(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
直流モータ駆動回路と、
当該直流モーター駆動回路により駆動される直流モーターと、
当該直流モーターにより駆動されるシートベルトリトラクターとを有し、
定常的に使用される電流を前記直流モーターに供給する通常巻取と、定常的に使用される電流より大きな電流を前記直流モーターに供給する強制巻取とを、切り替え可能なシートベルト駆動装置であって、
前記直流モーター駆動回路が、
直流電圧をパルス状の電圧に変えて前記直流モーターに供給するスイッチング回路と、
前記スイッチング回路により発生する直流パルス電圧のデューティ比を変える制御回路と、
前記直流モーターに前記スイッチング回路を通さずに直接直流電源を供給する回路と、
前記直接直流電源を供給する回路に設けられ、前記制御回路により開閉可能な接点と
を有し、
前記制御回路は、
前記通常巻取時には、前記接点を開き制御して、前記スイッチング回路により前記パルス状の電圧を前記直流モーターへ供給し、
外部からの強制巻取信号が入力された前記強制巻取時には、前記接点を閉じ制御して、前記直接直流電源を供給する回路により前記直流モーターに前記スイッチング回路を通さずに直接直流電源を供給する
ことを特徴とするシートベルト駆動装置。
【請求項２】
請求項１記載のシートベルト駆動装置において、
前記制御回路は、
衝突予知時やチャイルドシートの座席への固定時に対応した前記強制巻取時に、前記接点を閉じ制御して、前記直接直流電源を供給する回路により前記直流モーターに直接直流電源を供給する
ことを特徴とするシートベルト駆動装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２記載のシートベルト駆動装置において、
前記接点は、前記直接直流電源を供給する回路のうち前記直流モーターと前記直流電源との間の部分に設けた第１リレー接点と、前記直接直流電源を供給する回路のうち前記直流モーターとアース部位との間の部分に設けた第２リレー接点とを含み、
前記制御回路は、
前記強制巻取時に、前記第１リレー接点及び前記第２リレー接点を駆動するためのリレーコイルに通電することにより、前記第１リレー接点及び前記第２リレー接点を閉じ制御する
ことを特徴とするシートベルト駆動装置。
【請求項４】
請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載のシートベルト駆動装置において、
前記直流モーターの温度を監視し、前記直流モーターのオーバーロード時に、対応する情報を前記制御回路へ出力するサーミスタを有し、
前記制御回路は、
前記サーミスタより前記オーバーロードに対応する情報が入力されたときには、前記直流モーターを駆動停止する
ことを特徴とするシートベルト駆動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、直流モーターの駆動回路を使用したシートベルト駆動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
乗用車に使用されるシートベルトは、シートベルト巻取機により張力を与えられるようになっている。すなわち、シートベルトを使用する場合は、シートベルト巻取機の中にばねによって巻き取られているシートベルトを、人間が引き出し、シートに固定されたもう一方のシートベルトとバックルにより係合させる。その後、手を緩めると、シートベルト巻取機のばねの作用により弛んだシートベルトが巻き取られ、ばねによって決まる張力がシートベルトに与えられて、乗員をシートに拘束する。
【０００３】
