JP2018030456A

JP2018030456A - 車両用乗員拘束装置

Info

Publication number: JP2018030456A
Application number: JP2016164108A
Authority: JP
Inventors: 修深渡瀬; Osamu Fukawatase; 元規杉山; Motonori Sugiyama
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-08-24
Filing date: 2016-08-24
Publication date: 2018-03-01

Abstract

【課題】車両衝突時にモータでウエビング（シートベルト）を迅速に巻き取る車両用乗員拘束装置を提供する。【解決手段】シートベルトリトラクタ制御回路４０は、車両ＥＣＵ８２からの指令に基づき、車両衝突のおそれがある場合にウエビング３０のたるみを取るためにモータ２２を回転させる第１電圧をバッテリ８０の電力からパルス幅変調によってシートベルトリトラクタ駆動回路５０に生成させ、車両衝突時にモータ２２を高速回転させてウエビング３０を迅速に巻き取るための第１電圧よりも高い第２電圧をバッテリ８０の電力からパルス幅変調によってシートベルトリトラクタ駆動回路５０に生成させる制御を行う。【選択図】図２

Description

本発明は、車両用乗員拘束装置に関する。

車両衝突前及び車両衝突時においてウエビング（シートベルト）の張力を高めることにより乗員の身体を拘束して、当該乗員の安全を図る車両用乗員拘束装置が近年の車両には装備されている。乗員を拘束する方式には種々の態様が存在するが、一例として、車両衝突が予測される際に、モータによりウエビングを巻取ることによりウエビングのたるみを除去した後、車両衝突時に火薬を用いたプリテンショナを作動させて乗員の身体をシートに拘束する方式が知られている。

しかしながら、火薬式のプリテンショナはコストが嵩む上、一度作動すると再利用が望めないという難点があった。そこで、特許文献１では、車両衝突が予測される際のみならず、車両衝突時もモータによってウエビングを巻き取るシートベルトリトラクタの発明が開示されている。

特開２００６−３２７４１３号公報

しかしながら、特許文献１に開示されているシートベルトリトラクタの発明は、モータの電源に関して特に記載が認められない。引用文献１のシートベルトリトラクタの電源は、公称電圧が１２Ｖの車載バッテリであると考えられるが、かかる電源ではモータの駆動力に限界があり、車両衝突時にウエビングを火薬式プリテンショナ並の高速で巻き取ることが困難という問題があった。

本発明は、上記事実を考慮し、車両衝突時にモータでウエビング（シートベルト）を迅速に巻き取る車両用乗員拘束装置を提供することを目的とする。

請求項１に記載の車両用乗員拘束装置は、シートベルトをモータによって巻取り可能なモータリトラクタと、車両衝突のおそれ及び車両衝突を検知可能なセンサ群と、パルス幅変調により前記モータに印加する電圧を生成する駆動回路と、前記センサ群の検知結果に基づき、車両衝突のおそれがある場合に第１電圧を前記駆動回路に生成させ、車両衝突時に前記第１電圧よりも高い第２電圧を前記駆動回路に生成させる制御を行う制御部と、を含んでいる。

請求項１に記載の車両用乗員拘束装置は、制御部がセンサ群の検知結果に基づき、車両衝突のおそれがある場合に第１電圧を駆動回路に生成させ、車両衝突時に第１電圧よりも高い第２電圧を駆動回路に生成させる制御を行う。

第２電圧は第１電圧よりも高電圧なので、車両衝突時には車両衝突のおそれがある場合よりも迅速にシートベルトを巻き取ることが可能になる。

請求項２に記載の車両用乗員拘束装置は、請求項１に記載の発明において、車両の走行用の電源である高電圧二次電池を備え、前記制御部は、車両衝突のおそれがある場合に前記高電圧二次電池の電力から前記第１電圧を前記駆動回路に生成させ、車両衝突時に前記高電圧二次電池の電力から前記第２電圧を前記駆動回路に生成させる制御を行う。

請求項２に記載の車両用乗員拘束装置は、高電圧な電源を用いて、モータを高速回転させることにより、車両衝突時に迅速にシートベルトを巻き取ることが可能になる。

請求項３に記載の車両用乗員拘束装置は、請求項１に記載の発明において、車両の走行用の電源である高電圧二次電池と、前記車両のエンジン始動時及び電装品の電源である低電圧二次電池と、を備え、前記制御部は、車両衝突のおそれがある場合に前記低電圧二次電池の電力から前記第１電圧を前記駆動回路に生成させ、車両衝突時に前記高電圧二次電池の電力から前記第２電圧を前記駆動回路に生成させる制御を行う。

請求項３に記載の車両用乗員拘束装置では、車両衝突のおそれがある場合に低電圧二次電池の電力でモータを回転させることにより、高電圧二次電池の電力でモータを回転させる車両衝突時よりもモータを低速で回転させることが可能になる。

