CN117480076A - 可逆式带拉紧器 - Google Patents

Abstract

公开了一种用于安全带系统的带拉紧器(1)，该带拉紧器具有马达(2)、惯性质量体(3)、传动装置(4)、可运动的带紧固点(5)和可切换的离合器(6)。马达(2)能够使惯性质量体(3)旋转运动。可切换的离合器(6)布置在马达(2)与带紧固点(5)之间，使得在第一切换状态下，惯性质量体(3)和带紧固点(5)在运动学上彼此脱联，并且在第二切换状态下，传动装置(4)将惯性质量体(3)与带紧固点(5)在运动学上联接，从而使得惯性质量体(3)的旋转运动被转化为带紧固点(5)的预定运动。

Description

可逆式带拉紧器

本发明涉及一种用于安全带系统的可逆式带拉紧器。

带拉紧器用于，在车辆乘员开始前倾并且必要时使用力限制装置之前，在约束情况下减少在一定程度上对车辆乘员约束起不利作用的影响。例如所谓的胶卷效应和带松弛属于这些影响。胶卷效应是安全带松动地卷收到带卷筒上。带松弛是安全带仅松动地贴靠在车辆乘员上。带拉紧器在极短的时间之内减少带松弛以及胶卷效应，其方式为：带拉紧器例如将安全带卷起到带卷收器的带卷筒上并且因此拉紧安全带。因此，车辆乘员可以及早参与车辆减速。此外，随后使用力限制装置的条件得到改善。

通常使用烟火技术驱动的带拉紧器，以便可以在足够短的时间内提供带拉紧所需的较高的力。当被触发时，气体发生器在拉紧器管中产生气体压力，通过该气体压力使相应的力传递元件移位。力传递元件与带卷筒共同作用并且使其旋转用以将带拉紧。在触发气体发生器之后，必须更换整个带拉紧器或带拉紧器的至少一些部分。

替代性地，还有借助电动马达驱动的可逆式带拉紧器。在本文中，“可逆式”意味着传动装置可以在两个方向上被驱动，以便一方面拉紧带延伸部，另一方面再次撤销拉紧。为了拉紧，电动马达必须在高转速下提供高转矩，以便能够以足够的力和速度将带拉紧。这种具有高功率输出的电动马达较大、较重并且制造成本昂贵。另外的缺点是，可能发生不必要的启用，因为可逆式带拉紧器由于系统迟缓而必须被相对较早地启用。然而目前，通过电子系统的数据情况或状况评估仍然是相对不确定的。错误触发对于乘员来说是令人不快的，因为车辆乘员无缘无故地承受到高安全带力。

例如，从WO 2013/167283 A1已知一种具有电动马达式驱动器的可逆式带拉紧器，该可逆式带拉紧器的电动马达根据期望的驱动功能以两个不同轴端部中的一个轴端部直接或间接与安全带连接。为此，电动马达的驱动轴在两个端侧各通过一个可切换的离合器与带卷筒是可联接的。

本发明的目的是，提供一种改进的带拉紧器，该带拉紧器也是可逆式的，即，在启用之后在没有事故的情况下可以使带延伸部再次松动、再次使用以及再次触发。

该目的通过根据本发明的带拉紧器来实现。该带拉紧器包括马达(Motor)。该带拉紧器还包括惯性质量体、传动装置、可运动的带紧固点和可切换的离合器。马达优选是电动马达。

根据一个方面，惯性质量体在运动学上与马达联接，从而使得马达能够使惯性质量体旋转运动。换而言之，惯性质量体直接或间接地与马达的转子连接，使得转子的旋转引起惯性质量体的旋转。优选地，惯性质量体可以直接且尤其抗相对转动地与马达的转子连接，例如法兰连接。以这种方式，可以使用功率相对较低的小型马达，以便在惯性质量体中储存并且因此为带拉紧器提供足够的动能。这通过马达在较长时间内以较低功率输出动能并且将其暂存在旋转的惯性质量体中来实现。

根据另一方面，可切换的离合器在运动链中布置在马达与可运动的带紧固点之间，使得在可切换的离合器的第一切换状态下，惯性质量体和带紧固点在运动学上彼此脱联。因此，在第一切换状态下，惯性质量体的运动不传递至带紧固点。而是惯性质量体可以不依赖于带紧固点旋转。

