DE102007035037A1 - Measuring device for determining pulling force e.g. belt force, in e.g. safety belt system, for motor vehicle, has measuring sensor e.g. hall sensor, measuring physical variable associated with deformation of element - Google Patents
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft ein Rückhaltegurtsystem mit einer veränderlichen freien Gurtlänge und im Besonderen eine Messvorrichtung zum Erfassen der aktuellen Gurtkraft für eine Regelung der Rückhaltekraft des Gurtsystems.The The invention relates to a restraint belt system with a changeable free strap length and in particular, a measuring device for detecting the current one Belt force for a regulation of the retention force of the harness system.
Für die Rückhaltung von Fahrzeuginsassen entwickelte Sicherheitsgurtsysteme weisen gegenwärtig üblicherweise ein auf eine drehbare Gurtrolle gewickeltes Gurtband auf. Ein an der Gurtrolle angebrachter Mechanismus sorgt im Falle eines Unfalls mit starker Verzögerung des Fahrzeugs, beispielsweise einem Zusammenstoß mit einem anderen Fahrzeug oder mit anderen Gegenständen, für eine Blockierung der Gurtrolle und hierüber für ein Abbremsen eines Abwickelns des Gurtbands von der Gurtrolle. Moderne Rückhaltegurtsysteme für Kraftfahrzeuge umfassen darüber hinaus üblicherweise einen Gurtstraffer und einen Gurtkraftbegrenzer.For the retention Safety belt systems developed by vehicle occupants currently are common a webbing wound on a rotatable belt reel. One on the belt reel mounted mechanism provides in case of an accident strong delay of the vehicle, for example a collision with another vehicle or with other objects, for a block the belt roll and over here for a Slowing down unwinding of the webbing from the belt reel. modern Rückhaltegurtsysteme for motor vehicles include about it usually one Belt tensioner and a belt force limiter.
Der Gurtstraffer hat die Aufgabe, das Gurtband nahe am Körper zu halten, damit der Fahrzeuginsasse bei einem Unfall so früh wie möglich verzögert wird. Im unmittelbaren Vorfeld eines Unfalls zieht ein Gurtstraffer daher das Gurtband zum Kompensieren der Gurtlose innerhalb von wenigen Millisekunden in die Gurtrolle ein. Eine hohe Gurtlose liegt vor, wenn der Gurt nicht so straff wie möglich gespannt ist. Da durch diesen Straffungsvorgang der Gurt enger am Körper anliegt, nehmen die Insassen früher an der Fahrzeugverzögerung teil, wodurch die durch den Unfall verursachten Belastungen eines Insassen gleichmäßiger über dessen Körper verteilt und auf niedrigerem Niveau gehalten werden. Die Verletzungsgefahr wird hierdurch gesenkt.Of the The purpose of the belt tensioner is to position the belt close to the body in order to delay the vehicle occupant as early as possible in the event of an accident. In the immediate forerun of an accident pulls a belt tensioner therefore the webbing to compensate for the belt slack within a few milliseconds in the belt roll. A high belt slack is present when the belt not as tight as possible is curious. Because of this tightening process, the belt closer to body the inmates take earlier at the vehicle deceleration which reduces the burdens caused by the accident More even over its occupants body distributed and kept at a lower level. The risk of injury is lowered thereby.
Um die Verletzungsgefahr für Insassen im Laufe der Fahrzeugverzögerung weiter zu minimieren, hält der Rückhaltegurt den Fahrzeuginsassen bei den heute üblichen adaptiven Insassen rückhaltesystemen nicht mehr vollständig zurück. Stattdessen lässt ein Gurtkraftbegrenzer während eines Unfalls die Gurtstraffung in kontrollierter Weise gerade soweit nach, dass die verbleibende kinetische Energie des jeweiligen Insassen von einem üblicherweise Airbag genannten Prallkissen ohne Verletzungsrisiko aufgenommen werden kann. Hierdurch wird verhindert, dass sich bei einem Unfall unnötig hohe Kräfte auf den Fahrzeuginsassen übertragen.Around the risk of injury for Minimize occupants in the course of vehicle deceleration, holds the Postural the vehicle occupants in the usual today adaptive occupants restraint systems not complete anymore back. Instead lets a belt force limiter during an accident the belt tightening in a controlled manner just so far after that, the remaining kinetic energy of each occupant from one usually Airbag called impact pad without risk of injury can be. This will prevent being in an accident unnecessary high forces transmitted to the vehicle occupants.
