DE102005041101A1

DE102005041101A1 - Sicherheitsgurtsystem

Info

Publication number: DE102005041101A1
Application number: DE102005041101A
Authority: DE
Inventors: Joachim Biller; Bernd Gombert
Original assignee: Siemens AG; TRW Automotive GmbH
Current assignee: ZF Automotive Germany GmbH
Priority date: 2005-08-30
Filing date: 2005-08-30
Publication date: 2007-03-15
Also published as: CN101277855A; KR20080075836A; JP2009505898A; US20080185832A1; EP1919743A1; WO2007025958A1

Abstract

Ein Sicherheitsgurtsystem für ein Kraftfahrzeug umfasst eine Gurtrolle (14) und ein auf die Gurtrolle (14) gewickeltes Gurtband (16). Ferner umfasst das Sicherheitsgurtsystem eine durch einen Aktuator (32) betätigbare Bremsanordnung (17) zur Abbremsung einer Bewegung des Gurtbands (16), wobei die Bremsanordnung (17) mit einer Anordnung (20, 38, 40) zur Selbstverstärkung einer von dem Aktuator (32) erzeugten Betätigungskraft ausgestattet ist, und wobei der Aktuator ((32) mit einer elektronischen Steuereinheit (35) verbunden ist. Die elektronische Steuereinheit (35) ist dazu eingerichtet, den Aktuator (32) in Abhängigkeit mindestens eines insassenspezifischen und/oder situationsspezifischen Parameters zu steuern, um eine daran angepasste Abbremsung der Bewegung des Gurtbands (16) zu bewirken.

Description

Die Erfindung betrifft ein Sicherheitsgurtsystem mit einer Gurtrolle und einem auf die Gurtrolle gewickelten Gurtband.

Moderne, zum Einsatz in Kraftfahrzeugen vorgesehene Sicherheitsgurtsysteme weisen üblicherweise eine drehbare Gurtrolle, auf die ein Gurtband gewickelt ist, sowie einen beispielsweise in Form einer Klinken-, Fliehkraft- oder Trägheitsvorrichtung ausgebildeten Mechanismus auf, der im Crashfall für eine Blockierung der Gurtrolle und somit für eine Abbremsung einer Abwickelbewegung des Gurtbands von der Gurtrolle sorgt. Darüber hinaus sind derartige Systeme üblicherweise mit einem an der Gurtrolle oder einem Gurtschloss angebrachten Gurtstraffer ausgestattet, der das Gurtband unmittelbar vor einem Crash am Körper eines Fahrzeuginsassen strammzieht und somit die so genannte Gurtlose kompensiert. Um durch das Sicherheitsgurtsystem verursachten Verletzungen vorzubeugen, ist üblicherweise ferner ein Gurtkraftbegrenzer vorgesehen, der die von dem Gurtband auf den Fahrzeuginsassen aufgebrachte Krafteinwirkung, beispielsweise durch eine Verformung eines Torsionsstabs ab einer vorbestimmten Gurtkraft, begrenzt.

Wenn ein Fahrzeugassistenzsystem oder ein Crashsensor eine bevorstehende Crashsituation erfasst, wird ein entsprechendes Signal an eine elektronische Steuereinheit geleitet, die daraufhin einen Betätigungsmechanismus des Gurtstraffers ansteuert und somit für eine Auslösung des Gurtstraffers sorgt. Als Betätigungsmechanismen für den Gurtstraffer kommen mechanische Systeme mit einer vorgespannten Feder oder pyrotechnische Systeme, bei denen das Strammziehen des Gurts mittels einer pyrotechnischen Treibladung bewirkt wird, zum Einsatz. Diese Sys teme sind nach einmaliger Auslösung unwirksam und müssen daher nach einem Crash ausgetauscht werden. Im Gegensatz dazu sind reversible Betätigungssysteme, bei denen z.B. ein hochdynamischer Elektromotor zum Einsatz kommt, mehrfach verwendbar. Bei einer Auslösung des Gurtstraffers wird das Gurtband innerhalb von 5 bis 20 ms um bis zu 300 mm angezogen, so dass der Fahrzeuginsasse in eine optimale Sitzposition gezogen wird und das Gurtband auch dann stramm am Körper anliegt, wenn der Fahrzeuginsasse dicke Kleidung trägt.

Beim Crash selbst wird die Gurtrolle und somit das Gurtband durch den beispielsweise in Form einer Klinken-, Fliehkraft- oder Trägheitsvorrichtung ausgebildeten Mechanismus blockiert. Die Auslösung des Blockiermechanismus kann wiederum entweder mechanisch oder elektronisch durch die elektronische Steuereinheit, beispielsweise in Reaktion auf ein entsprechendes Signal eines Beschleunigungs- oder Fliehkraftsensors bewirkt werden. Nach Auslösung des Blockiermechanismus wird der Kraftfluss in dem Sicherheitsgurtsystem über den Torsionsstab geleitet, der sich, wie oben erwähnt, ab einer vorbestimmten Gurtlast verformt und somit die von dem Gurtband auf den Fahrzeuginsassen aufgebrachte Krafteinwirkung begrenzt. Auf diese Art und Weise kann die Belastung insbesondere des Kopf- und des Brustbereichs des Insassen durch das Gurtsystem verringert werden.

