JP3946366B2 - 乗員拘束装置およびその制御方法 - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、緊急時にシートベルトが引き出されることを阻止して乗員を拘束するとともに、乗員に設定荷重以上の荷重が作用する際に前記シートベルトを引き出し可能な衝撃エネルギ吸収機構を備える乗員拘束装置およびその制御方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般的に、車両の衝突時に車両内の乗員を有効に保護するために、シートベルト装置等の乗員拘束装置が有効に機能している。例えば、シートベルト装置は、通常、ウエビングと称されるシートベルトをばね力により巻き取り軸に巻き込むとともに、衝突による衝撃が作用した際に乗員を拘束するために前記シートベルトの引き出しを阻止するリトラクタ（Emergency Locking Retractor ：以下、ＥＬＲという）を備えている。
【０００３】
ところで、ＥＬＲによりシートベルトの引き出しが阻止されると、乗員の前方への移動が急激に拘束されるため、乗員には前記シートベルトを介して衝撃力が作用する。この乗員への衝撃力を緩和するために、例えば、特開平８−１２７３１３号公報に開示されているように、ＥＬＲによってシートベルトがロックされた後に前記シートベルトに設定荷重以上の荷重が作用する際、該シートベルトが所定のウエビング張力（以下、ＥＡ荷重という）を保持して引き出されることにより、乗員に作用する衝撃エネルギを吸収する衝撃エネルギ吸収機構（Energy Absorb ：以下、ＥＡ機構という）が採用されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、運動方程式より、Ｆｓ（拘束力）＝ｍ（乗員の質量）×α（加速度または減速度）の関係があるため、ＥＡ荷重が一定であっても乗員の質量、すなわち、乗員の体重が異なれば、衝突時に乗員に作用する加速度（減速度または衝撃）は異なるものとなる（図２０参照）。そこで、特開平８−２６８２２４号公報には、乗員の体重に合わせて機械的に調整することにより、ＥＡ荷重を変更する技術が開示されている。しかしながら、特に助手席では搭乗者が特定できないために、搭乗者が変わる毎に機械的調整をしなければならず、極めて煩雑であるという不具合があった。
【０００５】
また、特開平７−１８６８８０号公報には、体重センサとシート傾斜センサとを用いて乗員の体重を計測し、乗員拘束装置を制御する技術が開示されている。しかし、シートクッションへの着座状態やシートバック角度を考慮して検出体重と実際の体重との差を補正するようにしているため、部品点数が多くなるとともに、補正ロジックが複雑になって相当に高価であるという不都合がある。
【０００６】
一方、エアバックの展開による拘束力の増加が問題となっている。すなわち、図２１に示すように、衝突により乗員の走行面に対する加速度α（乗員に作用する衝撃力に相当）を、ＥＡ荷重を保持してシートベルトが引き出されることにより一定に維持しようとしても（時間ｔｏ参照）、時間ｔ１において、エアバックが展開することによって、このエアバックの拘束力により乗員の走行面に対する加速度αが増加してしまうという問題がある。
【０００７】
そこで、例えば、特開平８−１２７３１３号公報や特開平８−２６８２２４号公報に開示されているように、ＥＡ機構の作動時にシートベルト引き出し長さを調整することでＥＡ荷重を低減させる技術が知られている（図２２参照）。この従来技術ではＥＡ荷重を低減させるためのシートベルト引き出し量が、予め所定の値Ｌ′１に設定されており、このシートベルト引き出し量Ｌ′１は一義的に定まる定点であって変更不可能である。
【０００８】
ところが、シートクッションに着座する乗員は、それぞれの体形によって車両に対する前後位置、すなわち、シートスライド位置が種々異なっている。これにより、図２２中、▲１▼〜▲３▼に示すように、エアバックの相対的な展開タイミングが変動することになる。これにより、図２３に示すように、乗員の走行面に対する加速度αは、各乗員のシートスライド位置によって変動し、乗員の拘束性能が不安定になるという問題が指摘されている。
【０００９】
一方、ＥＡ機構では、図２４に示すように、リトラクタ部２でのウエビング張力（ＥＡ荷重）Ｔｓが一定に維持されていても、乗員３が前方に移動するのに従って、この乗員３に作用するベルト拘束力Ｆｓが上昇してしまう。すなわち、乗員３に作用するベルト拘束力Ｆｓは、Ｆｓ＝Ｔｓ cosθｓの関係を有しており、この乗員３が前方に移動するのに伴って（図２４中、実線から二点鎖線の位置参照）ウエビング張力作用角θｓが鋭角となり、前記ベルト拘束力Ｆｓが大きくなる（図２５参照）。なお、図２５は、図２４の乗員３のシートベルトに沿った断面を示す。
【００１０】
このため、図２６に示すように、リトラクタ部２でのウエビング張力Ｔｓが一定に維持されていても、ベルト拘束力Ｆｓが乗員３の前方への移動に伴って増加し、この乗員３に作用するベルト拘束力Ｆｓが増加してしまう。
【００１１】
従って、Ｆｓ＝ｍ・α（但し、ｍ：乗員３の質量、α：乗員３の胸に作用する加速度または減速度）の関係式より、乗員３の胸に作用する加速度（減速度）α、すなわち、衝撃力は、ベルト拘束力Ｆｓに比例してこの乗員３が前方に移動するのに伴って増加することになる（図２７参照）。
【００１２】
また、エネルギの吸収効率を考えるために、Ｆｓ＝ｍ・αから、乗員に作用する拘束力Ｆｓを縦軸に、乗員の変位量ｘ′を横軸に表すと、図２７、図２８に示す通りである。
【００１３】
