DE102018113582A1

DE102018113582A1 - Sicherheitsgurtsystem und Verfahren zur Bestimmung des Gurtbandauszuges mittels eines Sicherheitsgurtsystems

Info

Publication number: DE102018113582A1
Application number: DE102018113582.3A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Holbein; David Reich
Original assignee: TRW Automotive GmbH
Current assignee: ZF Automotive Germany GmbH
Priority date: 2018-06-07
Filing date: 2018-06-07
Publication date: 2019-12-12
Also published as: US11999315B2; US20210122328A1; WO2019233911A1; CN112236334A

Abstract

Ein Sicherheitsgurtsystem für ein Fahrzeug umfasst ein Gurtband (28), einen Gurtaufroller, eine Gurtspule (16) und einen Gurtspulenwinkelsensor (22) mit einer ersten Zahnradbaugruppe (32) und einer zweiten Zahnradbaugruppe (36). Der Gurtspulenwinkelsensor (22) hat ein mehrstufiges Getriebe (58) mit einer ersten Getriebestufe mit einem ersten Untersetzungsverhältnis und einer zweiten Getriebestufe mit einem zweiten Untersetzungsverhältnis. Der Gurtspulenwinkelsensor (22) umfasst ferner einen Drehwinkelsensor (64) und einen dem Drehwinkelsensor (64) zugeordneten Drehwinkelgeber (34) sowie einen Referenzsignalsensor (68) und einen dem Referenzsignalsensor (68) zugeordneten Referenzsignalgeber (38). Der Drehwinkelgeber (34) ist dabei der ersten Zahnradbaugruppe (32) und der Referenzsignalgeber (38) der zweiten Zahnradbaugruppe (36) zugeordnet. Die zweite Zahnradbaugruppe (36) hat relativ zum Referenzsignalsensor (68) eine Parkposition, eine Basisposition sowie eine Referenzposition, in der der Referenzsignalgeber (38) ein Referenzsignal im Referenzsignalsensor (68) erzeugt. Des Weiteren ist ein Verfahren zur Bestimmung des Gurtbandauszuges mittels eines solchen Sicherheitsgurtsystems beschrieben.

Description

Die Erfindung betrifft ein Sicherheitsgurtsystem für ein Fahrzeug, mit einer Steuerung, einem Gurtband und einem Gurtaufroller, der eine zum Aufwickeln des Gurtbands eingerichtete Gurtspule umfasst. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Bestimmung des Gurtbandauszuges mittels eines solchen Sicherheitsg u rtsystems.
Moderne Sicherheitsgurtsysteme sind zusätzlich zu den üblichen gurtband- und/oder fahrzeugsensitiven Sperrfunktionen mit Zusatzfunktionen ausgestattet. Eine dieser Zusatzfunktionen ist die Gurttrageerkennung, wozu die abgezogene Gurtbandlänge, d.h. der Gurtbandauszug, ermittelt wird.
Um den Gurtbandauszug zu bestimmen, werden üblicherweise Gurtbandauszugssensoren oder Gurtspulenwinkelsensoren verwendet. Diese haben jedoch den Nachteil, dass sie bei Unterspannung nicht mehr genau funktionieren, sodass beispielsweise nach einem Stromausfall der Gurtspulenwinkelsensor neu kalibriert werden muss.
Aufgabe der Erfindung ist es daher ein neuartiges Sicherheitsgurtsystem bereitzustellen, das zuverlässiger funktioniert und insbesondere unempfindlich gegen Stromausfall ist. Aufgabe der Erfindung ist es ferner, ein Verfahren zur Bestimmung des Gurtbandauszuges mittels eines solchen Sicherheitsgurtsystems bereitzustellen.
Zur Lösung der Aufgabe ist ein Sicherheitsgurtsystem für ein Fahrzeug, mit einer Steuerung, einem Gurtband und einem Gurtaufroller vorgesehen. Der Gurtaufroller hat eine Gurtspule, die zum Aufwickeln des Gurtbands vorgesehen ist, und einen Gurtspulenwinkelsensor, der mit der Steuerung signalübertragend verbunden ist. Der Gurtspulenwinkelsensor umfasst eine erste Zahnradbaugruppe mit einem ersten Zahnrad und einem zweiten Zahnrad, das mit dem ersten Zahnrad drehmomentübertragend gekoppelt ist. Ferner weist der Gurtspulenwinkelsensor eine zweite Zahnradbaugruppe mit einer Verzahnung auf. Das erste Zahnrad ist mit einem Ritzel, das der Gurtspule, insbesondere der Drehachse der Gurtspule, zugeordnet ist, derart gekoppelt, dass eine erste Getriebestufe mit einem ersten Untersetzungsverhältnis, d.h., das Über- bzw. Untersetzungsverhältnis i ist kleiner 1, gebildet ist. Das zweite Zahnrad ist derart mit der Verzahnung gekoppelt, dass eine zweite Getriebestufe mit einem zweiten Untersetzungsverhältnis gebildet ist. Somit ist die Abtriebseite der ersten Getriebestufe mit der Antriebseite der zweiten Getriebestufe gekoppelt. Des Weiteren umfasst der Gurtspulenwinkelsensor einen Drehwinkelsensor und einen dem Drehwinkelsensor zugeordneten Drehwinkelgeber sowie einen Referenzsignalsensor und einen dem Referenzsignalsensor zugeordneten Referenzsignalgeber. Der Drehwinkelgeber ist hierbei der ersten Zahnradbaugruppe und der Referenzsignalgeber der zweiten Zahnradbaugruppe zugeordnet. Die zweite Zahnradbaugruppe ist relativ zum Referenzsignalsensor verstellbar und weist eine Parkposition, eine Basisposition sowie eine, insbesondere einzige, Referenzposition auf, wobei in der Referenzposition der Referenzsignalgeber ein Referenzsignal im Referenzsignalsensor erzeugt bzw. auslöst.
