DE10351403A1

DE10351403A1 - Fahrzeugsensitive Ansteuerung eines Sicherheitsgurtaufrollers

Info

Publication number: DE10351403A1
Application number: DE10351403A
Authority: DE
Inventors: Michael Bolz; Uwe Class; Arnold Davisburg Herberg
Original assignee: TRW Occupant Restraint Systems GmbH
Current assignee: ZF Automotive Germany GmbH
Priority date: 2003-11-04
Filing date: 2003-11-04
Publication date: 2005-06-02
Anticipated expiration: 2023-11-05
Also published as: FR2861672A1; US20050107932A1; US7003385B2; DE10351403B4; JP2005138828A

Abstract

Ein Verfahren zur fahrzeugsensitiven Ansteuerung eines Sperrmechanismus bei einem Sicherheitsgurtaufroller in einem Fahrzeug mittels eines Ansteuersignals, das von einer mit einem Mikrocontroller ausgestatteten Steuereinheit erzeugt wird. Der Steuereinheit werden Messsignale von mehreren die Fahrzeugsituation erfassenden Sensoren zugeführt. Das Ansteuersignal wird unterdrückt, wenn ein Unterdrückungsalgorithmus in der Steuereinheit feststellt, dass der Sicherheitsgurt unbenutzt ist, das Fahrzeug still steht, die Fahrzeuggeschwindigkeit einen bestimmten Grenzwert nicht überschreitet oder nur die in Vertikalrichtung gemessene Fahrzeugbeschleunigung einen bestimmten Auslösegrenzwert überschreitet.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur fahrzeugsensitiven Ansteuerung eines Sperrmechanismus bei einem Sicherheitsgurtaufroller in einem Fahrzeug mittels eines Ansteuersignals, das von einer mit einem Microcontroller ausgestatteten Steuereinheit erzeugt wird.

Bei Sicherheitsgurtaufrollern muss der Sperrmechanismus nach vorbestimmten Auslösekriterien aktiviert werden, die vom Automobilhersteller oder durch behördliche Vorschriften festgelegt werden. Fahrzeugsensitive Auslösekriterien sind die Überschreitung einer bestimmten Fahrzeugverzögerung oder eines bestimmten Neigungswinkels des Fahrzeugs. Bei modernen Fahrzeugen wird die Fahrzeugsituation durch einen Zentralsensor oder durch mehrere im Fahrzeug verteilte Sensoren erfasst, deren Messsignale über einen Bus an die Steuereinheit des Sicherheitsgurtaufrollers geführt werden. Das Auslösekriterium für den Sperrmechanismus wird von der Steuereinheit durch Auswerten der Messsignale gebildet. Zu den im Fahrzeug angeordneten Sensoren zählen außer Trägheitssensoren insbesondere die Sensoren des ABS-Systems, die auch zur Schlupf-Regelung verwendet werden, aber auch Schalter an den Gurtschlössern und Drehwinkelmelder an den Gurtaufrollern.

Jeder Sperrvorgang involviert die Bewegung eines mechanischen Bauteils, insbesondere einer Auslöseklinke, die in einer Außenverzahnung einer Steuerscheibe des Sicherheitsgurtaufrollers einrastet. Grundsätzlich verursacht jede Bewegung eines mechanischen Bauteils Verschleiß. Das Einrasten einer Auslöseklinke geht auch mit einem Betätigungsgeräusch einher, das in manchen Fällen störend in Erscheinung tritt, insbesondere bei Gurtaufrollern, die im Sitz integriert und daher in Kopfnähe des Insassen angeordnet sind.

Durch die Erfindung wird ein Verfahren zur fahrzeugsensitiven Ansteuerung eines Sperrmechanismus bei einem Sicherheitsgurtaufroller in einem Fahrzeug geschaffen, durch das die Häufigkeit der Aktivierung des Sperrmechanismus erheblich reduziert wird. Gemäß einem ersten Vorschlag der Erfindung, bei dem angenommen wird, dass die Fahrzeugsituation von mehreren im Fahrzeug verteilten Sensoren erfasst wird, erfolgt die Bildung des Auslösekriteriums für den Sperrmechanismus durch Auswertung der Messsignale. Das Ansteuersignal wird jedoch unterdrückt, wenn das Auslösekriterium zwar erfüllt ist, die Messsignale jedoch einen der folgenden Zustände signalisieren:

– der Sicherheitsgurt ist unbenutzt;
– das Fahrzeug steht still;
– die Fahrzeuggeschwindigkeit überschreitet nicht einen bestimmten Grenzwert,
– nur die in Vertikalrichtung gemessene Fahrzeugbeschleunigung überschreitet einen bestimmten Auslösegrenzwert.