リトラクタ部２のウエビング張力Ｔｓが一定であっても、ウエビング張力作用角θｓの変動によりベルト拘束力Ｆｓが一定とならないために、ＥＡ状態の初期には、図２８中、斜線で示される部分、すなわち、ＥＡ状態におけるＭＡＸ拘束力と乗員３の移動中の拘束力との差による仕事をしていない無効領域が生じることとなり、効率の面で衝撃エネルギの吸収が思わしくない（図２８参照）。
【００１４】
理論上は、ベルト拘束力Ｆｓを一定すれば、ＥＡ作動初期から衝撃エネルギを有効に吸収でき、ＭＡＸ拘束力、ＭＡＸ減速度すなわち衝撃力を低減することが可能になる（図２９中、一点鎖線参照）。
【００１５】
ところが、乗員３に作用するベルト拘束力Ｆｓを一定にしようとすると、ウエビング張力特性は、乗員３の前方方向への移動に伴うウエビング張力作用角θｓの変化を考慮して、ＥＡ状態でウエビング引き出し量に応じてウエビング張力Ｔｓを減少しなければならないため（図２６中、一点鎖線参照）、実用化にいたっていない。
【００１６】
本発明は、この種の問題を解決するものであり、乗員の重量やエアバックの反力等に影響されることがなく、簡単かつ高精度に乗員に作用する衝撃力を緩和することが可能な乗員拘束装置およびその制御方法を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】
緊急時に、シートベルトに作用するウエビング荷重によってこのシートベルトが伸ばされる際、（ＭＡＸウエビング荷重≒ＥＡ荷重）であるため、衝撃エネルギ吸収機構（ＥＡ機構）の作動時には、前記シートベルトの伸びがほとんど発生しないとみなされる。特に、シートベルトクランプ機構を有するＥＡ機構を備えた構成では、リトラクタのボビン部でウエビング巻き締まりが発生することがなく、ＥＡ機構作動時には、（ＥＡ作動時のシートベルト引き出し長さ≒乗員の対車両移動量）の関係が成立することに着目した。
【００１８】
そこで、本発明に係る乗員拘束装置およびその制御方法では、ＥＡ機構作動時のシートベルト引き出され長さを検出し、乗員の車両に対する速度あるいは加速度としてシートベルト引き出され長さの時間的変化量であるシートベルト引き出され速度あるいはシートベルト引き出され加速度が演算される。さらに、車両の走行面に対する速度あるいは加速度を得て、これらに基づき乗員に作用する対地加速度（対走行面の加速度）を演算（推定）する。
【００１９】
これにより、本発明を衝突試験に適応すれば、従来、計測が困難であった緊急時に作用する乗員の加速度を精度よくかつ容易に推定することができ、さらにこの推定値に基づいて乗員拘束装置を制御すれば、その衝突状況に適した拘束状態を確実に設定することが可能になる。
【００２０】
また、本発明では、シートベルトがスルーアンカ部で折り返されて装着されており、このシートベルトの引き出され長さと乗員の移動量は、前記スルーアンカ部から引き出される仮想三角形の斜辺部分の変化量と、水平方向に延在するこの仮想三角形の底辺部分の変化量との関係とみなすことができる（図２４参照）。一方、乗員の移動に伴って、斜辺部分と底辺部分とのなす角（ウエビング張力作用角θｓ）が変化し、この乗員が前方に移動する程、前記ウエビング張力作用角θｓが鋭角状となる。
【００２１】
従って、厳密には、シートベルト引き出し長さと乗員の移動量とは、１対１の関係とはならないが、このシートベルトの引き出され方向（角度）を検出して乗員移動量を補正することにより、前記シートベルト引き出し長さから前記乗員の移動量を精度よく推定することができる。これにより、乗員の対地加速度の推定精度が有効に向上することになる。
【００２２】
さらにまた、上記の推定値を乗員拘束装置の制御に適応すれば、仮想三角形の斜辺部分の変化量と底辺部分の変化量の関係であると想定した乗員の対地加速度を一定にするようにＥＡ荷重が直接フィードバック制御されるため、より好適な状態で乗員を拘束することができる。すなわち、乗員の体重差あるいは乗員の移動に伴ってウエビング張力作用角θｓが鋭角に変化（拘束力（Ｆｓ）＝シートベルト張力（Ｔｓ）×ｃｏｓ（θｓ）、Ｆｓ＝質量（ｍ）×加速度（α））しても、乗員に作用する拘束力または衝撃力が上昇することがない。
【００２３】
また、本発明では、ＥＡ機構作動時のシートベルト引き出し量に基づいて、乗員に作用する対地加速度（対走行面加速度）を直接推定し、前記ＥＡ機構のシートベルト引き出し荷重、すなわち、ＥＡ荷重をフィードバック制御している。このため、乗員の体重差、衝突状況、エアバックの有無等に影響されることがなく、乗員の走行面に対する加速度が常に一定レベルとなり、衝突エネルギを効率よく吸収することができる。これにより、常に、最適な状態で乗員を拘束することが可能になる。
【００２４】
ここで、乗員の走行面に対する加速度の時間微分値を推定することにより、衝突の傾向を予測してより適切なシートベルト引き出し荷重の変更制御が遂行される。このため、より適切な状態で、乗員を拘束することができる。
【００２５】
さらにまた、エアバックの展開信号を入力することにより、このエアバックの展開タイミングを確実に検知することが可能になる。このため、エアバックの拘束力増加分を予測してＥＡ荷重を制御することができ、前記エアバックにより乗員の前方への移動の拘束力を有効に負担させて前記乗員の走行面に対する加速度を精度よく一定レベルに維持することが可能になる。
【００２６】
さらに、本発明では、乗員位置検出手段で検出される乗員の車両に対する前後位置から、この乗員と前方の車両構成部位との距離、すなわち、前記乗員の移動可能な移動量が予測される。そして、シートベルト引き出し長さ検出手段から検出されたシートベルト引き出し長さに基づいて推定される対車乗員移動量をも考慮して、ＥＡ荷重またはそれに加えてＥＡ機構作動中のシートベルト引き出し長さが制御される。従って、乗員の移動可能な距離が大きい場合には、ＥＡ荷重を小さく設定することにより、この乗員に作用する衝撃力を緩和することができる。これにより、前記乗員の着座位置状況をも踏まえて、より最適な状態で該乗員を拘束することが可能になる。
