JP4614414B2 - シートベルトの弛み除去システム - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータを備えたリトラクタを備えたシートベルトの弛み除去システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
シートベルトリトラクタとして、従来使用されてきたゼンマイによる巻き取り機構に代えて、又はゼンマイによる巻き取り機構に加えて、モータを使用した巻き取り機構を有するものが使用され始めている。このようなモータ駆動式シートベルトリトラクタ（以下、単に「モータリトラクタ」と称することがある）においては、従来は、約１２Ｖ又は13.5Ｖの電圧を印加して駆動させるモータを使用したモータリトラクタが用いられていた。このような方式のモータリトラクタの例として、例えば、同一発明者による特願２０００−２２５４２４号に記載されるようなものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このようなモータリトラクタにおいては、衝突等の車両緊急事態が予測されたときに、素早くシートベルトの弛みを吸収し、衝突等の際に火薬式プリテンショナ等の作動を有効化することが求められている。そのためには、シートベルトを巻き取るモータの立ち上がり特性が早いことが要求される。従って、従来のモータリトラクタに使用されているモータにおいても、立ち上がり特性をさらに高めることがより好ましい。
【０００４】
従来のモータリトラクタの起動時にＤＣモータを流れる電流と、時間との関係につき以下に述べる。ＤＣモータは、抵抗ＲとインダクタンスＬとを備えているので、時間Ｔ（ｎ）の時にＤＣモータに流れる電流Ｉ（ｎ）は、下記の式のようになる。
I(n)=(I(n-1)+(E/L)ΔT)/(1+(R/L)ΔT)…▲１▼
ここで、I(n-1)は前回（ΔT時間前）の電流（初期値＝０アンペア（Ａ））であり、単位はＡである。Ｅは印加電圧で単位はＶである。ＬはＤＣモータのインダクタンス成分で単位はＨである。ＲはＤＣモータのインピーダンス成分で単位はΩである。ΔＴはステップ時間、単位は秒である。
【０００５】
作動条件として、Ｅ＝13.5（Ｖ）、Ｌ＝0.23（Ｈ）、Ｒ＝0.45（Ω）、ΔＴ＝0.01（sec）とした場合における、式▲１▼に基づいて計算したＤＣモータの起動開始から１秒経過までの電流Ｉと時間Ｔとの関係をグラフで示すと、図３（ａ）に示した実線のようになる。
【０００６】
この図から、ＤＣモータに流れる電流は、起動開始時から１秒経過するまでなだらかに増加することが分かる。一般的に、ＤＣモータの回転速度および回転トルクは、電流に比例して増加する。
【０００７】
従来の低電圧モータリトラクタの性能特性について、ＤＣモータに流れる電流を初期段階（0.07秒）、中期段階（0.4秒）、および後期段階（１秒）と３つの段階に分けて、以下に説明する。
【０００８】
従来の低電圧モータリトラクタでは、ＤＣモータに流れる電流は、初期段階では、3.81Ａであって、ピーク電流（30Ａ）の約12.7％に過ぎない。この場合、ＤＣモータの回転速度および回転トルクは低く、ベルトを巻き取る能力は比較的小さい。次に、中期段階では、ＤＣモータに流れる電流は最大約16.18Ａであって、ピーク電流の約53.4％に相当する。この場合、ＤＣモータの回転速度および回転トルクは本来の約半分のレベルに達している。次に、後期段階では、ＤＣモータに流れる電流は27.79Ａであって、ピーク電流の約85.6％に相当する。この場合、ＤＣモータの回転速度および回転トルクは大きく、ベルトを巻き取る能力も大きい。
【０００９】
このシミュレーションの結果から分かることは、少なくともＤＣモータが回転速度および回転トルクの最大能力の半分を発揮するまでに、約0.4秒の時間を要することである。
【００１０】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、車両緊急時にシートベルトを巻き取る際に、モータの立ち上がり特性が良く、素早くシートベルトの弛みを吸収できるシートベルトの弛み除去システムを提供することを課題とする。
【００１１】
【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、予め定められた基準電圧により動作するＤＣモータを備え、当該ＤＣモータの発生する駆動力により車両のシートベルトを巻き取るモータリトラクタと、前記基準電圧を出力する電源回路、及び、前記電源回路から出力された前記基準電圧に基づき蓄電動作を実行可能な蓄電用回路を含み、前記基準電圧の電流、若しくは、前記蓄電用回路の蓄電により増圧された電流を、供給可能な電源回路手段と、前記ＤＣモータと前記電源回路手段との間の電気的接続をＯＮ・ＯＦＦ可能なスイッチ手段と、前記車両の緊急状態に係わる状態量を検出するセンサ手段と、前記センサ手段により検出された状態量が所定のしきい値に達した場合は前記蓄電動作を実行し、前記センサ手段により検出された状態量が所定のしきい値に達しない場合は前記蓄電動作を実行しないように、前記蓄電用回路を制御する第１制御手段と、を有することを特徴とする、シートベルトの弛み除去システム（請求項１）である。
前記課題を解決するための第２の手段は、上記第１の手段において、前記センサ手段は、前記状態量として車両のスリップ状態を検出するスリップセンサ、若しくは、前記状態量として他の車両若しくは障害物との距離を検出する距離センサ（請求項２）である。
前記課題を解決するための第３の手段は、予め定められた基準電圧により動作するＤＣモータを備え、当該ＤＣモータの発生する駆動力により車両のシートベルトを巻き取るモータリトラクタと、前記基準電圧を出力する電源回路、及び、前記電源回路から出力された前記基準電圧に基づき蓄電動作を実行可能な蓄電用回路を含み、前記基準電圧の電流、若しくは、前記蓄電用回路の蓄電により増圧された電流を、供給可能な電源回路手段と、前記ＤＣモータと前記電源回路手段との間の電気的接続をＯＮ・ＯＦＦ可能なスイッチ手段と、前記車両に備えられたエアバッグの作動を検出するエアバッグセンサと、前記エアバッグセンサが前記エアバッグの作動を検出した場合は前記蓄電動作を実行するように、前記蓄電用回路を制御する第２制御手段と、を有することを特徴とする、シートベルトの弛み除去システム（請求項３）である。
前記課題を解決するための第４の手段は、予め定められた基準電圧により動作するＤＣモータを備え、当該ＤＣモータの発生する駆動力により車両のシートベルトを巻き取るモータリトラクタと、前記基準電圧を出力する電源回路、及び、前記電源回路から出力された前記基準電圧に基づき蓄電動作を実行可能な蓄電用回路を含み、前記基準電圧の電流、若しくは、前記蓄電用回路の蓄電により増圧された電流を、供給可能な電源回路手段と、前記ＤＣモータと前記電源回路手段との間の電気的接続をＯＮ・ＯＦＦ可能なスイッチ手段と、前記車両に備えられた火薬式プリテンショナの作動を検出するプリテンショナセンサと、前記プリテンショナセンサが前記火薬式プリテンショナの作動を検出した場合は前記蓄電動作を実行するように、前記蓄電用回路を制御する第３制御手段と、を有することを特徴とする、シートベルトの弛み除去システム（請求項４）である。
【００１２】
