JP4890288B2 - 車両のシートベルト装置 - Google Patents

Description

この発明は、車両のシートに着座した乗員をウェビングによって拘束するシートベルト装置に関するものである。

車両に装備されるシートベルト装置は、乗員拘束用のウェビングがベルトリールに巻回され、このベルトリールが巻取りばねによってウェビング巻取り方向に回転付勢された状態でリトラクタ内に収容されている。このため、シートベルトの装着時には、ウェビングが巻取りばねの付勢力に抗して引き出され、シートベルトの装着解除時には、巻取りばねの付勢力によってウェビングが巻き取られる。

この種のシートベルト装置においては、ウェビングの引き出し量に応じて巻取りばねの反力が増大し、ウェビングがベルトリールに巻き取られるにつれて巻取りばねの力が漸減する。このため、ウェビングが完全巻取り状態に近づくと、ウェビングに作用する巻取りばねの力が弱くなり、ウェビングが巻取りを完了するまでに長時間を要してしまう。

これに対処し得るシートベルト装置として、ベルトリールに駆動力を伝達可能なモータと、このモータとベルトリールの間で動力の遮断と接続を行う動力断接手段を設け、ウェビングの巻取り後期に動力断接手段を接続状態にして、巻取りばねによるベルトリールの回転をモータによって助勢するようにしたものが案出されている（特許文献１参照）。

このシートベルト装置では、接続操作時にモータからベルトリール方向の動力伝達のみを許容する動力断接手段が用いられ、ウェビングの巻取り時には、モータとベルトリールの相対速度が、モータ側からベルトリール方向に動力伝達可能な速度になるまでは、動力断接手段の部材の滑りによって非接続状態（遮断状態）が維持されるようになっている。つまり、モータの駆動力は、モータとベルトリールの相対速度が、モータ側からベルトリール方向に動力伝達可能な速度になった時点で、動力断接手段を介してベルトリール側に伝達される。
特開２００３−８１０５６号公報

しかし、この従来のシートベルト装置は、ウェビングの巻取り後期に、モータとベルトリールの相対速度が、モータ側からベルトリール方向に動力伝達可能な速度になるのを待って動力断接手段が接続されるため、動力断接手段が接続を完了するまての間に部材相互の滑りによる異音が発生し、特に、ベルトリール側のトルクとモータ側トルクの差の大きい接続待ちの開始初期の段階で耳障りな異音が発生し易いことが問題となっている。

そこでこの発明は、巻取りばねによるベルトリールの回転状態を良好に把握できるようにして、きめ細かい制御が可能な車両のシートベルト装置を提供しようとするものである。

上記の課題を解決する請求項１に記載の発明は、シートに着座した乗員を拘束するウェビング（例えば、後述の実施形態におけるウェビング５）が巻回されるベルトリール（例えば、後述の実施形態におけるベルトリール１２）と、このベルトリールを巻取り方向に回転付勢する巻取りばね（例えば、後述の実施形態における巻取りばね４０）と、前記ベルトリールに駆動力を伝達可能なモータ（例えば、後述の実施形態におけるモータ１０）と、前記モータとベルトリールの間の動力の接続と遮断を行う動力断接手段（例えば、後述の実施形態におけるクラッチ２０）と、を備え、ウェビングの巻取り時に、前記巻取りばねによるベルトリールの回転を前記モータによって助勢する車両のシートベルト装置において、前記ベルトリールの回転加速度を検出する加速度検出手段（例えば、後述の実施形態における回転加速度算出手段４６）と、ウェビングの装着状態を検出する装着状態検出手段（例えば、後述の実施形態におけるバックルスイッチ４２）と、ウェビングの引き出し量を検出する引き出し量検出手段（例えば、後述の実施形態における回転量算出手段４４）と、を有し、前記装着状態検出手段による検出が装着状態から非装着状態に変化してから前記引き出し量検手段によって検出されるウェビングの引き出し量が規定値以下になった後、前記加速度検出手段によって検出されるベルトリールの巻取り方向の回転加速度が設定値（例えば、後述の実施形態における設定値ＧＴ）以下に低下したときに、モータの駆動力が前記動力断接手段を介してベルトリールに伝達されるように、前記モータを制御してウェビングを巻き取ることを特徴とする。
これにより、ベルトリールのトルクに大きく関係する回転加速度が加速度検出手段によって検出される。また、ウェビング巻取り後期にベルトリールのトルクが所定の値以下に低下した時点でモータによるベルトリールの助勢が開始されるようになる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記モータの制御によるウェビングの巻き取りにより、ウェビングが格納状態になった後、前記ウェビングの引き出し量が所定長さに満たない場合には、前記モータの制御によるウェビングの巻き取りを停止することを特徴とする。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記動力断接手段の接続時に、前記モータの巻取り方向の回転加速度を漸減させることを特徴とする。
これにより、動力断接手段が完全に接続を完了するまでの間、モータの回転加速度が漸減されるようになる。

