DE102021114837A1

DE102021114837A1 - Reversibler gurtstraffer

Info

Publication number: DE102021114837A1
Application number: DE102021114837.5A
Authority: DE
Inventors: Wolfgang Holbein; Bruno Arbter
Original assignee: ZF Automotive Germany GmbH
Current assignee: ZF Automotive Germany GmbH
Priority date: 2021-06-09
Filing date: 2021-06-09
Publication date: 2022-12-15
Also published as: CN117480076A; WO2022258687A1

Abstract

Offenbart ist ein Gurtstraffer (1) für ein Sicherheitsgurtsystem mit einem Motor (2), einer Schwungmasse (3), einem Getriebe (4), einem beweglichen Gurtbefestigungspunkt (5) und einer schaltbaren Kupplung (6). Die Schwungmasse (3) kann von dem Motor (2) in eine rotierende Bewegung versetzt werden. Die schaltbare Kupplung (6) ist derart zwischen dem Motor (2) und dem Gurtbefestigungspunkt (5) angeordnet, dass in einem ersten Schaltzustand die Schwungmasse (3) und der Gurtbefestigungspunkt (5) kinematisch voneinander entkoppelt sind und in einem zweiten Schaltzustand das Getriebe (4) die Schwungmasse (3) mit dem Gurtbefestigungspunkt (5) kinematisch koppelt, sodass eine rotierende Bewegung der Schwungmasse (3) in eine vorbestimmte Bewegung des Gurtbefestigungspunktes (5) übersetzt wird.Weiterhin offenbart ist Verfahren zum Betrieb eines Gurtstraffers (1), umfassend das Beschleunigen der Schwungmasse (3) auf eine vorbestimmte Drehzahl, während die schaltbare Kupplung (6) in dem ersten Schaltzustand ist, und das Umschalten der schaltbaren Kupplung (6) in den zweiten Schaltzustand, sodass der Gurtstraffer (1) von in der Schwungmasse (3) gespeicherter kinetischer Energie angetrieben wird.

Description

Die Erfindung betrifft einen reversiblen Gurtstraffer für ein Sicherheitsgurtsystem.
Ein Gurtstraffer dient dazu, in einem Rückhaltefall gewisse Einflüsse, die sich negativ auf die Rückhaltung des Fahrzeuginsassen auswirken, zu vermindern, bevor die Vorverlagerung des Fahrzeuginsassen und gegebenenfalls der Einsatz einer Kraftbegrenzungseinrichtung beginnen. Zu diesen Einflüssen gehören beispielsweise der sogenannte Filmspuleneffekt und die Gurtlose. Beim Filmspuleneffekt handelt es sich um locker auf die Gurtspule aufgerolltes Gurtband. Bei der Gurtlose liegt das Gurtband nur locker am Fahrzeuginsassen an. Der Gurtstraffer reduziert die Gurtlose und den Filmspuleneffekt innerhalb kürzester Zeit, indem er beispielsweise Gurtband auf eine Gurtspule eines Gurtaufrollers aufwickelt und so das Gurtband strafft. Der Fahrzeuginsasse kann somit frühzeitig an der Fahrzeugverzögerung teilnehmen. Außerdem verbessern sich die Bedingungen für den anschließenden Einsatz einer Kraftbegrenzungseinrichtung.
Üblicherweise werden pyrotechnisch angetriebene Gurtstraffer verwendet, um die zur Gurtstraffung benötigten hohen Kräfte in ausreichend kurzer Zeit bereitstellen zu können. Bei der Auslösung erzeugt ein Gasgenerator Gasdruck in einem Strafferrohr, durch das ein entsprechendes Kraftübertragungselement verschoben wird. Das Kraftübertragungselement wirkt mit der Gurtspule zusammen und versetzt diese in Rotation, um den Gurt zu straffen. Nach der Auslösung des Gasgenerators müssen der Gurtstraffer als Ganzes oder zumindest Teile des Gurtstraffers ausgetauscht werden.
Alternativ gibt es reversible Gurtstraffer, die mittels eines Elektromotors angetrieben werden. „Reversibel“ bedeutet in diesem Zusammenhang, dass das Getriebe in beide Richtungen angetrieben werden kann, um einerseits den Gurtverlauf zu straffen, um andererseits die Straffung aber auch wieder rückgängig zu machen. Zum Straffen muss der Elektromotor ein hohes Drehmoment bei großer Drehzahl bereitstellen, um den Gurt mit ausreichender Kraft und Geschwindigkeit straffen zu können. Ein solcher Elektromotor mit hoher Leistungsabgabe ist groß, schwer und teuer in der Herstellung. Nachteilig ist zusätzlich, dass es zu unnötigen Aktivierungen kommen kann, da aufgrund des trägen Systems der reversible Gurtstraffer vergleichsweise früh aktiviert werden muss. Zu diesem Zeitpunkt ist die Datenlage bzw. Situationsbewertung durch die elektronischen Systeme allerdings noch relativ unsicher. Eine Fehlauslösung ist für die Insassen unangenehm, da die Fahrzeuginsassen vermeintlich ohne Grund durch hohe Gurtbandkräfte belästigt werden.
