DE19957814A1 - Gurtaufrollersystem - Google Patents
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Abstract
Der Gurtaufroller für ein Insassen-Rückhaltesystem enthält einen Rahmen, eine in dem Rahmen drehbar gelagerte Gurtspule, einen an die Gurtspule angekoppelten Elektromotor-Antrieb, einen Sperrmechanismus zur selektiven Blockierung der Gurtspule und einen fahrzeugsensitiven Sensor. Der Sperrmechanismus wird durch einen Aktor betätigt. Eine elektronische Steuereinheit ist mit einer Eingangsschnittstelle und einer Ausgangsschnittstelle versehen. Der fahrzeugsensitive Sensor ist an die Eingangsschnittstelle und der Aktor sowie der Elektromotor-Antrieb an die Ausgangsschnittstelle angeschlossen.
Description
Die Erfindung betrifft einen Gurtaufroller für ein Insassen-
Rückhaltesystem.
Moderne Gurtaufroller sind zusätzlich zu den üblichen gurtband-
und/oder fahrzeugsensitiven Sperrfunktionen mit bedarfsweise vorgese
henen Zusatzfunktionen ausgestattet. Eine dieser Zusatzfunktionen ist
die Sicherung von Lasten oder Kindersitzen durch einen Blockier
zustand, der durch vollständigen Gurtbandabzug und anschließendes
Wiederaufrollen des Gurtbandes eingeschaltet wird. Die Rückschaltung
in den notfallsperrenden Zustand wird durch vollständiges Aufwickeln
des Gurtbandes erreicht. Eine andere Zusatzfunktion ist die Gurttrage
erkennung, wozu die abgezogene Gurtbandlänge ermittelt wird.
Derartige Zusatzfunktionen eines Gurtaufrollers erfordern einen
hohen Aufwand an mechanischen Bauteilen. Besonders aufwendig ist die
Bereitstellung unterschiedlicher Gurtaufrollertypen für die jeweils
angeforderten Zusatzfunktionen.
Durch die Erfindung wird ein neuartiger Gurtaufroller geschaffen,
der bei einem einheitlichen mechanischen Grundaufbau die bedarfsweise
Verwirklichung einer Reihe von Zusatzfunktionen ermöglicht.
Der erfindungsgemäße Gurtaufroller enthält einen Rahmen, eine in
dem Rahmen drehbar gelagerte Gurtspule, einen Sperrmechanismus zur
selektiven Blockierung der Gurtspule und einen fahrzeugsensitiven
Sensor. Zur Betätigung des Sperrmechanismus ist ein Aktor vorgesehen.
Anstelle der herkömmlichen Aufrollfeder ist ein Elektromotor vorgese
hen, der die Gurtspule mit dem jeweils geforderten Aufrollmoment
beaufschlagt. Die Funktionen des Gurtaufrollers werden durch eine
elektronische Steuereinheit gesteuert, die eine Eingangsschnittstelle
und eine Ausgangsschnittstelle aufweist. Der fahrzeugsensitive Sensor
ist an die Eingangsschnittstelle angeschlossen, und der Aktor ist an
die Ausgangsschnittstelle angeschlossen, ebenso wie der Elektromotor.
Mit diesem Grundkonzept sind die Sperr- und Aufrollfunktionen des
Gurtaufrollers leicht an die jeweils gestellten Forderungen anzu
passen, weil lediglich Programmdaten anzupassen sind, nach denen die
elektronische Steuereinheit arbeitet. Ferner können an die Eingangs
schnittstelle der elektronischen Steuereinheit verschiedene Sensoren
angeschlossen werden, deren Ausgangssignale bei der Ansteuerung des
Sperrmechanismus berücksichtigt werden. Ebenso können an die Ausgangs
schnittstelle der elektronischen Steuereinheit weitere Aktoren oder
Stellglieder und dergleichen angeschlossen werden, deren Funktionen in
Abhänigkeit von den Sensorsignalen gesteuert werden, die über die
Eingangsschnittstelle der elektronischen Steuereinheit abgefragt
werden.