In all diesen Fällen ist die Aktivierung des Sperrmechanismus effektiv nicht notwendig und wird daher unterdrückt. Dies führt zu der erstrebten Schonung der mechanischen Bauteile des Sperrmechanismus und zur Vermeidung von unnötigen Betätigungsgeräuschen.

Bei der bevorzugten Ausführungsform dieses ersten Erfindungsvorschlags werden die Fahrzeugbeschleunigungswerte entlang drei orthogonalen Achsen mittels einer zentralen Sensoreinheit erfasst und die entsprechenden Messwerte über einen Bus an die im Fahrzeug installierten Sicherheitsgurtaufroller verteilt. Diese Maßnahme ergibt bei Vermeidung einer Vervielfachung der Sensoren eine gute Korrelation der Funktionen aller im Fahrzeug installierten Sicherheitsgurtaufroller.

Gemäß einem zweiten Vorschlag der Erfindung, bei dem angenommen wird, dass die Fahrzeugverzögerung und der Neigungswinkel des Fahrzeugs von einem zentralen Trägheitssensor erfasst wird und im Fahrzeug weitere Sensoren zur Erfassung der Fahrzeugsituation vorhanden sind, wird das Auslösesignal von dem zentralen Trägheitssensor über einen Bus der Steuereinheit des Sicherheitsgurtaufrollers zugeführt, wenn ein vorbestimmter Beschleunigungswert oder Neigungswinkel des Fahrzeugs überschritten wird. Die Steuereinheit empfängt ferner Messsignale von weiteren Sensoren über den Bus und kombiniert das Auslösesignal mit den Messsignalen in solcher Weise, dass eine Unterdrückung des Ansteuersignals erfolgt, wenn das Auslösekriterium zwar erfüllt ist, die Messsignale jedoch einen der folgenden Zustände signalisieren:

Besonders vorteilhaft ist die Verwendung eines kapazitiven Beschleunigungssensors, der sowohl dynamische als auch statische Beschleunigung des Fahrzeugs in wenigstens zwei aufeinander senkrechten Richtungen erfasst und für jede Achse ein pulsdauermoduliertes Signal ausgibt. Aus diesen Signalen können auch mit einem wenig leistungsfähigen Microcontroller die Beschleunigungswerte und der Neigungswinkel des Fahrzeugs in den drei Achsen des räumlichen Koordinatensystems bestimmt werden.

