(57)【要約】  駆動装置（１）は、主電源（５）および補助電源（７）からの入力（２）を含む。駆動装置（１）は、ＤＣ−ＤＣコンバータ（８）およびモータドライバ回路（１４）を組み込む。モータドライバ回路（１４）は、電動シートベルトリトラクタのモータ（１８）に接続される。駆動装置（１）は、衝突事故が起きた際にモータ（１８）を駆動する。駆動装置（１）と主電源（５）との間の接続が切断されると、駆動装置（１）は、モータ（１８）を駆動するために補助電源（７）から電力を引き出す。補助電源（７）はまた、主電源（５）から引き出される電流を制限することで主電源（５）を支援することができる。【選択図】図１
2015515251.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両安全装置のモータを駆動するための駆動装置であって、
主電源（５）に接続されるように構成された電源入力（２）と、
補助電源（７）と、
少なくとも電圧昇圧モードで動作するように構成されたＤＣ−ＤＣコンバータ回路（８）とを備え、前記ＤＣ−ＤＣコンバータ回路（８）は、前記補助電源（７）に接続される入力（９）を含み、
前記ＤＣ−ＤＣコンバータ回路（８）の出力と前記電源入力（２）とに接続される入力（１３）を含むモータドライバ回路（１４）と、
前記ＤＣ−ＤＣコンバータ回路（８）に接続される制御ユニット（１２）とを備え、前記制御ユニット（１２）は、前記モータドライバ回路（１４）への入力における電圧が既定のレベルを下回る場合に、電圧昇圧モードで動作して前記モータドライバ回路（１４）への電圧入力を増加させるために、前記ＤＣ−ＤＣコンバータ回路（８）を起動するように構成される、装置。
【請求項２】
前記補助電源はスーパーキャパシタ（７）である、請求項１に記載の駆動装置。
【請求項３】
前記スーパーキャパシタ（７）は、複数のスーパーキャパシタセル（７ａ〜７ｆ）を備える、請求項２に記載の駆動装置。
【請求項４】
シャントレギュレータ（１９ａ〜１９ｆ）は、各セル（７ａ〜７ｆ）に付与された電圧および電流を調整するために、各スーパーキャパシタセル（７ａ〜７ｆ）にわたって設けられる、請求項３に記載の駆動装置。
【請求項５】
前記駆動装置は、前記スーパーキャパシタ（７）への電圧および電流入力を制限するために、電圧および電流制限器（６）を組み込む、請求項２または３に記載の駆動装置。
【請求項６】
前記ＤＣ−ＤＣコンバータ回路（８）は、降圧コンバータモードで動作するようにさらに構成された双方向コンバータであり、該降圧コンバータモードでは、起動時に前記主電源（５）の電圧を低レベルまで低減し、かつ低減された電圧を前記スーパーキャパシタ（７）へ入力する、請求項２〜５のいずれか一項に記載の駆動装置。
【請求項７】
前記制御ユニット（１２）は、前記ＤＣ−ＤＣコンバータ回路（８）においてスイッチ（Ｑ１〜Ｑ４）を制御するために接続され、前記制御ユニット（１２）は、前記ＤＣ−ＤＣコンバータ回路（８）において前記スイッチ（Ｑ１〜Ｑ４）を調節するように構成され、これにより、前記ＤＣ−ＤＣコンバータ回路（８）は、検出された主電源電圧および前記スーパーキャパシタ（７）の検出された両端電圧に応答して、降圧モードまたは昇圧モードのいずれかで動作する、請求項６に記載の駆動装置。
【請求項８】
前記制御ユニット（１２）は、衝突事故または予測される衝突事故の指標となる衝突センサからの信号を受信するように構成される、請求項１〜７のいずれか一項に記載の駆動装置。
【請求項９】
前記駆動装置（８）は、電動シートベルトリトラクタにおいてモータ（１８）に接続される、請求項１〜８のいずれか一項に記載の駆動装置。
【請求項１０】
前記駆動装置は、前記モータ（１８）の回転速度を検出し、前記制御ユニット（１２）への速度信号を出力するための速度センサ（２４）を組み込み、該速度センサ（２４）は、前記モータ（１８）の回転速度の指標となる、請求項９に記載の駆動装置。
【請求項１１】
