JP2008521682A - フォースリミッタ - Google Patents

Abstract

安全装置用エネルギー吸収フォースリミッタは、第１の構成部材（５）と、第１の構成部材（５）に対して相対的に移動可能なシートベルトなどの第２の構成部材（２）とを含む。フォースリミッタは、例えば摩擦ブレーキ（４、５）によって第１の構成部材に対する第２の構成部材の相対的な移動を妨げる、エネルギー吸収および移動抵抗効果を有する。可調式制御要素（６）が上述のブレーキを駆動する。摩擦効果の大きさは、制御要素の調整の程度と、摩擦係数に影響を及ぼす、温度などの少なくとも１つのパラメータとの関数である。制御機構（９）は、移動に対する所望の抵抗を表す信号（１２）と少なくとも１つのパラメータを表す信号（１０、１１）とに応じて移動抵抗効果の大きさを制御する可調式制御要素（６）を調整する。

Description

発明の説明

本発明はフォースリミッタに関するものであり、より具体的には、自動車の安全装置などの安全装置とともに用いられ、あるいはかかる安全装置に組み込まれる、エネルギー吸収フォースリミッタとしての形態を有するフォースリミッタに関するものである。

自動車に設けられる例えばシートベルトなどの安全装置に関連して、フォースリミッタ、とりわけエネルギー吸収フォースリミッタを用いることが提案されている。フォースリミッタの機能は、所定の閾値を超える力がフォースリミッタにかかった場合に、エネルギーを吸収しつつ屈することである。自動車の乗員が、相当の相対速度においても、自動車のいかなる部位にもぶつからないように保証することが常に望ましい一方、これを達成するためにシートベルトを通して乗員の胴体に過度な力をかけることが望ましくないことも知られている。なぜなら大きな力がかかることによって自動車の乗員に怪我を負わせかねないからである。したがって、フォースリミッタの効果は、非常に高い加速度を安全ベルトによって自動車の乗員に与えた場合に、安全ベルトがわずかに屈する一方、フォースリミッタはエネルギーを吸収し、これによって乗員の負傷のリスクを最小限にすることである。

従来から様々な種類の、力を制限するエネルギー吸収装置が提案されていて、これらには、金属部品の変形を原理とするエネルギー吸収装置が含まれる。かかる装置は比較的簡素で、動作特性が非常に予測しやすいが、例えば、座席の乗員の体重や、座席における事故発生直前の乗員の位置などに応じた、吸収されるべきエネルギーの大きさの変更が容易でないといった欠点がある。

第１の構成部材と、第１の構成部材に対して相対的に移動可能な第２の構成部材とを含む、可調式フォースリミッタを設けることも提案されている。かかるフォースリミッタは、第１の構成部材に対する第２の構成部材の相対的な移動を妨げるエネルギー吸収および移動抵抗効果を生ずる装置を有する。英国特許公開第２，３８６，３５０号にはこのタイプのフォースリミッタが開示されていて、これによると、移動抵抗効果を得、エネルギーを吸収するために、摩擦力が利用されている。ある実施形態では、リトラクタリールのスプールがハウジングに対して相対的に移動し、複数のプレートから成る積層体を形成する一連の圧電プレートを膨張させることによって、摩擦効果をスプールの各部位に及ぼすことが可能である。複数の圧電プレートを膨張させるために制御信号が供給され、これによって摩擦力および移動抵抗効果が制御可能である。しかしながら摩擦力は、圧電プレートの膨張の程度だけで決定されるものではなく、摩擦係合されている各構成部材の温度にも左右される。かかる温度は摩擦係数の絶対値を変化させるからである。上述の装置には、したがって、制御ループが設けられ、これによると、望ましい「ベルト力」の値は、コンパレータにおいて、測定対象であるリールの「ベルト力」を表す値と比較される。かかる制御ループは比較的「低速」であるため、実際の事故では、言うまでもなく、正確で適切な方法によるエネルギー吸収の必要が事故発生直後に生じるところ、エネルギー吸収用の時間が、それ自体、きわめて短くなってしまう。このように、「低速」な制御ループは非常に不適当である。

本発明は改善されたエネルギー吸収フォースリミッタを提供することを目的とする。本発明のある側面によれば、安全装置用エネルギー吸収フォースリミッタは、第１の構成部材と、第１の構成部材に対して相対的に移動可能な第２の構成部材とを含み、また、本フォースリミッタは、第１の構成部材に対する第２の構成部材の相対的な移動を妨げるエネルギー吸収および移動抵抗効果を生ずる装置を有する。上記装置は可調式制御要素を有し、移動抵抗効果の大きさは、可調式制御要素の特定の調整の程度と、少なくとも１つのパラメータの現在値との関数である。また制御機構が設けられ、これによって、移動に対する所望の抵抗を表す信号と、上記の少なくとも１つのパラメータを表す信号とに応じて可調式制御要素が調整され、移動抵抗効果の大きさが制御される。

ある実施形態によれば、移動抵抗効果はすなわち摩擦効果に等しい。

他の実施形態によれば、移動抵抗効果はすなわち液圧効果に等しい。

さらに他の実施形態によれば、移動抵抗効果はすなわち変形効果に等しい。

移動抵抗効果が摩擦効果に等しい場合は、第２の構成部材の移動を妨げる装置をブレーキとするのが好ましく、可調式制御要素がブレーキ要素を駆動して、第２の構成部材である協働面、あるいは第２の構成部材とともに移動する協働面と係合させる。制御機構は、ブレーキ要素と協働面との摩擦係数を生ずるパラメータに関する信号に応じて制御を行う。好適には、制御機構は、安全ベルトの動作速度に関する少なくとも１つの信号と、ブレーキ要素の温度に関する信号とに応じて制御を行う。

あるいは、移動抵抗効果が液圧効果に等しい場合は、可調式制御要素を、シリンダ内のピストンの移動に対する抵抗を調整するバルブとするのが好ましく、制御機構は、シリンダ内の液圧用作動液の温度に応じて制御を行う。

移動抵抗効果が変形効果に等しい場合は、上述の構成部材の一方は、第１の構成部材に対する第２の構成部材の相対的な動きに応じて他方の構成部材の一部を変形させるよう配置された１つ以上のエレメントに連動するとよい。可調式制御要素は、それぞれの構成部材が動く際の変形の程度を調節する。制御機構は、変形される上記の他方の構成部材の一部の温度に応じて制御を行う。

