(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
フレーム（３０）と、
該フレーム（３０）に回転可能に取り付けられたベルトリール（３２）と、
該ベルトリール（３２）を選択的に止める係止機構と、
前記係止機構を作動させるアクチュエータと、
前記ベルトリール（３２）を駆動可能な電気モータ（１０）と、
入力インターフェース及び出力インターフェースを含む電子的制御装置とを備えている搭乗者拘束装置用のベルトリトラクタであって、
前記アクチュエータが、前記係止機構の係止爪を駆動する電磁石（３４）により形成され、
前記電気モータ（１０）が、歯付きベルト（５０）により前記ベルトリール（３２）に接続され、前記歯付きベルト（５０）が、前記電気モータ（１０）の駆動ピニオン歯車（４６）を前記ベルトリール（３２）の側部に取り付けられた歯車に接続し、該歯車が、前記駆動ピニオン歯車（４６）の直径よりも大きい直径を有し、
前記電気モータ（１０）が、制限された程度まで回動し得るように前記フレーム（３０）の脚部の側部に取り付けられた支持プレート（３８）に支持され、前記支持プレート（３８）の回動により、前記歯付きベルト（５０）を前記歯車と前記駆動ピニオン歯車（４６）との間の部分にて前記フレーム（３０）の前記脚部に取り付けられた緊張プーリー（５２）に押し付けることができる、搭乗者拘束装置用のベルトリトラクタ。
【請求項２】
請求項１に記載のベルトリトラクタにおいて、前記制御装置に割り当てられた記憶モジュールであって、前記制御装置の機能を決定したプログラムデータが少なくとも一部分記憶される記憶モジュールを備える、ベルトリトラクタ。
【請求項３】
請求項１に記載のベルトリトラクタにおいて、前記制御装置が、前記電気モータ（１０）に信号を送り、前記入力インターフェースに接続された複数のセンサの信号配列が車が衝突する直前であることを示すとき、ベルトを緊張させる、ベルトリトラクタ。
【請求項４】
請求項１又は３に記載のベルトリトラクタにおいて、前記電気モータ（１０）がブラシレス４相直流モータである、ベルトリトラクタ。
【請求項５】
請求項１、３及び４の何れかに記載のベルトリトラクタにおいて、前記電気モータ（１０）がバイフィラーステータ巻線（１０ａ、１０ｂ）を備える、ベルトリトラクタ。
【請求項６】
請求項１、３、４及び５の何れかに記載のベルトリトラクタにおいて、前記電気モータ（１０）がネオジム磁気リングを有する外側モータを備える、ベルトリトラクタ。
【請求項７】
請求項６に記載のベルトリトラクタにおいて、前記電気モータ（１０）が１４極の外側ロータ（４８）を備える、ベルトリトラクタ。
【請求項８】
請求項１に記載のベルトリトラクタにおいて、前記支持プレート（３８）がばねにより偏倚された回動位置となり、該回動位置において、前記緊張プーリー（５２）が前記歯付きベルト（５０）から離れ、荷重が加えられたとき、前記歯付きベルト（５０）に生ずる引張り応力により前記支持プレート（３８）が自動的に且つ荷重に対応する程度だけ動いて反対側の回動位置となり、該回動位置において、前記緊張プーリー（５２）が前記歯付きベルト（５０）に押し付けられる、ベルトリトラクタ。
【請求項９】
請求項１に記載のベルトリトラクタにおいて、前記電気モータ（１０）が、プリント回路板（６０）と共にまとめられて１つのアセンブリユニットとなり、前記プリント回路板（６０）がパワー半導体構成要素から成る電子信号発生回路を備えている、ベルトリトラクタ。
【請求項１０】
請求項１、３ないし９の何れかに記載のベルトリトラクタにおいて、前記電気モータ（１０）に割り当てられたセンサ（１２、１４）を備え、該センサが、信号を提供し、該信号に基づいて、引き出したベルトウェブの長さに対応する前記ベルトリール（３２）の絶対的回転角度を前記制御装置により決定することができる、ベルトリトラクタ。
【請求項１１】
請求項１、３ないし１０の何れかに記載のベルトリトラクタにおいて、前記電気モータ（１０）に信号を送る前記制御装置が次のセンサ信号の少なくとも１つ、好ましくは幾つかを考慮するベルトリトラクタ。