Die Parkposition ist hierbei der Position der Gurtspule zugeordnet, in der der Gurtbandauszug bei geöffnetem Sicherheitsgurtsystem minimal ist, d.h., in der der Gurt mit straffem Gurtband zum Auszug bereitgestellt wird. Die Basisposition ist der Position der Gurtspule zugeordnet, in der der Gurtbandauszug bei geschlossenem Sicherheitsgurtsystem minimal ist, d.h., in der der Sicherheitsgurt bzw. das Gurtband straff an einer infinitesimal dünnen Person bzw. einem leeren Sitz des Fahrzeugs anliegt.
Die Parkposition und die Basisposition kann hierbei variieren, beispielsweise in Abhängigkeit von der Position des Sitzes, falls dieser relativ zum Sicherheitsgurtsystem verstellbar ist.
Bei dem erfindungsgemäßen Sicherheitsgurtsystem kommen zwei Getriebestufen zum Einsatz. An der ersten Getriebestufe kann mittels des Drehwinkelgebers in Kombination mit dem Drehwinkelsensor ein relativer Gurtspulenwinkel ermittelt werden, der der Rotation der Gurtspule entspricht. Da der Gurtbandauszug nicht proportional zur Rotation der Gurtspule ist, ist es zur Ermittlung des absoluten Gurtbandauszugs erforderlich, den Bereich zu kennen, in dem die Gurtspule rotiert ist und das Gurtband abgezogen bzw. aufgewickelt wurde. Mittels des Referenzsignals, das in der Referenzposition erzeugt wird, kann die absolute Stellung der Gurtspule und somit der Bereich bestimmt werden, in dem der Gurtbandauszug erfolgt ist. Das Referenzsignal dient somit zur Kalibrierung des Gurtspulenwinkelsensors. Auf diese Weise lässt sich der tatsächliche, absolute Gurtbandauszug aus diesen beiden Informationen, nämlich dem relativen Gurtspulenwinkel sowie der absoluten Stellung der Gurtspule, bestimmen. Indem bei der Ermittlung des Gurtbandauszuges der Gurtspulenwinkelsensor über das Referenzsignal kalibriert wird, kann mittels des Sicherheitssystems der Gurtbandauszug zuverlässig und genau bestimmt werden, selbst nach einem Stromausfall.
Vorzugsweise ist die Referenzposition nach der Parkposition, insbesondere zwischen der Parkposition und der Basisposition, angeordnet, um zu gewährleisten, dass das Referenzsignal bei jedem Anschnallvorgang erzeugt wird und somit eine Kalibrierung des Gurtspulenwinkelsensors erfolgt.
In einer Ausführungsform ist die zweite Zahnradbaugruppe relativ zum Referenzsignalsensor drehbar gelagert, wobei der Winkel zwischen der Parkposition und der Referenzposition und/oder der Basisposition weniger als 180°, vorzugsweise weniger als 90° insbesondere weniger als 60° beträgt. Hierdurch kann sichergestellt werden, dass der Bereich für diese Positionen auf der zweiten Zahnradbaugruppe klein ist und der gesamte Bereich von der Parkposition bis zur Vollauszugposition, in der das Gurtband vollständig abgewickelt bzw. ausgezogen ist, auf dem Umfang der zweiten Zahnradbaugruppe abgebildet werden kann, ohne dass hierbei mehr als eine Rotation der zweiten Zahnradbaugruppe erforderlich ist. Das bedeutet, die gesamten Gurtspulenumdrehungen können auf maximal eine Umdrehung der zweiten Zahnradbaugruppe untersetzt sein.
Es kann vorgesehen sein, dass das erste Untersetzungsverhältnis kleiner ist als das zweite Untersetzungsverhältnis.
Es ist von Vorteil, wenn das erste Untersetzungsverhältnis mindestens $\frac{1}{3},$
mindestens $\frac{1}{5},$
insbesondere mindestens $\frac{1}{10}$
beträgt, um eine geringe Untersetzung und somit eine hohe Anzahl an Rotationen am ersten Zahnrad sicherzustellen. Hierdurch dreht sich der Drehwinkelgeber häufiger und die Messung des Gurtspulenwinkels mittels des Drehwinkelsensors erfolgt mit größerer Genauigkeit, da es zu mehr Zahnflankenwechseln kommt.
Das zweite Untersetzungsverhältnis kann maximal $\frac{1}{2},$
maximal $\frac{1}{3},$
insbesondere maximal $\frac{1}{4}$
betragen, um eine hohe Untersetzung sicherzustellen, sodass die zweite Zahnradbaugruppe bei einem Gurtauszug nur relativ gering verstellt wird.
