JP2018131168A - 車両用可変フォースリミッタ制御システム - Google Patents

車両用可変フォースリミッタ制御システム Download PDF

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Abstract

【課題】フォースリミッタ荷重のモードを衝突の激しさに応じて切替えるに際し、適切なタイミングで切替え可能でかつ誤切替えを防止又は抑制可能な車両用可変フォースリミッタ制御システムを得る。【解決手段】本車両用可変フォースリミッタ制御システムは、車両の衝突時にシートベルトにかかるフォースリミッタ荷重のモードを高荷重モードから低荷重モードに切替え可能な可変フォースリミッタ機構と、車両と衝突相手との衝突前に両者の相対速度を検出する相対速度センサ（予防センサ）と、車両の加速度を検出する加速度センサ（衝突センサ）と、少なくとも相対速度センサの検出結果に基づいて衝突の激しさΔＶを予測し、当該予測ΔＶと、車両の衝突初期における衝突センサの検出加速度Ｇとの両方に基づいて、フォースリミッタ荷重のモード切替えを制御する制御装置と、を備えている。【選択図】図１１

Description

本発明は、車両用可変フォースリミッタ制御システムに関する。
下記特許文献１には、少なくとも第１及び第２のシートベルト荷重制限機構（フォースリミッタ機構）を備え、衝突時にシートベルトにかかる制限荷重（フォースリミッタ荷重）を３段階に変更可能とされたシートベルトリトラクタが開示されている。第２のシートベルト荷重制限機構は、予め事前にわかる情報（乗員の体重、シートスライド位置等）、衝突予知センサで衝突を予知した衝突予知情報、及び衝突後の衝突の厳しさの情報（衝突速度、衝突加減速度、衝突の仕方等）に基づいて、フォースリミッタ荷重を変更する。これにより、フォースリミッタ荷重を衝突時の状況に応じてより一層柔軟に種々設定するようにしている。
特開２００６−６２６３２号公報
しかしながら、上記構成のシートベルトリトラクタでは、衝突後の衝突の厳しさ（激しさ）を、加速度センサの検出信号に基づいて判断する構成になっている。この場合、衝突開始から衝突終了までの加速度を積分しなければ、衝突の激しさを正確に求めることができない。つまり、衝突終了まで衝突の激しさを正確に判断することができないので、フォースリミッタ荷重を適切なタイミングで切替えることが困難である。また仮に、適切なタイミングでフォースリミッタ荷重を切替えようとすると、衝突の激しさを正確に判断できていないタイミングで切替えることとなるので、フォースリミッタ荷重の誤切替え（フォースリミッタ機構の不要作動）の原因となる。
本発明は上記事実を考慮し、フォースリミッタ荷重のモードを衝突の激しさに応じて切替えるに際し、適切なタイミングで切替え可能でかつ誤切替えを防止又は抑制可能な車両用可変フォースリミッタ制御システムを得ることを目的とする。
請求項１に記載の発明に係る車両用可変フォースリミッタ制御システムは、車両の衝突時にシートベルトにかかるフォースリミッタ荷重のモードを高荷重モードから低荷重モードに切替え可能な可変フォースリミッタ機構と、前記車両と衝突相手との衝突前に両者の相対速度を検出する相対速度センサと、前記車両の加速度を検出する加速度センサと、少なくとも前記相対速度センサの検出結果に基づいて衝突の激しさを予測し、当該予測結果と、前記車両の衝突初期における前記加速度センサの検出結果との両方に基づいて、前記フォースリミッタ荷重のモード切替えを制御する制御装置と、を備えている。
なお、請求項１に記載の発明において「衝突初期」は、衝突開始後の期間であって、かつフォースリミッタ荷重が低荷重モードの荷重に達する前の期間である。
請求項１に記載の発明によれば、可変フォースリミッタ機構は、車両の衝突時にシートベルトにかかるフォースリミッタ荷重のモードを高荷重モードから低荷重モードに切替え可能とされている。また、相対速度センサは、車両と衝突相手との衝突前に両者の相対速度を検出し、加速度センサは、車両の加速度を検出する。そして、制御装置は、少なくとも相対速度センサの検出結果に基づいて衝突の激しさを予測し、当該予測結果と、車両の衝突初期における加速度センサの検出結果との両方に基づいてフォースリミッタ荷重のモード切替えを制御する。これにより、例えば制御装置が、上記予測結果及び上記検出結果のうちの何れか一方のみに基づいて上記モード切替えを制御する場合と比較して、上記モード切替えの必要性を正確に判定できるので、誤切替えを防止又は抑制できる。しかも、車両の衝突初期における加速度センサの検出結果を用いるので、適切なタイミングでフォースリミッタ荷重のモードを切替えることが可能になる。
請求項２に記載の発明に係る車両用可変フォースリミッタ制御システムは、請求項１において、前記衝突相手の種類を検出する種類検出センサを備え、前記制御装置は、前記種類検出センサの検出結果に基づいて前記衝突相手の質量を推測し、当該推測結果と前記相対速度センサの検出結果との両方に基づいて前記衝突の激しさを予測する。