Aus der WO2013/167283A1 ist beispielsweise ein reversibler Gurtstraffer mit einem elektromotorischen Antrieb bekannt, dessen Elektromotor abhängig von der gewünschten Antriebsfunktion mit einem von zwei verschiedenen Wellenenden mittelbar oder unmittelbar mit dem Sicherheitsgurt verbunden ist. Dazu ist die Antriebswelle des Elektromotors an beiden Stirnseiten über jeweils eine schaltbare Kupplung mit der Gurtspule koppelbar.
Eine Aufgabe der Erfindung ist es, einen verbesserten Gurtstraffer bereitzustellen, der ebenfalls reversibel ist, also nach einer Aktivierung ohne Unfall den Gurtverlauf wieder lockert, weiterverwendet und wiederausgelöst werden kann.
Die Aufgabe wird durch einen erfindungsgemäßen Gurtstraffer gelöst. Der Gurtstraffer umfasst einen Motor. Weiterhin umfasst der Gurtstraffer eine Schwungmasse, ein Getriebe, einen beweglichen Gurtbefestigungspunkt und eine schaltbare Kupplung. Der Motor ist bevorzugt ein Elektromotor.
Gemäß einem Aspekt ist die Schwungmasse mit dem Motor kinematisch gekoppelt, sodass die Schwungmasse von dem Motor in eine rotierende Bewegung versetzt werden kann. In anderen Worten ist die Schwungmasse direkt oder indirekt derart mit dem Rotor des Motors verbunden, dass eine Rotation des Rotors zu einer Rotation der Schwungmasse führt. Bevorzugt kann die Schwungmasse direkt und insbesondere drehfest mit dem Rotor des Motors verbunden, beispielsweise angeflanscht, sein. Auf diese Weise kann ein kleiner Motor mit vergleichsweise geringer Leistung genutzt werden, um ausreichend kinetische Energie in der Schwungmasse zu speichern und damit für den Gurtstraffer bereitzustellen. Das geschieht, indem der Motor die kinetische Energie bei geringerer Leistung über längere Zeit abgibt und in der rotierenden Schwungmasse zwischenspeichert.
Gemäß einem weiteren Aspekt ist die schaltbare Kupplung derart in einer kinematischen Kette zwischen dem Motor und dem beweglichen Gurtbefestigungspunkt angeordnet, dass in einem ersten Schaltzustand der schaltbaren Kupplung die Schwungmasse und der Gurtbefestigungspunkt kinematisch voneinander entkoppelt sind. In dem ersten Schaltzustand wird eine Bewegung der Schwungmasse also nicht auf den Gurtbefestigungspunkt übertragen. Die Schwungmasse kann vielmehr unabhängig von dem Gurtbefestigungspunkt rotieren.
In einem zweiten Schaltzustand der schaltbaren Kupplung koppelt das Getriebe die Schwungmasse kinematisch mit dem Gurtbefestigungspunkt, sodass eine rotierende Bewegung der Schwungmasse in eine vorbestimmte Bewegung des Gurtbefestigungspunktes übersetzt wird. Eine Bewegung der Schwungmasse führt also direkt oder indirekt zu einer definierten Bewegung des Gurtbefestigungspunktes. Das Getriebe kann die rotatorische Bewegung der Schwungmasse in eine (andere) rotatorische Bewegung des Gurtbefestigungspunktes (beispielsweise mit geringerer oder gleicher Drehzahl), eine translatorische Bewegung und/oder eine Bewegung entlang eines vorbestimmten Pfades übersetzen.
Ein Grundgedanke ist dabei, die Schwungmasse mit ausreichend kinetischer Energie aufzuladen, um den Gurt sicher und schnell straffen zu können. Der „Ladevorgang“ wird begonnen, sobald der Eintritt einer kritischen Fahrsituation wahrscheinlich wird. Stellt ein Steuergerät/Assistenzsystem eine solche kritische Fahrsituation fest, beschleunigt der Motor die Schwungmasse. Mit der gespeicherten kinetischen Energie kann der Gurt beim tatsächlichen Eintritt der antizipierten kritischen Fahrsituation dann ausreichend schnell und sicher straffgezogen werden. Auf diese Weise kann bereits eine potenziell kritische Phase genutzt werden, um kinetische Energie bereitzustellen, welche dann bei Bedarf schlagartig abgerufen bzw. in den Gurtstraffer eingeleitet werden kann. Je später und je sicherer eine Aktivierung erfolgen kann, um so angenehmer und sicherer ist dies für die Fahrzeuginsassen. Überdies wird der elektrische Leistungsbedarf des Gurtstraffers in kritischen Fahrsituationen minimiert. Auf diese Weise lassen sich einfache Standardkomponenten wie Bürstenmotoren und bürstenlose Motoren verwenden.
