CN1140431C - 用于乘员约束保护系统的安全带卷收器 - Google Patents

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Abstract

一种用于乘客安全束护系统的安全带收缩器，包括一个框架(30)，一个可旋转地安装在框架上的安全带卷轴(32)，一个与安全带卷轴连接的电机驱动器(10)，一个可选择地锁定安全带卷轴的锁紧机构，和一个车辆感应传感器。锁紧机构由驱动器(34)驱动。一个带有输入接口和输出接口的电子控制单元。车辆感应传感器与输入接口连接，驱动器(34)和电机驱动器(10)与输出接口连接。

Description

用于乘员约束保护系统的安全带卷收器
技术领域
本发明涉及一种用于乘员约束保护系统的安全带卷收器，该安全带卷收器包括一个框架，可旋转地安装在框架上的安全带卷轴，与安全带卷轴连接的电机驱动器，有选择地锁定安全带卷轴的锁定机构，以及车辆感应传感器。
背景技术
除了使用安全带和/或车辆感应锁定功能外，先进的安全带卷收器在必要时还具有附加功能。这些附加功能之一为，借助于锁定状态防护负载或儿童座，该锁定状态是由安全带的完全非卷绕和随之收缩实现的。在紧急状态，切换返回到锁定状态是通过安全带完全收缩获得的。另一附加功能是决定缩回安全带长度的安全带系紧检测。
安全带卷收器的这些附加功能需要一个非常复杂的机械构件。特别复杂的是对于所需附加功能的每个要提供不同类型的安全带卷收器。
发明内容
本发明旨在提供一种新型的安全带卷收器，它具有一致的机械基本设计，在需要时能够获得一系列附加功能。
为此，本发明提供一种用于乘员约束保护系统的安全带卷收器，包括一个框架，一个可旋转地安装在所述框架中的安全带卷轴，一个可选择地锁定所述安全带卷轴的锁紧机构，一个车辆感应传感器，一个致动所述锁紧机构的致动器，一个可驱动所述安全带卷轴的电机，一个包括输入接口和输出接口的电子控制单元，所述的车辆感应传感器与所述输入接口连接，所述电机与所述输出接口连接，其特征在于，所述致动器与所述输出接口连接，并且所述电机与一个印刷电路板共同组成一个组件单元，所述印刷电路板装有包括功率半导体元件的电子信号电路。
按照本发明的安全带卷收器，包括一个框架，一个可旋转地安装在框架上的安全带卷轴，一个可旋转地锁定安全带卷轴的锁定机构和一个车辆感应传感器。提供一个致动锁定机构的致动器。代替传统的收缩弹簧使用电机对安全带卷轴施以在各种情况下所需的收缩扭矩。安全带卷收器的功能由包括输入接口和输出接口的电子控制单元控制。车辆感应传感器与输入接口连接，而致动器和电机与输出接口连接。上述基本概念有助于安全带卷收器的锁定和收缩功能与各自需要相适应，因仅仅需要采用程序数据，按照该数据电子控制单元就可工作。此外，各种传感器可与电子控制单元的输入接口连接，其输出信号被考虑以驱动锁定机构。同样地，其它致动器或定位器或类似件可与电子控制单元的输出接口连接，其功能取决于通过电子控制单元的输入接口转换的传感器信号而得以控制。
较佳实施例中，安全带卷收器包括一个电机，特别是伺服电机，它不仅仅实施传统的机械式安全带卷收器的收缩弹簧任务还能确保安全带在面临车辆碰撞时预拉伸。
在较佳实施例中，与输入接口连接的传感器之一还提供一个表示安全带卷轴旋转量的增量信号，最好是与表示旋转方向的另外信号相结合。这些信号由电子控制单元分析，通过加减计算以确定安全带卷轴的绝对旋转角度，从而确定缩回的安全带的长度。
在较佳实施例中，安全带卷收器具有下面的功能，一些功能也可仅在需要时实现：
-儿童座/负载防护
-安全带系紧检测
-车辆感应锁定
-收缩弹簧
-舒适的传动机构
-对未锁定座背的锁定
-安全带感应锁定
-安全带预拉伸。
根据一致的机电基本概念，按照本发明可提供功能不同的各种实施例的安全带卷收器。这些功能基本上由与电子单元装置的输入接口连接的传感器和通过控制单元据以操作的不可擦存的程序来决定。
较佳实施例提供了传统安全带卷收器不能实现的附加功能。附加功能之一是在紧急状态下例如急刹车时预防性的安全带拉伸。通过使用高性能的电机驱动器，能使张力为250N或更多。拉伸时间仅120ms时实现拉伸运行120mm或更多。这些预拉伸能够在事故前已消除安全带松弛，使乘客受伤危险最小以及使传统安全带张紧器特别是烟火型安全带张紧器的效果达到最佳。
安全带预拉伸也可用于修正乘客的就座姿势以最低限度地减少由可膨胀约束装置(气囊)所造成的受伤危险。
当安全带预拉伸之后，正常的驱动条件重新出现时，安全带的拉紧可被消除。
换言之，在安全带预拉伸以及随之又松弛已后，安全带可进行一个新的预拉伸。
在较佳实施例中，电机通过带齿安全带与侧装在安全带卷轴上的齿轮连接，该齿轮的直径大于电机驱动齿轮的直径。带齿安全带设置成在安全带张紧器的张力作用下作为加载功能元件。在正常操作中，安全带张力小，从而驱动器工作的噪音非常小以及磨损低。在安全带张紧时，安全带张力增加，以保证力的传递而齿不会打滑。同时，在齿间隙和配合公差方面获得最佳平衡。