Bei den meisten derzeit bekannten Sicherheitsgurtsystemen ist demnach ein Gurtkraftniveau festgelegt, ab dem eine Verformung des Torsionsstabs und somit eine Gurtkraftbegrenzung möglich ist. Einige Systeme ermöglichen eine einmalige mechanische Umschaltung zwischen zwei verschiedenen Gurtkraftniveaus. Bei allen Systemen besteht jedoch die Notwendigkeit, das Gurtkraftniveau/die Gurtkraftniveaus für eine Verformung des Torsionsstabs bereits bei der Konstruktion des Systems, bei spielsweise durch eine entsprechende Auslegung des Torsionsstabs festzulegen. Dabei wird üblicherweise auf Durchschnittswerte für Größe und Gewicht eines Fahrzeuginsassen, die Sitzposition, die Fahr- bzw. Crashsituation, etc. zurückgegriffen.

Infolgedessen besteht die Gefahr, dass beispielsweise bei sehr kleinen, leichtgewichtigen Fahrzeuginsassen im Crashfall das Gurtkraftniveau für eine ausreichende Verformung des Torsionsstabs nicht erreicht wird. Dies führt zu einer überhöhten Krafteinwirkung insbesondere auf den Kopf- und Brustbereich dieser Personen und somit zu einem gesteigerten Verletzungsrisiko. Bei sehr großen, schwergewichtigen Fahrzeuginsassen kann dagegen eine durch die Gurtkraftbegrenzung verursachte ungenügende Abbremswirkung des Gurtsystems auftreten, so dass das Risiko besteht, dass diese Personen bei einem Crash gegebenenfalls durch den Airbag auf das Lenkrad aufprallen. Demnach kann die durch bekannte Sicherheitsgurtsysteme gewährleistete passive Sicherheit für einen "durchschnittlichen " Fahrzeuginsassen, das heißt eine Person mit einer durchschnittlichen Größe und einem durchschnittlichen Gewicht, unter Umständen deutlich höher sein, als für eine sehr kleine, leichtgewichtige oder eine sehr große, schwergewichtige Person.

Darüber hinaus sind diese Systeme nicht dazu in der Lage, auf eine Veränderung anderer Parameter, wie z.B. eine Fehlposition ("out of position") eines Fahrzeuginsassen oder spezifische Fahr- bzw. Crashsituationen zu reagieren, die beispielsweise durch eine bestimmte Fahrgeschwindigkeit, einen bestimmten Crashpuls sowie die jeweilige Umgebungssituation charakterisiert sein können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein adaptives Sicherheitsgurtsystem bereitzustellen, das eine individuelle Steue rung der im Crashfall von dem Gurtband auf einen Fahrzeuginsassen aufgebrachten Krafteinwirkung ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch ein Sicherheitsgurtsystem gelöst, das die im Anspruch 1 angeführten Merkmale aufweist.

Das erfindungsgemäße Sicherheitsgurtsystem umfasst eine durch einen Aktuator betätigbare Bremsanordnung zur Abbremsung einer Bewegung des Gurtbands. Das Abbremsen der Bewegung des Gurtbands kann bei dem erfindungsgemäße Sicherheitsgurtsystem durch ein Abbremsen einer Drehbewegung einer drehbaren Gurtrolle zum Ab- bzw. Aufwickeln des Gurtbands von der bzw. auf die Gurtrolle, aber auch durch einen Bremskraftangriff am Gurtband selbst erfolgen. Mit anderen Worten, die durch einen Aktuator betätigbare Bremsanordnung kann auf die Gurtrolle, aber auch auf das Gurtband selbst wirken.

Die Bremsanordnung des erfindungsgemäßen Sicherheitsgurtsystems ist mit einer Anordnung zur Selbstverstärkung einer von dem Aktuator erzeugten Betätigungskraft ausgestattet. Durch eine derartige Selbstverstärkungsanordnung kann die von dem Aktuator zur Erzielung einer gewünschten Bremswirkung aufzubringende Betätigungskraft signifikant verringert werden. Infolge dessen kann ein kompakt aufgebauter, leichtgewichtiger Aktuator zum Einsatz kommen. Die Bremsanordnung des erfindungsgemäßen Sicherheitsgurtsystems weist somit ein ausreichend kleines Volumen auf, um in dem in modernen Kraftfahrzeugen üblicherweise nur sehr begrenzt zur Verfügung stehenden Einbauraum, beispielsweise in der B-Säule des Kraftfahrzeugs, untergebracht werden zu können.