請求項１に記載の発明によれば、ベルトリールのトルクに大きく関係する回転加速度を検出することができるため、ベルトリールの回転状態に応じたきめ細かい制御を行うことが可能になる。

また、請求項１に記載の発明によれば、ウェビングの装着が解除されてからのウェビングの引き出し量が規定値以下になった後に、ベルトリールの巻取り方向の回転加速度が設定値以下に低下した時点でモータによるベルトリールの助勢が開始されるようになるため、動力断接手段の滑りに伴う異音、特に、滑りの発生初期に発生する異音を効果的に抑制することができる。

請求項３に記載の発明によれば、動力断接手段が完全に接続を完了するまでモータの回転加速度が漸減されるため、動力断接手段の滑りによって生じる異音を次第に消音させることができる。

以下、この発明の一実施形態を、図１〜図６に基づいて説明する。
図１は、この発明にかかるシートベルト装置１の全体概略構成を示すものであり、同図中２は、乗員３の着座するシートである。この実施形態のシートベルト装置１は、いわゆる三点式のシートベルト装置であり、図示しないセンタピラーに取り付けられたリトラクタ４からウェビング５が上方に引き出され、そのウェビング５がセンタピラーの上部側に支持されたスルーアンカ６に挿通されるとともに、ウェビング５の先端がシート２の車室外側寄りのアウタアンカ７を介して車体フロアに固定されている。そして、ウェビング５のスルーアンカ６とアウタアンカ７の間にはタングプレート８が挿通されており、そのタングプレート８は、シート２の車体内側寄りの車体フロアに固定されたバックル９に対して脱着可能となっている。
ウェビング５は、初期状態でリトラクタ４に巻き取られており、乗員３が手で引き出してタングプレート８をバックル９に固定することにより、乗員３の主に胸部と腰部をシート２に対して拘束する。このシートベルト装置１の場合、衝突時におけるウェビング５の引き込みが電動式のモータ１０によって行われ、このモータ１０がプリテンション機構を構成するようになっている。

リトラクタ４は、図２〜図４に示すようにケーシング１１に回転可能に支持されたベルトリール１２にウェビング５が巻回され、このベルトリール１２が巻取りばね４０によってウェビング巻取り方向に回転付勢されるとともに、ケーシング１１の一端側に突出したベルトリール１２の軸１２ａに遊星歯車式の減速機構１３が係合され、その減速機構１３が複数の歯車群から成るモータ側動力伝達系２２を介してモータ１０の回転軸１０ａに連係されている。

減速機構１３は、サンギヤ１４が駆動入力用の外歯１５に一体に結合されるとともに、複数のプラネタリギヤ１６を支持するキャリア１７がベルトリール１２の軸１２ａに結合されている。そして、プラネタリギヤ１６に噛合したリングギヤ１８の外周側には複数のラチェット歯１９（図３，図４参照）が形成され、このラチェット歯１９が後述するクラッチ２０（動力断接手段）の一部を構成するようになっている。このクラッチ２０は、コントローラ２１による制御によってモータ１０とベルトリール１２の間の動力伝達系を適宜断接する。