所用电机最好是低磨损、无刷四相电机，其双绕定子绕组获得低的整流损耗。带有外转子的电机非常紧凑。外转子最好带有14极含钕磁环能够在紧凑的前提下获得高的驱动力矩，特别是在短时过载操作中。两个霍尔传感器提供转子位置、转动方向，由此，可得到缩回的安全带长度。
安全带卷收器的锁定机构由位于安全带卷轴凸缘上的带孔盘和可轴向移动地并且可弹簧加载地安装在卷收器的框架上的锁定销构成，该销可选择地锁定于安全带卷轴的带孔盘的孔中。通过相邻于孔的引入斜面有助于锁定销与带孔盘的孔的这种接合。通过一个电磁体使锁定销保持在非致动的静止位置。在非供能(通电)状态下使通过弹性加载，锁定销移入锁定位置。
安全带卷收器的电子控制单元更具体地满足下面的要求：
-电机整流；
-扭矩控制；
-过载保护；
-安全带卷轴松脱驱动；
-所有舒适和安全功能的控制；
-通过安全带卷轴的绝对旋转角度连续计算实际的安全带缩回长度；
-独立的和通过一个连接的总线系统(CAN)，输入不同的连接传感器的信号；
-带有空闲模式和整体EEPROM的快速8位控制单元；
-与印刷电路板成一体的定子。
在乘员约束保护系统的较佳实施例中，所有的安全带卷收器具有同样的机电基本的设计，不同仅仅在于基本上由存储在电子控制单元中的程序数据所决定的功能上。这样，例如，前安全带卷收器的功能与后安全带卷收器的功能不同。所有安全带卷收器的电子控制单元可与一个共同的中央传感器连接。
附图说明
通过下面的结合附图的较佳实施例的描述中，本发明的其他特点和优点将更加显而易见。
图1为安全带卷收器的电子控制装置方框图，
图2为包括电机驱动器的安全带卷收器整体透视图，
图3为图2的安全带卷收器的分解图，
图4为取下电机驱动器的安全带卷收器的侧视图，
图5为示意地示出带有驱动齿轮的电机的轴向剖视图。
具体实施方式
图1方框图示出的电机10为带有含钕磁环的外转子。外转子最好设计成14极。此外，电机10为无刷四相DC电机，其定子为双绕组。相邻于外转子设置的是两个霍尔传感器12，14。用两个霍尔传感器12，14增量式检测外转子的旋转，也可检测旋转方向，从而可确定旋转的绝对角度。微机16除了接收来自霍尔传感器12，14的信号以外还接收经接口18的多个开关信号，并进一步通过收发机20与CAN总线双向连接。电流从车用电压UBat经电压调节器22输送给微机16。通过驱动电路24，微机16给电机10的定子绕组10a和10b传输信号。驱动电路24包括高性能的FET(场效应晶体管)型半导体功率开关(power switch)，该开关具有非常低的体积电阻，可直接安装到印刷电路板上。经另一驱动电路26，微机16向电磁体的磁性线圈28传输信号，以致动下面将要叙述的安全带卷收器的锁定机构。
安全带卷收器具有一个大致U型的框架30，安全带卷轴32可旋转地安装在框架的平行支腿之间。在框架30上的安全带卷轴32的旋转可由锁定爪、锁定销或类似件以承载方式阻止。锁定爪或锁定销由一个电磁体34致动。该电磁体34具有图1所示的磁性线圈28。
带齿安全带盘36与安全带卷轴32不可旋转地连接。在框架30的一支腿外侧装有支承板38用于围绕安全带卷轴32轴线的有限的旋转。为了限制支承板38的枢转运动，支承板38上有两个长形孔40，固定到框架30上的两个销42与长形孔40接合。支承板38装有支承销44，电机10的外转子48装在支承销44上，该转子包括一个驱动齿轮46。一个带齿安全带50装配到带齿安全带盘36和驱动齿轮46上。在带齿安全带50的外周并且在带齿安全带盘36与驱动齿轮46之间，设有张紧滑轮52，该滑轮52可旋转地安装在框架30的侧支腿上。固定地安装在框架侧支腿上一销上的线簧56压靠支承板38并对该支承板作用有图4中逆时针方向的扭矩，从而支承板38进入图4的枢转位置，在该位置张紧滑轮52脱开带齿安全带50。如果由带齿安全带50传递的负载低，则支承板处于该枢转位置。一旦负载增加，在支承板38上作用着克服线簧56的扭矩，并且该扭矩是由带齿安全带50上拉伸应力产生。该拉伸应力具有一个相对于支承板38枢轴切线方向的分量。拉伸负载越高，该分量越大。在支承板38克服线簧56的作用旋转时，带齿安全带50与张紧滑轮52的周缘接合，从而带齿安全带50随着传送负载的增加而被张紧。
电机10的定子58与整个传输信号的电子装置一同安装在印刷电路板60上。印刷电路板60也具有图1所示的霍尔传感器12，14。此外，它至少具有一个高容量的电容器62以用作能量储备。印刷电路板60例如通过双头螺栓固定到框架30的一个侧支腿上。
所描述的安全带卷收器的功能由微机16处理的输入信号和由保持在程序存储器中有用的子程序所决定。这样，采用相同的机电基本设计可得到具有非常不同的功能的安全带卷收器。

