DE102005042307A1 - Safety belt retractor for motor vehicle, has measuring unit with giant magneto-resistive-sensor that is designed as swiveling angle sensor and permanent magnets effecting relative movement to sensor during rotation of belt spool - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft einen Gurtaufroller für ein Sicherheitsgurtsystem in einem Kraftfahrzeug, mit einer drehbar gelagerten Gurtspule, auf der Gurtband auf- und abgewickelt werden kann.The The invention relates to a belt retractor for a safety belt system in a motor vehicle, with a rotatably mounted belt reel, on the webbing up and can be handled.
Die Bestimmung der Länge des von der Gurtspule abgezogenen Gurtbands ist eine wertvolle Information, die für viele Funktionen, insbesondere von Fahrzeugsicherheitssystemen, von Bedeutung ist. Beispielsweise kann aus der abgezogenen Gurtbandlänge ein Rückschluß auf die Sitzposition des Fahrzeuginsassen gezogen werden. Die Information kann auch für elektrische Gurtaufroller ohne stark ausgelegte Rückstellfeder für die Bereitstellung einer motorunterstützten Aufrollfunktion genutzt werden.The Determination of the length the webbing withdrawn from the belt reel is valuable information, the for many functions, especially of vehicle safety systems, is important. For example, from the withdrawn Gurtbandlänge a Conclusion on the Sitting position of the vehicle occupant to be pulled. The information can also for Electric belt retractor without a strong return spring for the Provided a motor assisted reeling function become.
Es sind verschiedene Methoden bekannt, die abgezogene Gurtbandlänge auf der Grundlage optischer oder magnetischer Drehwinkelmessungen an der Gurtspule zu bestimmen. Da die Gurtspule für einen vollständigen Gurtbandabzug viele Umdrehungen ausführt, besteht das Problem, daß eine einfache Winkelmessung im Bereich zwischen 0° und 360° nicht ausreicht, um den absoluten Drehwinkel der Gurtspule zu bestimmen.It Various methods are known, the withdrawn Gurtbandlänge the basis of optical or magnetic rotational angle measurements on the To determine belt reel. Since the belt reel for a complete webbing withdrawal many turns, there is the problem that a simple angle measurement in the range between 0 ° and 360 ° is insufficient to the absolute To determine the angle of rotation of the belt reel.
Die Erfindung schafft einen kostengünstigen Gurtaufroller, der eine einfache Bestimmung der abgezogenen Gurtbandlänge ermöglicht.The Invention provides a low-cost belt retractor, which allows a simple determination of the withdrawn strap length.
Die Erfindung sieht hierzu bei einem Gurtaufroller der eingangs genannten Art eine Meßeinrichtung mit einem GMR-Sensor vor.The Invention sees this in a belt retractor of the aforementioned Type a measuring device with a GMR sensor.
GMR-Sensoren basieren auf dem sogenannten Riesenmagnetowiderstandseffekt (englisch: giant magneto-resistance effect), der 1988 erstmals in ultradünnen Fe/Cr-Mulitlagen beobachtet wurde. Der GMR-Effekt zeigt sich in der Abhängigkeit des elektrischen Widerstands von der relativen Magnetisierung dünner ferromagnetischer Lagen in metallischen Schichtsystemen und beruht darauf, daß Elektronen aufgrund ihrer quantisierten Spinzustände beim Durchgang durch magnetische Schichten je nach Ausrichtung der Magnetisierung dieser Schichten unterschiedlich stark gestreut werden: bei paralleler Magnetisierung ist die Streuung geringer als bei antiparalleler Magnetisierung. Die relative Änderung des elektrischen Widerstands ΔR/R zwischen den beiden Zuständen (Signalhub) liegt bei praktischen Sensoren zwar nur im Bereich zwischen 5 und 10 %; dafür sind diese Sensoren so ausgelegt, daß schon kleine Magnetfelder ausreichen, um das maximale Sensorsignal zu erhalten.GMR sensors based on the so-called giant magnetoresistance effect (English: giant magneto-resistance effect), first introduced in ultrathin Fe / Cr mills in 1988 was observed. The GMR effect manifests itself in dependency of the electric resistance of the relative magnetization of thin ferromagnetic Layers in metallic layer systems and based on the fact that electrons due to their quantized spin states when passing through magnetic Layers depending on the orientation of the magnetization of these layers be scattered differently: with parallel magnetization the scattering is less than with antiparallel magnetization. The relative change of the electrical resistance ΔR / R between the two states (Signal stroke) is only in the range between practical sensors 5 and 10%; for this These sensors are designed so that even small magnetic fields sufficient to obtain the maximum sensor signal.