在可切换的离合器的第二切换状态下，传动装置将惯性质量体与带紧固点在运动学上联接，从而使得惯性质量体的旋转运动被转化为带紧固点的预定运动。惯性质量体的运动直接或间接引起带紧固点的限定运动。传动装置可以将惯性质量体的旋转运动转化为带紧固点的(另一种)旋转运动(例如转速更小或相同)、平移运动和/或沿着预定路径的运动。

在此的一个基本想法是，为惯性质量体加载足够的动能，以便能够安全且快速地将带拉紧。一旦可能发生危急行驶状况，“加载过程”就会开始。如果控制器/辅助系统确认这种危急行驶状况，马达就将惯性质量体加速。利用储存的动能，在预期的危急行驶状况实际发生时，可以足够快速且安全地将带拉紧。以这种方式，潜在的危急阶段就可以被用来提供动能，然后可以在需要时突然调用该动能或将其导入到带拉紧器中。能越晚且越安全地实现启用，对于车辆乘员来说就越舒服且越安全。此外，带拉紧器在危急行驶状况下的电力需求被最小化。通过这种方式可以使用有刷马达、无刷马达等简单的标准部件。

有利地，在第二切换状态下，即，在可切换的离合器闭合时，马达还可以被用于在低转速下提供可逆式带拉紧器的现有功能，例如减少带松弛和触觉警告。

在有利的实施方式中，可切换的离合器在运动链中布置在惯性质量体与传动装置之间。当旋转的惯性质量体加载有动能时，避免了传动装置始终一同旋转。例如这可以降低噪音并避免额外的振动。因此，带拉紧器对于车辆乘员来说是不太能察觉到的。能量损失也更低，因为在传动装置中自然会产生增加的摩擦损失。

在替代性的实施方式中，传动装置可以是至少具有第一传动级和第二传动级的多级传动装置。在这种情况下，第一传动级可以在运动学上与惯性质量体联接或直接连接。可切换的离合器在运动链中可以布置在第一传动级与第二传动级之间。于是可切换的离合器不一定必须与马达轴同轴地布置。由此可以带来结构空间优势。此外，高转速且始终一同运转的传动部分也大大减少。

带拉紧器可以具有另外的离合器。优选地，该另外的离合器在运动链中可以布置在传动装置与带紧固点之间。该另外的离合器可以是机械式离合器元件。另外的离合器可以以受机械控制的方式在传动装置转动了限定角度之后自动闭合并且实现转矩传递。机械式离合器可以是例如单向离合器或离心离合器。该另外的离合器使带能够平稳运动，用户在拉出带时无需使传动装置或运动链的其他部件一同运动。例如，通过在非危急情况下的分离可以使卷收器轴平稳运转。

在替代性的实施方式中，可切换的离合器在运动链中可以布置在传动装置与带紧固点之间。在这种情况下，可以省去另外的离合器。在惯性质量体加速时，传动装置始终一同旋转。在触发情况下，缩短了拉紧时间，因为传动装置不必首先加速并且储存的动能可以直接传递至例如卷收器轴。然而，为此必须承受磨损增加以及可能的振动增加和运转噪音增加。

根据一个有利的方面，可运动的带紧固点可以是带卷筒或包括在带卷筒中。带卷筒可以包括卷收器轴。这种类型的带拉紧器应用广泛。

替代性地，可运动的带紧固点可以是主动带扣锁或包括在主动带扣锁中。例如，传动装置可以包括具有螺杆螺母的螺杆，从而使得传动装置将旋转运动转化为平移运动。主动带扣锁尤其提高了车辆乘员的舒适度。

为了解决该目的，还提出了一种具有以下特征的用于操作可逆式带拉紧器的方法：

根据一个方面，该方法包括将惯性质量体加速至预定的转速。在此期间，通过可切换的离合器可以将惯性质量体与带紧固点脱联，尤其是使惯性质量体可以与驱动的马达一同自由旋转，但不使带紧固点运动。

