(57)【要約】【課題】衝突の際にシートベルトに所望の挙動をさせることができるシートベルトの設計方法を提供する。【解決手段】余剰なウェビング４がリトラクター５の巻軸５ａに巻かれてリトラクター５の内部に収納されるシートベルトについて車両の衝突の際における力学モデルを作成し、その力学モデルに基づいた設計を行う。力学モデルにおけるウェビング４は、衝突の前にリトラクター５の外部に存在するウェビング部分と、衝突の際に力学モデルにおけるリトラクター５への入力荷重に応じてリトラクター５の内部に収納されているウェビング４が巻き締まることによってリトラクター５の外部に繰り出される繰り出し部分ΔＬとで構成される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
余剰なウェビングがリトラクターの巻軸に巻かれて該リトラクターの内部に収納されるシートベルトについて衝突の際における力学モデルを作成し、該力学モデルに基づいて設計を行うシートベルトの設計方法であって、
前記力学モデルにおける前記ウェビングは、前記衝突の前に前記リトラクターの外部に存在するウェビング部分と、前記衝突の際に前記リトラクターの内部に収納されている前記ウェビングが前記力学モデルにおける前記リトラクターへの入力荷重に応じて巻き締まることによって前記リトラクターの外部に繰り出される繰り出し部分とで構成されることを特徴とするシートベルトの設計方法。
【請求項２】
請求項１に記載のシートベルトの設計方法であって、
前記シートベルトは、搭乗者を拘束するために前記ウェビングを固定するバックルと、該バックルと前記リトラクターとの間に配置されていて前記ウェビングを折り返すようにして保持するＤリングとを備え、
前記シートベルトの繰り出し部分は、前記Ｄリングにおける折り返し点で前記ウェビングに加わる力の釣り合いの式に基づいて算出されることを特徴とするシートベルトの設計方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の衝突の際に、シートベルトに所望の挙動をさせるためのシートベルトの設計方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、車両が衝突した際の搭乗者や車両を構成する各部材の挙動を解析するための方法として、搭乗者のダミー人形を搭載した車両に実際の衝突の際と同様の衝撃を加えて、ダミー人形や車両を構成する各部材の挙動を測定する疑似衝突試験（ＳＬＥＤ試験）が知られている。
【０００３】
そのようなＳＬＥＤ試験は、正確な挙動データが得られるが、多くのコストや時間が必要になる。そのため、近年では、ＳＬＥＤ試験による実験データに基づいて車両についての各種設計を行う方法に代わり、力学モデルを用いたシミュレーション、例えば、ＣＡＥ（Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ａｉｄｅｄ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）による解析結果に基づいて各種設計を行う方法が採用されるようになっている。
【０００４】
ところで、ＣＡＥによってシートベルトの挙動を解析しようとする場合、入力すべき項目としては、リトラクターの内部でウェビングが巻き付けられている巻軸の回転をロックすることによって、衝突の際におけるリトラクターからのウェビングの伸び出しをロックするロック機構の性能や、ウェビングの伸び特性が知られている。
【０００５】
また、衝突後に搭乗者を拘束するポイント（以下、「拘束点」という。）の変位も、シートベルトの挙動を予測する上で考慮すべき項目であることが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−２０９９３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、一般的な入力項目に加え、拘束点の変位を考慮した上で、ＣＡＥによる解析を行ってシートベルトの設計を行った場合であっても、実際にＳＬＥＤ試験を行って観測されたシートベルトの挙動が、予測された挙動、すなわち、設計者の所望の挙動とは異なってしまうという問題があった。
【０００８】