【００２７】
さらにまた、本発明では、緊急時に車両に作用する加速度の作用方向から車両の運動方向、すなわち、乗員の対車移動方向を判定し、この判定結果から前記移動方向における前記乗員と車両構成部品との距離、すなわち、該乗員が移動可能な移動量が予測される。次いで、ＥＡ荷重またはそれに加えてＥＡ機構作動中のシートベルト引き出し長さが制御されるため、衝突状況を踏まえて、より最適な状態で乗員を拘束することが可能になる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る乗員拘束装置であるシートベルト装置１０の概略構成説明図である。シートベルト装置１０は、シート１２に着座する乗員１４を保護するためのシートベルト（ウエビング）１６を備え、このシートベルト１６は、ＥＬＲ１８から引き出されてショルダアンカ２０を介し前記乗員１４のショルダ部１４ａに延在し、さらに前記シート１２の着座部側に固定されたバックル２２に着脱される。運転者である乗員１４の前方には、エアバック２４を組み込んだハンドル２６が設けられている。
【００２９】
図２に示すように、ＥＬＲ１８はリトラクタベース３０を備え、このリトラクタベース３０には、シートベルト１６を巻回したボビン部３２が回転自在に支持される。ボビン部３２は、巻き取り軸３４と一体的に回転するとともに、この巻き取り軸３４には、ボビン部３２をシートベルト巻き取り方向に付勢する巻き取りばね（図示せず）が配設されている。ボビン部３２の胴部３２ａ、３２ｂの外周には、シートベルト１６に付与される荷重によって変形して巻き取り軸３４の軸径を小さくし、前記シートベルト１６を引き出させる塑性変形部材である複数のリブ３６が設けられる。
【００３０】
ＥＬＲ１８には、緊急時にシートベルト１６をクランプして乗員１４を拘束するとともに、このシートベルト１６に設定荷重以上の荷重が作用する際に該シートベルト１６を引き出し可能なＥＡ機構を構成するクランプ機構４０が組み込まれる。クランプ機構４０は、シートベルト１６に押し当てられてこのシートベルト１６を保持するクランプ部材４２と、前記クランプ部材４２を保持して緊急時に該クランプ部材４２を移動させるクランプレバー４４と、該クランプレバー４４が前記クランプ部材４２を移動させるときに前記クランプ部材４２の移動範囲を規制するアッパプレート４６とを備える。
【００３１】
クランプレバー４４は、リトラクタベース３０に軸４８を介して揺動自在に支持されており、その先端部でクランプ部材４２に設けられた支軸５０を保持する。クランプレバー４４は、図示しないＥＬＲと連動するものであり、前記ＥＬＲがボビン部３２のシートベルト引き出し方向の回転を阻止する緊急時に、矢印Ｂ方向に揺動してクランプ部材４２をシートベルト１６に押し付けて前記シートベルト１６の引き出しを阻止する。
【００３２】
クランプレバー４４は、通常、シートベルト１６がクランプ部材４２に接触しないように、アッパプレート４６の背面側に配置されたリターンスプリング５１を介して矢印Ｂ方向とは反対方向に加圧されている（図２および図３参照）。クランプレバー４４には、ボビン部３２からのシートベルト１６の引き出し位置を規制するための連結部５２が設けられる。クランプ部材４２は、シートベルト１６に対向する押さえ面に、先端が鋭角状の第１係止突起５６と先端が平坦な第２係止突起５８がそれぞれ所定の数ずつ穿設されている。
【００３３】
アッパプレート４６には、このアッパプレート４６がシートベルト１６と一体的に移動する際、前記アッパプレート４６の変位量、すなわち、ＥＡ機構作動時の前記シートベルト１６の引き出され長さを検出する変位センサ（長さ検出手段）６２が取着される。変位センサ６２は、例えば、移動電極の変位により静電容量の変化から前記移動電極の変位量を求める静電容量型のセンサで構成されている。
【００３４】
クランプ機構４０には、このクランプ機構４０によるシートベルト引き出し荷重を変更制御するための可変荷重付与手段６４が設けられる。可変荷重付与手段６４は、油圧ダンパ６６とこの油圧ダンパ６６の両側に個別に配置される塑性変形板６８とを備える。この塑性変形板６８は、シートベルト１６の引き出され方向（矢印Ａ方向）に沿って湾曲する波形形状に成形されるとともに、その上端部がリトラクタベース３０にねじ止めされる一方、その下端部がアッパプレート４６にねじ止めされる。塑性変形板６８は、最低限のＥＡ荷重を確保するためにフェールセーフとしての機能を有している。
【００３５】
油圧ダンパ６６は、図３および図４に示すように、シリンダチューブ７０を有し、このシリンダチューブ７０が矢印Ａ方向に向かって配置されて、その開放される上端からピストンロッド７２が突出している。ピストンロット７２の上端は、リトラクタベース３０に固定されている。このピストンロット７２の下端部には、円筒状の段付きスリーブ７４が設けられ、このスリーブ７４の下部に一体的に固定されるピストン７６によりシリンダチューブ７０内が上側油圧室７８と下側油圧室８０とに気密に区画される。
【００３６】
図４に示すように、スリーブ７４内には、上側油圧室７８と下側油圧室８０とを連通する油路８２ａ〜８２ｄが設けられており、前記油路８２ａ〜８２ｄはオリフィスを形成している。スリーブ７４内には、油路８２ｂの内周側に位置して円筒状のオリフィス部材８４が上下動可能に収容されており、このオリフィス部材８４の先端にテーパ部８４ａが形成される。このオリフィス部材８４は、圧電素子８６に連結されており、この圧電素子８６を介して上下動することによってテーパ部８４ａとスリーブ７４の油路８２ｂの周壁との間に形成したオリフィスの絞り量を連続的に変更可能に構成される。