Gemäß einer Ausführungsform beträgt das Untersetzungsverhältnis des durch die erste Getriebestufe und die zweite Getriebestufe gebildeten mehrstufigen Getriebes maximal $\frac{1}{10},$
maximal $\frac{1}{15},$
insbesondere maximal $\frac{1}{20} .$
Auf diese Weise wird bei einem Gurtauszug die zweite Zahnradbaugruppe nur in relativ geringem Maße verstellt. Insbesondere kann hierdurch sichergestellt werden, dass ein vollständiger Auszug des Gurtbands, der üblicherweise etwa ein Dutzend Rotationen der Gurtspule zur Folge hat, auf maximal eine Umdrehung der zweiten Zahnradbaugruppe untersetzt wird.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst der Gurtaufroller eine Sperrseitenbaugruppe, in die der Gurtspulenwinkelsensor integriert ist. Somit kann der Gurtaufroller bzw. das Sicherheitsgurtsystem kompakt gestaltet sein.
Ferner kann vorgesehen sein, dass das Sicherheitsgurtsystem derart gestaltet ist, dass der Gurtbandauszug zwischen der Parkposition und einer Vollauszugposition, in der das Gurtband vollständig abgewickelt bzw. ausgezogen ist, zu einem gesamten Rotationswinkel der Gurtspule führt, der größer 360°, vorzugsweise größer 1800°, weiter bevorzugt größer 3600° ist. Das bedeutet, zum vollständigen Abwickeln des Gurtbands von der Gurtspule aus der Parkposition sind mehr als eine, vorzugsweise mehr als fünf, weiter bevorzugt mehr als zehn Umdrehungen der Gurtspule erforderlich. Somit führt der Bandauszug zu einer entsprechenden Anzahl an Umdrehungen des der Gurtspule zugeordneten Ritzels, ohne dass an dieser Stelle eine Getriebestufe erforderlich ist, d.h., das Ritzel kann direkt an der Gurtspulenachse angebracht sein, wodurch der Gurtaufroller bzw. das Sicherheitsgurtsystem besonders kompakt und kostengünstig gestaltet sein können. Eine solche moderate Anzahl an Umdrehungen ist günstig, da diese zu entsprechend vielen Zahnflankenwechseln des ersten Zahnrads und somit zu einer höheren Genauigkeit der Messung des Gurtspulenwinkels mittels des Drehwinkelsensors führt.
Erfindungsgemäß ist zur Lösung der oben genannten Aufgabe auch ein Verfahren zur Bestimmung des Gurtbandauszuges mittels eines erfindungsgemäßen Sicherheitsgurtsystems vorgesehen. Das Verfahren umfasst die folgenden Schritte:

a) das Referenzsignal wird zum Kalibrieren des Gurtspulenwinkelsensors verwendet, indem der Gurtspule ein Referenzwert an der Referenzposition zugeordnet wird, und
b) mittels des Drehwinkelsensors wird die relative Positionsänderung der Gurtspule zur Referenzposition ermittelt und daraus der absolute Gurtbandauszug bestimmt.

Der Referenzwert ist beispielsweise Null oder ein Wert, der dem Gurtbandauszug an der Referenzposition entspricht, und legt die absolute Stellung der Gurtspule fest. Die Positionsänderung der Gurtspule ist hierbei die Änderung der Winkelposition der Gurtspule um ihre Rotationsachse, d.h. ihres Drehwinkels.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen. In diesen zeigen:

- 1 in einer perspektivischen Ansicht ein erfindungsgemäßes Sicherheitsgurtsystem (ohne Gurtband), das einen Gurtaufroller mit einer Sperrseitenbaugruppe umfasst,
- 2 in einer perspektivischen Ansicht die Sperrseitenbaugruppe aus 1 mit einem integrierten Gurtspulenwinkelsensor,
- 3 in einer perspektivischen Ansicht den Gurtaufroller aus 1 ohne Sperrseitenbaugruppe,
- 4 in einer Explosionsdarstellung den Gurtspulenwinkelsensor aus 2 und eine Gurtspule mit Gurtband des Gurtaufrollers aus 1,
- 5 in einer Rückansicht den Gurtspulenwinkelsensor aus 2 in einer Parkposition,
- 6 in einer perspektivischen Ansicht den Gurtspulenwinkelsensor aus 2 und die Gurtspule mit Gurtband aus 4 in der Parkposition,
- 7 in einer Rückansicht den Gurtspulenwinkelsensor aus 2 in einer Referenzposition,
- 8 in einer perspektivischen Ansicht den Gurtspulenwinkelsensor aus 2 und die Gurtspule mit Gurtband aus 4 in der Referenzposition,
- 9 in einer Rückansicht den Gurtspulenwinkelsensor aus 2 in einer Basisposition,
- 10 in einer perspektivischen Ansicht den Gurtspulenwinkelsensor aus 2 und die Gurtspule mit Gurtband aus 4 in der Basisposition,
- 11 in einer Rückansicht den Gurtspulenwinkelsensor aus 2 in einer Vollauszugposition, und
- 12 in einer perspektivischen Ansicht den Gurtspulenwinkelsensor aus 2 und die Gurtspule mit Gurtband aus 4 in der Vollauszugposition.

In 1 ist ein Sicherheitsgurtsystem 10 für ein Fahrzeug gezeigt.