Bei der bevorzugten Ausführungsform verfügt der Gurtaufroller
über einen Elektromotor, insbesondere Servomotor, der nicht nur die
Funktion der Aufrollfeder des herkömmlichen mechanischen Gurtauf
rollers übernimmt, sondern auch eine Vorstraffung des Gurtbandes bei
einem drohenden Fahrzeugaufprall gewährleisten kann.
Einer der an die Eingangsschnittstelle angeschlossenen Sensoren
liefert bei der bevorzugten Ausführungsform ein die Gurtspulendrehung
repräsentierendes Inkrementalsignal, vorzugsweise in Kombination mit
einem weiteren, die Drehrichtung anzeigenden Signal. Diese Signale
werden von der elektronischen Steuereinheit durch aufwärts/abwärts-
Zählung ausgewertet, um den absoluten Drehwinkel der Gurtspule und
somit die abgezogene Gurtbandlänge zu bestimmen.
Bei dieser bevorzugten Ausführungsform hat der Gurtaufroller die
folgende Funktionalität, wobei einzelne Funktionen auch nur bei Bedarf
verwirklicht sein können:
- - Kinder/Lastensicherung
- - Gurttrageerkennung
- - Fahrzeugsensitive Sperrung
- - Aufrollfeder
- - Komfortgetriebe
- - Sperrung bei nichtverriegelter Sitzlehne
- - Gurtbandsensitive Sperrung
- - Gurtband-Vorstraffung.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der
folgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsformen und aus den Zeichnun
gen, auf die Bezug genommen wird.
In den Zeichnungen zeigen:
Fig. 1 ein Blockdiagramm einer elektronischen Steuereinheit mit
eingangsseitig daran angeschlossenen Sensoren und ausgangsseitig
angeschlossen einem Aktor und einem Elektromotor;
Fig. 2 eine Perspektivansicht des Gurtaufrollers mit seitlich
angebautem Elektromotor-Antrieb;
Fig. 3 eine Explosionsansicht des Gurtaufrollers mit Elektro
motor-Antrieb;
Fig. 4 eine Seitenansicht des Gurtaufrollers bei abgenommenem
Elektromotor-Antrieb und
Fig. 5 einen Axialschnitt im Bereich des Elektromotor-Antriebs.
Bei dem erfindungsgemäßen Gurtaufrollersystem sind, auf einem
einheitlichen elektromechanischen Grundkonzept aufbauend, zahlreiche
Ausführungsvarianten vorgesehen, die sich in der Funktionalität
voneinander unterscheiden. Die Funktionalität wird im wesentlichen
durch die an die Eingangsschnittstelle der elektronischen Steuer
einheit angeschlossenen Sensoren und durch das fest eingespeicherte
Programm bestimmt, nach dem die Steuereinheit arbeitet.
Bei der bevorzugten Ausführungsform sind Zusatzfunktionen
verwirklicht, die mit herkömmlichen Gurtaufrollern nicht realisierbar
sind. Eine dieser Zusatzfunktionen ist die vorsorgliche Gurtband
straffung in einer kritischen Situation, z. B. einer Vollbremsung. Bei
Verwendung eines sehr leistungsfähigen Elektromotor-Antriebs ist eine
Straffkraft von 250 N oder mehr möglich. Realistisch ist ein Straffweg
von 120 mm oder mehr bei einer Straffzeit von nur etwa 120 ms. Mit
einer solchen Vorstraffung kann die Gurtlose bereits vor einem Unfall
entfernt werden, um das Verletzungsrisiko für Insassen zu minimieren
und den Wirkungsgrad des herkömmlichen, insbesondere pyrotechnischen
Gurtstraffers zu optimieren.
Die Gurtbandvorstraffung kann auch zu dem Zweck eingesetzt
werden, die Sitzposition eines Insassen zu korrigieren, um die Gefahr
von Verletzungen durch aufblasbare Rückhalteeinrichtungen (Airbag) zu
minimieren.
Wenn es im Anschluß an eine Gurtbandvorstraffung wieder zu einem
normalen Fahrzustand kommt, kann die Gurtstraffung rückgängig gemacht
werden.
