DE102006012935A1

DE102006012935A1 - Elektrischer Gurtaufroller, Fahrzeuginsassen-Rückhaltevorrichtung und Verfahren zur Steuerung einer Fahrzeuginsassen-Rückhaltevorrichtung

Info

Publication number: DE102006012935A1
Application number: DE200610012935
Authority: DE
Inventors: Michael Bolz; Martin Prokscha
Original assignee: TRW Automotive GmbH
Current assignee: ZF Automotive Germany GmbH
Priority date: 2006-03-21
Filing date: 2006-03-21
Publication date: 2007-09-27

Abstract

Ein elektrischer Gurtaufroller (10) umfaßt einen Motor (16), der an eine Gurtspule (14) gekoppelt ist. Eine Motorsteuerung (18) ist zur Verbindung mit einem außerhalb des Gurtaufrollers (10) angeordneten zentralen Steuergerät (20) vorgesehen. Nach Erhalt eines Auslösesignals vom Steuergerät (20) für eine bestimmte Funktion des Gurtaufrollers (10) steuert die Motorsteuerung (18) den Motor (16) nach einem durch reine Hardware-Komponenten fest vorgegebenen Ablauf an.

Description

Die Erfindung betrifft einen elektrischen Gurtaufroller mit einem Motor, der an eine Gurtspule gekoppelt ist. Die Erfindung betrifft ferner eine Fahrzeuginsassen-Rückhaltevorrichtung mit einem solchen elektrischen Gurtaufroller sowie ein Verfahren zur Steuerung der Fahrzeuginsassen-Rückhaltevorrichtung.

Mit einem elektrischen Gurtaufroller, bei dem die Gurtspule über einen Elektromotor angetrieben wird, können im Vergleich zu einem Gurtaufroller mit einer einfachen Wickelfeder erweiterte Sicherheits- und Komfortfunktionen zur Verfügung gestellt werden. Zu den Sicherheitsfunktionen zählt beispielsweise das Straffen des Gurtes in der Pre-Crash-Phase, zu den Komfortfunktionen die Lockerung des Gurts nach dem Anschnallen und nach dem Beseitigen der Gurtlose. Für die Verwirklichung dieser Funktionen war bislang die Implementierung eines Mikroprozessors in den Gurtaufroller Voraussetzung, in dem Auslösealgorithmen, Diagnosehilfen und ähnliches gespeichert sind. Dementsprechend sind in jedem der im Fahrzeug vorgesehenen Gurtaufroller teure elektronische Bauelemente notwendig.

Es besteht also ein Bedarf nach einer kostengünstiger realisierbaren Steuerung eines elektrischen Gurtaufrollers zur Bereitstellung der oben genannten Funktionen.

Die Erfindung schlägt hierzu einen elektrischen Gurtaufroller der eingangs genannten Art vor, mit einer Motorsteuerung, die zur Verbindung mit einem außerhalb des Gurtaufrollers angeordneten zentralen Steuergerät vorgesehen ist und nach Erhalt eines Auslösesignals vom Steuergerät für eine bestimmte Funktion des Gurtaufrollers den Motor nach einem durch reine Hardware-Komponenten fest vorgegebenen Ablauf ansteuert. Die Besonderheit des erfindungsgemäßen elektrischen Gurtaufrollers liegt darin, daß die Steuerung des Motors im Gurtaufroller ohne Zwischenschaltung von Software und damit ohne teuren Mikroprozessor auskommt, was neben einer Kosteneinsparung auch zu einem geringeren Platzbedarf des Gurtaufrollers führt. Nachdem das zentrale Steuergerät das Auslösesignal an den Gurtaufroller abgegeben hat, erfolgt die Ansteuerung des Motors direkt über die Hardware-Komponenten einer geeigneten Ansteuerschaltung. Die Auslösekriterien werden dagegen im Steuergerät zentral „verwaltet".

Die Erfindung schafft ferner eine Fahrzeuginsassen-Rückhaltevorrichtung mit einem erfindungsgemäßen elektrischen Gurtaufroller und einem außerhalb des Gurtaufrollers im Fahrzeug angeordneten zentralen Steuergerät, mit dem der Gurtaufroller verbunden ist.