Da sich die möglichen Fahrzeuginsassen sowohl in der Körpergröße als auch dem Körpergewicht in großem Umfang unterscheiden, muss eine optimale Kraftbegrenzung des Gurtbands nicht nur die Unfallsituation, sondern auch die Person des Insassen berücksichtigen. Vorzugsweise erfolgt dies durch Bestimmung der Gurtkraft, die von dem Fahrzeuginsassen auf den Sicherheitsgurt ausgeübt wird. Unter Gurtkraft versteht man hierbei die auf den Rückhaltegurt in dessen Längsrichtung ausgeübte Zugkraft.There the possible ones Vehicle occupants both in body size as well the body weight in great To distinguish circumference, must be an optimal force limit of the webbing consider not only the accident situation but also the person of the occupant. Preferably, this is done by determining the belt force of the vehicle occupant is exercised on the seat belt. Under belt force is meant here on the restraint belt in the longitudinal direction practiced Traction.
Zur Messung der Gurtkraft können im Bereich der Gurtrolle oder des Gurtschlosses Kraftsensoren angebracht werden. Bei den üblicherweise für die Vordersitze eines Fahrzeugs verwendeten 3-Punkt-Sicherheitsgurten wird das aus der Gurtrolle ausgegebene Gurtband über eine Gurtumlenkung an der B-Säule geführt, bevor es am Körper eines Insassen entlang zum Gurtschloss und schließlich zur Befestigung im Bereich des Fahrzeugbodens geführt wird. Wird die Gurtkraft am Gurtschloss gemessen, so ergeben sich aufgrund der Reibung des Gurtbands an der Umlenkung mitunter erhebliche Abweichungen gegenüber der Gurtkraft, die an der Gurtrolle vorhanden ist, und auf die der Gurtkraftbegrenzer über die Gurtrollenmechanik einwirkt. Eine Bestimmung der Gurtkräfte am Gurtschloss kann daher zu einer fehlerhaften Gurtkraftbegrenzung führen, wodurch sich ein erhöhtes Verletzungsrisiko für die Fahrzeuginsassen ergibt.to Measuring the belt force can Force sensors mounted in the area of the belt reel or the belt buckle become. At the usual for the Front seats of a vehicle used 3-point seat belts is the issued from the belt reel belt via a belt deflection on the B-pillar guided, before it's on your body a passenger along to the buckle and finally to the Attachment is performed in the area of the vehicle floor. Will the belt force measured at the buckle, so arise due to the friction of the Gurtbands at the deflection sometimes significant deviations from the Belt force, which is present on the belt reel, and on which the belt force limiter on the Gurtrollenmechanik acts. A determination of the belt forces at the buckle can therefore lead to a faulty Gurtkraftbegrenzung, thereby an elevated one Risk of injury for the vehicle occupants results.