前記モータドライバ回路（１４）は、Ｈブリッジモータドライバ回路である、請求項１〜１０のいずれか一項に記載の駆動装置。
【請求項１２】
請求項１〜１０のいずれか一項に記載の駆動装置に接続される、シートベルトリトラクタ。
【請求項１３】
前記シートベルトリトラクタは負荷制限器として動作可能である、請求項１２に記載のシートベルトリトラクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、駆動装置に関し、より具体的には、電動シートベルトリトラクタにおいてモータを駆動するための駆動装置に関する。シートベルトリトラクタは、電動ベルトフォースリミッタとして機能してもよい。
【背景技術】
【０００２】
電動シートベルトリトラクタは車両に設置され、車両が衝突事故に遭った際のシートベルトの弛みをとる。電動リトラクタは、シートベルトを着用している乗員に対してシートベルトをきつく締めるために弛みをとり、これにより、衝突事故の際に乗員が正しく拘束される。電動リトラクタはまた、ベルトの引き出しを許容して乗員の減速を制限することで、衝突事故の間または後のシートベルトに掛かる力を制限するために使用されてもよい。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
通常の車両運転の間、従来の電動シートベルトリトラクタは、車両の電気システムを介して車両のバッテリから電力を受け取るために接続される。しかし、衝突事故において、車両のバッテリと電動リトラクタとの間の電源接続は遮断されることがある。この場合、リトラクタ内のモータは、もはや電源と接続されていないため、電動リトラクタは機能することができない。
【０００４】
それ以外の場合では、車両のバッテリと電動リトラクタとの間の電源接続は遮断されない。この場合、電動リトラクタは正しく動作するが、リトラクタによって引き出される高電流のパルスが、車両におけるその他の電子部品を阻害することがある。
【０００５】
電動リトラクタがバッテリから切断される場合に、衝突事故時の電動リトラクタが正しく動作するように、電動シートベルトリトラクタを駆動するための駆動装置が必要とされる。また、車両の電気システム内の高電流パルスを最小化するために、電流を電動リトラクタに供給するための駆動装置が必要とされる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、改善された駆動装置を提供することを目的とする。
【０００７】
本発明の一態様によれば、車両安全装置のモータを駆動するための駆動装置が提供され、該装置は、主電源に接続されるように構成された電源入力と、補助電源と、少なくとも電圧昇圧モードで動作するように構成されたＤＣ−ＤＣコンバータ回路とを備え、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路は、補助電源に接続される入力と、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路の出力と前記電源入力とに接続される入力を含むモータドライバ回路と、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路に接続される制御ユニットを備え、制御ユニットは、モータドライバ回路への入力における電圧が既定のレベルを下回る場合に、電圧昇圧モードで動作して前記モータドライバ回路への電圧入力を増加させるために、前記ＤＣ−ＤＣコンバータ回路を起動するように構成される。
【０００８】
好ましくは、補助電源はスーパーキャパシタである。
【０００９】
好適には、スーパーキャパシタは複数のスーパーキャパシタセルを備える。
【００１０】
有利には、シャントレギュレータは、各セルに付与された電圧および電流を調整するために、各スーパーキャパシタセルにわたって設けられる。
【００１１】
好ましくは、駆動装置は、スーパーキャパシタへの電圧および電流入力を制限するために、電圧および電流制限器を組み込む。
【００１２】