Außerdem stellt die Erfindung ein Verfahren zur Steuerung einer erfindungsgemäßen Fahrzeuginsassen-Rückhaltevorrichtung bereit, bei dem das Steuergerät in Abhängigkeit eines im Steuergerät vorgegebenen Schwellenwerts oder vorgegebener Auslösekriterien für eine Funktion des Gurtaufrollers ein Auslösesignal für die Funktion an die Motorsteuerung des Gurtaufrollers abgibt und die Motorsteuerung den Motor nach einem durch reine Hardware-Komponenten festgelegten Ablaufschema ansteuert.

Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen elektrischen Gurtaufrollers, der erfindungsgemäßen Fahrzeuginsassen-Rückhaltevorrichtung und des erfindungsgemäßen Steuerverfahrens ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:
1 einen elektrischen Gurtaufroller;
2 ein logisches Schaltbild einer Motorsteuerung für einen erfindungsgemäßen elektrischen Gurtaufroller;
3 ein zeitliches Ablaufdiagramm der Steuerung des Motors eines erfindungsgemäßen elektrischen Gurtaufrollers;
4a und 4b unterschiedliche Entriegelungsimpulse;
5 ein erweitertes logisches Schaltbild einer Motorsteuerung für einen erfindungsgemäßen Gurtaufroller;
6a und 6b die Stromaufnahme des Motors eines erfindungsgemäßen elektrischen Gurtaufrollers in zwei unterschiedlichen Fällen; und
7 ein weiteres erweitertes logisches Schaltbild einer Motorsteuerung für einen erfindungsgemäßen Gurtaufroller.
In 1 ist ein elektrischer Gurtaufroller 10, der Teil einer Fahrzeuginsassen-Rückhaltevorrichtung ist, mit einer in einem Gehäuse 12 um eine Achse A drehbar gelagerten Gurtspule 14 dargestellt. Der Gurtaufroller 10 umfaßt ferner einen Elektromotor 16, der über eine (nur symbolisch dargestellte) Motorsteuerung 18 angesteuert und in zwei Drehrichtungen betrieben werden kann.
Die Motorsteuerung 18 ist wiederum an ein außerhalb des Gurtaufrollers 10 angeordnetes zentrales Steuergerät 20 gekoppelt, von dem sie bestimmte Auslösesignale empfängt. Das zentrale Steuergerät 20 kann beispielsweise ein ESP- oder ein Sitzsteuergerät des Fahrzeugs sein, das über ein Fahrzeugbus- bzw. -kommunikationssystem (z.B. CAN, LIN) mit der Motorsteuerung 18 des Gurtaufrollers 10 verbunden oder direkt mit dieser verdrahtet ist.
Der elektrische Gurtaufroller 10 kann verschiedene Sicherheits- und Komfortfunktionen ausführen. Im folgenden werden der Aufbau und die Funktionsweise des elektrischen Gurtaufrollers 10 im Hinblick auf eine Gurtstraffung in der Pre-Crash-Phase erläutert, wobei die folgende Beschreibung nicht auf diesen Anwendungsfall eingeschränkt zu verstehen ist.
Die Kriterien für die Auslösung der Straffunktion des elektrischen Gurtaufrollers 10 sind im zentralen Steuergerät 20 festgelegt. Hierzu kann ein Mikroprozessor mit einem Softwarealgorithmus vorgesehen sein, der (z.B. abhängig vom aktuellen Fahrzeugzustand) einen Schwellenwert für die Auslösung festlegt und dessen Überschreiten überwacht. In der Motorsteuerung 18 des Gurtaufrollers 10 hingegen ist kein Prozessor oder dergl. für die Ausführung von Steuerprogrammen etc. vorgesehen, d.h. die Motorsteuerung 18 ist eine rein hardwarebasierte Steuerung. Zur Hardware der Motorsteuerung 18 gehören insbesondere Komponenten zur Erzeugung einer zeitlichen Gleichspannung, mehrere Timer T1, T2, T3, T4 für die Zeitsteuerung der Gleichspannungssignale und Komponenten für eine Richtungsumschaltung des Motors über eine Vollbrücke (siehe 2).
Entsprechend der vom zentralen Steuergerät 20 initiierten Gurtaufrollerfunktion (hier: Gurtstraffung) wird in der Motorsteuerung 18 der zeitliche Ablauf der Timer gesteuert. Es werden nacheinander voreingestellte Gleichspannungssignale an die Vollbrücke abgegeben. Dort wird jeweils ein Strom für den Elektromotor 16 erzeugt, der das Motordrehmoment beeinflußt. So treibt der Elektromotor 16 die Gurtspule 14 nach einem festgelegten Ablaufschema an, um die Gurtstraffung durchzuführen. Dies wird nachfolgend anhand der 3 nochmals im Detail beschrieben.