Schließlich ist der Aktuator zur Betätigung der Bremsanordnung bei dem erfindungsgemäßen Sicherheitsgurtsystem mit einer elektronischen Steuereinheit verbunden. Die elektronische Steu ereinheit ist dazu eingerichtet, den Aktuator in Abhängigkeit mindestens eines insassenspezifischen und/oder situationsspezifischen Parameters zu steuern, um eine an den mindestens einen insassenspezifischen und/oder situationsspezifischen Parameter angepasste Abbremsung der Bewegung des Gurtbands zu bewirken. Indem der Aktuator in Realzeit in Abhängigkeit des mindestens einen insassenspezifischen und/oder situationsspezifischen Parameters gesteuert wird, erfolgt die Abbremsung der Bewegung des Gurtbands im Crashfall ebenfalls in Realzeit in Abhängigkeit dieses Parameters. Dadurch wird eine individuelle Anpassung der über das Gurtband auf einen Fahrzeuginsassen einwirkende Kraft an den mindestens einen insassenspezifischen und/oder situationsspezifischen Parameter ermöglicht. Das erfindungsgemäße Sicherheitsgurtsystem gewährleistet somit im Vergleich zu konventionellen Systemen eine deutlich verbesserte passive Sicherheit.

Vorzugsweise ist die elektronische Steuereinheit dazu eingerichtet, einen das Gewicht eines Insassen eines mit dem erfindungsgemäßen Sicherheitsgurtsystem ausgestatteten Kraftfahrzeugs und/oder einen die Sitzposition des Insassen charakterisierenden Parameter als den mindestens einen insassenspezifischen und/oder situationsspezifischen Parameter heranzuziehen. Durch eine Steuerung des die Bremsanordnung zur Abbremsung der Bewegung des Gurtbands betätigenden Aktuators in Abhängigkeit des Gewichts eines Fahrzeuginsassen kann die über das Gurtband auf den Fahrzeuginsassen einwirkende Kraft in vorteilhafter Weise an das Gewicht dieses Insassen angepasst werden. Beispielsweise können kleine, leichtgewichtige Personen im Crashfall durch eine entsprechende Steuerung des Aktuators und eine damit verbundene Begrenzung der aufgebrachten Bremskraft zuverlässig vor einer überhöhten Krafteinwirkung über das Gurtband geschützt werden. Bei großen, schwergewichtigen Fahrzeuginsassen kann dagegen der Aktuator so gesteuert werden, dass die zur Abbremsung der Bewegung des Gurtbands von der Bremsanordnung aufgebrachte Bremskraft ausreichend hoch ist, um zu verhindern, dass diese Personen bei einem Crash gegebenenfalls durch den Airbag auf das Lenkrad aufprallen. Dadurch kann das Verletzungsrisiko sowohl für kleine, leichtgewichtige Personen als auch für große, schwergewichtige Personen signifikant verringert werden.

Durch die Berücksichtigung der aktuellen Sitzposition des Insassen des mit dem erfindungsgemäßen Sicherheitsgurtsystem ausgestatteten Kraftfahrzeugs bei der Ansteuerung des die Bremsanordnung zur Abbremsung der Bewegung des Gurtbands betätigenden Aktuators kann beispielsweise einer Fehlposition, d.h. einer von einer "üblichen " Sitzposition abweichenden Position des Insassen Rechnung getragen werden. Mit anderen Worten, die von dem Aktuator aufgebrachte Betätigungskraft bzw. die von der Bremsanordnung zur Abbremsung der Bewegung des Gurtbands aufgebrachte Bremskraft kann in Abhängigkeit davon, ob sich der Fahrzeuginsasse in einer üblichen Sitzposition oder in einer Fehlposition befindet, angepasst werden. Je nach Art der Fehlposition kann die von dem Aktuator aufgebrachte Betätigungskraft bzw. die von der Bremsanordnung aufgebrachte Bremskraft im Vergleich zu der beim Vorliegen einer üblichen Sitzposition aufgebrachten Betätigungskraft bzw. Bremskraft erhöht oder verringert werden. Dadurch kann der Insasse, insbesondere dann, wenn seine Sitzposition von der üblichen Sitzposition abweicht, bei einem Crash deutlich besser vor Verletzungen geschützt werden.

Die elektronische Steuereinheit kann ferner dazu eingerichtet sein, einen die Geschwindigkeit eines mit dem erfindungsgemäßen Sicherheitsgurtsystem ausgestatteten Kraftfahrzeugs, einen den Crashpuls bei einem Crash und/oder einen oder mehrere die Umgebungssituation charakterisierende(n) Parameter als den mindestens einen insassenspezifischen und/oder situationsspezifischen Parameter heranzuziehen. Beispielsweise kann der die Bremsanordnung zur Abbremsung der Bewegung des Gurtbands betätigende Aktuator so gesteuert werden, dass die von dem Aktuator aufgebrachte Betätigungskraft bzw. die von der Bremsanordnung aufgebrachte Bremskraft mit steigender Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs und/oder steigendem Crashpuls ansteigt und mit sinkender Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs und/oder sinkendem Crashpuls abnimmt. Die Umgebungssituation charakterisierende Parameter können beispielsweise die Temperatur, die Straßenbeschaffenheit, die Beschaffenheit eines Hindernisses bei einem Crash etc. sein. Durch die Berücksichtigung derartiger Parameter kann eine für den Schutz des Fahrzeuginsassen in der jeweiligen Fahr- bzw. Crashsituation optimale Reaktion der Bremsanordnung zur Abbremsung der Bewegung des Gurtbands gewährleistet werden.