【００３７】
図１に示すように、可変荷重付与手段６４および変位センサ６２は、制御回路１００に接続される。制御回路１００には、車体用速度センサ１０２およびシートベルト着用検知センサ１０４が接続されている。ショルダアンカ２０には、シートベルト１６の前記ショルダアンカ２０から乗員１４側に向かって伸びる部分と走行面の法線とのなす角度であるシートベルト引き出され角度θを検出するエンコーダ（角度検出手段）１０６が設けられ、このエンコーダ１０６が制御回路１００に接続される。ハンドル２６には、エアバック２４の作動を検出するエアバック作動検知手段である作動検知センサ１０８が設けられ、この作動検知センサ１０８が制御回路１００に接続される。シート１２には、これに着座する乗員１４の車室内での位置を検出するシート位置検出器１０９が設けられ、このシート位置検出器１０９が制御回路１００に接続される。
【００３８】
制御回路１００は、変位センサ６２により検出されたシートベルト１６の引き出され長さから前記シートベルト１６の引き出され速度を演算する引き出され速度演算手段１１０と、速度センサ１０２により検出された車体速度に基づいてこの車体の走行面に対する速度を演算する車両速度検出手段１１２と、前記引き出され速度演算手段１１０および前記車両速度検出手段１１２の結果に基づいて、前記乗員１４の前記走行面に対する加速度を演算する乗員加速度演算手段１１４としての機能を有している。なお、ＥＡ荷重の初期設定値は、油圧ダンパの初期バルブ位置と塑性変形板の降伏荷重により設定されている。
【００３９】
このように構成されるシートベルト装置１０の動作について、第１の実施形態に係る制御方法との関連で、図５に示す工程説明図に沿って以下に説明する。
【００４０】
例えば、衝突により車体に対して急激な減速が作用して、図示しない緊急ロック機構を介してボビン部３２の回転が阻止されると、クランプレバー４４が矢印Ｂ方向に揺動してクランプ部材４２がアッパプレート４６の下面に沿って押し出される。このため、クランプ部材４２は、リターンスプリング５１に抗してシートベルト１６側に押し付けられ、第１および第２係止突起５６、５８により前記シートベルト１６が保持される（図６Ａ参照）。
【００４１】
クランプ機構４０によりシートベルト１６の引き出しが阻止されると、このシートベルト１６に作用する荷重が増加していく。そして、シートベルト１６の引き出し方向の荷重が設定荷重に達すると、塑性変形板６８の各湾曲部が引き出し方向（矢印Ａ方向）に押し潰されるように塑性変形し、また、油圧シリンダが圧縮されて、クランプ部材４２がシートベルト１６と一体的に矢印Ａ方向に移動可能となる（図５中、ステップＳ１）。なお、クランプ機構４０によりシートベルト１６の引き出しが阻止された後、このシートベルト１６に作用する荷重により前記シートベルト１６が伸ばされる。その際、（ＥＡ荷重≒シートベルト１６に作用するＭＡＸ荷重）であるため、ＥＡ機構の作用時には、シートベルト１６の伸びは発生しない。
【００４２】
図６Ｂに示すように、クランプ部材４２が矢印Ａ方向に移動すると、アッパプレート４６に装着された変位センサ６２を介して前記アッパプレート４６の変位量、すなわち、ＥＡ機構作動時におけるシートベルト１６の引き出され長さｘが計測される（ステップＳ２）。この検出された引き出され長さｘが制御回路１００に入力され、この制御回路１００が引き出され速度演算手段１１０として機能する。これにより、シートベルト１６の引き出され速度ｖ（ｖ＝ｄｘ／ｄｔ）が演算される（ステップＳ３）。
【００４３】
一方、制御回路１００には、速度センサ１０２から車体速度が入力される。この制御回路１００は、車両速度検出手段１１２として機能し、車体の走行面に対する速度Ｖが検出される（ステップＳ４）。次に、制御回路１００では、車体に対するシートベルト１６の引き出され速度ｖと車体の走行面に対する速度Ｖとに基づいて、乗員の走行面に対する速度Ｖ′（Ｖ′＝ｖ＋Ｖ）が演算される（ステップＳ５）。そして、ステップＳ６に進んで、ＥＡ機構作動時の乗員１４の走行面に対する加速度α（α＝ｄｖ′／ｄｔ＝ｄ（ｖ＋Ｖ）／ｄｔ）が演算される。
【００４４】
さらに、ステップＳ７に進み、演算された乗員１４の走行面に対する加速度αに基づいて、衝突状況の把握、または、可変荷重付与手段６４がＥＡ機構であるクランプ機構４０のシートベルト引き出し荷重を変更する。具体的には、制御回路１００を介して油圧ダンパ６６を構成する圧電素子８６が駆動され、オリフィス部材８４が上下動することによって油路８２ａ〜８２ｄ間の絞りが切り換えられる。このため、油圧ダンパ６６の減衰係数が多段階に切り換えられることになる。
【００４５】
このように、第１の実施形態では、ＥＡ機構作動時にシートベルト１６の引き出され長さｘが検出され、この引き出され長さｘおよび車体の走行面に対する速度Ｖに基づいて乗員１４の走行面に対する加速度αが演算される。次いで、演算された乗員１４の走行面に対する加速度αに基づいて、ＥＡ機構であるクランプ機構４０のシートベルト引き出し荷重が可変荷重付与手段６４を介して変更される。
【００４６】
これにより、乗員１４の体重差等に影響されることがなく、この乗員１４に作用する加速度αを一定の範囲内に制御することができ、最適な衝撃力の緩和吸収が可能になる。具体的には、乗員１４に作用する衝撃力、すなわち、乗員１４の対走行面加速度を直接推定（演算）して、それに基づいてＥＡ荷重を可変制御することにより、乗員１４の体重に相違があっても、乗員１４に作用するウエビング張力（ＥＡ荷重）は体重に応じて設定されることとなる（図７参照）。よって、乗員１４の対走行面加速度（衝撃力）を体重とは無関係に一定に設定可能となり、体重の異なる乗員１４に対しても衝撃力の吸収緩和処理を確実に遂行するという効果が得られる（図８参照）。なお、図８では、効果が理解され易いように、乗員１４の移動に伴うウエビング張力作用角θｓの変化が加速度αに及ぼす影響を無視している。その際、乗員加速度演算手段１１４では、乗員１４の走行面に対する加速度αの時間微分値をも演算している。従って、衝突の傾向を予測し、より好適に可変荷重付与手段６４を制御することが可能になり、一層好適な状態で乗員１４を拘束することができるという利点がある。
