(57)【要約】  シートベルトを具備した車両用の乗員拘束システムにおける、ベルトの引出しを決定するための、車両加速度を検出する工程および前記車両加速度検出値に従属してベルトの引出しを決定する工程から成る方法。【特許請求の範囲】
【請求項１】
シートベルトを具備した車両用の乗員拘束システムにおけるベルトの引出しを決定する方法において、
車両加速度を検出する工程、および、
前記車両加速度検出値に従属して、ベルトの引出しを決定する工程
から成る方法。
【請求項２】
前記車両加速度検出値が、予め設定される加速度値を上回るときだけに、前記ベルトの引出しが行われる、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記車両加速度が前記加速度設定値を上回る分量により、前記ベルトの引出しが決定される、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記加速度設定値が、重力加速度の６０倍を上回らないことを特徴とする、請求項２または３に記載の方法。
【請求項５】
前記車両加速度の検出を、車両に対して相対運動可能な既知の質量を持つ基準体を利用して行う、前記請求項のいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
車両用の乗員拘束システムであって、
ベルトの引出しを許容する、少なくとも１つのシートベルト（２）、
前記ベルトの引出しを阻止するための、ロック装置（１３、１１３）、および
前記ロック装置（１３、１１３）に作用して、前記ベルトの引出しを定義された形式で許可させるようになっている、許可装置（１１、１１７）
を有する、乗員拘束システムにおいて、
車両加速度を検出し、前記車両加速度検出値に従属して前記許可装置（１１、１１７）に作用して、前記ベルトの引出しの前記定義された形式での許可を定義させるようになっている、加速度検出ユニット（ｍ）を特徴とする、乗員拘束システム。
【請求項７】
前記加速度検出ユニットが、車両に対して相対運動可能な基準マス（ｍ）を有しており、前記基準マス（ｍ）が、所定の力（Ｆ）に抗ってその定位置から変位可能であるとともに、前記所定の力に抗って位置が変化する際に、前記ベルトの引出しを許可するための許可ユニットとして、前記ロックユニット（１３、１１３）に作用することを特徴とする、請求項６に記載の乗員拘束システム。
【請求項８】
前記基準マス（ｍ）が、前記ロック装置（１３、１１３）に機械的に作用するように構成されることを特徴とする、請求項７に記載の乗員拘束システム。
【請求項９】
前記基準マス（ｍ）が変位可能となるために抗う前記力（Ｆ）が、ｇを重力加速度、ｍを基準マス（ｍ）の質量、Ｂを自由に選択可能なパラメータとしたときに、式Ｆ＝Ｂｍｇにより決定されること特徴とする、請求項７または８に記載の乗員拘束システム。
【請求項１０】
前記パラメータＢが、無次元値６０を有することを特徴とする、請求項９に記載の乗員拘束システム。
【発明の詳細な説明】
【発明の開示】
【０００１】
本発明は、車両用の乗員拘束システムにおけるベルトの引出しを決定する方法、ならびに車両用の乗員拘束システムに関する。
【０００２】
最近の自動車には、一連のアクティブおよびパッシブセーフティシステムが装備される。アクティブセーフティシステムが車両の走行挙動に直接制御介入する一方、パッシブセーフティシステムは、事故時に乗員を傷害から守ることを保証する。アクティブセーフティシステムには、例えばアンチロックブレーキシステムや車両運動性能の電子制御システムがある。パッシブセーフティシステムには、例えば事故時に定義された形式で変形を受ける車両ゾーン（いわゆるクラッシャブルゾーン）が含まれる。乗員拘束システムは、パッシブセーフティシステムの主要グループの１つである。乗員拘束システムは、例えばシートベルト、および／または膨張可能な衝撃吸収バッグ、いわゆるエアバッグにより、事故時の乗員の傷害危険度の最小限化をもたらすようになっている。
【０００３】
