Ｖｔという。）が、モータ１１の回転を正転方向から逆転方向に切り替え可能な下限電圧値Ｖｒを下回る可能性の有無を判定する。具体的には、この判定部２２は、最も単純な手法としては電源電圧モニタ部２１で監視されている現在の電源電圧値Ｖｔを予め設定した基準電圧値Ｖｓ（Ｖｓ＞Ｖｒ）と比較し、現在の電源電圧値Ｖｔが基準電圧値Ｖｓ以下となったときに、電源電圧Ｖｔが下限電圧値Ｖｒを下回る可能性ありと判定する。また、判定部１２は、判定精度を向上させるために、電源電圧Ｖｔの降下の傾向や車両の状態を示すセンサの検知信号なども加味して、電源電圧Ｖｔが下限電圧値Ｖｒを下回る可能性を判定するようにしてもよい。モータ１１の回転を正転方向から逆転方向に切り替え可能な下限電圧値Ｖｒは、例えば、制御装置２０を構成するマイクロコンピュータのリセット電圧などに基づいて定めることができる。また、基準電圧値Ｖｓは、例えば、電源電圧Ｖｔが下限電圧値Ｖｒを下回る状況をシミュレートした実験などを繰り返し行うことで求められる。

なお、上述した電源電圧モニタ部２１や判定部２２の機能は、例えば、制御装置２０を構成するマイクロコンピュータのＣＰＵが、ＲＡＭをワークエリアとして利用してＲＯＭに記憶されている制御プログラムを実行することにより実現される。

モータ駆動制御部２３は、シートベルト１００のタングプレートがバックルに嵌合されたことを検知するバックルスイッチの検知信号や、車両の急制動などの緊急状態を検出する各種センサ群の検知信号など、シートベルト１００の巻き取りが必要な状況であることを示す各種検知信号が入力されると、車載バッテリ３０から電流を取り出してモータ１１に供給し、モータ１１が正転方向に回転するように当該モータ１１を駆動制御する。これにより、クラッチ機構１３がロック状態となり、モータ１１の回転がスプール１２に伝達されてシートベルト１００の巻き取り動作が行われることになる。また、このモータ駆動制御部２３は、シートベルト１００のタングプレートがバックルからはずされたことを示す検知信号や、車両の緊急状態が解消されたことを示す検知信号などが入力されると、車載バッテリ３０から電流を取り出してモータ１１に供給し、モータ１１が逆転方向に回転するように当該モータ１１を駆動制御する。これにより、クラッチ機構１３のロック状態が解除され、シートベルト１００を自由に引き出せる状態となる。

また、特にこのモータ駆動制御部２３は、シートベルト１００の巻き取り動作が行われている間に、判定部２２によって電源電圧Ｖｔが下限電圧値Ｖｒを下回る可能性ありと判定された場合においても、モータ１１が逆転方向に回転するように当該モータ１１を駆動制御して、クラッチ機構１３のロック状態を強制的に解除させ、シートベルト１００を自由に引き出せる状態とする（クラッチ強制解除手段）。具体的には、モータ駆動制御部２３は、例えば、電源電圧モニタ部２１によって監視されている電源電圧値Ｖｔの時間的変化から現在の電源電圧降下速度αを求め、この電源電圧降下速度αと現在の電源電圧値Ｖｔとから、電源電圧Ｖｔが下限電圧値Ｖｒにまで降下するまでの残り時間Ｔｒを算出する（残り時間算出手段）。そして、モータ駆動制御部２３は、電源電圧Ｖｔが下限電圧値Ｖｒにまで降下するまでの残り時間Ｔｒが、クラッチ機構１３のロック状態を強制的に解除するのに要する強制解除所要時間Ｔｌと略等しくなるタイミング、より具体的には、残り時間Ｔｒと強制解除所要時間Ｔｌとが略等しく且つ残り時間Ｔｒの方が強制解除所要時間Ｔｌより若干長くなるタイミングで、クラッチ機構１３のロック状態を強制的に解除させる動作を開始する。

ここで、現在の電源電圧降下速度αは、電源電圧値Ｖｔの変化量ｄＶと時間変化量ｄｔとから、α＝−ｄＶ／ｄｔの計算式で求められる。また、残り時間Ｔｒは、現在の電源電圧降下速度αと現在の電源電圧値Ｖｔとから、Ｔｒ＝Ｖｔ／αの計算式で求められる。また、強制解除所要時間Ｔｌは、実際にモータ１１が逆転方向に回転するように当該モータ１１を駆動制御したときにクラッチ機構１３のロック状態が解除されるまでの時間を予め実測しておくことにより定められる。

なお、以上のようなモータ駆動制御部２３の機能は、例えば、制御装置２０を構成するマイクロコンピュータのＣＰＵが、ＲＡＭをワークエリアとして利用してＲＯＭに記憶されている制御プログラムを実行し、制御装置２０を構成する駆動回路の動作を制御することで実現される。