Nach Beendigung der Straffsequenz, welche durch den Timer T1 festgelegt ist, folgt eine voreingestellte Haltezeit, die durch den Timer T2 bestimmt ist. Sollte während dieser Haltezeit ein weiteres Auslösesignal (Triggerimpuls) vom zentralen Steuergerät empfangen werden, so wird die Haltezeit um die voreingestellte Zeitspanne des Timers T1 verlängert. In diesem Fall erfolgt also kein Abbruch des gegenwärtigen Zustandes (Straffen). Wenn kein weiterer Triggerimpuls vom zentralen Steuergerät empfangen wird, endet die Haltezeit mit der fallenden Flanke der letzten Haltezeitperiode. Darauf folgt ein Entriegelungsimpuls, dessen Dauer durch den Timer T3 bestimmt ist. Der Entriegelungsimpuls dient dazu, eine vor oder während des Straffvorgangs in eine Blockierverzahnung des Gurtaufrollers eingesteuerte Sperrklinke auszulösen. Hierfür ist ein kurzzeitiges Betreiben des Elektromotors 16 in Gurtbandeinzugsrichtung erforderlich. Der Entriegelungsimpuls endet mit der abfallenden Flanke des Signals des Timers T3. Mit einer geringen Verzögerung (bis 500 ms) wird ein Rückdrehimpuls gestartet, der durch den Timer T4 bestimmt ist und zum Öffnen der mechanischen Kupplung des Aufrollers notwendig ist. Mit Beendigung der durch den Timer T4 festgelegten Zeitperiode sind alle Timer automatisch auf den Zeitanfangswert Null gesetzt und trigger- bzw. re-triggerbar.
Optional kann die Hardware der Motorsteuerung 18 um Komponenten ergänzt sein, die eine verbesserte Entriegelungsfunktion ermöglichen. Dies soll anhand der folgenden Beispiele erläutert werden. Wird das Gurtband nach dem Straffen verspannt oder ist beim Entriegeln wenig Gurtlose vorhanden, so wird ein hohes Drehmoment am Elektromotor 16 benötigt. Dies wird mit einem „starken" Entriegelungsimpuls erreicht, wie er in 4a dargestellt ist. Dieser Impuls ist durch einen steilen Anstieg und eine kurze Zeitdauer charakterisiert. Ist dagegen viel Gurtlose im Gurtsystem vorhanden, kann der Entriegelungsimpuls sanfter ausgeführt werden (siehe 4b). Dieser „sanfte" Entriegelungsimpuls ist durch einen flachen Anstieg und eine größere Zeitdauer gekennzeichnet und wird daher vom Fahrzeuginsassen als angenehmer empfunden.
Der für eine sichere Entriegelung notwendige Impuls ist durch eine Strom-Zeit-Fläche gekennzeichnet, deren Betrag als konstant anzusehen ist. Dieser Betrag ist als Sollwertvorgabe in einer Auswerteschaltung abgelegt. Für die verschiedenen Kraftniveaus beim Entriegeln ergeben sich gemäß den 4a und 4b unterschiedliche Zeitdauern. In der Auswerteschaltung wird der zeitlich aufintegrierte Stromaufwand mit dem Sollwert verglichen. Bei Erreichen der Nulldifferenz wird der Entriegelungsvorgang abgebrochen. Der Timer T3 erhält in diesem Fall einen Resetimpuls, der die Stromzufuhr des Elektromotors 16 sofort abbricht und die zeitliche Timerfunktion auf Null setzt. Die abfallende Flanke des zeitlichen Signals leitet anschließend den Rückdrehimpuls (wie zuvor bei der normalen Funktionalität beschrieben) ein. Als Alternative sind auch Vollbrückenbausteine bekannt, die bereits einen integrierten Stromwert ausgeben können (in 5 als Strommeßausgabe bezeichnet).
Eine weitere Verbesserung der Motorsteuerung 18 im Falle einer Gurtstraffung wird anhand der 6a, 6b und 7 erläutert. Es besteht ein Zusammenhang zwischen der Menge der entfernten Gurtlose im Sicherheitsgurtsystem und der Stromaufnahme des Elektromotors 16 des Gurtaufrollers 10. In 6a ist die Stromaufnahme des Elektromotors 16 für den Fall dargestellt, daß wenig oder keine Gurtlose vorhanden ist. Der Elektromotor 16 nimmt sofort den maximal zur Verfügung gestellten Strom auf. Die 6b zeigt den Fall, daß viel Gurtlose vorhanden ist, die entfernt werden muß. Die Stromaufnahme weicht stark vom Verlauf gemäß 6a ab. Bei drehendem Elektromotor 16 sinkt die Stromaufnahme zunächst stark ab. Erst wenn die Gurtlose entfernt wurde und der Elektromotor 16 zum Stillstand kommt, steigt die Stromaufnahme wieder an. Da die Flächen I₁ und I₂ unter den zeitlichen Verläufen der Stromaufnahme bis zum Entfernen der Gurtlose betragsmäßig gleich sind, ist es möglich, die Zeit der Bestromung für den ersten Straffimpuls abhängig von der Stromaufnahme des Elektromotors 16 zu gestalten. Durch die variable Dauer der Bestromung kann die thermische Belastung der Elektronik verringert werden. Für die praktische Umsetzung ist es lediglich notwendig, einen vorher definierten Sollwert mit dem im Straffungsfall auftretenden Stromintegral zu vergleichen. Der Timer T1 wird nach Erreichen dieses Sollwerts einem Reset unterzogen, und der Straffzyklus fährt mit dem durch den Timer T2 gesteuerten Gleichspannungsimpuls fort (siehe 7).

