JP3835660B2

JP3835660B2 - シートベルト駆動装置

Info

Publication number: JP3835660B2
Application number: JP12624299A
Authority: JP
Inventors: 竜司矢野
Original assignee: Takata Corp
Current assignee: Takata Corp
Priority date: 1999-05-06
Filing date: 1999-05-06
Publication date: 2006-10-18
Anticipated expiration: 2019-05-06
Also published as: JP2000318574A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、乗用車のシートベルト駆動装置に関するものであり、さらに詳しくは、駆動源に直流モータを使用し、その回転方向、回転速度を制御可能としたシートベルト駆動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
乗用車に使用されるシートベルトは、シートベルト巻取機により張力を与えられるようになっている。すなわち、シートベルトを使用する場合は、シートベルト巻取機の中にばねによって巻き取られているシートベルトを、人間が引き出し、シートに固定されたもう一方のシートベルトとバックルにより係合させる。その後、手を緩めると、シートベルト巻取機のばねの作用により弛んだシートベルトが巻き取られ、ばねによって決まる張力がシートベルトに与えられて、乗員をシートに拘束する。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このようなばね式の巻き取り機構においては、シートベルトを締める方向にのみ力が加わるので、人間がシートベルトを緩めようとすると、この力に逆らってシートベルトを引っ張らなければならないという問題点があった。また、ばねの弾性力を使用しているため、動作が不安定であり、巻き取り不良が発生することがあった。
【０００４】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、人間がシートベルトを引っ張ることにより容易に拘束力を緩めることができると共に、フレキシビリティに富んだ巻取制御に対応することができるシートベルト駆動装置を提供することを課題とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための第１の手段は、シートベルトを駆動する装置であって、駆動用直流モータと、当該直流モータを一方向に駆動し、その回転速度を制御する制御装置を有し、前記直流モータの回転子巻線と並列になるように接続されたアバラッシュ破壊防止用ダイオードを有するものにおいて、当該アバラッシュ破壊防止用ダイオードに流れる電流を制御するスイッチング要素を、当該アバラッシュ破壊防止用ダイオードに直列で、前記直流モータの回転子巻線と並列になるように設けたことを特徴とするシートベルト駆動装置である。
【０００６】
本手段においては、シートベルトを必要な速度で必要な方向に駆動することができるので、フレキシビリティに富んだシートベルトの駆動が実現できる。
【０００８】
本手段においては、シートベルトの駆動方向は一方向に限られるが、シートベルトを必要な速度で駆動することができるので、フレキシビリティに富んだシートベルトの駆動が実現できる。一般に、シートベルトを緩める方向には、人間がシートベルトを手で駆動することが多いので、自動によるシートベルトの駆動方向を巻取方向である一方向に限っても十分であることが多く、これにより、モータを両方向に制御する場合に比して、モータの制御回路を簡単にすることができる。
【００１０】
本手段においては、モーターを駆動しないときは、アバラッシュ破壊防止用ダイオードに直列に接続されたスイッチング要素（スイッチング素子、開閉器等）をオフとしておく。これにより、シートベルトを外力によって、モータによる駆動方向とは逆方向に駆動しようとするとき、アバラッシュ破壊防止用ダイオードを介した短絡回路が形成されなくなるので回生制動がかからず、軽く駆動することができる。
【００１１】
