WO2014090401A1 - Kraftbegrenzungseinrichtung sowie verfahren zur steuerung einer kraftbegrenzungseinrichtung - Google Patents

Kraftbegrenzungseinrichtung sowie verfahren zur steuerung einer kraftbegrenzungseinrichtung Download PDF

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channel
limiting device
force limiting
liquid
vehicle
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PCT/EP2013/003741
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Joachim Biller
Hans-Peter Bausch
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Trw Automotive Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a force limiting device, in particular for a safety belt in a vehicle.
  • the invention further relates to a method for controlling such a force limiting device.
  • Force limiting devices allow a limited separation of the webbing when the seatbelt is locked to reduce the load on the vehicle occupant.
  • Such a force limiting device has a braking device which regulates the belt webbing extension via the element to be braked.
  • Brake devices are known from the prior art with a liquid-filled space having a channel through which the liquid can flow.
  • a displacement element is arranged, which is coupled via an element to be braked with the seat belt, and is moved in a blocking of the seat belt or a triggering of the force limiting device in the liquid-filled space that the liquid flows through the channel.
  • the resistance can be adjusted, which counteracts a movement of the displacement element, and thus the level of the force limiter or Gurtbandauszugs.
  • the object of the invention is to provide a force limiting device of the type mentioned, which has a reliable, precisely controllable braking device.
  • the object of the invention is furthermore to provide a method for controlling such a force limiting device.
  • a force limiting device in particular for a safety belt in a vehicle, with a controllable braking device having a liquid-filled space with a channel through which the liquid can flow, an element to be braked, which is coupled to the seat belt, at least one sensor for detecting vehicle operating data, in particular an acceleration sensor, a sensor for detecting the Gurtbandauszuges, and a controller that controls the braking power of the braking device in dependence on the measured vehicle operating data and the measured Gurtbandauszug provided that the liquid is a magnetorheological fluid and a control magnet is provided which can generate a variable magnetic field in the channel and can change the viscosity of the magnetorheological fluid in the channel.
  • the flow through the channel is controlled by mechanical measures, for example a variable cross-sectional constriction or by a mechanical valve in the channel. But this requires moving parts in the channel.
  • a magnet that changes the viscosity of the liquid in the channel flow control is possible without the need for additional moving parts in the liquid or channel.
  • a stepless adjustment of the magnetic field is also an accurate Regulation of the braking device and thus the force limiting device possible. Since there are no moving parts in the channel, a wear-free, reliable way of controlling the force limiting device is created.
  • the variable magnetic field can be generated in different ways in the channel.
  • the control magnet is an electromagnet that can be turned on or off by the controller and can generate a variable magnetic field in the channel.
  • the control magnet is fixedly installed, and the adjustment of the magnetic field via the change of the current applied to the electromagnet, whereby the strength of the magnetic field can be adjusted as desired.
  • the control magnet can also be a movable permanent magnet, which can be moved relative to the channel. The distance between the control magnet and the channel varies the magnetic field within the channel.
  • the permanent magnet in this embodiment acceleration-dependent, for example, by a strong delay, are moved.
  • a further permanent magnet may be provided on or in the channel, whose magnetic field extends in the opposite or the same direction to the magnetic field of the control magnet. That is, the control magnet attenuates or amplifies the magnetic field generated by the permanent magnet in the channel.
  • the permanent magnet for example, in the channel so strong a magnetic field can be generated that the viscosity of the magnetorheological fluid in the channel is so high that it can not flow or only with one of the high resistance through the channel.
  • oppositely directed control magnet the resulting magnetic field is attenuated, so that the viscosity of the magnetorheological fluid is lowered so that it can flow in the channel.
  • the force limiting device In the event of a power failure, the force limiting device is thus blocked or set to a very high level so that an excessively high webbing pull-out is reliably prevented in the event of a power failure or a failure of the control magnet.
  • the braking device may, for example, have a displacement element which is coupled to the element to be braked and presses the liquid through the channel during a movement of the element to be braked.
  • This displacement element may for example be a sheet and the element to be braked a shaft on which the sheet can be wound.
  • the shaft may for example be coupled with a belt retractor or a belt reel.