ＡＢＳ信号
ブレーキ圧力信号
加速度信号
車速度信号
エンジン速度信号
ベルト力信号
ベルトリールの絶対的回転角度信号
【請求項１２】
請求項１０又は１１に記載のベルトリトラクタにおいて、前記制御装置が、前記ベルトリール（３２）に対して前記電気モータ（１０）を介して恒久的な引込みモーメント荷重を加え、該モーメントの値が前記ベルトリール（３２）の前記絶対的回転角度に亙って変更可能である、ベルトリトラクタ。
【請求項１３】
請求項１ないし１２の何れかに記載の幾つかのベルトリトラクタを備える、車の搭乗者用の拘束装置において、ベルトリトラクタの各々の機能が、対応する制御装置のプログラム記憶装置に記憶させたプログラムデータにより命令される、拘束装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フレームと、該フレーム内に回転可能に取り付けられたベルトリールと、該ベルトリールに接続された電気モータ駆動装置と、ベルトリールを選択的に止める係止機構と、車感知可能なセンサとを備える搭乗者拘束装置用のベルトリトラクタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常のベルトウェブ及び車感知可能な係止機能部分の双方又は何れか一方に加えて、近代的なベルトリトラクタには、必要な場合、追加的な機能部分が設けられる。これらの追加的な機能の１つは、ベルトウェブを完全に巻き戻し且つその後に引き込める（巻き込む）ことにより作動される阻止状態により荷重又はチャイルドシートを保護することである。非常時に切換えて係止状態に戻ることは、ベルトウェブを完全に引込ませることにより行われる。別の追加的な機能は、引き出したウェブの長さを決定するためベルトの締結状態を検知することである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ベルトリトラクタのかかる追加的な機能は、機械部品を極めて複雑なものとすることを必要とする。特に複雑なのは、要求されるそれぞれの追加的な機能に対し異なる型式のベルトリトラクタを提供することである。
【０００４】
本発明は、要求されたときに、一連の追加的な機能を発揮することを可能にする均一な機械的な基本設計を有する新規なベルトリトラクタを提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、フレームと、該フレームに回転可能に取り付けられたベルトリールと、該ベルトリールを選択的に止める係止機構と、前記係止機構を作動させるアクチュエータと、前記ベルトリールを駆動可能な電気モータと、入力インターフェース及び出力インターフェースを含む電子的制御装置とを備えている搭乗者拘束装置用のベルトリトラクタであって、前記アクチュエータが、前記係止機構の係止爪を駆動する電磁石により形成され、前記電気モータが、歯付きベルトにより前記ベルトリールに接続され、前記歯付きベルトが、前記電気モータの駆動ピニオン歯車を前記ベルトリールの側部に取り付けられた歯車に接続し、該歯車が、前記駆動ピニオン歯車の直径よりも大きい直径を有し、前記電気モータが、制限された程度まで回動し得るように前記フレームの脚部の側部に取り付けられた支持プレートに支持され、前記支持プレートの回動により、前記歯付きベルトを前記歯車と前記駆動ピニオン歯車との間の部分にて前記フレームの前記脚部に取り付けられた緊張プーリーに押し付けることができるように構成されている。ベルトリトラクタの機能は、入力インターフェース（又はインターフェース入力部）及び出力インターフェース（又はインターフェース出力部）を有する電子的制御装置により制御される。アクチュエータは、電気モータのように、出力インターフェースに接続される。この基本的考えは、電子的制御装置が動作するときに従うプログラムデータを適合させるだけでよいから、ベルトリトラクタの係止機能及び引込み機能をそれぞれの必要条件に適合させることを容易にする。更に、色々なセンサを電子的制御装置の入力インターフェースに接続することができる。該制御装置の出力信号は、係止機構を駆動するときに考慮に入れる。同様に、更なるアクチュエータ又は位置決め装置等を電子的制御装置の出力インターフェースに接続することができ、アクチュエータ等の機能は、電子的制御装置の入力インターフェースを介してポーリングしたすなわち問合わせたセンサ信号に対応して制御される。