モータ側動力伝達系２２は、サンギヤ１４と一体の外歯１５に常時噛合される小径の第１コネクトギヤ２３と、この第１コネクトギヤ２３と同軸にかつ一体に回転し得るように設けられた大径の第２コネクトギヤ２４と、この第２コネクトギヤ２４とモータギヤ２５（モータ１０の回転軸１０ａと一体）の間にあって動力伝達可能に常時噛合される第１，第２アイドラギヤ２６，２７と、を備えている。モータ１０の正転方向の駆動力は、図３中の実線矢印で示すように各ギヤ２５，２７，２６を通して第２，第１コネクトギヤ２４，２３へと伝達され、さらに外歯１５を介してサンギヤ１４に伝達された後にプラネタリギヤ１６とキャリア１７を介してベルトリール１２に伝達される。このモータ１０の正転方向の駆動力は、ウェビング５を引き込む（巻き取る）方向にベルトリール１２を回転させる。ただし、サンギヤ１４からプラネタリギヤ１６に伝達された駆動力は、リングギヤ１８が固定されているときに前記のようにすべてキャリア１７側に伝達されるが、リングギヤ１８の回転が自由な状態においては、プラネタリギヤ１６の自転によってリングギヤ１８を空転させる。クラッチ２０は、リングギヤ１８の回転のロックとロック解除を制御することによって、ベルトリール１２（キャリア１７）に対するモータ駆動力の伝達をオン・オフ操作する。

ここで、クラッチ２０について図３，図４を参照して説明する。
クラッチ２０は、図示しないケーシングに回動可能に支持され、先端部に係止爪２８を有するパウル２９と、このパウル２９を操作するクラッチスプリング３０と、パウル２９の係止爪２８に係合可能な前記リングギヤ１８のラチェット歯１９と、を備え、係止爪２８は、パウル２９がラチェット歯１９方向に操作されたときに、ラチェット歯１９の傾斜面とほぼ直交する面に突き当たり、リングギヤ１８の一方向の回転をロックするようになっている。

また、クラッチスプリング３０は付根部側が円弧状に湾曲し、その湾曲部３１が第１コネクトギヤ２３の軸部の外周に巻き付いた状態で係止されている。そして、クラッチスプリング３０の先端部はパウル２９方向に延出し、パウル２９の操作窓３２に係合するようになっている。なお、クラッチスプリング３０の湾曲部３１は摩擦によって第１コネクトギヤ２３の軸部に係合しており、第１コネクトギヤ２３との間に設定値以上のトルクが作用すると、そのトルクによって第１コネクトギヤ２３との間で滑りを生じる。

したがって、このクラッチ２０は、モータ１０が正転方向（図３中の実線矢印参照。）に回転すると、クラッチスプリング３０が、図４の実線で示す姿勢から鎖線で示す姿勢に変化し、それによってパウル２９の係止爪２８が図３に示すようにラチェット歯１９に噛合してリングギヤ１８の回転をロックする。このようにリングギヤ１８の回転がロックされると、前述のようにサンギヤ１４に伝達された回転力がすべてキャリア１７の回転となってベルトリール１２に伝達されるようになる（クラッチオン状態）。
なお、ラチェット歯１９によってリングギヤ１８の回転がロックされるのは、リングギヤ１８の逆転方向（図３中反時計方向）の回転のみであり、リングギヤ１８の正転方向の回転はパウル２９の係止爪２８がリングギヤ１８のラチェット歯１９上を滑ることによって許容される（ロックされない）。つまり、モータ１０が正転方向に駆動されてクラッチ２０のパウル２９が図３に示すようにラチェット歯１９方向に操作された場合、モータ１０側のサンギヤ１４からベルトリール１２側のキャリア１７への動力伝達はリングギヤ１４のロックによって可能になるものの、キャリア１７からサンギヤ１４への動力伝達はリングギヤ１８がロックされずに不可能となる。