【００４７】
ところで、ハンドル２６には、エアバック２４が作動したことを検出する作動検知センサ１０８が設けられている。そして、図９に示すように、エアバック展開信号が時間ｔ1 で入力されると、前記エアバック２４による拘束力アップ分を考慮して、ＥＡ荷重の制御が行われる。従って、エアバック２４の作動が確実に検知されるため、このエアバック２４により乗員１４が前方に移動することを阻止するための拘束力を有効に負担させ、前記乗員１４の走行面に対する加速度αを精度よく一定レベルに維持することが可能になる。
【００４８】
また、第１の実施形態では、ショルダアンカ２０にシートベルト引き出され角度θを検出するエンコーダ１０６が設けられている。ここで、図１０に示すように、シートベルト引き出され角度θは、エンコーダ１０６からの変位角θ１とＥＬＲ１８と法線Ｋとの組み立て設定角θ２との和であり、衝突時に乗員１４が前方（矢印方向）に移動することによって、このシートベルト引き出され角度θが大きくなる。その際、乗員１４が走行面と平行な方向に移動するのに伴って、シートベルト１６の前記乗員１４と同一方向の引き出され長さｄｘは、以下の式を用いて演算される（図１１参照）。
【００４９】
【数１】
Figure 0003946366
【００５０】
ここで、ｄｌは、シートベルト引き出され長さ、ｈは、乗員肩部からスルーアンカまでの距離である。
【００５１】
これにより、衝突時における乗員１４の車体に対する移動量が一層高精度に演算され、この乗員１４の走行面に対する加速度αをより精度よく推定（演算）することが可能になる。従って、シートベルト１６の引き出され長さｄ１に乗員１４の車体に対する移動方向を反映させてこの乗員１４の走行面に対する加速度αを演算して、ＥＡ荷重が制御される。このため、図１２および図１３に示すように、乗員１４の移動に伴うウエビング張力作用角θｓの変化を考慮した乗員１４の走行面に対する加速度αをもとに、ＥＡ荷重をフィードバック制御したので、あたかもＥＡ荷重を漸減させるような制御が可能になり、乗員１４の移動に伴ってウエビング張力作用角θｓが鋭角に変化しても乗員１４の走行面に対する加速度αを一定に維持することができるという効果、および、ＥＡ機構の作動初期から衝撃エネルギを有効に吸収することが可能となり、乗員１４に作用するＭＡＸ加速度（衝撃力）を小さくするという効果が得られる。
【００５２】
さらにまた、第１の実施形態では、シート１２に着座する乗員１４の車室内での位置を検出するためのシート位置検出器１０９が設けられている。図１４Ａおよび図１４Ｂに示すように、シート位置検出器１０９を介して車室内での乗員１４の移動可能距離Ｘ1 、Ｘ2 が検出され、この移動可能距離Ｘ1 、Ｘ2 が制御回路１００に入力される。この制御回路１００では、乗員１４の車室内での移動可能距離Ｘ1 、Ｘ2 に応じてＥＡ荷重が変更される。
【００５３】
具体的には乗員１４が車室内で比較的長い距離を移動可能であれば（移動可能距離Ｘ2 ）、図１５に示すように、ＥＡ荷重を小さく設定し乗員１４の走行面に対する加速度αを小さく設定することが可能になる。これにより、乗員１４に作用する負荷（衝撃）を有効に軽減することができるという利点がある。第１の実施形態では、乗員位置検出手段として、シート位置検出器１０９を用いたが、シートベルト装着時のシートベルト引き出され長さを検出する検出器、あるいは、乗員の移動量を検出するためインパネ等に配慮される超音波ドップラレーダまたはミリ波レーダでもよい。
【００５４】
なお、図１６に示すように、ＥＡ機構作動範囲を任意に制御するために、クランプ部材４２とシートベルト１６との係合状態を解除自在なクランプ解除手段９０を用いることができる。このクランプ解除手段９０は、ロアプレート９２を備え、このロアプレート９２にシートベルト１６を挿通するための開口部９４ａ、９４ｂが形成される。ロアプレート９２のシートベルト１６とは反対の端面に圧電素子９６が固定される一方、前記シートベルト１６側の面には、前記ロアプレート９２をクランプ部材４２から離間する方向に押し付けるための一対の板ばね９８が設けられる。
【００５５】
このような構成において、ＥＡ機構作動中の任意のタイミングでクランプ解除手段９０を構成する圧電素子９６が駆動されると、ロアプレート９２がシートベルト１６をクランプ機構４０から離間する方向に押し付ける。これにより、シートベルト１６が、クランプ部材４２の第１および第２係止突起５６、５８から離間して乗員１４側に引き出され、ＥＡ機構作動期間が短縮される。
【００５６】
図１７は、本発明の第２の実施形態に係る乗員拘束装置であるシートベルト装置１０ａの概略構成説明図である。なお、第１の実施形態に係るシートベルト装置１０と同一の構成要素には同一の参照符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【００５７】
