JP2008056075A - シートベルトリトラクタ装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】電流が多く流れるハーネス長を短くするECU・モータ一体型のシートベルトリトラクタ装置のシステム構成で、衝突によるの断線時も個々のECUで安全保持の動作を中断せずに行う。
【解決手段】モータ付きシートベルトリトラクタのモータを制御するコントロールユニットの機能を、メインECUとサブECUに分散、メインECU側は出力開始条件の判断とコマンド送信を行い、詳細なモータの電流制御等はサブECUが自律して行う。
【効果】衝突によるの断線時も個々のECUで安全保持の動作を中断せずに行うことが可能となる。
【選択図】図1

Description

本発明は、車両安全性に関するシステムにおいて、モータによってシートベルトを巻き取る装置に関する技術である。
車両が衝突する際に乗員を保護するための装置の一つとして、シートベルトを自動的に巻き取るシートベルトリトラクタ装置がある。この装置は、車両が衝突したことを検知したときシートベルトを強い張力で一気に巻き取る装置である。その機構としては火薬やバネ、モータ等が用いられている。
火薬を用いたシートベルトリトラクタ装置がシートベルトの巻き取りを一度きりしか作動できないのに対し、巻き取り機構としてモータを用いたシートベルトリトラクタ装置は、何度も繰り返しシートベルトを巻き取る動作を行うことができる。この特徴を利用して、衝突時以外にも別の用途でシートベルトリトラクタ装置を使用することが考えられている。例えば、衝突予知時の警報のためにシートベルトの巻き取りを行うことが知られている(特許文献1)。
特開2001−114069号公報
従来のシートベルトシステムでは、図4に示すようにコントロールユニットはエンジンルーム、トランクルーム若しくはダッシュボード内などに取り付けられている。そしてモータを駆動するドライバは当該コントロールユニット内に設けられている。従って、当該ドライバとモータとを電気的に接続するために、エンジンルーム等から車室内の座席近傍まで、電力線を引き回す必要がある。
一方、当該モータによるシートベルトの巻き取りに必要な電流は、ドライバやモータの特性にもよるが、最大で数十アンペア程度である。さらにドライバは通常スイッチング素子を用いて構成されるので、この電流にはスイッチングに起因する高調波成分が存在する。このような高調波成分を含む大電流をECUからシートベルトリトラクタ装置のモータまでの長さのハーネスに流す場合、この電流に起因する騒音や振動が発生する場合がある。
ここで、シートベルトを巻き取る機能を、衝突時や衝突予知時にだけでなく、ベルト装着の際の弛み除去等、乗員保護以外の用途で作動させるシステムの場合、モータの作動機会は、緊急時に限られず、作動頻度も増加する。従って、電源線を流れるモータ電流を源とするノイズは車室内の居住性を損なう可能性がある。
シートベルトを巻き取るためのモータを駆動するドライバECUをシートベルトリトラクタに取り付け、シートベルト巻き取り動作の内容を決定するメインECUと通信経路を介して接続する。
好ましくは、ドライバECUに複数の動作モードにおけるモータへの通電パターンを記憶しておき、動作モードの選択指令を受けた後は予め記憶した通電パターンに沿ってモータを駆動する構成とする。そしてメインECUからドライバECUにいずれの動作モードを選択するかを指示する構成とする。
ドライバとモータとを接続する電力線が短縮され、モータの駆動電流に起因する騒音や振動を低減できる。これにより、衝突時以外にシートベルトの巻き取りを行っても車室内の快適性を保つことが出来る。
より好ましい構成によれば、例えば衝突によって信号線の断線などの故障があっても、信号途絶以前にドライバECUが動作モードの選択結果を受信していれば、ドライバECUによるモータの自律制御動作が可能となる。
以下、図を用いて本発明の実施形態を説明する。