一方、クラッチオン状態からモータ１０が逆転すると、第１コネクトギヤ２３が、図３中の点線矢印で示すように回転して、クラッチスプリング３０を図４中の実線で示すように回動させる。これにより、パウル２９の係止爪２８がラチェット歯１９から引き離され、リングギヤ１８のロックが解除される。
このようにリングギヤ１８のロックが解除されると、前述のようにサンギヤ１４に伝達された回転力がプラネタリギヤ１６を自転させ、このときリングギヤ１８を空転させてキャリア１７（ベルトリール１２）側に動力が伝達されないようにする（クラッチオフ状態）。

また、図２に示すようにリトラクタ４のベルトリール１２の軸部１２ａには、その軸部１２ａの回転を検出する回転センサ４１が設けられている。この回転センサ４１は、詳細な図示は省略するが、例えば、円周方向に沿って異磁極が交互に着磁された磁性円板と、この磁性円板の外周縁部に近接配置された一対のホール素子と、これらのホール素子の検出信号を処理するセンサ回路とから成り、センサ回路で処理されたパルス信号がコントローラ２１に出力されるようになっている。
ベルトリール１２の回転に応じて回転センサ４１からコントローラ２１に入力されるパルス信号は、コントローラ２１において、基本的にモータ１０を駆動するためのフィードバック信号として用いられる。つまり、コントローラ２１においては、回転センサ４１のパルス信号をカウントすることによってベルトリール１２の回転量（ウェビング５の引き出し量）を検出するとともに、パルス信号の変化速度（周波数）や変化加速度を演算することによってベルトリール１２の回転速度（ウェビング５の引き出し速度）や回転加速度（ウェビング５の引き出し加速度）を求める。

ところで、コントローラ２１には、バックル９の接続状態を検出するバックルスイッチ４２と、車両前方の物体を検出するレーダや車両の減速度（加速度）を検出する加速度センサ等の衝突前兆検知装置４３が接続されている。コントローラ２１は、バックルスイッチ４２のオン信号を受けてシートベルトの装着を検知し、また、衝突前兆検知装置４３から衝突前兆信号を受けてウェビング５の弛み取り等のためにモータ１０の駆動を適宜制御するようになっている。

また、図２に示すように、コントローラ２１は、回転センサ４１から入力されたパルスをカウントしてベルトリール１２の回転量（ウェビング５の引き出し／巻取り量）を求める回転量算出手段４４と、回転センサ４１から入力されたパルスの変化速度を基にベルトリール１２の回転速度（ウェビング５の引き出し／巻取り速度）を求める回転速度算出手段４５と、回転センサ４１から入力されるパルスの変化加速度を基にしてベルトリール１２の回転加速度（ウェビング５の引き出し／巻取り加速度）を求める回転加速度算出手段４６（加速度検出手段）と、ウェビング５の巻取り時に、これらの３つの算出手段４４，４５，４６の算出結果を受けてモータ１０を制御するモータ制御手段４７と、を備えている。

このシートベルト装置１では、ウェビング５の巻取りは基本的に巻取りばね４０の力によって行い、ウェビング５の巻取り後期に、巻取りばね４０によるベルトリール１２の回転をモータ１０によって助勢するようになっている。具体的には、コントローラ２１は、回転センサ４１と回転加速度算出手段４６によってベルトリール１２の回転加速度を監視し、ベルトリール１２の回転加速度が設定値ＧＴ（図６参照）以下に減少したところで、モータ１０を正転方向に駆動させてベルトリール１２の回転を助勢する。
なお、図６（ａ），（ｂ）の実線は、シートベルト装着状態からバックル９を外したときにおけるベルトリール１２回転速度と回転加速度を夫々示し、これらの実線と一部重なる点線は、巻取り後期にモータ１０によるベルトリール１２の助勢を行わなかったときにおけるベルトリール１２の回転速度と回転加速度を夫々示す。また、図６（ｂ）中のＧＭは、ベルトリール１２の回転速度が設定値ＧＴ以下になってモータ１０が駆動した後に実際にクラッチ２０が接続されるときのベルトリール１２の加速度を示す。