此外，该方法包括将可切换的离合器从第一(脱联的)切换状态切换到第二(联接的)切换状态，从而使得尤其储存在旋转的惯性质量体中的动能驱动带拉紧器。在第二切换状态中，可切换的离合器将旋转运动或转矩从运动链的第一部分传递到运动链的第二部分。第一部分包括旋转的惯性质量体。第二部分包括可运动的带紧固点。

该方法可以实现提供限定的动能用以能够以高功率调用的带拉紧。

有利地，一旦识别出第一状态，就将惯性质量体加速。第一状态尤其可以与危急行驶状况相关联。以这种方式，只有可能(在不久的将来)必须触发带拉紧器时，才驱动惯性质量体。第一状态可以由控制器或驾驶辅助系统识别出。

优选地，一旦识别出第二状态，就可以将可切换的离合器从第一切换状态切换到第二切换状态。第二状态尤其可以与可能即将发生事故相关联。第二状态可以由控制器或驾驶辅助系统识别出。

一旦危急行驶状况结束且没有识别出第二状态，则可以再次使马达以及惯性质量体停住。不再需要用于带拉紧的动能。惯性质量体可以自由地降速旋转。替代性地，通过处于发电机运行的马达可以将动能转换回电能，并且输送给车载电网。

下面将参考附图借助一些实施例更详细地阐述本发明。在附图中：

-图1示出根据本发明的第一实施方式的带拉紧器的高度简化的示意图，

-图2示出根据本发明的第二实施方式的带拉紧器的高度简化的示意图，

-图3示出根据本发明的第三实施方式的带拉紧器的高度简化的示意图，

-图4示出根据本发明的第四实施方式的带拉紧器的高度简化的示意图，

-图5示出根据本发明的第五实施方式的带拉紧器的高度简化的示意图，并且

-图6示出用于操作带拉紧器的方法的图示。

图1示出了根据第一实施方式的用于安全带系统的带拉紧器1的高度简化的示意图。

带拉紧器1包括马达2、惯性质量体3、传动装置4、可运动的带紧固点5和可切换的离合器6。

马达2是电动马达。惯性质量体被设计成飞轮。惯性质量体3与马达2在运动学上联接。

在当前情况下，惯性质量体3抗相对转动地与马达2的转子或轴直接连接。例如，惯性质量体3可以法兰连接至马达轴或转子或者与马达轴或转子整体式形成或共同形成。

替代性地，另外的构件可以布置在马达2与惯性质量体3之间并且构成运动链。

马达2可以将惯性质量体3加速或使其运动，从而使惯性质量体旋转运动。

可切换的离合器6在运动链中布置在马达2与带紧固点5之间，使得在离合器的第一切换状态下，惯性质量体3和带紧固点5在运动学上彼此脱联，并且在第二切换状态下，传动装置4将惯性质量体3与带紧固点5在运动学上联接，从而使得惯性质量体3的旋转运动被转化为带紧固点的预定运动。

可切换的离合器6优选可以是电切换的。在常开的实施方案中，可切换的离合器6在未通电状态下是分离的并且在通电状态下是接合的。常开的实施方案特别节能。在常闭的实施方案中，可切换的离合器6在未通电的状态下是接合的并且在通电状态下是分离的。在该变型方案中，电源故障(或其他干扰，例如电子器件10中的干扰)引起可切换的离合器6的自动闭合。

在所示的情况下，可切换的离合器6在运动链内布置在惯性质量体3与传动装置4之间。马达小齿轮连接至可切换的离合器6并且将转矩或动能传递至传动装置4。传动装置使旋转运动减速并且将输出转矩或储存在惯性质量体中的动能传递至具有带紧固点5的带卷筒11的卷收器轴。

换而言之，在运动链中，当可切换的离合器6处于接合状态下，(电动)马达2驱动多级(减速)传动装置4。传动装置4的输出轴抗相对转动地与带卷筒11的卷收器轴联接，或者在所示的情况下直接连接。

优选地，该连接可以是可松脱的，使得具有安全带的带卷筒不会因一同转动的传动装置元件而受制动。带卷筒11包括或形成可运动的带紧固点5。当离合器6接合时，马达2或惯性质量体3的旋转引起带卷筒11的旋转，该带卷筒将安全带8卷起。