シートベルト装置１０ａは、制御回路１００ａを備え、この制御回路１００ａに速度センサ１０２または加速度センサ１０２ａが接続される。制御回路１００ａは、シートベルト１６の引き出され長さから前記シートベルト１６の引き出され加速度を演算する引き出され加速度演算手段１１０ａと、速度センサ１０２により検出される車両の走行面に対する移動速度に基づいて、この車両の走行面に対する加速度を演算する車両加速度演算手段１１２ａ、または、加速度センサ１０２ａにより車両の走行面に対する加速度を検出する車両加速度検出手段１１２ｂと、これらの結果に基づいて乗員１４の前記走行面に対する加速度を演算する乗員加速度演算手段１１４としての機能を有している。
【００５８】
このように構成されるシートベルト装置１０ａの動作について、図１８に示す工程説明図に沿って、以下に概略的に説明する。
【００５９】
先ず、ステップＳ１ａにおいて、ＥＡ機構が作動すると、シートベルト１６の引き出され長さｘが検出され（ステップＳ２ａ）、このシートベルト１６の引き出され加速度Ｇ（Ｇ＝ｄ2 ｘ／ｄｔ2 ）が演算される（ステップＳ３ａ）。一方、制御回路１００ａには、速度センサ１０２から車体の速度Ｖが入力され（ステップＳ４ａ）、車両加速度演算手段１１２ａが前記車体の走行面に対する加速度Ａ（Ａ＝ｄＶ／ｄｔ）を演算する（ステップＳ５ａ）。または、加速度センサ１０２ａから車体の加速度が入力され、車両加速度検出手段１１２ｂによりこの車体の走行面に対する加速度Ａが検出される。なお、加速度センサ１０２ａを用いて加速度Ａを直接検出する場合は、ステップＳ４ａは省略される。次に、ステップＳ６ａに進んで、乗員１４の走行面に対する加速度α（α＝Ｇ＋Ａ）が演算され、衝突状況の把握または可変荷重付与手段６４が制御される（ステップＳ７ａ）。
【００６０】
従って、第２の実施形態では、シートベルト１６の引き出され加速度Ｇと車体の走行面に対する加速度Ａとに基づいて、乗員１４の走行面に対する加速度αが演算されるため、可変荷重付与手段６４を介してクランプ機構４０のシートベルト引き出し荷重が変更され、第１の実施形態と同様の効果が得られることになる。
【００６１】
図１９は、本発明の第３の実施形態に係る乗員拘束装置１４４に、Ｇセンサ（前後左右加速度検出手段）１４６が組み込まれた状態の説明図である。このＧセンサ１４６は、車両の前後左右方向の加速度を検出するものであり、図示しない制御回路が、車体の衝突方向、すなわち、乗員１４の車体に対する移動方向を判定する移動方向判定手段を構成する。
【００６２】
具体的には、乗員１４が車体の前後方向（矢印Ｂ1 方向）に移動する際の移動可能距離Ｘ1 に対し、この乗員１４が斜め方向（矢印Ｂ2 方向）に移動する移動可能距離Ｘ2 が大きく異なる。従って、それぞれの移動可能距離Ｘ1 、Ｘ2 に応じて乗員１４の走行面に対する加速度を設定すれば、この乗員１４に作用する負荷を有効に軽減することが可能になる。
【００６３】
以上のように、第１乃至第３の実施形態に係る乗員拘束装置（シートベルト装置１０、１０ａ）１４４では、衝撃エネルギ吸収機構（クランプ機構４０）の作動時にシートベルト１６が引き出される長さを検出する長さ検出手段（変位センサ６２）と、前記長さ検出手段の検出データから前記シートベルト１６の引き出され速度を演算する引き出され速度演算手段１１０と、車体の走行面に対する移動速度を検出する車両速度検出手段１１２と、前記引き出され速度演算結果と前記車両の速度検出値に基づいて乗員１４の前記走行面に対する加速度を演算する乗員加速度演算手段１１４とを備える。
【００６４】
また、引き出され速度演算手段１１０に代替してシートベルト１６の引き出され加速度を演算する引き出され加速度演算手段１１０ａと、車両速度検出手段１１２に代替して車両加速度演算手段１１２ａまたは車両加速度検出手段１１２ｂとを備え、乗員加速度演算手段１１４が前記引き出され加速度演算結果と前記車両加速度演算結果または前記車両速度検出値とに基づいて乗員１４の走行面に対する加速度を演算する。
【００６５】
さらに、シートベルト１６のショルダアンカ２０から乗員１４側に向かって伸びる部分と走行面の法線とのなす角度であるシートベルト引き出され角度θを検出する角度検出手段（エンコーダ１０６）を備えており、この角度検出手段により検出された前記シートベルト引き出され角度θを考慮して、該シートベルト１６の引き出され速度または引き出され加速度が演算される。
【００６６】
また、衝撃エネルギ吸収機構は、緊急時にシートベルト１６をクランプするクランプ手段（クランプ機構４０）と、乗員加速度演算手段１１４の演算結果に基づいて前記衝撃エネルギ吸収機構のシートベルト引き出し荷重を変更する可変荷重付与手段６４とを有する。
【００６７】
さらにまた、エアバック２４の作動を検出するエアバック作動検知手段（作動検知センサ１０８）を備え、可変荷重付与手段６４が前記エアバック２４の作動検知結果と乗員加速度演算手段１１４の結果とに基づいて、衝撃エネルギ吸収機構のシートベルト引き出し荷重を変更する。
【００６８】
また、着座した乗員１４の車両に対する前後方向の位置を検出する乗員位置検出手段（シート位置検出器１０９）を備え、この乗員１４の前記車体に対する前後方向の位置を考慮して、衝撃エネルギ吸収機構のシートベルト引き出し荷重が変更される。
【００６９】
さらにまた、走行面に対する乗員１４の前後方向および左右方向の加速度から前記乗員１４の車体に対する移動方向を判定するために、前後左右加速度検出手段（Ｇセンサ１４６）を備え、この乗員１４の前記車両に対する移動方向を考慮して、衝撃エネルギ吸収機構のシートベルト引き出し荷重を変更する。
【００７０】
【発明の効果】
本発明に係る乗員拘束装置およびその制御方法では、衝撃エネルギ吸収機構の作動時にシートベルトの引き出され長さを検出し、この検出された長さから前記シートベルトの引き出され速度または引き出され加速度が演算される一方、車両の走行面に対する速度または加速度が演算（または検出）され、これらの結果に基づいて前記乗員の前記走行面に対する加速度が演算される。次いで、演算された乗員の対走行面の速度に基づいて、衝突状況の把握や乗員拘束装置の制御が行われる。
