JP4621384B2 - 乗員保護装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車の衝突安全性を向上させるための乗員保護装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、衝突時の乗員保護効果を高めるために、衝突時にシートベルトを積極的に締めるようにしたプリテンショナ装置を設けた車両がある。シートベルトでシートに拘束された形になっている乗員の減速度は、車両衝突時に乗員に作用する前方への慣性力がシートベルトに受け止められた時に初めて立ち上がる。ここでシートベルトのばね作用を完全には排除することはできないので、慣性力で乗員が前方へ移動し、シートベルトの伸びが最大に達したところで乗員減速度がピークに達することになるが、この乗員減速度のピーク値は、慣性力による乗員の移動量が大きいほど高くなり、一般に車体の居住空間部分の平均減速度よりも高くなると言われている。
【０００３】
車体減速度と乗員減速度との関係を、ばね（乗員拘束装置）、質点（乗員の質量）で構成する系に対して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体減速度波形（時間変化）に支配されることが分かる。従って、乗員減速度を小さくするためには、車体の平均減速度を小さくするだけでなく、ばね（乗員拘束装置）のオーバーシュートがなるべく小さくなるように車体減速度波形を調整すると良い。
【０００４】
従来の車体構造において、サイドビームなどの衝突反力発生部材と各コンポーネント間の隙間とで構成されるクラッシャブルゾーンを車体前部に配置し、この部分の車体構成部材を変形させることで衝突エネルギーの吸収を行い、各部の寸法設定などにより反力特性を変えることで車体減速度波形を調整して、車体の居住空間以外の部分の衝突時の変形モードを適切に設定して車体の居住空間部分の減速度を低減すると共に、居住空間にまで変形が及ばないようにした車体構造が種々提案されている（特開平７−１０１３５４号公報など参照）。
【０００５】
自動車の衝突時の乗員傷害値の低減には、まず乗員の加速度（減速度）の最大値を下げるのが良く、その乗員減速度は、シートベルトを介して車体と一体化されている場合には車体の減速度波形（時間変化）に支配されている。そのため、例えば図６に示されるように、乗員の減速度（Ｇ１）低減のための理想的な車体、更に詳しくはシートベルトの車体側固定点の減速度（Ｇ２）波形は、衝突開始時に大きな減速度を発生させる初期の区間（ａ）と、次に逆向き減速度を発生させる中期の区間（ｂ）と、その後に平均的減速度を発生させる後期の区間（ｃ）とで構成されるものであると良い。このような車体減速度波形では、同一の車体変形量（ダイナミックストローク）に対して一定の減速度（矩形波）の場合よりも更に乗員減速度が小さくなることがシミュレーションなどで確認されている。
【０００６】
一方、従来の車体構造において、上記クラッシャブルゾーンの車体構成部材にあっては、衝突開始時には必ず強度の弱い部分から変形し、しかる後に強度の高い部分の変形が起こる。そのため、衝突反力すなわち車体減速度が初期に小さく後半に大きくなるような波形となるので、乗員減速度の低減に対しては充分な効果があるとは言えなかった。
【０００７】
この問題を解決するために、サイドビームの圧壊を利用して一定の反力を得る方法や、サイドビームに隔壁を複数設けることで安定した反力を維持する方法（上記特開平７−１０１３５４号公報）などが提案されている。しかしながら、これらの方法では車体の減速度を一定の減速度（矩形波）に近付けることはできても、より効果的な減速度波形を得ることは困難であった。
【０００８】
上記理想的な車体減速度波形を実現するための具体的な構造として、例えば、拘束装置を構成するシートベルトの複数存在する車体側固定点（アンカーポイント）のうちの１点若しくは複数点を、上記車体減速度（Ｇ２）波形を達成するべく車体側に設けた衝撃吸収荷重伝達部材（例えば衝突時の衝撃力により車体フロアよりも遅く圧縮変形するようにしたもの）に結合若しくは係合することが考えられる。これにより、上記した理想的な車体減速度波形を得ることができる。また、上記シートベルトのばね作用をできるだけ低減するためには、シートベルトにプリテンショナ装置を設け、衝突時にシートベルトを積極的に縮めるようにすると良い。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