図1は本発明のシートベルトリトラクタ装置の第一の実施例を示す構成図である。シートベルトリトラクタ装置は、メインコントロールユニット1(以下、「メインECU」と記載する)、運転席用ドライバコントロールユニット2(以下、「DR側ドライバECU」と記載する)、助手席用ドライバコントロールユニット3(以下、「AS側ドライバECU」と記載する)、モータ付シートベルトリトラクタ8を備える。
モータ付シートベルトリトラクタ8は、運転席及び助手席のシートに設けられたシートベルトに組みつけられ、シート脇の車体に取り付けられる。DR側ドライバECU2とAS側ドライバECU3は、それぞれ運転席側、助手席側のシートベルトリトラクタ8にモールドやブラケット等によって構造的に取り付けられる。また、DR側ドライバECU2とAS側ドライバECU3は、バスバーやコネクタ等によって、それぞれ運転席側、助手席側のシートベルトリトラクタ8のモータと電気的に接続される。
一方メインECU1は、エンジンルーム、トランクルーム若しくはダッシュボード内などに取り付けられる。メインECU1はCANバスに接続され、CAN通信を介して車載されている他のシステム・制御装置と通信する機能を持つ。
また、ドライバECU2、3はメインECU1と通信線を介して接続され、相互に通信する機能を持つ。通信線はシリアル通信を用いることができる。
ここで、DR側ドライバECU2とAS側ドライバECU3は、それぞれ車載電源から電力線(図示しない)を介して電力供給を受ける。すなわち、メインECU1を介さずに電力供給を受ける構成とする。このようにドライバECU2、3とメインECU1との間の接続は信号線のみとし、大電流を流す電力線の配線を設けない構成とする。これにより、スイッチングされた大電流が流れる電力線の長さは、モータ付リトラクタ8とドライバECU2、3との間の距離となるので、スイッチングされた大電流による騒音の発生を抑制することができる。
続いて、図5を用いて、本実施例におけるメインECU1とDR側ドライバECU2との機能分担及び動作を説明する。なお、ここではAS側ドライバECU3の図示を省略しているが、メインECU1とAS側ドライバECU3との機能分担及び動作も、特に説明しない限り同様である。
まず、メインECU1はCANを経由して入力された信号、若しくは直接の信号入力によって車両情報を取得し、シートベルトの巻き取りを行うか否かを判断する。ここで、車両情報には、車速、シフト位置、レーダ等で認知した他車両との距離や相対速度、ドアの開閉情報、チャイルドシート装着フラグ、ブレーキの踏み込み量などが含まれうる。
なお、本実施例では、衝突時の乗員拘束以外の用途にもシートベルトの巻き取りを行う条件を設定する。また、シートベルトを巻き取る場合、その用途によって巻き取り方のパターンを異ならせる必要がある。特に、例えばベルトのたるみを巻き取るような日常的な機能と衝突時の機能とでは、必要とされる巻き取りの早さも拘束力も異なる。そこで、用途ごとに異なるモータへの通電パターンを動作モードとして定義し、各動作モードが選択されるためのモード選択条件を定める。本実施例では、図8に示すようにa)緊急時乗員拘束、b)警報、c)チャイルドシート等装着補助、及びd)シートベルト装着補助・格納動作、の4つの動作モードを設ける。なおモード選択条件の詳細については後述する。
メインECU1は取得した車両情報に基づいて、上記4つの動作モードのいずれかを選択する条件が満たされているか否かを判断する。ここで合致する動作モードがあれば、メインECU1は動作モードの選択結果を指令信号としてDR側ドライバECU2及びAS側ドライバECU3に送信する。
一方、DR側ドライバECU2及びAS側ドライバECU3は、図8に示す各動作モードの内容(モータへの通電パターン)を記憶しており、メインECU1からモード選択結果を受信すると、予め記憶された当該動作モードの通電パターンに従ってモータを駆動する。
このように、本実施例では、モータ付シートベルトリトラクタ8のモータを駆動するドライバECU2、3をメインECU1から分離してモータの近傍に配置し、車載電源から直接的に電源供給をうける構成とした。さらにドライバECU2、3が予め定めた動作モードを記憶する構成とした。以上により、衝突時の衝撃でメインECU1とドライバECU2、3との間の通信線が破損したとしても、電源供給が維持されており、かつ通信線が破損する前にモード選択結果がドライバECU2、3に伝えられていれば、所定のシートベルト巻き取り動作を完了することができる。
