JP4137976B2 - シートベルトリトラクタのトーションロッドの動作センサ - Google Patents

Description

本発明は、複数の負荷制限構造体とそれらの動作を監視する複数のセンサを有するシートベルトリトラクタに関する。

シートベルトの、車両の衝突時の負傷を防止または抑制する利点は、衝突の開始を検出する装置を、選択された激しさの衝突の検出に応答してシートベルトを引き締めるシートベルトリトラクタと組み合わせて使用した場合に、大きく高められる。ベルトをベルトスプール上に巻き取ることは「引き込み(retraction)」と呼ばれ、ベルトの巻きを解くことは「引き延ばし(protraction)」として知られている。他の利点が、負荷を制限するトーションロッドを組み込んだシートベルトスプールを用いることによって得られる。負荷を制限するトーションロッドによって、シートベルトウェビングが、負荷が作用している状態でシートベルトスプールから引き出されるようにすることができ、シートベルトに拘束されている車両乗員からエネルギーを吸収するようにすることができる。負荷制限機構は、ベルトに作用する、あるレベルの負荷によって、またはシートベルトが引き延ばされる速度によって作動させられる。通常、負荷制限機構は、シートベルトを巻き取るスプールからシートベルトを引き延ばせるようにする通常の機構をロックすることによって動作する。引き延ばし機構をロックして大きな負荷がシートベルトに作用することによって、車両の構造体または車両の座席に固定されているシートベルトブラケットにシートベルトスプールを接続しているシャフトが変形することになる。

シートベルトの負荷制限機構は、特許文献１に記載されている装置のように、ねじり剪断負荷の作用によって塑性変形することができるシャフトの形態をとるのが普通である。他の複数の種類のエネルギー吸収機構も公知であり、エネルギーを吸収するのに構造体の塑性変形を利用するのが一般的である。

複数のセンサ入力に基づいてエアバッグの展開が有益かどうかを可能な限り判定する様々なアルゴリズムに従って、車両の安全装置が、エアバッグを展開させるべきかどうかを判定し、あるいは、他の安全装置構成が動作する。
米国特許明細書第６０１２６６７号 米国特許明細書第５７３９７５７号

シートベルトプリテンショナの動作は車両の安全装置によって制御され、動作したことがほぼ明白となる火工品機構を作動させることになるのが普通である。しかし、シートベルトウェビングが巻き付けられているシートベルトスプールは、通常の車両でほぼ日常的に発生する可能性がある比較的低いレベルの減速に応答して通常ロックされる。しかし、シートベルトスプールが一旦ロックされると、シートベルトがさらに顕著に繰り出されることによって、負荷を制限するトーションロッドが変形させられる。衝突後、車両は通常修理され、エアバッグは、それが展開している場合、交換されるが、降伏して塑性変形している可能性のある、負荷を制限するトーションロッドを交換する必要があるかどうかは、シートベルトと、シートベルトスプールと、引き込み機構が動作可能に保たれている場合、あまり明白ではない。

必要なのは、安全装置が、負荷を制限するトーションロッドを交換する必要があるかどうかを判定して、交換の必要性が確認された時に車両の運転者に知らせることができるようにするために、負荷を制限するトーションロッドの動作と。それが受けた負荷を監視する方法と装置である。負荷を制限するトーションロッドの動作の監視によって、エアバッグのような他の安全装置を展開するタイミングと力を判定する、安全装置の論理回路に考慮させることができる追加のデータを安全装置に供給することもできる。そのようなセンサによって実現することができる他の機能は、乗員が適切にベルトを装着しているかどうかについてのデータを提供することである。

本発明のシートベルト負荷制限器は、シートベルトリトラクタの一部を形成しているトーションロッドの、弾性的な負荷印加と塑性変形を検出する磁気歪みセンサを用いている。シートベルト負荷制限器には、磁石とコイルが、シートベルトリトラクタの一部を形成している、負荷を制限するトーションロッドの周りに、またはその近くに配置されている。トーションロッドが弾性歪みまたは塑性歪みを生じると、トーションロッドの弾性歪みまたは塑性歪みを検出するのに用いられているコイルに電圧が誘起される。磁気歪みセンサは、信頼性が高く、広い温度範囲で動作する能力を有しており、そのため、車両への使用に適している。

本発明によって、シートベルトウェビングが引き出される時にエネルギーを吸収する負荷制限構造体の歪みを監視する装置であって、シートベルトウェビングの引き出しに応答して変形する、少なくとも一部が強磁性体である少なくとも１つの変形可能な構造体と、少なくとも１つの変形可能な構造体が歪んだ時に少なくとも１つの変形可能な構造体から複数の電磁信号を受け取るように配置されている磁気歪みセンサと、磁気歪みセンサから信号を受け取るようになった車両安全装置と、を有する装置が提供される。

