JP3946366B2 - 乗員拘束装置およびその制御方法 - Google Patents
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Description
【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】
【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)
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。
- 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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。 - 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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