なおメインECUは、〔1〕CAN通信による車両情報を取得するCAN通信機能に加え、〔2〕CAN通信を介さずに、ブレーキペダルストロークセンサ(BPS)等のセンサやスイッチから直接信号を読み取り、これらの状態を監視するBPS監視機能、〔3〕メインECU1自身及び車両状態を監視するセンサやスイッチの故障を診断する故障診断機能、〔4〕取得した車両情報から、モータ付きシートベルトリトラクタ8を作動させる条件を判定し、専用通信線を介してドライバECU2、3へモード選択結果を送信するモータ駆動判定機能、及び〔5〕ドライバECUの状態を監視する監視機能(図示しない)を有する。
ドライバECU2、3は、〔1〕それぞれが担当するシートベルトリトラクタ8のモータの回転方向・電流量を制御するモータ制御機能に加え、〔2〕シートベルトバックルスイッチなどシートごとに固有な信号を読み取り、これらの状態を監視するバックルスイッチ監視機能、〔3〕シートベルトリトラクタ及びドライバECU2、3自身の故障を診断する故障診断機能、及び〔4〕専用通信線を介してメインECUへドライバECU情報を通知する機能を有する。
図9はメインECU1による動作モード選択の判断条件を示すフローチャートである。条件判断の優先順位がもっとも高いのは、緊急時である乗員拘束のモードとする。乗員拘束のモードと判断する条件は、一定車速以上、かつシフト位置がリバースレンジ以外の場合において、他車両の接近情報(距離、相対速度)から衝突回避不可と判断した場合、またはブレーキ踏み込み量がある閾値以上の場合つまり急ブレーキを踏んだ場合においてである。チャイルドシート装着補助のモードは、乗員拘束のモードの出力時でなく、かつシートベルト装着補助フラグの信号が送られてきた場合が出力条件である。警報のモードの出力条件は、乗員拘束モード、チャイルドシート装着補助モードを出力している場合以外で、一定車速以上時に、他車両の接近情報から衝突の危険があると判断した場合である。また、乗員拘束モード、チャイルドシート装着補助モードを出力している場合以外で、車速が一定速度以下であり、ドアを開けた場合に格納動作モードを出力すると判断する。
以上の条件をフローチャートに沿って説明する。まず、ステップ91で他車両との距離及び相対速度に基づいて衝突回避の可否を判断する。ここで衝突回避不可と判断された場合にはステップ93に進む。ステップ93ではシフト位置がリバースか否かを判断する。シフト位置がリバース以外である場合はステップ94に進む。ステップ94では、自車速が第一の閾値(車速A)よりも大きいか否かを判断する。ステップ94で自車速が車速A以上である場合は、緊急時乗員拘束モード901を選択する。なおステップ93でシフト位置がリバースである場合、あるいは車速が所定以下である場合は緊急時乗員拘束モード901を選択せず、後述するステップ95に進む。これは、シフトがリバースに入っているとき、或いは車速が低いときは乗員がシートに正しい運転姿勢で座っていない可能性があること(例えば、リバースでは乗員が後ろを振り返っている可能性が高く、低速では同乗者が下車準備をしている可能性もある)、及び、そのような姿勢のときに緊急時乗員拘束モードでシートベルトを巻き取ると、かえって乗員に与える被害を拡大するおそれがあることによる。
ステップ91で多車両との衝突を回避可能であると判断したときはステップ92に進む。ステップ92では、ブレーキペダルストロークセンサの出力に基づき、ブレーキ踏み込み量が閾値以上か否かを判断する。ブレーキ踏み込み量が所定の閾値以上である場合には、ステップ93に進み緊急時乗員拘束モード901の選択を試みる。すなわち、車両情報に基づく衝突回避の可能性判断は絶対的ではないので、運転者がブレーキを強く踏んでいる場合には、センサ等の値から回避可能であると判断していても衝突が避けられないものとして動作させる。