好適には、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路は降圧コンバータモードで動作するようにさらに構成された双方向コンバータであり、該降圧コンバータモードでは、起動時に主電源の電圧を低レベルまで低減し、かつ低減された電圧をスーパーキャパシタへ入力する。
【００１３】
有利には、制御ユニットは、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路においてスイッチを制御するために接続され、制御ユニットは、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路においてスイッチを調節するように構成され、これにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路は、検出された主電源電圧およびスーパーキャパシタの検出された両端電圧に応答して、降圧モードまたは昇圧モードのいずれかで動作する。
【００１４】
好ましくは、制御ユニットは、衝突事故または予測される衝突事故の指標となる衝突センサからの信号を受信するように構成される。
【００１５】
好適には、駆動装置は、電動シートベルトリトラクタにおいてモータに接続される。
【００１６】
有利には、駆動装置は、モータの回転速度を検出し、制御ユニットへの速度信号を出力するための速度センサを組み込み、速度センサは、モータの回転速度の指標となる。
【００１７】
好ましくは、モータドライバ回路はＨブリッジモータドライバ回路である。
【００１８】
本発明の他の態様によれば、以降に定義する請求項１〜１１のいずれか一項に従う駆動装置に接続されるシートベルトリトラクタが提供される。
【００１９】
好ましくは、シートベルトリトラクタは、負荷制限器として動作可能である。
【００２０】
本発明をより容易に理解することで本発明のさらなる特徴を理解することができるように、添付の図面を参照し、一例として本発明の実施形態を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】車両バッテリおよびモータに接続された駆動装置を含む本発明の実施形態に従う駆動装置の概略図である。
【図２】本発明の実施形態の基本回路図である。
【図３】通常の車両運転中に充電するスーパーキャパシタのグラフ表示である。
【図４】図４ａは、典型的な車両の加速度のグラフ表示である。  図４ｂは、衝突事故の際の、本発明の実施形態の電源線電圧およびスーパーキャパシタ電圧のグラフ表示である。  図４ｃは、衝突事故の際の、本発明の実施形態の駆動装置によって駆動されるモータの速度のグラフ表示である。  図４ｄは、衝突事故の際の、本発明の実施形態の駆動装置によって駆動されるモータを流れる電流のグラフ表示である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
まず添付の図面の図１を参照して、本発明の好ましい実施形態に従う駆動装置１は、正入力端子３およびグランド入力端子４を含む電源入力２を組み込む。電源入力２の端子３および４は、使用中に、車両バッテリ５などの車両の主電源に接続される。
【００２３】
本発明の実施形態の駆動装置１は、車両バッテリ５から引き出される電圧および電流を制限する電圧および電流制限器６を組み込む。
【００２４】
駆動装置１は、スーパーキャパシタ７の形式の補助電源を組み込む。スーパーキャパシタ７は、駆動装置１の正電力線とグランド電力線との間に接続される。好ましくは、スーパーキャパシタ７は、直列に接続される複数のスーパーキャパシタセルを備える。しかし、その他の実施形態では、補助電源は単一のスーパーキャパシタまたは単一のスーパーキャパシタセルである。
【００２５】
駆動装置１は、スーパーキャパシタ７と並列に接続される昇圧回路８を組み込む。昇圧回路８は、正電圧入力９と、正電圧出力１０と、グランド接続１１とを含むＤＣ−ＤＣコンバータである。昇圧回路８は制御ユニット１２に接続され、該制御ユニット１２は、正電圧入力端子９への電圧入力をより高圧に昇圧する昇圧回路８を制御するように構成される。