电子器件10驱控可切换的离合器6。优选地，离合器6可以是可电切换的。可以在考虑反馈信号的情况下来执行驱控，使得术语“控制”在此还包括狭义上的“调节”。

电子器件10可以例如是控制器(ECU＝Electronic Control Unit，电子控制单元)。电子器件10具有转速检测功能。转速检测功能例如可以通过传感器9来执行。传感器9可以是霍尔传感器。

马达2的转子可以与一个或多个磁体连接，其磁场由传感器探测。替代性地，传感器还可以是与轴或孔板上的相应标记相互作用的光学传感器。然而，转速也可以直接由电子器件10得出，例如考虑由马达2汲取的电功率或特征性电流曲线、马达的接通时间或其他参数。

带卷收器或带卷筒11包括常用的部件。

可切换的离合器6的启用在马达2、惯性质量体3与传动装置4之间建立连接。在脱联状态下马达轴转动，一直到离合器电启用。优点是将能量立即传递到卷收器轴并且拉紧时间更短。

在图2中示出了根据本发明的第二实施方式的带拉紧器1的高度简化的示意图。针对从第一实施方式中已知的构件或特征使用相同的附图标记，并且因此参考上面的解释。

在第二实施方式中，传动装置4是至少具有第一传动级4a和第二传动级4b的多级传动装置。第一传动级4a在运动学上与惯性质量体3联接，从而使第一传动级4a始终与马达2或惯性质量体3一起旋转。可切换的离合器6在运动链中布置在第一传动级4a与第二传动级4b之间。

带拉紧器1具有另外的离合器7。另外的离合器7在运动链中布置在传动装置4与带紧固点5之间。另外的离合器7可以包括机械式离合器元件。另外的离合器7以受机械控制的方式(例如在转动了限定角度之后)将传动装置4与带卷筒11的卷收器轴连接起来。因此，另外的离合器7以单向离合器的方式工作。只要带拉紧器1不主动地作用在安全带上，这就可以改善带卷绕器的平稳运行。

可切换的离合器6不施装到马达轴的延长部上。由此带来了结构空间优势。在此，尽可能减少这一始终一同转动的传动级4a部分，以便使噪音和构件负载保持得较低。

在图3中示出了根据第三实施方式的带拉紧器1的高度简化的示意图。针对从第一实施方式和/或第二实施方式中已知的构件或特征使用相同的附图标记，并且因此参考上面的解释。

在第三实施方式中，另外的离合器7同样设置在传动装置4与可运动的带紧固点5之间。如在第一种带拉紧器中那样，可切换的离合器6在运动链中布置在惯性质量体3或马达2与传动装置4之间。

在图4中示出了第四实施方式的带拉紧器1的高度简化的示意图。针对从先前实施方式中已知的构件或特征使用相同的附图标记，并且因此参考上面的解释。

在第四实施方式中，可切换的离合器6在运动链中布置在传动装置4与带紧固点5之间。因此，省去了另外的离合器7。可切换的离合器6的启用在马达2、惯性质量体3、传动装置4与带卷筒11的卷收器轴之间建立连接。

在未联接的状态下，卷收器轴自由转动并且能够以平稳运行的安全带8为乘员提供最大程度的舒适度。该变型方案的优点是将能量立即传递到卷收器轴并且拉紧时间更短。然而，在马达2加速时，整个传动装置4一同加速。这会对运行噪音和传动装置构件负载产生负面影响。

在图5中示出了具有主动带扣锁12的带拉紧器1的高度简化的示意图。针对从先前实施方式中已知的构件或特征使用相同的附图标记，并且因此参考上面的解释。

主动带扣锁12同时形成或包括可运动的带紧固点5。传动装置4包括可转动的螺杆14，螺杆螺母15在该螺杆上行进，从而使得传动装置4将螺杆14的旋转运动转化为螺杆螺母15的平移运动。带扣锁12联接至螺杆螺母15。示例性地示出了一种变型方案，其中带扣锁12和螺杆螺母15借助钢缆16连接。为了能够传递压力，钢缆16在管状缆索引导件13中被引导。

