JP4272090B2 - 乗員保護装置 - Google Patents

Description

本発明は、衝突時に乗員が受ける衝撃を最小化するための乗員保護装置に関するものである。

自動車の衝突時に乗員の傷害の程度に大きく影響するのは、乗員に作用する減速度の最大値である。したがって、衝突時に乗員が受ける傷害を軽減するには、乗員に作用する減速度をできるだけ小さくする必要がある。この乗員減速度は、慣性による乗員の前方への移動がシートベルトで停止させられることによって生ずるが、シートベルトにはばね作用があるため、乗員の慣性力を受け止めたシートベルトが伸び、その伸びが最大に達してシートベルトが実質的に剛体になったところで乗員減速度がピークに達することになる。この乗員減速度のピーク値は、慣性力による乗員移動量の大きさに応じて高くなり、一般に車室の平均減速度よりも高くなると言われている。

車室減速度と乗員減速度との関係を、ばね（シートベルト）と質量（乗員の質量）とで構成する振動系への入出力とみなせば、ばねの伸びの最大値とその時刻とが車室減速度の波形（時間変化）に支配されることが分かる。したがって、衝突時の乗員減速度を低くするためには、車室の平均減速度を低くするだけではなく、ばね（シートベルト）のオーバシュートがなるべく小さくなるように減速度の波形を調整する必要がある。

このような知見に基づき、本発明と同一出願人は、衝突時に車体に作用する力の向きに沿って移動可能に車体に支持され、かつ着座した乗員を拘束するシートベルトを備えたシートと、衝突荷重の車体への入力方向と同じ向きの加速度をシートに対して与えるための第１加速手段と、前記入力方向と逆向きの加速度をシートに対して与えるための第２加速手段とを有し、平均減速度よりも高い減速度を衝突初期に急峻に立ち上げ、続いて逆向きの減速度（加速度）を短時間発生させ、その後に平均的な定減速度で減速させるようにした乗員保護装置を既に提案している（特許文献１を参照されたい）。
特開２０００−６２５５６号公報

しかるに、上記文献に記載の構成によると、乗員の体格に応じてシート位置を調節するためのガイドレールとは別に、第１加速手段でシートを後方へ移動させるための専用のスライド手段を要する上、加速手段は、全く独立した構成部品として車体に取り付けねばならない。そのため、この先行技術によると、装置が大型化すると共に構造が複雑化し、重量が増大すると共に製造コストも嵩みがちである。

本発明は、このような不都合を解消すべく案出されたものであり、その主な目的は、機能の低下を招かずに、小型、軽量で安価に構成することのできる乗員保護装置を提供することにある。

このような課題を解決するために本発明の請求項１は、シートベルト（４）及びシート位置調節機構（５）を備え、衝突時に車体に作用する力の向きに沿って移動可能に車体に支持されたシート（２）と、衝突荷重の車体への入力方向と同じ向きの加速度をシートに加えるための第１加速手段（アクチュエータ９）と、前記入力方向と逆向きの加速度をシートに加えるための第２加速手段（制動部材１８）とを有する乗員保護装置において、第１加速手段が、シートと実質的に一体をなす第１の部分（シリンダ１０）と、シート位置調節機構のロック部材（ロック解除レバー２１）と実質的に一体をなす第２の部分（ピストン１１、中空ロッド１２、エルボ部１３）とからなり、これら２つの部分が、エネルギ蓄積手段（インフレータ１６）に蓄積されたエネルギを解放することによって互いに分離してシートの移動方向に沿って相対移動可能に組み合わされるものであることを特徴とするものとした。

また本発明の請求項２においては、上記第１加速手段の構成を、ピストンとシリンダとを有する流体圧作動型直線摺動アクチュエータを含み、シート位置調節機構における左右のガイドレール（固定レール７）のそれぞれの近傍に配置され、且つ剛性の高い中空部材（連結チューブ１４）で互いに連結された一対からなるものとした。

さらに本発明の請求項３においては、上記第２加速手段の構成を、ピストンとシリンダとの伸長方向への相対変位によって圧潰するようにシリンダの内部に装着された筒状部材（制動部材１８）とした。

そして本発明の請求項４においては、拡径方向に付勢された係合手段（リング２０）をピストンの外周に設けると共に、この係合手段と係合する段差（１９）をシリンダの内周面に形成するものとした。