【０００６】
好ましい実施の形態において、ベルトリトラクタは、従来の機械的ベルトリトラクタにおける引込めばねの仕事を果たすのみならず、車が衝突する直前に、ベルトウェブにプリテンション力を加えることをも確実にする、電気モータ、特に、サーボモータを備えている。
【０００７】
入力インターフェースに接続されたセンサの１つは、好ましい実施の形態において、好ましくは、回転方向を示す更なる信号と共に、ベルトリールの回転を示すインクレメンタル信号すなわち増分信号を提供する。これらの信号は、加算／減算計数により電子的制御装置によって分析され、ベルトリールの絶対的回転角度、従って、引き出したベルトウェブの長さを決定する。
【０００８】
この好ましい実施の形態において、ベルトリトラクタは、その幾つかは要求されたときにのみ発揮させることのできる次の機能を有している。
チャイルドシート／荷重の保護
ベルトの締結状態の検知
車感知可能にベルトリールを止めること
引込みばね
快適さのための歯車装置
係止されていない背もたれについての阻止
ベルトウェブの感知の阻止
ベルトウェブへのプリテンションの付与
均一なエレクトロメカニカルな基本的思想に基づいて、機能の点にて相違する多数の実施の形態を本発明によるベルトリトラクタ装置に対して提供することができる。この機能は、電子的制御装置の入力インターフェースに接続されたセンサにより、及び制御装置が作用するときに従う消去不能な記憶プログラムにより基本的に決定される。
【０００９】
好ましい実施の形態は、従来のベルトリトラクタにて実現することのできない追加的な機能を提供する。これらの追加的な機能の１つは、臨界的な状況、例えば、完全にブレーキを掛けるときにベルトウェブに用心のため張力を加えることである。高性能の電気モータ駆動装置を使用することにより、２５０Ｎ以上の張力が可能となる。僅か約１２０ｍ秒の緊張時間の間に１２０ｍｍ以上の緊張移動距離が実現可能である。かかるプリテンション機能により、ベルトは事故が生ずる前に、既に撓みを取り、車の搭乗者が負傷する虞れを最小とし且つ従来のベルトテンショナー、特に、火工型ベルトテンショナーの効果を最適なものにする。
【００１０】
また、ベルトウェブのプリテンション機能は、拡張可能な拘束手段（エアバッグ）による負傷の虞れを最小限にし得るように車の搭乗者の着席姿勢を正しく直すためにも使用することができる。
【００１１】
ベルトウェブにプリテンション力を加えた後、再度、通常の運転状態となるとき、ベルトの緊張を逆にすることができる。
他方、ベルトウェブにプリテンション力を加え、その後に解放が為されたならば、ベルトウェブに再度、新たにプリテンション力を加えることが可能である。
【００１２】
好ましい実施の形態において、電気モータは、ベルトリールの側部に取り付けられた歯車に対し歯付きベルトにより連結される。該歯車は、電気モータの駆動ピニオン歯車の直径よりも大きい直径を有する。歯付きベルトは、荷重の関数としてベルトタイトナーの張力下に置かれる。通常の作動時、ベルトの張力は小さく、このため、駆動装置は極めて静粛で且つ低磨耗にて作用する。ベルトウェブを緊張させると、ベルトの張力は増して、歯を飛び越すことなく力を伝達することを確実にする。これと同時に、歯の隙間及び許容公差の点にて最適な釣合い状態が実現される。
【００１３】
採用する電気モータは、低磨耗、ブラシレス４相モータであり、そのバイフィラー（ｂｉｆｉｌａｒ）ステータ巻線は低整流損失を実現するものであることが好ましい。外側ロータを有するモータを使用することで、コンパクトな設計が実現される。外側ロータは、特に、短時間の過荷重作動時、コンパクトな設計に合う、高駆動モーメントを可能にし得るように１４極のネオジム磁気リングを保持することが好ましい。２つのホール効果センサは、ロータの位置、回転方向を示し、これに基づいて、引き出したベルトウェブの長さを示す。