好適には、第２の構成部材がブレーキである場合、ブレーキ要素は少なくとも１つの摩擦面を有し、第２の構成部材は少なくとも１つの協働面を有する。摩擦面と協働面とは、上記の第２の構成部材が第１の構成部材に対して摩擦面に平行な方向に所定の相対的な動作をしている間、互いに直に隣接している。フォースリミッタ装置は、上記の各面を互いに押し合わせる垂直抗力（Ｆ_Ｎ）を加える力作用機構を含む。これによって、第１および第２の構成部材間に、上記の動作の方向と平行な摩擦力（Ｆ_Ｎ）を生成する。制御機構は、所望の摩擦力を表す値（Ｆ_ｆｄ）を提供する計算手段を有して所望の移動抵抗効果を達成し、上記の各構成部材の相対的な動きを防止する。制御機構は、ブレーキ要素と協働面との摩擦係数を生ずるパラメータに関する上記の信号を提供する装置と連動する。力作用機構は、上記の所望の摩擦力の値（Ｆ_ｆｄ）と、上記のパラメータを表す値とに応じて制御される。

したがって、本発明の第２の側面によれば、エネルギー吸収フォースリミッタ装置は、互いに対して相対的に移動可能な第１および第２の構成部材を含み、これら構成部材の一方は少なくとも１つの摩擦面を有し、他方は少なくとも１つの協働面を有し、摩擦面と協働面とは、一方の構成部材が他方の構成部材に対して摩擦面に平行な方向に所定の相対的な動作をしている間、互いに直に隣接している。フォースリミッタ装置は、上記の各面を互いに押し合わせる垂直抗力（Ｆ_Ｎ）を加える力作用機構を含む。これによって、第１および第２の構成部材間に、上記の動作の方向と平行な摩擦力（Ｆ_ｆ）を生成する。また、所望の摩擦力を表す値（Ｆ_ｆｄ）を提供して所望の移動抵抗効果を達成し上記の各構成部材の相対的な動きを防止する装置が設けられている。さらに、摩擦面と協働面との摩擦係数に影響を及ぼす少なくとも１つのパラメータを表す少なくとも１つの信号を提供する装置が設けられている。力作用機構は、上記の所望の摩擦力の値（Ｆ_ｆｄ）と、上記のパラメータを表す値とに応じて制御される。

ある実施形態では、上記のパラメータを表す上記の少なくとも１つの値を提供する装置は、第１および第２の構成部材間における、上記の摩擦面に平行な方向の相対速度を表す値を提供する装置である。

好適には、上記のパラメータを表す少なくとも１つの値を提供する装置は、上記の２つの構成部材の少なくとも一方の温度を表す値をも提供する。

ある具体的な実施形態では、この装置はさらに、上記の各面を互いに押し合わせる垂直抗力の測定装置を含む。またフィードバックループがあり、これによって力作用機構を制御して、所望の摩擦力（Ｆ_ｆｄ）を得るのに必要な所望の力（Ｆ_Ｎｄ）に実質的に等しい力（Ｆ_Ｎ）を、力作用機構から加えさせる。

他のある実施形態では、フォースリミッタ装置は、計算された所望の垂直抗力（Ｆ_Ｎｄ）と、実際に加えられた力（Ｆ_Ｎ）との差に応じて力作用機構を制御する制御装置を含む。

好適には、所望の垂直抗力（Ｆ_Ｎｄ）は、所望の摩擦力（Ｆ_ｆｄ）から計算される。

さらに他の実施形態では、力作用機構は、所望の摩擦力（Ｆ_ｆｄ）と、加えられた力（Ｆ_Ｎ）から計算された実際の摩擦力（Ｆ_ｆ）との差に応じて制御される。

フォースリミッタ装置は、自動車安全システム用のものとしてよい。

フォースリミッタは安全ベルト装置に含まれるのが望ましい。

ある実施形態では、上記の構成部材の一方は、安全ベルトである。

他の実施形態では、上記の構成部材の一方は、安全ベルトリトラクタのスプールの一部である。

所望の摩擦力（Ｆ_ｆｄ）は、所望のベルト力（Ｆ_ｂｄ）に応じて決定されるのが好ましい。好適には、所望の摩擦力（Ｆ_ｆｄ）を、感知された複数のパラメータから計算する計算手段が設けられている。

有利なことには、上記のパラメータには、２人以上の乗員の体重、乗員の位置、衝突の激しさ、および膨張するエアバッグによって座席乗員が受ける衝撃力が含まれている。

力作用機構は積層形圧電素子としてよく、あるいは、力作用機構を液圧ピストン装置としてもよい。

本発明をよりよく理解し、その他の特徴をも理解するため、本発明を、以下、添付図面を参照しながら例を挙げて説明する。

本発明を、まず、自動車の安全ベルトを含む例を主に参照しながら説明するが、本発明によるフォースリミッタ装置は、とりわけ車両の安全装置の分野にて、他の用途にも用いられることを了解されたい。

以下説明する本発明の各実施形態では、事故時に座席乗員の動きを制限しエネルギーを吸収するために安全ベルトによって提供されることとなる所望の移動抵抗効果を決定する装置が設けられる。所望の移動抵抗効果とは、後の説明によって明らかにするが、座席乗員の体重や、自動車のダッシュボードまたはステアリングホイールに対する座席乗員の相対的な位置などの、１つ以上のパラメータから計算および決定してよく、事故の深刻度に応じても変化させてよい。事故の深刻度は、事故に遭った自動車の速度、あるいは、事故に遭った自動車と他方の自動車または物体との相対速度に相当する。また、所望の移動抵抗効果は事故の過程において変化させてよく、所望の移動抵抗効果は、例えば膨張するエアバッグによって座席乗員が衝撃を受ける瞬間に減少する。