請求項４に記載の車両用乗員拘束装置は、請求項２又は３に記載の発明において、前記高電圧二次電池と前記駆動回路との間に電圧を減圧するための減圧回路を備える。

請求項４に記載の車両用乗員拘束装置は、高電圧二次電池の電圧を低下させる回路を設けることにより、高電圧で駆動回路のスイッチング素子が損傷することを防止する。

請求項１に記載の車両用乗員拘束装置によれば、車両衝突時に第１電圧よりも高い第２電圧を駆動回路に生成させることにより、車両衝突時にモータで迅速にシートベルトを巻き取ることが可能になるという効果を奏する。

請求項２に記載の車両用乗員拘束装置によれば、高電圧な電源を用いて、モータを高速回転させることにより、車両衝突時に迅速にシートベルトを巻き取ることが可能になるという効果を奏する。

請求項３に記載の車両用乗員拘束装置によれば、低電圧二次電池の電力により、車両衝突前にシートベルトのたるみを取るために至適な回転速度でモータを回転させることが可能になるという効果を奏する。

請求項４に記載の車両用乗員拘束装置によれば、減圧回路により高電圧二次電池の電圧を下げることにより、駆動回路の損傷を防止して、モータを安定して回転させることが可能になるという効果を奏する。

本発明の第１の実施の形態に係る車両用乗員拘束装置の概略構成の一例を示したブロック図である。本発明の第１の実施の形態に係る車両用乗員拘束装置の回路の一例を示したブロック図である。走行用モータに印加される電圧の波形の一例を示した説明図である。走行用モータに印加される電圧の波形の他の例を示した説明図である。本発明の第１の実施の形態に係る車両用乗員拘束装置の車両ＥＣＵの処理の一例を示したフローチャートである。本発明の第２の実施の形態に係る車両用乗員拘束装置の構成の概略の一例を示したブロック図である。本発明の第２の実施の形態のスイッチの構成の一例を示したブロック図である。

［第１の実施の形態］
以下、図１〜図４を用いて、本実施の形態に係る車両用乗員拘束装置１０について説明する。図１において実線は電力が通電される電力線であり、破線は制御信号が通電される信号線である。図１に示されるように、車両用乗員拘束装置１０は、シートベルト（ウエビング）で乗員を拘束する装置である。

車両用乗員拘束装置１０は、シートベルトリトラクタ２０、ウエビング３０、シートベルトリトラクタ制御回路４０、シートベルトリトラクタ駆動回路５０、車載のバッテリ８０、車両ＥＣＵ（Electronic Control Unit）８２、走行用モータ制御回路９０、走行用モータ駆動回路９２及び走行用モータ９６を含む。

図１に示される如く、ウエビング３０の一端部３０Ａ側は、シート１４又は車室床部に固定されたロワアンカー３２に連結されている。ウエビング３０の他端部３０Ｂ側はシートベルトリトラクタ２０により巻き取り可能に構成され、シートベルトリトラクタ２０から引き出されたウエビング３０は、ショルダアンカー３４に挿通される。

ウエビング３０のショルダアンカー３４とロワアンカー３２との間には、シートベルトタングプレート３６が設けられている。シートベルトタングプレート３６は、シート１４のシートクッション１４Ａの車幅方向内側に設けられたシートベルトバックル３８に着脱可能となっている。

図１に示したように、シートベルトリトラクタ２０から引き出されたウエビング３０がショルダアンカー３４を介して乗員１２の左肩から左胸部、右腹部及び右前腰部上に配設され、かつシートベルトタングプレート３６がシートベルトバックル３８に係合されることにより、ウエビング３０は乗員１２の身体をシート１４に保持する。

バッテリ８０は、ＨＶ（Hybrid Vehicle）、ＥＶ（Electric Vehicle）又はＰＨＶ（Plug-in Hybrid Vehicle）等の車両の動力源として用いられる二次電池であり、一例として電圧が最大で略６００Ｖのリチウムイオン電池である。

車両ＥＣＵ８２は、車両の走行用モータ９６、電装品、その他の装備品を制御する制御装置であり、演算処理装置であるプロセッサ及び記憶装置等によって構成されている。本実施の形態の説明では、車両ＥＣＵ８２には車両衝突を検知するセンサ群（図示せず）が接続され、センサ群によって車両衝突のおそれが検知された場合にはシートベルトリトラクタ２０のモータを駆動させてウエビング３０のたるみを除去する。さらに、車両衝突時には、シートベルトリトラクタ２０のモータを高速で回転させてウエビング３０を迅速に巻き取るようにする。

車両ＥＣＵ８２に接続されているセンサ群は、一例として、ミリ波レーダー、レーザーレーダー、ステレオカメラ及び加速度センサ等のセンサを含む。本実施の形態では、センサ群は、ミリ波レーダー、レーザーレーダー及びステレオカメラの少なくともいずれか１以上と、加速度センサと、を含んで構成される。

ミリ波レーダーは、前方の障害物までの距離を検出する前方ミリ波レーダー、前側方の障害物までの距離を検出する前側方ミリ波レーダー、後方の障害物までの距離を検出する後方ミリ波レーダー、後側方の障害物までの距離を検出する後側方ミリ波レーダーを含む。