前記課題を解決するための第２の手段は、前記第１の手段における駆動用モータの制御回路に、前記直流モータに印加する電圧の方向を切り換える切り換え回路を付属し、前記直流モータを両方向に回転可能としたことを特徴とするシートベルト駆動装置である。
【００１２】
モータを両方向に回転させ、速度制御を行う場合には、後に発明の実施の形態で説明するように、通常４個のスイッチング素子が必要である。本手段によれば、スイッチング素子を１個で済ますことができる。また、アバラッシュ破壊防止用ダイオードを接続することができ、回路のアバラッシュ破壊を防止することができる。
【００１３】
前記課題を解決するための第３の手段は、前記第１の手段又は第２の手段のうちマイクロコンピュータにより制御を行うものにおいて、マイクロコンピュータの電源を入り切りする開閉装置を、制御回路のその他部分の電源を入り切りする開閉装置と別に設けたことを特徴とするシートベルト駆動装置である。
【００１４】
通常の制御回路においては、常にマイクロコンピュータの電源はオンとしておき、制御回路のその他の部分にはマイクロコンピュータからの指令により電源を投入するようにし、モータを駆動するタイミングでのみ、制御回路に電源が入るようにしてある。しかしながら、乗用車が長期間使用されないで放置される場合には、マイクロコンピュータにより消費される電力も、バッテリーの消費にとって無視できない値となる。この対策として、本手段においては、マイクロコンピュータの電源を入り切りする開閉装置を特別に設け、乗用車が使用されないときにはマイクロコンピュータの電源も切れるようにしておく。この開閉装置は、たとえば、外力による動作で初めて閉となるようにしておくことにより、必要なときのみマイクロコンピュータの電源をオンとすることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の例を図を用いて説明する。以下の説明においては、電源装置の電圧は正であるとして説明する。図１は本発明の実施の形態の第１の例を示すブロック図である。直流電源からの電圧は、ノイズフィルタ、リレー部を介してスイッチング素子部に与えられ、マイクロコンピュータ（ＣＰＵ）からの制御を受けてパルス信号としてモータに与えられる。直流電源からの電圧は、ＣＰＵにも与えられる。ＣＰＵには、モータの回転方向指令、回転速度指令等、外部からの制御信号が与えられる。
【００１６】
図２は、この実施の形態の回路構成を示す概要図である。ノイズフィルタはコンデンサＣ１、Ｃ２及びリアクタンスＬから形成され、スイッチング素子部からのノイズが直流電源側に逆流するのを防いでいる。ＣＰＵからは制御パルスＰ１〜Ｐ４が、ゲート回路ＧＡＴＥを介して、Ｐ１’〜Ｐ４’としてスイッチング素子であるスイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ４のゲートに与えられている。一方、ノイズフィルタを通った直流電源からの電圧は、スイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ４のコレクタに接続され、スイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ４のエミッタは接地されている。
【００１７】
たとえば、シートベルトのバックルが係合されると、ＣＰＵは外部情報としてこの情報を入力し、リレーＲＬのコイルに電圧をかけ、これによりリレーＲＬの接点が閉となって、スイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ４のコレクタに電圧が印加される。ＣＰＵに、モータＭの回転方向、回転速度等の外部情報が入力されると、ＣＰＵはこれに応じて制御パルスＰ１〜Ｐ４を出力する。
【００１８】
図３に、モータＭを正方向に回転させるときの制御パルスＰ１〜Ｐ４の出力方法の例を示す。(a)においては、制御パルスＰ３をハイレベルに保ち、制御パルスＰ１をオンオフする（以下、オンをハイレベル、オフをローレベルとする）。これにより、スイッチングトランジスタＱ２、Ｑ４はオフ、Ｑ３はオンとなり、Ｑ１はオンオフを繰り返す。よって、直流電源からの電流は、スイッチングトランジスタＱ１のオンオフに同期して、Ｑ１→モータ端子Ａ→モータ端子Ｂ→Ｑ３→アースと流れ、モータＭに端子Ａ側からＢ側に流れる巻線電流が与えられる。これにより、モータＭは正転する。
【００１９】
