JP2011218956A - 自動車の安全装置を小型化する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ばねを有するばね質量系において、質量を有する基準体の移動時間関数を縮小する方法が提供される。
【解決手段】本方法において、ばね３は、ばね質量系が加速域に曝されるときにスプリング力を供給し、加速域の加速度は、前記スプリング力に抗って、移動時間関数に従って基準体１を移動させる。本方法では、質量を有する基準体１を、加速域に応答しないように互いに運動学的に連結された追加質量に連結させることにより、前記縮小を行う。
【選択図】図１

Description

最近の乗用車には、種々のアクティブ及びパッシブセーフティデバイスが装備される。アクティブセーフティデバイスは事故を予防するために設計されており、パッシブセーフティデバイスは、シートベルト及びエアバッグのように、乗員に対する事故の影響を緩和するために装備される。
本発明は、シートベルトに関するものであり、特に正面衝突におけるシートベルトの挙動に関する。正面衝突が起こったとき、乗員は乗員室内で前方へ投げ出され、ハンドル、ダッシュボード、又は車両内部のその他の硬い部品に衝突することが多い。このように乗員の身体が前方へ移動する原因は、正面衝突に特徴的な、車両の急激な減速である。
シートベルトシステムの主な目的は、乗員の前記前方への移動を防止することである。更に、衝突の初期段階では、多くのシートベルトシステムが、いわゆる火薬式ベルトプリテンショナーを起動することによりシートベルトの乗員拘束力を増大させる。

車両の減速度が大きくなり過ぎると、乗員に作用するシートベルトの力が大きくなり過ぎて、シートベルト自体が乗員の怪我（肋骨の骨折又は同様の怪我）の原因となる場合がある。このような怪我を防止するために、最近のシートベルトシステムは、ベルトの引出しに特定の制御方法を有する。これは、ベルトの力を低減／制限することにより、乗員が怪我を負う危険を低減／制限するものである。
事故の間にこのようなベルトの引出しを行う最新の方法が特許文献１に記載されており、この場合、ベルトの引出しは、車両の限速度にのみ依存して行われる（第１にベルトの力に依存してベルトの引出しが行われる大多数のシートベルトとは対照的である）。この方法の利点は、シートベルトの保護効果が乗員の体重（正確には乗員の質量）に依存しないことに基づいている。

特許文献１に記載の方法は、乗員室に固定されて最適に保持された乗員の衝突時の挙動（即ち運動）をエミュレートするばね質量系により、機械的に実現することができる。いわゆる基準質量（基準体）のこのような運動は、次いで解放及び阻止装置に伝達され、更に解放及び阻止装置からシートベルトに伝達され、シートベルトから最終的に乗員に伝達される。これを使用することにより、例えば、乗員の胸郭に一定の減速が可能となる。
本明細書で使用する「ばね」という用語は、力の移動特性の種類（漸増、漸減、一定）を全て有するばねを包含する。また、加速及び減速という用語は、代数符号の如何に関わらず、本明細書では同じ物理的変量を意味するものとする。

一般に、乗員の胸郭は、ハンドル又は計器パネルに衝突するまでに、約３００ｍｍに亘って前進することが可能である。最適な乗員保持システムは、乗員が前方へ変位できるこの空間を最大限に利用するべきである。これは、上記基準体が、車両の乗員室に対して少なくとも同じように移動できなければならないことを意味する。これは更に、車両の中柱に備わるシートベルトリトラクタに装着される上述のシートベルトシステムが、車両の長手方向に少なくとも３００ｍｍ、恐らくはそれ以上の装着空間を必要とすることを意味する。しかしながら、このような空間の大きさは、シートベルトリトラクタが装着される場合は通常得られない。したがって、有利には、基準体の移動空間を低減し、実際にベルトが引き出される際の基準体の変位の低減を補償するために変速装置を使用する。
変速装置を使用することにより、基準体の移動距離と実際のベルトの引出し距離との比を変化させて、シートベルトの形状寸法を補償可能であることが既知である（一般的なシートベルトの形状寸法が、ベルトの引出しと乗員の胸郭とを自動的に１：１に転換するものではなく、その比が典型的には約１：１．５であるという事実による）。しかしながら、変速装置は、基準体の移動時間関数とベルト引出しの移動時間関数との一定比を補償するだけである。したがって、基準体の移動時間関数の結果として得られるベルト引出しの移動時間関数は、一定の速度伝達比以外は、基準体の移動時間関数と同じ特性を示す。