前方ミリ波レーダーは、例えば、車両のフロントグリル中央付近に設けられ、前側方ミリ波レーダーは、バンパ内の車幅方向両端付近等に設けられ、それぞれ車両前方や前側方にミリ波を出射することで対象物から反射してきた電波を受信し、伝搬時間やドップラー効果によって生じる周波数差などを基に対象物までの距離や自車との相対速度等を測定する。また、後方ミリ波レーダー及び後側方ミリ波レーダーは、車両のリアバンパー等に設けられ、それぞれ車両後方や後側方にミリ波を出射することで対象物から反射してきた電波を受信し、伝搬時間やドップラー効果によって生じる周波数差などを基に対象物までの距離や自車との相対速度等を測定する。

レーザーレーダーは、ミリ波よりも波長が短いレーザー光を車両前方に照射して障害物を検出する装置であり、ミリ波レーダーでは検出しにくい非金属の物体を比較的容易に検出できる。レーザーレーダーから発信されたレーザー光は、障害物で反射されると、波長及び位相が変化するので、車両ＥＣＵ８２は、かかる変化に基づいて障害物の有無及び障害物までの距離を算出する。

ステレオカメラは、例えば、フロントウインドシールドガラス上方の中央付近車室内に設けられ、車両前方を撮影して、周辺障害物を検出すると共に、障害物までの距離を測定する。

加速度センサは、車両用バンパ、左右のフロントサイドメンバ、ラジエータサポート及び車室床部の予め定めた位置に設けられ、衝突対象の車両用バンパへの衝突によって発生する加速度を検出するセンサである。

車両ＥＣＵ８２は、ミリ波レーダー、レーザーレーダー及びステレオカメラの検出結果を取得して衝突予測を行う。衝突予測については既知の各種技術を適用することができるので、詳細な説明を省略する。

シートベルトリトラクタ駆動回路５０は、シートベルトリトラクタ２０のモータに印加する電圧を生成する回路であり、後述するように、ＦＥＴ（電界効果トランジスタ）等のスイッチング素子で構成されたＨブリッジ回路を含んでいる。シートベルトリトラクタ駆動回路５０のＨブリッジ回路を構成するスイッチング素子は、シートベルトリトラクタ制御回路４０によって制御される。

シートベルトリトラクタ制御回路４０は、いわゆるマイクロコンピュータであり、前述のシートベルトリトラクタ駆動回路５０のスイッチング素子を制御すると共に、車両ＥＣＵ８２からの指令に基づいて、スイッチ６０を制御して、バッテリ８０の電力をシートベルトリトラクタ駆動回路５０に供給する。

走行用モータ９６は、三相同期モータの一種であるブラシレスＤＣモータであり、永久磁石で構成された回転子（ロータ）の周囲にＵ相、Ｖ相、Ｗ相のコイルで各々構成された計三相の固定子（ステータ）が設けられている。走行用モータ９６は、ロータを取り巻くステータの各相のコイルに走行用モータ駆動回路９２で生成された電圧が印加されると各相のコイルに磁界が生じる。永久磁石で構成されたロータは、各相のコイルに生じた磁界との吸引作用又は反発作用により回転する。

走行用モータ駆動回路９２は、いわゆる三相インバータ回路であり、後述するように計６個のスイッチング素子を走行用モータ制御回路９０から出力された制御信号に従ってオンオフさせることにより、バッテリ８０の電圧を制御信号に基づいたパルス状の波形に変調するＰＷＭ（パルス幅変調）によって走行用モータ９６に印加する電圧を生成する。

走行用モータ制御回路９０は、いわゆるマイクロコンピュータであり、車両ＥＣＵ８２からの回転速度指令値、現在の走行用モータ９６の実回転速度及び走行用モータ９６の永久磁石で構成されたロータの位置に応じて前述の制御信号を算出し、出力する。走行用モータ９６に用いられるブラシレスＤＣモータは、回転速度指令値と実回転速度とが相違する場合には、実回転速度を回転速度指令値に徐々に近付ける制御を要する。従って、走行用モータ制御回路９０は、回転速度指令値と実回転速度との偏差を徐々に解消するＰＩ（Proportional-Integral）制御等により、実回転速度を回転速度指令値に近付けるように走行用モータ９６に印加される電圧の実効電圧値を変化させる制御信号を算出する。

また、ブラシレスＤＣモータは、ロータの位置（ロータを構成する永久磁石のＳ極とＮ極の位置）に応じてＵ相、Ｖ相、Ｗ相のコイルに通電することを要する。一般に、ブラシレスＤＣモータでは、ロータを構成する永久磁石の極性に対応して設けられたセンサマグネットの磁界を磁気センサの一種であるホールセンサ（図示せず）で検出してロータの位置を算出する。

以上のように、走行用モータ制御回路９０は、実回転速度を回転速度指令値に徐々に近付けるように変化すると共に、算出したロータの位置に応じた通電を行うための制御信号を生成する。