Das Fahrzeug ist beispielsweise ein PKW oder ein Lkw und umfasst einen Sitz auf dem eine Person mittels des Sicherheitsgurtsystems 10 gesichert werden kann. In einer alternativen Ausführungsform kann das Fahrzeug ein beliebiges, insbesondere zur Personenbeförderung vorgesehenes, Fahrzeug sein.
Das Sicherheitsgurtsystem 10 umfasst einen Gurtaufroller 12 mit einem Gehäuse 14, in dem eine Gurtspule 16 drehbar um ihre Gurtspulenachse 18 (siehe 3) gelagert ist, sowie eine Sperrseitenbaugruppe 20, die an einem axialen Ende der Gurtspule 16 am Gehäuse 14 vorgesehen und in bekannter Weise zur Blockierung der Gurtspule 16 eingerichtet ist.
In der Sperrseitenbaugruppe 20 (siehe 2) ist ein Gurtspulenwinkelsensor 22 integriert, der über eine elektrische Leitung 24 signalübertragend und mit einer Steuerung 26 (siehe 1) des Sicherheitsgurtsystems 10 verbunden ist.
In einer alternativen Ausführungsform, insbesondere bei einem Gurtaufroller 12 ohne Sperrseitenbaugruppe 20, kann der Gurtspulenwinkelsensor 22 an beliebiger Stelle des Gurtaufrollers 12 vorgesehen sein. Die Position an einem axialen Ende der Gurtspule 16 ist dabei bevorzugt, da hierdurch ein kompakter Aufbau gewährleistet werden kann.
Die Steuerung 26 ist im vorliegenden Fall der Bordcomputer des Fahrzeugs. Selbstverständlich kann die Steuerung 26 des Sicherheitsgurtsystems 10 alternativ Teil einer Steuerung eines weiteren im Fahrzeug vorhandenen Systems oder eine separate Steuerung 26 sein.
Alternativ oder zusätzlich zu der elektrischen Leitung 24 kann der Gurtspulenwinkelsensor 22 mit der Steuerung 26 drahtlos signalübertragend verbunden sein.
Das Sicherheitsgurtsystem 10 umfasst ferner ein Gurtband 28 (siehe 4), das zum Zurückhalten der mit dem Sicherheitsgurtsystem 10 gesicherten Person vorgesehen ist. Das Gurtband 28 ist an der Gurtspule 16 befestigt, sodass das Gurtband 28 von der Gurtspule 16 auf- bzw. abgewickelt wird, wenn die Gurtspule 16 um ihre Gurtspulenachse 18 rotiert.
Die Gurtspule 16 hat hierbei einen solchen Spulenumfang U (siehe 12) und das Gurtband 28 eine solche Länge, dass die Gurtspule 16 bei einem Auszug des Gurtbands 28 von einer Parkposition (siehe 6) in die Vollauszugposition (siehe 12) 15 Umdrehungen vollführt. In einer alternativen Ausführungsform kann das Verhältnis des Umfangs U der Gurtspule 16 zur Länge des Gurtbands 28 derart gestaltet sein, dass ein Auszug des Gurtbands 28 von der Parkposition in die Vollauszugposition zu zumindest einer, vorzugsweise zumindest fünf, insbesondere zumindest zehn vollständigen Umdrehungen der Gurtspule 16 führt.
Am der Sperrseitenbaugruppe 20 zugewandten Ende der Gurtspule 16 weist die Gurtspulenachse 18 ein Ritzel 30 auf (siehe 3), das drehmomentübertragend mit der Gurtspulenachse 18 gekoppelt ist.
Der Gurtspulenwinkelsensor 22 umfasst eine erste Zahnradbaugruppe 32 (siehe 4) mit einem Drehwinkelgeber 34 sowie eine zweite Zahnradbaugruppe 36 mit einem Referenzsignalgeber 38.
Die erste Zahnradbaugruppe 32 hat ein großes erstes Zahnrad 40 und ein kleines zweites Zahnrad 42 (siehe 6), das koaxial sowie drehmomentübertragend mit dem ersten Zahnrad 40 verbunden ist.
Der Drehwinkelgeber 34 wird durch einen in das erste Zahnrad 40 integrierten Magneten 44 gebildet (siehe 4).
Die Pole des Magneten 44 sind auf radial entgegengesetzt zueinander angeordnet Hälften des ersten Zahnrads 40 vorgesehen, so dass sich bei einer Rotation des ersten Zahnrads 40 das Magnetfeld sinusförmig ändert.
In einer alternativen Ausführungsform kann der Drehwinkelgeber 34 beliebig gestaltet und/oder an beliebiger Stelle in der ersten Zahnradbaugruppe 32 vorgesehen sein.
Die erste Zahnradbaugruppe 32 ist um ihre Drehachse D drehbar in der Sperrseitenbaugruppe 20 gelagert (siehe 2).
Die zweite Zahnradbaugruppe 36 wird durch eine kreisförmige Scheibe 46 mit einer Innenverzahnung 48 gebildet. Die Innenverzahnung 48 erstreckt sich in Umfangsrichtung Q der Drehachse R in einem Winkel von ca. 270° um die Drehachse R der zweiten Zahnradbaugruppe 36.
Der Referenzsignalgeber 38 wird durch einen weiteren Magneten 45 gebildet, der im radial äußeren Randbereich 49 auf der Scheibe 46 angebracht ist.