ベルト引出しの移動時間関数は、特定の要件を満たす必要のある乗員保持システムの重要な特性である。したがって、基準体の移動空間が縮小するとき、ベルト引出しの移動時間関数の特性は、変速装置により補償可能な一定倍率を除いて変更してはならない。ベルト引出しの移動時間関数の特定の特性を維持しながら基準質量の必要な移動空間を縮小することは、必要な移動空間の縮小が、一定倍率以外の基準体の移動時間関数の特性を変更してはならないことを意味する。
しかしながら、元の移動時間関数とは一定倍率だけを異にする所与の車両の減速度について、基準体の移動時間関数を達成することは容易でない。即ち、所与の車両減速度ａ（ｔ）（ｔは時間）について、基準体の移動距離が関数ｓ（ｔ）となる場合、新規移動距離ｓ_ｎｅｗ（ｔ）（ここで、Ｘ・ｓ_ｎｅｗ（ｔ）＝ｓ（ｔ）であり、Ｘは一定倍率である）を達成するための方法が必要である。
欧州特許第１７７８５２７Ｂ１号公報

したがって、本発明の第１の課題は、車両用の乗員拘束システムのばね質量系において基準体の移動空間を縮小することが可能な、基準体の移動時間関数縮小方法を提供することである。
本発明の第２の課題は、ばね質量系に基準体を用いることにより、車両用乗員拘束システムにおいて、特定の移動時間関数でのベルト引出しを実現し、基準体の移動空間の縮小を可能にする方法を提供することである。

本発明の第３の課題は、ばねと可動な基準体とを用いるばね質量系であって、基準体の移動空間を縮小することが可能なばね質量系を提供することである。
本発明の第４の課題は、ばねと可動な基準体とを用いるばね質量系を備えた乗員拘束システムであって、基準体の移動空間を縮小することが可能な乗員拘束システムを提供することである。

本発明の第１の態様によれば、ばねを有するばね質量系において、質量ｍ_ｔを有する基準体の移動時間関数を縮小する方法が提供される。本方法では、ばねが、ばね質量系が加速域に曝されるとスプリング力を供給し、加速域の加速度が、スプリング力に抗して基準体を移動させ、それにより上述の移動時間関数が得られるものである。この方法は、質量ｍ_ｔの基準体を、加速域に応答しないように互いに運動学的に連結された追加質量ｍ_ｒに連結することにより、前記縮小を達成する。追加質量ｍ_ｒは、回転慣性を有する回転質量、例えば歯車又はフライホイールとすることができる。特に、追加質量ｍ_ｒは基準体の質量ｍ_ｔより大きくすることができる。追加質量としてフライホイールが用いられる場合、基準体がフライホイールに作用する半径は、好ましくは、有効回転質量ｍ_ｒを増大させるために、フライホイールの半径より小さくする。基準体とフライホイール又は歯車との間に、変速装置、好ましくは２を上回る速度伝達比を有する変速装置を使用することができる。

本発明の第２の態様によれば、車両を加速域に曝す事故の間に、車両用乗員拘束システムにおいて特定の移動時間関数でベルトの引出しを行う方法が提供される。この乗員拘束システムは、シートベルトと、質量ｍ_ｔの基準体とを有するばね質量系であって、基準体が加速域に曝されて且つ加速域の加速度によりスプリング力に抗して運動することができるばね質量系と、シートベルトのベルト引出しを阻止及び解放するための阻止及び解放装置とを備える。基準体の移動時間関数は、スプリング力に抗して移動するとき、乗員拘束システムの阻止及び解放装置によるベルト引出しの移動時間関数を機械的に決定する。特定の移動時間関数でのベルト引出しを規定するとき、基準体の移動時間関数は、移動時間関数の上記縮小方法に従って縮小される。本発明の第２の態様による方法では、基準体の運動と実際のベルト引出しとの間に変速装置を使用することができる。この変速装置は、少なくとも（ｍ_ｔ＋ｍ_ｒ）／ｍ_ｔ倍だけ、特に少なくとも１．５・（ｍ_ｔ＋ｍ_ｒ）／ｍ_ｔ倍だけ、基準質量の移動時間関数の結果として得られるベルト引出しの移動時間関数を増大させることができる。