Vorteilhaft kann in dem zweiten Schaltzustand, also bei geschlossener schaltbarer Kupplung, der Motor auch genutzt werden, um bei geringer Drehzahl die bisherigen Funktionen eines reversiblen Aufrollerstraffers wie Gurtlosereduzierung und haptische Warnungen bereitzustellen.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die schaltbare Kupplung in der kinematischen Kette zwischen der Schwungmasse und dem Getriebe angeordnet. So wird vermieden, dass das Getriebe immer mitrotiert, wenn die rotierende Schwungmasse mit kinetischer Energie aufgeladen ist. Dies senkt beispielsweise die Geräuschentwicklung und vermeidet zusätzliche Vibrationen. Der Gurtstraffer ist so für die Fahrzeuginsassen weniger wahrnehmbar. Auch sind Energieverluste geringer, da in einem Getriebe naturgemäß erhöhte Reibungsverluste entstehen.
In einer alternativen Ausführungsform kann das Getriebe ein mehrstufiges Getriebe mit zumindest einer ersten und einer zweiten Getriebestufe sein. In diesem Fall kann die erste Getriebestufe mit der Schwungmasse kinematisch gekoppelt oder direkt verbunden werden. Die schaltbare Kupplung kann in der kinematischen Kette zwischen der ersten Getriebestufe und der zweiten Getriebestufe angeordnet sein. Die schaltbare Kupplung muss dann nicht zwingend koaxial zur Motorwelle angeordnet sein. Dadurch können sich Bauraumvorteile ergeben. Weiterhin wird der hochdrehende und immer mitlaufende Getriebeanteil weitestgehend reduziert.
Der Gurtstraffer kann eine weitere Kupplung aufweisen. Die weitere Kupplung kann bevorzugt in der kinematischen Kette zwischen dem Getriebe und dem Gurtbefestigungspunkt angeordnet werden. Die weitere Kupplung kann ein mechanisches Kupplungselement sein. Die weitere Kupplung kann, mechanisch gesteuert, nach einem definierten Drehwinkel des Getriebes automatisch schließen und die Drehmomentübertragung ermöglichen. Bei der mechanischen Kupplung kann es sich beispielweise um einen Freilauf oder eine Fliehkraftkupplung handeln. Die weitere Kupplung ermöglicht das leichtgängige Bewegen des Gurtes, ohne dass der Benutzer beim Herausziehen des Gurtes auch das Getriebe oder andere Teile der kinematischen Kette mitbewegen muss. Durch die Trennung im unkritischen Fall wird z.B. der Leichtlauf der Aufrollerachse ermöglicht.
In einer alternativen Ausführungsform kann die schaltbare Kupplung in der kinematischen Kette zwischen dem Getriebe und dem Gurtbefestigungspunkt angeordnet sein. Die weitere Kupplung kann in diesem Fall entfallen. Das Getriebe rotiert dann bei beschleunigter Schwungmasse ständig mit. Im Auslösefall wird die Straffzeit so verkürzt, da das Getriebe nicht erst beschleunigt werden muss und die gespeicherte kinetische Energie direkt beispielsweise auf die Aufrollerachse übertragen werden kann. Dafür müssen jedoch ein erhöhter Verschleiß und ggf. auch Vibrationen und erhöhte Laufgeräusche in Kauf genommen werden.
Gemäß einem vorteilhaften Aspekt kann der bewegliche Gurtbefestigungspunkt eine Gurtspule sein oder von dieser umfasst werden. Die Gurtspule kann eine Aufrollerachse umfassen. Diese Art von Gurtstraffern sind weit verbreitet.
Alternativ kann der bewegliche Gurtbefestigungspunkt ein aktives Gurtschloss sein oder von diesem umfasst werden. Das Getriebe kann beispielsweise eine Spindel mit einer Spindelmutter umfassen, sodass das Getriebe eine rotatorische Bewegung in eine translatorische Bewegung übersetzt. Ein aktives Gutschloss erhöht insbesondere den Komfort für die Fahrzeuginsassen.
Ferner wird zur Lösung der Aufgabe ein Verfahren zum Betrieb eines reversiblen Gurtstraffers mit den nachfolgenden Merkmalen vorgeschlagen:

Gemäß einem Aspekt umfasst das Verfahren das Beschleunigen einer Schwungmasse auf eine vorbestimmte Drehzahl. Währenddessen kann die Schwungmasse durch die schaltbare Kupplung vom Gurtbefestigungspunkt entkoppelt sein, insbesondere also frei mit dem antreibenden Motor mitrotieren, ohne jedoch den Gurtbefestigungspunkt zu bewegen.

Weiterhin umfasst das Verfahren das Umschalten der schaltbaren Kupplung von einem ersten (entkoppelten) Schaltzustand in einen zweiten (gekoppelten) Schaltzustand, sodass der Gurtstraffer insbesondere von in der rotierenden Schwungmasse gespeicherter kinetischer Energie angetrieben wird. In dem zweiten Schaltzustand überträgt die schaltbare Kupplung eine rotatorische Bewegung bzw. ein Drehmoment von einem ersten Teil einer kinematischen Kette in einen zweiten Teil der kinematischen Kette. Der erste Teil umfasst die rotierende Schwungmasse. Der zweite Teil umfasst den beweglichen Gurtbefestigungspunkt.
Das Verfahren ermöglicht es, eine definierte kinetische Energie zur Gurtstraffung bereitzustellen, die mit hoher Leistung abgerufen werden kann.