Grundsätzlich kann der Referenzsignalgeber 38 beliebig gestaltet und/oder an beliebiger Stelle in der zweiten Zahnradbaugruppe 36 vorgesehen sein.
In einer alternativen Ausführungsform kann die zweite Zahnradbaugruppe 36 beliebig gestaltet sein, insbesondere kann die kreisförmige Scheibe 46 anstelle einer Innenverzahnung 48 eine Außenverzahnung aufweisen. Zusätzlich oder alternativ kann sich die Verzahnung 48 in allen Fällen über einen beliebigen Winkel erstrecken.
Die zweite Zahnradbaugruppe 36 ist um ihre Drehachse R drehbar in der Sperrseitenbaugruppe 20 gelagert, wobei die Drehachse R der zweiten Zahnradbaugruppe 36 mit der Rotationsachse der Gurtspulenachse 18 zusammenfällt, so dass die zweite Zahnradbaugruppe 36 koaxial zur Gurtspulenachse 18 angeordnet ist.
Hierbei weist die zweite Zahnradbaugruppe 36 eine kreisförmige zentrale Öffnung 50 (siehe 4) auf, durch die sich ein hülsenförmiger Lagerzapfen 52 (siehe 2) der Sperrseitenbaugruppe 20 in axialer Richtung der Drehachse R erstreckt. Die radiale äußere Umfangsfläche 54 des Lagerzapfens 52 bildet hierbei das Lager, auf dem die zweite Zahnradbaugruppe 36 um die Drehachse R drehbar gelagert ist, während die zylinderförmige Ausnehmung 56 im hülsenförmigen Lagerzapfen 52 ein Lager bildet, in dem die Gurtspulenachse 18 um die Drehachse R drehbar gelagert ist.
In einer alternativen Ausführungsform kann der Lagerzapfen 52 kein Lager für die Gurtspulenachse 18 bilden und sich die Gurtspulenachse 18 lediglich in die Ausnehmung 56 erstrecken, die in diesem Fall beliebig gestaltet sein kann. In einer weiteren alternativen Ausführungsform kann der Lagerzapfen 52 keine Ausnehmung 56 haben, wobei in diesem Fall die Gurtspulenachse 18 in axialer Richtung vor dem Lagerzapfen 52 endet.
Die Gurtspule 16 bildet mit dem Gurtspulenwinkelsensor 22 ein mehrstufiges Getriebe 58 (siehe 6) mit einer ersten Getriebestufe 60 und einer zweiten Getriebestufe 62.
Die erste Getriebestufe 60 wird durch das Ritzel 30 und das erste Zahnrad 40 gebildet, die miteinander drehmomentübertragend verzahnt sind.
Die zweite Getriebestufe 62 wird durch das zweite Zahnrad 42 und die zweite Zahnradbaugruppe 36 gebildet, wobei das zweite Zahnrad 42 über die Innenverzahnung 48 drehmomentübertragend mit der zweiten Zahnradbaugruppe 36 verzahnt ist.
Die erste Getriebestufe 60 hat ein erstes Untersetzungsverhältnis von 1 : 5 und die zweite Getriebestufe 62 hat ein zweites Untersetzungsverhältnis von 1 : 3. Somit weist das mehrstufige Getriebe 58 ein gesamtes Untersetzungsverhältnis von 1 : 15 auf.
Selbstverständlich können die erste und die zweite Getriebestufe 60, 62 und damit auch das mehrstufige Getriebe 58 andere Unter- bzw. Übersetzungsverhältnisse aufweisen. Insbesondere kann das erste Untersetzungsverhältnis mindestens 1 : 3, vorzugsweise mindestens 1 : 5, weiter bevorzugt mindestens 1 : 10 und/oder das zweite Untersetzungsverhältnis höchstens 1 : 2, vorzugsweise höchstens 1 : 3, weiter bevorzugt höchstens 1 : 4 betragen. Ferner kann das gesamte Untersetzungsverhältnis insbesondere höchstens 1 : 10, vorzugsweise höchstens 1 : 15, weiter bevorzugt höchstens 1 : 20 betragen.
Selbstverständlich können die einzelnen Getriebestufen 60, 62 sowie das mehrstufige Getriebe 58 weitere Getriebeelemente, insbesondere weitere Zahnräder, umfassen.
In einer weiteren Ausführungsform können ferner weitere Getriebestufen zusätzlich zur ersten und zweiten Getriebestufe 60, 62 vorgesehen sein, wodurch das mehrstufige Getriebe 58 entsprechend ein Getriebe mit drei oder mehr Getriebestufen ist.
Um den Drehwinkel der ersten Zahnradbaugruppe 32 ermitteln zu können, umfasst der Gurtspulenwinkelsensor 22 einen Drehwinkelsensor 64.
Der Drehwinkelsensor 64 ist auf der zur Gurtspule 16 entgegengesetzt angeordneten Seite des ersten Zahnrads 40 in axialer Richtung gegenüberliegend zum ersten Zahnrad 40 am Gehäuse 66 der Sperrseitenbaugruppe 20 angebracht.
Hierbei sind der Drehwinkelsensor 64 und der Drehwinkelgeber 34 derart angeordnet, dass der Drehwinkelgeber 34 ein Signal im Drehwinkelsensor 64 erzeugt, aus dem sich in bekannter Weise die Drehwinkelposition des ersten Zahnrads 40 bestimmen lässt.