【００２６】
昇圧回路８の正電圧出力１０は、モータドライバ回路１４の入力１３に接続される。モータドライバ回路１４はまた、駆動装置１のグランド線に接続されるグランド入力１５を組み込む。好ましくは、モータドライバ回路１４はＨブリッジ回路である。モータドライバ回路は、制御ユニット１２からの制御信号を受信するために制御ユニット１２に接続される。
【００２７】
モータドライバ回路１４は、使用中に電動シートベルトリトラクタ（図示せず）内部のモータ１８に接続される出力端子１６および１７を組み込む。一実施形態では、電動シートベルトリトラクタは、シートベルトの引き出しを許容してシートベルトを着用している乗員の減速を制限することで、シートベルトに掛かる力を制限する負荷制限器として機能するように構成される。
【００２８】
好ましくは、スーパーキャパシタ７は、スーパーコンデンサ、シュードキャパシタまたはウルトラキャパシタとしても知られる電気二重層キャパシタ（ＥＤＬＣ）である。スーパーキャパシタ７は、従来の電解コンデンサと比較して比較的高いエネルギー密度を有する。本発明の実施形態では、スーパーキャパシタ７は、好ましくは、定格が０．４Ｆおよび１６Ｖまたはそれ以上である。好ましい実施形態では、スーパーキャパシタ７は、各々が２．７５Ｖおよび２．４Ｆである６つのスーパーキャパシタセルを備える。キャパシタ電圧は、スーパーキャパシタ技術および動作温度にもよるが、好ましくは２Ｖと２．７５Ｖとの間である。
【００２９】
ここで、添付の図面の図２を参照して、スーパーキャパシタ７は、好ましくは直列に接続される６つのスーパーキャパシタセル７ａ〜７ｆからなる。ツェナーダイオードなどのシャントレギュレータ１９ａ〜１９ｆは、好ましくは各スーパーキャパシタセル７ａ〜７ｆの両端に接続され、各スーパーキャパシタセル７ａ〜７ｆの両端電圧を調整する。シャントレギュレータ（ツェナーダイオード）１９ａ〜１９ｆは、好ましくは、各スーパーキャパシタセル７ａ〜７ｆの両端電圧を２Ｖと２．７５Ｖとの間に調整する。
【００３０】
好ましくは、駆動装置１は、スーパーキャパシタ７に付与された電流を調整するために、電流制御装置２０を組み込む。一実施形態では、電流制御装置２０は、スーパーキャパシタ７に付与された電流を２Ａまで制限する。したがって、スーパーキャパシタセル７ａ〜７ｆは、好ましくは４秒未満で充電する。
【００３１】
この好ましい実施形態では、昇圧回路８は、双方向昇降圧ＤＣ−ＤＣコンバータ２１の一部を構成している。ＤＣ−ＤＣコンバータは、好ましくは電界効果トランジスタである４つのスイッチＱ１〜Ｑ４を組み込む。ＤＣ−ＤＣコンバータ２１は、好ましくは少なくとも４０Ａの動作電流能力を有する３．３μΗのインダクタＬをさらに含む。ＤＣ−ＤＣコンバータ２１はまた、好ましくは少なくとも２５Ｖの動作電圧を有する１０００μＦのキャパシタＣを組み込む。
【００３２】
スイッチＱ１〜Ｑ４の各々は、制御ユニット１２に接続され、制御ユニット１２からのスイッチング信号を受信し、スイッチＱ１〜Ｑ４をオンおよびオフに切り替える。制御ユニット１２は、少なくとも１つの電圧センサを組み込み、該電圧センサは、矢印２２で示すような、スーパーキャパシタ７の正電圧端にある正電圧線に接続され、かつ、矢印２３で示すような、ＤＣ−ＤＣコンバータ２１の出力にある正電圧線に接続される。制御ユニット１２はまた、電流制御装置２０に接続され、これにより、制御ユニット１２は電流制御装置２０を制御する。
【００３３】
ＤＣ−ＤＣコンバータ２１の出力は、モータドライバ回路１４の高電圧線および低電圧線に接続される。モータドライバ回路１４は、好ましくは、Ｈブリッジ回路であり、該回路は、Ｈブリッジ構成において接続される４つのスイッチＱ５〜Ｑ８を含む。Ｈブリッジ構成の出力端子１６および１７は、使用中にモータ１８に接続される。速度センサ２４は、好ましくはモータ１８に接続され、モータ１８の回転速度を検出する。速度センサ２４は制御ユニット１２に接続され、モータ１８の速度の指標となる信号を制御ユニット１２へ送信する。