本発明の実施形態には、ブレーキ要素を直接、安全ベルトまたは安全ベルトを巻くリトラクタスプールに作用させる、フォースリミッタ装置またはブレーキ装置を備えたものもある。ブレーキ要素は、摩擦効果を有しこれによって安全ベルトの移動を妨げる力を用いて、所望の方法で作用し、所望の移動抵抗効果を提供する。また、複数の協働要素の摩擦係数を変化させる少なくとも１つのパラメータを感知する少なくとも１つのセンサが設けられている。これら協働要素により、効果的な摩擦係数を見積もることができその結果ブレーキ要素がリトラクタスプールまたは安全ベルトに十分な力で作用する、摩擦効果が提供される。これは、安全ベルトによって提供されることとなる所望の移動抵抗効果が得られるように決定された摩擦係数を考慮して提供される。低速な制御「ループ」は存在せず、したがって所望の移動抵抗効果が迅速に得られる。

まず添付図面の図１を参照すると、リトラクタスプール１が示され、リトラクタスプールはこれに巻かれたシートベルト２を有する。シートベルト２は図示するようにブレーキ装置３を通過している。ブレーキ装置は、安全ベルトの一方の側面に設けられた保持ブロック４と、安全ベルトの他方の側面に設けられた可動式ブレーキ要素５とを含む。ブレーキ要素５はアクチュエータ６によって保持ブロック４に向かって動くことができ、これによってブレーキ要素５に存する摩擦面と保持ブロック４との間で安全ベルト２の一部を挟む。アクチュエータ６は、例えば、積層形圧電素子で構成された可調式中央要素としてよいが、他のタイプのアクチュエータを用いてもよい。このアクチュエータは、ブレーキ要素５によって安全ベルト２に加えられる垂直抗力Ｆ_Ｎを生成するように設計されている。図中の実施形態では、力センサ７はアクチュエータ６とブレーキ要素５との間に設置され、これによって、アクチュエータによって要素５に実際に加えられる力Ｆ_Ｎを感知する。

加えられた垂直抗力Ｆ_Ｎを表す力センサ７の出力は、差動増幅器８の一方の入力に接続されている。差動増幅器８への他方の入力は、後述の制御ユニット９に接続されていて、差動増幅器８の出力は、アクチュエータ６への制御信号を提供する。

制御ユニット９は差動増幅器８への制御信号を生成する制御機構であり、この制御信号は、安全ベルト２に加えるべきＦ_Ｎｄすなわち所望の垂直抗力を表す。上述のように、所望の垂直抗力Ｆ_Ｎｄは、所望の移動抵抗効果が達成された状態を生ずる複数のパラメータから計算される。このように、制御ユニット９は、ベルト速度センサ１０と連動する。ベルト速度センサ１０は光センサとしてよく、これは安全ベルトの動作速度２を感知する。センサ１０は図示するように安全ベルトの一部に隣接しているが、このセンサによって、例えばリトラクタスプール１の回転速度を測定してもよい。なぜなら、スプール１の回転速度は安全ベルト２の実際の速度に密接に関連しているからである。制御ユニット９は温度センサ１１とも連動していて、温度センサ１１はブレーキ要素の温度５を感知するように設置されている。

制御ユニット９は計算手段１２とも連動していて、これは所望の摩擦力Ｆ_ｆｄを計算する。所望の摩擦力とは、必要な移動抵抗効果の大きさである。所望の摩擦力Ｆ_ｆｄが高い場合には、非常に小さな動きしか許容されない大きな移動抵抗効果が得られる一方、所望の摩擦力Ｆ_ｆｄが低い場合には、移動に対するより小さな抵抗しかないために、より大きな動きが許容されることとなる。計算手段１２は、他のセンサから到来する複数の異なる入力信号に応じて、所望の摩擦力Ｆ_ｆｄを計算可能である。図中の実施形態では、乗員の体重を感知して入力信号ｍを計算手段１２に与えるセンサ１３が設けられている。他のセンサ１４は、自動車のダッシュボードまたはステアリングホイールに対する乗員の相対的な位置を感知する。したがってセンサ１４は、乗員が前方に偏った位置にいると、特定の信号を生成する。乗員の位置センサ１４は、信号Ｘを計算手段１２に与える。

他のセンサ１５は信号ｖ_ｃｒを生成し、これは計算手段１２に入力される。信号ｖ_ｃｒは、何らかの方法によって個別の衝突の激しさを表す。センサ１５はしたがって、例えばドップラーレーダとしてよく、これは、上述のフォースリミッタが設置された自動車と、その自動車が衝突しようとしている物体との相対速度を測定するのに利用される。

他のセンサ１６は、自動車の乗員と膨張するエアバッグとの相互作用を感知する。相互作用センサはしたがって、エアバッグに座席乗員が衝突することによって生じるエアバッグ内の圧力の急激な上昇を感知するよう設計されたセンサとしてよい。

以上の段落では、適切なセンサ１３〜１６の様々な具体例について概説したが、多くの他のタイプのセンサを利用して上述の個々の機能を実現してもよいことに留意されたい。また、いずれにせよ上述のセンサ群は、所望の摩擦力Ｆ_ｆｄを計算する計算手段１２に入力信号を与えることが可能なセンサ群の例にすぎない。

ブレーキ要素５と安全ベルト２との間には摩擦係数μがあることに留意されたい。この摩擦係数は、センサ１０が感知するベルトの速度に応じて変化する。また上述の実施形態では、センサ１１が感知するブレーキ要素の温度５によっても変化する。

ブレーキ要素５によってベルトに実際に加えられた力Ｆ_ｆと、計算された所望の力Ｆ_ｆｄとを比較することも可能であることに留意されたい。かかる比較は制御ループの一部を構成可能であるが、かかる制御ループの実行には比較的時間がかかり、また、ベルトに実際に加えられた力Ｆ_ｆを測定する何らかの種類のセンサも必要となる。

以上のように、ベルトに加えられる垂直抗力Ｆ_Ｎを測定することは適切であると考えられてきた。またこのことから、実際の摩擦力Ｆ_ｆの算出値は、次の式によって計算可能である。

Ｆ_ｆ＝μ・Ｆ_Ｎ
この算出値Ｆ_ｆは次に、Ｆ_ｆｄと比較可能である（図２参照）。かかる制御装置は制御ループより迅速に実行されるが、μは定数でなく、上述の実施形態に示すベルト速度および温度などのパラメータに応じて変化することを理解されたい。

ここで図１に戻ると、同図では、Ｆ_ＮｄはＦ_Ｎと比較されるのではなく、制御ユニット９において所望の摩擦力Ｆ_ｆｄを値μで除算することにより、Ｆ_Ｎｄが決定される。値μは、測定されたベルト速度ｖおよび測定された温度Ｔに応じて決定される。すなわち、Ｆ_Ｎｄ=Ｆ_ｆｄ／μ（ｖ，Ｔ）である。