In Testaufbauten erfolgt die Messung der Gurtkraft im Allgemeinen mithilfe eines Kraftsensors im Bereich der Gurtrolle, wobei der Kraftsensor zwischen der Fahrzeugkarosserie und der Einheit aus Gurtrolle und Gurtkraftbegrenzer angeordnet ist. Bei praxisnahen Unfallsimulationen treten wie in einer realen Unfallsituation bisweilen hohe Beschleunigungs- bzw. Verzögerungswerte entlang der Fahrzeuglängs-, -quer- und -hochachse auf. Die signifikante Masse der Einheit aus Gurtrolle und Gurtkraftbegrenzer überträgt hierbei Trägheitskräfte auf den Sensor, deren Größenordnung der zu bestimmenden Gurtkraft gleichkommt. Eine Bestimmung der Gurtkraft mittels Sensoren, die zwischen Gurtkraftbegrenzer und Karosserie angeordnet sind, würde dadurch zu einer Fehlbestimmung der tatsächlich anliegenden Gurtkraft führen. Die Folge wäre eine der Situation nicht angemessene Gurtkraftbegrenzung.In Test abutments are generally measured by measuring belt force a force sensor in the region of the belt reel, wherein the force sensor between the vehicle body and the unit from Gurtrolle and Gurtkraftbegrenzer is arranged. In practical accident simulations sometimes, as in a real accident situation, high acceleration or delay values along the vehicle longitudinal, transverse and vertical axis. The significant mass of the unit out Belt reel and belt force limiter transfers inertial forces the sensor, its magnitude the belt force to be determined equals. A determination of the belt force using sensors between the belt force limiter and body are arranged thereby to a misidentification of the actually applied belt force to lead. The result would be one of the situation inappropriate belt force limit.
Ferner sind Kraftsensoren angesichts des hohen Kostendruck im Automobilbau wegen ihres vergleichsweise hohen Preises nicht als Standardsensoren für die Messung der Gurtkraft geeignet.Further are force sensors in view of the high cost pressure in the automotive industry not as standard sensors due to their comparatively high price for the Measurement of belt force suitable.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zur zuverlässigen und kostengünstigen Messung der Gurtkraft anzugeben.outgoing This is the object of the invention, a device to the reliable and cost-effective Specify measurement of belt force.
Die Aufgabe wird gemäß den unabhängigen Ansprüchen der Erfindung gelöst.The The object is according to the independent claims of Invention solved.
Die Erfindung umfasst eine Messvorrichtung zur Bestimmung der Zugkraft an einem Band, insbesondere einem Gurtband oder einem Seil. Die Messvorrichtung umfasst eine Halterung zum Halten des Bands zwischen dessen Enden, eine an der Halterung angeordneten Umlenkeinrichtung mit zumindest einem zum Umlenken des Bands ausgebildeten ersten Umlenkelement und einem zum Umlenken des Bands ausgebildeten zweiten Umlenkelement, ein Federelement zur federelastischen Aufnahme des ersten Umlenkelements in der Halterung und einen Messaufnehmer zum Messen einer mit der Verformung des Federelements verknüpften physikalischen Größe. Hierbei sind das erste Umlenkelement und das zweite Umlenkelement so in der Halterung angeordnet, dass bei einer Führung des Bands vom ersten zum zweiten Um lenkelement die Richtung der Winkelhalbierenden des Winkels, mit dem das Band das erste Umlenkelement umschlingt, unabhängig vom Winkel ist, mit dem das Band das zweite Umlenkelement umschlingtThe invention comprises a measuring device for determining the tensile force on a belt, in particular a belt or a rope. The measuring device comprises a holder for holding the band between its ends, one on the holder arranged deflection device with at least one trained for deflecting the belt first deflecting element and formed for deflecting the belt second deflecting element, a spring element for resiliently receiving the first deflecting element in the holder and a sensor for measuring an associated with the deformation of the spring element physical quantity. Here, the first deflecting element and the second deflecting element are arranged in the holder, that when guiding the tape from the first to the second order steering element, the direction of the bisector of the angle with which the band wraps around the first deflecting element, regardless of the angle with the the band wraps around the second deflecting element
Die Erfindung umfasst ferner ein Rückhaltegurtsystem mit einer Gurtkraftbegrenzungseinrichtung und einer solchen Messvorrichtung.The The invention further comprises a restraint belt system with a belt force limiting device and such a measuring device.
In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass die in dieser Beschreibung und den Ansprüchen zur Aufzählung von Merkmalen verwendeten Begriffe "umfassen", "aufweisen", "beinhalten", "enthalten" und "mit", sowie deren grammatikalische Abwandlungen, generell als nichtabschließende Aufzählung von Merkmalen, wie z. B. Verfahrensschritten, Einrichtungen, Bereichen, Größen und dergleichen aufzufassen ist, die in keiner Weise das Vorhandensein anderer oder zusätzlicher Merkmale oder Gruppierungen von anderen oder zusätzlichen Merkmalen ausschließt.In In this context, it should be noted that in this Description and claims to the list terms used to describe "comprise", "comprise", "include", "contain" and "with", as well as their grammatical modifications, generally as non-conclusive enumeration of features such. B. process steps, facilities, areas, Sizes and the like is to be understood, in no way the presence other or additional Excludes features or groupings from other or additional features.
