JP5347660B2 - 乗員拘束装置 - Google Patents

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Description

本発明は、車両の乗員を拘束する乗員拘束装置に関する。
従来から、車両の緊急時(例えば、衝突時)にシートベルトを巻き取る乗員拘束装置が知られている。この乗員拘束装置によれば、車両の緊急時にシートベルトの緩みを除去することができる。
近年、このような乗員拘束装置として、シートベルトを巻き取る力を乗員の位置(乗員の姿勢)に応じて変更するものが提案されている(例えば、特許文献1参照)。特許文献1記載の乗員拘束装置によれば、シートベルトを巻き取る際の乗員への負荷を軽減することができる。尚、特許文献1には、乗員の位置を示す間接的な指標として、シートベルトの移動量及び/又はシートベルトの速度を用いることが記載されている。また、特許文献1記載の乗員拘束装置は、シートベルトを巻き取る力を、上述の乗員の位置の他、乗員の体重に応じて変更することが記載されている。
特開2001−239922号公報
しかしながら、上記従来の乗員拘束装置では、乗員の体重を検出するための荷重センサが座席に設けられている。従って、乗員体重を検出するための専用のセンサが必要となり、構成が複雑化する。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡易な構成で車両の乗員を適切に拘束することができる乗員拘束装置を提供することを目的とする。
本発明の一態様によれば、
車両の乗員を拘束する乗員拘束手段と、
前記乗員拘束手段による拘束力を可変とする可変手段と、
前記乗員を拘束するシートベルトが引き出される加速度を検出する加速度検出手段と、
前記車両の減速度を検出する減速度検出手段と、
前記加速度検出手段及び前記減速度検出手段の検出結果に基づいて前記乗員の体重を検出する体重検出手段と、
前記体重検出手段により検出された前記体重が所定値以上の場合、前記所定値未満の場合に比較して、前記拘束力が大きくなるように前記可変手段を制御する制御手段とを備える車両用乗員拘束装置が提供される。
本発明によれば、簡易な構成で車両の乗員を適切に拘束することができる乗員拘束装置が得られる。
本発明の乗員拘束装置の一実施形態を示す機能ブロック図である。 シートベルト装置20及びその周辺構成を示す概略図である。 エアバッグ装置40及びその周辺構成を示す概略図である。 ロック機構24の作動後における、シートベルト21が引き出される加速度Aと乗員の体重との対応関係を説明するための図である。 ECU10が実行する処理の一例を示すフローチャートである。 図5に示す処理によって実現される、シートベルト21による乗員拘束力Fの変化を示す図である。 ECU10が実行する処理の別の例を示すフローチャートである。 ECU10が実行する処理の別の例を示すフローチャートである。
以下、図面を参照し、本発明を実施するための形態について説明する。本実施形態では、運転席に着座した乗員(運転者)を拘束する乗員拘束装置について説明するが、本発明はいずれの座席に着座した乗員を拘束する乗員拘束装置に適用されてもよい。
図1は、本発明の乗員拘束装置の一実施形態を示す機能ブロック図である。図1に示すように、乗員拘束装置は、電子制御ユニット10(以下、「ECU10」という)、並びに乗員拘束手段としてのシートベルト装置20及びエアバッグ装置40を備える。
ECU10は、図示しないバスを介して互いに接続されたCPU、ROM、及びRAM等からなるマイクロコンピュータとして構成されている。ECU10は、ROM等に格納された各種プログラムをCPUに実行させることで、ECU10が有する後述の各種機能を実現する。CPUの実行時に発生するデータは、RAM等に格納される。
ECU10は、CANやLIN等の車載ネットワークを介して、Gセンサ50と接続されている。Gセンサ50は、車両の減速度(車両に加えられる加速度)Gを検出するセンサである。Gセンサ50は、例えば車両前部の左右、及びセンターコンソールの下部に取り付けられている。各Gセンサ50は、検出結果をECU10へ出力する。
ECU10は、Gセンサ50の検出値(即ち、車両の減速度G)に基づいて車両が衝突したか否かを判定する機能を有する。例えば、ECU10は、Gセンサ50の検出値を時間積分した値が閾値を超えた場合に車両が衝突したと判定する。ECU10は、車両が衝突したと判定すると、シートベルト装置20及びエアバッグ装置40を制御して、衝突時の衝撃から乗員を保護する。