  • the sheet is preferably arranged to reduce the volume in the liquid-filled space when rolled up on the shaft so that the liquid is forced through the channel from the liquid-filled space.
  • Such an embodiment is preferably suitable for a belt retractor, in which the shaft can be coupled to the belt reel or another rotating component of the belt retractor.
  • the displacement element is a piston and the element to be braked is a piston on which the piston is held.
  • the displacement element is moved in a straight line in this embodiment.
  • the displacement element can also be moved through the liquid, wherein the channel is formed between an inner wall of the liquid-filled space and the displacement element, that is provided in the liquid-filled space.
  • additional sensors are provided for detecting vehicle-specific data, so that the control of the braking device can be made dependent on various factors.
  • a method for controlling a force limiting device in particular for a safety belt in a vehicle, is provided, with a controllable braking device, a braking element which is coupled to the seat belt, at least one sensor for detecting vehicle operating data, in particular an acceleration sensor, and with a sensor for detecting the webbing extension.
  • the braking power is set as a function of the vehicle operating data and the belt webbing pull-out so that the maximum webbing pull-out and / or the webbing pull-out rate depends exclusively on the vehicle operating data. That is, the attitude of the Braking device is independent of weight.
  • the vehicle operation data is, for example, acceleration data.
  • the maximum webbing extension and / or the webbing withdrawal rate are determined in dependence on the acceleration data, so that they can be set to the respective deceleration of the vehicle.
  • the acceleration must exceed a defined limit value for the vehicle acceleration, which in particular is dependent on the vehicle speed or other vehicle operating data, so that at low delays no release of the force limiting device takes place.
  • FIG. 1 shows a first embodiment of a force limiting device according to the invention in the non-activated state
  • FIG. 2 shows the force limiting device from FIG. 1 in an activated state
  • FIG. 3 shows a schematic illustration of the control of the force limiting device according to the invention
  • FIG. 4 shows a second embodiment of a force limiting device according to the invention in an unactivated state
  • FIG. 5 shows the force limiting device from FIG. 4 in an activated state
  • FIG. 6 shows a third embodiment of a force limiting device according to the invention in an unactivated state
  • FIG. 7 is a sectional view through the force limiting device of FIG.
  • FIG. 8 shows a fourth embodiment of a force limiting device according to the invention in the non-activated state
  • FIG. 9 shows the force limiting device from FIG. 8 in the activated state
  • FIG. 10 shows a fifth embodiment of a force limiting device according to the invention in an unactivated state
  • FIG. 11 shows the force limiting device from FIG. 10 in the activated state in the activated state
  • FIG. 12 shows a sixth embodiment of a force limiting device according to the invention.
  • FIG. 13 shows a sectional view through the force limiting device from FIG. 12.
  • FIGS. 1 and 2 show a first embodiment of a force limiting device 10 for a safety belt in a vehicle.
  • the force limiting device 10 has a housing 12 with a chamber 14, in which a braking device 16 is arranged, and a first sensor 18 for detecting vehicle operating data, such as the acceleration of the vehicle, and a second sensor 20, which can detect a Gurtbandauszug. Both sensors are connected to a controller 22.
  • the braking device 16 has a space 24 filled with a magnetorheological fluid 23, which is delimited here by a displacement element 26 designed as a plate, which is fastened to the housing 12 with a holding end 28 and to a element 32 to be braked with a second end 30. which is formed in this embodiment as a shaft.
  • the shaft is coupled to the belt reel or other component of the seat belt such that the shaft is rotated counterclockwise with respect to a belt webbing with respect to FIG.
  • the braking device 16 further has a channel 34, which is provided on the housing 12 and is fluidically connected to the liquid-filled space 24, and a collecting container 35, which is fluidically connected to the channel 34.
  • the sheet is wound on the shaft, so that the volume of the liquid-filled space 24 is reduced.
  • the volume of the liquid-filled space 24 is reduced.
  • the liquid 23 is forced out of the space 24 through the channel 34 into the collecting container 35.
  • a tension is exerted on the sheet by the increasing pressure in the liquid-filled space 24. This tension counteracts the rotation of the shaft in the counterclockwise direction, whereby the Gurtbandauszug can be slowed or stopped.