Der Drehwinkelsensor 64 ist in diesem Fall ein Hall-Sensor, der die Magnetfeldänderungen des rotierenden Magneten 44 detektiert.
Des Weiteren umfasst der Gurtspulenwinkelsensor 22 einen Referenzsignalsensor 68, der radial gegenüberliegend zum Referenzsignalgeber 38 am Gehäuse 66 der Sperrseitenbaugruppe 20 befestigt ist.
Hierbei sind der Referenzsignalsensor 68 und der Referenzsignalgeber 38 derart angeordnet, dass der Referenzsignalgeber 38 ein Referenzsignal im Referenzsignalsensor 68 auslöst, wenn der Abstand A zwischen dem Referenzsignalgeber 38 und dem Referenzsignalsensor 68 minimal ist.
Der Referenzsignalsensor 68 ist in diesem Fall ein Hall-Sensor, der das Magnetfeld des Referenzsignalgebers 38 detektiert und bei maximaler Magnetfeldstärke das Referenzsignal erzeugt.
In einer alternativen Ausführungsform können der Drehwinkelsensor 64 und/oder der Referenzsignalsensor 68 beliebig gestaltet und/oder beliebig angeordnet sein.
In 4 ist die Funktionsweise des mehrstufigen Getriebes 58 dargestellt. Wird das Gurtband 28 ausgezogen und damit von der Gurtspule 16 abgewickelt, rotiert die Gurtspule 16 entgegen der Umfangsrichtung Q. Diese Rotation der Gurtspule 16 wird über die erste Getriebestufe 60 auf die erste Zahnradbaugruppe 32 übertragen, die dort zu einer entsprechend untersetzten Rotation des ersten Zahnrads 40 in Umfangsrichtung Q führt. Mittels der zweiten Getriebestufe 62 wird die zweite Zahnradbaugruppe 36 von der erste Zahnradbaugruppe 32 angetrieben und entsprechend untersetzt in Umfangsrichtung Q gedreht. Wird das Gurtband 28 mittels der Gurtspule 16 aufgewickelt, drehen sich die Rotationsrichtungen der Bauteile bzw. Baugruppen entsprechend um.
In einer alternativen Ausführungsform, bei der die Getriebestufen 60, 62 unterschiedlich gestaltet sind, kann die Rotationsrichtung der einzelnen Bauteile bzw. Baugruppen von der dargestellten Ausführungsform abweichen.
Das Sicherheitsgurtsystem 10 wird im Fahrzeug derart installiert, dass es die in den 5-12 gezeigten Positionen im Betrieb einnimmt.
In den 5 und 6 ist die Parkposition gezeigt, in der der Sicherheitsgurt geöffnet ist und das Gurtband 28 straff zum Auszug bereitsteht. In dieser Position ist das Gurtband 28 soweit auf der Gurtspule 16 aufgewickelt, wie dies im Betrieb möglich ist. Handelt es sich bei dem Sicherheitsgurt um einen Gurt, bei dem das Gurtband 28 nicht über ein Umlenkelement geleitet wird, beispielsweise einem einfachen zwei-Punkt Bauchgurt, kann in dieser Position das Gurtband 28 vollständig auf der Gurtspule 16 aufgewickelt sein. Ist hingegen der Sicherheitsgurt ein Gurt, bei dem das Gurtband 28 über ein Umlenkelement bereitgestellt wird, beispielsweise bei einem klassischen Dreipunktgurt, verbleibt ein Abschnitt des Gurtbands 28, der im Betrieb immer von der Gurtspule 16 abgewickelt ist.
Grundsätzlich kann der Gurtaufroller 12 derart gestaltet sein, dass das Gurtband 28 vollständig von der Gurtspule 16 aufgewickelt werden kann, beispielsweise für die Montage oder die Logistik. Bei der vorliegenden Ausführungsform wird dies dadurch gewährleistet, dass zwischen dem Anschlag 70, der von einem Ende der Innenverzahnung 48 gebildet ist, und dem zweiten Zahnrad 42 ausreichend Platz ist, sodass die zweite Zahnradbaugruppe 36 entgegen der Umfangsrichtung Q rotieren kann, wenn die Gurtspule 16 das Gurtband 28 vollständig aufwickelt, ohne hierbei durch den Anschlag 70 zurückgehalten zu werden.
In der Parkposition ist die zweite Zahnradbaugruppe 36 in einer Stellung, in der der Referenzsignalgeber 38 in Umfangsrichtung Q vor dem Referenzsignalsensor 68 angeordnet ist, wobei der Winkel α zwischen dem Referenzsignalgeber 38 und dem Referenzsignalsensor 68 -25° beträgt.
In den 7 und 8 ist die Referenzposition dargestellt, in der ein Teil des Gurtbands 28 von der Gurtspule 16 abgewickelt und somit die zweite Zahnradbaugruppe 36 gegenüber der Parkposition in Umfangsrichtung Q verstellt ist.
In der Referenzposition beträgt der Winkel α zwischen dem Referenzsignalgeber 38 und dem Referenzsignalsensor 68 0°, sodass der Abstand A zwischen dem Referenzsignalgeber 38 und dem Referenzsignalsensor 68 minimal ist und das Referenzsignal erzeugt wird.