Die erfindungsgemäßen Verfahren eignen sich besonders zur Anwendung bei Sicherheitsgurtaufrollern, deren Sperrmechanismus eine an der Aufrollerwelle begrenzt drehbare, außenverzahnte Steuerscheibe und eine mit dieser zusammenwirkende Auslöseklinke aufweist, die durch eine Feder in Eingriff mit der Außenverzahnung der Steuerscheibe belastet ist und durch einen Elektromagnet während dessen Erregung außer Eingriff mit der Außenverzahnung der Steuerscheibe gehalten wird. Bei einem solchen Sperrmechanismus kann das Betätigungsgeräusch, das mit jeder Erregung und jeder Abregung des Elektromagneten einhergeht, störend in Erscheinung treten.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung verschiedener Ausführungsformen mit Bezug auf die Zeichnung, dabei zeigt
1 eine schematisierte Darstellung eines Sperrmechanismus für einen Sicherheitsgurtaufroller, bei dem sich das erfindungsgemäße Verfahren besonders eignet;
2 ein Blockdiagramm für die Ansteuerung des Sperrmechanismus eines Gurtaufrollers;
3 ein Blockdiagramm einer Ausführungsform mit mehreren Steuereinheiten und den Sensorsignalen für mehrere Gurtaufroller;
4 ein Blockdiagramm einer weiteren Ausführungsform; und
5 Zeitdiagramme von Sensor-, Auslöse- und Ansteuersignalen.
In 1 ist ein Sperrmechanismus für einen Sicherheitsgurtaufroller gezeigt mit einem Schalter 1, einem Elektromagneten 2, einer außenverzahnten Steuerscheibe 3 und einer Sperrklinke 4. Die durch die Öffnung des Schalters bewirkte Stromunterbrechung unterbricht die Erregung des Elektromagneten 2, und eine Federkraft drückt die Sperrklinke 4 an die Außenverzahnung der Steuerscheibe 3.
2 zeigt einen zum Ausführen des erfindungsgemäßen Verfahrens geeigneten Aufbau mit einem mechanischen Sensor 5, einer Steuereinheit 6 und dem Schalter 1. Ein zum Öffnen des Schalters 1 benötigtes Ansteuersignal wird am Ausgang O der Steuereinheit 6 ausgegeben. Die Steuereinheit 6, die einen Microcontroller enthält, empfängt an ihrem Eingang I7 das elektrische Signal des mechanischen Sensors 5, beispielsweise eines Kugelsensors, wie er bereits in herkömmlichen Systemen zur Auslösung einer Gurtsperrung verwendet wird. An den Eingängen I1 bis I6 liegen die Ausgangssignale 7 anderer im Fahrzeug verteilter Sensoren.
Am Eingang I1 liegt das Signal eines Aufprallsensors.
An den Eingang I2 wird ein Signal von einem Gurtschloss-Schalter angelegt.
An den Eingang I3 wird ein Signal von einem Überschlag-Sensor angelegt.
Am Eingang I4 liegt das Signal eines ABS Sensors.
Am Eingang I5 kann das Signal eines Schlupfsensors angelegt werden.
An den Eingang I6 wird das Signal eines fahrzeugsensitiven Sensors angelegt.
Es ist möglich, einige der angegebenen Sensorsignale 7 durch andere im Fahrzeug zur Verfügung stehende Sensorsignale auszutauschen oder mehr/weniger Eingangssignale an mehr/weniger Eingängen vorzusehen.
In der Steuereinheit 6 werden diese Eingangssignale durch zwei verschiedene Algorithmen verarbeitet. Ein Auslöse-Algorithmus ermittelt, ob das Auslösekriterium für eine Sperrung des Sicherheitsgurtes erfüllt ist. Das Auslösekriterium ist durch gesetzliche Bestimmungen und/oder Lastenhefte festgelegt. Bei Überschreiten eines bestimmten Neigungswinkels bzw. einer bestimmten Beschleunigung wird ein Ansteuersignal generiert. Ein Unterdrückungsalgorithmus ermittelt aus den Messsignalen, ob einer der folgenden Zustände gegeben ist: der Sicherheitsgurt ist unbenutzt, was beispielsweise durch das Signal des Gurtschloss-Schalters erkannt wird; das Fahrzeug bewegt sich nicht; die Fahrzeuggeschwindigkeit liegt unter einem bestimmten Grenzwert oder nur die in Vertikalrichtung gemessene Fahrzeugbeschleunigung überschreitet einen bestimmten Auslösegrenzwert. Wird einer dieser Zustände erkannt, so wird das vom Auslöse-Algorithmus generierte Ansteuersignal unterdrückt und gelangt nicht an den Ausgang O der Steuereinheit.
Wenn der Beifahrersitz unbenutzt ist, muss keine Sperrung des Beifahrergurtes ausgelöst werden. Der Unterdrückungsalgorithmus unterdrückt das Ansteuersignal.
Ist das Fahrzeug auf einer abschüssigen Straße geparkt, wird durch den Auslöse-Algorithmus ein Ansteuersignal generiert. Durch das Messsignal des fahrzeugsensitiven Sensors am Eingang I6, das einen Stillstand des Fahrzeugs signalisiert, wird über den Unterdrückungsalgorithmus die Ausgabe des Ansteuersignals am Ausgang O verhindert. So bleibt gewährleistet, dass der Gurt angelegt werden kann.
Bei sehr langsamer Fahrt und plötzlichem Bremsen wie in Stausituation möglich kann der Auslöse-Algorithmus ebenfalls ein Ansteuersignal generieren, das bei Ansprechen des Sperrmechanismus zu lästigen Geräuschen führen würde. Auch hier erkennt der Unterdrückungsalgorithmus durch Auswertung der Messsignale, dass die Geschwindigkeit unter einem festgelegten Mindestwert liegt und unterdrückt die Ausgabe des Ansteuersignals.
Ein Kugelsensor als mechanischer Sensor 5 unterscheidet nicht zwischen senkrechter und horizontaler Beschleunigung, so dass bei der Fahrt über holprige Straßen ein Ansteuersignal generiert wird. Über die Signale des fahrzeugsensitiven Sensors, des ABS-Sensors und/oder des Aufprallsensors kann der Unterdrückungsalgorithmus erkennen, wenn keine horizontale Beschleunigung vorliegt und entsprechend das Ansteuersignal abblocken.