本手段においては、緊急時弛み除去機能の動作時における前記モータの起動時に、前記モータに印加する電圧を昇圧することができるので、モータの起動時に高電圧を印加し、インダクタンスに起因する電流の立ち上がり特性を補償すると共に、加速に必要なトルク分に対応する電流を、多めに流すことができる。よって、モータの立ち上がり特性が改善され、シートベルトを急激に巻き取って、弛みを急速に解消することが可能となる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、図中、各構成成分の大きさ、形状および配置関係は、この発明が理解できる程度に概略的に示してあるにすぎず、また、以下に説明する数値的条件は単なる例示にすぎないことを理解されたい。
【００２０】
図１は、本発明に係るモータリトラクタの駆動システムの全体を概念的に示した図である。図２は、本発明に係るモータリトラクタの駆動システムを構成する回路図である。
【００２１】
式▲１▼から分かるように、ＤＣモータ１に流れる電流Ｉは電圧Ｅが大きくなるにつれて大きくなる。よって、下記のように起動時のみ高い電圧を供給する昇圧回路３を追加し、起動時のＤＣモータ１の回転力を高める。昇圧回路３は、常時ＤＣモータ１に印加される電圧よりも高い電圧Ｖｂｓｔでコンデンサを充電しておき、ＤＣモータ１の起動時に充電された電流をＤＣモータ１に供給するものである。
【００２２】
昇圧回路３の電力の供給能力は、その容量をＣ（Ｆ）、電圧をＶ（Ｖ）、供給電圧をＩ（Ａ）、ステップ時間をΔＴ(sec)とすれば
Ｃ×Ｖ＝Ｉ×ΔＴ…………▲２▼
となる。
式▲２▼より、昇圧回路３の出力電圧は、
V(n)=(C×V(N-1)-(I(n)+I(n-1))/2×ΔT)/C…▲３▼
となる。
【００２３】
作動条件として、昇圧回路３を充電しておく昇圧電圧Ｖｂｓｔ＝８０Ｖ、昇圧回路３の容量Ｃ＝0.01Ｆとし、この作動条件で式▲３▼を用いて、昇圧回路３を設けた場合の起動時にＤＣモータ１を流れる電流Ｉと時間Ｔとの関係をグラフで示すと、図３に示した点線のようになる。ただし、ＤＣモータ１のインダクタンスと抵抗は従来技術の欄に示したものと同じである。この図３から明らかなように、従来技術で示した初期段階、中期段階、後期段階において、初期段階では、最高16.60Ａ（電流上限値30Ａの55.3％）、中期段階では最高22.93Ａ（最流電流上限値30Ａの76.4％）、後期段階では、最高27.79Ａ（電流上限値30Ａの92.6％）に達している。
【００２４】
即ち、本発明に係る発明のモータリトラクタにおいては従来の低電圧モータリトラクタと比較して、ＤＣモータを流れる電流値の立ち上がり特性は、初期段階で42.6％上昇、中期段階で23.0％上昇、後期段階で７％上昇していることが分かる。
【００２５】
この結果から、昇圧回路３がない場合と比較して初期段階から後期段階の電流値の立ち上がり特性（すなわちトルクの立ち上がり特性）が大幅に向上していることが分かる。特に、初期段階の電流値の立ち上がり特性の向上が顕著である。このシュミュレーションの結果から、ＤＣモータの起動時の回転速度および回転トルクの向上が期待できる。
【００２６】
次に、図１を参照して、本発明に係るモータリトラクタの構成について具体的に説明する。
【００２７】
図１に示すように、本発明に係るモータリトラクタの駆動システムは、低電圧（約13.5Ｖ）で駆動するＤＣモータ１を備えたモータリトラクタ２と、車両の様々な状態を検知する各種センサー２７と、各種センサー２７からの信号を受信して電源回路５、昇圧回路３、およびモータコントローラ９の動作を制御する制御回路７と、制御回路７からの制御信号を受けて作動し、ＤＣモータ１に印加される電圧を短時間だけ昇圧する本発明の特徴部である昇圧回路３と、制御回路７からオン・オフ制御するための制御信号を受けてＤＣモータ１に所定の電圧を印加する電源回路５と、制御回路７からの制御信号を受けてＤＣモータ１を駆動制御するモータコントローラ９と、を備えている。
【００２８】
ここで各種センサー２７とは、例えば図１に示すように、車両速度センサー１１、急ブレーキセンサー１３、車両挙動センサー１５、スリップ検知センサー１７、車間距離（障害物）距離センサー１９、エアバッグセンサー２１、プリテンショナーセンサー２３等である。
【００２９】
本発明に係る作動システムで、構成上の最大の特徴は、電源回路５に加えて昇圧回路３を設けた点にある。また、ここで用いるモータリトラクタを構成するＤＣモータ１およびモータリトラクタ２の機械的な機構は、従来のモータリトラクタと基本的に同じである。
【００３０】
次に、図２を参照して本発明に係る駆動システムの回路構成を説明する。図１で説明した電源回路５は、図２において二点鎖線で囲まれた領域内の回路に相当する。詳しくは、電源回路５は、13.5Ｖの電源電圧が印加された電源６の接続点Ａから接続点Ｂに電気的に接続され、接続点ＢからダイオードＤ１を介して接続点Ｃに電気的に接続され、接続点Ｃから接続点Ｄに電気的に接続されている。なお、ダイオードＤ１は、接続点Ｂから接続点Ｃへの一方向にのみ電流を通すように接続されている。
【００３１】
図１で説明した昇圧回路３は、図２において一点鎖線で囲まれた領域内の回路に相当する。すなわち、昇圧回路３は、電源回路５と並列に電気的に接続されている。昇圧回路３は、ＤＣ−ＤＣコントローラ２５と、電界効果トランジスタＴｒと、コンデンサＣ１と、ダイオードＤ２，Ｄ３と、コイルＬから構成されている。
【００３２】
ＤＣ−ＤＣコントローラ２５は、電界効果トランジスタＴｒを反復的にオン（ＯＮ）・オフ（ＯＦＦ）動作させるようにゲート電圧を所定のパルス幅を有するパルス波に変換するスイッチトドライブ端子ＬＬと、接続点Ｇにおける電圧をサンプリングするための電圧サンプリング端子Ｍと、制御回路７からＤＣ−ＤＣコントローラ２５をオン（ＯＮ）或いはオフ（ＯＦＦ）する制御信号を入力するためのコントロール端子Ｎと、を備えている。
【００３３】
ＤＣ−ＤＣコントローラ２５は、電圧サンプリング端子Ｍに入力された接続点Ｇのサンプリング電圧が所定のしきい値（ここでは、８０Ｖ）に達しない場合に、電界効果トランジスタＴｒを反復的にオン（ＯＮ）・オフ（ＯＦＦ）動作させるようにゲート電圧を所定のパルス幅を有するパルス波に変換するように構成されている。このパルス状のゲート電圧は、電界効果トランジスタＴｒをオン（ＯＮ）するしきい値よりも高い電圧とこのしきい値よりも低い電圧との間を反復的に往復する。
【００３４】
このパルス状のゲート電圧は、パルス状にスイッチトドライブ端子ＬＬから出力され、電界効果トランジスタＴｒのゲート端子に入力されるように構成されている。一方、接続点Ｇのサンプリング電圧が所定のしきい値に達した場合に、電界効果トランジスタＴｒをオン（ＯＮ）・オフ（ＯＦＦ）する動作を中止するように構成されている。
【００３５】
コントロール端子Ｍは、ＤＣ−ＤＣコントローラ２５が故障したときに制御回路７にエラー信号を出力するように構成されている。このエラー信号を制御回路７が受信したら、図示しない各種報知手段を用いて故障の発生を乗員に報知するように構成されている。
【００３６】
以下、昇圧回路３のみの接続関係の詳細につき説明する。図２に示すように、電源回路５の一接続点である接続点ＢからコイルＬを介して接続点Ｆに電気的に接続されている。接続点ＦからダイオードＤ２を介して接続点Ｇに電気的に接続されている。接続点Ｇから接続点Ｈに電気的に接続され、接続点ＨからダイオードＤ３を介して接続点Ｃに電気的に接続されている。
【００３７】
なお、ダイオードＤ２は、接続点Ｆから接続点Ｇへ一方向にのみ電気を通すように接続されている。また、ダイオードＤ３は、接続点Ｈから接続点Ｃへ一方向にのみ電気を通すように接続されている。
【００３８】
接続点Ｆには、電界効果トランジスタＴｒのドレイン端子が電気的に接続されていて、ソース端子はグランドＧＮＤにアースされている。また、電界効果トランジスタＴｒのゲート端子は、ＤＣ−ＤＣコントローラ２５の接続点ＬＬに電気的に接続されていて、接続点Ｍは、接続点Ｇと電気的に接続されている。