(b)においては、制御パルスＰ１をハイレベルに保ち、制御パルスＰ３をオンオフする。これにより、スイッチングトランジスタＱ２、Ｑ４はオフ、Ｑ１はオンとなり、Ｑ３はオンオフを繰り返す。よって、直流電源からの電流は、スイッチングトランジスタＱ３のオンオフに同期して、Ｑ１→モータ端子Ａ→モータ端子Ｂ→Ｑ３→アースと流れ、モータＭに端子Ａ側からＢ側に流れる巻線電流が与えられる。これにより、モータＭは正転する。
【００２０】
(c)においては、制御パルスＰ１、Ｐ３を同期してオンオフする。これにより、スイッチングトランジスタＱ２、Ｑ４はオフとなり、Ｑ１、Ｑ３はオンオフを繰り返す。よって、直流電源からの電流は、スイッチングトランジスタＱ１、Ｑ３のオンオフに同期して、Ｑ１→モータ端子Ａ→モータ端子Ｂ→Ｑ３→アースと流れ、モータＭに端子Ａ側からＢ側に流れる巻線電流が与えられる。これにより、モータＭは正転する。
【００２１】
図４に、モータＭを逆方向に回転させるときの制御パルスＰ１〜Ｐ４の出力方法の例を示す。(a)においては、制御パルスＰ４をハイレベルに保ち、制御パルスＰ２をオンオフする。これにより、スイッチングトランジスタＱ１、Ｑ３はオフ、Ｑ４はオンとなり、Ｑ２はオンオフを繰り返す。よって、直流電源からの電流は、スイッチングトランジスタＱ２のオンオフに同期して、Ｑ２→モータ端子Ｂ→モータ端子Ａ→Ｑ４→アースと流れ、モータＭに端子Ｂ側からＡ側に流れる巻線電流が与えられる。これにより、モータＭは逆転する。
【００２２】
(b)においては、制御パルスＰ２をハイレベルに保ち、制御パルスＰ４をオンオフする。これにより、スイッチングトランジスタＱ１、Ｑ３はオフ、Ｑ２はオンとなり、Ｑ４はオンオフを繰り返す。よって、直流電源からの電流は、スイッチングトランジスタＱ４のオンオフに同期して、Ｑ２→モータ端子Ｂ→モータ端子Ａ→Ｑ４→アースと流れ、モータＭに端子Ｂ側からＡ側に流れる巻線電流が与えられる。これにより、モータＭは正転する。
【００２３】
(c)においては、制御パルスＰ２、Ｐ４を同期してオンオフする。これにより、スイッチングトランジスタＱ１、Ｑ３はオフとなり、Ｑ２、Ｑ４はオンオフを繰り返す。よって、直流電源からの電流は、スイッチングトランジスタＱ２、Ｑ４のオンオフに同期して、Ｑ２→モータ端子Ｂ→モータ端子Ａ→Ｑ４→アースと流れ、モータＭに端子Ｂ側からＡ側に流れる巻線電流が与えられる。これにより、モータＭは逆転する。
【００２４】
モータの回転速度を変えるときは、オンオフするパルスのパルス幅を一定とし、パルスレート（周期）を変えるか、図５に示すように、パルスレートを一定（周期Ｔ１）とし、デユーティーレシオ（Ｔ２／Ｔ１）を変化させる。
【００２５】
モータを駆動しないとき、外力によりモータＭが回転しにくいようにするためには、図６に示すように、制御パルスＰ３、Ｐ４（又は制御パルスＰ１、Ｐ２）をオンとしたままにしておく。これにより、モータＭには直流電源からの電圧がかからないが、モータＭが外力により回転しようとすると、その起電力によりスイッチングトランジスタＱ３、Ｑ４を介して回生電流が流れ、回生制動により、モータＭが回転しにくくなる。
【００２６】
逆に、外力によりモータＭが回転しやすいようにするときには、制御パルスをオフとしておく。これにより、モータＭの回生電流が流れなくなり、回生制動がかからないので、シートベルトを軽く動かすことができる。
【００２７】
なお、図１において、サーミスタＴＨは、モータＭの温度を監視し、モータＭがオーバーロードとなって温度が上昇したとき、ＣＰＵにその情報を入力し、ＣＰＵによりモータＭの駆動を停止するために設けられている。
【００２８】
図７は本発明の実施の形態の第２の例を示すブロック図である。この実施の形態は、モータを一方向にのみ駆動するものであり、ブロック図としての基本的な構成は図１に示したものと同じであるが、スイッチング素子がアバランシェ電圧により破壊されるのを防ぐためのスイッチング素子保護素子が設けられている点が異なっている。
【００２９】
図８は、この実施の形態の回路構成を示す概要図である。図８に示す回路の基本的な構成は図２に示すものと同じであるので、同じである部分の説明は省略し、異なる部分のみを説明する。ＣＰＵからは一つの制御パルスＰ１のみが出力され、スイッチング素子部は一つのスイッチングトランジスタＱ１により構成されている。制御パルスＰ１は、ゲート回路ＧＡＴＥを介して、Ｐ１’としてスイッチングトランジスタＱ１のゲートに与えられる。直流モータＭの回転子巻線端子Ａ、Ｂに並列に、スイッチング素子保護素子としてのダイオードＤが接続されている。このダイオードＤは、スイッチングトランジスタＱ１がオフとなるときに直流モータＭの回転子巻線に発生する逆起電力によって、スイッチング素子がアバランシェ破壊されるのを防止するためのものである。