図２は、本実施の形態に係る車両用乗員拘束装置１０の回路の一例を示したブロック図である。シートベルトリトラクタ制御回路４０は、車両ＥＣＵ８２からの指令に基づいて、シートベルトリトラクタ駆動回路５０とスイッチ６０とを制御する。シートベルトリトラクタ駆動回路５０は、各々がＮ型ＦＥＴであるＦＥＴ５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ、５２Ｄで構成されたＨブリッジ回路であり、ＦＥＴ５２Ａのソース（Ｓ）とＦＥＴ５２Ｃのドレイン（Ｄ）とが接続されると共に、ＦＥＴ５２ＢのソースとＦＥＴ５２Ｄのドレインとが接続されている。また、ＦＥＴ５２Ａ、５２Ｂの各々のドレインは車載のバッテリ８０の正極に接続され、ＦＥＴ５２Ｃ、５２Ｄの各々のソースは、後述する電流検出部７０を介して接地されている。

シートベルトリトラクタ駆動回路５０を構成するＮ型ＦＥＴの各々は、ゲート（Ｇ）に正電荷の電圧が印加されるとドレインとソースとの間が通電可能な状態（オン状態）になるスイッチとして機能する。本実施の形態では、シートベルトリトラクタ２０のモータ２２がウエビング３０をスプール２４に巻き取る際には、シートベルトリトラクタ制御回路４０から正電荷の制御信号をＦＥＴ５２Ａ及びＦＥＴ５２Ｄの各々のゲートに出力することにより、ＦＥＴ５２Ａ及びＦＥＴ５２Ｄをオン状態にして、モータ２２を正回転させる。本実施の形態では、モータ２２は正回転させることを主眼としているが、ＦＥＴ５２Ｂ及びＦＥＴ５２Ｃをオン状態にすることにより、モータ２２を逆回転させることができる。

モータ２２を正回転させる際に、シートベルトリトラクタ駆動回路５０のＦＥＴ５２Ａ及びＦＥＴ５２Ｄのいずれか一方を断続的にオンオフさせることにより、パルス状の電圧を生成してモータ２２に印加するＰＷＭを行う。前述のように、Ｎ型ＦＥＴは、ゲートに正電荷の制御信号が印加されるとオン状態になるので、シートベルトリトラクタ制御回路４０は、断続的にオンオフを繰り返すパルス状の制御信号をＦＥＴ５２Ａ及びＦＥＴ５２Ｄのいずれか一方のゲートに出力することにより、上述のＰＷＭによる電圧生成をシートベルトリトラクタ駆動回路５０に実行させる。

モータ２２に印加する電圧をパルス状にすることにより、モータ２２に印加する電圧の実効電圧値を制御する。本実施の形態に係るバッテリ８０は高電圧なので、モータ２２に印加する電圧を制御しない場合、モータ２２のコイルの電流値（以下、「モータ電流」と略記）が定格電流値を超えてしまい、モータ２２が焼損するおそれがあるが、モータ２２に印加する電圧をＰＷＭで生成することにより、実効電圧値を抑制してモータ２２が焼損することを防止しつつ、モータ２２を高速で回転させることが可能となる。

電流検出部７０は、抵抗値が０．２ｍΩ〜数Ω程度のシャント抵抗７０Ａの両端の電位差をアンプ７０Ｂで増幅してシャント抵抗７０Ａの電流に比例する電圧値を信号として出力する。シートベルトリトラクタ制御回路４０は、電流検出部７０から出力された信号に基づいてモータ電流を算出する。算出したモータ電流がモータ２２の定格電流値を超えるおそれがある場合に、シートベルトリトラクタ制御回路４０は、ＦＥＴ５２Ａ及びＦＥＴ５２Ｄのいずれか一方が断続的にオン状態になる時間を短くする制御信号を出力する。かかる制御信号により、シートベルトリトラクタ駆動回路５０は、ＰＷＭで生成する電圧のパルス幅を小さくして、実効電圧値を低下させるので、モータ電流が定格電流値を超えることを防止できる。

しかしながら、本実施の形態に係るバッテリ８０の電圧は最大で略６００Ｖなので、当該電圧がシートベルトリトラクタ駆動回路５０を構成するＦＥＴ５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ、５２Ｄのドレイン−ソース間耐圧の最大定格を超えるおそれがある。バッテリ８０の電圧がＦＥＴ５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ、５２Ｄの最大定格以上の場合には、図２に示したような減圧回路としての分圧回路７２をシートベルトリトラクタ駆動回路５０とスイッチ６０との間に設けて、シートベルトリトラクタ駆動回路５０に印加される電圧を減圧する。分圧回路７２は抵抗Ｒ１及び抵抗Ｒ２で構成され、抵抗Ｒ１の一端はスイッチ６０に接続され、抵抗Ｒ１の他端はシートベルトリトラクタ駆動回路５０及び抵抗Ｒ２の一端に接続され、抵抗Ｒ２の他端は接地されている。抵抗Ｒ１の抵抗値がＲ₁、抵抗Ｒ２の抵抗値がＲ₂、バッテリ８０の電圧がＶ_inの場合、シートベルトリトラクタ駆動回路５０に印加される電圧Ｖ_outは下記の式（１）で算出される。