ステップ92でブレーキ踏み込み量が所定未満である場合は、衝突回避可能であると判断しステップ95に進む。ステップ95では、チャイルドシート装着補助フラグの信号を受信しているか否かを判断する。チャイルドシート装着補助フラグは、シートベルトバックルスイッチや着座センサの組み合わせにより推定する仕組みとしてもよいが、車両のダッシュボードやインパネに、チャイルドシートスイッチを設け、これが押されたときに当該フラグをONにする構成が望ましい。チャイルドシート装着補助モードでは、人体とは異なる構造物をシートに強く拘束する必要があるので、図8に示すように比較的強い拘束力を段階的に加えている。従って、乗員がシートに座っているときにチャイルドシート装着補助モードが選択されることを防ぐために、別途スイッチを設けることが望ましい。
ステップ95でチャイルドシート装着補助フラグの信号を受信していないときは、ステップ96に進み、車速が第二の閾値(車速B)以上か否かを判断する。ここで車速Bは先述の車速Aよりも低い値に設定する。ステップ96で車速が第二の閾値以上であると判断された場合はステップ97に進み、他車両との衝突の危険性を判断する。ここで、所定以上の衝突危険性があると判断される場合には警報モード903を選択する。一方、他車両との衝突の危険性が所定未満と判断される場合は、動作モードを選択せず、選択処理を終了する(905)。そして、次の処理周期にてステップ91から判断を繰り返す。
ステップ96で自車速が第二の閾値(車速B)未満であると判断された場合は、ステップ98に進み、ドアの開閉の有無を判断する。ステップ98でドアが閉状態から開状態に変化したときは、格納動作904を行う。すなわち、乗員が下車したものとして、引き出されたシートベルトを初期位置まで巻き取る。一方、ステップ98においてドアの閉状態から開状態への変化が検知されない場合は、動作モードを選択せず、選択処理を終了する(905)。そして、次の処理周期にてステップ91から判断を繰り返す。
これらのモードで巻き取る状況と判断した場合、メインECUはドライバECUへ判断した駆動すべきモードのコマンドを送信する。ドライバECUはコマンドを受信し、監視しているバックルスイッチの状態から、コマンドに対応するモードで駆動できると判断した場合、モードに対応した電流パターンでモータを制御する。
図10はドライバECUのモード出力の判断条件を示すフローチャートである。メインECU1において、いずれかの動作モードを選択すべき条件が充足されたとしても、ドライバECU2,3側の状況によっては、その動作モードでの動作を中止すべき条件が存在する。例えば、バックルスイッチがOFFの場合は、メインECU1から緊急乗員拘束モードを選択した旨の信号を受信していても、当該座席のシートベルトは巻き取りを行うべきではない。以下、図10の内容を説明する。
バックルスイッチがONのときは、シートベルトを乗員が装着しているときであり、メインECU側から受信した乗員拘束・チャイルドシート装着補助・警報モードのコマンドと、現在動作中のモードから駆動モードを判断する。乗員拘束モード動作中、または受信したコマンドが現在動作中のモードと同一のモードである場合、そのモードを動作が終了するまで継続する。乗員拘束モード動作中でなく、現動作モードと異なるコマンドを受信した場合はコマンドに対応するモードでの動作を開始するように判断する。バックルスイッチOFFの場合は、格納動作モードのコマンド受信時にその動作を開始すると判断する。また、メインECUからのコマンドが無くても、バックルスイッチ状態の変化により動作モードの判断を行う。バックルスイッチがONからOFFに変化した場合、格納動作モードの開始と判断し、OFFからONに変化した場合、シートベルト装着補助モードと判断する。
メインECU1からドライバECU2,3への駆動制御は駆動開始時にコマンドを送ることで行う。コマンドではなく、モータに流す電流値目標と実際の電流値等を周期的にECU間で送受信するという方法もあるが、モータへの出力中に専用通信線が断線した場合に、制御不能となり、図8に示すような多様な信号波形パターンを最後まで出力することは不可能である。