【００３９】
コンデンサＣ１は二枚の極板から構成され、一方の極板は、接続点Ｈに電気的に接続され、他方の極板はグランドＧＮＤにアースされている。
【００４０】
図１で説明したモータコントローラ９は、図２の符号９に相当する。モータコントローラ９は、接続点Ｄと接続点Ｅとの電気的接続関係をオン（ＯＮ）或いはオフ（ＯＦＦ）するためのスイッチであって、制御回路７から出力された制御信号を受けて作動するように構成されている。モータコントローラ９の接続点Ｄは、電源回路５の接続点Ｃと電気的に接続されている。
【００４１】
図１で説明したＤＣモータは、符号１に相当する。このＤＣモータ１は、２つの端子を備えていて、一方の端子は接続点Ｅと電気的に接続されていて、他方の端子は、グランドＧＮＤにアースされている。ＤＣモータ１は、モータリトラクタの図示しないスプールと連動してベルトの巻き込み力を発生する。
【００４２】
次に、図２および図４、図５を参照して、このように構成された駆動システムを用いて駆動するモータリトラクタの動作につき説明する。なお、図４、図５は本来は１つの図であるが、明瞭に判読できるようにするため２つに分割したものである。車両の運転開始と共に、制御回路７から電源６をオン（ＯＮ）させる指令信号が出力され、例えば13.5Ｖの電源電圧が電源回路５内に生じる。
【００４３】
この場合、モータコントローラ９は、制御回路７からの出力信号を受けてオフの状態に設定されていて、ＤＣモータ１を駆動できない。車両の走行に伴い、各種センサー２７により、走行中の車両の状態に関する様々な情報が制御回路７に送られる（図４、図５のＳ１，Ｓ２０，Ｓ１９，Ｓ１８，Ｓ２１，Ｓ２２参照）。
【００４４】
例えば、車両速度、車両挙動、スリップ、車・障害物間距離、エアバッグ作動、プリテンショナ作動等の情報が、制御回路７に送られる（図４、図５のＳ１，Ｓ２０，Ｓ１９，Ｓ１８，Ｓ２１，Ｓ２２参照）。
【００４５】
次に、それぞれのセンサーから送られてくる信号がそれぞれ予め設定されたしきい値に達するかどうかが判断される（図４、図５のＳ２，Ｓ２４，Ｓ２５，Ｓ２６参照）。例えば車両速度センサー１１の場合は、車両速度信号がしきい値に達したら（Ｓ２）（Yes）、次に、ブレーキ踏み込み速度（Ｓ３）がしきい値に達しているかどうか判断する（Ｓ４）。ここで、ブレーキ踏み込み速度（Ｓ３）がしきい値に達していれば（Yes）、次に車両Ｇ（車両の重力加速度に対比した車両加速度）（Ｓ５）がしきい値に達しているかどうか判断する（Ｓ６１）。
【００４６】
ここで、車両Ｇ（Ｓ５）がしきい値に達していれば（Ｙｅｓ）、制御回路７からＤＣ−ＤＣコントローラ２５に対し電界効果トランジスタＴｒを反復的にオン・オフ制御するパルス波発生指令信号を出力し、接続点Ｇの電圧が予め設定された所定のしきい値電圧、例えば８０Ｖに達するまで、電界効果トランジスタＴｒのオン・オフの反復動作は継続される。
【００４７】
この場合、電界効果トランジスタＴｒのオン動作によって、接続点ＦとグランドＧＮＤとが電気的に導通され、オフ動作によって接続点ＦとグランドＧＮＤとが非導通状態となる。この動作が繰り返される度に、コイルＬに逆起電力が発生して、接続点Ｆの電位が上昇し、ダイオードＤ２を通過して接続点Ｈに電気的に接続されたコンデンサＣ１に蓄電されていく。こうして、接続点Ｇがしきい電圧８０Ｖに達すると、ＤＣ−ＤＣコントローラ７２５は、電界効果トランジスタＴｒをオフ（ＯＦＦ）するように接続点Ｌからゲート電圧が印加され、接続点Ｇは８０Ｖの電位に保たれる。（以上の動作を蓄電動作と呼ぶことがある。）
【００４８】
次に、モータコントローラ９をオンに切り替えると、蓄電されたコンデンサＣ１によって、接続点Ｃの電位は８０Ｖに昇圧されているので、コンデンサＣ１の両極板の電位差が８０Ｖから13.5ＶになるまでコンデンサＣ１から電流が放出される。このため、モータ駆動開始初期において一時的に高電流がＤＣモータ１を流れる。その結果、ＤＣモータ１における電流値の立ち上がり特性が向上し、モータ駆動時のＤＣモータ１の回転速度および回転トルクが上昇する。よって、ベルトのスラッグ（弛み）除去がより高速に行える。この動作を前プリテンションと呼ぶことがあるが、これは、従来の火薬式プリテンショナの作動に先だって、ベルトのスラッグを除去する動作を意味する（特許請求の範囲の「緊急弛み除去機能」の１種に相当する）。
【００４９】
しかし、いずれかの段階で、しきい値に達しなかった場合（No）は、モータコントローラ９は、オフ（ＯＦＦ）状態のままであり（図４、図５のＳ２，Ｓ４，Ｓ６１参照）、ＤＣモータ１は回転しない。
【００５０】
次に、タイマーによる時間測定（Ｓ８）によって、ＤＣモータ１の回転開始から計測して所定のしきい時間に達したら（Ｓ８）、制御回路７によってモータコントローラ９をオフ状態に切り替えて、ＤＣモータ１の回転を停止する（Ｓ９）。
【００５１】
ついで、車両速度あるいは車両Ｇあるいは経過時間をセンサーによって測定し、これらのいずれかが所定のしきい値に達していれば（Yes）、ＤＣモータ１をベルトの巻き取り動作を再びさせて、ベルトのスラッグを除去し、前プリテンション動作を行う。
【００５２】
次いで、エンドロック防止（危険状態回避後又は衝突後でも、ベルトのロックが解除されず、乗員が拘束状態から開放されない現象を防止する）のためにＤＣモータ１を僅かに逆転させてモータコントローラ９をオフ状態に切り替える。
【００５３】
また、例えば車両挙動センサー１５の場合（Ｓ２０）は、車両挙動信号が、しきい値に達すれば（Ｓ２４）（Ｙｅｓ）、蓄電動作をさせてコンデンサＣ１に蓄電させる（Ｓ６）。ついで、モータコントローラ９をオン（ＯＮ）に切り替えて、ＤＣモータ１をベルトの巻き取り動作をさせて（Ｓ７）、ベルトのスラッグを除去し、前ブリテンション動作を行う。その後は、先に説明したステップＳ８以降の動作を行う。
【００５４】
ここで、しきい値に達していない場合は（No）、蓄電動作をせずに、モータコントローラ９をオン状態に切り替えてＤＣモータ１を駆動する（Ｓ７）。その後は、既に説明したステップＳ８以降の動作と同じである。
【００５５】
また、例えばスリップ検知センサー１７の場合（Ｓ１９）は、所定のしきい値に達すれば（Ｓ２５のYes）、蓄電動作をさせてコンデンサＣ１に蓄電させる（Ｓ６）。ついで、モータコントローラ９をオン（ＯＮ）に切り替えて、ＤＣモータ１をベルトの巻き取り動作をさせて（Ｓ７）、ベルトのスラッグを除去し、前ブリテンション動作を行う。その後は、先に説明したステップＳ８以降の動作を行う。
【００５６】
ここで、しきい値に達していなかったならば（No）、蓄電動作をせずに、モータコントローラ９をオン状態に切り替えてＤＣモータ１を駆動する（Ｓ７）。その後は、既に説明したステップＳ８以降の動作と同じである。
【００５７】
このように構成すれば、スリップ状態が軽度の場合（Ｎｏ）は、蓄電動作を行わない前プリンテション動作を行うので、無駄な電力消費を省くことができる。
【００５８】
車・障害物間距離センサーの場合は、所定のしきい値に達すれば（Ｓ２６）、蓄電動作をさせてコンデンサＣ１に蓄電させる（Ｓ６）。ついで、モータコントローラ９をオン（ＯＮ）に切り替えて、ＤＣモータ１をベルトの巻き取り動作をさせて（Ｓ７）、ベルトのスラッグを除去し、前ブリテンション動作を行う。その後は、先に説明したステップＳ８以降の動作を行う。
【００５９】
ここで、しきい値に達していない状態であれば（No）、蓄電動作をせずに、モータコントローラ９をオン状態に切り替えてＤＣモータ１を駆動する（Ｓ７）。その後は、既に説明したステップＳ８以降の動作と同じである。