しかしながら、このようなばね式の巻き取り機構においては、シートベルトを締める方向にのみ力が加わるので、人間がシートベルトを緩めようとすると、この力に逆らってシートベルトを引っ張らなければならないという問題点があった。また、ばねの弾性力を使用しているため、動作が不安定であり、巻き取り不良が発生することがあった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような問題点を解決するために、発明者の同僚は、人間がシートベルトを引っ張ることにより容易に拘束力を緩めることができると共に、フレキシビリティに富んだ巻取制御に対応することができるシートベルト駆動装置に関する発明を行い、平成１１年特許願第１２６２４２号として特許出願した（以下、先願発明という）。それは、シートベルトを駆動するのに直流モータを使用し、当該直流モータの回転方向と回転速度を制御するのに、ＰＷＭ制御、又はパルス幅一定・周期可変制御を行うものである。
【０００５】
先願発明の実施の形態の１例を図２に示す。図示していないが、モーターＭにはシートリトラクターが結合され、モーターＭの回転により、シートベルトが巻き取られたり巻き戻されたりする。
【０００６】
ＣＰＵからは制御パルスＰ１〜Ｐ４が、ゲート回路ＧＡＴＥを介して、Ｐ１’〜Ｐ４’としてスイッチング素子であるスイッチングトランジスタＱ１〜Ｑ４のゲートに与えられている。一方、直流電源からの電圧は、スイッチングトランジスタＱ１、Ｑ２のコレクタに接続され、モータ端子ＡはトランジスタＱ１のエミッタ及びトランジスタＱ４のコレクタに、モータ端子ＢはトランジスタＱ２のエミッタ及びトランジスタＱ３のコレクタに接続されている。さらに、スイッチングトランジスタＱ３、Ｑ４のエミッタは接地されている。
【０００７】
シートベルトのバックルが係合され、モータＭの回転方向、回転速度等の外部情報が入力されると、ＣＰＵはこれに応じて制御パルスＰ１〜Ｐ４を出力する。図３に、モータＭを正方向に回転させるときの制御パルスＰ１〜Ｐ４の出力方法の例を示す。(a)においては、制御パルスＰ３をハイレベルに保ち、制御パルスＰ１をオンオフする（以下、オンをハイレベル、オフをローレベルとする）。これにより、スイッチングトランジスタＱ２、Ｑ４はオフ、Ｑ３はオンとなり、Ｑ１はオンオフを繰り返す。よって、直流電源からの電流は、スイッチングトランジスタＱ１のオンオフに同期して、Ｑ１→モータ端子Ａ→モータ端子Ｂ→Ｑ３→アースと流れ、モータＭに端子Ａ側からＢ側に流れる巻線電流が与えられる。これにより、モータＭは正転する。
【０００８】
(b)においては、制御パルスＰ１をハイレベルに保ち、制御パルスＰ３をオンオフする。これにより、スイッチングトランジスタＱ２、Ｑ４はオフ、Ｑ１はオンとなり、Ｑ３はオンオフを繰り返す。よって、直流電源からの電流は、スイッチングトランジスタＱ３のオンオフに同期して、Ｑ１→モータ端子Ａ→モータ端子Ｂ→Ｑ３→アースと流れ、モータＭに端子Ａ側からＢ側に流れる巻線電流が与えられる。これにより、モータＭは正転する。
【０００９】
(c)においては、制御パルスＰ１、Ｐ３を同期してオンオフする。これにより、スイッチングトランジスタＱ２、Ｑ４はオフとなり、Ｑ１、Ｑ３はオンオフを繰り返す。よって、直流電源からの電流は、スイッチングトランジスタＱ１、Ｑ３のオンオフに同期して、Ｑ１→モータ端子Ａ→モータ端子Ｂ→Ｑ３→アースと流れ、モータＭに端子Ａ側からＢ側に流れる巻線電流が与えられる。これにより、モータＭは正転する。
【００１０】
図４に、モータＭを逆方向に回転させるときの制御パルスＰ１〜Ｐ４の出力方法の例を示す。(a)においては、制御パルスＰ４をハイレベルに保ち、制御パルスＰ２をオンオフする。これにより、スイッチングトランジスタＱ１、Ｑ３はオフ、Ｑ４はオンとなり、Ｑ２はオンオフを繰り返す。よって、直流電源からの電流は、スイッチングトランジスタＱ２のオンオフに同期して、Ｑ２→モータ端子Ｂ→モータ端子Ａ→Ｑ４→アースと流れ、モータＭに端子Ｂ側からＡ側に流れる巻線電流が与えられる。これにより、モータＭは逆転する。
【００１１】