在这里，不是使带卷筒11上的安全带8运动，而是使带扣锁12运动。由此，实现了同时拉紧腰部带和肩部带。

在脱联的状态下，动能储存在旋转的惯性质量体3中。如果达到所需的转速并且出现“预碰撞触发”信号，就闭合可切换的离合器6。然后动能被导入螺杆14。

然后，通过可切换的离合器6、螺杆14、螺杆螺母15以及借助钢缆16实现的与扣锁头的连接而向下拉动带扣锁12，并且减少带松弛。

在可切换的离合器6闭合时，无需马达2的预先加速就可以实施主动带扣锁的标准功能。例如，可以升高和降低扣锁头，以便更容易扣合。在“预警安全”的情况下，可以快速降低带扣锁12。

在图6中示出了用于操作带拉紧器1的示意性流程图。

在节能的基本状态S1下，马达2或惯性质量体3息止。马达2不驱动惯性质量体。优选地，马达2和惯性质量体3均不旋转。可切换的离合器6可以处于第一(分离的)切换状态。如果还有另外的离合器7，则也使其断开。

带拉紧器1或电子器件10可以从节能的基本状态S1变换到可选存在的舒适运行状态S2(路径C1)。为此，闭合可切换的离合器6。根据功能驱控马达，以便在低转速下例如向系有带的车辆乘员传递触觉反馈(例如带振动)，并且/或者提供舒适功能，例如升起带扣锁或轻轻拉紧带延伸部以减少带松弛。如果带拉紧器1具有单向离合器意义上的另外的离合器7，则其输入轴一旋转，该另外的离合器就闭合。在舒适运行状态S2结束之后，电子器件10可以返回至基本状态S1(路径C2)。

如果识别出即将发生危急行驶状况(也就是例如潜在事故的概率高于限定的第一阈值的状况)(路径C3)，则电子器件10立即变换到准备运行状态S3。在准备运行状态S3中，马达2将惯性质量体3加速到限定的转速，然后保持该限定的转速。

如果拉紧过程需要例如50J的能量，则马达2以I＝6000gmm²的马达轴转动惯量和I＝20000gmm²的惯性质量体3转动惯量被加速至约18500rpm的转速。如果达到该转动速度，则可以将马达2与传动装置4联接。如果没有发生碰撞，则允许马达2逐渐关停，不发生启用。当然，转动惯量和转速的其他值组合也是可能的。有意义的是，马达轴和惯性质量体的转动惯量总计至少为7000gmm²，优选至少为15000gmm²。还可以有意义的是，马达轴和惯性质量体的转动惯量总计不超过60000gmm²，优选不超过30000gmm²，由此系统总体上不会变得太迟缓。

如果随后识别出(路径C4)危急状况发生，例如潜在事故的概率高于限定的第二阈值(其中，第二阈值大于第一阈值)，则闭合可切换的离合器6，以便触发带拉紧(步骤S4)。

如果没有发生危急状况，则带拉紧器1返回到节能的基本状态S1(路径C5)。如果系统已经充满动能并且在没有启用可切换的离合器6的情况下危急状况就结束，则动能存在于旋转元件中。如果不给马达通电，则它可以转为发电机运行，并且在马达端子处存在发电机电压。根据施加的电阻或截取的功率，有相应的电流流动，并且机械能被转换为电能并且回馈到车辆网络中。利用回收的能量可以有针对性地操作执行器或者以该能量给蓄电池进行充电。因此，这还缩短了关停过程。这也有利于传动装置负载。运行噪音也被缩短和降低。

换句话说，再次概括地描述该方法，在正常或非危急行驶运行期间优选不给马达2通电。如果事故的可能性增加，例如因为前方车辆切入本车行驶路径，则及早将马达2带到限定的转速。为此，通过可电动切换的离合器6中断与传动装置4的连接。如果存在期望的转速，则可以以储存在旋转的惯性质量体3中的动能的形式调用约束人员所需的能量。

转动惯量由系统的旋转质量体组成。如果马达轴的转动惯量不足，则可以将附加的惯性质量体3施装在马达轴本身上，或者更一般地在运动链中施装在传动装置4之前。如果不是这样，则转子本身就具有必要的惯性质量体。