【００７１】
このように、シートベルトの引き出され長さに基づいて乗員に作用する走行面に対する加速度を、直接、演算（推定）して衝撃エネルギ吸収機構のシートベルト引き出し荷重をフィードバック制御することができ、乗員の体重差、衝撃状況、エアバックの有無等に関係なく、常時、前記乗員の走行面に対する加速度が一定レベルに維持されて、衝突エネルギを効率よく吸収することが可能になる。これにより、常に最適な状態で、乗員を拘束することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るシートベルト装置の概略構成説明図である。
【図２】前記シートベルト装置を構成するＥＬＲの縦断面説明図である。
【図３】前記ＥＬＲに組み込まれる可変荷重付与手段の一部断面斜視説明図である。
【図４】前記加変荷重付与手段の一部断面斜視説明図である。
【図５】第１の実施形態に係る制御方法の工程説明図である。
【図６】図６Ａは、クランプ機構が作動した状態を説明する図であり、図６Ｂは、前記クランプ機構がシートベルトと一体的に引き出された状態を説明する図である。
【図７】体重の違いよるウエビング張力とシートベルト引き出し量との関係を示す図である。
【図８】体重が相違する乗員の対走行面加速度と時間との関係を示す図である。
【図９】エアバック作動時の乗員の対走行面加速度の説明図である。
【図１０】シートベルト引き出され角度の説明図である。
【図１１】前記シートベルト引き出され角度からシートベルトの伸び量を得るための説明図である。
【図１２】ＥＡ荷重が変化する場合と一定の場合とにおける乗員の対走行面加速度の説明図である。
【図１３】ＥＡ荷重が変化する場合と一定の場合とにおけるウエビング張力の説明図である。
【図１４】図１４Ａは、乗員の移動可能距離Ｘ1 の説明図であり、図１４Ｂは、乗員の移動可能距離Ｘ2 の説明図である。
【図１５】乗員の移動可能距離Ｘ1 、Ｘ2 と乗員の対走行面加速度との関係を示す図である。
【図１６】前記ＥＬＲに組み込まれるクランプ解除手段の斜視説明図である。
【図１７】本発明の第２の実施形態に係るシートベルト装置の概略構成説明図である。
【図１８】第２の実施形態に係る制御方法の工程説明図である。
【図１９】本発明の第３の実施形態に係る乗員拘束装置に、Ｇセンサが組み込まれた状態を説明する図である。
【図２０】体重が相違する乗員に作用する加速度の説明図である。
【図２１】従来のエアバック展開による乗員の対走行面加速度の説明図である。
【図２２】ＥＡ荷重を２段階制御する際のウエビング張力の説明図である。
【図２３】シート位置が変更される際のエアバック展開によるウエビング張力の説明図である。
【図２４】乗員の移動により作用するウエビング張力および拘束力の説明図である。
【図２５】前記乗員に水平方向に作用する拘束力の説明図である。
【図２６】一般的なシートベルト引き出し量とウエビング張力との関係を示す図である。
【図２７】一般的な乗員の対走行面加速度と時間との関係を示す図である。
【図２８】乗員の変位量と拘束力との関係を示す図である。
【図２９】理論的な乗員の変位量と拘束力との関係を示す図である。
【符号の説明】
１０、１０ａ…シートベルト装置（乗員拘束装置）
１２…シート １４…乗員
１６…シートベルト １８…ＥＬＲ
２０…ショルダアンカ ２４…エアバック
４０…クランプ機構（衝撃エネルギ吸収機構）
４２…クランプ部材 ６２…変位センサ（長さ検出手段）
６４…可変荷重付与手段 ６６…油圧ダンパ
１００、１００ａ…制御回路 １０２…速度センサ
１０２ａ…加速度センサ
１０４…シートベルト着用検知センサ
１０６…エンコーダ（角度検出手段）
１０８…作動検知センサ（エアバック作動検知手段）
１０９…シート位置検出器（乗員位置検出手段）
１１０…引き出され速度演算手段
１１０ａ…引き出され加速度演算手段
１１２…車両速度検出手段 １１２ａ…車両加速度演算手段
１１２ｂ…車両加速度検出手段 １１４…乗員加速度演算手段
１４４…乗員拘束装置 １４６…Ｇセンサ

Claims (13)

  1. 緊急時にシートベルトが引き出されることを阻止して乗員を拘束するとともに、前記シートベルトに設定荷重以上の荷重が作用する際に該シートベルトを引き出し可能な衝撃エネルギ吸収機構を備えた乗員拘束装置であって、
    前記衝撃エネルギ吸収機構の作動時に前記シートベルトが引き出される長さを検出する長さ検出手段と、
    前記シートベルトの引き出され方向を検出する角度検出手段と、
    前記長さ検出手段の検出データ、および前記角度検出手段より検出された前記シートベルトの引き出され角度を考慮して、前記シートベルトの引き出され速度を演算する引き出され速度演算手段と、
    車両の走行面に対する移動速度を検出する車両速度検出手段と、
    前記引き出され速度演算結果と前記車両速度検出値とに基づいて、前記乗員の前記走行面に対する加速度を演算する乗員加速度演算手段と、
    を備えることを特徴とする乗員拘束装置。
  2. 緊急時にシートベルトが引き出されることを阻止して乗員を拘束するとともに、前記シートベルトに設定荷重以上の荷重が作用する際に該シートベルトを引き出し可能な衝撃エネルギ吸収機構を備えた乗員拘束装置であって、
    前記衝撃エネルギ吸収機構の作動時に前記シートベルトが引き出される長さを検出する長さ検出手段と、
    前記シートベルトの引き出され方向を検出する角度検出手段と、
    前記長さ検出手段の検出データ、および前記角度検出手段より検出された前記シートベルトの引き出され角度を考慮して、前記シートベルトの引き出され加速度を演算する引き出され加速度演算手段と、