Die Erfindung wird in ihren abhängigen Ansprüchen weitergebildet.The Invention is in their dependent claims further training.
Zur Ausbildung eines definierten Umschlingungswinkels bei flachen Bändern sind das erste Umlenkelement und das zweite Umlenkelement vorzugsweise jeweils stabförmig ausgebildet, wobei die Stabachsen in der Halterung im Wesentlichen senkrecht zur Längsführung des Bands angeordnet sind. Unter Gurtlängsrichtung ist hierbei die Richtung an einer jeweiligen Stelle des Gurts zu verstehen, entlang der man dem Gurt folgend zu einem seiner Enden gelangt.to Formation of a defined wrap angle with flat bands are the first deflecting element and the second deflecting element preferably each rod-shaped formed, wherein the rod axes in the holder substantially perpendicular to the longitudinal guide of Bands are arranged. Under Gurtlängsrichtung here is the To understand direction at a respective point of the belt, along the one following the belt passes to one of its ends.
Eine vorteilhaft Führung des Bands mit besonders gut definierter Reibung wird erreicht, wenn das erste Umlenkelement und das zweite Umlenkelement jeweils als Rollen ausgebildet sind, deren Achsen in der Halterung im Wesentlichen senkrecht zur Längsführung des Bands angeordnet sind. Je nachdem, ob das Band flach in Form eines Gurts oder eher rund in Form ei nes Seils, einer Schnur oder eines Senkels ausgeführt ist, können die Rollen zylinderförmig oder mit einer umlaufenden Nut versehen ausgeführt sein.A advantageous leadership of the band with particularly well defined friction is achieved when the first deflecting element and the second deflecting element in each case as rollers are formed, whose axes in the holder substantially perpendicular to the longitudinal guide of Bands are arranged. Depending on whether the band is flat in the form of a Belts or rather round in the form of a rope, a string or a rope Senkels executed is, can the rollers are cylindrical or be provided with a circumferential groove provided.
Zur kostengünstigen Herstellung wie zur Verbesserung der Störunanfälligkeit der Messvorrichtung ist das Federelement bevorzugt einstückig mit der Halterung ausgeführt.to inexpensive Production as to improve the immunity of the measuring device the spring element is preferably made in one piece with the holder.
Zum Erzielen einer großen Auslenkung in Reaktion auf die zu messende Gurtkraft weist das Federelement günstigerweise einen ersten Abschnitt auf, der im Wesentlichen senkrecht zur Richtung der Winkelhalbierenden des Winkels angeordnet ist, mit dem das Band das erste Umlenkelement umschlingt.To the Achieving a big one Deflection in response to the measured belt force has the spring element favorably a first section that is substantially perpendicular to the direction the bisector of the angle is arranged, with which the band wraps around the first deflecting element.
Für eine vom Messort weitgehend unabhängige Referenzmessung weist das Federelement in einer vorteilhaften Weiterentwicklung einen zweiten Abschnitt auf, der im Wesentlichen parallel zur Richtung der Winkelhalbierenden des Winkels angeordnet ist, mit dem das Band das erste Umlenkelement umschlingt, und der das vom ersten Umlenkelement entfernte Ende des ersten Abschnitts mit der Halterung verbindet.For one of Site largely independent Reference measurement, the spring element in an advantageous development a second section that is substantially parallel to the direction the bisector of the angle is arranged, with which the band wraps around the first deflecting element and that which is remote from the first deflecting element End of the first section connects to the bracket.
