DE60208253T2

DE60208253T2 - Sicherheitsgurt- Retraktor

Info

Publication number: DE60208253T2
Application number: DE60208253T
Authority: DE
Inventors: Cornelius Peter
Original assignee: BCS Automotive Interface Solutions GmbH
Current assignee: BCS Automotive Interface Solutions GmbH
Priority date: 2001-03-08
Filing date: 2002-02-25
Publication date: 2006-08-17
Anticipated expiration: 2022-02-26
Also published as: JP3813518B2; DE60208253D1; EP1238873A3; DE10111323A1; US20020125360A1; ES2256346T3; US6676056B2; EP1238873B1; EP1238873A2; JP2002321597A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Sicherheitsgurtaufroller mit einem Aufrollerrahmen, einer im Rahmen drehbar gelagerten Gurtspule, einem elektrischen Antriebsmotor und einem Untersetzungsgetriebe, durch das der Elektromotor an die Gurtspule gekoppelt ist.
Herkömmliche Sicherheitsgurtaufroller haben eine Aufrollfeder, die zur Beaufschlagung der Gurtspule in Aufwickelrichtung permanent zwischen dem Rahmen und der Gurtspule in Eingriff ist. Die Aufrollfeder muss so bemessen sein, dass sie Reibungswiderstände von verschiedenen Quellen wie etwa Umlenkringen und Kleidungsstücken von Insassen, über die das Gurtband gleitet, überwindet, wodurch sichergestellt ist, dass der Gurt im wesentlichen keine Gurtlose aufweist. Andererseits ist der Gurtzug dem Komfort abträglich; dies ist nämlich einer der Gründe dafür, sich nicht anzuschnallen. Zur Erhöhung des Komforts sind komplizierte Mechanismen zur Verringerung des Gurtzuges über einen begrenzten Bereich der von der Spule abgezogenen Gurtbandlänge entwickelt worden.
Eine weitere Vorgehensweise besteht darin, die Aufrollfeder durch einen elektrischen Antriebsmotor zu ersetzen. Der elektrische Antriebsmotor lässt sich leicht so steuern, dass er unter allen Umständen, zu denen auch die Vorkollisionsstraffung des Sicherheitsgurtes gehört, den geeigneten Gurtzug herstellt. Im Falle eines Stromausfalls ist jedoch keine Aufrollfunktion verfügbar, und die Sicherheitsgurte sind nicht benutzbar und lassen sich auch nicht durch Aufwickeln auf ihre Gurtspulen verstauen.
In der JP-A-58139844 ist ein Sicherheitsgurtaufroller mit einem Aufrollerrahmen, einer im Rahmen drehbar gelagerten Gurtspule, einem elektrischen Antriebsmotor, einem Untersetzungsgetriebe, durch das der Elektromotor permanent mit der Gurtspule verbunden ist, und einer Aufrollfeder beschrieben, die wirkungsmäßig zwischen dem Rahmen und der Gurtspule angeordnet ist und die Gurtspule permanent mit einem Aufrollmoment beaufschlagt, wobei der Elektromotor so gesteuert ist, dass er die Aufrollfeder unterstützt.
In der GB-A-2 345 890 ist ein Sicherheitsgurtaufroller mit einem Grundrahmen, einer über Lagerzapfen an dem Grundrahmen angeordneten Gurtbandspule, einer Rückholfeder, die das Gurtband durch ihre Rückholkraft aufwickelt, und einem Motor mit Drehzahlverringerungsmechanismus offenbart, der das Gurtband bei geringer Drehzahl aufwickelt, um das Gurtband an den Körper eines Insassen anzupassen, wobei der Drehzahlverringerungsmechanismus ein Zahnrad mit einem vorbestimmten Untersetzungsverhältnis aufweist. In dieser Druckschrift ist ferner ein Untersetzungsgetriebe mit einem Treibriemen an sich erwähnt, mit dem das Drehmoment von der Motorwelle zu einer Abtriebswelle wie etwa einer Welle, die das Gurtband aufwickelt, übertragen wird.
Die DE-A-31 49 573 schlägt einen Sicherheitsgurtaufroller vor, bei dem die Gurtspule permanent durch eine Aufrollfeder beaufschlagt ist, während zusätzlich ein Elektroantrieb so angeschlossen sein kann, dass er der Aufrollfeder entgegenwirkt, um den Gurt-Tragekomfort zu erhöhen und die nötige Gurtauszugskraft zu verringern.