Andererseits ist nach erfolgter Gurtbandvorstraffung und
anschließender Freigabe eine erneute Gurtbandvorstraffung möglich.
Bei der in den Fig. 2 bis 5 gezeigten Ausführungsform ist der
Elektromotor über einen Zahnriemen mit einem seitlich an der Gurtspule
angeschlossenen Zahnrad gekoppelt, dessen Durchmesser größer ist als
der des Antriebsritzels des Elektromotors. Der Zahnriemen wird durch
einen Riemenspanner lastabhängig unter Spannung gesetzt. Im Normal
betrieb ist die Riemenspannung gering, so daß der Antrieb extrem
geräuscharm und verschleißarm arbeitet. Bei der Gurtbandstraffung wird
die Riemenspannung erhöht, um eine Kraftübertragung ohne Überspringen
der Zähne zu gewährleisten. Zugleich wird ein optimaler Spiel- und
Toleranzausgleich erzielt.
Der verwendete Elektromotor ist vorzugsweise ein verschleißarmer
bürstenloser Vier-Phasen-Motor. Durch eine bifilare Statorwicklung
werden niedrige Kommutierverluste erzielt. Durch die Verwendung eines
Motors mit Außenläufer ergibt sich eine kompakte Bauform. Der Außen
läufer trägt vorzugsweise einen 14-poligen Neodym-Magnetring, wodurch
bei kompakter Bauform ein hohes Antriebsmoment erreicht werden kann,
insbesondere im kurzzeitigen Überlastbetrieb. Zwei Hall-Sensoren
liefern die Rotorlage, die Drehrichtung und daraus die Gurtbandaus
zugslänge.
Der Sperrmechanismus des Gurtaufrollers besteht aus einem Loch
kranz am Gurtspulenflansch und einem am Rahmen des Aufrollers axial
verschiebbar sowie federbelastet gelagerten Raststift, der selektiv in
den Löchern des Lochkranzes der Gurtspule verrastet wird. Das Ein
greifen des Raststiftes in den Löchern des Lochkranzes wird durch
daran angrenzende Einlaufschrägen erleichtert. Der Raststift wird
durch einen Elektromagnet in der inaktivierten Ruhestellung gehalten.
Im stromlosen Zustand wird der Raststift durch die Federbelastung in
die Sperrstellung bewegt.
Die in Fig. 1 gezeigte Steuerelektronik erfüllt insbesondere
folgende Aufgaben:
- - Motorkommutierung;
- - Drehmomentsteuerung;
- - Überlastschutz;
- - Ansteuerung der Gurtspulenentriegelung;
- - Steuerung aller Komfort- und Sicherheitsfunktionen;
- - kontinuierliche Berechnung der aktuellen Gurtauszugslänge über den absoluten Drehwinkel der Gurtspule;
- - Eingangssignale der verschiedenen angeschlossenen Sensoren diskret und über ein angeschlossenes Bussystem (CAN);
- - schneller 8-bit-Controller mit Idle-Mode und integriertem EEPROM;
- - Stator auf der Leiterplatte integriert.
Bei der bevorzugten Ausführungsform eines Insassen-Rückhalte
systems für Fahrzeuge haben alle Gurtaufroller denselben elektromecha
nischen Grundaufbau und unterscheiden sich nur in ihrer Funktionali
tät, die im wesentlichen durch die in der elektronischen Steuereinheit
enthaltenen Programmdaten bestimmt wird. So ist beispielsweise die
Funktionalität der vorderen Gurtaufroller verschieden von der der
hinteren Gurtaufroller. Die elektronischen Steuereinheiten aller Gurt
aufroller können an einem gemeinsamen Zentralsensor angeschlossen
sein.