  • a permanent magnet 36 and a coupled to the controller 22 electromagnet 38 are provided on the channel 24, which is a control magnet.
  • the permanent magnet 36 By the permanent magnet 36, a magnetic field is permanently generated in the channel 34, by which the viscosity of the magnetorheological fluid 23 is increased so that the liquid 23 can not flow or only with a very high resistance through the channel 34. Since the magnetorheological fluid 23 can not flow out of the fluid-filled space 24, the shaft can not be rotated or only against a high resistance.
  • the force limiting device 10 is thus set to a high level of force limitation, on which only a minimal belt webbing is possible.
  • the electromagnet 38 is arranged in this embodiment so that the magnetic field of the switched-on electromagnet 38 is oriented opposite to the magnetic field of the permanent magnet 36.
  • the electromagnet 38 is switched on, the resulting magnetic field acting on the magnetorheological fluid 23 in the channel 34 is reduced, so that the viscosity of the magnetorheological fluid 23 is reduced and this can flow through the channel 34 into the collecting container 35 with a lower resistance (FIG ).
  • the resulting magnetic field in the channel and thus the viscosity of the liquid 23 in the channel 34 can be set arbitrarily, whereby the braking power of the braking device 16 can be adjusted freely.
  • a method for controlling such a force limiting device 10 is shown schematically in FIG.
  • the measured values of the sensor 18 for detecting vehicle operating data are forwarded to the controller 22.
  • a threshold 39 is set below which the deceleration values of the vehicle are not taken into account, that is, no adjustment of the force limiting device 10 takes place, since no response of the force limiting device 10 is required at these acceleration values.
  • a difference signal is created, which is forwarded via a differential amplifier to the current output stage, which controls the electromagnet 38 in analogy to the delay above the threshold 39, so that the braking device 16 can be adjusted according to the vehicle deceleration.
  • the braking device 16 is set here only as a function of the vehicle deceleration and not the weight of the vehicle occupant, so that the deceleration values or the force limitation values are the same for all vehicle occupants. This allows independent of the vehicle occupant ideal utilization of the available Gurtbandauszuges for limiting the force.
  • the belt pull-out can be measured by the sensor 20 so that exceeding a maximum webbing extension or exceeding a maximum webbing pull-out rate can be prevented.
  • the element 32 to be braked is a shaft that can be coupled to a rotating component of the safety belt, for example the belt reel.
  • FIGS. 4 and 5 show a second embodiment in which the displacement element 26 is a piston which can be displaced rectilinearly in an elongate, liquid-filled space 24 and which closes off the liquid-filled space 24.
  • a stamp is mounted, which represents the element to be braked 32 and which may be coupled for example with a belt fitting of the seat belt.
  • the remaining components correspond to the embodiment shown in Figures 1 and 2.
  • To limit the force of the punch or the piston is moved in an operating direction B in the liquid-filled space 24. The liquid is forced out of the space 24 through the channel 34, the viscosity of the magnetorheological fluid 23 being adjusted by the permanent magnet 36 and the electromagnet 38 also in this embodiment.
  • the magnetic field of the permanent magnet 36 is attenuated by the control magnet formed as electromagnet 38, so that the magnetorheological fluid 23 has a lower viscosity and can flow through the channel 34 with a lower resistance.
  • control magnet without a permanent magnet conceivable in which by a control magnet, a permanent magnetic field is generated, the speed or delay is reduced dependent.
  • the magnetic field of the control magnet can also be aligned in the same direction as the magnetic field of the permanent magnet 36.
  • FIGS. 6 and 7 A third embodiment of a force limiter 10 according to the invention is shown in FIGS. 6 and 7.
  • the liquid-filled space 24 is provided inside a belt spool 44.
  • the element to be braked 32 is the base body 46 of the belt reel 44.
  • the displacement element 26 is coupled to a shaft 50 which can be held non-rotatably by a blocking device 52, wherein at a relative rotation of the displacement element 26 to the shaft 50, the displacement element 26 in a Actuation direction B is moved.
  • the displacement element 26 is rotatably coupled via a guide 54, 56 with the base body 46 of the belt reel 44.