【００１４】
ベルトリトラクタの係止機構は、ベルトリールのフランジにおける孔付きディスクと、リトラクタのフレームにて軸方向に変位可能に取り付けられ且つばね負荷が加えられた掛止めピンとから成っており、該掛止めピンは、ベルトリールの孔付きディスクの穴内に選択的に掛止めされる。掛止めピンが孔付きディスクの穴内にこのように係合することは、穴に隣接する導入傾斜路によって容易となる。掛止めピンは、電磁石により不作動の休止位置に維持されている。不作動の状態にあるとき、掛止めピンはばね負荷により係止位置に動かされる。
【００１５】
ベルトリトラクタの電子的制御装置は、より具体的に次の必要条件を充たす。
モータの整流；
トルクの制御；
過負荷の保護；
ベルトリールの解放の駆動；
全ての快適さ及び安全保護機能の制御；
ベルトリールの絶対的回転角度を介してベルトの実際の引出し長さを連続的に計算すること；
別個に且つ接続した母線（ｂｕｓ）系統（ＣＡＮ）を介して色々な接続されたセンサ信号を入力すること；
アイドルモード及び一体的なＥＥＰＲＯＭを備える高速８ビット制御装置を備えること；
プリント回路板に一体化したステータを備えること。
【００１６】
車の搭乗者拘束装置の好ましい実施の形態において、全てのベルトリトラクタは、同一のエレクトロメカニカルの基本的設計を有し、実質的に、電子的制御装置に記憶させたプログラムデータによりその機能が決定される点のみが相違する。このように、例えば、前側ベルトリトラクタの機能は後側ベルトリトラクタの機能と相違する。全てのベルトリトラクタの電子的制御装置は共通の中央センサに連結することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の更なる特徴及び利点は、一つの好ましい実施の形態の以下の説明及び以下に参照する添付図面から明らかになるであろう。
【００１８】
図１のブロック図は、ネオジム磁気リングを有する外側ロータである電気モータ１０を示す。該外側ロータは、１４極となるような設計であることが好ましい。更に、電気モータ１０は、ブラシレス４相直流モータであり、そのステータ巻線はバイフィラーすなわち２本巻きとして設計されている。外側ロータに隣接して２つのホール効果センサ１２、１４が配置されている。これらのホール効果センサ１２、１４により、外側ロータの回転がインクレメンタルに検知され、その回転方向も同様に検知され、このため、絶対的回転角度を決定することができる。マイクロコンピュータ１６がホール効果センサ１２、１４からの信号のうち、インターフェース１８を介して複数のスイッチング信号を受け取り、また、トランシーバ２０を介してＣＡＮ母線と双方向的に更に接続されている。
【００１９】
マイクロコンピュータ１６への電流の供給は、オンボード電圧ＵBａｔから電圧調節装置２２を介して行われる。マイクロコンピュータ１６は、ドライバ回路２４を介して電気モータ１０のステータ巻線１０ａ、１０ｂに信号を送る。ドライバ回路２４は、ＦＥＴ型の高性能半導体パワースイッチを備えており、このスイッチは、体積抵抗が極めて小さく、従って、プリント回路板に直接取り付けることができる。更なるドライバ回路２６を介して、マイクロコンピュータ１６は電磁石の磁気コイル２８に信号を送り、この信号が以下に説明するベルトリトラクタの掛止機構を作動させる。
【００２０】
ベルトリトラクタは、ベルトリール３２が間に回転可能に取り付けられた平行な脚部を有する実質的にＵ字形のフレーム３０を備えている。フレーム３０内でのベルトリール３２の回転を、係止爪、係止ピン又はこれら要素の幾つかによって荷重支持状態に止めることができる。係止爪又は係止ピンは、電磁石３４により作動される。この電磁石３４は図１に図示した磁気コイル２８を備えている。
【００２１】