【００３４】
車両バッテリ５は、ダイオードＤを経由してモータドライバ回路１４の正電圧線に接続される。好ましくは、ダイオードＤは、２０Ａまでの電流、および好ましくは２０Ａを超える電流で動作可能な電力ダイオードである。
【００３５】
制御ユニット１２は、好ましくは、車両のコントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）に接続され、これにより、制御ユニット１２は車両の主制御システムからの制御信号を受信する。制御ユニット１２は、好ましくは、衝突事故または予測される衝突事故を検出するように構成された衝突センサに接続される。
【００３６】
動作中、制御ユニットは、主電源である車両バッテリ５によって供給される電圧を検出する。制御ユニット１２はまた、スーパーキャパシタ７の両端電圧を検出する。本実施形態では、制御ユニット１２は、バッテリ５からの電源電圧が１２Ｖを超え、かつ、スーパーキャパシタ７の両端電圧が１６．５Ｖ未満である場合に、ＤＣ−ＤＣコンバータ８のスイッチＱ１〜Ｑ４を切り替え、スーパーキャパシタ７を２Ａの電流で充電するように構成される。制御ユニット１２は、スイッチＱ１〜Ｑ４を操作することにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ８が、好ましくは１２Ｖの電源線電圧をＨブリッジモータドライバ回路１４へ供給するように構成される。
【００３７】
制御ユニット１２は、スイッチＱ１〜Ｑ４を自動的に調節し、これにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路８は、バッテリ５からの電源電圧およびスーパーキャパシタ７の両端電圧に応じて、昇圧モードまたは降圧モードのいずれかで動作する。例えば、バッテリ５からの電源電圧が１２Ｖ未満である場合、制御ユニット１２はＤＣ−ＤＣコンバータ８を起動し、スーパーキャパシタ７に由来する補助電源の電圧を増加または減少させ、モータドライバ回路１４への電源電圧を１２Ｖに維持する。
【００３８】
ここで、添付の図面の図３に戻って、ＤＣ−ＤＣコンバータ回路８は、車両が正常に動作している場合に２つのフェーズで動作する。
【００３９】
［第１フェーズ：電源線からスーパーキャパシタへの降圧モード］
制御ユニット１２が、スーパーキャパシタ７の両端電圧がバッテリ５からの電源線電圧未満であると検出する場合、制御ユニット１２は、ＤＣ−ＤＣコンバータ８を降圧モードで操作し、スーパーキャパシタ７を車両バッテリ５から引き出される電流で充電する。制御ユニット１２は、パルス幅変調（ＰＷＭ）信号でスイッチＱ４を調節し、スイッチＱ４をオンおよびオフにする。制御ユニット１２は、スイッチＱ３を相補ＰＷＭ信号で調節し、これにより、スイッチＱ３は、同期整流用ダイオードとして機能する。制御ユニット１２は、スイッチＱ１をオンにし、スイッチＱ２をオフにする。制御ユニット１２は、スイッチＱ３およびＱ４に付与されるＰＷＭ信号のデューティサイクルを制御することで、スーパーキャパシタ７に供給される電流を制御する。
【００４０】
［第２フェーズ：電源線からスーパーキャパシタへの昇圧モード］
制御ユニット１２は、スイッチＱ４をオンにし、スイッチＱ３をオフにする。制御ユニット１２は、ＰＷＭ信号でスイッチＱ２を調節し、かつ、相補ＰＷＭ信号でスイッチＱ１を調節し、これにより、スイッチＱ１は同期整流用ダイオードとして機能する。供給線からスーパーキャパシタへ供給される電流は、スイッチＱ１およびＱ２のＰＷＭ変調のデューティサイクルによって制御される。
【００４１】
制御ユニット１２は、通常の車両運転の間に第１フェーズまたは第２フェーズのいずれかで動作するようにＤＣ−ＤＣコンバータ８を制御し、これにより、ＤＣ−ＤＣコンバータ８は、降圧モードと昇圧モードとの間で自動的に切り替わり、スーパーキャパシタ７を充電された状態で保つ。