事故時には計算手段１２にセンサ１３〜１６から信号が与えられ、これら信号は、乗員の体重、乗員の位置および衝突の激しさの予測値を示し、また、座席乗員がいつエアバッグと接触し始めたかをも示す。乗員がエアバッグと接触し始める前に計算手段が生成する出力である所望の摩擦力Ｆ_ｆｄは、所望の移動抵抗効果の大きさを意味し、この大きさは、乗員、乗員の体重、位置および衝突の激しさに応じて変動する。乗員が膨張するエアバッグに接触し始めた後、所望の摩擦力Ｆ_ｆｄは変化し、これによって乗員とエアバッグとの相互作用が酌量される。

所望の摩擦力信号Ｆ_ｆｄは、したがって、事故発生当初は比較的高い値としてよく、この値は、膨張するエアバッグに座席乗員が接触し始める事故の後続の時間帯では、低下させてよい。

事故発生中、座席乗員が自動車に対して相対的に前方に動き始めると、シートベルトはリトラクタから巻き出される。ベルトの移動速度はベルト速度センサ１０で測定され、適切な信号が制御ユニット９に与えられる。ベルトはブレーキ要素５の領域において、ブレーキ要素５の摩擦面に平行に移動する。後に明らかになるように、事故発生中、ブレーキ要素５は移動するシートベルト２の上面に強力に押圧され、これによって、移動するシートベルトをブレーキ要素５と保持ブロック４とで挟む。ブレーキ要素５は摩擦力によって、シートベルトの動きを妨げるように機能しエネルギーを吸収するため、ブレーキ要素５の温度が上昇する。これによってブレーキ要素５と安全ベルト２との摩擦係数が変化する。ブレーキ要素の温度はセンサ１１で感知され、適切な信号が制御ユニット９に与えられる。制御ユニット９は、事故発生中一貫して、当初、感知された温度および感知されたベルト速度から、μの瞬時値、および、ブレーキ要素５と移動するシートベルト２との摩擦係数を計算する。μの瞬時値を用いれば、瞬間的な所望の摩擦力の値Ｆ_ｆｄと摩擦係数の値μとを処理することにより、垂直抗力Ｆ_Ｎｄの瞬間的な所望の値が計算される。瞬間的な所望の垂直抗力値Ｆ_Ｎｄは差動増幅器に与えられ、差動増幅器の出力がアクチュエータ６に接続されることによって、センサ７が感知する力が所望の垂直抗力Ｆ_Ｎｄの瞬時値に一致するまで、アクチュエータ６が提供する力が増大する。

仮に、事故発生中、所望の垂直抗力Ｆ_Ｎｄの瞬時値が上昇または低下しても、差動増幅器８およびセンサ７の効果により、アクチュエータ６には常に、実際に加えられる力Ｆ_Ｎを所望の垂直抗力Ｆ_Ｎｄの瞬時値に整合させる適切な制御信号が確実に与えられるということを理解されたい。

このように差動増幅器の効果は、制御ユニット９が生成した所望の垂直抗力Ｆ_Ｎｄと、センサ７が測定した実際に加えられた力Ｆ_Ｎとの差に応じてアクチュエータを制御することである。

上述の実施形態では、ベルト速度および温度の両方が感知されるということを理解されたい。しかし、ブレーキ要素の温度５の上昇の結果生じる摩擦係数の変化の程度が、最小になる状況もあることが想像される。またその結果、ベルト速度センサ１０のみが適切なものとなる。他の装置では、ブレーキ要素の温度５は、周辺の温度と、時間の関数である吸収されたエネルギー（ｖ・Ｆ_ｆ）とから計算してよい。

ここで添付図面の図２に戻ると、本発明の変形実施形態では、変形した制御ユニット９’を利用してよく、制御ユニットと装置内の他の各要素との相互接続も変更している。

図２の実施形態においても、好ましくは積層形圧電素子の形態を有するアクチュエータ６が存在し、これはブレーキ要素５を偏らせてシートベルト２に接触させる。アクチュエータ６とブレーキ要素５の摩擦面との間には力センサ７が存在する。本実施形態においても、シートベルト速度検出器１０と、ブレーキ要素の温度５を感知する温度センサ１１とが設けられている。加えられた垂直抗力Ｆ_Ｎを感知するセンサ７の出力は制御ユニット９’に接続されていて、制御ユニット９’はベルト速度センサ１０および温度センサ１１からの信号も受信する。制御ユニット９’は、加えられた摩擦力Ｆ_ｆを、センサ７が感知したＦ_Ｎと、センサ１０および１１が感知するベルト速度および温度に応じて変動するμの算出値との関数として計算する。

すなわち、Ｆ_ｆ＝Ｆ_Ｎ−μ（ｖ，Ｔ）である。

制御ユニット９’の出力は、直接に差動増幅器８への一方の入力となり、差動増幅器８への他方の入力は、所望の摩擦力Ｆ_ｆｄを計算する計算手段１２から到来する。差動増幅器８の効果は、アクチュエータによって加えられる力Ｆ_Ｎを、計算された摩擦力Ｆ_ｆが所望の摩擦力Ｆ_ｆｄに等しくなるよう、確実に調整することである。

したがって、本発明のこの実施形態では、アクチュエータは、所望の摩擦力Ｆ_ｆｄと、ベルトに加えられた摩擦力Ｆ_ｆとの差に応じて制御される。摩擦力Ｆ_ｆは、この実施形態の場合、ブレーキ要素５をベルトに接触させるように加えられる垂直抗力Ｆ_Ｎから計算される。

図３には、本発明の他の変形実施形態をさらに示す。図３の実施形態に設けられる制御ユニット９’’は、アクチュエータ６を直接制御するよう接続されている。アクチュエータ６はブレーキ要素５に直接作用し、ブレーキ要素５の摩擦面を安全ベルト２に接触させる。制御ユニット９’’は第１の入力信号を、所望の摩擦力Ｆ_ｆｄを計算する計算手段１２から受信する。制御ユニット９’’は入力信号を、ベルト速度センサ１０と、ブレーキ要素の温度５を感知する温度センサ１１とからも受信する。本発明のこの実施形態について理解されたいことは、アクチュエータ６によってブレーキ要素５に加えられる垂直抗力Ｆ_Ｎは事実上測定されず、所望の垂直抗力を示す生成された信号Ｆ_Ｎｄに応じてアクチュエータが制御されるということである。この信号は、所望の摩擦力信号Ｆ_ｆｄを、感知されたベルト速度および温度に応じて計算されるμの瞬時値で除算することによって計算される。