請求項２に記載の発明では、制御装置は、種類検出センサが検出した衝突相手の種類（大きさ、車種等）に基づいて衝突相手の質量を推測し、その推測結果と、相対速度センサの検出結果との両方に基づいて衝突の激しさを予測する。これにより、予測の精度を高めることができる。
請求項３に記載の発明に係る車両用可変フォースリミッタ制御システムは、請求項１又は請求項２において、前記シートベルトを装着する乗員の体格を検出する体格センサを備え、前記制御装置は、前記体格センサの検出結果と前記予測結果との両方に基づいて、前記フォースリミッタ荷重のモードが前記低荷重モードの場合における衝突時の前記車両に対する前記乗員の最大前方移動量を予測し、前記乗員の前方に位置する車両用内装部品に前記乗員が衝突する可能性が有ると判断した場合、前記フォースリミッタ荷重のモードを前記高荷重モードのままとする。
請求項３に記載の発明では、制御装置は、体格センサが検出した乗員の体格と、自らが予測した衝突の激しさとの両方に基づいて、フォースリミッタ荷重のモードが低荷重モードの場合における衝突時の車両に対する乗員の最大前方移動量を予測する。その結果、制御装置が、乗員の前方に位置する車両用内装部品（ステアリングホイール等）に乗員が衝突する可能性が有ると判断した場合、制御装置は、フォースリミッタ荷重のモードを高荷重モードのままとする。これにより、乗員と車両用内装部品との衝突を防止することができる。なお、車両の衝突時にステアリングホイール等から膨張展開するエアバッグは、請求項３に記載の「車両用内装部品」に含まれないものとする。
請求項４に記載の発明に係る車両用可変フォースリミッタ制御システムは、請求項１〜請求項３の何れか１項において、前記制御装置は、前記相対速度センサの検出結果が予め設定された速度以上である場合、前記フォースリミッタ荷重のモードを前記高荷重モードのままとする。
請求項４に記載の発明では、制御装置は、相対速度センサの検出結果、すなわち車両と衝突相手との相対速度が予め設定された速度以上である場合（高速衝突時）には、フォースリミッタ荷重のモードを高荷重モードのままとする。つまり、高速衝突時にフォースリミッタ荷重のモードが低荷重モードに切替えられると、乗員が前方の車両用内装部品と衝突するリスクが高くなるが、本発明ではフォースリミッタ荷重のモードが高荷重モードのままとされるため、上記のリスクを回避することができる。
以上説明したように、本発明に係る車両用可変フォースリミッタ制御システムでは、フォースリミッタ荷重のモードを衝突の激しさに応じて切替えるに際し、適切なタイミングで切替え可能でかつ誤切替えを防止又は抑制可能である。
本発明の第１実施形態に係る車両用可変フォースリミッタ制御システムが適用された車両のキャビン前部を車両左方側から見た側面図である。 本発明の第１実施形態に係る車両用可変フォースリミッタ制御システムの構成要素であるシートベルトリトラクタの断面図である。 同シートベルトリトラクタに設けられた可変フォースリミッタ機構が有するクラッチ機構及び切替機構の構成を示す正面図であり、クラッチ機構の非作動状態を示す図である。 クラッチ機構の作動状態を示す図３に対応した図である。 切替機構のガスジェネレータが作動した状態を示す図４に対応した図である。 可変フォースリミッタ機構が高荷重モードの場合におけるベルト荷重（フォースリミッタ荷重）と乗員胸部のストロークとの関係を示す線図である。 可変フォースリミッタ機構が低荷重モードの場合におけるベルト荷重と乗員胸部のストロークとの関係を示す線図である。 本発明の第１実施形態に係る車両用可変フォースリミッタ制御システムが備える制御部の構成を示すブロック図である。 本発明の第１実施形態に係る車両と衝突相手との衝突前の状況を示す側面図である。 本発明の第１実施形態に係る車両と衝突相手との衝突前後の時間と、ベルト荷重との関係を示す線図である。 本発明の第１実施形態に係る車両用可変フォースリミッタ制御システムの制御手順を示すフローチャートである。 本発明の第１実施形態に係る車両と衝突相手との衝突前後の時間と、衝突センサの検出加速度との関係を示す線図である。 本発明の第１実施形態に係る車両用可変フォースリミッタ制御システムにおけるフォースリミッタ荷重の切替タイミングについて説明するための図６及び図７に対応した線図である。 本発明の第２実施形態に係る車両と衝突相手との衝突前の状況を示す側面図である。 本発明の第３実施形態に係る車両用可変フォースリミッタ制御システムの制御手順を示すフローチャートである。
＜第１の実施形態＞
以下、図１〜図１３を用いて本発明の第１実施形態に係る車両用可変フォースリミッタ制御システム１０について説明する。なお、図１に示される矢印ＦＲ及び矢印ＵＰは、それぞれ車両用可変フォースリミッタ制御システム１０が適用された車両（自動車）Ｖ１の前方及び上方を示している。
