(57)【特許請求の範囲】
【請求項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の少なくとも一部が結合され、かつ結合された該シートベルトを当該乗員の拘束を強める方向に引っ張るべく移動可能に車体側に支持された可動部と、
前記可動部の前記拘束強め方向への移動時に慣性力を発生させる慣性質量部材と、
車体の前方衝突を検出するための衝突検出手段と、
前記衝突検出手段による検出信号の発生に応じて前記拘束強め方向の力を前記可動部に加えるための第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前記可動部の移動を阻止する方向の力を前記可動部に加えるべく前記車体側に設けられた第２の加速度発生手段とを有し、
前記第１の加速度発生手段と、前記可動部とがワイヤ接続され、
かつ前記慣性質量部材がフライホイールからなり、
前記ワイヤを前記フライホイールに係合させて回転させることにより前記慣性力を発生させるようになっていることを特徴とする乗員保護装置。
【請求項２】
前記第１の加速度発生手段は、前記車体の前後方向に向けて設けられたシリンダーと、該シリンダー内に同軸的に設けられたピストンと、前記シリンダーの車体後方側の一端部に結合されたマニホールドと、該マニホールド内の空室に臨むように配置されたガス発生器とを有し、
前記ピストンの外周面には、該ピストンの車体前方への移動時には傾倒してその移動を可能としかつ車体後方への移動時には前記シリンダーの内周面に食い込むようになって逆転移動を防止する逆転防止リングが設けられ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。
【発明の詳細な説明】
【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）の場合よりもさら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（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ではこれを実現することができないという問題がある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決して、乗員の減速度を好適に低減する車体減速度波形を実現して乗員の傷害値低減を可能にするために、本発明に於いては、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３の少なくとも一部が結合され、かつ結合された該シートベルト３を当該乗員の拘束を強める方向に引っ張るべく移動可能に車体側に支持された可動部（バックル６）と、前記可動部の前記拘束強め方向への移動時に慣性力を発生させる慣性質量部材（フライホイール１０）と、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１２）と、前記衝突検出手段による検出信号の発生に応じて前記拘束強め方向の力を前記可動部に加えるための第１の加速度発生手段（シリンダー８ａ・ピストン８ｂ・マニホールド８ｃ・ガス発生器８ｄ）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前記可動部の移動を阻止する方向の力を前記可動部に加えるべく前記車体側に設けられた第２の加速度発生手段（緩衝体８ｉ）とを有するものとした。
【００１６】
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。
【００１７】
特に前記第１の加速度発生手段と、前記可動部とがワイヤ接続され、かつ前記慣性質量部材がフライホイールからなり、前記ワイヤを前記フライホイールに係合させて回転させることにより前記慣性力を発生させるようになっていれば、ワイヤを引き回すことで、フライホイール、第１の加速度発生手段、第２の加速度発生手段等を自由に配置できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に添付の図面に示された具体例に基づいて本発明の実施の形態について詳細に説明する。
【００１９】
図１は、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している。シート１に対する乗員２の移動を拘束するためのシートベルト３が設けられている。図２に併せて示されるように、本シートベルト３は３点固定式であって良く、その一端がシート１の肩部に一体的に設けられたリトラクタ４に連結され、他端がフロア５を含む車体フレームの一部に固定され、中間部が、シート１に組み付けられたバックル６に連結されるようになっている。従って、シート１に着座した乗員はシートベルト３によりシート１に拘束されるようになる。尚、シート１はシートレール１ａを介してフロア５に対して車体の前後方向に位置調整可能に設けられている。
【００２０】
シート１には、その座部の横にアクチュエータ８が一体的に取り付けられている。このアクチュエータ８は、図３に併せて示されるように、車体の前後方向に向けて設けられたシリンダー８ａと、シリンダー８ａ内に同軸的に設けられたピストン８ｂと、シリンダー８ａの一端部（車体後方側）に結合されたマニホールド８ｃと、マニホールド８ｃ内の空室に臨むように配置されたガス発生器８ｄとを有している。
【００２１】
ピストン８ｂにはワイヤ９の一端が連結されている。このワイヤ９は、マニホールド８ｃの後端に設けられた開口８ｅを介してアクチュエータ８の車体後方側に回転自在に支持された、乗員質量に拮抗する慣性質量部材としてのフライホイール１０と一体をなす回転軸１０ａに巻回され、更にその他端が可動部としてのバックル６の基端に連結されている。従って、ワイヤ９がシリンダー８ａの軸線方向に引っ張られることにより、その中間部で巻回（係合）する回転軸１０ａを介してフライホイール１０を回転させ、更にバックル６を介して上記シートベルト３の他端を乗員拘束を強める方向に引っ張るようになっている。尚、ワイヤ９の中間部及び回転軸１０ａはマニホールド８ｃの車体後方側に設けられたケーシング８ｆに受容されている。
【００２２】
また、ピストン８ｂの外周面には、ピストン８ｂの車体前方への移動時には傾倒してその移動を可能としかつ車体後方への移動時にはシリンダー８ａの内周面に食い込むようになって逆転移動を防止する逆転防止リング８ｇが設けられている。
【００２３】
更に、ケーシング８ｆのバックル６側開口部８ｈには円筒状緩衝体８ｉが設けられている。この緩衝体８ｉの先端は、バックル６の基端に対して所定量ｄの空隙を空けて位置するようにされている。尚、バックル６は軸線方向へ所定の力よりも大きな力が加わると容易に変形する筒状カバー１１によりケーシング８ｆに支持されている。この筒状カバー１１内には緩衝体８ｉ及びワイヤ９のバックル６寄りの部分が受容されている。
【００２４】