Vorzugsweise umfasst das erfindungsgemäße Sicherheitsgurtsystem entsprechende Sensoren zur Erfassung des mindestens einen insassenspezifischen und/oder situationsspezifischen Parameters. Als Sensoren zur Erfassung des mindestens einen insassenspezifischen und/oder situationsspezifischen Parameters können beispielsweise Sensoren zur Erfassung des Insassengewichts und/oder der Insassenposition, Geschwindigkeitssensoren, Beschleunigungssensoren, Fliehkraftsensoren, Temperatursensoren, Crashsensoren, etc. herangezogen werden. Dabei kann selbstverständlich auf ohnehin in dem mit dem erfindungsgemäßen Sicherheitsgurtsystem ausgestatteten Kraftfahrzeug vorhandene, beispielsweise zur Steuerung des Bremssystems dienende Sensoren zurückgegriffen werden, sofern es möglich ist, diese Sensoren, beispielsweise über ein Bussystem, mit der elektronischen Steuereinheit zu verbinden. Alternativ dazu können jedoch auch separate, lediglich mit der elektronischen Steuer einheit des erfindungsgemäßen Sicherheitsgurtsystem verbundene Sensoren eingesetzt werden.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Sicherheitsgurtsystems ist die elektronische Steuereinheit dazu eingerichtet, in Abhängigkeit des mindestens einen insassenspezifischen und/oder situationsspezifischen Parameters einen Sollwert für mindestens eine den Vorgang der Abbremsung der Bewegung des Gurtbands charakterisierende Größe festzulegen. Die den Vorgang der Abbremsung der Bewegung des Gurtbands charakterisierende Größe kann beispielsweise die von dem Aktuator aufgebrachte Betätigungskraft und/oder die von einem Betätigungsglied der Bremsanordnung auf die Gurtrolle und/oder das Gurtband aufgebrachte Bremskraft, ein von dem Aktuator und/oder dem Betätigungsglied der Bremsanordnung während des Abbremsvorgangs zurückgelegter Weg oder eine Betätigungsgeschwindigkeit des Aktuators und/oder des Betätigungsglieds der Bremsanordnung während des Abbremsvorgangs sein. Ferner kann der Vorgang der Abbremsung der Bewegung des Gurtbands durch mehrere Größen, wie z.B. eine zeitabhängige Kennlinie der von dem Aktuator aufgebrachten Betätigungskraft und/oder der von dem Betätigungsglied der Bremsanordnung auf die Gurtrolle und/oder das Gurtband aufgebrachten Bremskraft oder dergleichen charakterisiert sein. Die elektronische Steuereinheit kann den Sollwert für die mindestens eine den Vorgang der Abbremsung der Bewegung des Gurtbands charakterisierende Größe in Realzeit in Abhängigkeit des mindesten einen insassenspezifischen und/oder situationsspezifischen Parameters festlegen. Dadurch wird bei der Sollwertfestlegung eine rasche Reaktion auf eine Veränderung des mindestens einen insassenspezifischen und/oder situationsspezifischen Parameters gewährleistet.