In der EP-A-0 893 313 ist ein Sicherheitsgurtaufroller beschrieben, bei dem zwischen einem Elektromotor und einem Drehelement, an dem ein Ende einer Aufrollfeder für eine Gurtspule befestigt ist, ein Gurtantrieb angeordnet ist. So kann die Kraft der Aufrollfeder, die auf die Gurtspule wirkt, eingestellt werden.
Die vorliegende Erfindung schafft einen Sicherheitsgurtaufroller mit einem elektrischen Antriebsmotor, bei dem selbst im Falle eines Stromausfalls eine Aufrollfunktion verfügbar ist. Erfindungsgemäß umfasst der Gurtaufroller einen Aufrollerrahmen, eine in dem Rahmen drehbar gelagerte Gurtspule, einen elektrischen Antriebsmotor und ein Riemen-Untersetzungsgetriebe mit einem Zahnriemen, durch das der Elektromotor permanent mit der Gurtspule verbunden ist. Eine Aufrollfeder ist wirkungsmäßig zwischen dem Rahmen und der Gurtspule angeordnet und beaufschlagt die Gurtspule permanent mit einem Aufrollmoment.
Der Elektromotor ist so gesteuert, dass er der Aufrollfeder entweder entgegenwirkt oder sie unterstützt. Bei einem Stromausfall muss die Aufrollfeder die Gurtspule antreiben und gleichzeitig den Elektromotor über das Untersetzungsgetriebe, das nun als Übersetzungsgetriebe ins Schnelle wirkt, mitdrehen. Als erste Voraussetzung muss das Untersetzungsgetriebe reversibel sein, d.h. es muss in beide Richtungen Drehung übertragen. Eine zweite Voraussetzung ist, dass das Untersetzungsgetriebe einen hohen Wirkungsgrad aufweisen sollte, um dadurch die erforderliche Federkraft zu begrenzen. Ein Riemengetriebe erfüllt naturgemäß beide Voraussetzungen.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine von der Gurtspule abgezogene Gurtbandlänge erfasst. Die abgezogene Gurtbandlänge wird zur Unterscheidung zwischen einem Gurt-Tragezustand und einem Gurt-Ablegezustand mit vorbestimmten Schwellenwerten verglichen. Der Elektromotor wird im Tragezustand mit Strom einer ersten Polarität angetrieben und ist so eingestellt, dass er für einen entsprechenden Gurt-Tragekomfort der Aufrollfeder entgegenwirkt, und wird im Ablegezustand mit Strom einer zweiten, entgegengesetzten Polarität angetrieben und ist zum vollständigen Aufrollen des Gurtbandes auf die Gurtspule eingestellt. Auf diese Weise kann der Gurtzug nach einer anfänglichen Straffung zur Entfernung einer übermäßigen Gurtlose für einen optimalen Komfort eingestellt werden und im Ablegezustand in Kombination mit der Aufrollfeder zum sicheren Aufrollen des Gurtbandes auf die Gurtspule erhöht werden. Die Aufrollfeder ist so dimensioniert, dass sie im gesamten Gurtsystem einschließlich des Untersetzungsgetriebes und des Elektromotors den Reibungswiderstand und die Massenträgheit überwindet.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform unter Bezugnahme auf die Zeichnungen; darin zeigen:
1 eine Ansicht eines Sicherheitsgurtaufrollers im Schnitt;
2 ein Blockdiagramm einer elektronischen Steuereinheit; und
3 ein Diagramm der Gurtkräfte über die abgezogene Gurtbandlänge.