このように構成されたアクチュエータ８において、上記シリンダー８ａ、ピストン８ｂ、マニホールド８ｃ、ガス発生器８ｄにより第１の加速度発生手段が構成されており、緩衝体８ｉが第２の加速度発生手段となる。
【００２５】
尚、アクチュエータ８はボルト支持部８ｊをもってシート１の座部の横にボルト結合されている。
【００２６】
ガス発生器８ｄ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１２からの信号線が接続されている。この制御装置１２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１２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８ｄ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８ｄ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８ｃ内に送出されるようになっている。
【００２７】
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。
【００２８】
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５と一体をなすフレームのサイドビーム１３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１２内の衝突センサが検知したら、上記したように制御装置１２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８ｄを作動させる。
【００２９】
図５（ａ）の矢印に示されるようにガス発生器８ｄで発生した膨張ガスはマニホールド８ｃ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８ｂが車体後方へ移動し始める。すると、ピストン８ｂに結合されているワイヤ９を介して回転軸１０ａ及びこれと一体をなすフライホイール１０が回転し始めると共にバックル６がシートベルト３の乗員拘束力を増大する拘束強め方向へ引っ張られてカバー１１を圧壊しつつ移動し始め、発生ガス圧の増大に応じて加速する。このバックル６の移動により、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。
【００３０】
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２の減速度も図６のＧ１に示されるように早期に発生する。
【００３１】
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８にあっては、図５（ｂ）に示されるようにピストン８ｂは更に車体後方へ移動する。ピストン８ｂの移動が進むと、バックル６の基端が緩衝体８ｉに衝突してバックル６の移動が減速され、即ち反対方向（車体前方）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のに、フライホイール１０の形状、重量等と緩衝体８ｉ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、上記バックル６の反対方向の加速が終了する時点で、乗員２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８ｉ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。
【００３２】
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８ｉによってバックル６の移動が更に減速され、ピストン８ｂは移動を停止するに至る。それに伴ってバックル６も移動を停止し、その後は、上記した逆転防止リング８ｇの作用により衝突終了までその停止した位置にバックル６は保持される。
【００３３】
この段階で、乗員２の速度・減速度が車体（シート１）の速度・減速度と一致していれば、乗員２の車体（シート１）との間の相対運動が生じることがなく、乗員２は車体（シート１）と一体となって減速し続ける。すなわち、乗員２と車体（シート１）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。
【００３４】
このように、上記プロセスによって、バックル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８を設計することにより、乗員減速度Ｇ１を大幅に低減する機能を発揮することができる。
【００３５】
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。
【００３６】
【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車体としてのシートに設けられた可動部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、乗員と車体とをできるだけ早く一体化しかつ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。
【００３７】
また、第１の加速度発生手段と、可動部とをワイヤ接続し、かつ慣性質量部材をフライホイールにて構成し、ワイヤをフライホイールに係合させて回転させて慣性力を発生させる構造とすれば、ワイヤを引き回すことで、フライホイール、第１の加速度発生手段、第２の加速度発生手段等を自由にレイアウトでき、設計自由度が向上する。
【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であり、（ｂ）は衝突中期の状態を示す図であり、（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であり、（ｂ）は衝突中期の状態を示す図であり、（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  シート
２  乗員
３  シートベルト
６  バックル（可動部）
８ａ  シリンダー（第１の加速度発生手段）
８ｂ  ピストン（第１の加速度発生手段）
８ｃ  マニホールド（第１の加速度発生手段）
８ｄ  ガス発生器（第１の加速度発生手段）
８ｉ  緩衝体（第２の加速度発生手段）
１０  フライホイール（慣性質量部材）
１２  制御装置（衝突検出手段）
【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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【図６】
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【図７】
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