一方、乗員減速度Ｇ１と車体減速度Ｇ２とは、図７に示されるように乗員２の質量Ｍｍと、ばね（シートベルトなど）と、車体の質量Ｍｖとで構成される２質点ばねマス系を伝達関数とした時の入出力に相当する、として考えることができる。即ち、車体減速度Ｇ２は、車体質量Ｍｖを表す座標の時間に関する２階導関数になる。
【００１０】
しかしながら、実際の自動車の衝突においては、例えば３点式シートベルの場合には、乗員質量Ｍｍの作用点と見なし得る乗員２の胸部に、ばねと見なし得るシートベルトのショルダーベルト部が当たることから、そのショルダーベルト部を、胸部接触点から肩アンカー結合点に至る部分と、胸部接触点からバックル結合点に至る部分との２本のばねとして分割して考えねばならない。
【００１１】
ただし、シート一体型シートベルトのような肩アンカー結合点とバックル結合点とが一体となって運動するとみなせる場合には、どちらの減速度も同一であることから、シートベルトに相当することになる分割された２本のばねを合成して考えることにより、肩アンカー結合点とバックル結合点とのそれぞれの減速度を、２質点ばねマス系における入力、即ち車体減速度と同一であるとすることができる。
【００１２】
仮に、上記２つの結合点が車体に対して別々の相対運動を行うとして、例えば、バックル結合点が車体に固定されて、肩アンカー結合点のみが車体に対して相対運動し得る場合を例に挙げると、バックル結合点と肩アンカー結合点とのそれぞれの減速度が異なるので、２本のばねを単純に合成したり、肩アンカー結合点またはバックル結合点における減速度を単純に車体減速度と見なすことはできない。しかしながら、実際には上記胸部接触点に加わる外力はシートベルトから受ける荷重だけであるため、シートベルトの減速方向成分に限定した各シートベルト荷重の総和の時間変化が２質点ばねマス系におけるばね荷重の時間変化と等しければ、２質点ばねマス系の車体質点に最適車体減速度波形を入力した場合の乗員質点の応答と同じ減速度波形が乗員胸部に現れる。
【００１３】
このようなシートベルト荷重の時間変化を実現するためには、肩アンカー結合点及びバックル結合点（即ち車体）の平均減速度の時間変化（平均車体減速度波形）が最適車体減速度波形と等しくなるように、肩アンカー結合点及び／またはバックル結合点の平均減速度波形を制御するか、これと同等にシートベルトの拘束力を制御すれば良い。この平均車体減速度波形の概念を導入することによって、車体全体が最適減速度波形となるように車体減速度を制御する場合と全く同一の乗員減速度低減効果を得る、即ち乗員をできるだけ早くベルトで拘束して、車体と乗員胸部との相対速度を０とした（乗員減速度Ｇ１と車体減速度Ｇ２との差を無くした完全なライドダウン）状態を実現することが可能になる。
【００１４】
ここで、シートベルト結合点の減速度波形を制御することで、シートベルト荷重の時間変化を制御する場合、シートベルト結合点に随伴する質量が乗員の質量とほぼ同等以下の場合には、シートベルトのばね要素とシートベルト結合点に随伴する質量とによって形成されるばねマス系が高周波数の振動を発生するため、シートベルト結合点の減速度を制御することが困難となる。即ち、シートベルト結合点に随伴する質量が乗員の質量とほぼ同等かそれ以上でないと所定のシートベルト荷重の時間変化を実現することができない。そのためには、シートベルト結合点には乗員の質量と拮抗する慣性質量を必要とするが、従来のシートベルトプリテンショナで単にシートベルトを引き込むのみの構造ではこれを実現することができない。
【００１５】
本発明は、このような従来技術の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、簡単な構造で乗員減速度の低減に効果的な減速度パターンを実現することができる乗員保護装置を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するために本発明に於いては、車室にてシート２に着座した乗員を拘束するためのシートベルト３と、該シートベルト３を巻き取り／送り出しすると共に衝撃発生時等に前記シートベルト３の送り出しを禁止するロック機構６ａを具備するリトラクタ装置６とが設けられた車両の乗員保護装置であって、前記リトラクタ装置６が、前記シートベルト３を乗員の拘束を強める方向に移