【００６０】
このように構成すれば、車・障害物間距離がしきい値に達していない場合は（No）、蓄電動作を行わない前プリンテション動作で対応できるので、無駄な電力消費を省くことが可能となる。
【００６１】
エアバッグセンサーの場合は、制御回路７がエアバッグ作動信号を受信して（Ｓ２１）、蓄電操作を行い、コンデンサＣ１に蓄電させる（Ｓ６）。ついで、モータコントローラ９をオン（ＯＮ）に切り替えて、ＤＣモータ１をベルトの巻き取り動作をさせて（Ｓ７）、ベルトのスラッグを除去し、前ブリテンション動作を行う。その後は、先に説明したステップＳ８以降の動作を行う。
【００６２】
このように構成すれば、エアバッグの展開と同時に蓄電動作を行い、モータコントローラ９をオン（ＯＮ）に切り替えて、ＤＣモータ１をベルトの巻き取り動作をさせて（Ｓ７）、ベルトのスラッグを除去し、前プリテンション動作を行うことができる。
【００６３】
プリテンショナーセンサーの場合は、制御回路７がプリテンショナ作動信号を受信して（Ｓ２２）、蓄電動作を行い、コンデンサＣ１に蓄電させる（Ｓ６）。ついで、モータコントローラ９をオン（ＯＮ）に切り替えて、ＤＣモータ１をベルトの巻き取り動作をさせて（Ｓ７）、ベルトのスラッグを除去し、前プリテンション動作を行う。その後は、先に説明したステップＳ８以降の動作を行う。
【００６４】
このように電源回路５に昇圧回路３を設ければ、低電圧モータリトラクタであっても、駆動開始初期段階において昇圧回路３によりＤＣモータ１に負荷される電圧を一時的に昇圧することが可能となり、ＤＣモータ１のベルトの初期巻き取り能力を更に向上することが可能となる。
【００６５】
なお、この実施の形態では、車両の緊急状態に応じて蓄電動作を行う場合と行わない場合とに分けて制御しているが、特にこれに限定するものではなく、例えば全ての前プリテンション動作において蓄電動作を行うようにしても構わない。
【００６６】
また、この実施の形態では、蓄電動作は、各種しきい値に達した段階で行うようにしている。しかし、蓄電動作に時間がかかり過ぎるため、緊急状態に対応できない場合もあり得る。そのような場合は、前プリテンション動作に先だって必ず蓄電動作を行うようにして、蓄電動作を行わない前プリテンション動作は削除しても構わない。
【００６７】
また、他の変形例としては、昇圧回路を電源回路に接続した端子と接続しない端子とを切り替えできるスイッチを接続点Ｃの位置に設け、各種センサーからの信号が各種しきい値に達する場合と達しない場合とに分けて、制御回路７がこのスイッチとモータコントローラ９とを切り替え制御できるように構成しても構わない。このように構成すれば、予め蓄電動作を済ませておき、実際に昇圧回路と電源回路とを接続させるかどうかを選択できるので、蓄電された電流を放出する前プリテンション動作と蓄電された電流を放出しない前プリテンション動作とを状況に応じて使い分けることができる。
【００６８】
また、この実施の形態では、例えば電源電圧13.5Ｖの比較的低電圧で駆動するモータリトラクタを用いて説明したが、特に低電圧モータリトラクタに限定されるものではなく、例えば高電圧モータを用いたリトラクタに昇圧回路を設けて使用しても構わない。このように構成すれば、高電圧モータリトラクタの電流値の立ち上がり特性をより向上することが可能となり、高電圧モータリトラクタのモータ起動時の回転速度および回転トルクの性能向上を図ることができる。または、ＤＣモータに対しモータ起動時のみに高電圧を負荷することによって、前ブリテンション動作の初期段階で最も強力なベルト巻き取り動作を行い、より高速のスラッグ除去を行うことが可能となる。
【００６９】
なお、本発明における昇圧回路は、実施の形態で説明した回路構成に限定されるものではなく、昇圧回路として機能するものであれば、どのような回路構成でも構わない。
【００７０】
また、以上の実施の形態においては、図２において、電源６と昇圧回路３とを、回り込み防止ダイオードを介して接続点Ｃで接続しているが、切替スイッチにより接続し、どちらかの出力を選択してＤＣモータに供給するようにしてもよい。
【００７１】
さらに、以上の実施の形態においては、スイッチング回路とコイルを用いたパルス昇圧回路を介してコンデンサを充電することにより高圧を作り出していたが、高電圧の電源回路を別に設けることによって昇圧された電圧を作り出してもよい。すなわち、特許請求の範囲でいう「昇圧回路」とは、モータに印加される電圧を、通常印加される電圧より高い電圧にするものであればよく、その方式はどのようなものであってもよい。
【００７２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、車両緊急時が予測され、シートベルトを巻き取る際に、モータの立ち上がり特性が良いため、素早くシートベルトの弛みを吸収できる。それによりプリテンショナ等の作動をより効果的にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の１例であるモータリトラクタの駆動システムの全体を概念的に示した図である。
【図２】本発明の実施の形態の１例であるモータリトラクタの駆動システムを構成する回路図である。
【図３】本発明の実施の形態の１例であるモータリトラクタの駆動システムと従来のモータリトラクタ駆動システムにおける電流値の立ち上がり特性を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態の１例であるモータリトラクタの駆動システムの作動フローを示したフローチャートの一部である。
【図５】本発明の実施の形態の１例であるモータリトラクタの駆動システムの作動フローを示したフローチャートの一部である。
【符号の説明】
１：ＤＣモータ、２：モータリトラクタ、３：昇圧回路、５：電源回路、６：電源、７：制御回路、９：モータコントローラ、１１：車両速度センサー、１３：急ブレーキセンサー、１５：車両挙動センサー、１７：スリップ検知センサー、１９：車間距離（障害物）距離センサー、２１：エアバッグセンサー、２３：プリテンショナーセンサー、２５：ＤＣ−ＤＣコントローラ、２７：各種センサー
【発明の属する技術分野】
本発明は、モータを備えたリトラクタを備えたシートベルトの弛み除去システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
シートベルトリトラクタとして、従来使用されてきたゼンマイによる巻き取り機構に代えて、又はゼンマイによる巻き取り機構に加えて、モータを使用した巻き取り機構を有するものが使用され始めている。このようなモータ駆動式シートベルトリトラクタ（以下、単に「モータリトラクタ」と称することがある）においては、従来は、約１２Ｖ又は13.5Ｖの電圧を印加して駆動させるモータを使用したモータリトラクタが用いられていた。このような方式のモータリトラクタの例として、例えば、同一発明者による特願２０００−２２５４２４号に記載されるようなものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
このようなモータリトラクタにおいては、衝突等の車両緊急事態が予測されたときに、素早くシートベルトの弛みを吸収し、衝突等の際に火薬式プリテンショナ等の作動を有効化することが求められている。そのためには、シートベルトを巻き取るモータの立ち上がり特性が早いことが要求される。従って、従来のモータリトラクタに使用されているモータにおいても、立ち上がり特性をさらに高めることがより好ましい。
【０００４】