図１には、車両用可変フォースリミッタ制御システム１０が適用された車両Ｖ１におけるキャビンＣの前部が側面図にて示されている。この車両Ｖ１は、乗員Ｐが着座する車両用シート１２（ここでは運転席）を備えている。この車両用シート１２の前方には、インストルメントパネル１４やステアリングホイール１６等の車両用内装部品が設けられている。また、ステアリングホイール１６には、運転席用エアバッグ装置１８が搭載されている。この運転席用エアバッグ装置１８は、車両の前面衝突が検知された際にガス発生装置を作動させてエアバッグ２０を膨張展開させる構成になっている。この車両Ｖ１に適用された車両用可変フォースリミッタ制御システム１０は、運転席用のシートベルト装置３０と、図８に示される制御部９０を備えている。
（シートベルト装置３０の構成）
図１に示されるように、シートベルト装置３０は、３点式のシートベルト装置であり、シートベルト（ウエビング）３２を備えている。シートベルト３２の長手方向一端部は、Ｂピラー２２の下端部に固定されたシートベルトリトラクタ４２のスプール４８（図２参照）に係止されている。シートベルト３２の長手方向中間部は、Ｂピラー２２の上部に取り付けられたショルダアンカ（スリップジョイント）３４に巻き掛けられており、シートベルト３２の長手方向他端部は、Ｂピラー２２の下端部付近で車両Ｖ１のフロアに固定されたアンカ部材（図示省略）に係止されている。
また、シートベルト３２の長手方向中間部には、ショルダアンカ３４とアンカ部材との間において、タングプレート３６が摺動可能に取り付けられている。このタングプレート３６は、車両用シート１２の車両幅方向中央側に設けられたバックル３８と連結される。これにより、車両用シート１２に着座した乗員Ｐがシートベルト３２を装着した状態（乗員Ｐがシートベルト３２によって車両用シート１２に拘束された状態）となる。
上記のシートベルトリトラクタ４２（以下、「リトラクタ４２」と略称する）は、シートベルト３２を巻き取って格納する巻取装置である。このリトラクタ４２は、フレーム４６と、スプール（巻取軸）４８と、ロック機構５０と、可変フォースリミッタ機構５２と、図示しないプリテンショナ機構とを備えている。上記の可変フォースリミッタ機構５２（以下、「可変ＦＬ機構５２」と略称する）は、メイントーションシャフト５４と、サブトーションシャフト５６と、トリガワイヤ５８と、クラッチ機構６０と、切替機構６２とを備えている。また、上記のプリテンショナ機構は、例えば火薬式とされており、車両Ｖ１の前面衝突が検知された際に火薬の発火によってスプール４８を回転させることにより、シートベルト３２を所定量だけスプール４８に強制的に巻き取る構成になっている。
上記のフレーム４６は、車体に固定された板状の背板４６Ａを備えている。背板４６Ａの幅方向両端部からは脚片４６Ｂ、４６Ｃが略直角に延出されており、フレーム４６は、平面視で略Ｕ字形状に形成されている。スプール４８は、軸線方向に貫通する貫通孔４８Ａを有する円筒状に形成されており、脚片４６Ｂと脚片４６Ｃとの対向方向を軸線方向として、脚片４６Ｂと脚片４６Ｃとの間に配置されている。このスプール４８は、メイントーションシャフト５４、サブトーションシャフト５６等を介してフレーム４６に回転可能に支持されている。このスプール４８には、前述したようにシートベルト３２の長手方向一端部が係止されている。このスプール４８は、一方の回転方向であるベルト巻取方向へ回転することでシートベルト３２を長手方向一端側から巻き取って格納する構成となっている。また、このスプール４８は、シートベルト３２が引き出されることで、他方の回転方向であるベルト引出方向へ回転される構成となっている。なお、図３〜図５に矢印Ａで示される方向がベルト巻取方向であり、図３〜図５に矢印Ｂで示される方向がベルト引出方向である。
ロック機構５０は、スプール４８の軸線方向一方側（図２では右側）においてスプール４８と同軸的に配置されたロックギヤ６４と、当該ロックギヤ６４に噛合可能とされたロックパウル６６とを備えている。このロック機構５０は、車両Ｖ１の加速度（特に減速加速度）が一定以上であること、又はスプール４８からのシートベルト３２の引出加速度が一定以上であることを検出すると、ロックパウル６６がロックギヤ６４と係合する。これにより、ロックギヤ６４のベルト引出方向への回転が阻止（ロック）される構成になっている。
メイントーションシャフト５４は、スプール４８の貫通孔４８Ａ内に同軸的に挿入されている。メイントーションシャフト５４の軸線方向一端部５４Ａは、スプール４８の内周部における軸線方向中間部に嵌合係止されている。これにより、メイントーションシャフト５４がスプール４８と一体回転可能に連結されている。メイントーションシャフト５４の軸線方向他端部５４Ｂは、ロックギヤ６４の軸心部に嵌合係止されている。これにより、メイントーションシャフト５４がロックギヤ６４と一体回転可能に連結されている。
このメイントーションシャフト５４は、車両Ｖ１の衝突によってロックギヤ６４のベルト引出方向への回転がロックされた状態で、シートベルト３２が乗員により過大な荷重で引っ張られると、捩り変形される。つまり、シートベルト３２の引張力に基づくベルト引出方向へのスプール４８の回転力がメイントーションシャフト５４の耐捩り荷重（耐変形荷重）を上回ると、メイントーションシャフト５４が捩り変形する（可変ＦＬ機構５２が作動する）。これにより、メイントーションシャフト５４が捩り変形した分だけ、スプール４８が引出方向に回転し、リトラクタ４２からのシートベルト３２の引出しが許容される。この際には、上記の捩り変形に供される荷重が、フォースリミッタ荷重（以下、「ＦＬ荷重」と称する）としてシートベルト３２に作用する構成になっている。