  • the diameter of the displacement element 26 is slightly smaller than the diameter of the liquid-filled space 24, so that between the displacement element 26 and the inner wall 60 of the liquid-filled space 24, a channel 34 is formed.
  • the electromagnet 38 is arranged here on the main body 46 of the belt reel 44, so that it generates a magnetic field in the channels 34, by which the viscosity in the channels 34 is increased.
  • the control of the viscosity of the magnetorheological fluid 23 in the channels takes place via a solenoid 38 designed as a control magnet, which is switched on or off by a controller 22, wherein the magnetic field of the electromagnet 38 can be adjusted continuously.
  • the adjustment of the viscosity takes place exclusively as a function of the measured vehicle operating data, so that under defined operating conditions, such as a deceleration of the vehicle, a force limitation and thus a limited Gurtbandauszug, but at certain other operating conditions, such as a vehicle rollover, no webbing extension takes place the force limit or Gurtbandauslass can be optimally adapted to the current state of the vehicle.
  • Such a force limiting device 10 is shown for example in Figures 8 and 9.
  • the control magnet but no electromagnet, but a second permanent magnet 58, which is mounted displaceably in a bearing 62 in the direction of travel F. Die Kraftbegrenzungs liked 10 ist in der Zeichnung Vietnamese facts.
  • a spring 64 is provided, which acts against the direction of travel F to the permanent magnet 58. In this position, the permanent magnet 58 abuts against the channel 34, so that a strong magnetic field is generated in the channel and the viscosity of the liquid 23 in the channel 34 is increased, that is, there is a high level of force limitation.
  • the permanent magnet 58 is moved in the direction of travel F, wherein the spring 64 is compressed (FIG. 9). As a result, the permanent magnet 58 is moved away from the channel 34, so that the magnetic field in the channel 34 is weakened and the viscosity of the liquid 23 in the channel 34 is reduced and the liquid 23 can flow with a lower resistance from the space 24, that is, there is a lower level of force limitation.
  • the control magnet is mounted in such an embodiment so that it is moved only at a delay in the vehicle longitudinal direction.
  • a second embodiment of such a mechanical control is shown in FIGS. 10 and 11.
  • the force limiting device 10 essentially corresponds to the force limiting device illustrated in FIGS. 4 and 5.
  • a permanent magnet 58 which is displaceably mounted in the direction of travel F, is also provided here, which is moved away from the channel 34 in the event of a deceleration in the direction of travel F.
  • the electromagnet is replaced by a permanent magnet 58, which can be moved away from the channel 34.
  • the permanent magnet 58 may also be supported so that it is moved towards the channel 34 when decelerating.

Abstract

Bei einer Kraftbegrenzungseinrichtung (10), insbesondere für einen Sicher¬ heitsgurt in einem Fahrzeug, mit einer steuerbaren Bremseinrichtung (16), die einen flüssigkeitsgefüllten Raum (24) mit einem Kanal (34) aufweist, durch den die Flüssigkeit (23) strömen kann, einem zu bremsenden Element (32), das mit dem Sicherheitsgurt gekoppelt ist, zumindest einem Sensor (18) zur Erfassung von Fahrzeugbetriebsdaten, insbesondere einem Beschleunigungssensor, einem Sensor (20) zur Erfassung des Gurtbandauszuges, und einer Steuerung (22), die die Bremsleistung der Bremseinrichtung (16) in Abhängigkeit von den gemessenen Fahrzeugbetriebsdaten und dem gemessenen Gurtbandauszug steuert, ist die Flüssigkeit (23) eine magnetorheologische Flüssigkeit, und es ist ein Steuermagnet vorgesehen, der im Kanal (34) ein variables Magnetfeld erzeugen und die Viskosität der magnetorheologischen Flüssigkeit im Kanal (34) ändern kann.

Description

Kraftbegrenzungseinrichtung sowie Verfahren zur Steuerung einer Kraftbegrenzungseinrichtung
Die Erfindung betrifft eine Kraftbegrenzungseinrichtung, insbesondere für einen Sicherheitsgurt in einem Fahrzeug. Die Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zur Steuerung einer solchen Kraftbegrenzungseinrichtung.