Vorzugsweise ist die elektronische Steuereinheit dazu eingerichtet, den Aktuator in Abhängigkeit des Sollwerts für die mindestens eine den Vorgang der Abbremsung der Bewegung des Gurtbands charakterisierende Größe zu steuern. Eine sollwertabhängige Steuerung des Aktuators ist verhältnismäßig einfach realisierbar und gewährleistet aufgrund der Tatsache, dass die Sollwertfestlegung, wie oben erläutert, in Realzeit in Abhängigkeit des mindestens einen insassenspezifischen und/oder situationsspezifischen Parameters erfolgt, eine rasche Reaktion auf eine Veränderung des mindesten einen insassenspezifischen und/oder situationsspezifischen Parameters.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Steuerung eines Sicherheitsgurtsystems für ein Kraftfahrzeug, das eine Gurtrolle und ein auf die Gurtrolle gewickeltes Gurtband umfasst, wird mindestens ein insassenspezifischer und/oder situationsspezifischer Parameter beispielsweise mittels entsprechender ohnehin in dem Kraftfahrzeug vorhandener oder separater Sensoren erfasst. Ein Aktuator, der dazu eingerichtet ist, eine mit einer Anordnung zur Selbstverstärkung einer von dem Aktuator erzeugten Betätigungskraft ausgestattete Bremsanordnung zur Abbremsung einer Bewegung des Gurtbands zu betätigen, wird mittels einer elektronischen Steuereinheit in Abhängigkeit des mindestens einen erfassten insassenspezifischen und/oder situationsspezifischen Parameters gesteuert, um eine an den mindestens einen insassenspezifischen und/oder situationsspezifischen Parameter angepasste Abbremsung der Bewegung des Gurtbands zu bewirken.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Sicherheitsgurtsystems wird nun anhand der beigefügten, schematischen Figuren näher erläutert, von denen
1 einen relevanten Ausschnitt des erfindungsgemäßen Sicherheitsgurtsystems im Längsschnitt zeigt,
2 eine Draufsicht einer Keilanordnung zeigt, die in dem in 1 dargestellten erfindungsgemäßen Sicherheitsgurtsystem zum Einsatz kommt, und
3 das Kräftegleichgewicht an einem ersten Keil der in 2 dargestellten Keilanordnung zeigt.
1 zeigt einen Längsschnitt eines auf einer Seite einer Drehachse A liegenden Abschnitts eines Gurtaufrollers 10 für ein adaptives Sicherheitsgurtsystem. Der Gurtaufroller 10 umfasst eine drehfest auf einer schwimmend gelagerten Welle 12 angeordnete Gurtrolle 14, auf die ein Gurtband 16 gewickelt ist. Zum Auf- bzw. Abwickeln des Gurtbands 16 auf bzw. von der Gurtrolle 14 ist die Welle 12 mit der Gurtrolle 14 um die Drehachse A drehbar.
Eine Bremsanordnung 17 zur Abbremsung einer Abwickelbewegung des Gurtbands 16 von der Gurtrolle 14 umfasst eine Bremsscheibe 18, die koaxial zu der Gurtrolle 14 drehfest auf der Welle 12 angeordnet und somit gemeinsam mit der Gurtrolle 14 um die Drehachse A drehbar ist. Ein erstes Trägerteil 20 weist einen ersten Abschnitt 20' auf, der sich im Wesentlichen parallel zur Bremsscheibe 18 erstreckt und auf seiner der Bremsscheibe 18 zugewandten Seite ein erstes Reibelement 22 trägt. Ein zweiter Abschnitt 20'' des ersten Trägerteils 20 erstreckt sich im Wesentlichen senkrecht zu dem ersten Abschnitt 20' um den Außenumfang der Bremsscheibe 18. Das erste Trägerteil 20 ist mittels eines in 1 nicht gezeigten Lagers entlang der Drehachse A verschiebbar und um die Drehachse A drehbar gelagert.
An seinem Außenumfang ist der zweite Abschnitt 20'' des ersten Trägerteils 20 mit einer Außenverzahnung 24 versehen, die mit einer Außenverzahnung 26 eines Zahnrads 28 zusammenwirkt. Das Zahnrad 28 ist drehfest mit einer Motorwelle 30 eines Elektromotors 32 verbunden, wobei der Elektromotor 32 bezüglich der Gurtrolle 14 radial außenliegend positioniert und an einem die Gurtrolle 14 übergreifenden ortsfesten Gehäuseteil 34 befestigt ist.
Der Elektromotor 32 ist mit einer elektronischen Steuereinheit 35 verbunden, die ihrerseits über ein CAN-Bussystem mit Sensoren 36 zur Erfassung insassenspezifischer und situationsspezifischer Parameter, d.h. Sensoren zur Erfassung des Insassengewichts und der Insassenposition sowie Geschwindigkeitssensoren, Temperatursensoren, Crashsensoren, Beschleunigungssensoren, Fliehkraftsensoren, etc. in Verbindung steht. Die Sensoren 36 können ohnehin in einem mit dem Gurtaufroller 10 ausgestatteten Kraftfahrzeug vorhandene, beispielsweise zur Steuerung des Bremssystems dienende Sensoren sein. Alternativ dazu können die Sensoren 36 jedoch auch separate, lediglich mit der elektronischen Steuereinheit 35 des Gurt-aufrollers 10 verbundene Sensoren sein.