よって、メインECU1はコマンドのみを送信し、コマンドごと対応するモードの電流パターンはドライバECU2,3に記憶させておく。図8に示すような電流パターンでモータを駆動させるように各モードの電流値またはDuty、通電時間をドライバECU2,3に記憶させておく。ドライバECU側が電流パターンのデータとモータの駆動制御機能を持つことで、メインECU1が動作していない場合でも、バックルスイッチの状態や現在作動中のモードなど各座席固有の情報のみでドライバECUが駆動モードを判断し、座席個々にモータを駆動制御することが可能となる。
図2は、本発明にかかるシートベルトリトラクタ装置の第二の実施例を示す構成図である。本実施例は、実施例1におけるメインECU1の機能をDR側ドライバECU2に持たせ、マスタECU4とした構成である。従って、特に説明しない各動作モードの内容(図8)、動作モード選択の条件(図9)及び動作モード実行の条件(図10)については、実施例1と同様である。またスレーブECU5は実施例1におけるAS側ドライバECU2と同様の構成である。
本実施例では、マスタECUを運転席側のモータ付きシートベルトリトラクタ8のモータと一体化させ、スレーブECU5を助手席側のモータ付シートベルトリトラクタ8と一体化させる。
実施例2におけるシステムの全体の機能概要を図6に示す。
マスタECU4は、実施例1のメインECU1における助手席側のリトラクタ関連の機能以外の機能とDR側ドライバECU2の機能を有する。以下、その機能を列挙する。CAN通信による車両情報を取得する機能。CAN通信を介さず、ブレーキペダルストロークセンサや運転席側シートベルトバックルスイッチ等、センサやスイッチから直接信号を読み取り、これらの状態を監視する機能。マスタECUと状態を監視するセンサや運転席側のスイッチやリトラクタの故障診断機能。取得した車両情報から、モータ付きシートベルトリトラクタを作動させる条件を判定する機能。専用通信線を介しての、スレーブECU5への動作要求機能及びスレーブECU5の状態監視機能。運転席側モータ付きシートベルトリトラクタ8のモータの制御機能。
スレーブECU5は、助手席側モータ付きシートベルトリトラクタ8のモータの制御機能、助手席側シートベルトバックルスイッチから直接信号を読み取り、その状態を監視する機能、助手席側リトラクタ及びスレーブECU5自身の故障診断機能、専用通信線を介して、マスタECU4へスレーブECU5情報を通知する機能を有する。
前述の通り、駆動するモードの条件判断は実施例1と同様である。マスタECU4は図9に示すフローチャートに従い条件判断を行い、モードに対応するコマンドを専用通信線を介して、スレーブECU5に送信する。スレーブECU5はこのコマンドを受信し、図10に示すフローチャートに従い条件判断を行い、助手席側のモータを判断した動作モードで駆動する。運転席側のモータの駆動に関しては、コマンドをECU間の専用通信線ではなく、同一のマイコン内でデータとして取り扱うだけの違いであり、図9、12に示す。フローチャートに従い条件判断を行う。
実施例2の構成は実施例1と比較して、運転席側への通信機能を必要とせず、ECUも2つになることが、コスト面で有利となる。しかし、運転席側のモータと一体化するECUがドライバECU2からマスタECU4へと機能を増やすこととなり、ECU自体が大型化するため、取り付け位置に必要とするスペースは大きくなる。
図3は本発明における実施例の一つの構成図である。実施例1での各座席のドライバECU2にバックルSWのON・OFFの情報を入力する方法に対して、実施例3おいては、バックルSWのON・OFFの情報をメインECU1に入力する。
実施例3におけるシステムの全体の機能概要を図7に示す。マスタECU4は、実施例1のメインECU1における機能に加えて、各座席のシートベルトバックルSWの信号を読み取り、これらの状態を監視する機能を有する。以下、その機能を列挙する。CAN通信による車両情報を取得する機能。CAN通信を介さず、ブレーキペダルストロークセンサや運転席側シートベルトバックルスイッチ等、センサやスイッチから直接信号を読み取り、これらの状態を監視する機能。メインECUの故障診断機能。取得した車両情報から、モータ付きシートベルトリトラクタを作動させる条件を判定する機能。専用通信線を介しての、ドライバECU2への動作要求機能及びドライバECU2の状態監視機能。