本発明は以上の点に鑑みてなされたものであり、衝突の際にシートベルトに所望の挙動をさせることができるシートベルトの設計方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明のシートベルトの設計方法は、余剰なウェビングがリトラクターの巻軸に巻かれてリトラクターの内部に収納されるシートベルトについて衝突の際における力学モデルを作成し、その力学モデルに基づいて設計を行うシートベルトの設計方法であって、力学モデルにおけるウェビングは、衝突の前にリトラクターの外部に存在するウェビング部分と、衝突の際に力学モデルにおけるリトラクターへの入力荷重に応じてリトラクターの内部に収納されているウェビングが巻き締まることによってリトラクターの外部に繰り出される繰り出し部分とで構成されることを特徴とする。
【００１０】
本発明の発明者は、衝突の際の力学モデルにおけるシートベルトのウェビングとして、衝突の際にリトラクターの外部に存在するウェビング部分だけではなく、衝突の際にリトラクターの内部に収納されている搭乗者を拘束するために不要である余剰なウェビングが、前記力学モデルにおけるリトラクターへの入力荷重に応じて巻き締まることによってリトラクターの外部に繰り出される繰り出し部分を考慮することによって、衝突の際のシートベルトの挙動を従来よりも精度良く予測することができることを知見した。
【００１１】
そのため、本発明によれば、従来は考慮されていなかったウェビングの繰り出し部分を考慮して設計を行うことによって、衝突の際にシートベルトに所望の挙動をさせることができる。
【００１２】
また、本発明のシートベルトの設計方法では、シートベルトが、搭乗者を拘束するためにウェビングを固定するバックルと、バックルとリトラクターとの間に配置されていてウェビングを折り返すようにして保持するＤリングとを備えたものである場合には、シートベルトの繰り出し部分は、Ｄリングにおける折り返し点でウェビングに加わる力の釣り合いの式に基づいて算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本実施形態の方法により設計されたシートベルトとダミー人形との位置を示す模式図。
【図２】図１のシートベルトのリトラクターの内部におけるウェビングの巻き締まりを説明する模式図であり、（ａ）は衝突前の状態、（ｂ）は衝突後の状態を示す。
【図３】図１のシートベルトのＤリング近傍の構成を示す模式図。
【図４】図１のシートベルトのＤリング近傍の構成を示す断面図。
【図５】図４において破線で囲んだ領域、すなわち、折り返し点においてウェビングに加わる力の釣り合いを示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、図１〜図５を参照して、本発明のシートベルトの設計方法の実施形態を説明する。
【００１５】
まず、図１〜図３を参照して、本実施形態のシートベルトの設計方法において想定しているシートベルトの構成について説明する。
【００１６】
図１に示すように、ダミー人形１は、座席２に座った状態で車両に搭乗させられており、いわゆる３点式シートベルトであるシートベルト３によって拘束されている。
【００１７】
シートベルト３は、ウェビング４と、リトラクター５と、バックル６と、Ｄリング７とを備えている。
【００１８】
ウェビング４は、ダミー人形１を座席２に拘束するためのベルト部分である。その形成素材としては、一定の伸び特性を有するものが使用されている。
【００１９】
リトラクター５は、図２に示すように、内部に回転可能な巻軸５ａを有している。その巻軸５ａは、ウェビング４の一方の端部が接続されるとともに、一方側に回転するように付勢されている。
【００２０】
そのため、ウェビング４に対して荷重が加えられていない状態においては、巻軸５ａは、付勢されている力に従って一方側に回転する。その結果、ダミー人形１を拘束するために不要である余剰なウェビング４は、巻軸５ａ周りに巻き取られ、リトラクター５の内部に収容される。
【００２１】
また、リトラクター５は、車両の衝突の際にベルトの伸び出しをロックするために巻軸５ａを回転不能にするロック機構（不図示）を有している。
【００２２】