如果电子器件10现在获得或产生“预碰撞触发”信号，则可切换的离合器6与传动装置4相闭合。通过闭合可切换的离合器6，传动装置4加速，另外的机械式离合器7闭合并最终将动能传递至安全带8。能量被传递至乘员并且由此将其系在车辆上。

如果状况缓和，没有发生危急状况，则不闭合可切换的离合器6并且马达2返回至限定的基本转速或完全关停并且保持停止。

对于需要较低力的功能(例如减少带松弛或周期性警告功能)，与预碰撞情况相比非常慢的转速和安全带力是有利的。在这种情况下，当马达2停止时，闭合可切换的离合器6。现在按规定给马达2通电，并且将转矩直接传递至传动装置4。由于转动，另外的离合器7(如果存在的话)闭合并且将运动传递至可运动的带紧固点5。在完成该功能之后，再次断开电离合器并且为潜在的预碰撞情况做好准备。

Claims (10)

1.一种用于安全带系统的带拉紧器(1)，所述带拉紧器包括马达(2)、惯性质量体(3)、传动装置(4)、可运动的带紧固点(5)和可切换的离合器(6)，

其中，所述惯性质量体(3)在运动学上与所述马达(2)联接，从而使得所述马达(2)能够使所述惯性质量体(3)旋转运动，并且

其中，所述可切换的离合器(6)在运动链中布置在所述马达(2)与所述带紧固点(5)之间，使得在第一切换状态下，所述惯性质量体(3)和所述带紧固点(5)在运动学上彼此脱联，并且在第二切换状态下，所述传动装置(4)将所述惯性质量体(3)与所述带紧固点(5)在运动学上联接，从而使得所述惯性质量体(3)的旋转运动被转化为所述带紧固点(5)的预定运动。

2.根据权利要求1所述的带拉紧器(1)，其特征在于，所述可切换的离合器(6)在所述运动链中布置在所述惯性质量体(3)与所述传动装置(4)之间。

3.根据权利要求1所述的带拉紧器(1)，其特征在于，所述传动装置(4)是至少具有第一传动级和第二传动级(4a；4b)的多级传动装置，其中，所述第一传动级(4a)在运动学上与所述惯性质量体(3)联接，并且其中，所述可切换的离合器(6)在所述运动链中布置在所述第一传动级(4a)与所述第二传动级(4b)之间。

4.根据前述权利要求中任一项所述的带拉紧器(1)，其特征在于，所述带拉紧器(1)具有另外的离合器(7)，其中，所述另外的离合器(7)在所述运动链中布置在所述传动装置(4)与所述带紧固点(5)之间。

5.根据权利要求1所述的带拉紧器(1)，其特征在于，所述可切换的离合器(6)在所述运动链中布置在所述传动装置(4)与所述带紧固点(5)之间。

6.根据前述权利要求中任一项所述的带拉紧器(1)，其特征在于，所述可运动的带紧固点(5)是带卷筒(11)，尤其其中，所述传动装置(4)是减速传动装置。

7.根据权利要求1至5中任一项所述的带拉紧器(1)，其特征在于，所述可运动的带紧固点(5)是主动带扣锁(12)，尤其其中，所述传动装置(4)包括具有螺杆螺母(15)的螺杆(14)，从而使得所述传动装置(4)将旋转运动转化为平移运动。

8.一种用于操作根据前述权利要求中任一项所述的带拉紧器(1)的方法，所述方法包括如下步骤：

-在所述可切换的离合器(6)处于所述第一切换状态期间，将所述惯性质量体(3)加速到预定的转速，

-将所述可切换的离合器(6)切换到所述第二切换状态，从而使得储存在所述惯性质量体(3)中的动能驱动所述带拉紧器(1)。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，一旦识别出第一状态，就将所述惯性质量体(3)加速，尤其其中，所述第一状态与危急行驶状况相关联。

10.根据权利要求8或9中任一项所述的方法，其特征在于，一旦识别出第二状态，就将所述可切换的离合器(6)从所述第一切换状态切换到所述第二切换状态，尤其其中，所述第二状态与可能即将发生事故相关联。