シートベルトは、車両乗員の身体が、事故の間に前方に移動し過ぎて、例えばステアリングホイールに衝突することを防止しなければならない。最近のシートベルトには、事故の場合にベルトを引き締めてロックすることにより、管理下に置かれない前方移動を高信頼度で防止するようになっている、ベルトプリテンショナが装備されている。しかしベルトの拘束効果が余りにも強過ぎる場合は、ベルト自体に起因する荷重が拘束対象である乗員に加わり、傷害を来たす怖れがある。そのような傷害は、乗員の例えば胸部域に生じ得る。
【０００４】
したがってベルトによる傷害を防止するために、最近の車両には、事故の場合にベルトと車両乗員間に作用する力を、一定の力−変位特性を利用して定義される定義された形式でのベルトの引出しを許容することによって制限するフォースリミッタが組み付けられるようになっている。この力−変位特性は、例えばベルトと車両乗員間に作用する力が、通例は約４ｋＮである所定の力に達するまでは、ベルトの引出しが防止されるように構成される。この力に達した後で、乗員に作用する力がこの所定の力を上回らないように、定義された形式でのベルトの引出しが行われるようになっている。
【０００５】
上述のフォースリミッタは通例、標準的な車両乗員、いわゆる５０パーセンタイルに合わせて設計される。５０パーセンタイルとは、身長が１．８０ｍ、身体質量が７５ｋｇの人物である。そのような高さと重さを持つ人物は、人口の正確に平均を代表する人物に当該する、すなわち人口の半分はそれよりも高くて重く、残り半分はそれよりも低くて軽くなっている。時速５６ｋｍ（３５マイル／時）での対固定壁衝突時には、上述のフォースリミッタにより、定義された形式でのベルトの引出しによって、５０パーセンタイルのステアリングホイール方向への約３０ｃｍの前方移動が許容されるようになっている。
【０００６】
しかし車両乗員が、５０パーセンタイルではなく、例えば５パーセンタイルの女性、具体的には体重が約５０ｋｇ、身長が１．５０ｍの女性である（すなわち、全女性のわずか５％が、それよりも低くて軽い）場合は、ベルトに起因する荷重を耐性レベルに抑えるために、４ｋＮというフォースリミットはふさわしくない。
【０００７】
身長も体重もまちまちな車両乗員が耐えることができるように、ベルトに起因する荷重を抑えるために、例えばドイツ未公開特許第１９６０４４８３号明細書には、車両乗員の身体データを検出し、フォースリミット装置により許容されるベルトの引出しを、身体データ検出値に基づいて算出することが提案されている。しかし車両乗員の身体データの算出は複雑であるほか、常に信頼できるとは限られていない。
【０００８】
以上のような背景から、本発明が解決しようとする課題は、事故時にシートベルトにより車両乗員に加わる荷重を乗員の身体データに実質的に無関係に制限することができる、車両用の乗員拘束システムにおけるベルトの引出しを決定する方法を提供することにある。
【０００９】
本発明のさらにもう１つの課題は、事故時にシートベルトにより車両乗員に加わる荷重を乗員の身体データに実質的に無関係に制限することができる、車両用の乗員拘束システムを提供することにある。
【００１０】
上述の第１の課題は、請求項１に記載の車両用の乗員拘束システムにおけるベルトの引出しを決定する方法により、また第２の課題は、請求項６に記載の車両用の乗員拘束システムにより解決される。従属請求項には、本発明の有利な構成例が記載される。
【００１１】
本発明に従った、シートベルトを具備した車両用の乗員拘束システムにおけるシートベルトの引出しを決定する方法では、車両加速度の検出、およびこの車両加速度検出値に従属したベルトの引出しの決定、好適には直接的な決定が行われるようになっている。この場合は、事故時に乗員が前方に移動する距離が、事故時に発生する車両の加速度だけに従属する。この前方移動は、乗員の車両に対する運動を可能にするものであり、先行技術とは異なり、いかなる時点においても、ベルトと乗員間に作用する力には従属しない。この前方移動により、乗員の身体質量に関係なく、予め設定される加速度値を上回る加速度が乗員に伝達されることが防止される。これとは逆に先行技術では、ベルトの引出しが、車両減速度に直接従属して決定されることはなく、むしろ常に瞬間ベルトフォース（または瞬間ベルト引出し抵抗）に従属しており、この瞬間ベルトフォースもまた、多数の変数に従属して決定できるようになっている。
