ES2158832T3 - Sistema retractor de cinturon. - Google Patents
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Abstract
Arrollador de cinturón para sistema de retención de ocupantes, con: - un bastidor; - una bobina de cinturón montada de forma giratoria en el bastidor; - un mecanismo de bloqueo para el bloqueo selectivo de la bobina del cinturón; - un sensor sensible al vehículo; - un accionador para la activación del mecanismo de bloqueo; - un motor eléctrico, por medio del cual se puede accionar la bobina del cinturón; - una unidad de control electrónico, que presenta un punto de intersección de entrada y un punto de intersección de salida; donde el sensor sensible al vehículo está conectado en el punto de intersección de entrada y el accionador así como el motor eléctrico están conectados en el punto de intersección de salida.
Description
Sistema retractor de cinturón.
La invención se refiere a un enrollador de correa
para un sistema de retención de ocupantes.
Los enrolladores de correa modernos no solamente
están equipados con las funciones de bloqueo usuales, sensibles a la
correa y/o al vehículo sino también con funciones adicionales
previstas según las necesidades. Una de estas funciones adicionales
es el aseguramiento de cargas o asientos para niños mediante una
situación de bloqueo que se conecta desenrollando totalmente la
correa y volviendo a continuación a enrollar la correa. La vuelta a
la situación para bloqueo en casos de emergencia se consigue
enrollando completamente la correa. Otra función adicional es la
identificación de la carga de la correa, para lo cual se determina
la longitud de correa que ha sido desenrollada.
Esta clase de funciones adicionales de un
enrollador de correa exigen un gran volumen de componentes
mecánicos. Especialmente costoso resulta el disponer de diferentes
tipos de enrolladores de correas para las funciones adicionales
pedidas en cada
caso.
caso.
La patente DE 196 36 448 A1 describe un
dispositivo de enrollado de un cinturón de seguridad, en el sentido
del preámbulo de la reivindicación 1 para un sistema de retención
de ocupantes de vehículos. En función de la evaluación de las
señales de un sensor, una CPU controla un motor eléctrico. La
rotación del motor eléctrico se transmite a través de un embrague
reductor con varios engranajes al eje de enrollado del cinturón de
seguridad.
La patente EP 0 893 313 A2 describe un
dispositivo para enrollar un cinturón de seguridad, donde en función
de determinadas situaciones de marcha se hacen actuar unos pares de
giro ajustables sobre el eje de enrollado. Para ello hay un
reductor dispuesto entre un motor eléctrico y el eje de enrollado.
El reductor se lleva a diferentes posiciones de cambio mediante las
cuales se provoca a elección una variación de la fuerza elástica de
un muelle impulsor. La selección de las diferentes posiciones de
cambio del reductor se realiza por medio de un sistema central de
evaluación y mando, que evalúa las correspondientes señales de un
sensor.
Mediante la invención se crea un nuevo tipo de
enrollador de correa donde con una disposición mecánica unitaria
básica pueden realizarse según necesidad una serie de funciones
adicionales.
El enrollador de correa objeto de la invención
comprende un bastidor, un carrete de correa que apoya giratorio en
el bastidor, un mecanismo de bloqueo para el bloqueo selectivo del
carrete de la correa y un sensor sensible al vehículo. Para
accionar un mecanismo de bloqueo está previsto un actuador. En lugar
del muelle convencional del enrollador está previsto un motor
eléctrico que aplica al carrete de la correa el par de enrollado
exigido en cada caso. Las funciones del enrollador de la correa se
controlan desde una unidad de mando electrónica, que tiene un
interfaz de entrada y un interfaz de salida. El sensor sensible al
vehículo está conectado al interfaz de entrada y el actuador está
conectado al interfaz de salida, igual que el motor eléctrico. Con
este concepto básico se pueden adaptar con facilidad las funciones
de bloqueo y enrollado del enrollador de la correa a las exigencias
planteadas en cada caso, ya que simplemente es preciso adaptar los
datos del programa según aquellos con los que trabaja la unidad de
mando electrónica. Además se pueden conectar al interfaz de entrada
de la unidad de mando electrónica diferentes sensores cuyas señales
de salida se tienen en cuenta para la activación del mecanismo de
bloqueo. También se pueden conectar al interfaz de salida de la
unidad de mando electrónica otros actuadores o elementos de ajuste
y similares, cuyas funciones se controlan en función de las señales
de los sensores que se consultan a través del interfaz de entrada
de la unidad de mando electrónica.