図2は、シートベルト装置20及びその周辺構成を示す概略図である。シートベルト装置20は、シートベルト21により乗員を車両の座席に拘束する装置である。シートベルト21は、乗員の身体に掛け回され、シートベルト21に設けられたタングプレート(図示せず)が座席に設けられたバックル(図示せず)に着脱可能に装着されることで、乗員を車両の座席に拘束する(図4参照)。シートベルト装置20は、ベルト巻き取り機構22、プリテンショナ機構23、ロック機構24、フォースリミッタ機構25を有する。
ベルト巻き取り機構22は、シートベルト21を巻き取る機構である。ベルト巻き取り機構22は、例えば、車体に対して自らの軸周りに回転可能に支持される円筒状のスプール26、及びスプール26を一方の回転方向(以下、「巻き取り方向」という)に付勢する渦巻きバネ(図示せず)を含み構成される。スプール26の外周には、長尺帯状のシートベルト21の長手方向基端部が係止されている。スプール26が巻き取り方向に回転すると、シートベルト21がスプール26の外周に巻き取られる。
スプール26には、回転角センサ54が取り付けられている。回転角センサ54は、スプール26の回転角(回転方向を含む)を検出するセンサであって、検出結果をECU10へ出力する。ECU10は、回転角センサ54の検出値に基づいて、シートベルト21が引き出される速度や加速度Aを算出する。
プリテンショナ機構23は、車両の衝突時にシートベルトを巻き取る機構である。プリテンショナ機構23は、周知の構成であってよく、例えば点火装置及びガス発生剤からなるインフレータ(図示せず)を有する。インフレータは、ECU10と接続されている。ECU10は、車両が衝突したと判定すると、点火信号をインフレータに送信する。
インフレータは、ECU10から点火信号を受信すると、点火装置によってガス発生剤を燃焼させてガスを発生させる。発生したガスの圧力により、プリテンショナ機構23が駆動されると、スプール26が巻き取り方向に回転され、シートベルト21が所定量巻き取られる。これにより、車両の衝突時にシートベルト21の緩みを除去することができる。
ロック機構24は、所定の条件下で作動してシートベルト21の引き出しを規制する機構である。ロック機構24は、例えばシートベルト21が引き出される加速度Aが基準値以上の場合、又は車両の減速度Gが基準値以上の場合に作動する。ロック機構24は、作動すると、スプール26の巻き取り方向と反対方向(以下、「引き出し方向」という)への回転を規制して、シートベルト21の引き出しを規制する。ロック機構24の構成は、周知であるので、詳細な説明を省略する。
車両の前面衝突時(即ち、急減速時)には、乗員を車両前方に移動させる慣性力が生じ、乗員を拘束しているシートベルト21が引っ張られるが、ロック機構24が作動すると、シートベルト21の引き出しが規制される。これにより、車両の前面衝突時(即ち、急減速時)に乗員を確実に拘束することができる。
フォースリミッタ機構25は、ロック機構24の作動状態で、シートベルト21に加わる荷重(即ち、シートベルト21による乗員拘束力F)が基準値F0に達するとシートベルト21の引き出しを許容する機構である。フォースリミッタ機構25は、トーションバー27を備える。トーションバー27は、スプール26の内側に同軸的に配置されており、例えばスプール26の軸方向中央部にてスプール26に一体に連結されている。この場合、スプール26の軸方向一端側には、上述のロック機構24が設けられている。ロック機構24は、作動すると、トーションバー27の軸方向一端部の回転を規制して、スプール26の引き出し方向への回転を規制する。
車両の前面衝突時(即ち、急減速時)には、車両の減速度に応じた慣性力で乗員が車両前方に移動しようとし、車乗員を拘束しているシートベルト21が引っ張られる。この引っ張り力に応じた引き出し方向への回転力は、スプール26を介してトーションバー27との連結部分、即ちトーションバー27の軸方向中央部に入力される。このとき、ロック機構24が作動してトーションバー27の軸方向端部の回転を規制していると、基本的にトーションバー27が回転することはない。
しかしながら、トーションバー27の軸方向中央部に入力される引き出し方向の回転力が基準値に達すると、トーションバー27の軸方向中央部とロック機構24により回転が規制された軸方向一端部との間で塑性的に捩り変形する。この捩り変形によって、トーションバー27に連結されたスプール26が引き出し方向に回転し、シートベルト21の引き出しが許容される。従って、ロック機構24の作動状態で、シートベルト21に加わる荷重(即ち、シートベルト21による乗員拘束力F)が基準値F0を超えることを抑制することができ、乗員の身体に過剰な負荷が加わることを抑制することができる。
シートベルト装置20は、可変手段としてのロック機構30を更に備えている。ロック機構30は、上記基準値F0を可変とする機構である。ロック機構30は、ECU10による制御下で作動状態と非作動状態との間で状態が切り替わる。