このような本発明の請求項１の構成によれば、通常時は、シート位置調節機構のガイドレール上をシートと一体となって第１加速手段が移動し、エネルギの解放時は、シートと一体の第１の部分と、ロック部材、即ち車体と一体の第２の部分とが分離し、例えば自動車の正面衝突時には、シートが後方へ加速されることとなる。従って、シート位置調節用ガイドレールと、衝突時加速用スライド手段とを兼用することができる。しかも加速手段をシートに組み込んでサブアセンブリとすることができるので、乗員保護装置を小型、軽量で安価に構成する上に多大な効果を奏することができる。

また本発明の請求項２の構成によれば、シートの左右に分割配置されたアクチュエータに流体圧が均等に分配されるので、加速時のシートの摺動円滑性を高める上に効果的である。

さらに本発明の請求項３の構成によれば、第２加速手段が第１加速手段に内蔵された形となるので、装置のコンパクト化を推進する上に効果的である。

そして本発明の請求項４の構成によれば、後方への加速完了時にシートが確実に固定されるので、減速度パターンにノイズが乗る心配がなくなる。

以下に添付の図面を参照して本発明について詳細に説明する。

図１は、本発明による乗員保護装置が適用された自動車の概略構成を示している。車体の居住空間部分（車室）を構成するフロア１上には、車両進行方向に沿ってある距離を移動可能なように、後記するシート位置調節機構を介してシート２が取り付けられている。そしてシート２に着座した乗員３の移動を拘束するために、シートベルト４がシート２に連結されている。

シート位置調節機構５は、乗員３の体格に応じてシート２の前後位置を調節するための公知形式のものであり、図２に示すように、フロア１上にアンカーブラケット６をもって固定される左右一対の固定レール７（ガイドレール）と、各固定レール７上を個々に摺動可能な一対のスライダ８とからなり、一対のスライダ８にシート２のクッション部（図２では省略した）が固定される。

一対のスライダ８の対向内面間には、固定レール７に沿ってシート２を後方へ移動させる駆動力を発生するためのアクチュエータ９（第１加速手段）が配置されている。このアクチュエータ９は、図３に併せて示すように、各スライダ８の内面に固定されたシリンダ１０（第１の部分）と、シリンダ１０内に摺合したピストン１１（第２の部分）と、ピストン１１と一体をなす左右一対の中空ロッド１２の前端同士をエルボ部１３を介して相互に連結した連結チューブ１４（中空部材）と、エルボ部１３の内側にチーズ部１５を介して結合されたインフレータ１６（エネルギ蓄積手段）とで構成されている。ここでエルボ部１３とシリンダ１０との開口端同士は、所定の結合力でかしめられた環状部材１７で一体的に結合されている。

インフレータ１６は、車体の適所に配置した減速度センサＳからの信号に基づいて作動条件を判断する制御装置Ｃが出力する電流で点火して高圧ガスを発生するものであり、連結チューブ１４を介して一対の中空ロッド１２から各シリンダ１０内に流入するガス圧により、ピストン１１及び中空ロッド１２とシリンダ１０とを伸長方向へ相対移動させる駆動力を与える。

シリンダ１０内には、薄板で筒状に形成された制動部材１８（第２加速手段）が中空ロッド１２と同軸配置されている。この制動部材１８は、その遊端をピストン１１との間に所定の間隔（Ａ）をおいた状態でシリンダ１０の前端側にその基端が固定されている。制動部材１８は、インフレータ１６が発生するガス圧でシリンダ１０が押し出されるとシリンダ１０と共に移動し、その遊端がピストン１１に当接して押圧され、圧縮変形する際に所定の座屈応力を発生するように、材料の物性、肉厚、径寸法などが調整されている。

シリンダ１０の内壁の適宜な位置には、少なくとも１つの段差１９が設けられている。シリンダ１０とピストン１１とが伸長方向へ相対移動してピストン１１が段差１９を越えると、ピストン１１に装着されたリング２０（係合手段）が拡開して段差１９に係合し、これによってシリンダ１０とピストン１１とが収縮方向へ相対移動する（シート２が前方へ戻る）ことが規制される。