従来のモータリトラクタの起動時にＤＣモータを流れる電流と、時間との関係につき以下に述べる。ＤＣモータは、抵抗ＲとインダクタンスＬとを備えているので、時間Ｔ（ｎ）の時にＤＣモータに流れる電流Ｉ（ｎ）は、下記の式のようになる。
I(n)=(I(n-1)+(E/L)ΔT)/(1+(R/L)ΔT)…▲１▼
ここで、I(n-1)は前回（ΔT時間前）の電流（初期値＝０アンペア（Ａ））であり、単位はＡである。Ｅは印加電圧で単位はＶである。ＬはＤＣモータのインダクタンス成分で単位はＨである。ＲはＤＣモータのインピーダンス成分で単位はΩである。ΔＴはステップ時間、単位は秒である。
【０００５】
作動条件として、Ｅ＝13.5（Ｖ）、Ｌ＝0.23（Ｈ）、Ｒ＝0.45（Ω）、ΔＴ＝0.01（sec）とした場合における、式▲１▼に基づいて計算したＤＣモータの起動開始から１秒経過までの電流Ｉと時間Ｔとの関係をグラフで示すと、図３（ａ）に示した実線のようになる。
【０００６】
この図から、ＤＣモータに流れる電流は、起動開始時から１秒経過するまでなだらかに増加することが分かる。一般的に、ＤＣモータの回転速度および回転トルクは、電流に比例して増加する。
【０００７】
従来の低電圧モータリトラクタの性能特性について、ＤＣモータに流れる電流を初期段階（0.07秒）、中期段階（0.4秒）、および後期段階（１秒）と３つの段階に分けて、以下に説明する。
【０００８】
従来の低電圧モータリトラクタでは、ＤＣモータに流れる電流は、初期段階では、3.81Ａであって、ピーク電流（30Ａ）の約12.7％に過ぎない。この場合、ＤＣモータの回転速度および回転トルクは低く、ベルトを巻き取る能力は比較的小さい。次に、中期段階では、ＤＣモータに流れる電流は最大約16.18Ａであって、ピーク電流の約53.4％に相当する。この場合、ＤＣモータの回転速度および回転トルクは本来の約半分のレベルに達している。次に、後期段階では、ＤＣモータに流れる電流は27.79Ａであって、ピーク電流の約85.6％に相当する。この場合、ＤＣモータの回転速度および回転トルクは大きく、ベルトを巻き取る能力も大きい。
【０００９】
このシミュレーションの結果から分かることは、少なくともＤＣモータが回転速度および回転トルクの最大能力の半分を発揮するまでに、約0.4秒の時間を要することである。
【００１０】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、車両緊急時にシートベルトを巻き取る際に、モータの立ち上がり特性が良く、素早くシートベルトの弛みを吸収できるシートベルトの弛み除去システムを提供することを課題とする。
【００１１】
【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、予め定められた基準電圧により動作するＤＣモータを備え、当該ＤＣモータの発生する駆動力により車両のシートベルトを巻き取るモータリトラクタと、前記基準電圧を出力する電源回路、及び、前記電源回路から出力された前記基準電圧に基づき蓄電動作を実行可能な蓄電用回路を含み、前記基準電圧の電流、若しくは、前記蓄電用回路の蓄電により増圧された電流を、供給可能な電源回路手段と、前記ＤＣモータと前記電源回路手段との間の電気的接続をＯＮ・ＯＦＦ可能なスイッチ手段と、前記車両の緊急状態に係わる状態量を検出するセンサ手段と、前記センサ手段により検出された状態量が所定のしきい値に達した場合は前記蓄電動作を実行し、前記センサ手段により検出された状態量が所定のしきい値に達しない場合は前記蓄電動作を実行しないように、前記蓄電用回路を制御する第１制御手段と、を有することを特徴とする、シートベルトの弛み除去システム（請求項１）である。
前記課題を解決するための第２の手段は、上記第１の手段において、前記センサ手段は、前記状態量として車両のスリップ状態を検出するスリップセンサ、若しくは、前記状態量として他の車両若しくは障害物との距離を検出する距離センサ（請求項２）である。
前記課題を解決するための第３の手段は、予め定められた基準電圧により動作するＤＣモータを備え、当該ＤＣモータの発生する駆動力により車両のシートベルトを巻き取るモータリトラクタと、前記基準電圧を出力する電源回路、及び、前記電源回路から出力された前記基準電圧に基づき蓄電動作を実行可能な蓄電用回路を含み、前記基準電圧の電流、若しくは、前記蓄電用回路の蓄電により増圧された電流を、供給可能な電源回路手段と、前記ＤＣモータと前記電源回路手段との間の電気的接続をＯＮ・ＯＦＦ可能なスイッチ手段と、前記車両に備えられたエアバッグの作動を検出するエアバッグセンサと、前記エアバッグセンサが前記エアバッグの作動を検出した場合は前記蓄電動作を実行するように、前記蓄電用回路を制御する第２制御手段と、を有することを特徴とする、シートベルトの弛み除去システム（請求項３）である。
前記課題を解決するための第４の手段は、予め定められた基準電圧により動作するＤＣモータを備え、当該ＤＣモータの発生する駆動力により車両のシートベルトを巻き取るモータリトラクタと、前記基準電圧を出力する電源回路、及び、前記電源回路から出力された前記基準電圧に基づき蓄電動作を実行可能な蓄電用回路を含み、前記基準電圧の電流、若しくは、前記蓄電用回路の蓄電により増圧された電流を、供給可能な電源回路手段と、前記ＤＣモータと前記電源回路手段との間の電気的接続をＯＮ・ＯＦＦ可能なスイッチ手段と、前記車両に備えられた火薬式プリテンショナの作動を検出するプリテンショナセンサと、前記プリテンショナセンサが前記火薬式プリテンショナの作動を検出した場合は前記蓄電動作を実行するように、前記蓄電用回路を制御する第３制御手段と、を有することを特徴とする、シートベルトの弛み除去システム（請求項４）である。
【００１２】
本手段においては、緊急時弛み除去機能の動作時における前記モータの起動時に、前記モータに印加する電圧を昇圧することができるので、モータの起動時に高電圧を印加し、インダクタンスに起因する電流の立ち上がり特性を補償すると共に、加速に必要なトルク分に対応する電流を、多めに流すことができる。よって、モータの立ち上がり特性が改善され、シートベルトを急激に巻き取って、弛みを急速に解消することが可能となる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。なお、図中、各構成成分の大きさ、形状および配置関係は、この発明が理解できる程度に概略的に示してあるにすぎず、また、以下に説明する数値的条件は単なる例示にすぎないことを理解されたい。
【００２０】
図１は、本発明に係るモータリトラクタの駆動システムの全体を概念的に示した図である。図２は、本発明に係るモータリトラクタの駆動システムを構成する回路図である。
【００２１】
式▲１▼から分かるように、ＤＣモータ１に流れる電流Ｉは電圧Ｅが大きくなるにつれて大きくなる。よって、下記のように起動時のみ高い電圧を供給する昇圧回路３を追加し、起動時のＤＣモータ１の回転力を高める。昇圧回路３は、常時ＤＣモータ１に印加される電圧よりも高い電圧Ｖｂｓｔでコンデンサを充電しておき、ＤＣモータ１の起動時に充電された電流をＤＣモータ１に供給するものである。
【００２２】
昇圧回路３の電力の供給能力は、その容量をＣ（Ｆ）、電圧をＶ（Ｖ）、供給電圧をＩ（Ａ）、ステップ時間をΔＴ(sec)とすれば
Ｃ×Ｖ＝Ｉ×ΔＴ…………▲２▼
となる。
式▲２▼より、昇圧回路３の出力電圧は、
V(n)=(C×V(N-1)-(I(n)+I(n-1))/2×ΔT)/C…▲３▼
となる。
【００２３】