バックル６は、ウェビング４に対して移動自在に取り付けられたタング（不図示）と、座席２の所望の位置、例えば、図１に示したダミー人形１の腰部の側方に配置されていてタングと噛み合う固定部材（不図示）とからなる。タングと固定部材とが噛み合うと、ウェビング４はリトラクター５側とは反対側の端部から所定の間隔を存した位置において固定され、ダミー人形１はウェビング４によって拘束されることになる。
【００２３】
Ｄリング７は、バックル６とリトラクター５との間、例えば、図１に示すように、バックル６が配置されている側とは反対側のダミー人形１の肩部上方に配置されている。このＤリング７は、図３に示すように、ウェビング４を折り返すようにして保持している。
【００２４】
このような部材により構成されているシートベルト３の衝突の際の挙動を予測しようとする場合、従来のＣＡＥにおいては、その入力項目、すなわち、衝突の際に考慮すべき項目としては、リトラクター５の有するロック機構の性能やウェビング４の伸び特性に加え、ダミー人形１の拘束点の変位が知られていた。
【００２５】
しかし、それらの入力項目に基づいてＣＡＥによる解析を行ってシートベルト３の設計を行った場合であっても、実際にＳＬＥＤ試験を行って観測されたシートベルト３の挙動が、予測された挙動、すなわち、設計者の所望の挙動とは異なってしまっていた。
【００２６】
そこで、本実施形態のシートベルトの設計方法においては、衝突の際にリトラクター５の内部に収納されているウェビング４が巻き締まることによって、リトラクター５の外部に繰り出される繰り出し部分ΔＬを考慮すべき項目としている。
【００２７】
ここで、図２を用いて、その繰り出し部分ΔＬについて説明する。
【００２８】
衝突の前においては、図２（ａ）に示すように、リトラクター５の内部に収納されている余剰なウェビング４は、径方向に隣接する部分同士の間に隙間が存在し得る程度に、巻軸５ａ周りに緩く巻かれた状態になっている。
【００２９】
そして、衝突の際には、ロック機構（不図示）が作動し、ウェビング４の排出が止まる。その結果、図２（ｂ）に示すように、リトラクター５の内部に収納されている余剰なウェビング４は、ウェビング４に対してリトラクター５から引き出すような力Ｆが加えられ、径方向に隣接する部分同士の間にほぼ隙間が存在しない程度に、巻軸５ａ周りにきつく巻かれた状態になる。
【００３０】
その結果、衝突の際には、巻軸５ａの周りに巻かれていた余剰なウェビング４の長さに応じた長さのウェビング４が、リトラクター５の外部に繰り出される。この繰り出される長さが、繰り出し部分ΔＬである。
【００３１】
次に、図４及び図５を参照して、本実施形態のシートベルトの設計方法について説明する。
【００３２】
繰り出し部分ΔＬは、リトラクター５の内部に収納されている余剰なウェビング４の残量、ウェビング４に加える荷重を変化させて測定した実験データより、以下の式（１）で近似することができることが知見された。
【数１】
2015009622.tif 000003
ただし、ΔＬは繰り出し部分、ｋはリトラクター５の内部に収容されている余剰なウェビング４の長さに応じて変化する傾き係数、Ｆは荷重である。
【００３３】
そして、この近似式（１）における傾き係数ｋを、余剰なウェビング４の長さに係る変数とした２次式として定義すると、式（１）は以下の式（２）に変形することができる。
【数２】
2015009622.tif 000004
ただし、ΔＬは繰り出し部分、ａ，ｂ，ｃは別途実験によって求めた係数、Ｌｒはリトラクター５の内部の余剰なウェビング４の長さ、ＴｒはＤリング７よりもリトラクター５側に存在するウェビング４に加わる張力である。
【００３４】
しかし、一般的に、リトラクター５及びＤリング７よりもリトラクター５側に存在するウェビング４は、車両の内装の内側に存在しているので、張力計を取り付けにくい。そのため、その部分に加わる張力Ｔｒは計測が難しい。
【００３５】
一方、Ｄリング７よりも拘束点側に存在するウェビング４は、当然のことながら、むき出しの状態であるので、その部分に加わる張力Ｔｓの計測が容易である。そのため、従来のＳＬＥＤ試験でもＤリング７よりも拘束点側に存在するウェビング４に張力計が取り付けられている。
【００３６】
そして、図４に示すように、Ｄリング７よりもリトラクター５側に存在するウェビング４に加わる張力ＴｒとＤリングよりも拘束点側に存在するウェビング４に加わる張力Ｔｓとは、Ｄリング７の折り返し点において釣り合った状態になる。