歯付きベルトディスク３６はベルトリール３２と、ベルトリールに関して回転しないように接続されている。フレーム３０の脚部の外側部にて、支持プレート３８がベルトリール３２の回転軸の周りで制限された回転を為し得るように取り付けられている。支持プレート３８の回動動作を制限するため、支持プレートには、フレーム３０に固着した２つのピン４２が係合する２つの長円形の穴４０が設けられている。支持プレート３８には支持ピン４４を取り付け、電気モータ１０の外側ロータ４８がこの支持ピンに取り付けられる。ロータは駆動ピニオン歯車４６を備えている。歯付きベルト５０は、歯付きベルトディスク３６及び駆動ピニオン歯車４６に装着されている。歯付きベルト５０の外周縁にて且つ歯付きベルトディスク３６と駆動ピニオン歯車４６との間には、フレーム３０の側脚部に回転可能に取り付けられた緊張プーリー５２がある。フレームの側脚部に設けられたピン５４に固定状態に設けられたばねワイヤー５６は支持プレート３８を圧縮し、支持プレートに対して図４の反時計周り方向トルクを作用させ、これにより、支持プレート３８は図４に図示した回動位置となり、この位置において、緊張プーリー５２は歯付きベルト５０と非係合状態となる。支持プレートは、歯付きベルト５０により伝達される荷重が小さいならば、この回動した位置となる。大きい荷重を受けたとき、歯付きベルト５０の引張り応力に起因しかつばねワイヤー５６に抗するトルクが支持プレート３８に作用する。この引張り応力は、支持プレート３８の回動軸線に対して接線方向への成分を有している。引張り荷重が大きければ大きい程、この成分は増大する。支持プレート３８がばねワイヤー５６が作用する方向と反対方向に回動すると、歯付きベルト５０は緊張プーリー５２の外周と係合し、このため、歯付きベルト５０は伝達された荷重の増大に従って緊張される。
【００２２】
電気モータ１０のステータ５８は、完全な信号を発生する電子的手段と共に、プリント回路板６０に取り付けられている。プリント回路板６０は図１に図示したホール効果センサ１２、１４も備えている。更に、該プリント回路板は、高容量を有し且つエネルギ貯蔵体として機能する少なくとも１つのコンデンサ６２を備えている。プリント回路板６０は、例えば、スタッドボルトによりフレーム３０の側脚部に取り付けられている。
【００２３】
上述したベルトリトラクタの機能は、マイクロコンピュータ１６内で処理された入力信号により及びそのプログラムの記憶装置内で利用可能な状態に保たれたプログラムルーチンによって決定される。このように、エレクトロメカニカル的な同一の基本的設計により、極めて多岐に亙る機能を有するリトラクタを実現することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】ベルトリトラクタの電子的制御装置のブロック図である。
【図２】電気モータ駆動体を含むベルトリトラクタの斜視図的な全体図である。
【図３】図２のベルトリトラクタの分解図である。
【図４】電気モータ駆動体を除去したベルトリトラクタの側面図である。
【図５】駆動ピニオン歯車を備える電気モータの概略図的な軸方向断面図である。
【符号の説明】
１０  電気モータ                １０ａ、１０ｂ  ステータ巻線
１２、１４  ホール効果センサ    １６  マイクロコンピュータ
１８  インターフェース          ２０  トランシーバ
２２  圧力調節装置              ２４、２６  ドライバ回路
２８  磁気コイル                ３０  フレーム
３２  ベルトリール              ３４  電磁石
３６  ベルトディスク            ３８  支持プレート
４０  長円形の穴                ４２  ピン
４４  支持ピン                  ４６  駆動ピニオン歯車
４８  外側ロータ                ５０  歯付きベルト
５２  緊張プーリー              ５６  ばねワイヤー
５８  ステータ                  ６０  プリント回路板
６２  コンデンサ
【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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