サブトーションシャフト５６は、メイントーションシャフト５４よりもスプール４８の軸線方向他方側でスプール４８の貫通孔４８Ａ内に同軸的に挿入されている。サブトーションシャフト５６の軸線方向一端部５６Ａは、スプール４８の内周部における軸線方向中間部に嵌合係止されている。これにより、サブトーションシャフト５６がスプール４８と一体回転可能に連結されている。サブトーションシャフト５６の軸線方向他端部５６Ｂは、スプール４８の軸線方向他方側（図２では左側）へ突出している。サブトーションシャフト５６の軸線方向他端部５６Ｂは、クラッチ機構６０に対応している。
トリガワイヤ５８は、スプール４８の貫通孔４８Ａと並行してスプール４８に形成された孔部４８Ｂ内に挿入されている。このトリガワイヤ５８の一端部５８Ａは、ロックギヤ６４に係止されている。トリガワイヤ５８の他端部５８Ｂは、スプール４８の軸線方向他方側（図２では左側）へ突出している。このトリガワイヤ５８の他端部は、クラッチ機構６０に対応している。
クラッチ機構６０は、スプール４８の軸線方向他方側においてスプール４８と同軸的に配置されたクラッチベース部６８と、該クラッチベース部６８に回動可能に支持された一対のパウル７０とを備えている。クラッチベース部６８の軸心部には、サブトーションシャフト５６の軸線方向他端部５６Ｂが嵌合係止されている。これにより、サブトーションシャフト５６がクラッチベース部６８と一体回転可能に連結されている。
このクラッチベース部６８には、トリガワイヤ５８の他端部５８Ｂが挿入されたワイヤ挿入孔７２が形成されている。上記の挿入状態では、一対のパウル７０が図３に示される非作動位置に保持される構成になっている。このトリガワイヤ５８は、メイントーションシャフト５４の捩り変形によってスプール４８がロックギヤ６４に対してベルト引出方向へ回転すると、ワイヤ挿入孔７２から引き抜かれる。これにより、一対のパウル７０が図示しない付勢部材の付勢力によって図４及び図５に示される作動位置へ移動され、切替機構６２が有するロックリング７６と係合される構成になっている。この係合状態では、ロックリング７６がクラッチ機構６０を介してサブトーションシャフト５６と連結される構成になっている。なお、このクラッチ機構６０は、特開２０１２−１４４１２３号公報、特開２０１３−１３１３号公報、特開２０１３−２４９０３０号公報等に開示されたものと同様のものであり、周知のものであるため、詳細な説明は省略する。
切替機構６２は、スプール４８の軸線方向他方側（図２では左側）に配置されており、上記のロックリング７６と、ロックレバー７８と、ガスジェネレータ８０と、脚片４６Ｂに固定された図示しないケースとを備えている。ロックリング７６は、リング状に形成され、スプール４８と同軸的に配置されており、内側にクラッチ機構６０を収容している。このロックリング７６は、上記のケースに回転可能に支持されている。このロックリング７６の外周部には、ロックレバー７８が係合する切欠部７６Ａが形成されている。
ロックレバー７８は、長尺状に形成され、ロックリング７６の外周外側に配置されており、支軸８４を介して上記のケースに支持されている。この支軸８４の軸線は、スプール４８の軸線と平行に設定されている。そして、ロックレバー７８は、図３及び図４に示される第１位置と、図５に示される第２位置との間で支軸８４回りに回動可能とされている。ロックレバー７８が第１位置に位置する状態では、ロックレバー７８がロックリング７６の切欠部７６Ａに係合（嵌合）し、ロックリング７６のベルト引出方向（図３〜図５の矢印Ｂ方向）への回転が阻止される。一方、ロックレバー７８が第２位置に位置する状態では、上記の係合が解除され、ロックリング７６の引出方向の回転が許容される。
上記のロックレバー７８が第１位置に位置し、かつクラッチ機構６０の一対のパウル７０がロックリング７６と係合した状態（図４図示状態）では、サブトーションシャフト５６の軸線方向他端部がベルト引出方向への回転を阻止される。この状態でシートベルト３２が乗員Ｐにより過大な荷重で引っ張られ、当該引張力に基づくベルト引出方向へのスプール４８の回転力がメイントーションシャフト５４の耐捩り荷重（耐変形荷重）とサブトーションシャフト５６の耐捩り荷重（耐変形荷重）との合計を上回ると、メイントーションシャフト５４及びサブトーションシャフト５６が捩り変形する。これにより、メイントーションシャフト５４のみが捩り変形する場合よりも、シートベルト３２にかかるＦＬ荷重が高くなる構成になっている。一方、ロックレバー７８が第２位置に位置する状態では、サブトーションシャフト５６の軸線方向他端部がベルト引出方向への回転を許容される。この状態では、サブトーションシャフト５６が捩り変形しないので、ＦＬ荷重が低くなる構成になっている。