動可能に支持され、車体の前方衝突を検出するための衝突検出手段（制御装置１０）と、前記リトラクタ装置と一体をなし、その前記拘束強め方向への移動時に慣性力を発生させるための慣性質量部材（ベース部材８）と、前記衝突検出手段による検出信号に応じて前記リトラクタ装置及び前記慣性質量部材からなる可動部を前記シートベルト３の乗員への拘束力を強める方向に駆動する第１の加速度発生手段（シリンダー９ａ、ピストン部材９ｂ、マニホールド９ｃ、ガス発生器９ｄ、サージタンク９ｆ）と、前記可動部が前記拘束強め方向に所定量移動したらその後の移動を阻止する方向の力を該可動部に加えるための第２の加速度発生手段（円筒状緩衝体９ｇ）とを有することを特徴とする乗員保護装置を提供する。
【００１７】
これによれば、衝突検出時に第１の加速度発生手段によりシートベルトの拘束を強める方向に可動部を移動させて、可動部に平均減速度（車体減速度）より大きい減速度を発生させ、可動部が所定量移動したらその移動を第２の加速度発生手段により阻止することにより可動部に逆向きの減速度を発生させることで、衝突終期には乗員・車体が一体となって平均的な減速度で減速させることができるため、急激に乗員減速度が高くなることのない好ましい車体減速度波形を実現することができる。このとき、平均減速度（車体減速度）より大きい減速度を発生させる際に慣性質量部材を介在させることにより、高周波数の振動発生を防止でき、減速度制御が容易になる。
【００１８】
特に前記第１の加速度発生手段が、推薬により発生するガス圧をもって前記可動部を駆動するようになっていることで、装置全体を小型化でき、また駆動力の制御も容易になる。また、前記ガス圧を安定供給するためのサージタンクを更に有することで駆動力の制御が一層容易になる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下に、添付の図面に示す好ましい実施形態を参照して、本発明について詳細に説明する。
【００２０】
図１は、本発明が適用された車両の概略構成を示す側断面図である。車体１の一部としてこれと一体をなすフロアパネル１ａにはシート２が設けられている。このシート２の一方の側下部にはシートベルト３のバックルプレート３ａと係合するバックル４が設けられている。また、車体１の側部のセンターピラー１ｂの上部にはシートベルト３の支持部としてのショルダースルーアンカ５が設けられ、その下部にはリトラクタ６が設けられている。リトラクタ６には、衝撃発生時等にシートベルト３の送り出しを禁止するためのロック機構６ａが内蔵されている。このリトラクタ６から引き出されたシートベルト３はショルダースルーアンカ５及びバックル４を通り、センターピラー１ｂ下部の図示されない車体下部固定部で車体１に結合されている。尚、シート２は前後方向位置をある程度調整可能となっていても良い。
【００２１】
図２及び図３に併せて示されるように、リトラクタ６は、センターピラー１ｂに固定されたスライドレール７（固定部分図示せず）に沿って上下方向に移動可能な慣性質量部材を兼ねる可動ベース８に取り付けられている。また、スライドレール７にはアクチュエータ９が固定されている。このアクチュエータ９は、上下に延在するシリンダー９ａと、このシリンダー９ａ内に同軸的に設けられ、内部に空室９ｃが形成されると共にフランジを有するキャップ状のピストン部材９ｂと、シリンダー９ａの一端部（上側端部）に結合されたマニホールド９ｃと、マニホールド９ｃ内の空室に臨むように配置されたガス発生器９ｄと、連通路９ｅを介してマニホールド９ｃに連通するサージタンク９ｆとを有している。ピストン部材９ｄの遊端は、シリンダー９ａから突出し、可動ベース８に取り付けられている。従って、ピストン部材９ｂがシリンダー９ａの軸線方向に移動することに伴い、可動ベース８及びこれに取り付けられたリトラクタ６からなる可動部が移動するようになっている。
【００２２】
シリンダー９ａの内部には、先端がテーパ状をなす円筒状緩衝体９ｇが内設されている。この円筒状緩衝体９ｇはシリンダー９ａの内径をやや小さくするもので、ピストン部材９ｂが或る程度移動することによりこの円筒状緩衝体９ｇに当接してこれを徐々に圧壊するようになっている。
【００２３】
このように構成されたアクチュエータ９において、上記シリンダー９ａ、ピストン部材９ｂ、マニホールド９ｃ、ガス発生器９ｄ、サージタンク９ｆにより第１の加速度発生手段が構成されており、円筒状緩衝体９ｇが第２の加速度発生手段となる。