すなわち、Ｆ_Ｎｄ＝Ｆ_ｆｄ／μ（ｖ，Ｔ）である。

図３の装置はしたがって、フィードバックループを一切含まず、直接制御を行う。

図１から図３までに示す本発明の実施形態では、ブレーキ要素５が設けられ、これが、移動する安全ベルトに直接作用する摩擦面を有する。その他の技術を用いて安全ベルトに摩擦効果を加えてもよいことは言うまでもない。

次に添付図面の図４を参照すると、リトラクタスプール２０の一部がスピンドル２１を含めて図示されていて、スピンドル２１には安全ベルト２２の一部が巻かれている。スピンドルの端部はフランジ２３になっている。ブレーキ装置２４は、このフランジに隣接して設けられている。ブレーキ装置２４はアクチュエータ２５を含み、これは上述の積層形圧電素子のタイプとしてよく、可調式中央要素として機能し、加えられる力のセンサ２６と連動している。力のセンサ２６によって、アクチュエータ２５はブレーキ支持体２７から分離されている。ブレーキ支持体は環状ブレーキ要素２８を支持している。ブレーキ要素２８の有効直径Ｒ_１はフランジ２３の直径に等しい。スピンドル２１の有効直径（スピンドルの中心から安全ベルトの最も外側の巻き周まで）Ｒ_２は、スプールにおける安全ベルトの増加量に伴って増大すると考えてよい。
上述の実施形態では、様々なセンサが設けられ、温度センサ２９を用いて得られる環状ブレーキ要素２８の温度や、安全ベルト３０の移動速度を、それぞれ感知する。その他、スプール２１から巻き出された安全ベルトの長さを長さセンサ３１で感知し、これによってＲ_２のいかなる時点における実際の値も計算可能である。これらセンサの出力は、制御ユニット３２に接続されていて、制御ユニット３２は、積層形圧電素子として実施されている可調式制御要素の調整を行う。制御ユニット３２は制御信号Ｆ_Ｎｄを生成し、これは、アクチュエータ２５によって加えるべき所望の垂直抗力である。この所望の垂直抗力は、ベルトの速度、温度、および、リトラクタから巻き出されたベルトの長さの関数であり、これによって実現すべき所望の移動抵抗効果を得る。制御ユニット３２からの信号は差動増幅器３３に供給され、差動増幅器３３は、センサ２６に接続された第２の入力を有し、センサ２６は、アクチュエータ２５によって加えられる垂直抗力Ｆ_Ｎを感知する。差動増幅器の出力は、アクチュエータ２５の制御入力端子に接続されている。

ベルト２に加えられる、エネルギーを吸収するための力Ｆ_ｂは、次の式によって決定してよい。
Ｆ_ｂ−Ｒ_２＝Ｆ_ｆ−Ｒ_１
ここでＦ_ｆは、半径Ｒ_１を有する環状ブレーキ要素２１によって加えられる摩擦力である。巻き出されたベルト長さｌによってＲ_２が定まることは言うまでもない。すなわち、
Ｆ_ｆ＝Ｆ_ｂ−Ｒ_２（ｌ）／Ｒ_１
Ｆ_Ｎｄ＝Ｆ_ｆｄ／μ＝Ｆ_ｂｄ−Ｒ_２（ｌ）／Ｒ_１−μ（ｖ，Ｔ）
である。

図４に示す実施形態の動作において、事故時に安全ベルト２がスピンドル２１から巻き出されることを理解されたい。したがってスプール２０は回転する。するとフランジ２３も、ブレーキ要素２８の摩擦面に平行な平面において回転する。アクチュエータ２５が駆動されると、ブレーキ支持体２７はフランジ２３へ向かって動き、ブレーキ要素２８の摩擦面は、回転しているフランジに接触する。これによって所望の摩擦効果をフランジに与え、安全ベルト２２の巻き出しを阻止し、エネルギーを吸収する。摩擦効果は、上述のように、制御ユニット３２によって制御される。

図５には本発明のさらに他の実施形態を示し、同実施形態では、積層形圧電素子を含むアクチュエータに代えて、液圧ピストン装置を利用する。

図５の装置にもリトラクタ１が設けられ、これにシートベルト２が巻かれている。シートベルトはブレーキ装置３を通過し、ブレーキ装置３は、安全ベルトの一方の側面に保持ブロック４を含み、安全ベルトの他方の側面に可動式ブレーキ要素５を含む。ブレーキ要素５は、液圧用作動液が供給されるシリンダの形態を有する液圧アクチュエータ４０と連動し、シリンダはピストンを含み、ピストンに対してブレーキ要素５が設置されている。これにより、ブレーキ要素５は、ブレーキ要素の摩擦面が安全ベルト２に接触するように動作可能である。液圧ポンプ４１は自動フィードバックループ４２に接続されていて、これは可制御バルブ４３を含み、フィードバックループ４２の一部は、接続線４４によって液圧シリンダ４０に接続されている。バルブ４３は可調式制御要素である。バルブ４３の開度を制御することによって、シリンダ４０内の液圧用作動液の圧力を調節可能であるため、制動力を調節可能であり、移動抵抗効果が制御可能である。コントローラ４５は、所望の摩擦力Ｆ_ｆｄを計算する計算手段４６（上述の実施形態で述べた計算手段１２と同等のもの）と、ベルト速度を感知する他のセンサ４７と、ブレーキ要素の温度５を感知するさらに他のセンサ４８とから入力信号を受信する。計算手段４５は、シリンダ４０内に生じるべき所望の圧力Ｐ_ｄを計算する。所望の圧力信号Ｐ_ｄは、Ｆ_ｆｄ、ベルト速度および温度の関数である。

所望の圧力信号Ｐ_ｄは差動増幅器４９に与えられ、差動増幅器４９への他の入力は、シリンダ４０内に設けられた圧力センサ５０から到来する。差動増幅器からの出力によって可調式バルブ４３を制御して、液圧シリンダ４０内の圧力を、プロセッサ４５で計算された所望の圧力Ｐ_ｄと等しくする。