Claims

Elektrischer Gurtaufroller (10) mit einem Motor (16), der an eine Gurtspule (14) gekoppelt ist, gekennzeichnet durch eine Motorsteuerung (18), die zur Verbindung mit einem außerhalb des Gurtaufrollers (10) angeordneten zentralen Steuergerät (20) vorgesehen ist und nach Erhalt eines Auslösesignals vom Steuergerät (20) für eine bestimmte Funktion des Gurtaufrollers (10) den Motor (16) nach einem durch reine Hardware-Komponenten fest vorgegebenen Ablauf ansteuert.
Elektrischer Gurtaufroller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Motorsteuerung (18) eine Vollbrücke aufweist, an die nacheinander fest vorgegebene Gleichspannungssignale abgegeben werden.
Elektrischer Gurtaufroller nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Motorsteuerung (18) mehrere Timer (T1, T2, T3, T4) aufweist, die die Dauer der Gleichspannungssignale bestimmen.
Fahrzeuginsassen-Rückhaltevorrichtung mit einem elektrischen Gurtaufroller (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche und einem außerhalb des Gurtaufrollers (10) im Fahrzeug angeordneten zentralen Steuergerät (20), mit dem der Gurtaufroller (10) verbunden ist.
Fahrzeuginsassen-Rückhaltevorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (20) für die Auslösung einer Gurtaufrollerfunktion verantwortlich ist.
Fahrzeuginsassen-Rückhaltevorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schwellenwert für die Auslösung einer Gurtaufrollerfunktion oder die Auslösekriterien für eine Gurtaufrollerfunktion im Steuergerät (20) vorgegeben ist/sind.
Fahrzeuginsassen-Rückhaltevorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Gurtaufroller (10) mit dem Steuergerät (20) über ein Fahrzeugbussystem verbunden ist.
Fahrzeuginsassen-Rückhaltevorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Gurtaufroller (10) mit dem Steuergerät (20) direkt verdrahtet ist.
Verfahren zur Steuerung einer Fahrzeuginsassen-Rückhaltevorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (20) in Abhängigkeit eines im Steuergerät (20) vorgegebenen Schwellenwerts oder vorgegebener Auslösekriterien für eine Funktion des Gurtaufrollers (10) ein Auslösesignal für die Funktion an die Motorsteuerung (18) des Gurtaufrollers (10) abgibt und die Motorsteuerung (18) den Motor (16) nach einem durch reine Hardware-Komponenten festgelegten Ablauf ansteuert.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Ablauf eine Sequenz von verschiedenen Drehmomenten mit vorgegebenen Zeitdauern für die Drehmomente beinhaltet.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die verschiedenen Drehmomente durch Bestromung des Motors (16) auf unterschiedlichen Stromniveaus bereitgestellt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (20) mehrere unterschiedliche Auslösesignale bereitstellen kann, welche in der Motorsteuerung (18) unterschiedliche Abläufe auslösen, die jeweils einer zugehörigen Funktion des Gurtaufrollers (10) entsprechen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle einer Gurtstraffung eine Bestromung des Motors (16) in Abhängigkeit von der Stromaufnahme des Motors (16) erfolgt.