【００１２】
本発明に従ったベルトの引出しを決定する方法は、事故時、例えば壁に対する前面衝突時に、乗員が受ける加速度が、乗員の荷重を表す適切な尺度となるという知見に基づいている。この関係で付言するが、加速度とは、ありとあらゆる種類の速度変化であると解釈されるものである。このため加速度と減速度の日常語的な区別は、当を得ていない。むしろ本明細書の範囲内では学術的な加速度の概念を前提としており、減速度は負値の加速度であると解釈することができる。同様に「ベルトの引出しを決定する」とは、車両安全性の分野の専門家であれば、そう解釈するであろうように、ベルトが引き出される長さを決定することであると解釈される。本発明に従った方法により、例えば減速度検出値に基づき、引出しを４２ｍｍに決定すべきであることが確定されると、乗員は、瞬間ベルトフォース、乗員質量、またはその他の量に関係なく、ウェビングを４２ｍｍより長くは引き出すことができなくなる。これは、例えば本発明に従った拘束システムの実施例（例えば図２を参照）に示されるような、適切なロッキング機構により行われるようになっている。特に本発明に従った方法においては、ベルトの引出しの感知を必ずしも必要とはしていない。
【００１３】
ところで、ベルトの引出しが、ベルトフォースの代わりに、車両加速度検出値に従属して決定される場合は、事故時に車両乗員に伝達される加速度、ひいては車両乗員の荷重を制限することが可能となる。それとは異なり、ベルトに作用する力に基づきベルトの引出しが決定される先行技術に従った方法では、拘束対象である車両乗員の加速度、特に車両乗員の胸部の加速度を高信頼度で耐性限度内に抑えることができるのは、特定の標的集団、すなわち５０パーセンタイルだけに限られてしまう。
【００１４】
フォースリミットが予め設定されるようになっている、先行技術に従ったベルトに起因して車両乗員に生じる加速度は、乗員の身体質量に従属する。このベルトおよび場合によってはその他の拘束システムから乗員に加えられる力を乗員の身体質量で除すことにより、車両乗員にある一定の力が作用したときの乗員の加速度が求められる。そこでは乗員の身体質量が小さいほど、この力に起因する加速度が高くなる。換言すれば、５パーセンタイルの女性は、ベルトからある一定の力が伝達されると、５０パーセンタイルよりも格段と高い加速度を受けることになる。このときに、例えばベルトから伝達される力が４ｋＮを上回る前にはベルトの引出しが一切行われない力−変位特性によりベルトの引出しが決定されてしまうと、５０パーセンタイルが、４ｋＮ時になおも耐え得る加速度を受ける一方で、５パーセンタイルの女性については、加速度が耐性限界を超えることになる。これに対し本発明に従った方法により、乗員の身体質量に関係なく、その時々の乗員に伝達される加速度を耐性レベルに抑えられることが保証されるようになる。これは例えば、車両加速度検出値がある１つの予め設定される加速度値を上回るときだけにベルトの引出しが行われることにより、達成することができる。その場合は、最大でこの加速度設定値までの車両加速度だけが、拘束対象である乗員に伝達されるようになる。
【００１５】
車両加速度が加速度設定値を上回る場合は、ベルトの引出しが、例えば車両加速度がこの加速度設定値を上回る分量により決定されるようにすることができる。この場合は、加速度設定値を上回る場合に、この加速度設定値を超過する加速度が拘束対象である乗員に一切伝達されないように、ベルトの引出しを構成することができる。またはその代わりに、加速度設定値を上回る場合に、車両加速度検出値と加速度設定値との差の値の一部が、例えば予め定められる一定の関数関係に基づいて、車両乗員に伝達されるようにすることもできる。それにより様々なベルト引出し特性を実現することができる。
【００１６】