つまり、上記のロックレバー７８は、第１位置と第２位置との間で回動されることで、ＦＬ荷重のモードを「高荷重モード」と「低荷重モード」との２段階に変更する（切替える）構成になっている。上記の高荷重モードは、図６に示されるようにＦＬ荷重（ベルト荷重）が高荷重Ｆ２（最大荷重）となるモードであり、上記の低荷重モードは、図７に示されるようにＦＬ荷重（ベルト荷重）が低荷重Ｆ１（最小荷重）となるモードである。そして、ロックレバー７８が第１位置に位置する状態が高荷重モードとされ、ロックレバー７８が第２位置に位置する状態が低荷重モードとされている。なお、図６は、高荷重モードにおけるベルト荷重と乗員Ｐの胸部ストローク（車両に対する胸部の前方移動量）との関係を示しており、図７は、低荷重モードにおけるベルト荷重と乗員Ｐの胸部ストロークとの関係を示している。
上記のロックレバー７８は、支軸８４に取り付けられた捩りコイルスプリング８６によって第１位置へと付勢されており、通常時には第１位置に保持されている。このため、通常時（車両Ｖ１のイグニッションスイッチがオフの状態を含む）には、ＦＬ荷重のモードが高荷重モードに設定される構成になっている。
また、ロックレバー７８の回動方向一方側（図３〜図５では右側）には、ガスジェネレータ８０が配置されている。ガスジェネレータ８０は、ピストン８０Ａをロックレバー７８側へ向けた状態で前述したケースに固定されている。このガスジェネレータ８０は、通電されることでガス発生剤が点火されて燃焼し、高圧のガスを発生させる。このガスの圧力でガスジェネレータ８０のピストン８０Ａがロックレバー７８側へ突出し、ロックレバー７８を第１位置から第２位置へと移動させる構成になっている。つまり、このガスジェネレータ８０は、ＦＬ荷重のモードを高荷重モードから低荷重モードに切替える（ＦＬ荷重を高荷重Ｆ２から低荷重Ｆ１に切替える）構成になっている。
（制御部９０の構成）
図８に示されるように、制御部９０は、制御装置としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit）９２を備えている。このＥＣＵ９２は、例えばセンタコンソールの下方で車両のフロアに取り付けられている。このＥＣＵ９２には、前述したガスジェネレータ８０と、運転席用エアバッグ装置２０が有するガス発生装置（図示省略）と、プリテンショナ機構が有するガス発生装置（図示省略）とが電気的に接続されている。また、このＥＣＵ９２には、衝突予知センサとしての予防センサ９３と、加速度センサとしての衝突センサ９６と、バックルスイッチ９８とが電気的に接続されている。
予防センサ９３は、本実施形態では図９に示されるミリ波レーダ９４によって構成されている。このミリ波レーダ９４は、本発明における「相対速度センサ」に相当するものであり、車両Ｖ１の前端部に搭載されている。このミリ波レーダ９４は、車両Ｖ１が衝突相手（ここでは図９に示される車両Ｖ２又はＶ３）と衝突する前に、車両Ｖ１と衝突相手との相対速度Ｖｒを検出し、当該検出結果に応じた信号をＥＣＵ９２に出力する構成になっている。なお、相対速度センサは、ミリ波レーダに限らず、レーザレーダや、ステレオカメラ等であってもよい。
衝突センサ９６は、車両Ｖ１の前部において左右のフロントサイドメンバやラジエータサポートに取り付けられた左右一対のフロントサテライトセンサ（図示省略）と、センタコンソールの下方で車両Ｖ１のフロアに取り付けられたフロアＧセンサ（図示省略）とを含んで構成されている。左右のフロントサテライトセンサ及びフロアＧセンサは、何れも加速度センサであり、車両Ｖ１の前面衝突時に車両Ｖ１の加速度を検出し、当該検出結果に応じた信号をＥＣＵ９２に出力する。なお、上記の前面衝突には、対称衝突（正面衝突；フルラップ前面衝突）の他、斜め衝突や微小ラップ衝突等の非対称衝突が含まれる。
バックルスイッチ９８は、バックル３８に設けられており、タングプレート３６がバックル３８に連結された状態、すなわち乗員がシートベルト３２を装着した状態でオン信号を出力する構成になっている。
ＥＣＵ９２は、車両Ｖ１のイグニッションスイッチがオンであり、かつバックルスイッチ９８からオン信号が出力されている状態では、ＲＯＭに記憶された制御プログラムを実行する。この制御プログラムでは、ＥＣＵ９２は、ミリ波レーダ９４（予防センサ９３）が検出した車両Ｖ１と衝突相手との相対速度Ｖｒに基づいて、車両Ｖ１の衝突前に衝突の激しさΔＶを予測する。そして、ＥＣＵ９２は、その予測結果（予測ΔＶ）と、車両Ｖ１の衝突初期における衝突センサ９６の検出結果（検出加速度Ｇ）との両方に基づいて、ＦＬ荷重のモード切替えを制御（モード切替えの必要性を判定）する。
具体的には、ＥＣＵ９２は、車両Ｖ１が衝突相手と衝突する前の一定期間ＰＬ１（図１０参照）内に、ミリ波レーダ９４の検出結果である相対速度Ｖｒに基づいて、衝突の激しさΔＶを予測する（図１１のステップＳ１参照）。そして、ＥＣＵ９２は、予測ΔＶが予め設定された第１閾値以上（高ΔＶ）である場合、可変ＦＬ機構５２のガスジェネレータ８０を作動させず、ＦＬ荷重のモードを高荷重モードに設定したままとする（低荷重モードに切替えない）。なお、本実施形態では、ＥＣＵ９２は、予測ΔＶを「ΔＶ＝Ｖｒ」として予測する。つまり、本実施形態では、ＥＣＵ９２は、相対速度Ｖｒが予め設定された速度以上である場合、ＦＬ荷重のモードを低荷重モードに切替えない構成になっている。
