CN1324741A - 控制与电动机相连的安全带伸缩器中带轴上的扭矩的方法 - Google Patents

控制与电动机相连的安全带伸缩器中带轴上的扭矩的方法 Download PDF

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Abstract

在通过驱动皮带(16)与电动机(14)相连接的安全带伸缩器中,控制在该安全带伸缩器中安全带轴(12)上形成的扭矩,从而避免滞后效应。为了达到此目的,探测安全带轴(12)的转动方向,并依据所探测到的转动方向,改变提供给所述电动机(14)的电流,使其从第一值变化到第二值,第二值与第一值的差值是补偿滞后力所要求的量。

Description

控制与电动机相连的安 全带伸缩器中带轴上的扭矩的方法
本发明涉及一种用于控制形成在和电动机相连接的安全带伸缩器中安全带轴上的扭矩的方法。
德国专利DE10018972中公开了一种安全带的伸缩器，其安全带的轴是由电动机来驱动的，而不是盘簧驱动。通过锯齿形带使该电动机与安全带的轴相连接。假设向该电动机提供的电流量保持恒定不变，由于锯齿形带的摩擦和弯曲作用会导致该座椅安全带受力产生滞后，而所说滞后力在安全带卷绕和松开时又存在差异。
本发明的一个目的是从根本上避免滞后作用力，从而使施加到车内乘客身体上的安全带上的压力基本保持不变。
根据本发明所述的方法，在与电动机相连接的安全带伸缩器的安全带轴上形成的扭矩可以通过如下方法进行控制，探测该安全带轴的转动方向，并依据所探测到的转动方向，改变提供给电动机的电流，使其从第一值转变到第二值。第二值与第一值的差值是补偿滞后力所要求的量。
因此，为了均衡座椅安全带所受的力，提供给电动机的电流量以这样一种方式进行调节，即在卷绕方向上增加电流，在拉伸方向上减少电流，结果可以从大体上均衡安全带轴上的扭矩，因而当座椅安全带被卷绕或松开时能够从根本上均衡座椅安全带上所受的力。
按照本发明一个较佳实施例，还可以探测到安全带轴的静止。保持座椅安全带的恒定的拉出长度所需的作用力小于拉伸安全带所需的力。因此，为了补偿较小的力，提供给电动机的电流量相对来说较大。
在紧急情况下，当强烈的减速力作用于车辆上时，惯性力将会促使车内乘客的身体离开座椅，因而会以一个高于车内乘客正常运动的速度拽拉座椅安全带。为了保护车内的乘客，应使座椅安全带避免出现如此快速的拉伸。
按照本发明另一较佳实施例，在拉伸方向上探测安全带轴的转动速率，当转动速率超过预先设定的第一临界值时，通过增加提供给电动机的电流量使阻抗座椅安全带拉出的阻力增加，增加的速率保持恒定。仅当转动速率达到与电流量的临界值相对应的第二临界值时，安装在安全带伸缩器上的机械锁定装置才开始动作。否则，座椅安全带上的约束仅通过电动机来获得。
本发明所述方法的较佳应用是在这种类型的伸缩器中，即该装置包括一框架、可转动地安装在上述框架上的一安全带轴、通过一驱动带与安全带轴相连接一电动机，其中转动方向能被探测到，并依据探测到的转动方向来调节电动机的电流。
下面将参照附图对本发明进行更具体地描述。
图1是一种安全带伸缩器的横截面剖图；
图2是一张图表，用于说明在座椅安全带被卷绕时和被拉伸时导致滞后现象的不同作用力；
图3是一张图表，图中示出的座椅安全带所受的力是一个关于拉伸速率的函数；
图1是一种安全带伸缩器的横截面剖图，其中安全带伸缩器采用了本发明所述的方法。
该安全带伸缩器包括一框架10、一安全带轴12可转动地安装在框架10内用于拉紧座椅安全带、一无刷电动机14通过驱动皮带16与安全带轴12相连接。一机械锁定机构连接到与驱动皮带16相对的一端的安全带轴12上。该锁定机构包括一棘轮18、一棘爪20和一电磁体22。在紧急情况下，可以控制棘爪20使其与棘轮18上的外齿相啮合从而锁定安全带轴12。
该安全带伸缩器还包括一容纳在电动机14的壳体26内的印刷电路板24。一电子微处理器包括安装在印刷电路板24上的只读存储器和换向控制霍尔传感器。
如上所述的安全带伸缩器，当以恒定电流的模式来操作电动机14时，将会产生一恒定的扭矩，通过驱动带16作用于安全带轴12上。因此，当座椅安全带被卷绕或被拉伸时，由于驱动皮带16的摩擦和弯曲作用而导致运动方向上座椅安全带所受力的差异，在这种使用模式中将会出现滞后效应。
该状态显示于如图2，其中座椅安全带所受力f是关于座椅安全带拉伸或卷绕时拽出长度s的关系函数，参照代表下述步骤的数字可作更详细的解释：
①-力f1是一个理想的座椅安全带拉伸/卷绕力，在某种意义上来说没有滞后现象发生，也就是说，该座椅安全带所受力f1与该安全带的运动方向无关。用Mmotor来表示电动机14的驱动力矩，用Mdrivebelt来表示由驱动带16转移到安全带轴12上的力矩，用Mfriction来表示由摩擦和弯曲作用而导致的力矩，以及由座椅安全带上的力f和该力的力臂r所引起的Mdrivebelt，力f2和f3之间的差异(表示如下)为：
2Mfriction/r和f1=(f2+f3)/2，如图2所示。
②和③-保持电动机的电流恒定，座椅安全带在拉伸时所受的力f2大于其在卷绕时所受的力f3。
④-滞后作用力。当在力f2的作用下座椅安全带的拉出长度S=b时，座椅安全带开始卷绕，该座椅安全带的力降至较小的值f3-而另一方面，当在力f3的作用下座椅安全带卷绕的长度S=b-a时，座椅安全带开始拉伸，该座椅安全带所需的力升至较大的值f2。
而且，在力f2的作用下将座椅安全带拉出特定的长度，并使座椅安全带保持在该位置时，保持力小于力f2。
为了从根本上避免上述的滞后效应，根据上述本发明所提出的解决方案，大体上包括下面两个步骤：
a)探测安全带轴12的转动方向。
使用换向控制霍尔传感器来探测安全带轴12的转动方向。另外，当霍尔边的变化已经稳定持续超过大约一秒时，将辨认出座椅安全带伸缩器上的所述座椅安全带静止。依据上述转动方向，提供给电动机14的电流量按如下方式进行没定：
b)设定电动机的电流值以避免滞后效应。
为了提供一种补偿驱动带16所固有的滞后效应所需要的扭矩，必须调整电动机的电流。根据本发明所述，上述过程将通过脉宽调制的方式(PWD)来完成。分别与安全带卷绕时和拉伸时安全带所受力对等的电动机第一电流值I2和第二电流值I3均通过试验来确定。
如果探测到座椅安全带的拉伸运动，通过调节脉宽调制的工作循环来设定较低的电动机第一电流I2。以这种方式设定的电流I2与所期望的座椅安全带的拉伸力相对应。
另一方面，如果探测到座椅安全带的收缩运动，接着增加脉宽调制的工作循环使电动机的电流值与较高的电动机第二电流值I3相对应。以这种方式设定电流值I2与I3可以使在图2中a点和b点发生的滞后作用力在很大程度上得到补偿。
当探测到座椅安全带静止时，电动机的电流同样被设定为较高的值。
根据本发明实施例的进一步描述，为了将与弯曲力和摩擦力相关的温度考虑进去，可以将针对各个不同温度Ti的电流值集合(I2,I3)i储存在微处理器的存储器内。通过微处理器来选择没定正确的电流值(I2,I3)以充分消除滞后效应，所需的温度信息可以由集成的负温度系数热敏电阻来局部测定，也可以通过一个通信总线接口来查询。
根据本发明实施例的进一步描述，如图3所示，测定拉伸中的安全带轴12的转动速率，当该转动速率超过预先设定的转速第一临界值V1时，增加提供给电动机14的电流量。电动机电流I的增加量是安全带拉伸速率V的函数。仅当转动速率达到转速的第二临界值V2时，安全带伸缩器上的机械锁定机构才开始动作。
为了便于区分，如果安全带轴12的转动的拉伸速率小于V1，座椅安全带开始不受约束。当测定的转动速率介于V1和V2之间时，仅采用电动机14来完成上述约束。如果转动速率超过V2以上，机械锁定机构被启动。