特に加速度設定値が、拘束対象である車両乗員に伝達されることになる車両加速度の最大値を表すのであれば、加速度設定値は重力加速度の６０倍（６０ｇ）を超えてはならない。加速度検出値と加速度設定値の差の一部が、拘束対象である車両乗員に伝達されることになる場合は、加速度設定値が６０ｇ未満であり、好ましくは約３５ｇ未満であると有利である。
【００１７】
車両加速度の検出は、本発明に従った方法においては、例えば車両に対して相対運動可能な質量が既知である１つの基準体を利用して、行うことができるようになっている。
【００１８】
本発明に従った車両用の乗員拘束システムには、ベルトの引出しを許容する少なくとも１つのシートベルトと、ベルトの引出しを阻止するためのロック装置と、このロック装置に作用して、ベルトの引出しを定義された形式で許可させるようになっている、許可装置とが含まれる。ほかにも本発明に従った乗員拘束システムには、車両加速度を検出し、この車両加速度検出値に従属して許可装置に作用して、ベルトの引出しの定義された形式での許可を定義させるようになっている、加速度検出ユニットが含まれる。
【００１９】
本発明に従った乗員拘束システムにより、特に本発明に従った方法を実現することができる。したがって拘束対象である乗員に伝達される加速度は、ベルトから加えられる力によってではなく、むしろ実際に検出された車両加速度により制限されるようになる。したがってベルト引出し特性は、拘束対象である乗員の身体質量に従属しないために、本発明に従った乗員拘束システムにより、事故時の車両乗員の荷重をその身体質量に無関係に制限することができる。
【００２０】
乗員拘束システムの考えられる構成例において、加速度検出ユニットは、車両に対して相対運動可能な１つの基準マスを有しており、この基準マスは、所定の力に抗ってその定位置から変位可能であるとともに、この所定の力に抗って位置が変化する際には、ベルトの引出しを許可するための許可ユニットとして、ロックユニットに作用するようになっている。そのような加速度検出ユニットは、特に、加速度検出ユニットが、機械的方法により、すなわち機械的な連結部を介して、許可装置に作用するようになっているシステムにおいても、使用できるものである。車両の車載エレクトロニクスが事故のせいで失陥した場合にも、定義された形式でのベルトの引出しが保証されるように、機械的な連結部は、例えば電子的な連結部と組み合わされる冗長システムとしても構成することができる。
【００２１】
基準マスを定位置に保持する力Ｆは、例えば、ｇを重力加速度、ｍを基準マスの質量、Ｂを自由に選択可能なパラメータとしたときに、式Ｆ＝Ｂｍｇにより決定されるようにすることができる。自由に選択可能なパラメータが、例えば無次元値６０を有しているとすると、検出された加速度が、６０ｇという値、すなわち重力加速度の６０倍を上回るときに初めて、基準マスが運動することになる。したがってベルトの引出しは、重力加速度の６０倍超が乗員に作用するような場合に、初めて行われる。
【００２２】
本発明のその他の特徴、特性、および長所は、添付の図面を参照した以下の実施例の説明から明らかにされる。
【００２３】
図１には、本発明に従った乗員拘束システムの実施例が極度に図式化されて示されている。図１には、車両シート１、拘束ベルト、すなわちシートベルト２、および車両シート１に着席しているシートベルト２を着用した車両乗員３を認めることができる。シートベルト２は、事故の場合に車両乗員３をシート上に拘束するために、一旦引き締められてロックされるように設計されている。それにより車両コンソール（不図示）の方向への乗員３の前方移動が防止される。それ以外にもベルト２は、シートベルトによる車両乗員３の傷害を回避するために、一定の条件下でベルトの引出しを許容するようになっている。
【００２４】
シートベルト２は、車両のＢピラーの内部または表面に配置される、例えばスリップガイドや転向ローラとして構成されることができる転向装置により、ロックおよび許可ユニットに向かって転向される。
【００２５】