Eine Mehrzahl von ersten Keilen 38 ist um einen Innenumfang des zweiten Abschnitts 20'' des ersten Trägerteils 20 verteilt an dem zweiten Abschnitt 20'' des ersten Trägerteils 20 befestigt. Eine der Anzahl erster Keile 38 entsprechende Anzahl zweiter Keile 40 ist an einer von der Bremsscheibe 18 abgewandten Außenfläche eines ortsfesten und mit dem Gehäuseteil 34 verbundenen zweiten Trägerteils 42 befestigt. Die ersten und zweiten Keile 38, 40 sind dabei so orientiert, dass sich ihre schrägen Keilflächen 46, 48 gegenüberliegen und im Wesentlichen senkrecht zu der Drehachse A erstrecken.
Auf seiner der Bremsscheibe 18 zugewandten Seite trägt ein erster Abschnitt 42' des zweiten Trägerteils 42, der sich im Wesentlichen parallel zur Bremsscheibe 18 erstreckt, ein zweites Reibelement 22'. Zur Einstellung eines Abstands zwischen dem ersten Abschnitt 20' des ersten Trägerteils 20 und dem ersten Abschnitt 42' des zweiten Trägerteils 42 ist eine Rückstellfeder 44 vorgesehen, deren Enden sich an dem ersten Abschnitt 20' des ersten Trägerteils 20 bzw. einem sich im Wesentlichen senkrecht zu dem ersten Abschnitt 42' erstreckenden zweiten Abschnitt 42'' des zweiten Trägerteils 42 abstützen.
Der Gurtaufroller 10 weist schließlich einen in 1 nicht gezeigten Gurtstraffer auf, der das Gurtband 16 zur Kompensation der Gurtlose am Körper eines Fahrzeuginsassen stramm zieht, wenn ein Fahrassistenzsystem und/oder die Sensoren 36 eine Gefahrensituation oder einen unmittelbar bevorstehenden Crash erfassen. Die zur Ansteuerung des Elektromotors 32 eingesetzte elektronische Steuereinheit 35 kann auch zur Ansteuerung des Gurtstraffers eingesetzt werden. Alternativ dazu ist es jedoch auch möglich, den Gurtstraffer mittels einer separaten elektronischen Steuereinheit anzusteuern. Als Betätigungsmechanismen für den Gurtstraffer kommen mechanische Systeme mit einer vorgespannten Feder oder pyrotechnische Systeme, bei denen das Strammziehen des Gurts mittels einer pyrotechnischen Treibladung bewirkt wird, in Frage. Alternativ dazu kann auch ein hochdynamischer Elektromotor zur Betätigung des Gurtstraffers verwendet werden, wobei hier entweder der Elektromotor 32 oder ein zusätzlicher Elektromotor zum Einsatz kommen kann.
Im Folgenden wird die Funktion des Gurtaufrollers 10 erläutert. Im Normalbetrieb des Gurtaufrollers 10 wird das Gurtband 16 durch Drehen der Welle 12 und der drehfest damit verbundenen Gurtrolle 14 um die Drehachse A auf die Gurtrolle 14 auf- bzw. von der Gurtrolle 14 abgewickelt. Die Bremsscheibe 18, die ebenfalls drehfest auf der Welle 12 angeordnet ist, wird bei einer Drehung der Welle 12 ebenfalls um die Drehachse A gedreht.
Wenn das Fahrassistenzsystem oder ein entsprechender Sensor 36, wie z.B. ein Crashsensor, eine Gefahrensituation oder einen unmittelbar bevorstehenden Crash erkennt, steuert die elektronische Steuereinheit 35 zunächst den Gurtstraffer an, woraufhin der Betätigungsmechanismus des Gurtstraffers eine Drehung der Welle 12 und somit der Gurtrolle 14 und der Bremsscheibe 18 um die Drehachse A bewirkt. Dadurch wird das Gurtband 16 auf die Gurtrolle 14 gewickelt und das Gurtband 16 am Körper des Fahrzeuginsassen strammgezogen.
Beim Crash selbst wird zunächst die durch den Gurtstraffer bewirkte Drehbewegung der Welle 12, der Gurtrolle 14 und der Bremsscheibe 18 infolge der auf das Gurtband 16 wirkenden Kraft gestoppt. Um eine Drehung der Welle 12, der Gurtrolle 14 und der Bremsscheibe 18 in entgegengesetzter Richtung und somit ein Abwickeln des Gurtbands 16 von der Gurtrolle 14 zu verhindern, muss anschließend der Elektromotor 32 von der elektronischen Steuereinheit 35 betätigt werden.
Hiezu empfängt die elektronische Steuereinheit 35 von den Sensoren 36 insassenspezifische und situationsspezifische Parameter, d.h. Parameter, die das Gewicht und die aktuelle Sitzposition eines Fahrzeuginsassen sowie Parameter, die die aktuelle Geschwindigkeit des mit dem Gurtaufroller 10 ausgestatteten Kraftfahrzeugs, den Crashpuls und die Umgebungssituation, wie z.B. die Temperatur, die Straßenbeschaffenheit oder die Beschaffenheit eines Hindernisses charakterisieren. In Anhängigkeit dieser Parameter ermittelt die elektronische Steuereinheit 35 in Realzeit mindestens einen Sollwert für eine den Vorgang der Abbremsung der Abwickelbewegung des Gurtbands 16 von der Gurtrolle 14 charakterisierende Größe, wie z.B. eine zeitabhängige Sollkennlinie der von dem Elektromotor 32 aufgebrachten Betätigungskraft. Die Betätigung und Steuerung des Elektromotors 32 durch die elektronische Steuereinheit 35 erfolgt schließlich in Abhängigkeit des mindestens einen Sollwerts für die den Vorgang der Abbremsung der Abwickelbewegung des Gurtbands 16 von der Gurtrolle 14 charakterisierende Größe.