Vorteilhaft wird die Schwungmasse beschleunigt, sobald ein erster Zustand erkannt wird. Insbesondere kann der erste Zustand einer kritischen Fahrsituation zugeordnet sein. Auf diese Weise wird die Schwungmasse nur angetrieben, wenn wahrscheinlich ist, dass ein Auslösen des Gurtstraffers (in unmittelbarer Zukunft) notwendig wird. Der erste Zustand kann von einem Steuergerät bzw. Fahrassistenzsystem erkannt werden.
Bevorzugt kann die schaltbare Kupplung von dem ersten Schaltzustand in den zweiten Schaltzustand umgeschaltet werden, sobald ein zweiter Zustand erkannt wird. Der zweite Zustand kann insbesondere einem wahrscheinlich bevorstehenden Unfall zugeordnet sein. Der zweite Zustand kann von einem Steuergerät bzw. Fahrassistenzsystem erkannt werden.
Sobald die kritische Fahrsituation beendet ist, ohne dass der zweite Zustand erkannt wurde, kann der Motor samt Schwungmasse wieder angehalten werden. Die kinetische Energie für das Gurtstraffen wird dann nicht mehr benötigt. Die Schwungmasse kann frei ausrotieren. Alternativ kann die kinetische Energie über den Motor im Generatorbetrieb in elektrische Energie zurückgewandelt und dem Bordnetz zugeführt werden.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand einiger Ausführungsbeispiele mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher beschrieben. In den Figuren zeigen:

- 1 eine stark vereinfachte schematische Darstellung eines Gurtstraffers gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,
- 2 eine stark vereinfachte schematische Darstellung eines Gurtstraffers gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,
- 3 eine stark vereinfachte schematische Darstellung eines Gurtstraffers gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung,
- 4 eine stark vereinfachte schematische Darstellung eines Gurtstraffers gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung,
- 5 eine stark vereinfachte schematische Darstellung eines Gurtstraffers gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung, und
- 6 eine Darstellung eines Verfahrens zum Betrieb der Gurtstraffer.

1 zeigt eine stark vereinfachte schematische Darstellung eines Gurtstraffers 1 gemäß einer erste Ausführungsform für ein Sicherheitsgurtsystem.
Der Gurtstraffer 1 umfasst einen Motor 2, eine Schwungmasse 3, ein Getriebe 4, einen beweglichen Gurtbefestigungspunkt 5 und eine schaltbare Kupplung 6.
Der Motor 2 ist ein Elektromotor. Die Schwungmasse ist als Schwungrad ausgebildet. Die Schwungmasse 3 ist mit dem Motor 2 kinematisch gekoppelt.
Vorliegend ist die Schwungmasse 3 direkt mit dem Rotor bzw. der Welle des Motors 2 drehfest verbunden. Beispielsweise kann die Schwungmasse 3 an die Motorwelle bzw. den Rotor angeflanscht oder integral an- bzw. mitgeformt sein.
Alternativ können weitere Bauteile zwischen dem Motor 2 und der Schwungmasse 3 angeordnet sein und die kinematische Kette ausbilden.
Der Motor 2 kann die Schwungmasse 3 beschleunigen bzw. bewegen und damit in eine rotierende Bewegung versetzen.
Die schaltbare Kupplung 6 ist derart in einer kinematischen Kette zwischen dem Motor 2 und dem Gurtbefestigungspunkt 5 angeordnet, dass in einem ersten Schaltzustand der Kupplung die Schwungmasse 3 und der Gurtbefestigungspunkt 5 kinematisch voneinander entkoppelt sind und in einem zweiten Schaltzustand das Getriebe 4 die Schwungmasse 3 mit dem Gurtbefestigungspunkt 5 kinematisch koppelt, sodass eine rotierende Bewegung der Schwungmasse 3 in eine vorbestimmte Bewegung des Gurtbefestigungspunktes übersetzt wird.
Die schaltbare Kupplung 6 kann bevorzugt elektrisch geschaltet werden. In einer normal-offenen Ausführung ist die schaltbare Kupplung 6 im unbestromten Zustand ausgekuppelt, im bestromten Zustand eingekuppelt. Die normal-offene Ausführung ist besonders energiesparend. In einer normal-geschlossenen Ausführung ist die schaltbare Kupplung 6 im unbestromten Zustand eingekuppelt und im bestromten Zustand ausgekuppelt. Bei dieser Variante führt ein Stromausfall (bzw. eine andere Störung, etwa in der Elektronik 10) zum automatischen Schließen der schaltbaren Kupplung 6.
Im gezeigten Fall ist die schaltbare Kupplung 6 innerhalb der kinematischen Kette zwischen der Schwungmasse 3 und dem Getriebe 4 angeordnet. Das Motorritzel ist an die schaltbare Kupplung 6 angebunden und überträgt das Drehmoment bzw. die kinetische Energie an das Getriebe 4. Das Getriebe untersetzt die Drehbewegung und überträgt das Abtriebsmoment bzw. die in der Schwungmasse gespeicherte kinetische Energie auf die Aufrollerachse der Gurtspule 11 mit dem Gurtbefestigungspunkt 5.