In den 9 und 10 ist die Basisposition gezeigt, in der das Gurtband 28 gerade so weit von der Gurtspule 16 abgewickelt ist, dass der Sicherheitsgurt bei einem leeren Sitz bzw. einer unendlich schlanken Person geschlossen ist.
Gegenüber der Referenzposition ist die zweite Zahnradbaugruppe 36 um 15° in Umfangsrichtung Q verstellt. Das bedeutet, der Winkel α zwischen dem Referenzsignalgeber 38 und dem Referenzsignalsensor 68 beträgt 15°.
In den 11 und 12 ist die Vollauszugposition dargestellt, in der das Gurtband 28 vollständig von der Gurtspule 16 abgewickelt ist.
In dieser Position beträgt der Winkel α zwischen dem Referenzsignalgeber 38 und dem Referenzsignalsensor 68 135°.
Hierdurch beträgt der Winkel α zwischen der Parkposition und der Referenzposition 25° sowie der Winkel α zwischen der Parkposition und der Basisposition 40°.
In einer alternativen Ausführungsform können die Winkel α zwischen den einzelnen Positionen (Parkposition, Referenzposition, Basisposition, Vollauszugsposition) beliebig groß sein. Insbesondere kann der Winkel α zwischen der Parkposition und der Referenzposition weniger als 180°, vorzugsweise weniger als 90°, weiter bevorzugt weniger als 60° betragen. Ferner kann der Winkel α zwischen der Parkposition und der Basisposition weniger als 180°, vorzugsweise weniger als 90°, weiter bevorzugt weniger als 60° betragen.
Bei einem Anschnallvorgang, bei dem sich eine nicht infinitesimal dünne Person mittels des Sicherheitsgurtsystems im Fahrzeug sichert, wird das Gurtband 28 ausgezogen und die Gurtspule 16 aus der Parkposition in eine Anschnallposition verstellt, die aufgrund der Körperfülle der Person zwischen der Basisposition und der Vollauszugposition liegt. Hierbei dreht sich das erste Zahnrad 40 entsprechend der erste Untersetzung proportional zur Gurtspule 16. Gleichzeitig wird die zweite Zahnradbaugruppe 36 in Umfangsrichtung Q aus der Parkposition in die Anschnallposition verstellt, wobei die zweite Zahnradbaugruppe 36 die Referenzposition durchquert und ein Referenzsignal erzeugt wird.
Um den Gurtbandauszug zu bestimmen, d.h. die Länge des Gurtbands 28, die beim Anschnallvorgang aus der Parkposition in die Anschnallposition von der Gurtspule 16 abgewickelt wird, wird mittels des Drehwinkelsensors 64 die relative Drehwinkeländerung der Gurtspule 16 beim Anschnallvorgang ermittelt, d.h. die Anzahl der Umdrehungen der Gurtspule 16.
Zusätzlich wird das Referenzsignal verwendet, um die absolute Stellung der Gurtspule 16 festzulegen, indem der Gurtspule 16 an der Referenzposition ein vorbestimmter Referenzwert zugeordnet wird, der der tatsächlichen Drehwinkelstellung der Gurtspule 16 an dieser Position entspricht. Auf diese Weise wird der Gurtspulenwinkelsensor 22 mittels des Referenzsignals kalibriert.
Aus der relativen Drehwinkeländerung der Gurtspule 16 wird mittels des Referenzsignals, das den absoluten Winkelbereich festlegt, in dem die Rotation der Gurtspule 16 beim Anschnallvorgang erfolgt ist, der absolute Gurtbandauszug durch die Steuerung 26 bestimmt.
Bei der dargestellten Ausführungsform legt die Referenzposition eine Stellung der Gurtspule 16 fest, bei der diese einen gesamten Drehwinkel von 3600° gegenüber der Vollauszugposition aufweist. Das heißt, wenn die Gurtspule 16 die Referenzposition erreicht, hat die Gurtspule 16 gegenüber der Vollauszugposition genau zehn volle Umdrehungen vollführt. Beim Anschnallvorgang beträgt die relative Drehwinkeländerung der Gurtspule beispielsweise 700°, wobei die Referenzposition bei einer relativen Drehwinkeländerung von 200° erreicht wird. Somit steht fest, dass der Gurtbandauszug in dem absoluten Bereich von 3400° (= 3600°- 200°) bis 4100° (= 3600°- 200° + 700°) erfolgt ist. Aus der bekannten und in der Steuerung 26 hinterlegten Funktion des Gurtbandauszugs in Abhängigkeit vom absoluten Drehwinkel der Gurtspule 16 kann dem Bereich 3400° bis 4100° nun ein absoluter Gurtbandauszug zugeordnet werden.
Indem der Gurtspulenwinkelsensor 22 an der Referenzposition bei einem Anschnallvorgang kalibriert wird, ist ein Sicherheitsgurtsystem 10 bereitgestellt, mittels dem zuverlässig der Gurtbandauszug bestimmt werden kann und das besonders unempfindlich gegen Stromausfälle ist.
Ferner weist der Gurtspulenwinkelsensor 22 im Vergleich zu einem Sensor, bei dem die gesamten Gurtspulenumdrehungen auf eine Umdrehung des Drehwinkelgebers untersetzt sind, eine höhere Genauigkeit auf, da das kleinere erste Untersetzungsverhältnis zu mehr Umdrehungen des Drehwinkelgebers 34 und damit zu mehr Zahnflankenwechseln führt.