【００３０】
制御パルスＰ１をオンとすることにより、スイッチングトランジスタＱ１がオンとなり、モータＭの回転子巻線には端子Ａから端子Ｂへ向かう電流が流れる。これにより、モータＭは回転する。回転速度の制御は、第１の実施例におけると同様、制御パルスＰ１のパルスレート（周期）、又はデューティ比を変えることにより実施することができる。
【００３１】
図９に、この第２の実施の形態の変形である第３の実施の形態の回路構成の概略図を示す。図９に示す回路は、ダイオードＤと直列に、スイッチング素子であるトランジスタＱ２が設けられている点のみが図８に示した回路と異なっているので、異なっている部分のみを説明する。なお、このスイッチング素子としては、他の開閉機能を持った素子、たとえばリレー等を用いてもよい。
【００３２】
この回路においては、直流モータＭを駆動するときは、ＣＰＵよりの制御パルスＰ５がハイレベルとなり、トランジスタＱ２がオンとなっている。よって、回路の作動は、図８に示したものと同じとなる。
【００３３】
直流モータＭを駆動しないとき、外力によって直流モータを逆転（通常の直流モータＭの駆動方向と反対方向への回転）させようとすると、直流モータＭの起電力により、端子Ｂを正、端子Ａを負とする電圧が発生する。図８に示した回路においては、この起電力によりダイオードＤを介して短絡電流が発生し、直流モータＭにブレーキがかかった状態となる。このようなことが発生することが好ましくない場合には、図９に示す回路においては、ＣＰＵからの制御パルスＰ５をオフとして、トランジスタＱ２をオフとする。すると、このダイオードＤを介する短絡回路が遮断されるので、短絡電流の発生が防止され、直流モータＭにブレーキがかかった状態が発生しなくなる。よって、シートベルトの外力による駆動がスムースに行われる。
【００３４】
図１０は、本発明の第４の実施の形態の回路構成の概略図を示す図である。図１０に示す回路は、回転方向切換部であるリレーＲＬ２が設けられ、この接点の切り換えにより、モータＭの回転方向を変えられるようになっている点のみが図９に示したものと異なっているので、異なっている部分のみを説明する。
【００３５】
ＣＰＵからの制御パルスＰ６がローレベルの場合、リレーＲＬ２の接点は図に示すようになっている。よって、制御パルスＰ１がハイレベルとなると、直流電源からの電流は、スイッチングトランジスタＱ１→リレー接点Ａ→モータＭの回転子巻線端子Ｅ→モータＭの回転子巻線端子Ｆ→リレー接点Ｃ→アースと流れ、モータＭは正転する。
【００３６】
ＣＰＵからの制御パルスＰ６がハイレベルとなると、リレーＲＬ２の接点Ｂと接点Ｄが、それぞれトランジスタＱ１、アースに接続されるようになる。よって、制御パルスＰ１がハイレベルとなると、直流電源からの電流は、スイッチングトランジスタＱ１→リレー接点Ｂ→モータＭの回転子巻線端子Ｆ→モータＭの回転子巻線端子Ｅ→リレー接点Ｄ→アースと流れ、モータＭは逆転する。
【００３７】
リレーＲＬ２の動作状態にかかわらず、ダイオードＤはモータＭの電源に対して逆方向に接続されているので、スイッチングトランジスタＱ１がオフとなるときに直流モータＭの回転子巻線に発生する逆起電力により、スイッチングトランジスタＱ１がアバランシェ破壊されるのを防止することができる。同様、リレーＲＬ２の動作状態にかかわらず、モータＭを駆動しないときには、トランジスタＱ２をオフとしておくことにより、外力によりモータＭを正転又は逆転したい場合に、起電力により制動がかかることを防止することができる。
【００３８】
図１１は、本発明の第５の実施の形態の回路構成の概略図を示す図である。この実施の形態は、直流電源とＣＰＵの間に、ＣＰＵ用スイッチＳＷが設けられている点のみが図２に示した実施の形態と異なっており、その他の部分の作動は図２に示したものと同じであるので、異なっている部分のみについて説明する。図１に示す回路においては、シートベルトのバックルが係合された場合のように、必要なときのみ、ＣＰＵからの指令によりリレーＲＬが閉となり、モータ制御回路に電源が入るようになっていたが、ＣＰＵには、直流電源（バッテリー）から電源が供給されていた。