Claims (11)

1．一种用于控制形成在与电动机(14)相连接的安全带伸缩器的安全带轴(12)上的扭矩的方法，包括以下步骤：
探测所述安全带轴(12)的转动方向；
依据探测到的所述转动方向，改变提供给所述电动机(14)的电流，使其从第一值到第二值，第二值与第一值的差值是补偿滞后力所要求的量。
2．根据权利要求1所述的方法，其特征在于：当所述安全带轴(12)沿卷绕方向转动时，所提供的电流量大于所述安全带轴(12)沿拉伸方向转动时所提供的电流量。
3．根据权利要求2所述的方法，其特征在于：当所述安全带轴(12)处于静止状态时，该安全带轴(12)的静止状态能被探测到，并且此时所提供的电流量较大。
4．根据权利要求1所述的方法，其特征在于：对提供给所述电动机(14)的电流量进行校正，以补尝环境温度的变化。
5．根据权利要求4所述的方法，其特征在于：从一个只读存储器(ROM)中检索与温度相关的电流量。
6．根据权利要求1所述的方法，其特征在于：测定所述安全带轴(12)在拉伸方向上的转动速率，当该转动速度超过预先设定的转速的临界值时，提供给所述电动机(14)的电流量增加。
7．根据权利要求6所述的方法，其特征在于：提供给所述电动机(14)的电流量随着所述安全带轴(12)转动速度的增加而增加。
8．根据权利要求7所述的方法，其特征在于：当提供给所述电动机(14)的电流量达到一预先设定的临界值时，所述安全带伸缩器上的锁定装置开始动作。
9．根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述电动机(14)通过一个包括有驱动皮带(16)的减速齿轮与安全带轴(12)相连接。
10．根据权利要求1所述的方法，其特征在于：通过与所述的电动机(14)相连接的霍尔传感器，可间接地探测所述安全带轴(12)的转动。
11．根据权利要求1所述的方法，其特征在于：以脉宽调制的方式对提供给所述电动机(14)的电流进行调制。
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