また、ＥＣＵ９２は、予測ΔＶが第１閾値未満（低ΔＶ）である場合、衝突初期の一定期間ＰＬ２（図１０参照）内における衝突センサ９６の検出加速度Ｇと、予め設定された第２閾値とを比較する（図１１のステップＳ２参照）。そして、検出加速度Ｇが第２閾値以上（高Ｇ）である場合、ＥＣＵ９２は、可変ＦＬ機構５２のガスジェネレータ８０を作動させず、ＦＬ荷重のモードを高荷重モードに設定したままとする。一方、検出加速度Ｇが第２閾値未満（低Ｇ）である場合、ＥＣＵ９２は、可変ＦＬ機構５２のガスジェネレータ８０を作動させ、ＦＬ荷重のモードを低荷重モードに切替える構成になっている。
なお、本実施形態において「衝突初期」は、車両Ｖ１と衝突相手との衝突が開始された時点（図１０及び図１２のＴ０の時点）よりも後の期間であって、かつシートベルト３２にかかるＦＬ荷重（ベルト荷重）が図１３に示されるように低荷重Ｆ１に達する時点（図１０及び図１２のＴ１の時点）よりも前の期間である。また、本実施形態では、ＥＣＵ９２がＦＬ荷重のモードを低荷重モードに切替えるタイミング（ＦＬ荷重切替タイミング）は、図１０及び図１２のＴ１の時点とされている。
また、ＥＣＵ９２は、衝突センサ９６からの出力に基づいて車両の前面衝突を検知した場合、上記Ｔ０の時点よりも後でかつ上記Ｔ１の時点よりも前の時点において、運転席用エアバッグ装置１８及びプリテンショナ機構のガス発生装置を作動させる構成になっている。これにより、エアバッグ２０がインストルメントパネル１４から乗員Ｐの前方に膨張展開されると共に、シートベルト３２がリトラクタ４２に急速に巻き取られ、シートベルト３２の緩みが除去される。このシートベルト３２には、前面衝突の衝撃によって慣性移動する乗員Ｐからの荷重が加わるので、可変ＦＬ機構５２が作動して、リトラクタ４２からシートベルト３２が引出され、乗員Ｐがシートベルト３２からＦＬ荷重を受けつつエアバッグ２０側へ慣性移動する（図１に二点鎖線で示される乗員Ｐ参照）。これにより、シートベルト３２とエアバッグ２０とが分担して乗員Ｐを拘束し、乗員Ｐの衝撃が吸収される構成になっている。
（作用及び効果）
次に、本実施形態の作用及び効果について説明する。
上記構成の車両用可変フォースリミッタ制御システム１０では、可変ＦＬ機構５２は、車両Ｖ１の衝突時にシートベルト３２にかかるＦＬ荷重のモードを高荷重モードから低荷重モードに切替え可能とされている。また、予防センサ９３を構成するミリ波レーダ９４は、車両Ｖ１と衝突相手との衝突前に両者の相対速度Ｖｒを検出し、衝突センサ９６は、車両Ｖ１の加速度を検出する。そして、ＥＣＵ９２は、ミリ波レーダ９４の検出結果（相対速度Ｖｒ）に基づいて衝突の激しさΔＶを予測し、当該予測ΔＶと、車両Ｖ１の衝突初期における衝突センサ９６の検出加速度Ｇとの両方に基づいてＦＬ荷重のモード切替えを制御（モード切替えの必要性を判定）する。
これにより、例えばＥＣＵ９２が、上記予測ΔＶ及び上記検出加速度Ｇのうちの何れか一方のみに基づいて上記必要性を判定する場合と比較して、冗長性を高めることができる。その結果、上記必要性を正確に判定できるので、ＦＬ荷重モードの誤切替えを防止又は抑制できる。しかも、車両Ｖ１の衝突初期における衝突センサ９６の検出加速度Ｇを用いるので、適切なタイミングでＦＬ荷重のモードを切替えることが可能になる。
なお、衝突の激しさΔＶを正確に求めるためには、図１２に示される衝突開始時点Ｔ０から衝突終了時点Ｔ２までの間に衝突センサ９６が検出した加速度を積分する必要がある。つまり、図１２においてハッチングを付した部分の総面積が、衝突の激しさ（車両Ｖ１の速度変化）ΔＶとして求められる。このため、背景技術の欄で説明したシートベルトリトラクタのように、加速度センサ（本実施形態の「衝突センサ９６」に相当）の検出信号に基づいて衝突の激しさΔＶを判断する構成の場合、衝突終了まで衝突の激しさΔＶを正確に判断することができないので、ＦＬ荷重のモードを適切なタイミングで切替えることが困難である。
上記問題の解決策としては、例えば衝突初期における衝突センサ９６の検出加速度Ｇに基づいて衝突の激しさΔＶを予測し、当該予測結果に基づいてＦＬ荷重のモード切替えを制御することが考えられる。しかしながら、衝突後に作動させる可変ＦＬ機構５２は、一般に火薬式であるため、ＦＬ荷重のモードを一度しか切替えられない。このため、モード切替後に予測が外れたことが判明しても、再切替ができない。このため、衝突の激しさΔＶを予測するに際しては、本実施形態のように冗長性を高めることが好ましい。それにより、可変ＦＬ機構５２の不要作動を防止又は効果的に抑制できる。