(b)においては、制御パルスＰ２をハイレベルに保ち、制御パルスＰ４をオンオフする。これにより、スイッチングトランジスタＱ１、Ｑ３はオフ、Ｑ２はオンとなり、Ｑ４はオンオフを繰り返す。よって、直流電源からの電流は、スイッチングトランジスタＱ４のオンオフに同期して、Ｑ２→モータ端子Ｂ→モータ端子Ａ→Ｑ４→アースと流れ、モータＭに端子Ｂ側からＡ側に流れる巻線電流が与えられる。これにより、モータＭは正転する。
【００１２】
(c)においては、制御パルスＰ２、Ｐ４を同期してオンオフする。これにより、スイッチングトランジスタＱ１、Ｑ３はオフとなり、Ｑ２、Ｑ４はオンオフを繰り返す。よって、直流電源からの電流は、スイッチングトランジスタＱ２、Ｑ４のオンオフに同期して、Ｑ２→モータ端子Ｂ→モータ端子Ａ→Ｑ４→アースと流れ、モータＭに端子Ｂ側からＡ側に流れる巻線電流が与えられる。これにより、モータＭは逆転する。
【００１３】
モータの回転速度を変えるときは、図５に示すように、オンオフするパルスのパルス幅（Ｔ２）を一定とし、パルスレート（Ｔ１に相当する周期）を変えるか、パルスレートを一定（周期Ｔ１）とし、デユーティーレシオ（Ｔ２／Ｔ１）を変化させる。
【００１４】
モータを駆動しないとき、外力によりモータＭが回転しにくいようにするためには、図６に示すように、制御パルスＰ３、Ｐ４（又は制御パルスＰ１、Ｐ２）をオンとしたままにしておく。これにより、モータＭには直流電源からの電圧がかからないが、モータＭが外力により回転しようとすると、その起電力によりスイッチングトランジスタＱ３、Ｑ４を介して回生電流が流れ、回生制動により、モータＭが回転しにくくなる。
【００１５】
逆に、外力によりモータＭが回転しやすいようにするときには、制御パルスをオフとしておく。これにより、モータＭの回生電流が流れなくなり、回生制動がかからないので、シートベルトを軽く動かすことができる。
【００１６】
なお、図２において、サーミスタＴＨは、モータＭの温度を監視し、モータＭがオーバーロードとなって温度が上昇したとき、ＣＰＵにその情報を入力し、ＣＰＵによりモータＭの駆動を停止するために設けられている。また、モータＭに並列に接続されるフライホイールダイオードは図示を省略している。
【００１７】
このように、先願発明によれば、シートベルトを必要な速度で必要な方向に駆動することができるので、フレキシビィリティに富んだシートベルトの駆動が実現できる。
【００１８】
しかしながら、シートベルトの駆動に当たっては、一般的な駆動の他に、通常より大きなトルクで巻取を行わなければならないような事態が発生する。例えば、衝突が予知されたような場合には、ベルトの弛みを急速に巻取り、人間を通常よりも強い力でシートに拘束する必要がある。また、チャイルドシートを座席にシートベルトで固定する場合には、人間を拘束するよりは強い力でしっかりと固定する必要があり、大きなトルクが必要とされる。このような巻取の状態を本明細書では「強制巻取」と呼んで通常巻取と区別する。
【００１９】
勿論、強制巻取においても、図２に示すような駆動回路を用い、駆動パルスのデューティ比を大きくすることにより必要なモータートルクを得ることができる。しかし、その場合には、通常巻取の場合にデューティ比が小さい状態で使用することになり、制御性が悪くなる。また、本来であれば、通常巻取の場合のデューティ比をある程度大きくしておき、その分だけ容量の小さいスイッチングトランジスターを使用すればよいのであるが、強制巻取までスイッチング回路で対応しようとすると容量の大きなスイッチングトランジスターが必要となり、回路の価格が高くなるという問題点がある。
【００２０】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、通常巻取にのみ対応できる程度のスイッチング素子を使用しながら、強制巻取にも対応可能なシートベルト駆動装置を提供することを課題とする。