単に本発明の理解を容易にするため、図６にグラフ図を示し、これは、ベルト速度の上昇に伴う摩擦力の典型的な変化を示す曲線である。図７は温度の変化に伴う摩擦力の変化を示す曲線であり、一方の曲線は、ベルトの巻き出し速度がゼロの場合の静止摩擦力を示し、他方の曲線は、ベルトの巻き出しが一定速度で行われる場合を示し、ここではベルト巻き出し速度は毎秒１０メートルである。

これまでの実施形態はすべて摩擦効果に依存して移動に対する所望の抵抗を達成するものであるが、異種の装置によって移動に抗してもよいことを理解されたい。例えば移動抵抗を行う装置の一例として、図８および図９に示すように、フォースリミッタの一部材の塑性変形に依存するものとしてもよい。

図８はエネルギー吸収装置６０を示し、エネルギー吸収装置６０は、自動車構造の一部に連結される第１の固定手段６１と、第２の固定手段６２とを有し、第２の固定手段６２は、例えば安全ベルト用のピラーループに連結され、あるいは、安全ベルトバックルとの接続に用いられる。後述するように、この装置の長さは、移動に対する所望の抵抗および吸収されるエネルギーに応じて、増大させてよい。

第１の固定手段６１は伸長プランジャ要素６３に接続されている。プランジャ要素６３は、複数の全体的に平行なフィンガ部６４で形成された、軸方向に伸長しているシュテム部を有する。フィンガ部６４は、固定手段６１から離れている端部において、放射状に外側に向けられたフランジ６５を移動させる。フランジ６５の後方にはヘッド部６６がある。ヘッド部は複数の分岐したフィンガ部６７を含み、これらは遠端部において端部プレート６８を移動させる。図８には直径をはさんで対置している２つのフィンガ部６７のみを示すが、実際には複数のフィンガ部が近接して隣り合っている。

シュテム部６３のフィンガ部６４によって、フランジ６５の近傍では駆動モータ６９が移動する。駆動モータ６９はプランジャ６３の軸に沿って移動し、フィンガ部６４の端部に包囲されている。駆動モータ６９をネジ溝付きロッドが通過していて、これは軸方向に延伸している。ネジ溝付きロッドはフランジ６５に形成された開口を通過した後に広がって、複数の分岐フィンガ部７１を形成する。それらのうち１つのみを図８に示している。複数の分岐フィンガ部７１は複数の分岐フィンガ部６７間で伸長していて、環状部７２を移動させ、環状部７２はヘッド６８のフィンガ部６７の外側を包囲している。この環状部はフランジ状の形状を有する。複数のボール７３が設けられていて、これらは、フランジ状環状部７２と、シュテム６５の頭部において移動するフランジ６５との間に配置されている。

上述のプランジャ６３全体が、全体として管状のハウジング７４に包含されている。ハウジング７４は、「軟性」の金属などの、塑性変形可能な金属で形成されている。

ハウジングの一端には開口７５が形成されていて、プランジャ６３のシュテム６４は、ハウジングから、フランジ６５によって出現し、これによって固定手段６１が使用しやすくなる。ハウジングの他端７６は固定手段６２に接続されている。ということに留意されたい。フランジ６５、環状部７２および端部プレート６８の直径はそれぞれ、プランジャ全体が管状ハウジング７４内で動くことができるように決められている。プランジャは当初、図示しない脆弱な要素によって適切に保持されることとなる。

仮に固定手段６２に十分な力が加えられて脆弱な要素を破壊した場合、円筒形ハウジングは、プランジャ６３に対して相対的に移動しようとする。またボール７３は、ヘッド６６の分岐フィンガ部６７に沿って、図８に示す距離「ｄ」にわたって、ボールがフランジ状環状部７２に契合するまで移動可能になる。ボールがフィンガ部に沿って移動すると、ボールは、管状ハウジング７４の軸に対して相対的に、放射状に外側に向かって動き、これにより、ハウジング７４の側壁が変形し始める。ボールが環状部７２に接触しても、プランジャ６３は依然としてハウジング７４から引き出され続け、これが引き出される間、ボールは効果的にハウジングに沿って移動し、ハウジングの側壁の材料を変形してエネルギーを吸収する一方、固定手段６２に移動に対する抵抗を提供することにより、固定手段に連結されるあらゆる安全ベルトの移動を妨げる。

ボールがハウジング７４の側壁を変形させる程度およびそれに応じた移動に対する抵抗の大きさと、吸収されるエネルギーの大きさとは、調整可能であることに留意されたく、これは、モータ６９を駆動してヘッド６６に対する環状部７２の相対的な位置を制御することによって行われる。このように、環状部７２は可調式制御要素として作用する。移動抵抗効果の大きさは、環状部７１の軸方向における特定の調整の程度の関数だからである。したがって、環状部７２の位置を調整することによって、所望の移動抵抗効果を達成可能である。ただし、移動抵抗効果はハウジングの材料の温度や、ハウジングの軸に沿ったボールの実際の移動速度にも左右される。

したがって、図９に示すように、制御ユニット７８を設けてモータ６９を制御する。この制御ユニットは、所望の制限力（Ｆ_ｌｄ）を計算する計算手段７９から入力を受け、制限力（Ｆ_ｌｄ）は無論、所望の移動抵抗効果に関連している。制御ユニットも、温度センサ８０およびベルト速度センサ８１に接続されている。モータ６９は制御されて、ヘッド６６の分岐フィンガ部６７で構成される斜面またはくさび部に沿った所望の移動範囲（ｄ_ｄ）を、ボール７３に与える。所望の移動範囲（ｄ_ｄ）は、必要な移動抵抗効果を生ずる所望の制限力（Ｆ_ｌｄ）と、固定手段６１・６２間の速度（ｖ）と、ハウジングの材料の温度（Ｔ）との関数である。