Claims (15)

1、一种用于乘员约束保护系统的安全带卷收器，包括一个框架(30)，一个可旋转地安装在所述框架(30)中的安全带卷轴(32)，一个可选择地锁定所述安全带卷轴(32)的锁紧机构，一个车辆感应传感器，一个致动所述锁紧机构的致动器，一个可驱动所述安全带卷轴(32)的电机(10)，一个包括输入接口和输出接口的电子控制单元，所述的车辆感应传感器与所述输入接口连接，所述电机(10)与所述输出接口连接，其特征在于，所述致动器与所述输出接口连接，并且所述电机(10)与一个印刷电路板(60)共同组成一个组件单元，所述印刷电路板(60)装有包括功率半导体元件的电子信号电路。
2、按照权利要求1所述的安全带卷收器，其特征在于，还包括配属于所述控制单元的存储模块，在该存储模块中至少部分存储决定所述控制装置功能的程序数据。
3、按照权利要求1所述的安全带卷收器，其特征在于，所述致动器由驱动所述锁紧机构的锁定爪的电磁体(34)构成。
4、按照权利要求3所述的安全带卷收器，其特征在于，当连接到所述输入接口的多个传感器的信号群显示即将发生车辆碰撞时，所述控制单元向所述电机(10)传输信号以使安全带张紧。
5、按照权利要求3或4所述的安全带卷收器，其特征在于，所述电机(10)为无刷四相DC电机。
6、按照权利要求3所述的安全带卷收器，其特征在于，所述电机(10)包括一个双绕定子绕组(10a，10b)。
7、按照权利要求3所述的安全带卷收器，其特征在于，所述电机(10)包括一个带含钕磁环的外转子。
8、按照权利要求7所述的安全带卷收器，其特征在于，所述电机(10)包括一个14极外转子(48)。
9、按照权利要求3所述的安全带卷收器，其特征在于，所述电机(10)由带齿安全带(50)连接到所述安全带卷轴(32)。
10、按照权利要求9所述的安全带卷收器，其特征在于，所述带齿安全带(50)将所述电机(10)的驱动齿轮(48)与侧装在所述安全带卷轴(32)上的齿轮连接，所述齿轮的直径大于所述驱动齿轮(48)的直径。
11、按照权利要求10所述的安全带卷收器，其特征在于，所述电机(10)由侧装在所述框架(30)的支腿上的支承板(38)支承，以能够通过所述支承板(38)的枢转而有限地枢转，所述带齿安全带(50)可在所述齿轮与所述驱动齿轮(46)之间的部分压靠所述框架(30)支腿上的张紧滑轮(52)。
12、按照权利要求11所述的安全带卷收器，其特征在于，所述支承板(38)通过弹簧偏压进入旋转位置，在该位置张紧滑轮(52)与所述带齿安全带(50)隔开，并且加载时所述带齿安全带(50)中产生拉伸应力，使所述支承板(38)自动移动并且移动程度取决于负载地进入相反的旋转位置，在所述的相反的旋转位置，所述的张紧滑轮(52)压靠所述带齿安全带(50)。
13、按照权利要求3所述的安全带卷收器，其特征在于，还包括配属于所述电机(10)的传感器(12，14)，所述传感器提供信号，根据信号，相应于缩回安全带长度的所述安全带卷轴(32)的旋转绝对角度可由所述控制单元决定。
14、按照权利要求4所述的安全带卷收器，其特征在于，用于对所述电机(10)传输信号的所述控制单元考虑至少一个，最好是下面传感器信号的几个：
-ABS信号，
-制动压力信号，
-加速信号，
-车速信号，
-发动机速度信号，
-安全带受力信号，
-绝对的安全带卷轴旋转角度。
15、按照权利要求13或14所述的安全带卷收器，其特征在于，所述控制单元通过所述电机(10)对所述安全带卷轴(32)加载上恒定的收缩力矩，该力矩数值在所述安全带卷轴(32)的整个绝对旋转角度中可变化。
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