また、本実施形態では、ＥＣＵ５２は、ミリ波レーダ９４（予防センサ９３）の検出結果、すなわち車両Ｖ１と衝突相手との相対速度Ｖｒが予め設定された速度以上である場合（高速衝突時）には、ＦＬ荷重のモードを高荷重モードのままとする。つまり、高速衝突時にＦＬ荷重のモードが低荷重モードに切替えられると、乗員Ｐの頭部等が前方のステアリングホイール１６等と衝突するリスクが高くなるが、本実施形態ではＦＬ荷重のモードが高荷重モードのままとされるため、上記のリスクを回避することができる。
一方、ＥＣＵ５２は、車両Ｖ１と衝突相手との相対速度Ｖｒが予め設定された速度未満である場合（中低速衝突時）には、乗員Ｐのエネルギが小さく、車両Ｖ１に対する乗員Ｐの最大前方移動量も小さくなるので、ＦＬ荷重のモードを低荷重モードに切替える。これにより、乗員Ｐの胸部（肋骨）等がシートベルト３２から受ける負荷を低減することができるので、特に高齢者の胸部を保護する観点で好適である。
次に、本発明の他の実施形態について説明する。なお、前記第１実施形態と基本的に同様の構成及び作用については、前記第１実施形態と同符号を付与しその説明を省略する。
＜第２の実施形態＞
図１４には、本発明の第２実施形態に係る車両用可変フォースリミッタ制御システムが適用された車両Ｖ１の一部が側面図にて示されている。この実施形態では、予防センサ９３が、相対速度センサであるミリ波レーダ９４と、種類検出センサであるステレオカメラ９５とによって構成されている。このステレオカメラ９５は、衝突相手（ここでは図１４に示される普通車Ｖ２又は大型車Ｖ３）の種類（大きさ、車種等）を検出可能とされている。なお、種類検出センサは、ステレオカメラ９５に限らず、単眼カメラとレーザレーダとの組み合わせや、車々間通信装置等でもよい。また、衝突相手は、普通車Ｖ２又は大型車Ｖ３等の車両に限らず、建造物などであってもよい。
ＥＣＵ９２は、車両Ｖ１が衝突相手と衝突する前に、ミリ波レーダ９４からの出力に基づいて車両Ｖ１と衝突相手との相対速度Ｖｒを検知すると共に、ステレオカメラ９５からの出力に基づいて、衝突相手の種類（大きさ、車種等）を検知する。そして、ＥＣＵ９２は、ステレオカメラ９５の検出結果に基づいて衝突相手の質量ｍを推測する。そして、ＥＣＵ９２は、その推定結果（質量ｍ）と、ミリ波レーダ９４の検出結果（相対速度Ｖｒ）との両方に基づいて衝突の激しさΔＶを予測する。この場合、ＥＣＵ９２は、予測ΔＶを、運動量保存則に基づいて、「ΔＶ＝Ｖｒ×ｍ／（ｍ＋Ｍ）」として予測する構成になっている。なお、上記のＭは車両Ｖ１の質量である。この実施形態では、上記以外の構成は、第１実施形態と同様とされている。
この実施形態では、ＥＣＵ９２は、上記のように相対速度Ｖｒと衝突相手の推定質量ｍとの両方に基づいて衝突の激しさΔＶを予測する。これにより、予測ΔＶの精度を高めることができる。
＜第３の実施形態＞
図１５には、本発明の第３実施形態に係る車両用可変フォースリミッタ制御システムの制御手順がフローチャートにて示されている。この実施形態は、乗員Ｐの体格を検出する体格センサ（図示省略）を備えている。この体格センサは、乗員Ｐを撮影する車内カメラ、車両用シート１２への乗員Ｐの着座荷重を検知するシートウェイトセンサ、車両用シート１２の前後スライド位置を検知するシートスライドセンサ、リトラクタ４２からのシートベルト３２の引出量を検知するベルト引出量センサ、のうちの少なくとも一つを含んで構成されている。この体格センサは、ＥＣＵ９２（図１５では図示省略）に電気的に接続されており、検出結果（乗員Ｐの体格）に応じた信号をＥＣＵ９２に出力する。
ＥＣＵ９２は、体格センサの検出結果と、予測ΔＶとの両方に基づいて、ＦＬ荷重のモードが低荷重モードの場合における衝突時の車両Ｖ１に対する乗員Ｐの最大前方移動量を予測し、乗員Ｐの前方に位置する車両用内装部品（ここでは図１に示されるステアリングホイール１６）に乗員Ｐの顔面等が衝突（二次衝突）する可能性の有無を判断する。そして、当該可能性が有るとＥＣＵ９２が判断した場合、ＥＣＵ９２は、ＦＬ荷重のモードを高荷重モードに設定したままとする（低荷重モードに切替えない）構成になっている。
具体的には、ＥＣＵ９２は、バックルスイッチ９８からオン信号が出力されている状態では、体格センサの検出結果に基づいて乗員Ｐが大柄か小柄かを判断する（図１５のステップＳ３参照）。乗員Ｐが大柄であると判断された場合、図１５のステップＳ４に移行する。ステップＳ４では、ＥＣＵ９２は、予防センサ９３を用いて予測した予測ΔＶと、予め設定された第３閾値とを比較する。予測ΔＶが第３閾値以上（中ΔＶ又は高ΔＶ）である場合、ＥＣＵ９２は、上記最大前方移動量が上記二次衝突を生じさせる移動量であると判断し、可変ＦＬ機構５２のガスジェネレータ８０を作動させず、ＦＬ荷重のモードを高荷重モードに設定したままとする。
一方、予測ΔＶが第３閾値未満（低ΔＶ）である場合、図１５のステップＳ５に移行する。ステップＳ５では、ＥＣＵ９２は、衝突初期における衝突センサ９６の検出加速度Ｇと、予め設定された第４閾値とを比較する。そして、検出加速度Ｇが第４閾値以上（中Ｇ又は高Ｇ）である場合、ＥＣＵ９２は、可変ＦＬ機構５２のガスジェネレータ８０を作動させず、ＦＬ荷重のモードを高荷重モードに設定したままとする。一方、検出加速度Ｇが第４閾値未満（低Ｇ）である場合、ＥＣＵ９２は、可変ＦＬ機構５２のガスジェネレータ８０を作動させ、ＦＬ荷重のモードを低荷重モードに切替える構成になっている。