次に、以上の構成を有する本発明を適用したシートベルト装置の動作について、図２及び図３を参照しながら具体的に説明する。なお、図２は制御装置２０により所定周期で実行される制御の流れを示すフローチャートであり、図３は電源電圧Ｖｔの降下状態と制御装置２０の制御内容とを対応付けて示すタイミングチャートである。

図２の制御フローが開始されると、制御装置２０は、まずステップＳ１において、シートベルト１００の巻き取りが必要な状況であることを示す何らかの検知信号の入力を待ち、検知信号が入力されると、次のステップＳ２において、シートベルト１００の巻き取り動作を開始する。具体的には、制御装置２０は、モータリトラクタ１０のモータ１１が正転方向に回転するように当該モータ１１を回転駆動し、クラッチ機構１３をロック状態にして、モータ１１の回転をスプール１２に伝達させることで、シートベルト１００の巻き取りを行う。

次に、制御装置２０は、ステップＳ３において、ステップＳ２で開始したシートベルト１００の巻き取り動作が、例えば車両の急制動時などの緊急状態による巻き取り動作かどうかを確認し、シートベルト１００の巻き取り動作が車両の緊急状態によるものでない場合に、ステップＳ４において、モータ１１の電源である車載バッテリ３０の出力電圧、すなわち電源電圧Ｖｔの監視を開始する。

その後、制御装置２０は、ステップＳ５において、監視している現在の電源電圧値Ｖｔが基準電圧値Ｖｓ以下となったか否かを判定し、現在の電源電圧値Ｖｔが基準電圧値Ｖｓ以下となった段階（ステップＳ５で肯定判定）で、ステップＳ６において、現在の電源電圧降下速度αと、現在の電源電圧値Ｖｔとから、電源電圧Ｖｔが下限電圧値Ｖｒにまで降下するまでの残り時間Ｔｒを算出する。なお、現在の電源電圧降下速度αは、図３に示すように、電源電圧値Ｖｔが基準電圧値Ｖｓ以下となった時点ｔｓから所定時間前の時点ｔｎにおける電源電圧値Ｖｔｎを記憶しておくようにすれば、ｔｎからｔｓまでの時間変化量ｄｔと、ＶｔｎからＶｓまでの電源電圧値の変化量ｄＶとの関係から、上述した計算式で求められる。

次に、制御装置２０は、ステップＳ７において、必要とされるシートベルト１００の巻き取りが終了したか否かを判定するとともに、ステップＳ８において、ステップＳ６で算出した残り時間Ｔｒがクラッチ機構１３のロック状態を強制的に解除するのに要する強制解除所要時間Ｔｌと略等しくなったか否かを判定し、シートベルト１００の巻き取りが終了する前に残り時間Ｔｒが強制解除所要時間Ｔｌと略等しくなった場合（ステップＳ８で肯定判定）には、その時点（図３中ｔｍで示す時点）で、モータリトラクタ１０のモータ１１が逆転方向に回転するように当該モータ１１の回転方向を切り替えて、クラッチ機構１３のロック状態を強制的に解除する動作を開始する（ステップＳ９）。これにより、強制解除所要時間Ｔｌが経過した段階（図３中ｔｏで示す時点）でクラッチ機構１３のロック状態が解除された状態となり、その後（図３中ｔｐで示す時点）、制御装置２０の動作が停止して、シートベルト１００が自由に引き出せる状態となる。

以上、具体的に説明したように、本発明を適用したシートベルト装置では、制御装置２０が、シートベルト１００の巻き取り動作中におけるモータ１１の電源電圧（車載バッテリ３０の出力電圧）Ｖｔを監視して、この電源電圧Ｖｔがモータ１１の回転を正転方向から逆転方向に切り替え可能な下限電圧値Ｖｒを下回る可能性の有無を判定し、電源電圧Ｖｔが下限電圧値Ｖｒを下回る可能性があると判定したときには、モータ１１を逆転方向に回転させてクラッチ機構１３のロック状態を強制的に解除させる制御を行うようにしている。したがって、このシートベルト装置によれば、例えば、シートベルト１００の巻き取り動作時における車載バッテリ３０の急激な電圧降下などで、巻き取り動作中に制御装置２０の制御が停止される状況であっても、クラッチ機構１３のロック状態を確実に解除してから制御装置２０の制御を停止させることができ、クラッチ機構１３がロック状態のままとなることに起因してシートベルト１００の引き出しが困難となる不都合を解消し、シートベルト１００の引き出しを容易に行うことが可能となる。

また、このシートベルト装置では、制御装置２０が、電源電圧Ｖｔが下限電圧値Ｖｒを下回る可能性があると判定したときに、現在の電源電圧降下速度αを求めて電源電圧Ｖｔが下限電圧値Ｖｒにまで降下するまでの残り時間Ｔｒを算出し、残り時間Ｔｒがクラッチ機構１３のロック状態を強制的に解除するのに要する強制解除所要時間Ｔｌと略等しくなタイミングで、クラッチ機構１３のロック状態を強制的に解除させる動作を開始するようにしているので、クラッチ機構１３のロック状態を強制的に解除させる動作を確実に実施することができるとともに、不用意にクラッチ機構１３のロック状態を解除させてしまう不都合も有効に防止できる。