作動条件として、昇圧回路３を充電しておく昇圧電圧Ｖｂｓｔ＝８０Ｖ、昇圧回路３の容量Ｃ＝0.01Ｆとし、この作動条件で式▲３▼を用いて、昇圧回路３を設けた場合の起動時にＤＣモータ１を流れる電流Ｉと時間Ｔとの関係をグラフで示すと、図３に示した点線のようになる。ただし、ＤＣモータ１のインダクタンスと抵抗は従来技術の欄に示したものと同じである。この図３から明らかなように、従来技術で示した初期段階、中期段階、後期段階において、初期段階では、最高16.60Ａ（電流上限値30Ａの55.3％）、中期段階では最高22.93Ａ（最流電流上限値30Ａの76.4％）、後期段階では、最高27.79Ａ（電流上限値30Ａの92.6％）に達している。
【００２４】
即ち、本発明に係る発明のモータリトラクタにおいては従来の低電圧モータリトラクタと比較して、ＤＣモータを流れる電流値の立ち上がり特性は、初期段階で42.6％上昇、中期段階で23.0％上昇、後期段階で７％上昇していることが分かる。
【００２５】
この結果から、昇圧回路３がない場合と比較して初期段階から後期段階の電流値の立ち上がり特性（すなわちトルクの立ち上がり特性）が大幅に向上していることが分かる。特に、初期段階の電流値の立ち上がり特性の向上が顕著である。このシュミュレーションの結果から、ＤＣモータの起動時の回転速度および回転トルクの向上が期待できる。
【００２６】
次に、図１を参照して、本発明に係るモータリトラクタの構成について具体的に説明する。
【００２７】
図１に示すように、本発明に係るモータリトラクタの駆動システムは、低電圧（約13.5Ｖ）で駆動するＤＣモータ１を備えたモータリトラクタ２と、車両の様々な状態を検知する各種センサー２７と、各種センサー２７からの信号を受信して電源回路５、昇圧回路３、およびモータコントローラ９の動作を制御する制御回路７と、制御回路７からの制御信号を受けて作動し、ＤＣモータ１に印加される電圧を短時間だけ昇圧する本発明の特徴部である昇圧回路３と、制御回路７からオン・オフ制御するための制御信号を受けてＤＣモータ１に所定の電圧を印加する電源回路５と、制御回路７からの制御信号を受けてＤＣモータ１を駆動制御するモータコントローラ９と、を備えている。
【００２８】
ここで各種センサー２７とは、例えば図１に示すように、車両速度センサー１１、急ブレーキセンサー１３、車両挙動センサー１５、スリップ検知センサー１７、車間距離（障害物）距離センサー１９、エアバッグセンサー２１、プリテンショナーセンサー２３等である。
【００２９】
本発明に係る作動システムで、構成上の最大の特徴は、電源回路５に加えて昇圧回路３を設けた点にある。また、ここで用いるモータリトラクタを構成するＤＣモータ１およびモータリトラクタ２の機械的な機構は、従来のモータリトラクタと基本的に同じである。
【００３０】
次に、図２を参照して本発明に係る駆動システムの回路構成を説明する。図１で説明した電源回路５は、図２において二点鎖線で囲まれた領域内の回路に相当する。詳しくは、電源回路５は、13.5Ｖの電源電圧が印加された電源６の接続点Ａから接続点Ｂに電気的に接続され、接続点ＢからダイオードＤ１を介して接続点Ｃに電気的に接続され、接続点Ｃから接続点Ｄに電気的に接続されている。なお、ダイオードＤ１は、接続点Ｂから接続点Ｃへの一方向にのみ電流を通すように接続されている。
【００３１】
図１で説明した昇圧回路３は、図２において一点鎖線で囲まれた領域内の回路に相当する。すなわち、昇圧回路３は、電源回路５と並列に電気的に接続されている。昇圧回路３は、ＤＣ−ＤＣコントローラ２５と、電界効果トランジスタＴｒと、コンデンサＣ１と、ダイオードＤ２，Ｄ３と、コイルＬから構成されている。
【００３２】
ＤＣ−ＤＣコントローラ２５は、電界効果トランジスタＴｒを反復的にオン（ＯＮ）・オフ（ＯＦＦ）動作させるようにゲート電圧を所定のパルス幅を有するパルス波に変換するスイッチトドライブ端子ＬＬと、接続点Ｇにおける電圧をサンプリングするための電圧サンプリング端子Ｍと、制御回路７からＤＣ−ＤＣコントローラ２５をオン（ＯＮ）或いはオフ（ＯＦＦ）する制御信号を入力するためのコントロール端子Ｎと、を備えている。
【００３３】
ＤＣ−ＤＣコントローラ２５は、電圧サンプリング端子Ｍに入力された接続点Ｇのサンプリング電圧が所定のしきい値（ここでは、８０Ｖ）に達しない場合に、電界効果トランジスタＴｒを反復的にオン（ＯＮ）・オフ（ＯＦＦ）動作させるようにゲート電圧を所定のパルス幅を有するパルス波に変換するように構成されている。このパルス状のゲート電圧は、電界効果トランジスタＴｒをオン（ＯＮ）するしきい値よりも高い電圧とこのしきい値よりも低い電圧との間を反復的に往復する。
【００３４】
このパルス状のゲート電圧は、パルス状にスイッチトドライブ端子ＬＬから出力され、電界効果トランジスタＴｒのゲート端子に入力されるように構成されている。一方、接続点Ｇのサンプリング電圧が所定のしきい値に達した場合に、電界効果トランジスタＴｒをオン（ＯＮ）・オフ（ＯＦＦ）する動作を中止するように構成されている。
【００３５】
コントロール端子Ｍは、ＤＣ−ＤＣコントローラ２５が故障したときに制御回路７にエラー信号を出力するように構成されている。このエラー信号を制御回路７が受信したら、図示しない各種報知手段を用いて故障の発生を乗員に報知するように構成されている。
【００３６】
以下、昇圧回路３のみの接続関係の詳細につき説明する。図２に示すように、電源回路５の一接続点である接続点ＢからコイルＬを介して接続点Ｆに電気的に接続されている。接続点ＦからダイオードＤ２を介して接続点Ｇに電気的に接続されている。接続点Ｇから接続点Ｈに電気的に接続され、接続点ＨからダイオードＤ３を介して接続点Ｃに電気的に接続されている。
【００３７】
なお、ダイオードＤ２は、接続点Ｆから接続点Ｇへ一方向にのみ電気を通すように接続されている。また、ダイオードＤ３は、接続点Ｈから接続点Ｃへ一方向にのみ電気を通すように接続されている。
【００３８】
接続点Ｆには、電界効果トランジスタＴｒのドレイン端子が電気的に接続されていて、ソース端子はグランドＧＮＤにアースされている。また、電界効果トランジスタＴｒのゲート端子は、ＤＣ−ＤＣコントローラ２５の接続点ＬＬに電気的に接続されていて、接続点Ｍは、接続点Ｇと電気的に接続されている。
【００３９】
コンデンサＣ１は二枚の極板から構成され、一方の極板は、接続点Ｈに電気的に接続され、他方の極板はグランドＧＮＤにアースされている。
【００４０】
図１で説明したモータコントローラ９は、図２の符号９に相当する。モータコントローラ９は、接続点Ｄと接続点Ｅとの電気的接続関係をオン（ＯＮ）或いはオフ（ＯＦＦ）するためのスイッチであって、制御回路７から出力された制御信号を受けて作動するように構成されている。モータコントローラ９の接続点Ｄは、電源回路５の接続点Ｃと電気的に接続されている。
【００４１】
図１で説明したＤＣモータは、符号１に相当する。このＤＣモータ１は、２つの端子を備えていて、一方の端子は接続点Ｅと電気的に接続されていて、他方の端子は、グランドＧＮＤにアースされている。ＤＣモータ１は、モータリトラクタの図示しないスプールと連動してベルトの巻き込み力を発生する。
【００４２】
次に、図２および図４、図５を参照して、このように構成された駆動システムを用いて駆動するモータリトラクタの動作につき説明する。なお、図４、図５は本来は１つの図であるが、明瞭に判読できるようにするため２つに分割したものである。車両の運転開始と共に、制御回路７から電源６をオン（ＯＮ）させる指令信号が出力され、例えば13.5Ｖの電源電圧が電源回路５内に生じる。
【００４３】