上記の式（１）において、Ｒ₁＝Ｒ₂の場合、Ｖ_outはＶ_inの１／２になる。従って、バッテリ８０の電圧が６００Ｖの場合、シートベルトリトラクタ駆動回路５０に印加される電圧は３００Ｖに低下する。なお、ＦＥＴ５２Ａ、５２Ｂ、５２Ｃ、５２Ｄの最大定格がバッテリ８０の電圧以上の場合には、分圧回路７２は設けなくてもよい。

モータ２２は、直流で駆動されるブラシ付きＤＣモータであり、コイルの一端はシートベルトリトラクタ駆動回路５０を構成するＦＥＴ５２ＡのソースとＦＥＴ５２Ｃのドレインとに各々接続され、コイルの他端はシートベルトリトラクタ駆動回路５０を構成するＦＥＴ５２ＢのソースとＦＥＴ５２Ｄのドレインとに各々接続されている。

モータ２２の出力軸はシートベルトリトラクタ２０のスプール２４に接続されており、モータ２２が正回転すると、ウエビング３０がスプール２４に巻き取られる。

スイッチ６０は、通常時は、バッテリ８０を逆流防止ダイオード６６を介して走行用モータ駆動回路９２に接続して、走行用モータ９６に印加する電圧を走行用モータ駆動回路９２に生成させる。そして、車両衝突のおそれがある場合及び車両衝突の場合には、バッテリ８０とシートベルトリトラクタ駆動回路５０とを電気的に接続して、シートベルトリトラクタ駆動回路５０がバッテリ８０の電力でモータ２２に印加する電圧を生成するようにする。

スイッチ６０は、車両ＥＣＵ８２が車両衝突のおそれがあると判定した場合及び車両衝突と判定した場合に、シートベルトリトラクタ制御回路４０により、バッテリ８０の電力をシートベルトリトラクタ駆動回路５０に供給するように制御される。スイッチ６０は、一例としてリレーであり、励磁コイル６０Ａにシートベルトリトラクタ制御回路４０からの制御信号が入力されると励磁コイル６０Ａが励磁され、端子６０Ｃと端子６０ＮＣとの電気的な接続を、端子６０Ｃと端子６０ＮＯの電気的な接続に切り換える。その結果、バッテリ８０の電力がシートベルトリトラクタ駆動回路５０に供給される。

走行用モータ駆動回路９２は、パワーＭＯＳＦＥＴ（金属酸化物半導体電界効果トランジスタ）又はＩＧＢＴ（絶縁ゲートバイポーラトランジスタ）等のスイッチング素子であるトランジスタ９４Ａ、９４Ｂ、９４Ｃ、９４Ｄ、９４Ｅ、９４ＦからなるＨブリッジ回路である。

図２では、一例として、トランジスタ９４Ａ、９４Ｂ、９４Ｃ、９４Ｄ、９４Ｅ、９４ＦがＮ型のパワーＭＯＳＦＥＴである場合を示している。図２に示したように、トランジスタ９４Ａのソースとトランジスタ９４Ｄのドレインとが接続され、トランジスタ９４Ｂのソースとトランジスタ９４Ｅのドレインとが接続され、トランジスタ９４Ｃのソースとトランジスタ９４Ｆのドレインとが接続されている。また、トランジスタ９４Ａ、９４Ｂ、９４Ｃの各々のドレインはバッテリ８０の正極に接続され、トランジスタ９４Ｄ、９４Ｅ、９４Ｆの各々のソースは接地されている。

また、トランジスタ９４Ａのソース及びトランジスタ９４Ｄのドレインには走行用モータ９６のＵ相コイルが、トランジスタ９４Ｂのソース及びトランジスタ９４Ｅのドレインには走行用モータ９６のＶ相コイルが、トランジスタ９４Ｃのソース及びトランジスタ９４Ｆのドレインには走行用モータ９６のＷ相コイルが、各々接続されている。

前述のように、走行用モータ９６はブラシレスＤＣモータなので、走行用モータ９６のロータの位置に応じて通電する相を変化させることを要する。ロータの位置と通電する相との対応関係の詳細については省略するが、ブラシレスＤＣモータのような三相同期モータでは、正回転させる場合に、一例として以下の様な通電処理を行う。以下、オンにすると言及してないトランジスタはオフの状態である。