In anderen Worten treibt in der kinematischen Kette der (Elektro-)Motor 2, im eingekoppelten Schaltzustand der schaltbaren Kupplung 6, das mehrstufige (Untersetzungs-)Getriebe 4 an. Die Ausgangswelle des Getriebes 4 ist drehfest mit der Aufrollerachse einer Gurtspule 11 gekoppelt bzw. im dargestellten Fall direkt verbunden.
Bevorzugt kann die Verbindung lösbar sein, so dass die Gurtspule mit Gurtband nicht durch mitdrehende Getriebeelemente abgebremst wird. Die Gurtspule 11 umfasst bzw. bildet den beweglichen Gurtbefestigungspunkt 5. Wenn die Kupplung 6 eingekuppelt ist, führt eine Rotation des Motors 2 bzw. der Schwungmasse 3 zu einer Rotation der Gurtspule 11, die das Gurtband 8 aufwickelt.
Eine Elektronik 10 steuert die schaltbare Kupplung 6 an. Bevorzugt kann die Kupplung 6 elektrisch schaltbar sein. Die Ansteuerung kann unter Berücksichtigung eines rückgekoppelten Signals vorgenommen werden, sodass unter dem Begriff „Steuerung“ hier auch eine „Regelung“ im engeren Wortsinn subsumiert wird.
Bei der Elektronik 10 kann es sich beispielsweise um ein Steuergerät (ECU = Electronic Control Unit) handeln. Die Elektronik 10 weist eine Drehzahlerfassung auf. Die Drehzahlerfassung kann beispielsweise durch einen Sensor 9 vorgenommen werden. Der Sensor 9 kann ein Hall-Sensor sein.
Mit dem Rotor des Motors 2 können ein oder mehrere Magnete verbunden sein, deren Magnetfeld der Sensor detektiert. Alternativ kann der Sensor auch ein optischer Sensor sein, der mit entsprechenden Markierungen auf der Welle oder einer Lochscheibe zusammenwirkt. Die Drehzahl kann aber ebenso direkt von der Elektronik 10 ermittelt werden, beispielsweise unter Berücksichtigung der vom Motor 2 abgenommenen elektrischen Leistung oder charakteristischen Stromverläufen, der Einschaltzeit des Motors oder andere Parameter.
Der Gurtaufroller bzw. die Gurtspule 11 umfassen die üblichen Komponenten.
Die Aktivierung der schaltbaren Kupplung 6 stellt die Verbindung zwischen Motor 2, Schwungmasse 3 und Getriebe 4 her. Im entkoppelten Zustand dreht die Motorachse bis zur elektrisch aktivierten Kupplung. Vorteil ist die sofortige Übertragung der Energie auf die Aufrollerachse und eine kürzere Straffzeit.
In 2 ist eine stark vereinfachte schematische Darstellung eines Gurtstraffers 1 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung gezeigt. Für Bauteile oder Merkmale, die von der ersten Ausführungsform bekannt sind, werden dieselben Bezugszeichen verwendet, und es wird insofern auf die obigen Erläuterungen verwiesen.
Das Getriebe 4 ist bei der zweiten Ausführungsform ein mehrstufiges Getriebe mit zumindest einer ersten und einer zweiten Getriebestufe 4a, 4b. Die erste Getriebestufe 4a ist mit der Schwungmasse 3 kinematisch gekoppelt, sodass die erste Getriebestufe 4a immer mit dem Motor 2 bzw. der Schwungmasse 3 mitrotiert. Die schaltbare Kupplung 6 ist in der kinematischen Kette zwischen der ersten Getriebestufe 4a und der zweiten Getriebestufe 4b angeordnet.
Der Gurtstraffer 1 weist eine weitere Kupplung 7 auf. Die weitere Kupplung 7 ist in der kinematischen Kette zwischen dem Getriebe 4 und dem Gurtbefestigungspunkt 5 angeordnet. Die weitere Kupplung 7 kann ein mechanisches Kupplungselement umfassen. Die weitere Kupplung 7 verbindet das Getriebe 4 mechanisch gesteuert, z.B. nach einem definierten Drehwinkel, mit der Aufrollerachse der Gurtspule 11. Die weitere Kupplung 7 arbeitet also im Sinne eines Freilaufs. Hierdurch wird der Leichtlauf des Gurtwicklers verbessert, solange der Gurtstraffer 1 nicht aktiv auf das Gurtband einwirken soll.
Die schaltbare Kupplung 6 ist nicht in Verlängerung der Motorwelle angebracht. Dadurch ergeben sich Bauraumvorteile. Der Anteil der immer mitdrehenden Getriebestufe 4a wird dabei weitestgehend reduziert, um Geräusche und Bauteilbelastung gering zu halten.
In 3 ist eine stark vereinfachte schematische Darstellung eines Gurtstraffers 1 gemäß einer dritten Ausführungsform gezeigt. Für Bauteile oder Merkmale, die von der ersten und/oder der zweiten Ausführungsform bekannt sind, werden dieselben Bezugszeichen verwendet, und es wird insofern auf die obigen Erläuterungen verwiesen.