本発明の第３の態様によれば、規定のスプリング力を有するばねと、加速域においてスプリング力に抗して移動可能な質量ｍ_ｔの基準体とを備えるばね質量装置が提供される。本発明の第３の態様によるばね質量装置は、加速域に応答しないように互いに運動学的に連結され、且つ質量ｍ_ｔの基準体に連結される追加質量ｍ_ｒを備える。追加質量の質量ｍｒは、好ましくは基準体の質量ｍ_ｔより大きい。追加質量ｍ_ｒは、回転慣性を有する回転質量により提供することができる。例えば、追加質量は、歯車又はフライホイールの形態で設けることができる。フライホイールの場合、本フライホイールは、フライホイールの周囲に巻かれ、基準質量に接続されたバンド、ベルト又はチェーンにより基準質量に連結することができる。バンド、ベルト又はチェーンは、好ましくは基準質量の両側に接続される。フライホイールに対して基準体を連結させる半径は、フライホイールの半径より小さくすることができる。基準体と、フライホイール又は歯車との間に、好ましくは２を上回る速度伝達比を有する変速装置を配置することができる。

本発明の第４の態様によれば、車両用乗員拘束システムが提供される。本車両用乗員拘束システムは、
−事故の際に、ベルト引出しの特定の移動時間関数に従ってベルトが引き出されるシートベルト、
−規定のスプリング力を供給するばねと、質量ｍ_ｔの基準体とを有するばね質量装置であって、基準体が、加速域において前記スプリング力に抗して移動することができ、それにより基準体の移動時間関数が決定されるばね質量装置、及び
−シートベルトのベルト引出しを阻止及び解放するための阻止及び解放装置
を備える。
本ばね質量系は、阻止及び解放装置に連結されることにより、基準体の移動時間関数に基づいて、乗員拘束システムの阻止及び解放装置によるベルト引出しの移動時間関数を機械的に規定する。

このばね質量装置は、本発明の第３の態様によるばね質量装置である。
ばね質量装置と阻止及び解放装置との間には、変速装置を配置することができる。この変速装置は、基準質量の移動時間関数により得られるベルト引出しの移動時間関数を、少なくとも（ｍ_ｔ＋ｍ_ｒ）／ｍ_ｔ倍だけ、好ましくは少なくとも１．５・（ｍ_ｔ＋ｍ_ｒ）／ｍ_ｔ倍だけ、増大させることができる。

本発明のばね質量装置の一実施形態を示す。

本発明の目的は、拘束システムの機能性に影響を与えることなく、シートベルトリトラクタ内のベルト引出しを確立するために使用される（基準）ばね質量系に必要な移動空間を低減する方法を提供することである。これは、具体的には、車両の減速とベルト引出しとの関数関係が、この発明によって不変に維持される（同等の減速により同等のベルト引出しが行われる）ことを意味する。

図面を参照し、本発明のばね質量装置の一実施形態について説明する。既知の質量を有する基準体（１）が、スライドバー（２）に取り付けられており、スライドバー（２）は車両内部、例えば中柱（７ａ及び７ｂ）に固定されている。基準体は、自由にスライドバー上を移動することができるが、既知の特性を有するばね（３）によって拘束されている。基準体は更に、バンド（６）を介して二つのフライホイール（４ａ及び４ｂ）に連結されており、これらのフライホイールの軸（５ａ及び５ｂ）は車両（図示しない）の内部に固定されている。基準体は、事故による車両の減速に駆動されてスライドバー上を移動するとき、フライホイールをその軸を中心として回転させる。回転質量を持たない基準体の運動と比較した場合、その移動と時間の関係は、以下の式で示す倍数だけ縮小する。
Ｘ＝（ｍ_ｔ＋ｍ_ｒ）／ｍ_ｔ
上述のように、式中、
ｍ_ｔは基準質量の質量を表わし、
ｍ_ｒはフライホイールの有効回転質量（追加質量）を表わし、
Ｘは一定の倍率を表わす。
フライホイール（４ａ及び４ｂ）の軸は、本実施形態では固定であるが、別の実施形態では自由に回転してもよい。

本発明によれば、基準体の移動空間を低減する方法は、以下のように機能する。
基準体の運動は、本発明に従って基準体に回転質量を加えることにより縮小される。更に、変速装置を用いてベルトの引出し量を変更することにより、システムの挙動を維持することができる。このとき、速度伝達比は、基準体質量と回転質量との比に依存する。