図１０はエネルギー吸収ユニット８２が設けられた、本発明の他の実施形態を示す。エネルギー吸収ユニット８２は、自動車に連結される第１の固定手段８３と第２の固定手段８４とを有し、第２の固定手段は例えばピラーループまたはシートベルトバックルに連結してよい。第１の固定手段は液圧シリンダ８５に接続され、これには「バイパス」ループ８６があり、バイパスループは制御バルブ８７を介してシリンダの両端部を接続している。液圧シリンダ内のピストン８８はピストンロッド８９を有し、これはシリンダから第２の固定手段８４まで延伸している。第２の固定手段８４は、バイパスおよび制御バルブ８７を流れる液圧用作動液流によって、第１の固定手段８３に対して相対的に移動可能である。制御バルブの有効断面積を制御することによって、第１の固定手段８３に対する第２の固定手段８４の移動に対する抵抗の強さを制御可能である。しかし移動に対する抵抗は、第１の固定手段８３に対する第２の固定手段８４の相対的な移動速度（ｖ）の関数であり、液圧用作動液の温度にも影響を受ける。

したがって図１０の実施形態では、制御ユニット８８が設けられ、これによってバルブ８７を制御して、バルブを流れる作動液用の所望の流積（Ａ_ｄ）を提供する。制御ユニットは計算手段８９と連動する。所望の流積（Ａ_ｄ）は、移動に対する所望の抵抗を生ずる所望の制限力（Ｆ_ｌｄ）の関数である。したがって制御ユニットは、この値を生成する計算８９である。また制御ユニットは、第１の固定手段８３に対する第２の固定手段８４の相対的な移動速度を表す入力信号を生成する装置９０と、温度を表す信号を生成する装置９１とを有する。

以上、本発明を、摩擦効果および液圧効果によって移動を妨げる実施形態を参照して説明したが、本発明の他の実施形態では、移動に対する抵抗を電磁効果で制御してもよく、例えばソレノイド内のコアの動きを制御し、あるいはパイプ内の液体の動きを制御する電磁制御要素を用いてよい。

本明細書および特許請求の範囲において「含む」「含んでいる」およびこれらを変形した用語を用いるときは、特定の特徴、工程または数値を包含することを意味する。これらの用語によって、他の特徴、工程または構成部材の存在が除外されると解されるものではない。

本明細書、特許請求の範囲または添付図面にて開示した特徴であって、特定の形態によって表現し、あるいは、開示された機能を実行する手段を表す用語または開示された結果を適切に達成する方法もしくは工程を表す用語によって表現した特徴は、個別に用いることにより、あるいはこれら特徴を任意に組み合わせて用いることにより、本発明を、その様々な実施形態で実現してよい。

本発明の１つの実施形態を示す概略ブロック図である。 本発明の変形した実施形態を示す、図１と部分的に共通するブロック図である。 本発明のさらに他の実施形態を示す、図１と部分的に共通する変形ブロック図である。 本発明のさらに他の実施形態を示す、一部が概要、一部がブロックの図である。 本発明のさらに他の実施形態を示す、一部が概要、一部がブロックの図である。 説明を目的としたグラフ図である。 更なる説明を目的とした他のグラフ図である。 本発明の他の実施形態の駆動部分を示す概略図である。 他の条件下における図８の駆動部分と制御装置とを示す、図８に対応する概略図である。 本発明のさらに他の実施形態を示す概略図である。

Claims (25)