Der Sicherheitsgurtaufroller in 1 hat einen Rahmen 10 mit zwei einander gegenüberliegenden Wänden 10a, 10b, zwischen denen eine Gurtspule 12 drehbar gelagert ist. Die Wand 10b des Rahmens 10 hat einen Fortsatz 10c, an dem ein elektrischer Antriebsmotor 14 angebracht ist. Der Elektromotor 14 weist einen Stator 16 auf, der von einer Lagerbuchse 18 gehalten ist, die mit einem axialen Ende in einer Öffnung des Fortsatzes 10c der Wand befestigt ist. Der Elektromotor 14 weist einen Außenläufer 20 auf, der mit einer Welle 22 verbunden ist, die drehbar in der Lagerbuchse 18 gelagert ist und sich axial durch diese hindurch erstreckt. Die Welle 22 hat ein Abtriebsende, das aus der Lagerbuchse 18 ragt, wobei ein Ritzel 24 drehfest damit verbunden ist. Mit einem axialen Ende der Gurtspule 12 ist ein Zahnrad 26 mit Außenverzahnung drehfest verbunden. Ein Zahnriemen 28 ist um das Ritzel 24 und das Zahnrad 26 geführt. Der Außendurchmesser des Rades 26 ist viel größer als der des Ritzels 24, wodurch ein Riemen-Untersetzungsgetriebe gebildet ist, durch das der Elektromotor 14 mit der Gurtspule 12 gekoppelt ist.
Das Rad 26 hat einen ringförmigen Hohlraum zur Bildung eines Federkäfigs für die Aufnahme einer spiralförmigen Aufrollfeder 30. Die Aufrollfeder 30 ist mit einem äußeren Ende mit dem Rad 26 verbunden und mit einem inneren Ende mit einer zylindrischen Hülse 32 verbunden, die in einer Öffnung in der Wand 10b des Rahmens 10 angebracht ist. Die Hülse 32 weist ein Lager auf, mit dem die Spule 12 drehbar am Rahmen 10 gelagert ist.
Auf ihrer dem Rad 26 gegenüberliegenden axialen Seite hat die Gurtspule 12 ein axiales Ende, das mit einem Sperrrad 34 starr verbunden ist, welches mit einer von einem Elektromagneten 38 angesteuerten Sperrklinke 36 zusammenwirkt.
Eine Leiterplatte 40 ist mit einer elektrischen Steuereinheit bestückt, die eine Anzahl elektronischer Bauelemente wie etwa einen Kondensator 42, Leistungs-Feldeffekttransistoren 44 und eine einen Mikroprozessor beinhaltende integrierte Schaltung aufweist. Die Leiterplatte 40 erstreckt sich parallel zum Wandfortsatz 10c und ist von diesem geringfügig beabstandet.
Über dem Rad 26, dem Riemen 28, dem Ritzel 24 und teilweise über den Bauelementen der elektronischen Steuerschaltung ist eine langgestreckte Abdeckung 50 angebracht, die am Rahmen 10 befestigt ist. Über dem Elektromotor 14 ist eine Haube 52 angebracht, die auch am Rahmen 10 befestigt ist, damit mit der Abdeckung 50 eine durchgehende Umhüllung gebildet ist, in der der Elektromotor, die elektronische Steuereinheit und das Riemen-Untersetzungsgetriebe aufgenommen sind. Eine weitere Abdeckung 54 ist über dem aus Sperrrad 34, Klinke 36 und Elektromagnet 38 gebildeten Sperrmechanismus angebracht.
Die in 2 gezeigte elektronische Steuereinheit weist einen Mikroprozessor 60 mit einer Anzahl von Eingängen und Ausgängen auf. Ausgänge des Mikroprozessors 60 sind an eine Treiberschaltung 62 angeschlossen, deren Ausgänge wiederum an Steuer-Gateanschlüsse der Leistungs-Feldeffekttransistoren 44a, 44b, 44c bzw. 44d angeschlossen sind. Die Leistungs-FETs 44a–44d steuern jeweils eine Wicklung 46a, 46b, 46c bzw. 46d des Stators 16 an. Stromrichtungs-Widerstände R1, R2 sind mit den Wicklungen des Stators 16 in Reihe geschaltet. Jeder der Stromrichtungs-Widerstände R1, R2 liefert einen Spannungsabfall, der den Stromfluss durch die Wicklungen des Elektromotors 14 anzeigt und über einen Eingabetreiber 64 an zwei Eingänge des Mikroprozessors 60 angelegt wird. Zwei Hall-Detektoren H1, H2 sind an ansprechende Eingänge des Mikroprozessors 60 angeschlossen. Die Hall-Detektoren H1, H2 sind dem Läufer 20 des Elektromotors 14 zugeordnet und erfassen Drehstellungen des Läufers 20. Durch die Erfassung von Drehstellungen des Läufers 20 steuert der Mikroprozessor 60 einerseits die Kommutierung des Elektromotors 14 und zählt andererseits inkrementelle Drehschritte, um so den absoluten Drehwinkel der Gurtspule 12 und damit die von der Gurtspule 12 abgezogene Gurtbandlänge zu verfolgen. Ein weiterer Eingang des Mikroprozessors 60 ist mit einem Vor-Kollisionssensor 66 verbunden, der dort im Fahrzeug angebracht ist, wo der Sicherheitsgurtaufroller eingebaut ist.