（１）トランジスタ９４Ａ、９４ＥをオンにしてＵ相コイルからＶ相コイルへ通電。
（２）上記（１）の手順開始後、ロータが角度（電気角）で略６０°回転した時、トランジスタ９４Ａ、９４ＦをオンにしてＵ相コイルからＷ相コイルへ通電。
（３）上記（２）の手順開始後、ロータが角度（電気角）で略６０°回転した時、トランジスタ９４Ｂ、９４ＦをオンにしてＶ相コイルからＷ相コイルへ通電。
（４）上記（３）の手順開始後、ロータが角度（電気角）で略６０°回転した時、トランジスタ９４Ｂ、９４ＤをオンにしてＶ相コイルからＵ相コイルへ通電。
（５）上記（４）の手順開始後、ロータが角度（電気角）で略６０°回転した時、トランジスタ９４Ｃ、９４ＤをオンにしてＷ相コイルからＵ相コイルへ通電。
（６）上記（５）の手順開始後、ロータが角度（電気角）で略６０°回転した時、トランジスタ９４Ｃ、９４ＥをオンにしてＷ相コイルからＶ相コイルへ通電。

上記（１）〜（６）の手順を反復することで、走行用モータ９６への通電を継続する。その結果、ブラシレスＤＣモータの各相に印加される電圧の波形は、図３に示した通電波形１００Ｕ、１００Ｖ、１００Ｗのようになる。

しかしながら、上記（１）〜（６）の通電相の切り換えは滑らかに行わないと走行用モータ９６が円滑に回転することが困難になる。通電相の切り換えを滑らかに行うには、走行用モータ９６のコイルに印加する電圧の実効電圧値を滑らかに変化させることが望ましい。従って、各相への通電は、通電開始時はパルス状の波形で印加される電圧のパルス幅を小さくして実効電圧値を低下させ、その後、電圧のパルス幅を徐々に大きくして実効電圧値を大きくし、パルス幅が極大すなわち実効電圧値が極大になった後、電圧のパルス幅を徐々に小さくして実効電圧値を低下させる通電処理が行われる。図４の通電パルス１０２Ｕ、１０２Ｖ、１０２Ｗは、通電開始時にはパルス幅が小さく、その後、パルス幅が徐々に大きくなりパルス幅が極大になった後は、パルス幅が徐々に小さくなっている。

その結果、走行用モータ９６の各相のコイルに印加される電圧の実効電圧値は、実効電圧値波形１０４Ｕ、１０４Ｖ、１０４Ｗのように正弦波となる。実効電圧値波形１０４Ｕ、１０４Ｖ、１０４Ｗの各々の位相差は１２０°なので、走行用モータ９６の各相のコイルに印加される電圧の実効電圧値は、実質的には三相交流と同様の波形を呈する。

次に本実施の形態の作用について説明する。図５は、本実施の形態に係る車両用乗員拘束装置１０の車両ＥＣＵ８２の処理の一例を示したフローチャートである。ステップ５００では、走行用モータ９６に走行用の電力を供給するように、走行用モータ制御回路９０を制御する。ステップ５００で車両ＥＣＵ８０から指令を受信した走行用モータ制御回路９０は、上述の（１）〜（６）の手順のように走行用モータ駆動回路９２を制御して、走行用モータ９６に印加する電圧を生成させる。

ステップ５０２では、車両衝突のおそれがあるか否かを判定する。本実施の形態では、一例として、車両衝突を検知するセンサ群の検知結果に基づいて車両ＥＣＵ８２が車両の自動ブレーキを作動させた場合を車両衝突のおそれがある場合として、ステップ５０２で肯定判定をする。ステップ５０２で否定判定の場合には、手順をステップ５００に戻し、走行用モータ９６への電力供給を継続する。

ステップ５０２で肯定判定の場合には、ステップ５０４でバッテリ８０の電力をシートベルトリトラクタ２０のモータ２２に供給するようにスイッチ６０及びシートベルトリトラクタ駆動回路５０を制御する。シートベルトリトラクタ制御回路４０は、前述のように、バッテリ８０の電力がシートベルトリトラクタ駆動回路５０に供給されるようにスイッチ６０を制御すると共に、モータ２２をウエビング３０のたるみを取るのに至適な回転速度で回転させるための電圧をシートベルトリトラクタ駆動回路５０が生成するように、ＰＷＭの制御信号をシートベルトリトラクタ駆動回路５０に出力する。

本実施の形態では、バッテリ８０の電圧が極めて高いので、前述のように分圧回路７２によって減圧しているが、ＰＷＭによって生成する電圧のパルス幅をモータ２２をウエビング３０のたるみを取るのに至適な回転速度で回転させる程度に十分に小さくすることを要する。

ステップ５０６では、車両衝突を検知するセンサ群の検知結果に基づいて車両ＥＣＵ８２が車両衝突を検知したか否かを判定する。ステップ５０６で肯定判定の場合には、ステップ５０８でウエビング３０を火薬式プリテンショナ並の速度で巻き取るため、車両ＥＣＵ８２は、モータ２２にステップ５０４の場合よりも高電圧の電力を供給するようにシートベルトリトラクタ駆動回路５０を制御するようにシートベルトリトラクタ制御回路４０に指令を送信する。車両ＥＣＵ８２から指令を受信したシートベルトリトラクタ制御回路４０は、モータ２２を高速回転させるための電圧をシートベルトリトラクタ駆動回路５０が生成するように、ＰＷＭの制御信号をシートベルトリトラクタ駆動回路５０に出力する。ステップ５０８でモータ２２に印加される電圧はステップ５０４の場合よりも高いので、シートベルトリトラクタ制御回路４０は、電流検出部７０によって検知したモータ電流がモータ２２の定格電流値を超えないようにシートベルトリトラクタ駆動回路５０を制御する。具体的には、電流検出部７０によって検知したモータ電流がモータ２２の定格電流値を超えるおそれがある場合には、ＰＷＭで生成するモータ２２に印加する電圧の実効電圧値を低下させる。