実施例1と同様にまず、メインECUはCANや直接の信号入力によって得られる車両情報によって、シートベルトを巻き取るべき状態を判断する。車両情報の内容は、車速・シフト位置・レーダ等で認知した他車両の接近情報・ドアの開閉情報・チャイルドシート装着フラグ・ブレーキの踏み込み量という実施例1と同様の情報に、実施例1ではドライバECUで処理していた各座席のバックルスイッチのON・OFFの情報が加わる。これらの情報から駆動するモードを判断し、そのモードに対応するコマンドをドライバECU2に専用通信線を介して送信する。ドライバECUではこのコマンドを受信し、コマンドに対応する動作モードでシートベルトリトラクタのモータの動作を制御する。条件判断に関しては実施例2のマスタECUと同様、図9、図10のフローチャートに従う。
実施例3では、実施例1と比較して、バックルSWの情報をメインECUで処理するため情報内容がタイムリーではなくなるが、バックルSWの状態を監視する機能がドライバECUではなく、メインECUにあるためドライバECUを小型化することができ、取り付け位置に必要とするスペースを抑えることができる。
実施例1、3におけるメインECU1はその機能をCAN通信機能を持つ他の車載システムのECUに組み込むことが可能である。例えば、車間距離を認識するシステムやブレーキアシストシステム、エアバックの制御システムのコントロールユニット等に本システムのメインECUの機能を組み込むことで、マイクロコンピュータや周辺回路を共有化することで同等の機能を保持し、部品点数を削減することができる。
また実施例1〜3では運転席と助手席の2座席のシートベルトを動作させるシステム構成を例としてあげたが、専用通信線でメインECUやマスタECUからドライバECU、スレーブECUをパラレルに接続することで、後部座席等シートベルトを動作させる座席を増やすことが可能である。
このように、パワー系のハーネス長が短くなり、これをノイズ源とする輻射ノイズを低減することができることから、モータ付きシートベルトリトラクタを、衝突時の乗員安全確保のためだけでなく、シートベルトの着脱時の快適性の補助等、通常時に繰り返して使用することが可能となる。また、その中で、衝突による断線時も座席個々のECUによりシートベルトの最低限の安全保持動作を行うことが可能となる。
モータ付シートベルトリトラクタと制御ECUの第一実施例を示す構成図。 モータ付シートベルトリトラクタと制御ECUの第二実施例を示す構成図。 モータ付シートベルトリトラクタと制御ECUの第三実施例を示す構成図。 従来技術を示す構成図。 実施例1におけるシステムの機能間の関係を表す概略図。 実施例2におけるシステムの機能間の関係を表す概略図。 実施例3におけるシステムの機能間の関係を表す概略図。 各動作モードにおけるモータの通電パターンの例を示す図。 メインECUの動作モード判断フローチャート。 ドライバECUの動作モード判断フローチャート。
符号の説明
1…メインコントロールユニット、2…運転席用ドライバコントロールユニット、3…助手席用ドライバコントロールユニット、4…マスタコントロールユニット、5…スレーブコントロールユニット、8…モータ付きシートベルトリトラクタ。

Claims (2)

  1. モータを制御することによってシートベルトの巻取りを行うシートベルトリトラクタ装置において、コントロールユニットの機能を複数のユニットに分散し、各座席ごとにモータとコントロールユニットを一体化させ、各コントロールユニット間を信号線のみで接続しており、座席ごとのコントロールユニットがモータ制御機能を持ち、各座席ごとに独立して動作可能であることを特徴とするシートベルトリトラクタ装置。
  2. 請求項1の装置において、車両情報を得ることが可能なコントロールユニットから各座席ごとに設置するユニットへの通信を、あらかじめ設定した動作パターンをコマンドで送ることで、車両の状態によって複数の動作パターンで動作することを特徴とするシートベルトリトラクタ装置。
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