本明細書において、「変速装置」という表現は、一定の係数により運動に倍率をかけるあらゆる装置を指す。この種の装置の典型的な例は歯車伝動装置であり、歯車伝動装置の場合、速度伝達比は歯車の半径によって決定する。しかし、本明細書で使用する変速装置という表現は、普遍的に、転移、伝達性、又は運搬のあらゆる方式を意味しうる。
本発明は、互いに運動学的に連結されて、（合計で）「回転質量」として車両の速度変化に応答しない全ての可動質量に関するが、好ましくは、これらの質量は、所定の軸を中心に回転する質量（回転慣性を有する）によって実現することができる。

所定の車両の減速ａ（ｔ）（ｔは時間）について、基準体の移動時間関数が縮小されないと、ベルト引出しは、基準体の移動時間関数ｓ_ｒ（ｔ）となり、したがってベルト引出しｓ_ｂ（ｔ）となって、このときｓ_ｂ（ｔ）＝ｓ_ｒ（ｔ）であるとする。基準体の質量を０．２ｋｇとする。本発明により、基準体の移動時間関数を縮小するために、基準体質量に回転質量０．２ｋｇを追加すると、基準体の移動時間関数は自動的に１／２・ｓ_ｒ（ｔ）に減少する（車両の減速は同等であると仮定する）。この倍率の正確な計算は、当業者には既知であるので、ここでは説明しない。変速装置（具備されてる場合）の比を２倍に増大させると（或いは速度伝達比が２である新規変速装置を別途設置した場合）、ベルトの引出しは、必要に応じて、以前と同じ関数ｓ_ｂ（ｔ）に維持される。ここで、基準体は、以前の半分に相当する距離を移動するが、ベルトは同じだけ引き出される。これらの追加質量に唯一の条件は、その運動が車両の減速に直接連結しておらず、基準体自体の運動にのみ連結していることである。
一般に、速度伝達比を増大させることが必要な場合に使用する倍率Ｘは、次のように選択しなければならない。即ち、ｍ_ｔが基準体の（並進）質量であり、ｍ_ｒが追加質量の回転質量である場合、回転質量ｍ_ｒがゼロである場合と同じベルトの引出しを達成するために、倍率Ｘは、
Ｘ＝（ｍ_ｔ＋ｍ_ｒ）／ｍ_ｔ
となるように選択しなければならない。このように、基準体の運動の任意の縮小は、追加質量の回転質量ｍ_ｒを適切に選択することにより達成することができる。

通常、回転質量は、歯車又はフライホイール、あるいは任意の種類のホイールとして実現することができる。フライホイールなどの回転質量は、天秤により測定される、その質量と同一ではない。そうではなく、フライホイールなどの有効回転質量ｍ_ｒは、ｍ_ｒ＝Ｊ／（ｒ^２）として求められ、ここでＪはその慣性（回転慣性）のモーメントであり、ｒは基準体がフライホイールに作用する半径である。小さなｒを選択することにより、システム全体の重量を不要に増大させることなく、大きな回転質量ｍ_ｒを得ることができる。別の構成では、基準体とフライホイールとの間に別の変速装置を使用することができる。
記載した本方法は、力場における物体のあらゆる運動を縮小するために使用することができる。

Claims (22)