Bei der Betätigung des Elektromotors 32 wird eine Drehung der Motorwelle 30 im Uhrzeigersinn über das Zahnrad 28 auf das erste Trägerteil 20 übertragen wird. Das erste Trägerteil 20 wird somit im Uhrzeigersinn um die Drehachse A relativ zu dem zweiten Trägerteil 42 verdreht. Dies führt dazu, dass die schrägen Keilflächen 46 der an dem zweiten Abschnitt 20'' des ersten Trägerteils 20 befestigten ersten Keile 38 auf die schrägen Keilflächen 48 der an dem zweiten Trägerteil 42 festgelegten zweiten Keile 40 auflaufen, wodurch das erste Trägerteil 20 entgegen der Kraft der Rückstellfeder 44 axial zur Bremsscheibe 18 hin, das heißt in 1 nach links verschoben wird, so dass sich das erste Reibelement 22 an die Bremsscheibe 18 anlegt.
Zur besseren Veranschaulichung der Wirkung der ersten und zweiten Keile 38, 40 ist in 2 eine Draufsicht einer Keilanordnung mit einem ersten und einem zweiten Keil 38, 40 dargestellt. Die ersten und die zweiten Keile 38, 40 sind so angeordnet, dass die schräge Keilfläche 46 des ersten Keils 38 der schrägen Keilfläche 48 des zweiten Keils 40 gegenüber liegt. Eine Steigung P der Keilflächen 46, 48 wird jeweils durch einen Keilsteigungswinkel α festgelegt. Eine durch das Zusammenwirken der ersten und zweiten Keile 38, 40 bewirkte Axialverschiebung s des ersten Trägerteils 20 bestimmt sich somit nach der Formel s = φ·P/(2·π)wobei φ der Drehwinkel des ersten Trägerteils 20 um die Drehachse A ist.
Obwohl die in 2 gezeigte Keilanordnung einen ersten und einen zweiten Keil 38, 40 umfasst, kann der zweite Keil 40 auch durch eine andere geeignete Vorrichtung, wie z.B. einen Bolzen ersetzt werden, die eine gleitende oder rollende Abstützung des ersten Keils 38 ermöglicht. Darüber hinaus kann anstelle der in 2 dargestellten Keilanordnung auch eine Kugel/Rampen-Anordnung zum Einsatz kommen.
Wenn sich das erste Reibelement 22 an die Bremsscheibe 18 anlegt, wird die Bremsscheibe 18 aufgrund der schwimmenden Lagerung der Welle 12 gemeinsam mit dem ersten Trägerteil 20 in Richtung des zweiten Trägerteils 42, das heißt in 1 nach links verschoben. Infolge dessen legt sich die Bremsscheibe 18 nahezu ohne Verzögerung auch an das zweite Reibelement 22' an.
Bei dem in 1 gezeigten Gurtaufroller 10 bilden das erste Trägerteil 20, das zweite Trägerteil 42 sowie die ersten und zweiten Keile 38, 40 eine Selbstverstärkungsanordnung, das heißt die von dem Elektromotor 32 über das Zahnrad 28 eingeleitete Betätigungskraft wird selbsttätig, ohne weitere von außen einzubringende Kräfte verstärkt.
Zur Erläuterung dieser selbstverstärkenden Wirkung ist in 3 das sich bei einer Betätigung des Elektromotors 32 ergebende Kräftegleichgewicht an einem ersten Keil 38 dargestellt. Dabei ist F_Ein die über den Elektromotor 32 in den ersten Keil 38 eingeleitete Eingangskraft und F_L die sich bei einem Auflaufen der schrägen Keilfläche 46 des ersten Keils 38 auf die schräge Keilfläche 48 des zweiten Keils 40 ergebende und von der schrägen Keilfläche 48 des zweiten Keils 40 abzustützende Auflagerkraft, die sich in eine der Eingangskraft F_Ein entgegengesetzte Kraft F_Ly und eine senkrecht zur Bremsscheibe 18 stehende Druckkraft F_Lx aufteilen lässt. F_N ist die der Kraft F_Lx entgegengesetzte Normalkraft an der Bremsscheibe 18 und F_R die an dem ersten Keil 38 bzw. an den Reibelementen 22, 22' entstehende Reibkraft.
Gemäß diesem Kräftegleichgewicht hängt die Reibkraft F_R bzw. das Reibmoment an der Bremsscheibe 18 entsprechend der Gleichung FEin = – FR·[1 – (tanα/μ)]lediglich von dem Keilsteigungswinkel α, einem Reibwert μ zwischen den ersten und zweiten Reibelementen 22, 22' und der Bremsscheibe 18 sowie der Eingangskraft F_Ein ab. Durch eine derartige Selbstverstärkungsanordnung kann die von dem Elektromotor 32 zur Erzielung einer gewünschten Bremswirkung aufzubringende Betätigungskraft signifikant verringert werden. Infolge dessen kann ein kompakt aufgebauter, leichtgewichtiger Elektromotor 32 zum Einsatz kommen.