Ein GMR-Sensor weist allgemein eine hohe Detektionsempfindlichkeit auf und kann beim erfindungsgemäßen Gurtaufroller zur Erfassung des Drehwinkels der Gurtspule eingesetzt werden, wenn der Gurtaufroller so ausgelegt ist, daß eine Drehung der Gurtspule eine Richtungsänderung eines Magnetfelds bewirkt.One GMR sensor generally has a high detection sensitivity and can in the belt retractor according to the invention be used to detect the angle of rotation of the belt reel when the Belt retractor is designed so that a rotation of the belt reel a change of direction a magnetic field causes.
Mit GMR-Sensoren sind im Gegensatz zu anderen magnetischen Sensoren, wie z.B. Hall-Sensoren, Feldplatten etc., nur empfindlich gegen die Richtung eines Magnetfelds, nicht aber gegen dessen Intensität. Für die Messungen wird der GMR-Sensor daher immer in Sättigung betrieben, wobei eine kritische Feldstärke nicht überschritten werden darf. Dies hat den Vorteil, daß die GMR-Sensorsignale nicht durch montagebedingte Toleranzen bei der Positionierung der Bauteile der Meßeinrichtung beeinflußt werden.With GMR sensors are unlike other magnetic sensors, such as. Hall sensors, field plates, etc., only sensitive to the direction of a magnetic field, but not against its intensity. For the measurements Therefore, the GMR sensor is always operated in saturation, with a critical field strength not be exceeded may. This has the advantage that the GMR sensor signals not due to assembly-related tolerances in the Positioning of the components of the measuring device can be influenced.
Der GMR-Sensor hat neben den allgemeinen Vorzügen einer berührungslosen Messung den Vorteil einer ausgeprägten Unempfindlichkeit gegen Schmutz, Abrieb und hohe Temperaturen. Die Montage der Meßeinrichtung ist aufgrund der geringen Baugröße des GMR-Sensors und der Unempfindlichkeit gegen Montagetoleranzen einfach und kostengünstig realisierbar.Of the GMR sensor has in addition to the general benefits of a non-contact Measuring the advantage of a pronounced insensitivity to dirt, Abrasion and high temperatures. The mounting of the measuring device is due to the small size of the GMR sensor and the insensitivity to mounting tolerances easily and inexpensively feasible.
Bei der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der GMR-Sensor als Drehwinkelsensor ausgelegt, wobei ein Permanentmagnet bei Drehung der Gurtspule eine Relativbewegung zum GMR-Sensor ausführt. Der GMR-Sensor ist vorzugsweise auf der Drehachse der Gurtspule angeordnet.at the preferred embodiment the invention, the GMR sensor is designed as a rotation angle sensor, wherein a permanent magnet during rotation of the belt reel a relative movement to the GMR sensor. The GMR sensor is preferably on the axis of rotation of the belt reel arranged.