3 zeigt ein Ausführungsbeispiel mit mehreren Steuereinheiten 6 für mehrere Schalter 1 mit einem Bus 8 und einer zentralen Steuereinheit 9. Die Messsignale der zentralen Sensoreinheit 9 werden über den Bus 8 an mehrere im Fahrzeug befindliche Sicherheitsgurtaufroller verteilt. In der zentralen Sensoreinheit 9 werden die Beschleunigungswerte des Fahrzeugs entlang drei orthogonaler Achsen erfasst. Die Steuereinheiten 6 sind bereits mit Bezug auf 2 beschrieben worden. Ein auf Grund der Auswertung der Messsignale am jeweiligen Ausgang O ausgegebenes Ansteuersignal öffnet wie beschrieben den jeweiligen Schalter 1 und löst den Sperrmechanismus aus.
In dem Ausführungsbeispiel von 4 gibt es mehrere im Fahrzeug verteilte Sensoren 11 bis 16, einen zentralen Trägheitssensor 18, mehrere Steuereinheiten 17 mit mehreren Schaltern 1 und einen Bus 10. Der zentrale Trägheitssensor 18 generiert ein Auslösesignal, wenn ein vorbestimmter Beschleunigungswert oder Neigungswinkel des Fahrzeugs überschritten wird. Dieses Auslösesignal wird über den Bus 10 einer oder wahlweise mehreren mit Microcontroller ausgestatteten Steuereinheiten 17 zugeführt. In diesen Bus werden außerdem die Messsignale der Sensoren 11 bis 16 eingespeist. Bei den Sensoren handelt es sich um im Fahrzeug verteilte Sensoren, wie beispielsweise einen Aufprallsensor, einen Gurtschloss-Schalter, einen Überschlagsensor, einen ABS Sensor, einen Schlupfsensor oder einen fahrzeugsensitiven Sensor. Es ist möglich, einige der angegebenen Sensoren durch andere auszutauschen oder mehr/weniger Messsignale in den Bus einzuspeisen. In der Steuereinheit 17 werden das Auslösesignal und die Messsignale kombiniert, so dass das Ansteuersignal unterdrückt wird, wenn der Sicherheitsgurt unbenutzt ist. Wenn das Fahrzeug still steht, wird ebenfalls kein Ansteuersignal ausgegeben. Eine Aktivierung des Sperrmechanismus ist ebenfalls nicht sinnvoll, wenn die Fahrzeuggeschwindigkeit einen bestimmten Grenzwert nicht überschreitet oder nur die in Vertikalrichtung gemessene Fahrzeugbeschleunigung, beispielsweise durch Schlaglöcher hervorgerufen, einen bestimmten Auslösegrenzwert überschreitet. Auch in diesen Fällen bewirkt die Kombination von Auslösesignal und den verschiedenen Messsignalen eine Unterdrückung des Ansteuersignals. Die Ausführungen zu 2 gelten entsprechend.
Für die in den vorstehenden Ausführungsbeispielen benötigten Beschleunigungssenoren 5, 9, 18 wird vorzugsweise ein zentraler, kapazitiver Beschleunigungssensor verwendet. Dieser erfasst sowohl die dynamische als auch statische Beschleunigung des Fahrzeugs in wenigstens zwei aufeinander senkrechten Richtungen und gibt für jede Achse ein pulsdauermoduliertes Signal aus. Im Ruhezustand ist das Tastverhältnis 1:1. Eine Winkelabweichung des Sensors aus der sensitiven Richtung erzeugt ein in seinem Tastverhältnis veränderliches Signal. Die Tastanteile werden in äquidistante Stellen mit zeitlicher Zuordnung unterteilt, und mittels einer Zählvorrichtung wird das Tastverhältnis vom Microcontroller ausgewertet. Dieser Sensor erlaubt sowohl die Bestimmung des Neigungswinkels als auch der Beschleunigung. Ein Beispiel eines derartigen Sensors ist der ADXL 202 von Analog Devices, Inc. Die Verarbeitung im Microcontroller erfolgt mit einem statischen Algorithmus zur Auswertung des Neigungswinkels und einem dynamischen Algorithmus zur Auswertung der Beschleunigungswerte. Durch die Verarbeitung mit verschiedenen Algorithmen ist es möglich, Neigungswinkel und Beschleunigung unterschiedlich zu wichten und so fahrzeugabhängig die Auslösekriterien für Neigungswinkel und Beschleunigung in engen Grenzen festzulegen.
5 zeigt beispielhaft den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens an Hand von 4 Zeitdiagrammen. Kurve 19 repräsentiert ein Sensorsignal, das eine Aussage über die aktuelle Geschwindigkeit macht, die gestrichelte Linie 20 zeigt eine vorgewählte Geschwindigkeitsschwelle. Kurve 21 zeigt den zeitlichen Verlauf des Auslösesignals, Kurve 22 die Ausgabe des Unterdrückungsalgorithmus, Kurve 23 das am Ausgang der Steuereinheit ausgegebene Ansteuersignal.
Kurve 19 zeigt, dass das Fahrzeug seine Geschwindigkeit langsam verringert. Zum Zeitpunkt A fällt die Geschwindigkeit unter den voreingestellten Geschwindigkeitswert, der durch die gestrichelte Linie 20 gekennzeichnet ist, damit gibt der Unterdrückungsalgorithmus ein Unterdrückungssignal 22 aus. Zum Zeitpunkt B wird das Fahrzeug abrupt abgebremst, was zum Ansprechen des mechanischen Sensors führt, d.h. das Auslösekriterium ist erfüllt und ein Ansteuersignal 21 wird generiert. Auf Grund des seit dem Zeitpunkt A bestehenden Unterdrückungssignals wird am Ausgang O der Steuereinheit kein Ansteuersignal 23 ausgegeben. Der Sperrmechanismus spricht nicht an, da dies auf Grund der niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeit nicht nötig ist.