Claims

Sicherheitsgurtsystem für ein Kraftfahrzeug mit einer Gurtrolle (14) und einem auf die Gurtrolle (14) gewickelten Gurtband (16), dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitsgurtsystem eine durch einen Aktuator (32) betätigbare Bremsanordnung (17) zur Abbremsung einer Bewegung des Gurtbands (16) umfasst, wobei die Bremsanordnung (17) mit einer Anordnung (20, 38, 40) zur Selbstverstärkung einer von dem Aktuator (32) erzeugten Betätigungskraft ausgestattet ist, und wobei der Aktuator (32) mit einer elektronischen Steuereinheit (35) verbunden ist, die dazu eingerichtet ist, den Aktuator (32) in Abhängigkeit mindestens eines insassenspezifischen und/oder situationsspezifischen Parameters zu steuern, um eine daran angepasste Abbremsung der Bewegung des Gurtbands (16) zu bewirken.
Sicherheitsgurtsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuereinheit (35) dazu eingerichtet ist, einen das Gewicht eines Insassen eines mit dem Sicherheitsgurtsystem ausgestatteten Kraftfahrzeugs und/oder einen die Sitzposition des Insassen charakterisierenden Parameter als den mindestens einen insassenspezifischen und/oder situationsspezifischen Parameter heranzuziehen.
Sicherheitsgurtsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuereinheit (35) dazu eingerichtet ist, einen die Geschwindigkeit eines mit dem Sicherheitsgurtsystem ausgestatteten Kraftfahrzeugs, einen den Crashpuls bei einem Crash und/oder einen oder mehrere die Umgebungssituation charakterisierende(n) Parameter als den mindestens einen insassenspezifischen und/oder situationsspezifischen Parameter heranzuziehen.
Sicherheitsgurtsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitsgurtsystem entsprechende Sensoren (36) zur Erfassung des mindestens einen insassenspezifischen und/oder situationsspezifischen Parameters umfasst.
Sicherheitsgurtsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuereinheit (35) dazu eingerichtet ist, in Abhängigkeit des mindestens einen insassenspezifischen und/oder situationsspezifischen Parameters einen Sollwert für mindestens eine den Vorgang der Abbremsung der Bewegung des Gurtbands (16) charakterisierende Größe festzulegen.
Sicherheitsgurtsystem nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuereinheit (35) dazu eingerichtet ist, den Aktuator (32) in Abhängigkeit des Sollwerts für die mindestens eine den Vorgang der Abbremsung der Bewegung des Gurtbands (16) charakterisierende Größe zu steuern.
Verfahren zur Steuerung eines Sicherheitsgurtsystems für ein Kraftfahrzeug, das eine Gurtrolle (14) und ein auf die Gurtrolle (14) gewickeltes Gurtband (16) umfasst, gekennzeichnet durch die Schritte: – Erfassen von mindestens einem insassenspezifischen und/oder situationsspezifischen Parameter, und – Steuern eines Aktuators (32), der dazu eingerichtet ist, eine mit einer Anordnung (20, 38, 40) zur Selbstverstärkung einer von dem Aktuator (32) erzeugten Betätigungskraft ausgestattete Bremsanordnung (17) zur Abbremsung einer Bewegung des Gurtbands (16) zu betätigen, mittels einer elektronischen Steuereinheit (35) in Abhängigkeit des mindestens einen erfassten insassenspezifischen und/oder situationsspezifischen Parameters, um eine daran angepasste Abbremsung der Bewegung des Gurtbands (16) zu bewirken.
Verfahren zur Steuerung eines Sicherheitsgurtsystems nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuereinheit (35) einen das Gewicht eines Insassen eines mit dem Sicherheitsgurtsystem ausgestatteten Kraftfahrzeugs und/oder einen die Sitzposition des Insassen charakterisierenden Parameter als den mindestens einen insassenspezifischen und/oder situationsspezifischen Parameter heranzieht.
Verfahren zur Steuerung eines Sicherheitsgurtsystems nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuereinheit (35) einen die Geschwindigkeit eines mit dem Sicherheitsgurtsystem ausgestatteten Kraftfahrzeugs, einen den Crashpuls bei einem Crash und/oder einen oder mehrere die Umgebungssituation charakterisierende(n) Parameter als den mindestens einen insassenspezifischen und/oder situationsspezifischen Parameter heranzieht.
Verfahren zur Steuerung eines Sicherheitsgurtsystems nach einem der Ansprüche 7 bis 9, gekennzeichnet durch den weiteren Schritt: – Festlegen eines Sollwerts für mindestens eine den Vorgang der Abbremsung der Bewegung des Gurtbands (16) charakterisierende Größe in Abhängigkeit des mindestens einen insassenspezifischen und/oder situationsspezifischen Parameters mittels der elektronischen Steuereinheit (35).
Sicherheitsgurtsystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die elektronische Steuereinheit (35) den Aktuator (32) in Abhängigkeit des Sollwerts für die mindestens eine den Vorgang der Abbremsung der Bewegung des Gurtbands (16) charakterisierende Größe steuert.