El enrollador de correa objeto de la invención se
caracteriza porque el actuador está formado por un electroimán que
activa un trinquete de bloqueo del mecanismo de bloqueo. Igualmente
porque el motor eléctrico está acoplado al carrete de la correa por
medio de una correa dentada, donde la correa dentada acopla un piñón
de accionamiento del motor eléctrico con una polea de correa
dentada unida lateralmente al carrete de la correa, de diámetro
mayor que el del piñón de accionamiento. El motor eléctrico va
apoyado sobre una placa base situada lateralmente en un brazo del
bastidor con un movimiento basculante limitado, y la correa dentada
se puede apretar contra una polea tensora apoyada en un brazo del
bastidor en un tramo entre la polea de la correa dentada y el piñón
de accionamiento, girando para ello la placa base.
En la forma de realización preferida, el
enrollador de la correa dispone de un motor electrónico, en
particular un servomotor, que no solamente asume la función del
muelle de enrollado del enrollador de correa mecánico convencional
sino que puede asegurar también una tensión inicial de la correa en
caso de una amenaza de colisión del vehículo.
En la forma de realización preferida, uno de los
sensores conectados al interfaz de entrada suministra una señal
incremental que representa un giro del carrete de la correa,
preferentemente en combinación con otra señal que indica el sentido
de giro. Estas señales son evaluadas por la unidad de mando
electrónica mediante recuento ascendente/descendente para
determinar el ángulo de giro absoluto del carrete de la correa y
por lo tanto la longitud de correa que ha sido desenrollada.
En esta forma de realización preferida, el
enrollador de correa cumple las siguiente funciones, donde algunas
determinadas funciones pueden estar realizadas únicamente en caso
de necesidad:
- Aseguramiento de niños/cargas
- Identificación de la carga de la correa
- Bloqueo sensible al vehículo
- Muelle de enrollado
- Reductor confortable
- Bloqueo cuando no está bloqueado el
respaldo
- Bloqueo sensible a la correa
- Tensión inicial de la correa
En el sistema enrollador de correa objeto de la
invención están previstas numerosas variantes de realización,
basadas en un concepto básico electromecánico unitario, que se
diferencian entre sí en su funcionalidad. La funcionalidad viene
determinada esencialmente por los sensores conectados al interfaz de
entrada del interfaz de mando electrónico y por el programa
memorizado fijo según el cual trabaja la unidad de mando.
En la forma de realización preferida se han
realizado funciones adicionales que no se pueden conseguir con los
enrolladores de correa convencionales. Una de estas funciones
adicionales es el tensado preventivo de la correa en una situación
crítica, por ejemplo, en un frenado en seco. Al utilizar un
accionamiento por motor eléctrico de gran potencia puede obtenerse
una fuerza de tensado de 250 N o superior. De manera realista, es
una carrera de tensado de 120 mm o superior, en un tiempo de
tensado de sólo unos 120 ms. Con este tensado previo se puede
eliminar la holgura de la correa antes de un accidente para reducir
al mínimo el riesgo de lesiones para el ocupante y optimizar el
grado de rendimiento del tensor de correa convencional,
especialmente el pirotécnico.
El tensado previo de la correa también puede
emplearse con la finalidad de corregir la posición de asiento de un
ocupante con el fin de reducir al mínimo el riesgo de lesiones al
inflarse los sistemas de retención (airbag).
Cuando a continuación de una tensión previa de la
correa vuelve a producirse un estado de marcha normal se puede
anular el tensado de la correa.
Por otra parte, una vez efectuado el tensado
previo de la correa y la subsiguiente liberación es posible
efectuar un nuevo tensado previo de la correa.
En la forma de realización preferida, la correa
dentada se tensa mediante un tensor de correa en función de la
carga. Durante el funcionamiento normal, la tensión de la correa
dentada es pequeña de manera que el accionamiento trabaja sumamente
silencioso y sin desgaste. Al tensar la cinta de la correa aumenta
la tensión de la correa dentada para asegurar la transmisión de la
fuerza sin que se produzca el salto de dientes. Al mismo tiempo se
consigue una compensación óptima de holguras y tolerancias.
