DE19922720A1 - Gurtaufroller und Verfahren zum Steuern der Funktion eines Insassen-Rückhaltesystems - Google Patents

Abstract

Bei einem Gurtaufroller wird der absolute Drehwinkel der Gurtspule durch einen Inkrementalzähler erfaßt. Der Inkrementalzähler wird durch Erfassung des Drehwinkels einer Steuerscheibe abgeglichen, die mit der Gurtspule durch ein Untersetzungsgetriebe gekoppelt ist. Der Zählerstand des Inkrementalzählers ist mit hoher Genauigkeit für den absoluten Drehwinkel der Gurtspule repräsentativ. In Abhängigkeit von dem so gemessenen absoluten Drehwinkel der Gurtspule werden verschiedene Komponenten eines Rückhaltesystems gesteuert.

Description

Die Erfindung betrifft einen Gurtaufroller mit einem Rahmen, einer im Rahmen um eine Achse drehbar gelagerten Gurtspule, einer mit der Gurtspule koaxialen Steuerscheibe und einem Untersetzungsgetriebe, das den Drehwinkel der Gurtspule in einen reduzierten Drehwinkel der Steuerscheibe umsetzt. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Steuern der Funktion eines Insassen-Rückhaltesystems.

Bei einem Gurtaufroller ist der gesamte Drehwinkelbereich der Gurtspule durch den vollständig aufgewickelten und durch den voll­ ständig abgewickelten Zustand des Gurtbandes bestimmt. Innerhalb dieses Drehwinkelbereiches bestehen verschiedene Beziehungen zwischen dem absoluten Drehwinkel der Gurtspule und charakteristischen Zu­ ständen des Gurtsystems. So ist der Drehwinkel Null (vollständig auf­ gewickeltes Gurtband) ein Anzeichen dafür, daß der Gurt unbenutzt ist. Bei größtmöglichem Drehwinkel (Gurtband vollständig abgewickelt) kann ein Schaltvorgang eingeleitet werden, um den Gurtaufroller in den automatisch blockierenden Zustand zu überführen, der zum Beispiel zum Sichern von Lasten oder Kindersitzen geeignet ist. Zwischen den Extremstellungen können verschiedene charakteristische Zustände definiert werden, die gegebenenfalls in Kombination mit anderen Parametern, insbesondere Sitzstellung, Sitzbelegung und dergleichen, bestimmten Schaltpositionen zugeordnet werden können, an denen die Auslösung verschiedener Schaltvorgänge zweckmäßig ist. Besonders erwünscht ist die Erkennung von Zuständen, bei denen eine Aktivierung eines Airbag-Systems unterbunden werden soll. Beispiele sind die Verwendung von Kindersitzen, unkorrekte Sitzposition (vorgebeugt) und angelegter Gurt bei unbelegtem Sitz. Die Erkennung derartiger Zustände gelingt mit ausreichender Zuverlässigkeit nur, wenn der Drehwinkel der Gurtspule mit hoher Genauigkeit ermittelt werden kann. Es ist bekannt (z. B. DE 29 82 0086.4), den gesamten Drehwinkelbereich der Gurtspule mittels eines Untersetzungsgetriebes auf eine einzige Umdrehung einer Schaltscheibe abzubilden. Da aber der absolute Drehwinkel der Gurtspule ein Vielfaches von 360° beträgt, entspricht jeder Winkel auf der Schaltscheibe einem entsprechend größeren Winkelbereich der Gurt­ spulendrehung, so daß die Schaltpositionen nicht mit der erwünschten Genauigkeit ermittelt werden können.

Durch die Erfindung wird ein Gurtaufroller der eingangs angegebe­ nen Art zur Verfügung gestellt, bei dem der absolute Drehwinkel der Gurtspule mit hoher Genauigkeit, jedoch geringem technischen Aufwand festgestellt werden kann.

Bei dem erfindungsgemäßen Gurtaufroller ist mit der Gurtspule ein Inkrementalzähler gekoppelt, der bei Drehung der Gurtspule je nach deren Drehsinn inkrementiert oder dekrementiert wird und der durch einen der Steuerscheibe zugeordneten Sensor abgeglichen wird, so daß der Zählerstand des Inkrementalzählers für den absoluten Drehwinkel der Gurtspule repräsentativ ist. Durch den Zählerstand des Inkremen­ talzählers kann der jeweilige absolute Drehwinkel der Gurtspule mit hoher Genauigkeit dargestellt werden. Die Genauigkeit der Darstellung ist nur von der Auflösung des Inkrementalzählers abhängig. Der Inkre­ mentalzähler wird vorzugsweise durch einen mit der Gurtspule dreh­ festen Inkrementalmaßstab und einen gegenüber diesem angeordneten rah­ menfesten Sensor gebildet. Das Teilungsmaß des Inkrementalmaßstabs bestimmt dann die Auflösung des Inkrementalzählers. Ein geeigneter Inkrementalgeber kann optisch oder magnetisch in prinzipiell bekannten Bauformen realisiert werden.