ステップ５０８で高電圧電力をシートベルトリトラクタ２０のモータ２２に供給した後は、処理を終了する。

ステップ５０６で否定判定の場合、一例として、車両衝突を検知せず、かつ障害物を検知しなくなった場合には、ステップ５１０でバッテリ８０からモータ２２への電力供給を停止する。具体的には、スイッチ６０を制御して、バッテリ８０とシートベルトリトラクタ駆動回路５０との電気的な接続を遮断する。ステップ５１０でバッテリ８０からモータ２２への電力供給を停止した後は、手順をステップ５００に戻し、走行用モータ９６への電力供給を再開する。

以上説明したように、本実施の形態によれば、車両衝突時に高電圧なバッテリ８０の電力を用いてモータ２２を回転させることにより、火薬式プリテンショナ並の高速でウエビング３０を巻き取ることが可能になる。

また、本実施の形態では、モータ２２に印加する電圧をＰＷＭによって生成するので、高電圧なバッテリ８０の電力からモータ２２を低速回転させるための実効電圧値が低い電圧を生成でき、衝突前にウエビング３０のたるみを取るために至適な回転速度でモータを回転させることが可能になる。

さらに、本実施の形態では、分圧回路７２によってバッテリ８０の電圧を低下させることにより、シートベルトリトラクタ駆動回路５０のスイッチング素子であるＦＥＴ５２Ａ〜５２Ｄの損傷を防止して、モータ２２を安定して回転させることが可能になる。

［第２の実施の形態］
続いて、図６及び図７を用いて本発明の第２の実施の形態について説明する。本実施の形態は、補助バッテリ１８０を備え、スイッチ１６０が、第１の実施の形態のスイッチ６０と相違するものの、他の構成は第１の実施の形態と同じなので、当該他の構成についての詳細な説明は省略する。

補助バッテリ１８０は、車両のエンジン始動及び車両の電装品の電源として用いられる二次電池であり、一例として公称電圧が１２Ｖの鉛蓄電池である。本実施の形態では、図５のステップ５０４でシートベルトリトラクタ２０に低電圧の電力を供給する場合に、補助バッテリ１８０の電力を用いる。バッテリ８０は高電圧なので、ウエビング３０のたるみを取るためにモータ２２を回転させる電圧の実効電圧値を、バッテリ８０の電圧に比して相当に低下させなければならない。第１の実施の形態では、ＰＷＭによって生成する電圧のパルス幅を小さくしたが、バッテリ８０の電圧が非常に高い場合には、当該パルス幅を極端に小さくすることを要する。パルス幅が極端に小さい電圧を生成するには、シートベルトリトラクタ駆動回路５０のＦＥＴ５２Ａ〜５２Ｄを短時間でオンオフさせることを要するが、ＦＥＴの動作速度には限界があるので、パルス幅が極端に小さい電圧を生成させることが困難な場合がある。本実施の形態では、ウエビング３０のたるみを取るようなモータ２２に低電圧の電力を供給する場合には、バッテリ８０よりも低電圧の補助バッテリ１８０を電源に用いることにより、シートベルトリトラクタ駆動回路５０のスッチング素子であるＦＥＴ５２Ａ〜５２Ｄを余裕もってスイッチング動作させる。

スイッチ１６０は、リレー等のスイッチング素子で構成され、図５のステップ５００のような車両衝突のおそれがない通常走行時にはバッテリ８０の電力を走行用モータ駆動回路９２に供給し、図５のステップ５０２のような自動ブレーキが作動した場合には補助バッテリ１８０の電力をシートベルトリトラクタ駆動回路５０に供給し、図５のステップ５０８のような車両衝突時にはバッテリ８０の高電圧の電力をシートベルトリトラクタ駆動回路５０に供給するように制御される。

図７は、本実施の形態のスイッチ１６０の構成の一例を示したブロック図である。図７に示したように、スイッチ１６０は、第１リレー１６２と第２リレー１６４とで構成されている。

第１リレー１６２は、端子１６２Ｃがバッテリ８０の正極に接続され、端子１６２ＮＣが走行用モータ駆動回路９２に接続されている。また、第１リレー１６２の端子１６２ＮＯは、第２リレー１６４の端子１６４ＮＣに接続されている。