Unter Bezugnahme auf 3 wird nun der Betrieb des Sicherheitsgurtaufrollers erläutert. In 3 zeigt die Linie S die Kraft, die permanent durch die Aufrollfeder 30 entsteht und als Gurtstraffkraft auftritt. Die Gurtstraffkraft ist von der von der Gurtspule 12 abgezogenen Gurtbandlänge abhängig. Diese Kraft steigt von einem anfänglichen Wert von 5 N (vollständig aufgerollter Gurt) auf einen Wert von über 10 N (mehr als 1.000 mm abgezogene Gurtbandlänge) an. Jede vom Elektromotor 14 entwickelte Kraft wird je nach dem Vorzeichen des vom Motor 14 über das Riemen-Untersetzungsgetriebe auf die Gurtspule 12 übertragenen Drehmoments entweder zu der von der Aufrollfeder 30 entwickelten Kraft hinzugefügt oder von dieser abgezogen. Die entstehende Gurtstraffkraft ist diejenige, die vom Insassen, der den Sicherheitsgurt trägt, empfunden wird, und ist auch diejenige, die für das Aufwickeln von Gurtband auf die Gurtspule 12 zuständig ist.
Bei der bevorzugten Ausführungsform ist ein erstes, relativ hohes Niveau des Gurtzuges über die von der Gurtspule 12 abgezogene Gurtbandlänge im wesentlichen konstant, wie durch die Linie (1) in 3 angegeben. Das erste Niveau (1) wird zum Aufrollen des Gurtbandes auf die Spule 12 verwendet. Es entsteht aus den kombinierten Kräften der Aufrollfeder 30 und des Motors 14, wobei die vom Motor 14 entwickelte Kraft durch die Linie M(1) in 3 angegeben ist. Die Kraft M(1) liegt zunächst in der Größenordnung von 2 N (vollständig aufgerolltes Gurtband), nimmt nach Abzug einer geringen Gurtbandlänge (ungefähr 300 mm in 3) auf 0 ab, wechselt das Vorzeichen und erreicht negative Werte, mit denen die von der Aufrollfeder 30 entwickelten, steigenden Kräfte ausgeglichen werden. Ein zweites, relativ niedriges Niveau des Gurtzuges ist ebenfalls über die von der Gurtspule 12 abgezogene Gurtbandlänge im wesentlichen konstant, wie durch die Linie (2) in 3 angegeben. Das zweite Niveau (2) wird angewendet, nachdem der Insasse den Sicherheitsgurt angelegt hat, und ist für Komfort dimensioniert. Es entsteht ebenfalls aus den kombinierten Kräften der Aufrollfeder 30 und des Motors 14, wobei die vom Motor 14 entwickelte Kraft durch die Linie M(2) in 3 angegeben ist. Die Kraft M(2) ist anfänglich negativ, in der Größenordnung von –1 N (vollständig aufgerolltes Gurtband) und nimmt stetig auf höhere negative Werte zu, um die von der Aufrollfeder 30 entwickelten, steigenden Kräfte auszugleichen. Das Umschalten zwischen dem ersten und dem zweiten Niveau (1) und (2) wird vom Mikroprozessor 60 je nach der von der Gurtspule 12 abgezogenen Gurtbandlänge gesteuert, wie sie durch die Zählung inkrementeller Drehschritte des Motors 14 und Vergleichen der aktuellen Gurtbandlänge mit vorbestimmten Schwellen festgestellt wird.
Ein drittes, viel höheres Gurtstraffkraftniveau (in 3 nicht gezeigt) wird in einem Vor-Kollisionsfall angewendet, der vom Vor-Kollisionssensor 66 gemeldet wird.