【００３７】
このＤリング７の折り返し点における力学モデルは、図５に示すような力で表すことができ、それらの力は以下の式（３），（４）によって表すことができる。
【数３】
2015009622.tif 000005
【数４】
2015009622.tif 000006
ただし、ＮはＤリング７からウェビング４に加わる反力、ＴはＤリング７よりもリトラクター５側に存在するウェビング４に加わる張力、φはＤリング７とウェビング４の接触角度、ｄＴは接触角度の微小変化ｄφ分の張力の変化量、μはウェビング４とＤリング７との摩擦係数である。
【００３８】
そして、この式（３），（４）より、下記の微分方程式（５）が得られる。
【数５】
2015009622.tif 000007
【００３９】
この微分方程式（５）を解くと、以下の式（６）が得られる。
【数６】
2015009622.tif 000008
【００４０】
そして、接触角度等の境界条件によって積分定数Ｃを決定し、この式（６）をＴｒ及びＴｓの関係式に変換すると、以下の式（７）が得られる。
【数７】
2015009622.tif 000009
ただし、μはウェビング４とＤリング７との摩擦係数、θは折り返し点におけるウェビング４とＤリング７との接触範囲の総角度である。
【００４１】
したがって、式（２）は、Ｔｒを用いずにＴｓを用いて、以下の式（８）として表すことができる。
【数８】
2015009622.tif 000010
【００４２】
このようにして求められる繰り出し部分ΔＬを考慮すると、衝突の際の力学モデルにおけるリトラクター５の外部に存在するウェビング４は、衝突の前にリトラクター５の外部に存在するウェビング部分と衝突の際の巻き締まりにより生じた繰り出し部分ΔＬとを足し合わせたものとなる。
【００４３】
そして、そのような考え方に基づいてＣＡＥによる解析を行うと、そのシートベルトの挙動は、従来の手法によりも、設計者の所望の挙動を忠実に再現できるようになる。
【００４４】
以上、図示の実施形態について説明したが、本発明はこのような形態に限られるものではない。
【００４５】
例えば、上記実施形態においては、シートベルト３として、衝突の際における搭乗者への負荷を軽減するために、ウェビング４がロックされた後に一定荷重が加わった場合にウェビング４を伸び出させるロードリミッター機構や、衝突の際にガス圧によってウェビングを瞬時に巻き取って搭乗者を拘束するプリテンショナーを備えていないものを対象としている。
【００４６】
しかし、本発明のシートベルトの設計方法によって設計されるシートベルトは、そのようなシートベルトに限られず、プリテンショナーやロードリミッター機構を備えているものにも適用できる。ただし、その場合には、プリテンショナーやロードリミッター機構の性能を、適宜考慮する必要がある。
【００４７】
また、上記実施形態において、シートベルト３は、３点式のシートベルトとして説明した。
【００４８】
しかし、本発明のシートベルトの設計方法によって設計されるシートベルトは、そのようなシートベルトに限られず、余剰なウェビングがリトラクターの巻軸に巻かれているシートベルトであれば、どのようなシートベルトであってもよい。
【００４９】
さらに、上記実施形態においては、シートベルト３は車両の搭乗者のためのものについて説明を行った。
【００５０】
しかし、本発明のシートベルトの設計方法によって設計されるシートベルトは、そのようなシートベルトに限られず、飛行機等、その他、操縦者や乗客が登場するものに用いられるシートベルトであってもよい。
【符号の説明】
【００５１】
１…ダミー人形、２…座席、３…シートベルト、４…ウェビング、５…リトラクター、５ａ…巻軸、６…バックル、７…Ｄリング、ΔＬ…繰り出し部分、Ｆ…ウェビング４に加わる荷重、Ｔｒ…Ｄリング７よりもリトラクター５側に存在するウェビング４に加わる張力、Ｔｓ…Ｄリング７よりも拘束点側に存在するウェビング４に加わる張力。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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