【００２１】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための第１の手段は、直流モータ駆動回路と、当該直流モーター駆動回路により駆動される直流モーターと、当該直流モーターにより駆動されるシートベルトリトラクターとを有し、定常的に使用される電流を前記直流モーターに供給する通常巻取と、定常的に使用される電流より大きな電流を前記直流モーターに供給する強制巻取とを、切り替え可能なシートベルト駆動装置であって、前記直流モーター駆動回路が、直流電圧をパルス状の電圧に変えて前記直流モーターに供給するスイッチング回路と、前記スイッチング回路により発生する直流パルス電圧のデューティ比を変える制御回路と、前記直流モーターに前記スイッチング回路を通さずに直接直流電源を供給する回路と、前記直接直流電源を供給する回路に設けられ、前記制御回路により開閉可能な接点とを有し、前記制御回路は、前記通常巻取時には、前記接点を開き制御して、前記スイッチング回路により前記パルス状の電圧を前記直流モーターへ供給し、外部からの強制巻取信号が入力された前記強制巻取時には、前記接点を閉じ制御して、前記直接直流電源を供給する回路により前記直流モーターに前記スイッチング回路を通さずに直接直流電源を供給することを特徴とするシートベルト駆動装置である。
【００２２】
本手段においては、通常巻取のように、定常的に使用される電流をモーターに供給する場合には、スイッチング回路で制御をしながら電流をモーターに供給して駆動を行う。そして、強制巻取のように、定常的に使用される電流より大きな電流が必要である場合には、スイッチング回路を通さず、直接電源から電流をモーターに供給する。大きな電流の供給を、リレー等を介して供給するようにすれば、高価な素子を使用しないでも大電流を供給することができる。本手段により、定常的に使用される場合のパルス電圧のデューティ比を大きくすることができるので制御性が悪化することは無く、また、スイッチング素子の容量を大きくする必要が無い。
【００２４】
また、通常巻取に対応する容量のスイッチング素子を主体とするモーター駆動回路で、強制巻取も行うことができるので、小型で安価なシートベルト駆動装置とすることができる。
前記課題を解決するための第２の手段は、前記第１手段において、前記制御回路は、衝突予知時やチャイルドシートの座席への固定時に対応した前記強制巻取時に、前記接点を閉じ制御して、前記直接直流電源を供給する回路により前記直流モーターに直接直流電源を供給することを特徴とするシートベルト駆動装置である。
これにより、衝突が予知されたような場合や、チャイルドシートを座席にシートベルトで固定する場合であっても、確実に強い力でしっかりと固定することができる。
前記課題を解決するための第３の手段は、前記第１手段又は前記第２の手段において、前記接点は、前記直接直流電源を供給する回路のうち前記直流モーターと前記直流電源との間の部分に設けた第１リレー接点と、前記直接直流電源を供給する回路のうち前記直流モーターとアース部位との間の部分に設けた第２リレー接点とを含み、前記制御回路は、前記強制巻取時に、前記第１リレー接点及び前記第２リレー接点を駆動するためのリレーコイルに通電することにより、前記第１リレー接点及び前記第２リレー接点を閉じ制御することを特徴とするシートベルト駆動装置である。
これにより、直流電源→第１接点→モータ端子→第２接点→アースの経路で直流電源から連続した電流が供給され、直流モーターはフルトルクで回転してシートベルトの強制巻取を行うことができる。
前記課題を解決するための第４の手段は、前記第１乃至第３手段のいずれかにおいて、前記直流モーターの温度を監視し、前記直流モーターのオーバーロード時に、対応する情報を前記制御回路へ出力するサーミスタを有し、前記制御回路は、前記サーミスタより前記オーバーロードに対応する情報が入力されたときには、前記直流モーターを駆動停止することを特徴とするシートベルト駆動装置である。