1. 第１の構成部材（５、６３、８５）と、第１の構成部材に対して相対的に移動可能な第２の構成部材（２、７４、８９）とを含む安全装置用エネルギー吸収フォースリミッタにおいて、該フォースリミッタは、第１の構成部材に対する第２の構成部材の相対的な移動を妨げるエネルギー吸収および移動抵抗効果を生ずる装置（４、５、６、７；６７、６９、７３；８６、８７、８８）を含み、前記装置は可調式制御要素（６、６９、８７）を有し、前記移動抵抗効果の大きさは、前記可調式制御要素の特定の調整の程度と、少なくとも１つのパラメータの現在値との関数であり、移動に対する所望の抵抗を表す信号（１２、７９、８９）と前記少なくとも１つのパラメータを表す信号（１０、１１；８０、８１；９０、９１）とに応じて前記移動抵抗効果の大きさを制御する前記可調式制御要素を調整する制御機構（９、６２、８８）が設けられることを特徴とするフォースリミッタ。
2. 請求項１に記載のフォースリミッタにおいて、前記移動抵抗効果は摩擦効果であることを特徴とするフォースリミッタ。
3. 請求項１に記載のフォースリミッタにおいて、前記移動抵抗効果は液圧効果であることを特徴とするフォースリミッタ。
4. 請求項１に記載のフォースリミッタにおいて、前記移動抵抗効果は変形効果であることを特徴とするフォースリミッタ。
5. 請求項２に記載のフォースリミッタにおいて、第２の構成部材の移動を妨げる前記装置はブレーキ（４、５）であり、前記可調式制御要素（６）はブレーキ要素（５）を駆動して、第２の構成部材（２）である協働面、あるいは第２の構成部材（２）とともに移動する協働面と係合させ、前記制御機構（９）は、前記ブレーキ要素と協働面との摩擦係数を生ずるパラメータに関する信号（１０、１１）に応じて制御を行うことを特徴とするフォースリミッタ。
6. 請求項５に記載のフォースリミッタにおいて、前記制御機構は、安全ベルトの動作速度に関する少なくとも１つの信号（１０）と、前記ブレーキ要素の温度に関する信号（１１）とに応じて制御を行うことを特徴とするフォースリミッタ。
7. 請求項２に記載のフォースリミッタにおいて、前記可調式制御要素は、シリンダ（８５）内のピストン（８８）の移動に対する抵抗を調整するバルブ（８７）であり、前記制御機構（８８）は、前記シリンダ内の液圧用作動液の温度（９０）に応じて制御を行うことを特徴とするフォースリミッタ。
8. 請求項４に記載のフォースリミッタにおいて、前記構成部材の一方（６３）は、第１の構成部材に対する第２の構成部材の相対的な動きに応じて他方の構成部材（７４）の一部を変形させるよう配置された１つ以上のエレメント（７３）に連動し、前記可調式制御要素（６９）は、それぞれの構成部材が動く際の変形の程度を調節し、前記制御機構（７８）は、変形される前記他方の構成部材の一部の温度（８０）に応じて制御を行うことを特徴とするフォースリミッタ。
9. 請求項５または６に記載のフォースリミッタにおいて、前記ブレーキ要素（５）は少なくとも１つの摩擦面を有し、第２の構成部材（２）は少なくとも１つの協働面を有し、前記摩擦面と協働面とは、第２の構成部材が第１の構成部材に対して前記摩擦面に平行な方向に所定の相対的な動作をしている間、互いに直に隣接していて、該フォースリミッタ装置は、前記各面を互いに押し合わせる垂直抗力（Ｆ_Ｎ）を加える力作用機構（６）を含み、これによって、第１および第２の構成部材間に、前記動作の方向と平行な摩擦力（Ｆ_ｆ）を生成し、前記制御機構（９）は、所望の摩擦力を表す値（Ｆ_ｆｄ）を提供する計算手段を有して所望の移動抵抗効果を達成し、前記各構成部材の相対的な動きを防止し、前記制御機構は、前記ブレーキ要素（５）と協働面（２）との摩擦係数を生ずるパラメータに関する前記信号を提供する装置（１０、１１）と連動し、前記力作用機構（６）は、前記所望の摩擦力の値（Ｆ_ｆｄ）と、前記パラメータを表す値とに応じて制御されることを特徴とするフォースリミッタ。
10. 互いに対して相対的に移動可能な第１（５）および第２（２）の構成部材を含むエネルギー吸収フォースリミッタ装置において、前記構成部材の一方（５）は少なくとも１つの摩擦面を有し、他方（２）は少なくとも１つの協働面を有し、前記摩擦面と協働面とは、一方の構成部材が他方の構成部材に対して摩擦面に平行な方向に所定の相対的な動作をしている間、互いに直に隣接していて、該フォースリミッタ装置は、前記各面を互いに押し合わせる垂直抗力（Ｆ_Ｎ）を加える力作用機構（６）を含み、これによって、第１および第２の構成部材（５、２）間に、前記動作の方向と平行な摩擦力（Ｆ_ｆ）を生成し、所望の摩擦力を表す値（Ｆ_ｆｄ）を提供して所望の移動抵抗効果を達成し前記各構成部材の相対的な動きを防止する装置（１２）と、前記摩擦面と協働面との摩擦係数に影響を及ぼす少なくとも１つのパラメータを表す少なくとも１つの信号（１０、１１）を提供する装置とが設けられていて、前記力作用機構は、前記所望の摩擦力の値（Ｆ_ｆｄ）と、前記パラメータを表す値とに応じて制御（９）されることを特徴とするフォースリミッタ装置。
11. 請求項９または１０に記載のフォースリミッタ装置において、前記パラメータを表す前記少なくとも１つの値を提供する装置は、第１および第２の構成部材間における、前記摩擦面に平行な方向の相対速度を表す値（１０）を提供する装置であることを特徴とするフォースリミッタ装置。
12. 請求項１０または１１に記載のフォースリミッタ装置において、前記パラメータを表す少なくとも１つの値を提供する装置は、２つの前記構成部材の少なくとも一方の温度（１１）を表す値を提供することを特徴とするフォースリミッタ装置。
13. 請求項１０から１２までのいずれかに記載のフォースリミッタ装置において、前記装置はさらに、前記各面を互いに押し合わせる垂直抗力の測定装置（７）を含み、フィードバックループ（８）によって前記力作用機構を制御して、所望の摩擦力（Ｆ_ｆｄ）を得るのに必要な所望の力（Ｆ_Ｎｄ）に実質的に等しい力（Ｆ_Ｎ）を、力作用機構から加えさせることを特徴とするフォースリミッタ装置。
14. 請求項１０から１２までのいずれかに記載のフォースリミッタ装置において、計算された所望の垂直抗力（Ｆ_Ｎｄ）（９）と、実際に加えられた力（Ｆ_Ｎ）（７）との差に応じて前記力作用機構（６）を制御する制御装置（８）を含むことを特徴とするフォースリミッタ装置。
15. 請求項１４に記載のフォースリミッタ装置において、所望の垂直抗力（Ｆ_Ｎｄ）（９）は、所望の摩擦力（Ｆ_ｆｄ）から計算されることを特徴とするフォースリミッタ装置。
16. 請求項１０から１２までのいずれかに記載のフォースリミッタ装置において、前記力作用機構（６）は、所望の摩擦力（Ｆ_ｆｄ）（９）と、加えられた力（Ｆ_Ｎ）から計算された実際の摩擦力（Ｆ_ｆ）との差（８）に応じて制御されることを特徴とするフォースリミッタ装置。
17. 請求項１から１６までのいずれかに記載のフォースリミッタ装置において、該フォースリミッタ装置は、自動車安全システム用であることを特徴とするフォースリミッタ装置。
18. 請求項１７に記載のフォースリミッタ装置において、該フォースリミッタは安全ベルト（２）装置に含まれることを特徴とするフォースリミッタ装置。
19. 請求項１８に記載のフォースリミッタ装置において、前記構成部材の一方は、安全ベルト（２）であることを特徴とするフォースリミッタ装置。
20. 請求項１８に記載のフォースリミッタ装置において、前記構成部材の一方は、安全ベルトリトラクタのスプール（１）の一部であることを特徴とするフォースリミッタ装置。
21. 請求項１８から２０までのいずれかに記載され請求項９または１０に従属するフォースリミッタ装置において、前記所望の摩擦力（Ｆ_ｆｄ）は、所望のベルト力（Ｆ_ｂｄ）に応じて決定されることを特徴とするフォースリミッタ装置。
22. 請求項１７から２１までのいずれかに記載のフォースリミッタ装置において、前記所望の摩擦力（Ｆ_ｆｄ）を、感知された複数のパラメータ（１３、１４、１５）から計算する計算手段（１２）が設けられていることを特徴とするフォースリミッタ装置。
23. 請求項２２に記載のフォースリミッタ装置において、前記パラメータ（１３、１４、１５）には、２人以上の乗員の体重、乗員の位置、衝突の激しさ、および膨張するエアバッグによって座席乗員が受ける衝撃力が含まれていることを特徴とするフォースリミッタ装置。
24. 請求項１０から２３までのいずれかに記載のフォースリミッタ装置において、前記力作用機構は積層形圧電素子（６）であることを特徴とするフォースリミッタ装置。
25. 請求項１０から２３までのいずれかに記載のフォースリミッタ装置において、前記力作用機構は液圧ピストン装置（４０）であることを特徴とするフォースリミッタ装置。

Images