ロックおよび許可ユニット７は、シールベルト２を巻き取るための巻取り装置と、複数の歯車とを有しており、図１にはその内の歯車９だけが符号で示されている。ロックユニット７はほかにも、所定の質量ｍを有しているとともに、所定の力Ｆにより定位置に保持されるように車両に取り付けられるラック１１を有している。ラック１１の歯１０は少なくとも１つの歯車９の歯８と、ラック１１が定位置で静止している限り、ラック１１によりこの少なくとも１つの歯車９の回転が阻止されるように、接触している。逆にラック１１が直線運動を行う場合は、この直線運動が歯車９との協働により巻取り装置の回転運動に転換され、その結果シートベルト２の巻出しが行われて、それによりベルトの引出しが許可される。
【００２６】
この実施例においては、質量ｍのラック１１を定位置に保持する所定の力Ｆが、式Ｆ＝Ｂｍｇにより与えられ、式中ｇは重力加速度、ｍはラック１１の質量を示す。Ｂは値を自由に選択することができる無次元パラメータを表している。ラック１１に作用する所定の力は、例えば、ラック１１を車両の支持部１２に対して押し付けるようになっている１つのばね１３により実現することができる。このばね１３は、ベルトの引出しを許可するラック１１の運動を妨げるようになっており、それによりベルトの引出しを阻止するためのロックユニットを形成している。ばね１３および支持部１２は、前面衝突の場合に、前面衝突の結果として生じるラック１１の加速度から、ラック１１を定位置に保持する所定の力の向きとは逆向きの力がラック１１に作用するように配置される。この場合は前面衝突時に加速度によりラック１１に加えられる力が、出現する車両加速度ａとラックの質量ｍの積から求められる。したがってラック１１の質量ｍを、車両加速度を検出する加速度検出ユニットであると看做すことができる。
【００２７】
パラメータＢが、例えば無次元値２０を有しているとすると、これは、ラック１１を定位置に保持する力が、重力加速度の２０倍（２０ｇ）にラックの質量を乗じたものと等しくなることを意味している。このときに車両の前面衝突の結果として生じる車両加速度が２０ｇ未満である場合は、その結果生じる力が、ラック１１を定位置に保持する力よりも小さいために、この力は、ラック１１をその定位置から移動させるためには十分なものではない。しかし衝突による車両加速度が２０ｇを上回る場合は、その結果生じる力が、ラック１１を定位置に保持する力よりも大きくなる。したがってラック１１はその定位置から出て、少なくとも１つの歯車９に作用して、ベルトの引出しを許可させる。これは、車両乗員にとっては、事故による車両加速度が２０ｇという値を上回らない限り、ベルトがロックされたままとなることを意味している。この場合は、シートベルト２から車両乗員３に実質的に全ての車両加速度が伝達されることになる。しかし車両加速度が値２０ｇを上回り、例えば値２２ｇを取る場合は、ラック１１が２ｇの加速度により前方に運動する。この加速された運動により、ベルトの引出しが許可され、それにより乗員３に伝達される車両加速度は２０ｇに制限されたままとなる。このようにラック１１は、この実施例においては、ベルトの引出しを許可するための許可ユニットとなっている。
【００２８】
例えばばね１３のばね力Ｆが定常である場合は、所与の車両減速度ａ（ｔ）における質量ｍの運動、ひいてはベルトの引出しｓ（ｔ）は、実質的に次の式により記述される。
2008506572.tif 000002
Ｆおよびｍは固定量であるために、―要求される―ベルトの引出しは車両減速度ａ（ｔ）だけに従属する。したがって乗員の減速度は、一定の値（すなわちＦ／ｍ）に定常に保たれ、いかなる時点においてもベルトフォースに従属しない。
【００２９】
すなわち、先行技術に従った許可装置とは異なり、ベルトの引出しの許可は、シートベルトの力−変位特性には基づかずに、むしろ車両加速度だけにより決定されるようになっている。したがって事故時の乗員の荷重は、その身体質量には従属しない。
【００３０】