一方、ステップＳ３において乗員Ｐが小柄であると判断された場合、図１５のステップＳ６に移行する。ステップＳ６では、ＥＣＵ９２は、予防センサ９３を用いて予測した予測ΔＶと、予め設定された第５閾値とを比較する。予測ΔＶが第５閾値以上（高ΔＶ）である場合、ＥＣＵ９２は、上記最大前方移動量が上記二次衝突を生じさせる移動量であると判断し、可変ＦＬ機構５２のガスジェネレータ８０を作動させず、ＦＬ荷重のモードを高荷重モードに設定したままとする（低荷重モードに切替えない）。
一方、予測ΔＶが第５閾値未満（中ΔＶ又は低ΔＶ）である場合、図１５のステップＳ７に移行する。ステップＳ７では、ＥＣＵ９２は、衝突初期における衝突センサ９６の検出加速度Ｇと、予め設定された第６閾値とを比較する。そして、検出加速度Ｇが第６閾値以上（高Ｇ）である場合、ＥＣＵ９２は、可変ＦＬ機構５２のガスジェネレータ８０を作動させず、ＦＬ荷重のモードを高荷重モードに設定したままとする。一方、検出加速度Ｇが第６閾値未満（中Ｇ又は低Ｇ）である場合、ＥＣＵ９２は、可変ＦＬ機構５２のガスジェネレータ８０を作動させ、ＦＬ荷重のモードを低荷重モードに切替える構成になっている。この実施形態では、上記以外の構成は第１実施形態と同様とされている。
この実施形態では、ＥＣＵ９２は、体格センサの検出結果及び予測ΔＶに基づいて、低荷重モードの場合に乗員Ｐがステアリングホイール１６等の車両用内装部品と二次衝突する可能性が有ると判断した場合、ＦＬ荷重のモードを高荷重モードのままとする。これにより、上記二次衝突を防止又は効果的に抑制できる。
＜実施形態の補足説明＞
前記各実施形態では、可変ＦＬ機構５２（可変フォースリミッタ機構）がＦＬ荷重を高荷重から低荷重に２段階に切替え可能とされた構成にしたが、本発明はこれに限らず、可変フォースリミッタ機構の構成は適宜変更可能である。例えば可変フォースリミッタ機構がＦＬ荷重を高荷重から低荷重に無段階に切替え可能とされた構成にしてもよい。また例えば、可変フォースリミッタ機構がＦＬ荷重を高荷重と中荷重と低荷重とに３段階に切替え可能とされた構成にしてもよい。
また、前記各実施形態では、運転席用シートベルト装置３０のリトラクタ４２に可変ＦＬ機構５２が設けられた構成にしたが、本発明はこれに限らず、可変フォースリミッタ機構は、助手席用シートベルト装置のリトラクタに設けられたものでもよいし、後席用シートベルト装置のリトラクタに設けられたものでもよい。
その他、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更して実施できる。また、本発明の権利範囲が上記各実施形態に限定されないことは勿論である。
１０ 車両用可変フォースリミッタ制御システム
３２ シートベルト
５２ 可変フォースリミッタ機構
９２ ＥＣＵ（制御装置）
９４ ミリ波レーダ（相対速度センサ）
９５ ステレオカメラ（種類検出センサ）
９６ 衝突センサ（加速度センサ）
Ｐ 乗員
Ｖ１ 車両
Ｖ２、Ｖ３ 衝突相手

Claims (4)

  1. 車両の衝突時にシートベルトにかかるフォースリミッタ荷重のモードを高荷重モードから低荷重モードに切替え可能な可変フォースリミッタ機構と、
    前記車両と衝突相手との衝突前に両者の相対速度を検出する相対速度センサと、
    前記車両の加速度を検出する加速度センサと、
    少なくとも前記相対速度センサの検出結果に基づいて衝突の激しさを予測し、当該予測結果と、前記車両の衝突初期における前記加速度センサの検出結果との両方に基づいて、前記フォースリミッタ荷重のモード切替えを制御する制御装置と、
    を備えた車両用可変フォースリミッタ制御システム。
  2. 前記衝突相手の種類を検出する種類検出センサを備え、
    前記制御装置は、前記種類検出センサの検出結果に基づいて前記衝突相手の質量を推測し、当該推測結果と前記相対速度センサの検出結果との両方に基づいて前記衝突の激しさを予測する請求項１に記載の車両用可変フォースリミッタ制御システム。
  3. 前記シートベルトを装着する乗員の体格を検出する体格センサを備え、
    前記制御装置は、前記体格センサの検出結果と前記予測結果との両方に基づいて、前記フォースリミッタ荷重のモードが前記低荷重モードの場合における衝突時の前記車両に対する前記乗員の最大前方移動量を予測し、前記乗員の前方に位置する車両用内装部品に前記乗員が衝突する可能性が有ると判断した場合、前記フォースリミッタ荷重のモードを前記高荷重モードのままとする請求項１又は請求項２に記載の車両用可変フォースリミッタ制御システム。
  4. 前記制御装置は、前記相対速度センサの検出結果が予め設定された速度以上である場合、前記フォースリミッタ荷重のモードを前記高荷重モードのままとする請求項１〜請求項３の何れか１項に記載の車両用可変フォースリミッタ制御システム。
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