図１から４を参照すると、これらの図において同じ番号は同じ部分を示しており、変形可能なトーションロッド３８の形態の負荷制限器が組み込まれているシートベルトリトラクタ２０が図１に示されている。シートベルトリトラクタ２０は、特許文献１に示されているシートベルトリトラクタと類似しているが、このシートベルトリトラクタ２０は磁気歪みセンサ２２の追加によって修正されている。磁気歪みセンサ２２は図２と３に、より詳細に示されている。磁気歪みセンサ２２は、バイアス用磁石２４を通って延び、２つのコイル３２を形成するように電線３０が周りに巻かれている２つの脚部２８を形成している溝２６を有する円筒状のバイアス用磁石２４を有している。バイアス用磁石２４と、両コイル３２を形成している電線３０はエポキシ層３４によって囲まれており、エポキシ層３４はさらにステンレス鋼製のケース３６によって囲まれている。

磁気歪み効果は、１８４７年にジュールによって最初に発表された。磁気歪み効果は、磁界が存在する状態での、強磁性体の物理的な寸法のわずかな変化を意味している。逆磁気歪み効果として知られている逆の効果によって、強磁性体が歪まされた時に電磁界が発生する。逆磁気歪み効果を利用した受動型センサは、単に、１つまたは２つ以上のコイル３２，６３と、図１に示しているような、負荷を制限するトーションロッド３８などの強磁性体の近くに配置されているバイアス用磁石２４，６６とすることができる。強磁性体が歪まされると、発生した電磁界により、コイル３２または６３によって検出される電圧が発生する。

磁気歪みセンサは、歪みを検出する強磁性体にセンサを接触させなくてもよいという利点を有している。これは、センサが、車両の内部が通常曝される過酷な環境において長期間高い信頼性を持って動作しなければならない車両への使用において重要である。センサをトーションロッド３８の近くに機械的に取り付けることができれば、その機能を保証することができる。歪まされている構造体に接触させなければならない歪みゲージや圧電センサのようなセンサは、車両の環境において信頼性を維持しにくい。

シートベルトリトラクタは、図１から４に示しているように、Ｕ字型のフレーム４０を有している。スプール４２は、フレーム４０上に回転可能に支持されている。スプール４２は中心部分４４と両フランジ４６を有している。ある長さのシートベルトウェビング４８がスプール４２の中心部分４４の周りに巻き付けられている。シートベルトの内側端部がスロット５０内に公知の方法で入れられている。

スプール４２は、特許文献１においてより十分に説明されているように、トーションロッド３８の、スプライン構成５２を有している中心部に連結されており、その結果、トーションロッドが、衝突時に例えば慣性部材５４によって適切にロックされた場合、シートベルトウェビング４８は、トーションロッド３８が降伏して塑性的にねじれることによってのみ、巻きを解き、すなわち引き延ばすことができる。トーションロッド３８は、図１に示しているように、慣性部材５４によってロックすることができる第１の部分５６と、起爆装置によって始動されるアクチュエータ（不図示）によってロックすることができる第２の部分５８を有している。したがって、引き延ばしに対してトーションロッド３８によって発生する抵抗の大きさを、起爆装置の始動によって変化させることができる。

トーションロッド３８の弾性変形または塑性変形を、トーションロッド３８の変形に応答して電圧を発生する磁気歪みセンサ２２によって監視することができる。データ収集を、慣性部材５４の作動、スプールの回転の検出、トーションロッドの回転の検出、または磁気歪みセンサ２２から受け取る信号の大きさによって開始することができる。

磁気歪みセンサ２２の出力は安全装置６０に供給される。安全装置６０は、磁気歪みセンサ２２の出力を処理して、塑性変形が発生したかどうか、および弾性歪みまたは塑性歪みの発生の量と速さを判定することができる。この情報を、例えば、起爆装置によって始動されるアクチュエータ（不図示）を始動してトーションロッド３８の第２の部分５８に係合させることによって、トーションロッド３８の、シートベルトが突出するのに対する抵抗を強めるのに用いることができる。情報は、シートベルトリトラクタが降伏して塑性的に変形しており、したがって交換が必要なことを乗員に警告するために、車両の安全装置６０によって処理し保存することもできる。時間に関してセンサ２２の出力を監視し保存することによって、シートベルトスプール４２が衝突の間に何回転したかを判定することができる。シートベルトスプールの回転数は、衝突の間に引き延ばされたシートベルトの量の直接的な指標である。