この場合、モータコントローラ９は、制御回路７からの出力信号を受けてオフの状態に設定されていて、ＤＣモータ１を駆動できない。車両の走行に伴い、各種センサー２７により、走行中の車両の状態に関する様々な情報が制御回路７に送られる（図４、図５のＳ１，Ｓ２０，Ｓ１９，Ｓ１８，Ｓ２１，Ｓ２２参照）。
【００４４】
例えば、車両速度、車両挙動、スリップ、車・障害物間距離、エアバッグ作動、プリテンショナ作動等の情報が、制御回路７に送られる（図４、図５のＳ１，Ｓ２０，Ｓ１９，Ｓ１８，Ｓ２１，Ｓ２２参照）。
【００４５】
次に、それぞれのセンサーから送られてくる信号がそれぞれ予め設定されたしきい値に達するかどうかが判断される（図４、図５のＳ２，Ｓ２４，Ｓ２５，Ｓ２６参照）。例えば車両速度センサー１１の場合は、車両速度信号がしきい値に達したら（Ｓ２）（Yes）、次に、ブレーキ踏み込み速度（Ｓ３）がしきい値に達しているかどうか判断する（Ｓ４）。ここで、ブレーキ踏み込み速度（Ｓ３）がしきい値に達していれば（Yes）、次に車両Ｇ（車両の重力加速度に対比した車両加速度）（Ｓ５）がしきい値に達しているかどうか判断する（Ｓ６１）。
【００４６】
ここで、車両Ｇ（Ｓ５）がしきい値に達していれば（Ｙｅｓ）、制御回路７からＤＣ−ＤＣコントローラ２５に対し電界効果トランジスタＴｒを反復的にオン・オフ制御するパルス波発生指令信号を出力し、接続点Ｇの電圧が予め設定された所定のしきい値電圧、例えば８０Ｖに達するまで、電界効果トランジスタＴｒのオン・オフの反復動作は継続される。
【００４７】
この場合、電界効果トランジスタＴｒのオン動作によって、接続点ＦとグランドＧＮＤとが電気的に導通され、オフ動作によって接続点ＦとグランドＧＮＤとが非導通状態となる。この動作が繰り返される度に、コイルＬに逆起電力が発生して、接続点Ｆの電位が上昇し、ダイオードＤ２を通過して接続点Ｈに電気的に接続されたコンデンサＣ１に蓄電されていく。こうして、接続点Ｇがしきい電圧８０Ｖに達すると、ＤＣ−ＤＣコントローラ７２５は、電界効果トランジスタＴｒをオフ（ＯＦＦ）するように接続点Ｌからゲート電圧が印加され、接続点Ｇは８０Ｖの電位に保たれる。（以上の動作を蓄電動作と呼ぶことがある。）
【００４８】
次に、モータコントローラ９をオンに切り替えると、蓄電されたコンデンサＣ１によって、接続点Ｃの電位は８０Ｖに昇圧されているので、コンデンサＣ１の両極板の電位差が８０Ｖから13.5ＶになるまでコンデンサＣ１から電流が放出される。このため、モータ駆動開始初期において一時的に高電流がＤＣモータ１を流れる。その結果、ＤＣモータ１における電流値の立ち上がり特性が向上し、モータ駆動時のＤＣモータ１の回転速度および回転トルクが上昇する。よって、ベルトのスラッグ（弛み）除去がより高速に行える。この動作を前プリテンションと呼ぶことがあるが、これは、従来の火薬式プリテンショナの作動に先だって、ベルトのスラッグを除去する動作を意味する（特許請求の範囲の「緊急弛み除去機能」の１種に相当する）。
【００４９】
しかし、いずれかの段階で、しきい値に達しなかった場合（No）は、モータコントローラ９は、オフ（ＯＦＦ）状態のままであり（図４、図５のＳ２，Ｓ４，Ｓ６１参照）、ＤＣモータ１は回転しない。
【００５０】
次に、タイマーによる時間測定（Ｓ８）によって、ＤＣモータ１の回転開始から計測して所定のしきい時間に達したら（Ｓ８）、制御回路７によってモータコントローラ９をオフ状態に切り替えて、ＤＣモータ１の回転を停止する（Ｓ９）。
【００５１】
ついで、車両速度あるいは車両Ｇあるいは経過時間をセンサーによって測定し、これらのいずれかが所定のしきい値に達していれば（Yes）、ＤＣモータ１をベルトの巻き取り動作を再びさせて、ベルトのスラッグを除去し、前プリテンション動作を行う。
【００５２】
次いで、エンドロック防止（危険状態回避後又は衝突後でも、ベルトのロックが解除されず、乗員が拘束状態から開放されない現象を防止する）のためにＤＣモータ１を僅かに逆転させてモータコントローラ９をオフ状態に切り替える。
【００５３】
また、例えば車両挙動センサー１５の場合（Ｓ２０）は、車両挙動信号が、しきい値に達すれば（Ｓ２４）（Ｙｅｓ）、蓄電動作をさせてコンデンサＣ１に蓄電させる（Ｓ６）。ついで、モータコントローラ９をオン（ＯＮ）に切り替えて、ＤＣモータ１をベルトの巻き取り動作をさせて（Ｓ７）、ベルトのスラッグを除去し、前ブリテンション動作を行う。その後は、先に説明したステップＳ８以降の動作を行う。
【００５４】
ここで、しきい値に達していない場合は（No）、蓄電動作をせずに、モータコントローラ９をオン状態に切り替えてＤＣモータ１を駆動する（Ｓ７）。その後は、既に説明したステップＳ８以降の動作と同じである。
【００５５】
また、例えばスリップ検知センサー１７の場合（Ｓ１９）は、所定のしきい値に達すれば（Ｓ２５のYes）、蓄電動作をさせてコンデンサＣ１に蓄電させる（Ｓ６）。ついで、モータコントローラ９をオン（ＯＮ）に切り替えて、ＤＣモータ１をベルトの巻き取り動作をさせて（Ｓ７）、ベルトのスラッグを除去し、前ブリテンション動作を行う。その後は、先に説明したステップＳ８以降の動作を行う。
【００５６】
ここで、しきい値に達していなかったならば（No）、蓄電動作をせずに、モータコントローラ９をオン状態に切り替えてＤＣモータ１を駆動する（Ｓ７）。その後は、既に説明したステップＳ８以降の動作と同じである。
【００５７】
このように構成すれば、スリップ状態が軽度の場合（Ｎｏ）は、蓄電動作を行わない前プリンテション動作を行うので、無駄な電力消費を省くことができる。
【００５８】
車・障害物間距離センサーの場合は、所定のしきい値に達すれば（Ｓ２６）、蓄電動作をさせてコンデンサＣ１に蓄電させる（Ｓ６）。ついで、モータコントローラ９をオン（ＯＮ）に切り替えて、ＤＣモータ１をベルトの巻き取り動作をさせて（Ｓ７）、ベルトのスラッグを除去し、前ブリテンション動作を行う。その後は、先に説明したステップＳ８以降の動作を行う。
【００５９】
ここで、しきい値に達していない状態であれば（No）、蓄電動作をせずに、モータコントローラ９をオン状態に切り替えてＤＣモータ１を駆動する（Ｓ７）。その後は、既に説明したステップＳ８以降の動作と同じである。
【００６０】
このように構成すれば、車・障害物間距離がしきい値に達していない場合は（No）、蓄電動作を行わない前プリンテション動作で対応できるので、無駄な電力消費を省くことが可能となる。
【００６１】
エアバッグセンサーの場合は、制御回路７がエアバッグ作動信号を受信して（Ｓ２１）、蓄電操作を行い、コンデンサＣ１に蓄電させる（Ｓ６）。ついで、モータコントローラ９をオン（ＯＮ）に切り替えて、ＤＣモータ１をベルトの巻き取り動作をさせて（Ｓ７）、ベルトのスラッグを除去し、前ブリテンション動作を行う。その後は、先に説明したステップＳ８以降の動作を行う。
【００６２】
このように構成すれば、エアバッグの展開と同時に蓄電動作を行い、モータコントローラ９をオン（ＯＮ）に切り替えて、ＤＣモータ１をベルトの巻き取り動作をさせて（Ｓ７）、ベルトのスラッグを除去し、前プリテンション動作を行うことができる。
【００６３】
プリテンショナーセンサーの場合は、制御回路７がプリテンショナ作動信号を受信して（Ｓ２２）、蓄電動作を行い、コンデンサＣ１に蓄電させる（Ｓ６）。ついで、モータコントローラ９をオン（ＯＮ）に切り替えて、ＤＣモータ１をベルトの巻き取り動作をさせて（Ｓ７）、ベルトのスラッグを除去し、前プリテンション動作を行う。その後は、先に説明したステップＳ８以降の動作を行う。
【００６４】