Die Verwendung kostengünstiger Wege- bzw. Abstandsmessverfahren wird möglich, wenn das Federelement vorzugsweise so an der Halterung angeordnet ist, dass eine Verformung des Federelements zu einer Änderung des Abstands zwischen Federelement und Halterung an zumindest einer Stelle der Messvorrichtung führt.The Use cheaper Way or distance measuring method is possible when the spring element is preferably arranged on the holder that a deformation of the spring element to a change the distance between the spring element and the holder on at least one Location of the measuring device leads.
Als Messaufnehmer wird bevorzugt ein zur Messung des magnetischen Flusses ausgebildeter Sensor verwendet, wobei der Messaufnehmer vorzugsweise einen Hallsensor umfasst. Bedarfsweise kann der Messaufnehmer auch als induktiver, kapazitiver oder als auf einem Wirbelstrommessverfahren beruhender Abstandsmesser ausgebildet sein. Insbesondere für Referenzmessungen umfasst der Messaufnehmer zumindest einen Dehnmessstreifen, der am zweiten Abschnitt des Federelements angeordnet ist.When Sensor is preferred for measuring the magnetic flux trained sensor used, the sensor preferably comprises a Hall sensor. If necessary, the sensor can also as inductive, capacitive or as based on an eddy current measuring method Spacer be formed. Especially for reference measurements the sensor at least one strain gauge, the second Section of the spring element is arranged.
Um die Umschlingung des ersten Umlenkelements in weiten Grenzen unabhängig von der Zuführung des Bandes in die Messeinrichtung zu halten, umfasst die Umlenkeinrichtung vorzugsweise ein drittes zum Umlenken des Bands ausgebildetes Umlenkelement, das so in der Halterung angeordnet ist, dass bei einer Führung des Bands vom dritten zum ersten Umlenkelement die Richtung der Winkelhalbierenden des Winkels, mit dem das Band das erste Umlenkelement umschlingt, unabhängig vom Winkel ist, mit dem das Band das dritte Umlenkelement umschlingt.Around the wrap of the first deflecting element within wide limits regardless of the feeder to hold the tape in the measuring device, comprises the deflection device preferably a third deflection element designed for deflecting the band, which is arranged in the holder, that in a guide of the Bands from the third to the first deflecting the direction of the bisectors the angle at which the band wraps around the first deflecting element, independently is the angle at which the band wraps around the third deflecting element.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung erfindungsgemäßer Ausführungsbeispiele in Verbindung mit den Ansprüchen sowie den Figuren. Die einzelnen Merkmale können bei einer Ausführungsform gemäß der Erfindung je für sich oder zu mehreren verwirklicht sein. Bei der nachfolgenden Erläuterung einiger Ausführungsbeispiele der Erfindung wird auf die beiliegenden Figuren Bezug genommen, von denenFurther features of the invention will become apparent from the following description of inventive embodiments in conjunction with the claims and the figures. The individual features can in one embodiment according to the Invention be realized each for themselves or to several. In the following explanation of some embodiments of the invention reference is made to the accompanying figures, of which
In
der
Eine
von den Trägheitskräften des
Insassenrückhaltesystems
entkoppelte Messvorrichtung
Die
Messvorrichtung
Jede
der beiden Seitenabschnitte der Halterung
Wird
die Messvorrichtung
Der
Gurtkraft
Um
ein maximales Biegemoment auf den die erste Umlenkachse
Über den
zweiten Schenkel
Ein
magnetisches Messprinzip zum Ermitteln der zur auf die erste Umlenkachse
einwirkenden Kraft proportionalen Gurtkraft ist in der
Das Ausgangssignal des Hallsensors kann in einer Referenzmessung auf die Gurtkraft kalibriert werden. Übliche Hallsensoren sind einfach und schnell mit einem eigenen Offset und Gain programmierbar, wodurch die Kalibrierung ohne großen Aufwand erfolgen kann. Da geeignete Hallsensoren im großindustriellen Maßstab hergestellt werden, sind sie mit etwa einem Prozent der Kosten eines Kraftsensors sehr preiswert. Sie weisen einen Ausgangspegel von 0 bis 5 V auf, so dass eine Nachverstärkung des Messsignals entfällt. Auch weisen diese Hallsensoren bereits eine Kompensationsschaltung von etwaigen mechanischen und thermischen Einflüssen auf, so dass durch die Verwendung eines die Luftspaltänderung sensierenden Hallsensors eine enorme Kostenersparnis gegenüber der Verwendung eines Kraftsensors erzielt wird.The Output signal of the Hall sensor can in a reference measurement the belt force can be calibrated. Usual Hall sensors are simple and quickly programmable with its own offset and gain, allowing the calibration without big Effort can be made. Because suitable Hall sensors in the large industrial scale they are produced at about one percent the cost of one Force sensor very cheap. They have an output level of 0 to 5 V, so that a Nachverstärkung the measurement signal is omitted. Also These Hall sensors already have a compensation circuit of any mechanical and thermal influences, so that by the Using a the air gap change Sensing Hall sensor a huge cost savings over the Use of a force sensor is achieved.