衝突の間に引き延ばされたシートベルトの総量は、将来の安全装置を改善することができるようにするために、衝突の規模と車両の安全装置全体の動作を調査するのに利用することができる。そのため、磁気歪みセンサ２２によって出力される様々なパラメータを、実際の衝突事故の工学的な理解を深めるためにデータを収集するブラックボックス／フライトレコーダによって記録されるデータの一部として保存することができる。

磁気歪みセンサから収集された情報は、座席が占領されているのを判定する座席重量センサのような他のセンサと組み合わせて、シートベルトが締められているかどうかを判定するのにも使用することができる。衝突のきわめて初期に、トーションロッド３８は、座席の乗員の、シートベルトに対する負荷によって弾性的に歪む。シートベルトがそのような弾性歪みを生じない場合、シートベルトが締められているとしてもシートベルトによって拘束されていない乗員が居るのを、車両の安全装置の論理回路によって判定できるようにしてもよい。締められたシートベルトが座席の乗員を拘束していないという状況は、シートベルトが乗員の背後で締められている場合に発生する。シートの乗員が拘束されていないという情報は、シートの乗員がベルトを装着していない状況の時にエアバッグの利点を最大限にするように、エアバッグの、早期の展開を開始させるのに用いることができる。エアバッグが２段階圧力式または可変展開圧力式の場合、エアバッグの展開自体を、磁気歪みセンサ２２から受け取る、車両安全装置によって処理された情報に基づいて変化させることができる。

代替の実施形態の磁気歪みセンサ６２は、トーションロッド３８から延びている突出シャフト６４の周りに配置されているコイル６３からなっている。永久磁石６６が、磁気歪みセンサ６２によって発生する信号を強くするためにコイル６３の近くに配置されている。

他の実施形態は、突出シャフト６４、または、開示内容が参照によって本明細書に組み込まれている特許文献２に図示され説明されているように独立した部材とすることができる、強磁性コアの周りの、１つは受動型コイル６３、１つは能動型コイル６８である２つのコイルからなる装置を使用している。能動型コイル６８は、交番応力や振動を強磁性体である突出シャフト６４に生じさせる振動磁界を生成し、受動型コイル６３は強磁性体コアの交番応力によって発生する磁界を検出する。強磁性体の、第１のコイルによって発生する歪みが、強磁性体のトーションロッド３８における応力によって変化させられる。受動型コイル６３は、この変化を検出することができる。

逆磁気歪み効果が、強磁性体を用いることに依存して得られることが分かるが、トーションロッド３８は、ロッドの、被覆やスリーブのような一部だけを、ロッドと被覆やスリーブに歪みが発生した時に電磁波を発生する強磁性体から構成して、主に他の材料から作ることもできる。

非接触・受動型の磁気歪みセンサ、および、代替構成として、シャフトを取り巻いている受動型のセンサまたは能動型の磁気歪みセンサが組み込まれている本発明のシートベルトリトラクタの断面図である。 図１の装置の磁気歪みセンサの斜視図である。 図２の磁気歪みセンサの、一部を破断した斜視図である。 磁気歪みセンサを示す、図１のシートベルトリトラクタの斜視図である。

Claims (7)

1. シートベルトウェビング（４８）が引き出される時にエネルギーを吸収する負荷制限構造体の歪みを監視する装置であって、
   前記シートベルトウェビング（４８）の引き出しに応答して変形する、少なくとも一部が強磁性体である少なくとも１つの変形可能な構造体（３８）と、
   前記少なくとも１つの変形可能な構造体（３８）が歪んだ時に前記少なくとも１つの変形可能な構造体（３８）から電磁信号を受け取るように配置されている磁気歪みセンサ（２２）と、
   前記磁気歪みセンサ（２２）から信号を受け取るようになった車両安全装置（６０）と、
   を有する装置。
2. 前記変形可能な構造体（３８）はシートベルトリトラクタ（２０）の構成部品である、請求項１に記載の装置。
3. 前記少なくとも１つの変形可能な構造体は、前記シートベルトウェビング（４８）が巻き付けられるスプール（４２）が取り付けられているトーションロッド（３８）である、請求項２に記載の装置。
4. 前記磁気歪みセンサ（２２）は、前記トーションロッド（３８）から軸線方向に間隔をおいて配置されている、請求項３に記載の装置。
5. 前記磁気歪みセンサ（２２）は、前記トーションロッド（３８）の一部の周りに配置されているコイルである、請求項３に記載の装置。
6. 前記磁気歪みセンサ（２２）は、検知用コイル（３２，６３）と永久磁石（２４、２６）を有しており、受動型である、請求項１から５のいずれかに記載の装置。
7. 前記磁気歪みセンサ（２２）は、両方が前記少なくとも１つの変形可能な構造体（３８）の周りに配置されている能動型コイル（６８）と受動型コイル（６３）を有している、請求項１から５のいずれかに記載の装置。

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