【００４２】
車両が衝突事故に遭った場合、車両は、図４ａに大まかに示される態様で、車両を加速および減速させる力を受ける。バッテリ５と駆動ユニット１との間の主電源接続は、バッテリ５からの電圧入力が全くなくなるように、衝突事故の間に遮断されてもよい。バッテリ電圧の損失は、図４ｂにグラフ表示されている。駆動装置１の要素の等価直列抵抗（ＥＳＲ）の結果としてバッテリからの電圧が失われた場合、Ｈブリッジ回路１４への電圧入力は即時に低下する。
【００４３】
制御ユニット１２は、バッテリ５からの電圧の低下を検出し、かつ、第３フェーズで動作するようにＤＣ−ＤＣコンバータ８を起動する。第３フェーズでは、ＤＣ−ＤＣコンバータ８が降圧モードで動作し、スーパーキャパシタ７からの電圧を、バッテリ５の電源線電圧と同じ電圧まで低減させる。
【００４４】
［第３フェーズ：スーパーキャパシタから供給線への降圧モード］
制御ユニット１２は、ＰＷＭ信号でスイッチＱ１を調節し、かつ、スイッチＱ２を相補ＰＷＭ信号で調節し、これにより、Ｑ２は同期整流用ダイオードとして機能する。制御ユニット１２は、スイッチＱ４をオンにし、スイッチＱ３をオフにする。
【００４５】
スーパーキャパシタ７からの電圧が電源線電圧を下回って低下する場合、制御ユニット１２は、第４フェーズで動作するようにＤＣ−ＤＣコンバータ８を制御する。第４フェーズでは、ＤＣ−ＤＣコンバータ８が、スーパーキャパシタ７から電源線電圧を昇圧する。
【００４６】
［第４フェーズ：スーパーキャパシタから供給線への昇圧モード］
制御ユニット１２は、スイッチＱ１をオンにし、スイッチＱ２をオフにする。制御ユニット１２は、ＰＷＭ指令でスイッチＱ３を調節し、かつ、スイッチＱ４を相補ＰＷＭ指令で調節し、これにより、スイッチＱ４は同期整流用ダイオードとして機能する。
【００４７】
ここで、添付の図面の図４ｃを参照して、モータ１８の回転速度は、制御ユニット１２によって制御される。制御ユニット１２は、昇圧モードまたは降圧モードでＤＣ−ＤＣコンバータ８を操作し、モータ１８の両端電圧を電源線電圧で、できるだけ長く維持する。制御ユニット１２は、検出された電源線電圧およびスーパーキャパシタ７の検出された両端電圧に応じて、ＤＣ−ＤＣコンバータ８を自動的に切り替える。
【００４８】
本発明の実施形態では、スーパーキャパシタ７の形式の補助電源は、電動リトラクタが車両の主電源から切断された際に、電源を電動シートベルトリトラクタへ供給する。電動リトラクタが車両の主電源から切断されないその他の場合では、補助電源は、主電源によって供給された電流を補うために、電動リトラクタへ電流を供給する。これは、車両の主電源から引き出される電流を制限することに役立つ。したがって、駆動装置は、電動リトラクタの動作によって車両の電気システムで生じる電流スパイクを最小限にする。
【００４９】
本明細書および特許請求の範囲において使用される場合、「含む」および「含んでいる」の用語およびその変形は、特定の特徴、ステップまたは完全体が含まれることを意味する。この用語は、他の特徴、ステップまたは構成要素の存在を除外するものと解釈されるものではない
【００５０】
特定の形態で、または開示された機能を実行するための手段に関して述べた前述の説明、以下の特許請求の範囲または添付の図面に開示された特徴、あるいは、開示された結果を達成するための方法またはプロセスは、必要に応じて、個別にまたはそのような特徴の任意の組み合わせで、多様な形態で本発明を実現するために利用されてもよい。
【図１】
2015515251.tif 000003
【図２】
2015515251.tif 000004
【図３】
2015515251.tif 000005
【図４】
2015515251.tif 000006
【国際調査報告】
2015515251.tif 000007
2015515251.tif 000008
2015515251.tif 000009