Besonders
vorteilhaft ist ein erfindungsgemäßer Gurtaufroller mit einer
Steuerscheibe, die über
ein Untersetzungsgetriebe an die Gurtspule gekoppelt ist. Solche
Konstruktionen, die die maximalen Umdrehungen der Gurtspule für ein vollständiges Abwickeln
des Gurtbands auf eine einzige Umdrehung der Steuerscheibe abbilden
können,
sind an sich bekannt (z.B. aus der
Es ist zweckmäßig, den GMR-Sensor mit einer elektronischen Auswerteeinheit zu verbinden, die wiederum mit anderen Fahrzeugsystemen in Verbindung steht, vorzugsweise über einen Fahrzeugbus, um die aktuelle Information über die Gurtbandauszugslänge zur weiteren Verwendung/Verarbeitung zur Verfügung zu stellen.It is appropriate, the GMR sensor to connect to an electronic evaluation unit, which in turn is in communication with other vehicle systems, preferably via a Vehicle bus to the current information about the belt extension length to further use / processing.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den beigefügten Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:Further Features and advantages of the invention will become apparent from the following Description and from the attached Drawings to which reference is made. In the drawings show:
In
Ein
elektrischer Strom, der in Längsrichtung L
durch das dargestellte Schichtsystem fließt, erfährt abhängig von der relativen Magnetisierungsrichtung der
Meßschichten
einen unterschiedlich großen
Widerstand. Jede Änderung
in der relativen Ausrichtung der Magnetisierung der Meßschichten
zu der der Referenzschicht führt
zu einer Widerstandsänderung, wobei
der höchste
Widerstand für
antiparallele Ausrichtung und der niedrigste Widerstand für parallele Ausrichtung
der Magnetisierungen erreicht wird. Zwischen beiden Werten ändert sich
der Widerstand entsprechend dem Sinus oder Kosinus des Winkels,
wie dem Diagramm der
Entscheidend
für die
Signalgüte
ist, daß der GMR-Sensor
Der
in
Wie
sich aus dem Diagramm der
Als unabhängige Variable wird der gemessene Sinuswert zugrundegelegt und gemäß der obigen Formel der Kosinuswert berechnet. Ein Vergleich des berechneten Kosinuswerts mit dem gemessenen Wert ergibt im Winkelbereich von 0° bis 180° Gleichheit und die eindeutige Information der Richtung; es ergeben sich nur absteigende Werte für den Kosinuswert. Vorraussetzung ist eine Normierung der Meßsignale, z.B. im Bereich von 0 bis 5 V; die gemessenen Werte (Signale) sind dann alle positiv.When independent Variable is based on the measured sine value and according to the above formula the cosine value is calculated. A comparison of the calculated cosine value with the measured value equality results in the angular range of 0 ° to 180 ° and the clear information of the direction; it only results descending values for the cosine value. Prerequisite is a normalization of the measuring signals, e.g. in the range of 0 to 5 V; the measured values (signals) are then all positive.
Bei 180° hat die Kosinuskurve ein Minimum, das gleichzeitig einen im Bereich von 0° bis 360° einmaligen Wendepunkt markiert. Nach Überschreiten der 180°-Grenze sind dann alle Kosinuswerte ansteigend.at 180 ° has the cosine curve a minimum, the same time one in the range from 0 ° to 360 ° one-time Turning point marked. After crossing the 180 ° limit then all cosine values are increasing.
Somit kann aus dem Sinus- und dem Kosinuswert des Winkels sowie der Steigung der Kosinuswerte in einem Meßbereich von 0° bis 360° ein eindeutiger Winkel φ bestimmt werden.Consequently can be calculated from the sine and cosine of the angle as well as the slope the cosine values in a measuring range from 0 ° to 360 ° a clear Angle φ determined become.
Die tatsächliche rechnerische Auswertung der gemessenen Signale (Funktionswerte) erfolgt durch Reihenentwicklung, wobei sich eine Taylor-Entwicklung anbietet. Für sin(x)/cos(x) ergibt sich: The actual arithmetical evaluation of the measured signals (function values) is carried out by series development, which offers a Taylor development. For sin (x) / cos (x) we get:
Die
Die
Steuerscheibe
Mit
dieser Anordnung kann gemäß dem zuvor
beschriebenen Meßprinzip
in der Auswerteeinheit
Ungenauigkeiten
bei der Montage, z.B. bezüglich
der Ausrichtung des Permanentmagneten
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