以下、ウェビング５の巻取り時におけるコントローラ２１の制御について、図５に示すフローチャートに沿って説明する。
まず、ステップＳ１００では、バックルスイッチ４２がオフ（バックル解除状態）であるかどうかを判定し、オフである場合にはステップＳ１０１に進み、オンである場合には何もせずにリターンする。即ち、ここではシートベルトの解除が判定される。

ステップＳ１０１においては、ベルトリール１２の巻取り方向の加速度が設定値ＧＴ以下であるかどうかを判定し、設定値ＧＴ以下の場合にはステップＳ１０２に進み、設定値ＧＴ以下でない場合にはリターンする。

ステップＳ１０２においは、減速機構１３を介したモータ１０の伝達回転速度ＶＭが巻取りばね４０によるベルトリール１２の回転速度ＶＲＳＧよりも大きくなるようにして、モータ１０をウェビング５の巻取り方向（正転方向）に回転駆動する。こうしてモータ１０が巻取り方向に駆動されると、クラッチ２０がオン方向に操作され、クラッチ２０のパウル２９がリングギヤ１８の回転をロックすると、モータ１０の巻取り方向の駆動力がベルトリール１２に伝達されるようになる。なお、このときモータ１０との関係においてベルトリール１２側の回転速度が高い場合には、パウル２９がリングギヤ１８のラチェット歯１９上を滑ってリングギヤ１８の正転方向の回転が許容される。

つづく、ステップＳ１０３においては、回転量算出手段４４の算出結果に基づいてウェビング５の引き出し量を求め、ウェビング５が全格納状態（最大に巻き取られた状態）であるかどうかを判定する。ウェビング５が全格納状態の場合にはステップＳ１０４に進んでモータ１０の駆動を停止し、全格納状態でない場合にはステップＳ１０５へと進む。

ステップＳ１０５においては、ウェビング５が一旦全格納状態になり、かつ、現在ウェビング５の引き出し長さが所定長さに満たない範囲であるかどうかを判定し、この特殊条件を満たす場合には、ステップＳ１０４に進んでモータ１０の駆動を停止し、特殊条件を満たさない場合にはリターンする。即ち、ここで特殊条件を満たす場合には、モータ１０の再駆動を行わない（ステップＳ１０４に進む）ことにより、タングプレート８の重みや車両加速度等によってウェビング５が僅かに引き出されたときに、モータ１０が頻繁に駆動と停止を繰り返すのを防止することができる。

なお、図５に示すフローチャートでは省略されているが、バックルスイッチ４２がオフと判定された後には回転量算出手段４４によってベルトリール１２の回転量（ウェビング５の引き出し量）を求め、現在、ウェビング５の巻取り後期であるかどうかを判定（例えば、ウェビング５の引き出し量を規定値と比較することによって判定）し、巻取り後期でない場合には以下の処理を行わずにリターンする。これにより、ベルトリール１２の回転加速度が充分に立ち上がらないバックル９の解除初期にモータ１０が駆動されるのを回避される。
また、モータ１０は、図６（ｂ）に示すようにベルトリール１２の加速度が設定値ＧＴ以下になってクラッチ２０がオン方向に操作された後には、少なくとも実際にクラッチ２０がオンになって加速度がＧＭになるまでは、回転加速度が漸減するように制御される。

以上のように、このシートベルト装置１においては、ウェビング５の巻取り後期に、巻取りばね４０による巻取り力が低下し始めた時点でモータ１０がベルトリール１２の回転を助勢するようになるため、ウェビング５を速やかに、かつ確実に最後まで巻き取ることができる。