Der Gurtspulenwinkelsensor 22 ist darüber hinaus als relativer Sensor einsetzbar.
Das Sicherheitsgurtsystem 10 ist besonders kompakt gestaltet und weist eine geringe Anzahl an Bauteilen auf.
Des Weiteren ist das Sicherheitsgurtsystem 10 nahe an einem „True Power on“ System.
Die Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsformen beschränkt. Insbesondere können einzelne Merkmale einer Ausführungsform unabhängig von den anderen Merkmalen der entsprechenden Ausführungsform in einer nicht gezeigten, weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform enthalten sein, d.h. die beschriebenen Merkmale sind beliebig kombinierbar.

Claims

Sicherheitsgurtsystem (10) für ein Fahrzeug, mit einer Steuerung (26), einem Gurtband (28) und einem Gurtaufroller (12), der eine zum Aufwickeln des Gurtbands (28) eingerichtete Gurtspule (16) und einen mit der Steuerung (26) signalübertragend verbundenen Gurtspulenwinkelsensor (22) umfasst, wobei der Gurtspulenwinkelsensor (22) eine erste Zahnradbaugruppe (32) mit einem ersten Zahnrad (40) und einem mit dem ersten Zahnrad (40) gekoppelten zweiten Zahnrad (42) sowie eine zweite Zahnradbaugruppe (36) mit einer Verzahnung (48) aufweist, wobei ein der Gurtspule (16) zugeordnetes Ritzel (30) derart mit dem ersten Zahnrad (40) gekoppelt ist, dass eine erste Getriebestufe (60) mit einem ersten Untersetzungsverhältnis gebildet ist, wobei das zweite Zahnrad (42) derart mit der Verzahnung (48) gekoppelt ist, dass eine zweite Getriebestufe (62) mit einem zweiten Untersetzungsverhältnis gebildet ist, wobei der Gurtspulenwinkelsensor (22) einen Drehwinkelsensor (64) und einen dem Drehwinkelsensor (64) zugeordneten Drehwinkelgeber (34) sowie einen Referenzsignalsensor (68) und einen dem Referenzsignalsensor (68) zugeordneten Referenzsignalgeber (38) umfasst, wobei der Drehwinkelgeber (34) der ersten Zahnradbaugruppe (32) und der Referenzsignalgeber (38) der zweiten Zahnradbaugruppe (36) zugeordnet ist, wobei die zweite Zahnradbaugruppe (36) relativ zum Referenzsignalsensor (68) eine Parkposition, eine Basisposition sowie eine Referenzposition aufweist, in der der Referenzsignalgeber (38) ein Referenzsignal im Referenzsignalsensor (68) erzeugt.
Sicherheitsgurtsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzposition nach der Parkposition, insbesondere zwischen der Parkposition und der Basisposition, angeordnet ist.
Sicherheitsgurtsystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Zahnradbaugruppe (36) relativ zum Referenzsignalsensor (68) drehbar gelagert ist, wobei der Winkel (α) zwischen der Parkposition und der Referenzposition und/oder der Basisposition weniger als 180°, vorzugsweise weniger als 90°, insbesondere weniger als 60° beträgt.
Sicherheitsgurtsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Untersetzungsverhältnis kleiner ist als das zweite Untersetzungsverhältnis.
Sicherheitsgurtsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Untersetzungsverhältnis mindestens $\frac{1}{3},$
mindestens $\frac{1}{5},$
insbesondere mindestens $\frac{1}{10}$
beträgt.
Sicherheitsgurtsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Untersetzungsverhältnis maximal $\frac{1}{2},$
maximal $\frac{1}{3},$
insbesondere maximal $\frac{1}{4}$
beträgt.
Sicherheitsgurtsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Untersetzungsverhältnis des durch die erste Getriebestufe (60) und die zweite Getriebestufe (62) gebildeten mehrstufigen Getriebes (58) maximal $\frac{1}{10},$
maximal $\frac{1}{15},$
insbesondere maximal $\frac{1}{20}$
beträgt.
Sicherheitsgurtsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gurtaufroller (12) eine Sperrseitenbaugruppe (20) umfasst, wobei der Gurtspulenwinkelsensor (22) in der Sperrseitenbaugruppe (20) integriert ist.
Sicherheitsgurtsystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Sicherheitsgurtsystem (10) derart gestaltet ist, dass der Gurtbandauszug zwischen der Parkposition und einer Vollauszugposition, in der das Gurtband (28) vollständig ausgezogen ist, zu einem Rotationswinkel der Gurtspule (16) führt, der größer 360°, vorzugsweise größer 1800°, weiter bevorzugt größer 3600° ist.
Verfahren zur Bestimmung des Gurtbandauszuges mittels eines Sicherheitsgurtsystems (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit den folgenden Schritten: a) das Referenzsignal wird zum Kalibrieren des Gurtspulenwinkelsensors (22) verwendet, indem der Gurtspule (16) ein Referenzwert an der Referenzposition zugeordnet wird, und b) mittels des Drehwinkelsensors (64) wird die relative Positionsänderung der Gurtspule (16) zur Referenzposition ermittelt.