Bei der dritten Ausführungsform ist ebenfalls die weitere Kupplung 7 zwischen dem Getriebe 4 und dem beweglichen Gurtbefestigungspunk 5 vorgesehen. Die schaltbare Kupplung 6 ist wie bei dem ersten Gurtstraffer in der kinematischen Kette zwischen der Schwungmasse 3 bzw. dem Motor 2 und dem Getriebe 4 angeordnet.
In 4 ist eine stark vereinfachte schematische Darstellung eines vierten Gurtstraffers 1 gezeigt. Für Bauteile oder Merkmale, die von den vorhergehenden Ausführungsformen bekannt sind, werden dieselben Bezugszeichen verwendet, und es wird insofern auf die obigen Erläuterungen verwiesen.
Bei der vierten Ausführungsform ist die schaltbare Kupplung 6 in der kinematischen Kette zwischen dem Getriebe 4 und dem Gurtbefestigungspunkt 5 angeordnet. Es entfällt deshalb die weitere Kupplung 7. Die Aktivierung der schaltbaren Kupplung 6 stellt die Verbindung zwischen Motor 2, Schwungmasse 3, Getriebe 4 und der Aufrollerachse der Gurtspule 11 her.
Im nicht gekoppelten Zustand dreht die Aufrollerachse frei und ermöglicht maximalen Komfort für den Insassen mit einem leichtlaufenden Gurtband 8. Vorteil dieser Variante ist die sofortige Übertragung der Energie auf die Aufrollerachse und eine kürzere Straffzeit. Beim Beschleunigen des Motors 2 wird allerdings das komplette Getriebe 4 mitbeschleunigt. Dies hat nachteilige Auswirkungen auf das Betriebsgeräusch und die Belastung der Getriebebauteile
In 5 ist eine stark vereinfachte schematische Darstellung eines Gurtstraffers 1 mit einem aktiven Gurtschloss 12 gezeigt. Für Bauteile oder Merkmale, die von den vorhergehenden Ausführungsformen bekannt sind, werden dieselben Bezugszeichen verwendet, und es wird insofern auf die obigen Erläuterungen verwiesen.
Das aktive Gurtschloss 12 bildet bzw. umfasst gleichzeitig den beweglichen Gurtbefestigungspunkt 5. Das Getriebe 4 umfasst eine drehbare Spindel 14 auf der eine Spindelmutter 15 läuft, sodass das Getriebe 4 eine rotatorische Bewegung der Spindel 14 in eine translatorische Bewegung der Spindelmutter 15 übersetzt. An die Spindelmutter 15 ist das Gurtschloss 12 gekoppelt. Exemplarisch ist eine Variante dargestellt, in der Gurtschloss 12 und Spindelmutter 15 mittels eines Stahlseiles 16 verbunden sind. Um Druckkräfte übertragen zu können, wird das Stahlseil 16 in einer rohrartigen Seilführung 13 geführt.
Anstelle des Gurtbandes 8 auf der Gurtspule 11 wird hier das Gurtschloss 12 bewegt. Dadurch erreicht man eine gleichzeitige Straffung von Becken- und Schultergurt.
Im entkoppelten Zustand wird kinetische Energie in der rotierenden Schwungmasse 3 gespeichert. Ist die notwendige Drehzahl erreicht und liegt das Signal „Pre-Crash auslösen“ vor, wird die schaltbare Kupplung 6 geschlossen. Die kinetische Energie wird dann in die Spindel 14 eingeleitet.
Über die schaltbare Kupplung 6, die Spindel 14, die Spindelmutter 15 und die Verbindung zum Schlosskopf mittels eines Stahlseils 16 wird dann das Gurtschloss 12 nach unten gezogen und die Gurtlose reduziert.
Bei geschlossener schaltbarer Kupplung 6, ohne vorherige Beschleunigung des Motors 2, lassen sich die Standardfunktionalitäten des aktiven Gurtschlosses ausführen. Zum Beispiel kann der Schlosskopf gehoben und gesenkt werden, um das Anschnallen zu erleichtern. Im „Presafe“-Fall kann das Gurtschloss 12 schnell gesenkt werden.
In 6 ist ein schematisches Ablaufdiagramm zum Betrieb eines Gurtstraffers 1 gezeigt.
In einem energiesparenden Grundzustand S1 befinden sich Motor 2 bzw. Schwungmasse 3 in Ruhe. Der Motor 2 treibt die Schwungmasse nicht an. Bevorzugt rotieren also weder Motor 2 noch Schwungmasse 3. Die schaltbare Kupplung 6 kann sich in einem ersten (ausgekoppelten) Schaltzustand befinden. Soweit eine weitere Kupplung 7 vorhanden sein sollte, ist auch diese geöffnet.