Claims

Verfahren zur fahrzeugsensitiven Ansteuerung eines Sperrmechanismus bei einem Sicherheitsgurtaufroller in einem Fahrzeug mittels eines Ansteuersignals, das von einer mit einem Microcontroller ausgestatteten Steuereinheit erzeugt wird, der Messsignale von mehreren die Fahrzeugsituation erfassenden Sensoren zugeführt werden, wobei ein Auslösekriterium für den Sperrmechanismus durch Auswertung der Messsignale gebildet wird und das Ansteuersignal unterdrückt wird, wenn das Auslösekriterium erfüllt ist und die Messsignale einen der folgenden Zustände signalisieren: – der Sicherheitsgurt ist unbenutzt; – das Fahrzeug steht still; – die Fahrzeuggeschwindigkeit überschreitet nicht einen bestimmten Grenzwert, – nur die in Vertikalrichtung gemessene Fahrzeugbeschleunigung überschreitet einen bestimmten Auslösegrenzwert.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Fahrzeugbeschleunigungswerte entlang drei orthogonalen Achsen mittels einer zentralen Sensoreinheit erfasst und die entsprechenden Messwerte über einen Bus an mehrere Sicherheitsgurtaufroller verteilt werden.
Verfahren zur fahrzeugsensitiven Ansteuerung eines Sperrmechanismus bei einem Sicherheitsgurtaufroller in einem Fahrzeug mittels eines Ansteuersignals, das von einer mit einem Microcontroller ausgestatteten Steuereinheit erzeugt wird, der ein Auslösesignal von einem zentralen Trägheitssensor über einen Bus zugeführt wird, wenn ein vorbestimmter Beschleunigungswert oder Neigungswinkel des Fahrzeugs überschritten wird, wobei die Steuereinheit ferner Messsignale von weiteren Sensoren über den Bus empfängt und das Auslösesignal mit den Messsignalen in solcher Weise kombiniert, dass das Ansteuersignal unterdrückt wird, wenn die Messsignale einen der folgenden Zustände signalisieren: – der Sicherheitsgurt ist unbenutzt; – das Fahrzeug steht still; – die Fahrzeuggeschwindigkeit überschreitet nicht einen bestimmten Grenzwert, – nur die in Vertikalrichtung gemessene Fahrzeugbeschleunigung überschreitet einen bestimmten Auslösegrenzwert.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem ein kapazitiver Beschleunigungssensor verwendet wird, der sowohl dynamische als auch statische Beschleunigung des Fahrzeugs in wenigstens zwei aufeinander senkrechten Richtungen erfasst und für jede Achse ein pulsdauermoduliertes Signal ausgibt.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, bei dem der Sperrmechanismus des Sicherheitsgurtaufrollers eine an der Aufrollerwelle begrenzt drehbare, außenverzahnte Steuerscheibe und eine mit dieser zusammenwirkende Auslöseklinke aufweist, die durch eine Feder in Eingriff mit der Außenverzahnung der Steuerscheibe belastet ist und durch einen Elektromagnet während dessen Erregung außer Eingriff mit der Außenverzahnung der Steuerscheibe gehalten wird.