チーズ部１５の下面には、乗員３の運転姿勢に応じて位置調節可能なシート２の位置を固定するロック機構の解除レバー２１が枢着されている。この解除レバー２１は、既に実用に供されている公知形式のものであって良く、図示の例では、丸棒材を曲折した概ねコ字形をなし、枢着部２１ｐから後方へ延出された両端に、櫛歯状のロック歯を備えたロック部材（図示せず）が一体結合されている。解除レバー２１は、枢着部２１ｐの軸に巻装された捩りコイルばね（図示せず）によってその後端を上向きに弾発付勢されており、通常は、固定レール７と一体をなすロックレール２２に設けられた孔２２ｈにロック部材が係合してシート位置を固定し、解除レバー２１の前端部を引き上げるとロックレール２２からロック部材が離脱してシート位置の調整を行うことができるようになっている。

シート２の一側における後部上方には、シートベルト４を繋着させるバックル２３が配置されている。このバックル２３の下端には、ケーブル２４の上端が止め付けられている。このケーブル２４は、図４に示したように、下斜め後方へ延出された後にシート２のクッション部２ｃの後端側に設けられたガイドシーブ２５に巻き付けられて前向きに方向転換し、シート２の一側を前方へ延出され、その前端を一方のエルボ部１３の側部に突設されたケーブル止め２６に止め付けられている。

次に図５〜図７を参照して、路上建造物等に自動車が衝突した場合の本発明装置の作動要領について説明する。

衝突と同時に、フロア１と一体をなしかつ前方へ延出されたサイドビームＢが、その前端に加わる衝撃荷重によって直ちに圧縮変形を開始する。この時、サイドビームＢに発生する座屈応力による減速度を受けつつ、サイドビームＢが収縮する分フロア１は前方への移動を継続する。

減速度センサＳからの信号がアクチュエータ９を作動させるべき状態にあると制御装置Ｃが判断すると、インフレータ１６に電流を供給してガス発生剤に着火する。これにより、インフレータ１６からの高圧ガスが、連結チューブ１４及び中空ロッド１２からシリンダ１０のボトム側に供給される。このシリンダ１０のボトム側に作用する圧力により、シリンダ１０とエルボ部１３との間の環状部材１７による連結が解除され、シリンダ１０とエルボ部１３とが分離する。

ロックレール２２とロック解除レバー２１とが結合しているので、ロック解除レバー２１が枢着されたチーズ部１５はフロア１に結合した固定レール７と実質的に一体をなしており、チーズ部１５と一体のエルボ部１３とシート２に結合しているシリンダ１０とが分離すると、固定レール７に対してスライダ８が移動可能な状態となり、インフレータ１６が発生するガス圧を受けてシート２はフロア１に対して後方へ加速される。ここでシート２と共にガイドシーブ２５も後方へ移動するので、ガイドシーブ２５とエルボ部１３との距離が増大し、エルボ部１３の側部に止め付けられたケーブル２４によってバックル２３が斜め下後方へ牽引され、バックル２３に連結されたシートベルト４の弛みが除去される。ここでガイドシーブ２５によってケーブル２４の延出方向が転換しているので、シート２の移動距離Ｌに対するケーブル２４の引き込み距離ｘＬは、ケーブル２４の折り返し角度が小さくなるのに応じて増加する。

他方、シート２に着座した乗員３は、停止せんとするフロア１に対して自身の慣性質量によって前方への移動を継続しようとするが、フロア１に対してシート２が瞬時に後方へ移動すると同時にバックル２３が急激に下方へ移動してシートベルト４の伸びを吸収するので、乗員３の前方への移動とシートベルト４の伸びとが早期に釣り合い、乗員３の前方への移動量が最小限に抑えられる。

以上の過程により、フロア１に比して急峻に立ち上がる大きな減速度をもって、シート２がより早期に減速すると共に、シートベルト４の張力の増大によって乗員３の減速度も早期に立ち上がる（図５のａの領域）。

シリンダ１０がさらに後方移動するに従ってピストン１１はシリンダ１０の内部に結合された制動部材１８の遊端に当接する（図６参照）。シリンダ１０にはガス圧が作用しているので、ピストン１１は制動部材１８を圧縮変形させる。この時発生する制動部材１８の座屈応力によってシリンダ１０の後方移動速度が減速すると、シート２の後方移動並びにバックル２３の下方移動も減速する。これはシート２並びにバックル２３に前向きの加速度が作用したのに等しい（図５のｂ領域）。