1. ばねを有するばね質量系において、質量ｍ_ｔを有する基準体の移動時間関数を縮小する方法であって、前記ばねは、前記ばね質量系が加速域に曝されるときにスプリング力を供給し、加速域の加速度が前記スプリング力に抗って基準体を移動させ、前記移動時間関数が決定されるものであり、質量ｍ_ｔを有する基準体を、加速域に応答しないように互いに運動学的に連結された追加質量ｍ_ｒに連結させることにより、前記縮小を行うことを特徴とする方法。
2. 前記追加質量ｍ_ｒが、回転慣性を有する回転質量であることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記基準体の質量ｍ_ｔが追加質量ｍ_ｒより小さいことを特徴とする、請求項２に記載の方法。
4. 歯車又はフライホイールを使用して追加質量ｍ_ｒを供給することを特徴とする、請求項１ないし３のいずれか一項に記載の方法。
5. 基準体がフライホイールに作用する半径がフライホイールの半径よりも小さいことを特徴とする、請求項４に記載の方法。
6. 基準体と、フライホイール又は歯車との間に変速装置を用いることを特徴とする、請求項４又は５に記載の方法。
7. 変速装置が２を上回る速度伝達比を有することを特徴とする、請求項６に記載の方法。
8. 車両を加速域に曝す事故の間に車両用乗員拘束システムにおいて特定の移動時間関数でベルトを引き出す方法であって、前記車両用乗員拘束システムが、シートベルトと、質量ｍ_ｔの基準体を有するばね質量系であって、基準体が、加速域に曝され、且つ加速域の加速度によってスプリング力に抗して移動することができるばね質量系と、シートベルトの引出しの阻止及び解放を行う阻止及び解放装置とを備えており、スプリング力に抗して移動するときの基準体の移動時間関数が、乗員拘束システムの阻止及び解放装置によるベルト引出しの移動時間関数を機械的に決定するもので、特定の移動時間関数でのベルト引出しを決定するとき、基準体の移動時間関数を請求項１ないし７のいずれか一項に記載の方法に従って縮小することを特徴とする方法。
9. 基準体の運動と実際のベルト引出しとの間に変速装置を使用することを特徴とする、請求項８に記載の方法
10. 変速装置により、基準質量の移動時間関数の結果として得られるベルト引出しの移動時間関数を、少なくとも（ｍ_ｔ＋ｍ_ｒ）／ｍ_ｔ倍だけ増大させることを特徴とする、請求項９に記載の方法。
11. 規定のスプリング力を有するばねと、加速域において前記スプリング力に抗して移動することができる質量ｍ_ｔの基準体とを備えたばね質量装置であって、加速域に応答しないように互いに運動学的に連結され、且つ質量ｍ_ｔの基準体に連結される追加質量ｍ_ｒを特徴とする、ばね質量装置。
12. 追加質量ｍ_ｒが、回転慣性を有する回転質量であることを特徴とする、請求項１１に記載のばね質量系。
13. 基準体の質量ｍ_ｔが追加質量ｍ_ｒより小さいことを特徴とする、請求項１２に記載のばね質量系。
14. 追加質量ｍ_ｒ．が歯車又はフライホイールの形態で供給されることを特徴とする、請求項１１ないし１３のいずれか一項に記載のばね質量装置。
15. フライホイールが、フライホイールの周囲に巻かれて基準質量に接続されたバンド、ベルト、又はチェーンによって基準質量に連結されることを特徴とする、請求項１４に記載のばね質量装置。
16. 前記バンド、ベルト、又はチェーンが基準質量の両側に接続されることを特徴とする、請求項１５に記載のばね質量装置。
17. 基準体がフライホイールに連結される半径が、フライホイールの半径より小さいことを特徴とする、請求項１４ないし１６のいずれか一項に記載のばね質量装置。
18. 基準体とフライホイール又は歯車との間に配置された変速装置を特徴とする、請求項１４ないし１６のいずれか一項に記載のばね質量装置。
19. 変速装置が２を上回る速度伝達比を有することを特徴とする、請求項１８に記載のばね質量装置。
20. 車両用の乗員拘束システムであって、
    −事故の際、ベルト引出しの特定の移動時間関数に従ってベルトを引き出すシートベルト、
    −規定のスプリング力を供給するばねと、加速度域においてスプリング力に抗して移動可能な質量ｍ_ｔの基準体とを有するばね質量装置であって、基準体の移動時間関数を決定するばね質量装置、及び
    −シートベルトのベルト引出しの阻止及び解放を行う阻止及び解放装置
    を備え、前記ばね質量系が前記阻止及び解放装置に連結されて、基準体の移動時間関数に従って乗員拘束システムの阻止及び解放装置によるベルト引出しの移動時間関数を機械的に決定するものであり、
    前記ばね質量装置が、請求項１１ないし１９のいずれか一項に従って設計されていることを特徴とする、車両用乗員拘束システム。
21. 前記ばね質量装置と実際のベルト引出しとの間に配置された変速装置を特徴とする、請求項２０に記載の車両用乗員拘束システム。
22. 前記変速装置が、基準質量の移動時間関数の結果として得られるベルト引出しの移動時間関数を、少なくとも（ｍ_ｔ＋ｍ_ｒ）／ｍ_ｔ倍だけ増大させる、請求項２１に記載の車両用乗員拘束システム。

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