Kraftbegrenzungseinrichtungen ermöglichen bei einem Blockieren des Sicherheitsgurtes einen begrenzten Auszug des Gurtbandes, um die Belastung auf den Fahrzeuginsassen zu reduzieren. Eine solche Kraftbegrenzungseinrichtung weist eine Bremseinrichtung auf, die über das zu bremsende Element den Gurtbandauszug reguliert. Aus dem Stand der Technik sind Bremseinrichtungen mit einem flüssigkeitsgefüllten Raum bekannt, der einen Kanal aufweist, durch den die Flüssigkeit strömen kann. Im oder am flüssigkeitsgefüllten Raum ist ein Verdrängungselement angeordnet, das über ein zu bremsendes Element mit dem Sicherheitsgurt gekoppelt ist, und bei einem Blockieren des Sicherheitsgurtes bzw. einem Auslösen der Kraftbegrenzungseinrichtung so im flüssigkeitsgefüllten Raum bewegt wird, dass die Flüssigkeit durch den Kanal strömt.
Durch die Einstellung der Flüssigkeitsmenge, die durch den Kanal strömt, bzw. Strömungsgeschwindigkeit im Kanal, kann der Widerstand eingestellt werden, der einer Bewegung des Verdrängungselement entgegenwirkt, und somit das Niveau der Kraftbegrenzung bzw. des Gurtbandauszugs.
Um eine möglichst genaue Anpassung der Kraftbegrenzungseinrichtung, beispielsweise an das Gewicht des Fahrzeuginsassen oder die Intensität der
BESTÄTIGUNGSKOPIE Verzögerung zu erzielen, weisen solche Kraftbegrenzungseinrichtungen Sensoren zur Erfassung von Fahrzeugbetriebsdaten, beispielsweise der Beschleunigung des Fahrzeugs, und zur Erfassung des Gurtbandauszugs, sowie eine Steuerung auf. Durch die Steuerung kann der Auszug des Gurtbandes in Abhängigkeit von den gemessenen Daten so gesteuert werden, dass der zur Verfügung stehende Bereich für eine Kraftbegrenzung ideal ausgenutzt bzw. die Belastung auf den Fahrzeuginsassen möglichst gering gehalten wird. Um eine möglichst exakte Steuerung der Bremseinrichtung zu gewährleisten, ist es erforderlich, den Durchfluss durch den Kanal möglichst genau regulieren zu können.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Kraftbegrenzungseinrichtung der eingangs genannten Art bereitzustellen, die eine zuverlässige, genau steuerbare Bremseinrichtung aufweist. Aufgabe der Erfindung ist es weiterhin, ein Verfahren zur Steuerung einer solchen Kraftbegrenzungseinrichtung bereitzustellen.
Zur Lösung der Aufgabe ist bei einer Kraftbegrenzungseinrichtung, insbesondere für einen Sicherheitsgurt in einem Fahrzeug, mit einer steuerbaren Bremseinrichtung, die einen flüssigkeitsgefüllten Raum mit einem Kanal aufweist, durch den die Flüssigkeit strömen kann, einem zu bremsenden Element, das mit dem Sicherheitsgurt gekoppelt ist, zumindest einem Sensor zur Erfassung von Fahrzeugbetriebsdaten, insbesondere einem Beschleunigungssensor, einem Sensor zur Erfassung des Gurtbandauszuges, und einer Steuerung, die die Bremsleistung der Bremseinrichtung in Abhängigkeit von den gemessenen Fahrzeugbetriebsdaten und dem gemessenen Gurtbandauszug steuert, vorgesehen, dass die Flüssigkeit eine magnetorheologische Flüssigkeit ist und ein Steuermagnet vorgesehen ist, der im Kanal ein variables Magnetfeld erzeugen und die Viskosität der magnetorheologischen Flüssigkeit im Kanal ändern kann. Bei den bisher bekannten Kraftbegrenzungseinrichtungen wird der Durchfluss durch den Kanal durch mechanische Maßnahmen, beispielsweise eine veränderbare Querschnittsverengung oder durch ein mechanisches Ventil im Kanal, gesteuert. Dazu sind aber bewegliche Teile im Kanal erforderlich. Durch die Verwendung eines Magneten, der die Viskosität der Flüssigkeit im Kanal verändert, ist eine Steuerung des Durchflusses ohne die Anordnung von zusätzlichen beweglichen Teilen in der Flüssigkeit bzw. im Kanal möglich. Durch eine stufenlose Anpassung des Magnetfeldes ist zudem eine genaue Regulierung der Bremseinrichtung und somit der Kraftbegrenzungseinrichtung möglich. Da keine beweglichen Teile im Kanal vorhanden sind, ist eine verschleißfreie, zuverlässige Möglichkeit der Steuerung der Kraftbegrenzungseinrichtung geschaffen.