【００３９】
ＣＰＵが消費する電力は小さいとは言え、長期間自動車が運転されない場合には無視できない量となり、バッテリーが過剰消費される原因となる。ＣＰＵ用スイッチＳＷは、このようなことを防ぐために設けられており、たとえば、シートベルトが引き出されたことが検知された場合のように、必要なときのみＣＰＵに電源を供給するようになっている。これにより、バッテリーの無駄な消耗を防止することができる。なお、ＣＰＵに電源が入っていない間は、リレーＲＬのコイルには電圧がかからないので、リレーＲＬの接点は開となっており、スイッチング回路部に電源が供給されることはない。
【００４０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のうち請求項１に係る発明によれば、シートベルトを必要な速度で必要な方向に駆動することができるので、フレキシビリティに富んだシートベルトの駆動が実現できる。
【００４１】
請求項２に係る発明においては、シートベルトの駆動方向は一方向に限られるが、シートベルトを必要な速度で駆動することができるので、フレキシビリティに富んだシートベルトの駆動が実現できる。
【００４２】
請求項３に係る発明においては、シートベルトを外力によって、モータによる駆動方向とは逆方向に駆動しようとするとき、アバラッシュ破壊防止用ダイオードを介した短絡回路が形成されなくなるので回生制動がかからず、軽く駆動することができる。
【００４３】
請求項４に係る発明においては、本手段によれば、スイッチング素子を１個で済ますことができると共に、アバラッシュ破壊防止用ダイオードを接続することができ、回路のアバラッシュ破壊を防止することができる。
【００４４】
請求項５に係る発明においては、必要なときのみマイクロコンピュータの電源をオンとすることができるので、バッテリーの無駄な消費を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の第１の例を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態の第１の例の回路構成を示す概要図である。
【図３】モータを正方向に回転させるときの制御パルスの出力方法の例を示す図である。
【図４】モータを逆方向に回転させるときの制御パルスの出力方法の例を示す図である。
【図５】制御パルスのデューティ比を示す図である。
【図６】外力によりモータが回転しにくいようにするときの、制御パルスの状態の例を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態の第２の例を示すブロック図である。
【図８】本発明の実施の形態の第２の例の回路構成を示す概要図である。
【図９】本発明の実施の形態の第３の例の回路構成を示す概要図である。
【図１０】本発明の実施の形態の第４の例の回路構成を示す概要図である。
【図１１】本発明の実施の形態の第５の例の回路構成を示す概要図である。
【符号の説明】
ＣＰＵ…マイクロコンピュータ
Ｐ１〜Ｐ６、Ｐ１’〜Ｐ４’：制御出力（パルス）
ＧＡＴＥ：ゲート回路
Ｑ１〜Ｑ４：スイッチングトランジスタ
Ｍ：モータ
Ｃ１、Ｃ２：コンデンサ
Ｌ：リアクタンス
ＲＬ、ＲＬ２：リレー
ＴＨ：サーミスタ
ＳＷ：ＣＰＵ用スイッチ

Claims

シートベルトを駆動する装置であって、駆動用直流モータと、当該直流モータを一方向に駆動し、その回転速度を制御する制御装置を有し、前記直流モータの回転子巻線と並列になるように接続されたアバラッシュ破壊防止用ダイオードを有するものにおいて、当該アバラッシュ破壊防止用ダイオードに流れる電流を制御するスイッチング要素を、当該アバラッシュ破壊防止用ダイオードに直列で、前記直流モータの回転子巻線と並列になるように設けたことを特徴とするシートベルト駆動装置。
請求項１に記載のシートベルト駆動装置における駆動用モータの制御回路に、前記直流モータに印加する電圧の方向を切り換える切り換え回路を付属し、前記直流モータを両方向に回転可能としたことを特徴とするシートベルト駆動装置。
請求項１又は請求項２に記載のシートベルト駆動装置であって、マイクロコンピュータにより制御を行うものにおいて、マイクロコンピュータの電源を入り切りする開閉装置を、制御回路のその他部分の電源とマイクロコンピュータの間に介在させたことを特徴とするシートベルト駆動装置。