【００２４】
ガス発生器９ｄには、車体の適所（例えばフロア５上）に取り付けられた衝突検出手段としての制御装置１０からの信号線が接続されている。この制御装置１０には例えばＧセンサからなる衝突センサ（図示せず）が内蔵されており、制御装置１０は、所定の作動条件を満たす衝突を検出したらガス発生器９ｄに衝突検出信号を出力する。その衝突検出信号に応じてガス発生器９ｄが膨張ガスを瞬時に発生し、その膨張ガスがマニホールド９ｃ内に送出されるようになっている。
【００２５】
尚、可動ベース８及びリトラクタ６からなる可動部とスライドレール７との間にはその移動開始荷重を設定する公知のヒューズ手段が設けられ（図示せず）、所定の荷重よりも大きな荷重を加えない限り下方に移動することはないようになっている。
【００２６】
次に、図４（ａ）〜図４（ｃ）及び図５（ａ）〜図５（ｃ）を参照して、当該車両が固定建造物等に正面衝突した場合の本発明の制御要領について示す。
【００２７】
図４（ａ）は衝突開始直後の初期（図６の区間ａ）の状態を示すものである。先ず、ボディの前端部が潰れた後に、図に示されるようにフロア１ａと一体をなすフレームのサイドビーム１１の前端部が圧縮変形する。そのような大きな衝突の際に発生する車体減速度を制御装置１０内の衝突センサが検知したら、上記したように制御装置１０で作動条件を判断して、条件を満たした場合にはガス発生器９ｄを作動させる。
【００２８】
図５（ａ）の矢印に示されるようにガス発生器９ｄで発生した膨張ガスはマニホールド９ｃ内に送り込まれ、その膨張ガスのガス圧により押圧されてピストン部材９ｂが下方へ移動し始める。すると、ピストン部材９ｂに結合されている可動ベース８及びこれと一体をなすリトラクタ６が下方に移動し始めると共にシートベルト３がその乗員拘束力を増大する拘束強め方向へ引っ張られ始め、発生ガス圧の増大に応じて加速する。これにより、シートベルト３には乗員拘束力を増大する向き、即ち乗員を減速する向きの荷重が発生する。ここで、サージタンク９ｄを設けておくことにより、単に発生ガス圧をマニホールド９ｃからシリンダー９ａに供給するのみの場合に比較して安定して供給すると共にその圧力を容易に制御できる。
【００２９】
このシートベルト荷重の立ち上がりは、３点が単に固定されたシートベルトの場合に乗員が慣性で車体前方へ飛び出すことを止める際の荷重の立ち上がりに対して、早く立ち上がり、乗員の減速度も図６のＧ１に示されるように早期に発生する。
【００３０】
図４（ｂ）は衝突中盤の中期（図６の区間ｂ）の状態を示すものである。車体前部の圧壊が進むと共に、アクチュエータ９にあっては、図５（ｂ）に示されるようにピストン部材９ｂは更に下方へ移動する。ピストン部材９ｂの移動が距離ｄだけ進むと、シリンダー９ａ内にて緩衝体９ｇに衝突してピストン部材９ｂ、即ち可動ベース８及びリトラクタ６の移動が減速され、即ち反対方向への加速度が発生する。このため、車室全体に衝突減速度とは反対方向方向の加速度が発生した場合と同様の効果が発生する。この効果を実現するために、上述したシートベルト結合点に乗員の質量と拮抗する質量を負荷すると良く、可動ベース８の重量等と緩衝体９ｇに衝突する際の加速度とを調整すると良い。この中期において、上記反対方向の加速が終了する時点で、乗員の速度・減速度が車体（シート１）の速度・減速度と一致するように、シートベルト３の特性（伸びやばね特性）と、緩衝体９ｇの特性（衝撃力吸収特性）を車体に合わせて適宜設計することが望ましい。
【００３１】
図４（ｃ）は衝突終盤の後期（図６の区間ｃ）の状態を示すものである。この後期では、緩衝体９ｇによって可動部（ピストン部材９ｂ、可動ベース８、リトラクタ６）の移動が更に減速され、ピストン部材９ｂは移動を停止するに至る。それに伴ってリトラクタ６も移動を停止する。このとき、ピストン部材９ｂが緩衝体９ｇに食い込んでいることから上方に戻ることはなく、停止した位置に保持される。
【００３２】
この段階で、乗員の速度・減速度が車体の速度・減速度と一致していれば、乗員と車体との間に相対運動が生じることがなく、乗員は車体と一体となって減速し続ける。すなわち、乗員と車体との相対速度差をできるだけ小さくして、乗員減速度Ｇ１と車体減速度Ｇ２との差をできるだけ小さくして乗員減速度Ｇ１の最大値を低減することができる。
【００３３】