第２リレー１６４は、端子１６４Ｃが補助バッテリ１８０の正極に接続され、端子１６４ＮＣが前述のように第１リレー１６２の端子１６２ＮＯに接続されると共にシートベルトリトラクタ駆動回路５０に接続されている。また、第２リレー１６４の端子１６４ＮＯに他の構成は接続されていない。

第１リレー１６２の励磁コイル１６２Ａが励磁されていない場合、第１リレー１６２は、端子１６２Ｃと端子１６２ＮＣとが電気的に接続され、バッテリ８０の電力が走行用モータ駆動回路９２に供給される。

第２リレー１６４の励磁コイル１６４Ａが励磁されていない場合、第２リレー１６４は、端子１６４Ｃと端子１６４ＮＣとが電気的に接続され、補助バッテリ１８０の電力がシートベルトリトラクタ駆動回路５０に供給される。シートベルトリトラクタ制御回路４０は、図５のステップ５０２のように自動ブレーキが作動したような場合に、ウエビング３０のたるみを取るためにモータ２２を回転させる電圧をシートベルトリトラクタ駆動回路５０に生成させるためのＰＷＭの制御信号を出力する。

第２リレー１６４の励磁コイル１６４Ａにシートベルトリトラクタ制御回路４０からの制御信号が入力されると励磁コイル１６４Ａが励磁され、補助バッテリ１８０からシートベルトリトラクタ駆動回路５０への電力供給が遮断される。

第１リレー１６２の励磁コイル１６２Ａにシートベルトリトラクタ制御回路４０からの制御信号が入力されると励磁コイル１６２Ａが励磁され、バッテリ８０から走行用モータ駆動回路９２への電力供給が遮断されると共に、第２リレー１６４の端子１６４ＮＣを介してバッテリ８０の電力がシートベルトリトラクタ駆動回路５０に供給される。シートベルトリトラクタ制御回路４０は、図５のステップ５０８のように車両衝突時に、ウエビング３０を迅速に巻き取るようにモータ２２を高速回転させる電圧をシートベルトリトラクタ駆動回路５０に生成させるためのＰＷＭの制御信号を出力する。

スイッチ１６０の第１リレー１６２及び第２リレー１６４の制御は、第２リレー１６４の励磁コイル１６４Ａへの制御信号の出力が、第１リレー１６２の励磁コイル１６２Ａへの制御信号の出力よりも先のほうが好ましい。第２リレー１６４の励磁コイル１６４Ａへの制御信号の出力が、第１リレー１６２の励磁コイル１６２Ａへの制御信号の出力に遅れると、バッテリ８０の高電圧が補助バッテリ１８０に逆流し、補助バッテリ１８０を損傷するおそれがあるからである。

以上説明したように、本実施の形態によれば、車両衝突のおそれがある場合には、バッテリ８０に比して低電圧な補助バッテリ１８０の電力を用いてモータ２２を回転させることにより、衝突前にウエビング３０のたるみを取るために至適な回転速度でモータを回転させることが可能になる。

１０車両用乗員拘束装置
１２乗員
１４シート
２０シートベルトリトラクタ（モータリトラクタ）
２２モータ
２４スプール
３０ウエビング
４０シートベルトリトラクタ制御回路（制御部）
５０シートベルトリトラクタ駆動回路
６０スイッチ
７２分圧回路（減圧回路）
８０バッテリ（高電圧二次電池）
８２車両ＥＣＵ（制御部）
９０走行用モータ制御回路
９２走行用モータ駆動回路
９６走行用モータ
１６０スイッチ
１６２、１６４リレー
１８０補助バッテリ（低電圧二次電池）

Claims

シートベルトをモータによって巻取り可能なモータリトラクタと、
車両衝突のおそれ及び車両衝突を検知可能なセンサ群と、
パルス幅変調により前記モータに印加する電圧を生成する駆動回路と、
前記センサ群の検知結果に基づき、車両衝突のおそれがある場合に第１電圧を前記駆動回路に生成させ、車両衝突時に前記第１電圧よりも高い第２電圧を前記駆動回路に生成させる制御を行う制御部と、
を含む車両用乗員拘束装置。
車両の走行用の電源である高電圧二次電池を備え、
前記制御部は、車両衝突のおそれがある場合に前記高電圧二次電池の電力から前記第１電圧を前記駆動回路に生成させ、車両衝突時に前記高電圧二次電池の電力から前記第２電圧を前記駆動回路に生成させる制御を行う請求項１に記載の車両用乗員拘束装置。
車両の走行用の電源である高電圧二次電池と、
前記車両のエンジン始動時及び電装品の電源である低電圧二次電池と、
を備え、
前記制御部は、車両衝突のおそれがある場合に前記低電圧二次電池の電力から前記第１電圧を前記駆動回路に生成させ、車両衝突時に前記高電圧二次電池の電力から前記第２電圧を前記駆動回路に生成させる制御を行う請求項１に記載の車両用乗員拘束装置。
前記高電圧二次電池と前記駆動回路との間に電圧を減圧するための減圧回路を備えた請求項２又は３に記載の車両用乗員拘束装置。