Die Steuerscheibe mit dem ihr zugeordneten Sensor hat im wesentli­ chen die Aufgabe, den Inkrementalzähler abzugleichen. Im einfachsten Fall wird der Inkrementalzähler bei vollständig aufgewickeltem Gurt­ band auf den Wert Null zurückgesetzt. Durch bogenförmige Ausschnitte am Umfang der Steuerscheibe können aber auch Drehwinkelbereiche der Gurtspule abgebildet werden, die einem bestimmten Funktionszustand des Gurtaufrollers entsprechen, beispielsweise der dem angelegten Gurt entsprechende Drehwinkelbereich der Gurtspule.

Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zum Steuern der Funktion eines Insassen-Rückhaltesystems, das ein Gurtsystem mit einem erfindungsgemäßen Gurtaufroller und eine oder mehrere der folgenden Komponenten aufweist:

• - aufblasbares Schutzkissen (Airbag),
• - Gurtstraffer,
• - Gurtkraftbegrenzer.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die Funktionen dieser Komponenten des Rückhaltesystems in Abhängigkeit vom Zählerstand des Inkrementalzählers gesteuert. Besonders wirkungsvoll kann durch dieses Verfahren die Rückhaltefunktion optimiert werden, wenn die einzelnen Komponenten mehrstufig ausgelegt sind. Wird beispielsweise eine unkor­ rekte Sitzposition (OOP für Out of Position) festgestellt, sollte das Schutzkissen vermindert oder gar nicht aufgeblasen werden. Eine Akti­ vierung des aufblasbaren Schutzkissens ist ganz zu unterbinden, wenn über den Zählerstand des Inkrementalzählers, gegebenenfalls in Kombi­ nation mit weiteren Parametern, festgestellt wird, daß der Gurt zur Sicherung eines Kindersitzes benutzt wird.

Bei einer besonders vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens wird durch doppeltes Differenzieren des Zählerstandes nach der Zeit eine Aussage über die Drehbeschleunigung der Gurtspule in Abwickel­ richtung gewonnen. Wenn eine besonders hohe Drehbeschleunigung gemes­ sen wird, deutet dies auf einen harten Aufprall hin. Die Komponenten des Rückhaltesystems werden dann auf der höchsten Stufe aktiviert.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung und aus der Zeichnung, auf die Bezug genommen wird. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 schematisch und in Perspektivansicht die Steuerseite eines Gurtaufrollers;

Fig. 2 ein Blockschaltbild einer dem Gurtaufroller zugeordneten Steuerschaltung; und

Fig. 3 ein Flußdiagramm, das einen Aspekt des erfindungsgemäßen Verfahrens veranschaulicht.

Der erfindungsgemäße Gurtaufroller kann von beliebiger herkömmli­ cher Bauform sein, die daher hier nicht im einzelnen erläutert wird. Er besitzt eine in einem Rahmen drehbar gelagerte Gurtspule, auf der das Gurtband aufgewickelt wird. Die Gurtspule ist durch einen Sperrme­ chanismus am Rahmen drehfest blockierbar. Die Ansteuerung des Sperrme­ chanismus erfolgt mittels eines fahrzeug- und gurtbandsensitiven Ansteuermechanismus, der an einer Seite des Gurtaufrollers angeordnet ist. Fig. 1 zeigt diese sogenannte Steuerseite des Gurtaufrollers.

Bestandteil des Ansteuermechanismus ist eine drehfest an der Gurt­ spule angeschlossene Kupplungsscheibe 10, die an ihrem Außenumfang eine Steuerverzahnung mit Zähnen 12 aufweist. Eine Steuerscheibe 14 ist koaxial zur Kupplungsscheibe 10 angeordnet und mit dieser über ein Untersetzungsgetriebe gekoppelt. Das Untersetzungsgetriebe ist so aus­ gelegt, daß der gesamte Drehwinkelbereich der Gurtspule zwischen voll­ ständig aufgewickeltem und vollständig abgewickeltem Gurtband auf eine einzige Umdrehung der Steuerscheibe 14 abgebildet wird.