Claims (16)
1. Gurtaufroller für ein Insassen-Rückhaltesystem, mit:
- - einem Rahmen;
- - einer in dem Rahmen drehbar gelagerten Gurtspule;
- - einem Sperrmechanismus zur selektiven Blockierung der Gurtspule;
- - einem fahrzeugsensitiven Sensor;
- - einem Aktor zur Betätigung des Sperrmechanismus;
- - einem Elektromotor, durch den die Gurtspule antreibbar ist;
- - einer elektronischen Steuereinheit, die eine Eingangsschnittstelle und eine Ausgangsschnittstelle aufweist;
2. Gurtaufroller nach Anspruch 1, mit einem der Steuereinheit
zugeordneten Speichermodul, in dem wenigstens ein Teil der die
Funktionalität der Steuereinheit bestimmenden Programmdaten
gespeichert ist.
3. Gurtaufroller nach Anspruch 1, bei dem der Aktor durch einen
Elektromagnet gebildet ist, der eine Sperrklinke des Sperrmechanismus
ansteuert.
4. Gurtaufroller nach Anspruch 3, bei dem die Steuereinheit den
Elektromotor bei einer auf einen bevorstehenden Fahrzeugaufprall
hinweisenden Konstellation der Signale von mehreren an die
Eingangsschnittstelle angeschlossenen Sensoren im Sinne einer
Gurtbandstraffung ansteuert.
5. Gurtaufroller nach Anspruch 3 oder 4, bei dem der Elektromotor ein
bürstenloser Vier-Phasen-Gleichstrom-Motor ist.
6. Gurtaufroller nach einem der Ansprüche 3 bis 5, bei dem der
Elektromotor eine bifilare Statorwicklung aufweist.
7. Gurtaufroller nach einem der Ansprüche 3 bis 6, bei dem der
Elektromotor einen Außenläufer mit einem Neodym-Magnetring aufweist.
8. Gurtaufroller nach Anspruch 7, bei dem der Elektromotor einen 14-
poligen Außenläufer aufweist.
9. Gurtaufroller nach einem der Ansprüche 3 bis 8, bei dem der
Elektromotor durch einen Zahnriemen mit der Gurtspule gekoppelt ist.
10. Gurtaufroller nach Anspruch 9, bei dem der Zahnriemen ein
Antriebsritzel des Elektromotors mit einem seitlich an der Gurtspule
angeschlossenen Zahnrad größeren Durchmessers als das Antriebsritzel
koppelt.
11. Gurtaufroller nach Anspruch 10, bei dem der Elektromotor seitlich
an einen Schenkel des Rahmens angesetzt ist.
12. Gurtaufroller nach Anspruch 11, bei dem der Elektromotor mit einer
Leiterplatte, auf der eine elektronische Ansteuerschaltung mit
Leistungs-Halbleiterelementen aufgebaut ist, zu einer Baugruppe
zusammengefaßt ist.
13. Gurtaufroller nach einem der Ansprüche 3 bis 12, mit dem
Elektromotor zugeordneten Sensoren, aus deren Signalen ein der
abgezogenen Gurtbandlänge entsprechender absoluter Drehwinkel der
Gurtspule durch die Steuereinheit bestimmbar ist.
14. Gurtaufroller nach einem der Ansprüche 4 bis 13, bei dem die
Steuereinheit zur Ansteuerung des Elektromotors wenigstens eines und
vorzugsweise mehrere der folgenden Sensor-Signale berücksichtigt:
- - ABS-Signal,
- - Bremsdruck-Signal,
- - Beschleunigungs-Signal,
- - Fahrzeug-Geschwindigkeits-Signal,
- - Motordrehzahl-Signal,
- - Gurtkraft-Signal,
- - Absoluter Gurtspulen-Drehwinkel.
15. Gurtaufroller nach Anspruch 13 oder 14, bei dem die
Steuereinheit die Gurtspule über den Elektromotor mit einem
permanenten Aufrollmoment beaufschlagt, dessen Wert über den absoluten
Drehwinkel der Gurtspule variabel ist.
16. Insassen-Rückhaltesystem für Fahrzeuge, mit mehreren
Gurtaufrollern nach einem der vorstehenden Ansprüche, worin die
Funktionalität eines jeden Gurtaufrollers durch die in dem
Programmspeicher der jeweiligen Steuereinheit eingespeicherten
Programmdaten bestimmt ist.
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