Außer dem
beschriebenen magnetischen Messverfahren können jedoch auch andere kostengünstige Messverfahren
zum Erfassen der Luftspaltänderung
verwendet werden. Geeignet sind insbesondere induktive oder kapazitive
Wegmessverfahren sowie Wirbelstrommessverfahren. Als Umlenkachsen
Die
Die
Messvorrichtung
Bei
einer Führung
des Gurtbands
Auch wenn die Erfindung unter Bezugnahme auf die Messung der auf ein Gurtband eines Rückhaltegurtsystems wirkenden Gurtkraft beschrieben wurde, ist sie nicht auf diese Anwendung beschränkt. Vielmehr können mit der Erfindung auch auf andere Bänder einwirkende Zugkräfte bestimmt werden, wobei hier insbesondere Seile und Schnüre zu nennen sind. Entsprechend ist unter Gurtkraft ganz allgemein die an einem Band wirkende Zugkraft zu verstehen.Also when the invention with reference to the measurement of a Webbing of a restraint belt system has been described acting belt force, it is not on this application limited. Much more can determined with the invention also acting on other bands tensile forces These include, in particular, ropes and cords. Corresponding Under belt force is generally the pulling force acting on a belt to understand.
- 11
- Gurtbandwebbing
- 22
- Gurtrollebelt roller
- 33
- Gurtstraffer und Gurtkraftbegrenzerpretensioners and belt force limiter
- 44
- Kraftsensorforce sensor
- 55
- Montageflanschmounting flange
- 66
- Gurtkraftbelt force
- 77
- Reaktionskraftreaction force
- 1010
- GurtausgabeeinrichtungGurtausgabeeinrichtung
- 2020
- Messvorrichtungmeasuring device
- 2121
- Halterungbracket
- 2222
- erstes Umlenkelementfirst deflecting
- 2323
- zweites Umlenkelementsecond deflecting
- 2424
- Federelementspring element
- 24a24a
- erster Abschnitt des Federelementsfirst Section of the spring element
- 24b24b
- zweiter Abschnitt des Federelementssecond Section of the spring element
- 2525
- erster Messaufnehmerfirst sensor
- 25a25a
- Magnetmagnet
- 25b25b
- HallsensorHall sensor
- 25c25c
- magnetische Flussschleifemagnetic river loop
- 2626
- Winkelhalbierendebisecting
- 2727
- DurchführungskomponenteImplementing component
- 2828
- DurchführungskomponenteImplementing component
- 2929
- Ausnehmung in den Seitenteilen der Halterungrecess in the side panels of the bracket
- 3030
- Dehnmessstreifen, zweiter Messaufnehmerstrain gauges, second sensor
- 4040
- alternative Messvorrichtungalternative measuring device
- 4141
- erstes Umlenkelementfirst deflecting
- 4242
- zweites Umlenkelementsecond deflecting
- 4343
- drittes Umlenkelementthird deflecting
- 4444
- Federelementspring element
- 4545
- Halterungbracket
- 4646
- Winkelhalbierendebisecting
- 4747
- Luftspaltair gap
- dd
- Achsversatzaxial offset
Claims (13)
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