ロック機構30は、例えば、スプール26の軸方向他端側に設けられている。ロック機構30は、ECU10による制御下で作動すると、トーションバー27の軸方向他端部の回転を規制して、スプール26の引き出し方向への回転を制限する。尚、ロック機構30の構成は、周知であるので、詳細な説明を省略する。
両方のロック機構24、30が作動した状態では、トーションバー27の軸方向両端部の回転が規制されるので、一方のロック機構24のみが作動してトーションバー27の軸方向一端部の回転のみが規制されている場合と比較して、トーションバー27が塑性変形し難くなり、上記基準値F0が大きくなる。このようにして、他方のロック機構30により上記基準値F0を可変とすることができる。
図3は、エアバッグ装置40及びその周辺構成を示す概略図であり、バッグの展開膨張状態を示す図である。図3において、矢印Gは、ガスの流れ方向を示す。エアバッグ装置40は、バッグが展開膨張することで乗員を拘束する装置である。エアバッグ装置40は、インフレータ41、バッグ42、圧力センサ43、及び可変手段としてのバルブ44を有する。
インフレータ41は、点火装置、ガス発生剤を備える。インフレータ41は、車載ネットワークを介して、ECU10と接続されている。ECU10は、車両が衝突したと判定すると、点火信号をインフレータ41に送信する。インフレータ41は、ECU10から点火信号を受信すると、点火装置によりガス発生剤を燃焼させることでガスを発生させる。発生したガスは、インフレータ41からバッグ42内へ供給される。
バッグ42は、例えばステアリングホイールの内部に折り畳まれた状態で収容されている。バッグ42は、インフレータ41からガスが供給されると、展開膨張して運転者の頭部や胸部を拘束する。尚、バッグ42は、頭部や胸部を拘束する代わりに、膝部を拘束してもよく、拘束する部位に特に制限はない。
圧力センサ43は、バッグ42の内部の圧力を検出し、検出結果をECU10へ出力する。圧力センサ43は、例えばバッグ42とバルブ44との間に設置されている。
バルブ44は、バッグ42内に供給されたガスを車外へ排気するための排気弁であって、開状態と閉状態との間で状態が切り替わる。バルブ44は、例えば内部に電磁コイルを備えるソレノイド弁で構成される。ECU10は、電磁コイルへの給電を制御することでバルブ44の開度を制御する。これにより、バッグ42の内部の圧力を可変とすることができ、バッグ42による乗員拘束力を可変とすることができる。
図4は、一方のロック機構24の作動後における、シートベルト21が引き出される加速度Aと乗員の体重との対応関係を説明するための図である。図4において、矢印FR、矢印UPは、それぞれ、シートベルト21が適用された車両における前方向、上方向を示す。
車両の前面衝突時(即ち、急減速時)には、車両の減速度に応じた慣性力で乗員が車両前方に移動しようとし、乗員を拘束しているシートベルト21が引っ張られる。従って、車量の減速時には、車両の減速度をGとし、車両に対する乗員Dの前方向FRへの移動量をXとし、乗員Dの体重をMとし、シートベルト21による乗員拘束力をFとすると、以下の数式1が成立する。
また、乗員Dの前方向FRへの移動量Xは、シートベルト21の引き出し量をLとすると、以下の数式2で近似することができる。尚、Kは、比例定数である。
数式2を数式1に代入したうえで数式1を変形すると、以下の数式3が得られる。数式3から明らかなように、乗員体重Mが大きくなるほど(又は、車両の減速度Gが大きくなるほど)、シートベルト21が引き出される加速度Aが大きくなる。従って、加速度Aを、乗員体重Mや車両の減速度Gの指標として用いることができる。
数式3を変形すると、更に、以下の数式4が得られる。数式4に、車両の減速度G、シートベルト21による乗員拘束力F、及びシートベルト21が引き出される加速度Aを代入すると、乗員体重Mを算出することができる。
数式4を変形すると、更に、以下の数式5が得られる。一方のロック機構24の作動開始時点(t=0)から所定時間Tの間、車両の減速度G、乗員拘束力F、及びシートベルト21の引き出し加速度Aを時間積分することによって、乗員体重Mを精度良く算出することができる。数式5において、ΔVは車両の速度変化量を示す。
数式5に、車両の速度変化量ΔV、シートベルト21による乗員拘束力F、及びシートベルト21が引き出される速度dL/dtを代入すると、乗員体重Mを算出することができる。
尚、数式4を用いる場合、数式5を用いる場合に比較して、乗員体重Mを迅速に算出することができる。
図5は、ECU10が実行する処理の一例を示すフローチャートである。図5のS100以降の処理は、例えばエンジンのイグニションスイッチがオンされたときに実行される。