このように、上記プロセスによって、リトラクタ６に発生する減速度を所定の最適減速度波形になるように制御することにより、即ちその最適減速度波形が生じるようにアクチュエータ９を設計することにより、乗員減速度Ｇ１の最大値を大幅に低減する機能を発揮することができる。
【００３４】
尚、上記構成では、シリンダー９ａ、ピストン部材９ｂ、マニホールド９ｃ、ガス発生器９ｄ、サージタンク９ｆにより第１の加速度発生手段を構成したが、例えばばねを変形させた状態で保持し、大きな衝突の際に発生する車体減速度を検知したら、ばねを解放して上記可動部を加速するようにしても良い。
【００３５】
【発明の効果】
このように本発明によれば、衝突検出時に第１の加速度発生手段によりシートベルトのリトラクタを慣性質量部材と共に移動させてシートベルトの拘束を強め、可動部に平均減速度（車体減速度）より大きい減速度を安定して発生させると共に、可動部が所定量移動したらその移動を第２の加速度発生手段により阻止することにより可動部に逆向きの減速度を発生させて、衝突終期には乗員・車体が一体となって平均的な減速度で減速させることができるため、急激に乗員減速度が高くなることのない好ましい車体減速度波形を実現することができる。これにより、従来よりも小さな車体変形量（ダイナミックストローク）で大幅に乗員への衝撃を低減することができるばかりでなく、乗員の車体に対する車内での移動量を、例えば拘束装置の荷重リミッタ（Ｅ／Ａ）を用いて乗員減速度を低減した場合よりも更に小さく抑えることができるため、二次衝突の可能性をも低減できる。
【００３６】
また、第１の加速度発生手段が、推薬により発生するガス圧をもって可動部を駆動するようになっていることで、装置全体を小型化でき、また駆動力の制御も容易になる。更に、ガス圧を制御し、安定供給するサージタンクを更に有することで駆動力の制御が一層容易になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による乗員保護装置が適用された車両の概略構成を示す図。
【図２】シート付近の全体を示す斜視図。
【図３】アクチュエータの構造を示す縦断面図。
【図４】（ａ）は衝突初期の状態を示す車体の概略図、（ｂ）は衝突中期の状態を示す図、（ｃ）は衝突終期の状態を示す図。
【図５】（ａ）は衝突初期のアクチュエータの動作状態を示す図、（ｂ）は衝突中期の状態を示す図、（ｃ）は衝突終期の状態を示す図。
【図６】乗員及びシートの減速度波形を示す図。
【図７】車体衝突時の乗員・車体・シートベルトの関係を示す概念図。
【符号の説明】
１ 車体
１ｂ センターピラー
２ シート
３ シートベルト
６ リトラクタ
７ スライダレール
８ ベース部材（慣性質量部材）
９ アクチュエータ
９ａ シリンダー（第１の加速度発生手段）
９ｂ ピストン（第１の加速度発生手段）
９ｃ マニホールド（第１の加速度発生手段）
９ｄ ガス発生器（第１の加速度発生手段）
９ｆ サージタンク（第１の加速度発生手段）
９ｇ 緩衝体（第２の加速度発生手段）
１０ 制御装置（衝突検出手段）

Claims (3)

1. 車室にてシートに着座した乗員を拘束するためのシートベルトと、該シートベルトを巻き取り／送り出しすると共に衝撃発生時等に前記シートベルトの送り出しを禁止するロック機構を具備するリトラクタ装置とが設けられた車両の乗員保護装置であって、
   前記リトラクタ装置が、前記シートベルトを乗員の拘束を強める方向に移動可能に支持され、
   車体の前方衝突を検出するための衝突検出手段と、
   前記リトラクタ装置と一体をなし、その前記拘束強め方向への移動時に慣性力を発生させるための慣性質量部材と、
   前記衝突検出手段による検出信号に応じて前記リトラクタ装置及び前記慣性質量部材からなる可動部を前記シートベルトの乗員への拘束力を強める方向に駆動する第１の加速度発生手段と、
   前記可動部が前記拘束強め方向に所定量移動したらその後の移動を阻止する方向の力を該可動部に加えるための第２の加速度発生手段とを有することを特徴とする乗員保護装置。
2. 第１の加速度発生手段が、推薬により発生するガス圧をもって前記可動部を駆動するようになっていることを特徴とする請求項１に記載の乗員保護装置。
3. 前記ガス圧を安定供給するためのサージタンクを更に有することを特徴とする請求項２に記載の乗員保護装置。

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