    車両の走行面に対する移動速度を検出し、前記車両の前記走行面に対する加速度を演算する車両加速度演算手段、または、前記車両の前記走行面に対する加速度を検出する車両加速度検出手段と、
    前記引き出され加速度演算結果と、前記車両加速度演算結果または前記車両速度検出値とに基づいて、前記乗員の前記走行面に対する加速度を演算する乗員加速度演算手段と、
    を備えることを特徴とする乗員拘束装置。
  3. 請求項１または２記載の乗員拘束装置において、前記衝撃エネルギ吸収機構は、緊急時に前記シートベルトをクランプするクランプ手段と、
    前記乗員加速度演算手段の演算結果に基づいて、前記衝撃エネルギ吸収機構のシートベルト引き出し荷重を変更する可変荷重付与手段と、
    を有することを特徴とする乗員拘束装置。
  4. 請求項３記載の乗員拘束装置において、前記乗員加速度演算手段は、前記乗員の前記走行面に対する加速度の時間微分値も演算することを特徴とする乗員拘束装置。
  5. 請求項３記載の乗員拘束装置において、エアバックが作動したことを検出するエアバック作動検知手段を備え、
    前記可変荷重付与手段は、前記乗員加速度演算手段の結果と前記エアバックの作動検知結果とに基づいて前記衝撃エネルギ吸収機構のシートベルト引き出し荷重を変更することを特徴とする乗員拘束装置。
  6. 請求項３記載の乗員拘束装置において、着座時の前記乗員の前記車両に対する前後方向位置を検出する乗員位置検出手段を有し、
    前記可変荷重付与手段は、前記乗員加速度演算手段の演算結果と、前記長さ検出手段から検出された前記シートベルトの引き出され長さと、前記乗員位置検出手段により検出された前記乗員の前記車両に対する前後方向の位置とに基づいて、前記衝撃エネルギ吸収機構のシートベルト引き出し荷重を変更することを特徴とする乗員拘束装置。
  7. 請求項３または６記載の乗員拘束装置において、前記車両の前後左右方向の加速度を検出する前後左右加速度検出手段と、
    前記前後左右加速度検出手段から検出される加速度とその作用方向から前記乗員の移動方向を判定する移動方向判定手段と、
    を備え、
    前記可変荷重付与手段は、前記移動方向判定手段の結果をも考慮して、前記衝撃エネルギ吸収機構のシートベルト引き出し荷重を変更することを特徴とする乗員拘束装置。
  8. 緊急時にシートベルトが引き出されることを阻止して乗員を拘束するとともに、前記シートベルトに設定荷重以上の荷重が作用する際に該シートベルトを引き出し可能な衝撃エネルギ吸収機構を備えた乗員拘束装置の制御方法であって、
    前記衝撃エネルギ吸収機構の作動時に前記シートベルトが引き出される長さを検出する工程と、
    前記引き出され長さの検出データ、および前記シートベルトの引き出され角度を考慮して、前記シートベルトの引き出され速度を演算する工程と、
    車両の走行面に対する移動速度を検出する工程と、
    前記引き出され速度演算結果と前記車両速度検出値とに基づいて、前記乗員の前記走行面に対する加速度を演算する工程と、
    を有することを特徴とする乗員拘束装置の制御方法。
  9. 緊急時にシートベルトが引き出されることを阻止して乗員を拘束するとともに、前記シートベルトに設定荷重以上の荷重が作用する際に該シートベルトを引き出し可能な衝撃エネルギ吸収機構を備えた乗員拘束装置の制御方法であって、
    前記衝撃エネルギ吸収機構の作動時に前記シートベルトが引き出される長さを検出する工程と、
    前記引き出され長さの検出データ、および前記シートベルトの引き出され角度を考慮して、前記シートベルトの引き出され加速度を演算する工程と、
    車両の走行面に対する移動速度を検出し、前記車両の前記走行面に対する加速度を演算する工程、または、前記車両の前記走行面に対する加速度を検出する工程と、
    前記引き出され加速度演算結果と、前記車両加速度演算結果または前記車両加速度検出値とに基づいて、前記乗員の前記走行面に対する加速度を演算する工程と、
    を有することを特徴とする乗員拘束装置の制御方法。
  10. 請求項８または９記載の制御方法において、
    前記乗員の前記走行面に対する加速度の時間微分値も演算することを特徴とする乗員拘束装置の制御方法。
  11. 請求項項８または９記載の制御方法において、
    エアバックが作動したことを検出する工程を有し、
    前記乗員加速度演算結果と前記エアバックの作動検知結果とに基づいて、可変荷重付与手段を介し前記衝撃エネルギ吸収機構のシートベルト引き出し荷重を変更することを特徴とする乗員拘束装置の制御方法。
  12. 請求項項８または９記載の制御方法において、
    着座時の前記乗員の前記車両に対する前後方向位置を検出する工程を有し、
    前記乗員加速度演算結果と、前記検出された前記シートベルトの引き出され長さと、前記検出された前記乗員の前記車両に対する前後方向の位置とに基づいて、可変荷重付与手段を介し前記衝撃エネルギ吸収機構のシートベルト引き出し荷重を変更することを特徴とする乗員拘束装置の制御方法。
  13. 請求項項８または９記載の制御方法において、
    前記車両の前後左右方向の加速度を検出する工程と、
    前記検出された前記車両の前後左右方向の加速度とその作用方向から前記乗員の移動方向を判定する工程と、
    を有し、
    前記移動方向判定結果をも考慮して、可変荷重付与手段を介し前記衝撃エネルギ吸収機構のシートベルト引き出し荷重を変更することを特徴とする乗員拘束装置の制御方法。
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