El motor eléctrico empleado es preferentemente un
motor de cuatro fases sin escobillas de bajo desgaste. Mediante el
arrollamiento bifilar del estátor se logran unas pérdidas de
conmutación reducidas. Al emplear un motor con rótor exterior se
obtiene una forma de construcción compacta. El rótor exterior lleva
preferentemente un anillo magnético de neodimio de 14 polos, con lo
cual se puede conseguir un par de accionamiento grande con una
forma de construcción compacta, especialmente durante el
funcionamiento de corta duración en régimen de sobrecarga. Dos
sensores Hall suministran la posición del rótor, el sentido de giro
y a partir de ahí la longitud de correa desenrollada.
El mecanismo de bloqueo del enrollador de la
correa consta de una corona perforada en la pestaña del carrete de
la correa y una espiga de enclavamiento alojada desplazable
axialmente en el bastidor del enrollador y sometida a la carga de
un muelle, que se enclava de forma selectiva en los agujeros de la
corona del carrete de la correa. El acoplamiento de la espiga de
enclavamiento en los agujeros de la corona de agujeros se facilita
por los chaflanes de entrada realizados. La espiga de enclavamiento
se mantiene en la posición de reposo inactivada por medio de un
electroimán. En situación sin corriente, la espiga de enclavamiento
se desplaza a la posición de bloqueo debido a la carga del
muelle.
El sistema electrónico de mando del enrollador de
la correa cumple en particular los siguientes cometidos en la forma
de realización preferida:
- -
- Conmutación del motor;
- -
- Control del par de giro;
- -
- Protección contra sobrecarga;
- -
- Activación del desbloqueo del carrete de la correa;
- -
- Control de todas las funciones de comodidad y seguridad;
- -
- Cálculo continuo de la longitud de extracción actual de la correa por medio del ángulo de giro absoluto del carrete de la correa;
- -
- Señales de entrada de los diversos sensores conectados, de forma discreta y a través de un sistema de Bus (CAN) conectado;
- -
- Controlador rápido de 8 bits con régimen de vacío y EEPROM integrado;
- -
- Estátor integrado sobre la tarjeta de circuitos.
En la forma de realización preferida de un
sistema de retención de ocupantes para vehículos, todos los
enrolladores de correa tienen la misma estructura electromecánica
básica y se diferencian únicamente en su funcionalidad, que viene
determinada esencialmente por los datos del programa contenidos en
la unidad de mando electrónica. Así, por ejemplo, la funcionalidad
de los enrolladores de correa delanteros es diferente de la de los
enrolladores de correa traseros. Las unidades de mando electrónicas
de todos los enrolladores de correa pueden estar conectadas a un
sensor central común.
Otras características y ventajas de la invención
se deducen de la siguiente descripción de una forma de realización
preferida y de los dibujos adjuntos, a los que se hace referencia.
Las figuras de los dibujos muestran:
Figura 1 un esquema de bloques del sistema
electrónico de mando del enrollador de la correa,
Figura 2 una vista de conjunto en perspectiva del
enrollador de la correa con accionamiento por motor eléctrico,
Figura 3 una vista explosionada del enrollador de
la correa de la figura 2,
Figura 4 una vista lateral del enrollador de la
correa, estando retirado el motor eléctrico de accionamiento y
Figura 5 una sección axial esquemática del motor
eléctrico con el piñón de accionamiento.
El esquema de bloques de la figura 1 muestra
primeramente un motor eléctrico 10, que es un motor de rótor
exterior con anillo magnético de neodimio. El rótor exterior tiene
preferentemente 14 polos. El motor eléctrico 10 es además un motor
de corriente continua de cuatro fases sin escobillas, cuyo
arrollamiento del estátor está realizado bifilar. Junto al rótor
exterior están dispuestos dos sensores Hall, 12, 14. Mediante estos
sensores Hall 12, 14, se determina de forma incremental el giro del
rótor exterior, con lo cual se detecta también el sentido de giro,
con lo cual se puede determinar un ángulo de giro absoluto. Un
microordenador 16 recibe además de las señales de los sensores Hall
12, 14 una serie de señales de conmutación a través de un interfaz
18 que tiene además un acoplamiento bidireccional con un bus CAN a
través de un transceptor 20. El microordenador 16 obtiene la
alimentación de corriente a través de un regulador de tensión 22,
desde la tensión de a bordo U_{Bat}. El microordenador 16
controla los arrollamientos del estátor 10a y 10b del motor
eléctrico 10 a través de un circuito excitador 24. El circuito
excitador 24 contiene unos conmutadores de potencia semiconductores
de alta capacidad de carga del tipo FET, que presentan una
resistencia de paso sumamente reducida y que, por lo tanto, se
pueden montar directamente sobre una tarjeta de circuitos. A través
de otro circuito excitador 26, el microordenador 16 activa el
solenoide 28 de un electroimán, que acciona un mecanismo de bloqueo
en el enrollador de correa que se describe a continuación.