これにより、直流モータがオーバーロードとなって温度が上昇したとき、制御回路にその情報を入力し、制御回路により直流モータの駆動を停止することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態の例を図を用いて説明する。図１は本発明の実施の形態の１例であるシートベルト駆動装置に用いられる駆動モーターとその制御装置の概要を示す図である。
【００２６】
図１のほとんどは図２に示した先願発明の実施の形態と同じであり、リレーＸが設けられているところのみが異なっている。通常巻取の制御が行われるときにおいては、ＣＰＵからリレーＸのコイルには電源が供給されておらず、その接点ｘ１、ｘ２は開となっている。通常巻取時におけるこの回路の作動は、図２に示した先願発明の説明において示した作動と同じであるのでその説明を省略する。
【００２７】
外部情報として、強制巻取信号がＣＰＵに入力されると、ＣＰＵはパルスＰ１〜Ｐ４を全てオフとし、リレイＸのコイルに電圧をかける。すると、リレーＸの接点ｘ１、ｘ２が閉となり、直流電源→接点ｘ１→モータ端子Ａ→モータ端子Ｂ→接点ｘ２→アースの経路で直流電源から連続した電流が供給され、モーターＭはフルトルクで正転してシートベルトの強制巻取を行う。
【００２８】
この回路においては、モーターＭと直流電源容量を強制巻取に必要なトルクに対応できるものとしておけばよく、スイッチングトランジスターＱ１〜Ｑ４は、通常巻取に必要な電流を流すだけの容量を有するもので十分である。また、スイッチングトランジスターＱ１〜Ｑ４は、通常巻取に必要な電流を流すだけの容量とすることにより、通常巻取時のパルス電流のデューティ比を大きくすることができ、制御性を良くすることができる。
なお、以上の実施の形態においては、リレーを使用しているが、サイリスター等の半導体素子を使用してもよい。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したごとく、本発明のうち請求項１に係る発明においては、定常的に使用される電流より大きな電流が必要である場合には、スイッチング回路を通さず、直接電源から電流をモーターに供給するようにしているので、スイッチング回路の素子の容量を小さくでき、安価なものとすることができると共に、定常使用時におけるパルスのデューティ比を大きくできるので、制御性を悪化させないで済む。
【００３０】
請求項２に係る発明においては、通常巻取に対応する容量のスイッチング素子を主体とするモーター駆動回路で、強制巻取も行うことができるので、小型で安価なシートベルト駆動装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の１例であるシートベルト駆動装置に用いられる駆動モーターとその制御装置の概要を示す図である。
【図２】先願発明の１実施例であるモーター駆動回路の回路構成を示す概要図である。
【図３】モータを正方向に回転させるときの制御パルスの出力方法の例を示す図である。
【図４】モータを逆方向に回転させるときの制御パルスの出力方法の例を示す図である。
【図５】制御パルスのデューティ比を示す図である。
【図６】外力によりモータが回転しにくいようにするときの、制御パルスの状態の例を示す図である。
【符号の説明】
ＣＰＵ…マイクロコンピュータ
Ｐ１〜Ｐ６、Ｐ１’〜Ｐ４’：制御出力（パルス）
ＧＡＴＥ：ゲート回路
Ｑ１〜Ｑ４：スイッチングトランジスタ
Ｍ：モータ
Ｃ１、Ｃ２：コンデンサ
Ｌ：リアクタンス
ＲＬ、ＲＬ２：リレー
ＴＨ：サーミスタ
ＳＷ：ＣＰＵ用スイッチ
Ｘ：リレー（リレーコイル）
ｘ１、ｘ２：リレー接点
【図１】
0004189983.tif 000002
【図２】
0004189983.tif 000003
【図３】
0004189983.tif 000004
【図４】
0004189983.tif 000005
【図５】
0004189983.tif 000006
【図６】
0004189983.tif 000007