Das variable Magnetfeld kann auf verschiedene Weisen im Kanal erzeugt werden. In einer ersten Ausführungsform ist der Steuermagnet ein Elektromagnet, der durch die Steuerung ein- oder ausgeschaltet werden und im Kanal ein variables Magnetfeld erzeugen kann. In dieser Ausführungsform ist der Steuermagnet fest installiert, und die Einstellung des Magnetfeldes erfolgt über die Änderung der Stromstärke, die am Elektromagneten angelegt wird, wodurch die Stärke des Magnetfeldes beliebig angepasst werden kann.
Der Steuermagnet kann aber auch ein beweglicher Permanentmagnet sein, der relativ zum Kanal verschoben werden kann. Durch den Abstand des Steuermagneten zum Kanal wird das Magnetfeld innerhalb des Kanals variiert. Insbesondere kann der Permanentmagnet in dieser Ausführungsform beschleunigungsabhängig, beispielsweise durch eine starke Verzögerung, bewegt werden.
In allen Ausführungsformen kann am oder im Kanal ein weiterer Permanentmagnet vorgesehen sein, dessen Magnetfeld in entgegengesetzter oder gleicher Richtung zum Magnetfeld des Steuermagneten verläuft. Das heißt, der Steuermagnet schwächt das durch den Permanentmagnet im Kanal erzeugte Magnetfeld ab oder verstärkt dieses. Durch den Permanentmagnet kann beispielsweise im Kanal ein so starkes Magnetfeld erzeugt werden, dass die Viskosität der magnetorheologischen Flüssigkeit im Kanal so hoch ist, dass diese nicht oder nur mit einem der hohen Widerstand durch den Kanal strömen kann. Durch den entgegengesetzt gerichteten Steuermagneten wird das resultierende Magnetfeld abgeschwächt, so dass die Viskosität der magnetorheologischen Flüssigkeit so weit herabgesetzt wird, dass diese im Kanal strömen kann. Bei einem Stromausfall ist so die Kraftbegrenzungseinrichtung blockiert bzw. auf einem sehr hohen Niveau eingestellt, sodass ein zu großer Gurtbandauszug bei einem Stromausfall oder einem Versagen des Steuermagneten sicher verhindert ist. Die Bremseinrichtung kann beispielsweise ein Verdrängungselement aufweisen, das mit dem zu bremsenden Element gekoppelt ist und bei einer Bewegung des zu bremsenden Elements die Flüssigkeit durch den Kanal drückt.
Dieses Verdrängungselement kann beispielsweise ein Blech sein und das zu bremsende Element eine Welle, auf der das Blech aufgewickelt werden kann. Die Welle kann beispielsweise mit einem Gurtaufroller oder einer Gurtspule gekoppelt sein. Das Blech ist vorzugsweise so angeordnet, dass dieses bei einem Aufrollen auf der Welle das Volumen im flüssigkeitsgefüllten Raum reduziert, so dass die Flüssigkeit durch den Kanal aus dem flüssigkeitsgefüllten Raum gedrängt wird. Eine solche Ausführungsform eignet sich bevorzugt für einen Gurtaufroller, bei dem die Welle mit der Gurtspule oder einen anderen drehenden Bauteil des Gurtaufrollers gekoppelt werden kann.
In einer weiteren Ausführungsform ist das Verdrängungselement ein Kolben und das zu bremsende Element ein Stempel, an dem der Kolben gehalten ist. Das Verdrängungselement wird in dieser Ausführungsform geradlinig bewegt.