図２には、本発明に従った乗員拘束システムの第２の実施例が示されている。ブロックおよび許可装置は、シートベルトのリールに連結される少なくとも１つの歯車１０９を有しており、その歯１０８はラック１１１の歯１１０との噛合い位置にある。そこでは歯車１０９の回転により、ラック１１１の直線的な変位がもたらされるようになっている。ラック１１１の直線的な変位もまた、歯車１０９の回転を引き起こす。ほかにもロックおよび許可装置は、ラック１１１の一定の運動方向への運動を阻止するためのストッパを形成する、多数のストップピン１１３を有している。そこではストップピン１１３により阻止されるラック１１１の運動方向が、ベルトの引出しをもたらすラック１０９の回転を引き起こす運動方向と一致している。このためストップピン１１３により、ベルトの引出しは阻止される。これらのストップピン１１３は、所定の力Ｆにより定位置に保持されており、この力Ｆに抗ってそれぞれの定位置から変位させることが可能となっている。図２に示される実施例においては、これらのストップピン１１３を定位置に保持する力Ｆが、それぞれのストップピン１１３の下側に作用している。
【００３１】
許可装置は、図２に示される実施形態においては、基準体１１７により形成される。この基準体１１７は、その前面に、それぞれのストップピン１１３の面取り面１１５と協働して、ストップピン１１３を力Ｆに抗ってそれぞれの定位置から変位させることができるように面取りされている傾斜面１１９を有している。しかしストップピン１１３の変位は、傾斜面１１９からピン１１３の面取り面１１５に伝達される力がピンを定位置に保持する力Ｆを上回るときだけに可能となっている。
【００３２】
基準体１１７は、前面衝突の場合に、いずれか１つのストップピン１１３の面取り面１１５への、加速度に従属した力の伝達が引き起こされる向きに、基準体１１７の加速が行われるように、それぞれのストップピン１１３に対して配置される。この力が、当該するストップピン１１３を定位置に保持する力Ｆを上回る場合は、このストップピン１１３がその定位置から変位されて、ベルトの引出しを可能とするラック１１１の運動を許可する。そこではストップピン１１３を定位置に保持する所定の力Ｆが、基準マスである基準体１１７の質量、ならびに傾斜面１１５、１１７により伝達される力に顧慮して決定される。したがって基準体の質量は、車両加速度を検出するために利用される加速度検出ユニットとなっている。
【００３３】
図２に示される実施形態において、ストップピン１１３をそれぞれの定位置から変位させることができるほど、加速度が短時間だけ高くなる場合は、まずは一旦、この高加速度が出現する前に基準体１１７の一番近くに位置していたストップピン１１３だけが、その定位置から変位される。加速度がどれくらいの時間にわたり必要な高さを有しているのかに応じて、それに続くストップピン１１３が定位置から変位される。加速度が再び低下すると直ちに、その時点までに定位置から変位されていなかったストップピン１１３が最早変位されなくなるために、ベルトの引出しは再び阻止される。このときに高加速度が新たに出現する場合は、その後に続くストップピン１１３を変位させることができるために、ベルトをさらに引き出すことが可能となる。
【００３４】
実施例に示されるロック装置および許可装置は、ロック装置および許可装置の可能性を示す２通りの例に過ぎない。乗員拘束システムの分野の専門家であれば、それ以外にも、車両加速度検出値に従属してベルトの引出しを決定するという本発明に従った原理を実現する数多くの術を見出すことができるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明に従った乗員拘束システムの第１の実施例を極度に図式化して示した図である。
【図２】本発明に従った乗員拘束システムの第２の実施例を極度に図式化して示した図である。
【図１】
2008506572.tif 000003
【図２】
2008506572.tif 000004
【国際調査報告】
2008506572.tif 000005
2008506572.tif 000006
2008506572.tif 000007
2008506572.tif 000008