Die Kupplungsscheibe 10 ist an ihrem Außenumfang mit abwechselnden Feldern 16a, 16b eines Inkrementalmaßstabs versehen. Bei optischer Ausbildung dieses Inkrementalmaßstabs sind die Felder 16a, 16b abwechselnd reflektierend und opak. Ein Inkrementalgeber 18 ist am Rahmen 20 in Gegenüberlage zu den Feldern 16a, 16b des Inkremental­ maßstabs angeordnet. Dieser Inkrementalgeber 18 erzeugt für jedes Feld 16a, 16b einen Impuls beziehungsweise eine Impulslücke. Gleichzeitig erzeugt der Inkrementalgeber 18 ein Vorzeichensignal, das den Drehsinn der mit der Gurtspule drehfest gekoppelten Kupplungsscheibe 10 angibt. Die Detektion des Drehsinns erfolgt in an sich bekannter Weise mittels zwei Sensorelementen, deren Detektionsbereiche sich in jedem erfaßten Feld überschneiden. Beim Durchgang eines Feldes erzeugt jedes der Sen­ sorelemente einen Impuls; aus der Reihenfolge, mit der die Sensorele­ mente die Impulse abgeben, wird auf den Drehsinn geschlossen.

Die Steuerscheibe 14 ist an ihrem Umfang mit zwei bogenförmigen Ausschnitten 14a, 14b versehen. Ein weiterer rahmenfest angeordneter Sensor 22 ist der Steuerscheibe 14 zugeordnet; das von diesem Sensor 22 abgegebene Signal zeigt an, ob gegenüber dem Sensor eine Aussparung 14a, 14b oder einer der dazwischen verbleibenden Stege 14c, 14d vor­ handen ist.

In Fig. 2 sind die Kupplungsscheibe 10 und die Steuerscheibe 14 symbolisch nebeneinander und durch einen Riemen 24 gekoppelt darge­ stellt. Der Riemen 24 bildet mit zwei Riemenscheiben verschiedenen Durchmessers ein Untersetzungsgetriebe, über das die Steuerscheibe 14 von der Kupplungsscheibe 10 angetrieben wird. Die von den beiden Sen­ sorelementen des Inkrementalgebers 18 abgegebenen Impulssignale sind an einen Inkrementalzähler 30 angelegt. Auch das Signal des Sensors 22 ist an den Inkrementalzähler 30 angelegt. Ein Zeitgeber 32 gibt an den Inkrementalzähler 30 periodisch Aktivierungssignale ab. Diese Aktivie­ rungssignale werden an eine Speichereinheit 34 angelegt, die darüber hinaus von dem Inkrementalzähler 30 jeweils den aktuellen Zählerstand Z beim Auftreten eines Aktivierungsimpulses empfängt. In der Speicher­ einheit 34 werden zwei Größen gespeichert: eine erste Größe R, die bei jedem Aktivierungsimpuls als Summe des vorherigen Wertes R und des aktuellen Zählerstandes Z berechnet wird, und eine zweite Größe n, die bei jedem Aktivierungsimpuls um eins erhöht wird. Diese Größen R und n werden in einer Dividiereinheit 36 zu einem Mittelwert M verarbeitet, der als Quotient von R und n berechnet wird. Dieser Mittelwert M wird gleichzeitig mit dem aktuellen Zählerstand Z an einen Subtrahierer 38 angelegt, der die Differenz Z minus M bildet. Diese Differenz Z minus M wird dann in einem Vergleicher 40 mit einem Voreinstellwert F ver­ glichen. Der Voreinstellwert F wird von einer Voreinstelleinheit 42 geliefert. Die Voreinstelleinheit 42 bildet den Voreinstellwert F aus Parametern, die für den Zustand eines Fahrzeuginsassen-Rückhalte­ systems charakteristisch sind. Lediglich beispielshalber sind in Fig. 2 drei Signalgeber 1, 2 und 3 dargestellt. Der Signalgeber 1 kann bei­ spielsweise einen Gurtschloßschalter abfragen, um festzustellen, ob ein Sicherheitsgurt angelegt ist. Der Signalgeber 2 kann ein vom Gewicht des Insassen abhängiges Signal liefern. Der Signalgeber 3 kann beispielsweise an der Sitzschiene angeordnet sein und über die einge­ stellte Sitzposition Auskunft geben.

Der Vergleicher 40 ist symbolisch mit drei Komponenten A, B und C des Rückhaltesystems gekoppelt. Bei diesen Komponenten des Rückhalte­ systems kann es sich beispielshalber um ein aufblasbares Schutzkissen, einen Gurtstraffer und einen Gurtkraftbegrenzer am Gurtaufroller han­ deln. Jede dieser Komponenten A, B, C kann mehrstufig ausgebildet sein. Das Ausgangssignal des Vergleichers 40 bestimmt die jeweilige Aktivierungsstufe einer jeden Komponente des Rückhaltesystems.

Fig. 3 zeigt die Funktion der in Fig. 2 dargestellten Anord­ nung.