図5のS100では、車両が衝突したか否かを判定する。車両が衝突した場合(S100、YES)、プリテンショナ機構23及び一方のロック機構24を作動させる(S102)。次いで、シートベルト21が引き出される加速度Aを算出する(S104)。ここで、加速度Aは、回転角センサ54の検出値に基づき算出される。尚、車両が衝突していない場合(S100、NO)、所定時間経過後にS100に戻り、S100以降の処理を続行する。
続くS106では、加速度Aが所定値A0以上か否かを判定する。加速度Aが所定値A0未満の場合(S106、NO)、乗員体重Mが軽いので(又は、車両の減速度Gが小さいので)、他方のロック機構30を作動させることなく、今回の処理を終了する。
一方、上記S106において加速度Aが所定値A0以上の場合(S106、YES)、乗員体重Mが重いので(又は、車両の減速度Gが大きいので)、他方のロック機構30を作動させ(S108)、今回の処理を終了する。
尚、所定値A0は、車両衝突実験等の結果に基づいて最適化され、ROM等に予め記憶された値が用いられる。
図6は、図5に示す処理によって実現される、シートベルト21による乗員拘束力Fの変化を示す図である。図6では、横軸に車両に対する乗員Dの前方向FRへの移動量Xを配し、縦軸にシートベルト21による乗員拘束力Fを配した。図6において、シートベルト21が引き出される加速度Aが所定値A0未満の場合の拘束力Fの変化を点線で示し、加速度Aが所定値A0以上の場合の拘束力Fの変化を実線で示す。尚、図6において、移動量Xは、一方のロック機構24の作動開始時からの移動量である。
車両の前面衝突時(即ち、急減速時)に一方のロック機構24が作動すると、スプール26の引き出し方向への回転が制限され、シートベルト21の引き出しが制限される。
車両の前面衝突時(即ち、急減速時)には、上述の如く、乗員Dを前方向FRに移動させる慣性力が生じ、乗員Dを拘束しているシートベルト21が引っ張られる。この引っ張り力に応じた引き出し方向への回転力は、トーションバー27の軸方向中央部に入力される。
トーションバー27の軸方向中央部に入力される引き出し方向の回転力が基準値に達すると、トーションバー27が軸方向中央部と軸方向一端部との間で塑性的に捩れ変形する。この捩れ変形によって、トーションバー27に連結されたスプール26が引き出し方向に回転し、シートベルト21の引き出しが許容される。
このシートベルト21が引き出される加速度Aが所定値A0未満の場合、上述の如く、乗員体重Mが軽いので(又は車両の減速度Gが小さいので)、ECU10が他方のロック機構30を作動させない。従って、この場合、トーションバー27はそのまま塑性変形して捩れ続け、その間、シートベルト21による乗員拘束力Fはそのまま維持される。
一方、加速度Aが所定値A0以上の場合、上述の如く、乗員体重Mが重いので(又は車両の減速度Gが大きいので)、ECU10が他方のロック機構30を作動させる。従って、この場合、トーションバー27が塑性変形し難くなるので、トーションバー27が塑性変形するまで、シートベルト21による乗員拘束力Fは大きくなる。
このように、シートベルト21が引き出される加速度Aが所定値A0以上の場合にシートベルト21による乗員拘束力Fを大きくするので、乗員体重Mが重い場合や車両の減速度G(車両に加えられる加速度)が大きい場合に乗員Dを強く拘束することができる。従って、簡易な構成で車両の乗員を適切に拘束することができる。
図7は、ECU10が実行する処理の別の例を示すフローチャートである。以下、図7の処理について説明するが、図5と同一の処理については、同一の符号を付して説明を省略する。
図7に示す例では、上記S106において加速度Aが所定値A0未満の場合(S106、NO)、乗員体重Mが軽いので(又は、車両の減速度Gが小さいので)、バルブ44の開度を大きくし(S200)、今回の処理を終了する。バルブ44の開度が大きくなると、バッグ42の内部の圧力が小さくなるので、バッグ42による乗員拘束力が小さくなる。
一方、上記S106において加速度Aが所定値A0以上の場合(S106、YES)、乗員体重Mが重いので(又は、車両の減速度Gが大きいので)、バルブ44の開度を小さくし(S202)、今回の処理を終了する。バルブ44の開度が小さくなると、バッグ42の内部の圧力が大きくなるので、バッグ42による乗員拘束力が大きくなる。
このように、シートベルト21が引き出される加速度Aが所定値A0以上の場合にバッグ42による乗員拘束力Fを大きくするので、乗員体重Mが重い場合や車両の減速度G(車両に加えられる加速度)が大きい場合に乗員Dを強く拘束することができる。従って、簡易な構成で車両の乗員を適切に拘束することができる。
図8は、ECU10が実行する処理の別の例を示すフローチャートである。以下、図8の処理について説明するが、図5と同一の処理については、同一の符号を付して説明を省略する。