なお、以上説明した実施形態は、本発明の一適用例を例示したものであり、本発明の技術的範囲は、以上の実施形態の説明で開示した内容に限定されるものではなく、これらの開示から容易に導き得る様々な代替技術も含まれる。例えば、以上説明した実施形態では、クラッチ機構１３のロック状態を強制的に解除するのに要する強制解除所要時間Ｔｌを、モータ１１の駆動制御開始からクラッチ機構１３のロック状態が解除されるまでの時間を予め実測して求めるようにしているが、強制解除所要時間Ｔｌは、例えば、クラッチ機構１３のロック状態を強制的に解除するのに要するエネルギ量から推定することも可能である。この場合、クラッチ機構１３のロック状態を強制的に解除するのに要するエネルギ量は、シートベルト１００やモータ１１、制御装置２０の特性などから求めることができる。

また、以上説明した実施形態では、クラッチ機構１３のロック状態を強制的に解除させる動作を開始するタイミングを、電源電圧Ｖｔが下限電圧値Ｖｒにまで降下するまでの残り時間Ｔｒがクラッチ機構１３のロック状態を強制的に解除するのに要する強制解除所要時間Ｔｌと略等しくなタイミングとしているが、電源電圧Ｖｔが下限電圧値Ｖｒにまで降下するまでに残されている車載バッテリ３０のエネルギ量を算出するようにして、この車載バッテリ３０の残りのエネルギ量が、クラッチ機構１３のロック状態を強制的に解除するのに要するエネルギ量と略一致するタイミングで、クラッチ機構１３のロック状態を強制的に解除させる動作を開始するようにしてもよい。この場合にも、上述した実施形態と同様に、クラッチ機構１３のロック状態を強制的に解除させる動作を確実に実施することができるとともに、不用意にクラッチ機構１３のロック状態を解除させてしまう不都合も有効に防止できるといった効果が得られることになる。

本発明を適用したシートベルト装置の構成図である。 本発明を適用したシートベルト装置において、制御装置により所定周期で実行される制御の流れを示すフローチャートである。 本発明を適用したシートベルト装置において、制御装置の制御内容を電源電圧の降下状態と対応付けて示すタイミングチャートである。

符号の説明

１０ シートベルトリトラクタ
１１ モータ
１２ スプール
１３ クラッチ機構
２０ 制御装置
２１ 電源電圧モニタ部
２２ 判定部
２３ モータ駆動制御部
３０ 車載バッテリ
３１ バッテリ電圧センサ
１００ シートベルト
Ｖｔ 電源電圧値
Ｖｒ 下限電圧値
Ｖｓ 基準電圧値
Ｔｒ 残り時間
Ｔｌ 強制解除所要時間

Claims (3)

1. シートベルトを巻き取るスプールと、
   前記スプールを駆動するモータと、
   前記モータが前記シートベルトの巻き取り方向である正転方向に回転することに伴ってロック状態となり前記モータと前記スプールとを機械的に連結された状態とするとともに、前記モータが逆転方向に回転することに伴って前記ロック状態が解除されて前記モータと前記スプールとを機械的に切り離した状態とするクラッチ機構とを備えたシートベルト装置において、
   前記シートベルトの巻き取り動作中に前記モータの電源電圧を監視する電源電圧監視手段と、
   前記電源電圧監視手段の監視結果に基づいて、前記モータの電源電圧が前記モータの回転を正転方向から逆転方向に切り替え可能な下限電圧を下回る可能性があるか否かを判定する判定手段と、
   前記判定手段により前記モータの電源電圧が前記下限電圧を下回る可能性ありと判定された場合に、前記モータを逆転方向に回転させて前記クラッチ機構のロック状態を強制的に解除させるクラッチ強制解除手段とを備えることを特徴とするシートベルト装置。
2. 前記電源電圧監視手段の監視結果から前記モータの電源電圧の現在の電圧降下速度を求めて、当該電圧降下速度から前記モータの電源電圧が前記下限電圧にまで降下するまでの残り時間を算出する残り時間算出手段を更に備え、
   前記クラッチ強制解除手段は、前記モータの電源電圧が前記下限電圧にまで降下するまでの残り時間が、前記クラッチ機構のロック状態を強制的に解除するのに要する強制解除所要時間と略等しくなるタイミングで、前記クラッチ機構のロック状態を強制的に解除させる動作を開始することを特徴とする請求項１に記載のシートベルト装置。
3. 前記電源電圧監視手段の監視結果から前記モータの電源電圧が前記下限電圧にまで降下するまでに残されている電源のエネルギ量を算出する残りエネルギ量算出手段を更に備え、
   前記クラッチ強制解除手段は、前記モータの電源電圧が前記下限電圧にまで降下するまでに残されている電源のエネルギ量が、前記クラッチ機構のロック状態を強制的に解除するのに要するエネルギ量と略等しくなるタイミングで、前記クラッチ機構のロック状態を強制的に解除させる動作を開始することを特徴とする請求項１に記載のシートベルト装置。

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