Aus dem energiesparenden Grundzustand S1 kann der Gurtstraffer 1 bzw. die Elektronik 10 in einen optional vorhandenen Komfortbetriebszustand S2 wechseln (Pfad C1). Hierfür wird die schaltbare Kupplung 6 geschlossen. Der Motor wird abhängig von der Funktion angesteuert, um bei niedriger Drehzahl beispielsweise haptisches Feedback (z.B. Gurtvibrationen) an den angegurteten Fahrzeuginsassen weiterzugeben, und/oder Komfortfunktionen wie eine Gurtschlossanhebung oder eine sanfte Straffung des Gurtverlaufs zur Gurtlosereduzierung bereitzustellen. Soweit der Gurtstraffer 1 eine weitere Kupplung 7 im Sinne eines Freilaufs aufweist, schließt diese, sobald ihre Eingangswelle rotiert. Nach Beendigung des Komfortbetriebszustandes S2 kann die Elektronik 10 in den Grundzustand S1 zurückkehren (Pfad C2).
Wird eine bevorstehende kritische Fahrsituation - also z.B. eine solche, in der die Wahrscheinlichkeit eines potenziellen Unfalls über einem definierten ersten Schwellwert liegt - erkannt (Pfad C3), wechselt die Elektronik 10 unverzüglich in einen Bereitschaftsbetriebszustand S3. In dem Bereitschaftsbetriebszustand S3 beschleunigt der Motor 2 die Schwungmasse 3 bis zu einer definierten Drehzahl und hält diese definierte Drehzahl anschließend.
Wird für den Straffvorgang beispielsweise eine Energie von 50 J benötigt, so könnte ein Motor 2 mit einem Massenträgheitsmoment der Motorwelle von I=6.000 gmm² und einem Massenträgheitsmoment der Schwungmasse 3 von I=20.000 gmm² auf eine Drehzahl von ca. 18.500 rpm beschleunigt werden. Ist diese Drehgeschwindigkeit erreicht, kann der Motor 2 mit dem Getriebe 4 gekoppelt werden. Kommt es nicht zu einem Crash, lässt man den Motor 2 ohne Aktivierung auslaufen. Natürlich sind andere Wertekombinationen von Massenträgheitsmomenten und Drehzahlen möglich. Sinnvollerweise beträgt das Massenträgheitsmoment von Motorwelle und Schwungmasse zusammen mindestens 7.000 gmm², bevorzugt mindestens 15.000 gmm². Auch kann sinnvoll sein, dass das Massenträgheitsmoment von Motorwelle und Schwungmasse insgesamt nicht mehr als 60.000 gmm², bevorzugt nicht mehr als 30.000 gmm² beträgt, damit das System nicht insgesamt zu träge wird.
Wird daraufhin erkannt (Pfad C4), dass die kritische Situation eintritt, also z.B. die Wahrscheinlichkeit eines potenziellen Unfalls über einem definierten zweiten Schwellwert liegt, wobei der zweite Schwellwert größer als der erste Schwellwert ist, wird die schaltbare Kupplung 6 geschlossen, um die Gurtstraffung auszulösen (Schritt S4).
Sofern die kritische Situation nicht eintritt, geht der Gurtstraffer 1 zurück in den energiesparenden Grundzustand S1 (Pfad C 5). Wurde das System mit kinetischer Energie aufgeladen und die kritische Situation wird ohne Aktivierung der schaltbaren Kupplung 6 beendet, so liegt kinetische Energie in den rotierenden Elementen vor. Wird der Motor nicht bestromt, kann er in den Generatorbetrieb gehen, und es liegt die Generatorspannung an den Motorklemmen an. Je nach anliegendem Widerstand bzw. je nach abgegriffener Leistung fließt ein entsprechender Strom und die mechanische Energie wird in elektrische Energie gewandelt und an das Fahrzeugnetz zurückgespeist. Mit der rekuperierten Energie lassen sich gezielt Aktuatoren betreiben oder Akkumulatoren können mit dieser Energie geladen werden. Zudem wird damit der Auslaufvorgang verkürzt. Dies hat Vorteile für die Getriebebelastung. Auch werden Laufgeräusche verkürzt und reduziert.
Um das Verfahren noch einmal zusammengefasst in anderen Worten zu beschreiben, ist der Motor 2 während des normalen bzw. unkritischen Fahrbetriebs bevorzugt unbestromt. Steigt die Wahrscheinlichkeit eines Unfalls, beispielsweise, weil ein vorausfahrendes Fahrzeug in den eigenen Fahrweg einschert, wird der Motor 2 frühzeitig auf eine definierte Drehzahl gebracht. Dazu wird die Verbindung zum Getriebe 4 über eine elektrisch schaltbare Kupplung 6 unterbrochen. Liegt die gewünschte Drehzahl vor, ist die für die Personenrückhaltung benötigte Energie in Form von in der rotierenden Schwungmasse 3 gespeicherter kinetischer Energie abrufbereit.
Das Massenträgheitsmoment setzt sich aus den rotierenden Massen des Systems zusammen. Ist das Trägheitsmoment der Motorachse nicht ausreichend, kann eine zusätzliche Schwungmasse 3 an der Motorwelle selbst oder allgemeiner in der kinematischen Kette vor dem Getriebe 4 angebracht werden. Ansonsten weist der Rotor die notwendige Schwungmasse selbst auf.