Bei Inbetriebnahme des Fahrzeugs, insbesondere Betätigung des Zündschalters, werden die Werte R und n in der Speichereinheit 34 auf Null gesetzt. Die Voreinstelleinheit 42 bestimmt anhand der von den Signalgebern 1, 2 und 3 gelieferten Parameter einen Voreinstellwert F. Bei jedem Aktivierungsimpuls aus dem Zeitgeber 32 wird der aktuelle Zählerstand des Inkrementalzählers 30 abgefragt. In der Speicherein­ heit 34 wird dann der um den aktuellen Zählerstand Z erhöhte Wert R als neuer Wert R abgelegt; ebenso wird der um eins erhöhte Wert n gespeichert. Aus den neuen Werten von R und n wird dann der Mittelwert M berechnet. Die in dem Subtrahierer 38 berechnete Differenz zwischen dem aktuellen Zählerstand Z des Inkrementalzählers 30 und dem Mittel­ wert M wird dann im Vergleicher 40 mit dem Voreinstellwert F vergli­ chen. Wenn der Voreinstellwert F kleiner ist als die Differenz zwi­ schen Z und M, wird auf eine unkorrekte Sitzposition (OOP) geschlos­ sen. Es erfolgt dann eine Korrektur der Funktion wenigstens einer der Kompenten A, B und C des Rückhaltesystems. Nach einer solchen Korrek­ tur wird der Wert R um den aktuellen Zählerstand Z des Inkrementalzäh­ lers 30 vermindert; ebenso wird der Wert n um eins vermindert. Anschließend erfolgt die nächste Abfrage des Inkrementalzählers 30, in gleicher Weise wie bei negativem Ergebnis der Überprüfung im Verglei­ cher 40.

Claims (12)

1. Gurtaufroller mit einem Rahmen, einer im Rahmen um eine Achse drehbar gelagerten Gurtspule, einer mit der Gurtspule koaxialen Steuerscheibe und einem Untersetzungsgetriebe, das den Drehwinkel der Gurtspule in einen reduzierten Drehwinkel der Steuerscheibe umsetzt, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Gurtspule ein Inkrementalzähler gekoppelt ist, der bei Drehung der Gurtspule je nach deren Drehsinn inkrementiert oder dekrementiert wird und der durch einen der Steuer­ scheibe zugeordneten Sensor abgeglichen wird, so daß der Zählerstand des Inkrementalzählers für den absoluten Drehwinkel der Gurtspule repräsentativ ist.

2. Gurtaufroller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Inkrementalzähler durch einen Inkrementalgeber angesteuert wird, der durch einen mit der Gurtspule drehfesten Inkrementalmaßstab und einen gegenüber dem Inkrementalmaßstab angeordneten rahmenfesten Sensor gebildet ist.

3. Gurtaufroller nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Inkrementalgeber optisch ausgebildet ist.

4. Gurtaufroller nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Inkrementalgeber magnetisch ausgebildet ist.

5. Gurtaufroller nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der der Steuerscheibe zugeordnete Sensor wenigstens eine Aussparung der Steuerscheibe detektiert, die sich in deren Umfangsrichtung erstreckt.

6. Gurtaufroller nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gurtspule einen Drehwinkelbereich aufweist, der im wesentlichen einer Umdrehung der Steuerscheibe entspricht.

7. Gurtaufroller nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Inkrementalgeber außer einem Inkrementsignal ein die Drehrichtung der Gurtspule anzeigendes Vorzeichensignal an den Inkrementalzähler abgibt.

8. Verfahren zum Steuern der Funktion eines Insassen- Rückhaltesystems, das ein Gurtsystem mit einem Gurtaufroller nach einem der vorstehenden Ansprüche und wenigstens eine der folgenden Komponenten aufweist:

• - aufblasbares Schutzkissen,
• - Gurtstraffer,
• - Gurtkraftbegrenzer;

dadurch gekennzeichnet, daß die Funktionen dieser Komponenten in Abhängigkeit vom Zählerstand des Inkrementalzählers gesteuert werden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei wenigstens einer Komponente des Rückhaltesystems, die mehrstufig aus­ gebildet ist, die Aktivierungsstufe durch den Zählerstand des Inkre­ mentalzählers bestimmt wird.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß bei wenigstens einer Komponente des Rückhaltesystems die Funktion selektiv in Abhängigkeit vom Zählerstand des Inkrementalzählers gesperrt wird.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß wenigstens einer der folgenden Parameter in die Steue­ rung der Funktion des Rückhaltesystems einbezogen wird:

• - Insassengewicht,
• - Sitzposition,
• - Position des Gurt-Höhenverstellers,
• - Drehgeschwindigkeit bzw. Drehbeschleunigung der Gurtspule,
• - Drehsinn der Gurtspule.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein über die Zeit gemittelter Zählwert des Inkremental­ zählers gebildet wird und bei einer Abweichung des aktuellen Zähler­ standes von dem gemittelten Zählwert, die ein bestimmtes Maß über­ schreitet, auf eine unkorrekte Sitzposition des Insassen (OOP) geschlossen wird.