そして、このシートベルト装置１においては、ウェビング５の巻取り時にはベルトリール１２の回転加速度を監視し、ウェビング５の巻取り後期にベルトリール１２の回転加速度が設定値ＧＴ以下になった時点でモータ１０を正転駆動することによってクラッチ２０をオン操作するようになっているため、ベルトリール１２の回転トルクが充分に低下したことを、回転トルクと大きく関係するベルトリール１２の回転加速度を基にして把握し、その把握したタイミングでモータ１０によるベルトリール１２の助勢操作を開始することができる。
したがって、このシートベルト装置１の場合、クラッチ２０が完全に接続されるまでの間に生じるパウル２９とラチェット歯１９の滑りを伴う当接衝撃を緩和することができるため、耳障りな異音の発生を効果的に抑制することができる。

また、このシートベルト装置１においては、ウェビング５の巻取り時に、ベルトリール１２の回転加速度が設定値ＧＴ以下になり、クラッチ２０がオン操作されてからクラッチ２０が完全に接続されるまでの間、モータ１０が回転加速度を漸減させるように制御されるため、クラッチ２０の滑りに伴って発生する異音を次第に消音させることができる。したがって、クラッチ２０の接続に伴う異音は完全に消すことはできないにしても、乗員に与える不快感を無くすことができる。

なお、この発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。

この発明の一実施形態を示すシートベルト装置の全体概略構成図。 同実施形態のシートベルト装置のコントローラを中心とする概略構成図。 同実施形態のシートベルト装置の動力伝達系を正面側から見た概略構成図。 同実施形態の動力伝達系の一部の拡大図。 同実施形態のシートベルト装置の制御の流れを示すフローチャート。 同実施形態のシートベルト装置のウェビング巻取り時のタング速度（ａ）とタング加速度（ｂ）の特性図を上下に並べて記載した図。

符号の説明

１…シートベルト装置
２…シート
５…ウェビング
１０…モータ
１２…ベルトリール
２０…クラッチ（動力断接手段）
４０…巻取りばね
４２…バックルスイッチ（装着状態検出手段）
４４…回転量算出手段（引き出し量検出手段）
４６…回転加速度算出手段（加速度検出手段）
ＧＴ…設定値

Claims (3)

1. シートに着座した乗員を拘束するウェビングが巻回されるベルトリールと、
   このベルトリールを巻取り方向に回転付勢する巻取りばねと、
   前記ベルトリールに駆動力を伝達可能なモータと、
   前記モータとベルトリールの間の動力の接続と遮断を行う動力断接手段と、を備え、
   ウェビングの巻取り時に、前記巻取りばねによるベルトリールの回転を前記モータによって助勢する車両のシートベルト装置において、
   前記ベルトリールの回転加速度を検出する加速度検出手段と、
   ウェビングの装着状態を検出する装着状態検出手段と、
   ウェビングの引き出し量を検出する引き出し量検出手段と、を有し、
   前記装着状態検出手段による検出が装着状態から非装着状態に変化してから前記引き出し量検手段によって検出されるウェビングの引き出し量が規定値以下になった後、前記加速度検出手段によって検出されるベルトリールの巻取り方向の回転加速度が設定値以下に低下したときに、モータの駆動力が前記動力断接手段を介してベルトリールに伝達されるように、前記モータを制御してウェビングを巻き取ることを特徴とする車両のシートベルト装置。
2. 前記モータの制御によるウェビングの巻き取りにより、ウェビングが格納状態になった後、前記ウェビングの引き出し量が所定長さに満たない場合には、前記モータの制御によるウェビングの巻き取りを停止することを特徴とする請求項１に記載の車両のシートベルト装置。
3. 前記動力断接手段の接続時に、前記モータの巻取り方向の回転加速度を漸減させることを特徴とする請求項２に記載の車両のシートベルト装置。

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