El enrollador de correa tiene un bastidor 30 que
presenta de forma general una forma de U, entre cuyos brazos
paralelos va apoyado giratorio un carrete de correa 32. El giro del
carrete de correa 32 en el bastidor 30 se puede bloquear mediante un
trinquete de bloqueo o un pasador de bloqueo o varios de estos
elementos, que soportan la carga. El trinquete de bloqueo o el
pasador de bloqueo son accionados por un electroimán 34. Este
electroimán 34 lleva el solenoide 28 representado en la figura
1.
Una polea de correa dentada 36 va unida a prueba
de torsión con el carrete de la correa 32. Una placa base 38 tiene
unas posibilidades de giro limitado alrededor del eje del carrete de
la correa 32 y está dispuesta en la cara exterior de uno de los
brazos del bastidor 30. Para limitar el giro de la placa base 38,
ésta tiene dos agujeros rasgados 40 en los que encajan los dos
pivotes 42 anclados en el bastidor 30. La placa base lleva una
espiga de asiento 44 sobre la cual asienta el rótor exterior 48 del
motor eléctrico 10 que lleva un piñón de accionamiento 46. Sobre la
polea de correa dentada 36 y el piñón de accionamiento 46 va
colocada una correa dentada 50. Sobre el perímetro exterior de la
correa dentada 50, entre la polea de la correa dentada 36 y el piñón
de accionamiento 46, hay un rodillo tensor 52, situado giratorio
sobre el brazo lateral del bastidor 30. Un alambre de resorte 56
fijado sobre un pivote en el brazo lateral del bastidor aprieta
contra la placa base 38, ejerciendo sobre ella un par de giro en
sentido contrario a las agujas del reloj según la figura 4, con lo
cual la placa base 38 se desplaza a la posición de giro representada
en la figura 4, en la que el rodillo tensor 52 deja de estar en
contacto con la correa dentada 50. Esta posición de giro la adopta
la placa base 38 cuando la carga transmitida por la correa dentada
50 es reducida. Al aumentar la carga, actúa sobre la placa base 38
un par de giro que se opone a la fuerza del alambre de resorte 56 y
que está causado por la tensión en la correa dentada 50. Esta
tensión tiene una componente en dirección tangencial con relación al
eje de giro de la placa base 38. Este componente es tanto mayor
cuanto mayor es la carga de tracción. Al girar la placa base 38 en
contra de la fuerza del alambre de resorte 56, la correa dentada 50
se pone en contacto con el perímetro del rodillo tensor 52, de
manera que la correa dentada 50 se tensa en la medida en que vaya
aumentado la carga transmitida.
El estátor 58 del motor eléctrico 10 va montado
con todo el sistema electrónico de control sobre una tarjeta de
circuitos 60. Sobre la tarjeta de circuitos 60 están colocados
también los sensores Hall, 12, 14, representados en la figura 1.
Además ésta soporta como mínimo un condensador 62 de alta capacidad
que sirve de reserva de energía. La tarjeta de circuitos 60 va
fijada sobre un brazo lateral del bastidor 30, por ejemplo, mediante
unos espárragos distanciadores.
La funcionalidad del enrollador de correa
descrito viene determinada por las señales de entrada procesadas por
el microordenador 16 y las rutinas de programa disponibles en su
memoria de programas. Con una disposición electromecánica básica
idéntica se pueden hacer realidad enrolladores de correa con una
funcionalidad muy diversa.