このように電源回路５に昇圧回路３を設ければ、低電圧モータリトラクタであっても、駆動開始初期段階において昇圧回路３によりＤＣモータ１に負荷される電圧を一時的に昇圧することが可能となり、ＤＣモータ１のベルトの初期巻き取り能力を更に向上することが可能となる。
【００６５】
なお、この実施の形態では、車両の緊急状態に応じて蓄電動作を行う場合と行わない場合とに分けて制御しているが、特にこれに限定するものではなく、例えば全ての前プリテンション動作において蓄電動作を行うようにしても構わない。
【００６６】
また、この実施の形態では、蓄電動作は、各種しきい値に達した段階で行うようにしている。しかし、蓄電動作に時間がかかり過ぎるため、緊急状態に対応できない場合もあり得る。そのような場合は、前プリテンション動作に先だって必ず蓄電動作を行うようにして、蓄電動作を行わない前プリテンション動作は削除しても構わない。
【００６７】
また、他の変形例としては、昇圧回路を電源回路に接続した端子と接続しない端子とを切り替えできるスイッチを接続点Ｃの位置に設け、各種センサーからの信号が各種しきい値に達する場合と達しない場合とに分けて、制御回路７がこのスイッチとモータコントローラ９とを切り替え制御できるように構成しても構わない。このように構成すれば、予め蓄電動作を済ませておき、実際に昇圧回路と電源回路とを接続させるかどうかを選択できるので、蓄電された電流を放出する前プリテンション動作と蓄電された電流を放出しない前プリテンション動作とを状況に応じて使い分けることができる。
【００６８】
また、この実施の形態では、例えば電源電圧13.5Ｖの比較的低電圧で駆動するモータリトラクタを用いて説明したが、特に低電圧モータリトラクタに限定されるものではなく、例えば高電圧モータを用いたリトラクタに昇圧回路を設けて使用しても構わない。このように構成すれば、高電圧モータリトラクタの電流値の立ち上がり特性をより向上することが可能となり、高電圧モータリトラクタのモータ起動時の回転速度および回転トルクの性能向上を図ることができる。または、ＤＣモータに対しモータ起動時のみに高電圧を負荷することによって、前ブリテンション動作の初期段階で最も強力なベルト巻き取り動作を行い、より高速のスラッグ除去を行うことが可能となる。
【００６９】
なお、本発明における昇圧回路は、実施の形態で説明した回路構成に限定されるものではなく、昇圧回路として機能するものであれば、どのような回路構成でも構わない。
【００７０】
また、以上の実施の形態においては、図２において、電源６と昇圧回路３とを、回り込み防止ダイオードを介して接続点Ｃで接続しているが、切替スイッチにより接続し、どちらかの出力を選択してＤＣモータに供給するようにしてもよい。
【００７１】
さらに、以上の実施の形態においては、スイッチング回路とコイルを用いたパルス昇圧回路を介してコンデンサを充電することにより高圧を作り出していたが、高電圧の電源回路を別に設けることによって昇圧された電圧を作り出してもよい。すなわち、特許請求の範囲でいう「昇圧回路」とは、モータに印加される電圧を、通常印加される電圧より高い電圧にするものであればよく、その方式はどのようなものであってもよい。
【００７２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、車両緊急時が予測され、シートベルトを巻き取る際に、モータの立ち上がり特性が良いため、素早くシートベルトの弛みを吸収できる。それによりプリテンショナ等の作動をより効果的にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態の１例であるモータリトラクタの駆動システムの全体を概念的に示した図である。
【図２】本発明の実施の形態の１例であるモータリトラクタの駆動システムを構成する回路図である。
【図３】本発明の実施の形態の１例であるモータリトラクタの駆動システムと従来のモータリトラクタ駆動システムにおける電流値の立ち上がり特性を示す図である。
【図４】本発明の実施の形態の１例であるモータリトラクタの駆動システムの作動フローを示したフローチャートの一部である。
【図５】本発明の実施の形態の１例であるモータリトラクタの駆動システムの作動フローを示したフローチャートの一部である。
【符号の説明】
１：ＤＣモータ、２：モータリトラクタ、３：昇圧回路、５：電源回路、６：電源、７：制御回路、９：モータコントローラ、１１：車両速度センサー、１３：急ブレーキセンサー、１５：車両挙動センサー、１７：スリップ検知センサー、１９：車間距離（障害物）距離センサー、２１：エアバッグセンサー、２３：プリテンショナーセンサー、２５：ＤＣ−ＤＣコントローラ、２７：各種センサー
Claims (4)
- 予め定められた基準電圧により動作するＤＣモータを備え、当該ＤＣモータの発生する駆動力により車両のシートベルトを巻き取るモータリトラクタと、
前記基準電圧を出力する電源回路、及び、前記電源回路から出力された前記基準電圧に基づき蓄電動作を実行可能な蓄電用回路を含み、前記基準電圧の電流、若しくは、前記蓄電用回路の蓄電により増圧された電流を、供給可能な電源回路手段と、
前記ＤＣモータと前記電源回路手段との間の電気的接続をＯＮ・ＯＦＦ可能なスイッチ手段と、
前記車両の緊急状態に係わる状態量を検出するセンサ手段と、
前記センサ手段により検出された状態量が所定のしきい値に達した場合は前記蓄電動作を実行し、前記センサ手段により検出された状態量が所定のしきい値に達しない場合は前記蓄電動作を実行しないように、前記蓄電用回路を制御する第１制御手段と、
を有することを特徴とする、シートベルトの弛み除去システム。 - 請求項１記載のシートベルトの弛み除去システムにおいて、
前記センサ手段は、
前記状態量として車両のスリップ状態を検出するスリップセンサ、若しくは、前記状態量として他の車両若しくは障害物との距離を検出する距離センサ、である
ことを特徴とするシートベルトの弛み除去システム。 - 予め定められた基準電圧により動作するＤＣモータを備え、当該ＤＣモータの発生する駆動力により車両のシートベルトを巻き取るモータリトラクタと、
前記基準電圧を出力する電源回路、及び、前記電源回路から出力された前記基準電圧に基づき蓄電動作を実行可能な蓄電用回路を含み、前記基準電圧の電流、若しくは、前記蓄電用回路の蓄電により増圧された電流を、供給可能な電源回路手段と、
前記ＤＣモータと前記電源回路手段との間の電気的接続をＯＮ・ＯＦＦ可能なスイッチ手段と、
前記車両に備えられたエアバッグの作動を検出するエアバッグセンサと、
前記エアバッグセンサが前記エアバッグの作動を検出した場合は前記蓄電動作を実行するように、前記蓄電用回路を制御する第２制御手段と、
を有することを特徴とする、シートベルトの弛み除去システム。 - 予め定められた基準電圧により動作するＤＣモータを備え、当該ＤＣモータの発生する駆動力により車両のシートベルトを巻き取るモータリトラクタと、
前記基準電圧を出力する電源回路、及び、前記電源回路から出力された前記基準電圧に基づき蓄電動作を実行可能な蓄電用回路を含み、前記基準電圧の電流、若しくは、前記蓄電用回路の蓄電により増圧された電流を、供給可能な電源回路手段と、
前記ＤＣモータと前記電源回路手段との間の電気的接続をＯＮ・ＯＦＦ可能なスイッチ手段と、
前記車両に備えられた火薬式プリテンショナの作動を検出するプリテンショナセンサと、
前記プリテンショナセンサが前記火薬式プリテンショナの作動を検出した場合は前記蓄電動作を実行するように、前記蓄電用回路を制御する第３制御手段と、
を有することを特徴とする、シートベルトの弛み除去システム。
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