Erhält oder erzeugt die Elektronik 10 nun das Signal „PreCrash auslösen“, wird die schaltbare Kupplung 6 zum Getriebe 4 geschlossen. Durch das Schließen der schaltbaren Kupplung 6 wird das Getriebe 4 beschleunigt, schließt die weitere mechanische Kupplung 7 und überträgt schließlich die kinetische Energie auf das Gurtband 8. Die Energie wird an den Insassen übertragen und dieser dadurch ans Fahrzeug angebunden.
Entspannt sich die Situation, ohne, dass die kritische Situation eintritt, wird die schaltbare Kupplung 6 nicht geschlossen und der Motor 2 geht zurück auf eine definierte Grunddrehzahl oder läuft vollständig aus und bleibt stehen.
Für Funktionen bei denen geringere Kräfte benötigt werden, wie zum Beispiel Gurtlosereduktion oder zyklische Warnfunktionen, sind im Gegensatz zum PreCrash Fall sehr langsame Drehzahlen und Gurtkräfte vorteilhaft. In diesem Fall wird bei stillstehendem Motor 2 die schaltbare Kupplung 6 geschlossen. Nun wird der Motor 2 nach Vorgabe bestromt und überträgt direkt ein Drehmoment an das Getriebe 4. Durch die Drehung schließt die weitere Kupplung 7, soweit vorhanden, und überträgt die Bewegung an den beweglichen Gurtbefestigungspunkt 5. Nach dem Abschluss der Funktion wird die elektrische Kupplung wieder geöffnet und ist bereit für einen potentiellen Pre-Crash Fall.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2013167283 A1 [0005]

Claims

Gurtstraffer (1) für ein Sicherheitsgurtsystem, umfassend einen Motor (2), eine Schwungmasse (3), ein Getriebe (4), einen beweglichen Gurtbefestigungspunkt (5) und eine schaltbare Kupplung (6), wobei die Schwungmasse (3) mit dem Motor (2) kinematisch gekoppelt ist, sodass die Schwungmasse (3) von dem Motor (2) in eine rotierende Bewegung versetzt werden kann, und wobei die schaltbare Kupplung (6) derart in einer kinematischen Kette zwischen dem Motor (2) und dem Gurtbefestigungspunkt (5) angeordnet ist, dass in einem ersten Schaltzustand die Schwungmasse (3) und der Gurtbefestigungspunkt (5) kinematisch voneinander entkoppelt sind und in einem zweiten Schaltzustand das Getriebe (4) die Schwungmasse (3) mit dem Gurtbefestigungspunkt (5) kinematisch koppelt, sodass eine rotierende Bewegung der Schwungmasse (3) in eine vorbestimmte Bewegung des Gurtbefestigungspunktes (5) übersetzt wird.
Gurtstraffer (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die schaltbare Kupplung (6) in der kinematischen Kette zwischen der Schwungmasse (3) und dem Getriebe (4) angeordnet ist.
Gurtstraffer (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Getriebe (4) ein mehrstufiges Getriebe mit zumindest einer ersten und einer zweiten Getriebestufe (4a; 4b) ist, wobei die erste Getriebestufe (4a) mit der Schwungmasse (3) kinematisch gekoppelt ist, und wobei die schaltbare Kupplung (6) in der kinematischen Kette zwischen der ersten Getriebestufe (4a) und der zweiten Getriebestufe (4b) angeordnet ist.
Gurtstraffer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Gurtstraffer (1) eine weitere Kupplung (7) aufweist, wobei die weitere Kupplung (7) in der kinematischen Kette zwischen dem Getriebe (4) und dem Gurtbefestigungspunkt (5) angeordnet ist.
Gurtstraffer (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die schaltbare Kupplung (6) in der kinematischen Kette zwischen dem Getriebe (4) und dem Gurtbefestigungspunkt (5) angeordnet ist.
Gurtstraffer (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der bewegliche Gurtbefestigungspunkt (5) eine Gurtspule (11) ist, insbesondere wobei das Getriebe (4) ein Untersetzungsgetriebe ist.
Gurtstraffer (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der bewegliche Gurtbefestigungspunkt (5) ein aktives Gurtschloss (12) ist, insbesondere wobei das Getriebe (4) eine Spindel (14) mit einer Spindelmutter (15) umfasst, sodass das Getriebe (4) eine rotatorische Bewegung in eine translatorische Bewegung übersetzt.
Verfahren zum Betrieb eines Gurtstraffers (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend die Schritte: - Beschleunigen der Schwungmasse (3) auf eine vorbestimmte Drehzahl, während die schaltbare Kupplung (6) in dem ersten Schaltzustand ist, - Umschalten der schaltbaren Kupplung (6) in den zweiten Schaltzustand, sodass der Gurtstraffer (1) von in der Schwungmasse (3) gespeicherter kinetischer Energie angetrieben wird.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwungmasse (3) beschleunigt wird, sobald ein erster Zustand erkannt wird, insbesondere wobei der erste Zustand einer kritischen Fahrsituation zugeordnet ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass die schaltbare Kupplung (6) von dem ersten Schaltzustand in den zweiten Schaltzustand umgeschaltet wird, sobald ein zweiter Zustand erkannt wird, insbesondere wobei der zweite Zustand einem wahrscheinlich bevorstehenden Unfall zugeordnet ist.