Im Falle eines Stromausfalls liefert die Aufrollfeder 30 noch immer eine Aufwickelkraft gemäß der Linie S in 3, die aufgrund von Reibungsverlusten im Riemen-Untersetzungsgetriebe lediglich etwas vermindert ist. Die Aufrollfeder 30 ist so dimensioniert, dass sie unter allen Umständen eine ausreichende Aufwickelkraft bereitstellt, damit das Gurtband sicher auf die Gurtspule 12 aufgerollt wird.

Claims

Sicherheitsgurtaufroller mit einem Aufrollerrahmen, einer im Rahmen drehbar gelagerten Gurtspule, einem elektrischen Antriebsmotor, einem Riemen-Untersetzungsgetriebe mit einem Zahnriemen, durch das der Elektromotor permanent mit der Gurtspule verbunden ist, und einer Aufrollfeder, die wirkungsmäßig zwischen dem Rahmen und der Gurtspule angeordnet ist und die Gurtspule permanent mit einem Aufrollmoment beaufschlagt, wobei der Elektromotor so gesteuert ist, dass er der Aufrollfeder entweder entgegenwirkt oder sie unterstützt.
Sicherheitsgurtaufroller nach Anspruch 1, bei dem die Aufrollfeder so dimensioniert ist, dass sie bei ausgefallenem Elektromotor die Gurtspule antreibt und gleichzeitig den Elektromotor über das Riemengetriebe mitdreht.
Sicherheitsgurtaufroller nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem eine von der Gurtspule abgezogene Gurtbandlänge erfasst wird, die abgezogene Gurtbandlänge zur Unterscheidung zwischen einem Gurt-Tragezustand und einem Gurt-Ablegezustand mit vorbestimmten Schwellenwerten verglichen wird, und der Elektromotor im Tragezustand mit Strom einer ersten Polarität angetrieben wird und so eingestellt ist, dass er für einen entsprechenden Gurt-Tragekomfort der Aufrollfeder entgegenwirkt, und im Ablegezustand mit Strom einer zweiten, entgegengesetzten Polarität angetrieben wird und zum vollständigen Aufrollen des Gurtbandes auf die Gurtspule eingestellt ist.
Sicherheitsgurtaufroller nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem der Elektromotor durch eine elektronische Steuereinheit angesteuert ist, die einen Eingang für einen Vor-Kollisionssensor hat, und die elektronische Steuereinheit den Elektromotor zur Vorstraffung des Sicherheitsgurtes mit einem maximalen Aufrollmoment ansteuert.
Sicherheitsgurtaufroller nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das Riemengetriebe ein mit der Gurtspule drehfest verbundenes Zahnrad aufweist, wobei das Zahnrad einen Federkäfig bildet und die Aufrollfeder eine im Federkäfig aufgenommene Spiralfeder ist.
Sicherheitsgurtaufroller nach Anspruch 5, bei dem die Spiralfeder ein erstes, mit dem Zahnrad verbundenes äußeres Ende und ein zweites, mit einer Lagerbuchse verbundenes inneres Ende hat, die am Aufrollerrahmen befestigt ist und das Zahnrad und die damit starr verbundene Gurtspule an einem ersten axialen Ende der Gurtspule drehbar lagert.
Sicherheitsgurtaufroller nach Anspruch 6, der ferner einen Sperrmechanismus umfasst, mit dem die Gurtspule gezielt am Aufrollerrahmen blockiert wird, wobei der Sperrmechanismus an einem zweiten axialen Ende der Gurtspule angeordnet ist.
Sicherheitsgurtaufroller nach Anspruch 3, bei dem eine aus kombinierten Kräften der Aufrollfeder und des Elektromotors entstehende Gurtstraffkraft über einen Bereich der von der Gurtspule abgezogenen Gurtbandlänge, die einem Gurt-Tragezustand entspricht, auf einem ersten, relativ niedrigen Niveau im wesentlichen konstant ist.
Sicherheitsgurtaufroller nach Anspruch 3, bei dem eine aus kombinierten Kräften der Aufrollfeder und des Elektromotors entstehende Gurtstraffkraft über einen Bereich der von der Gurtspule abgezogenen Gurtbandlänge, die einem Gurt-Aufrollzustand entspricht, auf einem zweiten, relativ hohen Niveau im wesentlichen konstant ist.