この状態では、シートベルト４の伸びは殆ど吸収され尽くしており、シートベルト４によって乗員３にかかる後方への荷重は制動部材１８の変形ストロークによって徐々に減少し、乗員３の減速度は一定値に近づく（図５のｃ領域）。この過程において、シート２の前向きの加速度が消滅する、即ち、シート２の後方への移動を終了する時点に乗員３とフロア１との速度差が無くなるように、シートベルト４の特性や制動部材１８のエネルギ吸収特性および制動部材１８とピストン１１との初期間隔寸法Ａを定めると良い。

衝突終盤では、制動部材１８の変形が底付き状態となって（図７参照）シート２の後退並びにバックル２３の下降が停止し、フロア１とシート２及びシートベルト４との相対速度がゼロになり、シートベルト４の拘束荷重が衝突終盤の減速度とつり合うので、サイドビームＢの変形応力で決まる減速度で乗員３もフロア１と一体となって減速し、この状態は車両が完全停止するまで継続する（図５のｄ領域）。

以上のようにして、衝突の初期に平均車体減速度より高い減速度をシート２及びシートベルト４に短時間発生させ、その後、逆方向への減速度をシート２及びシートベルト４に短時間発生させ、さらにその後車両が完全に停止するまで、乗員３が平均車体減速度と同じ減速度で減速するような減速度パターンにすることにより、乗員３に作用する減速度を従来に比べて緩和し得る所望の減速度パターンを得ることができる。

上記実施例においては、かしめ力を適宜に設定した環状部材１７でシリンダ１０とエルボ部１３との間を結合するものとしたが、これはシリンダ１０とエルボ部１３との間に所定の引っ張り力で切断する脆弱部を設けても良いし、またシェアピンのようなもので両者の連結部を保持するものでも良い。

本発明装置が適用された自動車の概略構成図である。 本発明装置の要部斜視図である。 アクチュエータの初期状態の要部断面図である。 シートの概略側面図である。 減速度パターンを示すグラフである。 衝突中盤におけるアクチュエータの様子を示す要部断面図である。 衝突終盤におけるアクチュエータの様子を示す要部断面図である。

符号の説明

２ シート
４ シートベルト
５ シート位置調節機構
７ 固定レール（ガイドレール）
９ アクチュエータ（第１加速手段）
１０ シリンダ（第１の部分）
１１ ピストン（第２の部分）
１２ 中空ロッド
１３ エルボ部
１４ 連結チューブ（中空部材）
１６ インフレータ
１７ 環状部材
１８ 制動部材（第２加速手段／筒状部材）
１９ 段差
２０ リング（係合手段）
２１ ロック解除レバー（ロック部材）

Claims (4)

1. シートベルト及びシート位置調節機構を備え、衝突時に車体に作用する力の向きに沿って移動可能に車体に支持されたシートと、衝突荷重の車体への入力方向と同じ向きの加速度を前記シートに加えるための第１加速手段と、前記入力方向と逆向きの加速度を前記シートに加えるための第２加速手段とを有する乗員保護装置であって、
   前記第１加速手段は、前記シートと実質的に一体をなす第１の部分と、前記シート位置調節機構のロック部材と実質的に一体をなす第２の部分とを有し、且つこれら第１の部分と第２の部分とが、エネルギ蓄積手段に蓄積されたエネルギを解放することによって互いに分離して前記シートの移動方向に沿って相対移動可能に組み合わせてなるものであることを特徴とする乗員保護装置。
2. 前記第１の加速手段は、ピストンとシリンダとを有する流体圧作動型直線摺動アクチュエータを含み、前記シート位置調節機構における左右のガイドレールのそれぞれの近傍に配置され、且つ剛性の高い中空部材で互いに連結された一対からなるものであることを特徴とする請求項１に記載の乗員保護装置。
3. 前記第２の加速手段は、前記ピストンと前記シリンダとの伸長方向への相対変位によって圧潰するように前記シリンダの内部に装着された筒状部材であることを特徴とする請求項２に記載の乗員保護装置。
4. 前記ピストンの外周に拡径方向に付勢された係合手段が設けられ、前記シリンダの内周面に前記係合手段と係合する凹所が形成されることを特徴とする請求項２若しくは３に記載の乗員保護装置。

Images