Claims (13)
1. Enrollador de correa para un sistema de
retención de ocupantes, con:
- -
- un bastidor (30),
- -
- un carrete de correa (33) apoyado giratorio en el bastidor (30),
- -
- un mecanismo de bloqueo para el bloqueo selectivo del carrete de la correa (32),
- -
- un sensor sensible al vehículo,
- -
- un actuador para el accionamiento del mecanismo de bloqueo,
- -
- un motor eléctrico (10) mediante el cual se puede accionar el carrete de la correa (32),
- -
- una unidad de control electrónica que presenta un interfaz de entrada y un interfaz de salida,
donde el sensor sensible al vehículo está
conectado al interfaz de entrada y el actuador y el motor eléctrico
al interfaz de salida, caracterizado porque
- -
- el actuador está formado por un electroimán (34) que controla un trinquete de bloqueo del mecanismo de bloqueo;
- -
- el motor (10) está acoplado al carrete de la correa (32) a través de una correa dentada (50), donde la correa dentada acopla un piñón de accionamiento (46) del motor eléctrico (10) con una polea de correa dentada (36) de mayor diámetro que el piñón de accionamiento (46), unida lateralmente al carrete de la correa (32);
- -
- el motor eléctrico (10) está situado sobre una placa base (38) dispuesta lateralmente en uno de los brazos del bastidor (30) con unas posibilidades limitadas de giro y la correa dentada (50) se puede apretar contra un rodillo tensor (52) situado en uno de los brazos del bastidor (30) en un tramo entre la polea para la correa dentada (36) y el piñón de accionamiento (46), mediante el giro de la placa base (38).
2. Enrollador de correa según la reivindicación
1, con un módulo de memoria asignado a la unidad de control, en el
cual están almacenados por lo menos una parte de los datos del
programa que determinan la funcionalidad de la unidad de
control.
3. Enrollador de correa según la reivindicación
1, en el que la unidad de control controla el motor eléctrico (10)
en el sentido de un tensado de la cinta de la correa, en el caso de
que se produzca una constelación de las señales procedentes de
diversos sensores conectados al interfaz de entrada que indiquen la
inminencia de una colisión del vehículo.
4. Enrollador de correa según la reivindicación 1
ó 3, en la que el motor eléctrico (10) es un motor de corriente
continua de cuatro fases sin escobillas.
5. Enrollador de correa según una de las
reivindicaciones 1, 3 y 4, en el que el motor eléctrico (10)
presenta un arrollamiento de estátor bifilar.
6. Enrollador de correa según una de las
reivindicaciones 1, 3, 4 y 5, en el que el motor eléctrico (10)
dispone de un rótor exterior (48) con un anillo magnético de
neodimio.
7. Enrollador de correa según la reivindicación
6, en el que el motor eléctrico (10) presenta un rótor exterior
(48) de 14 polos.
8. Enrollador de correa según la reivindicación
1, en el que la placa base (38) está forzada por un muelle a una
posición de giro en la que el rodillo tensor (52) está separado de
la correa dentada (50) y en el que la placa base (38) se desplaza
automáticamente debido a las tensiones que se producen por el efecto
de la carga en la correa dentada (50) y se mueve a una posición de
giro opuesta, cuya magnitud depende de la carga, donde el rodillo
tensor (52) aprieta contra la correa dentada (50).
9. Enrollador de correa según la reivindicación
1, en el que el motor eléctrico (10) forma un conjunto con una
tarjeta de circuitos (60) sobre la cual va colocado un circuito de
control electrónico con elementos semiconductores de potencia.
10. Enrollador de correa según una de las
reivindicaciones 1 y 3 a 9, con los sensores correspondientes al
motor eléctrico (10), a partir de cuyas señales la unidad de control
puede determinar un ángulo de giro absoluto del carrete de la correa
(32) correspondiente a la longitud de correa que ha sido
desenrollada.
11. Enrollador de correa según una de las
reivindicaciones 1 y 3 a 10, en el que la unidad de control que
controla el motor eléctrico (10) tiene en cuenta por lo menos una,
y preferentemente varias, de las siguientes señales de sensor:
- señal ABS,
- señal de la presión de los frenos,
- señal de aceleración,
- señal de velocidad del vehículo,
- señal de revoluciones del motor,
- señal de la fuerza de la correa,
- ángulo de giro absoluto del carrete de la
correa.
12. Enrollador de correa según la reivindicación
10 u 11, en el que la unidad de control aplica sobre el carrete de
la correa (32) un par de enrollamiento permanente por medio del
motor eléctrico (10), cuyo valor es variable por medio del ángulo de
giro absoluto del carrete de la correa (32).
13. Sistema de retención de ocupantes para
vehículos, con varios enrolladores de correa según una de las
reivindicaciones anteriores, donde la funcionalidad de cada uno de
los enrolladores de correa viene determinada por los datos del
programa almacenados en la memoria de programa de la unidad de
control respectiva.
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