図8に示す例では、上記S104に続き、車両の減速度G、シートベルト21による乗員拘束力Fを算出する(S300)。ここで、車両の減速度Gは、Gセンサ50の検出値に基づき算出される。また、一方のロック機構24の作動時の乗員拘束力Fは、回転角センサ54により検出されるスプール26の回転角と、予めROM等に記憶されたスプール26の回転角と乗員拘束力Fとの関係を示すマップや数式とに基づいて算出される。次いで、上述の数式4又は数式5に基づいて、乗員体重Mを算出する(S302)。
続く、S304では、乗員体重Mが所定値M0以上か否かを判定する。乗員体重Mが所定値M0未満の場合(S304、NO)、他方のロック機構30を作動させることなく、今回の処理を終了する。
一方、上記S106において乗員体重Mが所定値M0以上の場合(S304、YES)、乗員体重Mが重いので、上記S108に進む。
このように、シートベルト21が引き出される加速度A、車両の減速度G、シートベルト21による乗員拘束力Fに基づいて乗員体重Mを算出するので、専用のセンサを用いることなく乗員Dの体重を算出することができる。従って、簡易な構成で車両の乗員を適切に拘束することができる。
尚、本実施形態においては、ECU10が特許請求の範囲に記載の加速度検出手段、制御手段に相当する。
以上、本発明の一実施形態について詳説したが、本発明は、上述した実施形態に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施形態に種々の変形及び置換を加えることができる。
例えば、上述した実施形態において、ECU(制御手段)10は、シートベルト21が引き出される加速度Aが所定値A0以上の場合に乗員拘束力が大きくなるよう可変手段としてのロック機構30又はバルブ44を制御するとしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、ECU(制御手段)10は、加速度Aが大きくなるほど乗員拘束力が連続的に大きくなるよう可変手段としてのバルブ44を制御してもよい。
また、上述した実施形態において、ECU(加速度検出手段)10は、一方のロック機構24の作動状態でシートベルト21が引き出される加速度Aを検出するとしたが、本発明はこれに限定されない。即ち、ECU(加速度検出手段)10は、車両の減速度Gが0より大きい状態であって、且つ、シートベルト21による乗員拘束力Fが0より大きい状態でシートベルト21が引き出される加速度Aを検出する手段である限り、特に限定はない。
また、上述した実施形態において、一方のロック機構24の作動時の乗員拘束力Fは、回転角センサ54により検出されるスプール26の回転角と、予めROM等に記憶されたスプール26の回転角と乗員拘束力Fとの関係を示すマップや数式とに基づいて算出されるとしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、乗員拘束力Fは、シートベルト21の張力を検出する張力センサの検出値に基づき算出されてもよい。尚、本実施形態では、張力センサが不要となるので、簡易な構成で車両の乗員を適切に拘束することができる。
10 ECU(加速度検出手段、制御手段)
20 シートベルト装置(乗員拘束手段)
21 シートベルト
24 ロック機構
25 フォースリミッタ機構
30 ロック機構(可変手段)
40 エアバッグ装置(乗員拘束手段)
44 バルブ(可変手段)
50 Gセンサ
54 回転角センサ

Claims (2)

  1. 車両の乗員を拘束する乗員拘束手段と、
    前記乗員拘束手段による拘束力を可変とする可変手段と、
    前記乗員を拘束するシートベルトが引き出される加速度を検出する加速度検出手段と、
    前記車両の減速度を検出する減速度検出手段と、
    前記加速度検出手段及び前記減速度検出手段の検出結果に基づいて前記乗員の体重を検出する体重検出手段と、
    前記体重検出手段により検出された前記体重が所定値以上の場合、前記所定値未満の場合に比較して、前記拘束力が大きくなるように前記可変手段を制御する制御手段とを備える車両用乗員拘束装置。
  2. 前記乗員拘束手段は、所定の条件下で作動して前記シートベルトの引き出しを制限するロック機構と、前記ロック機構の作動状態で前記シートベルトに加わる荷重が基準値に達すると前記シートベルトの引き出しを許容するフォースリミッタ機構とを有し、
    前記可変手段は、前記基準値を可変とする手段であり、
    前記加速度検出手段は、前記ロック機構の作動状態で前記シートベルトが引き出される加速度を検出する手段である、請求項1記載の車両用乗員拘束装置。
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