Das Verdrängungselement kann aber auch durch die Flüssigkeit bewegt werden, wobei der Kanal zwischen einer Innenwand des flüssigkeitsgefüllten Raumes und dem Verdrängungselement gebildet ist, also im flüssigkeitsgefüllten Raum vorgesehen ist.
Vorzugsweise sind zusätzliche Sensoren zur Erfassung von fahrzeugspezifischen Daten vorgesehen, sodass die Steuerung der Bremseinrichtung von verschiedenen Faktoren abhängig gemacht werden kann.
Zur Lösung der Aufgabe ist des Weiteren ein Verfahren zur Steuerung einer Kraftbegrenzungseinrichtung, insbesondere für ein Sicherheitsgurt in einem Fahrzeug, vorgesehen, mit einer steuerbaren Bremseinrichtung, einem zu bremsenden Element, das mit dem Sicherheitsgurt gekoppelt ist, zumindest einem Sensor zur Erfassung von Fahrzeugbetriebsdaten, insbesondere ein Beschleunigungssensor, und mit einem Sensor zur Erfassung des Gurtbandauszuges. Erfindungsgemäß wird die Bremsleistung in Abhängigkeit von den Fahrzeugbetriebsdaten und dem Gurtbandauszug so eingestellt, dass der maximale Gurtbandauszug und/oder die Gurtbandauszugsrate ausschließlich von den Fahrzeugbetriebsdaten abhängig ist. Das heißt, die Einstellung der Bremseinrichtung erfolgt gewichtsunabhängig. Sie wird so eingestellt, dass für alle Fahrzeuginsassen der maximal zur Verfügung stehende Bereich für eine Kraftbegrenzung ausgenutzt werden kann, sodass die Belastung auf den Fahrzeuginsassen so weit wie möglich reduziert werden kann. Die Fahrzeugbetriebsdaten sind beispielsweise Beschleunigungsdaten. Der maximale Gurtbandauszug und/oder die Gurtbandauszugsrate werden in Abhängigkeit von den Beschleunigungsdaten bestimmt, so dass diese auf die jeweilige Verzögerung des Fahrzeugs eingestellt werden können.
Vorzugsweise muss die Beschleunigung einen definierten Grenzwert für die Fahrzeugbeschleunigung übersteigen, der insbesondere abhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit oder anderen Fahrzeugbetriebsdaten ist, sodass bei geringen Verzögerungen keine Auslösung der Kraftbegrenzungseinrichtung erfolgt.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen. In diesen zeigen:
- Figur 1 eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kraftbegrenzungseinrichtung in nicht aktiviertem Zustand,
- Figur 2 die Kraftbegrenzungseinrichtung aus Figur 1 in aktiviertem Zustand,
- Figur 3 eine schematische Darstellung der Steuerung der erfindungs- gemäßen Kraftbegrenzungseinrichtung,
- Figur 4 eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kraftbegrenzungseinrichtung in nicht aktiviertem Zustand,
- Figur 5 die Kraftbegrenzungseinrichtung aus Figur 4 in aktiviertem Zustand,
- Figur 6 eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kraft- begrenzungseinrichtung in nicht aktiviertem Zustand,
- Figur 7 eine Schnittansicht durch die Kraftbegrenzungseinrichtung aus Figur
6,
- Figur 8 eine vierte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kraftbegrenzungseinrichtung in nicht aktiviertem Zustand, - Figur 9 die Kraftbegrenzungseinrichtung aus Figur 8 in aktiviertem Zustand,
- Figur 10 eine fünfte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kraftbegrenzungseinrichtung in nicht aktiviertem Zustand,
- Figur 1 1 die Kraftbegrenzungseinrichtung aus Figur 10 in aktiviertem Zustand in aktiviertem Zustand,
- Figur 12 eine sechste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kraftbegrenzungseinrichtung, und
- Figur 13 eine Schnittansicht durch die Kraftbegrenzungseinrichtung aus Figur 12.
In den Figuren 1 und 2 ist eine erste Ausführungsform einer Kraftbegrenzungseinrichtung 10 für einen Sicherheitsgurt in einem Fahrzeug gezeigt. Die Kraftbegrenzungseinrichtung 10 hat ein Gehäuse 12 mit einer Kammer 14, in der eine Bremseinrichtung 16 angeordnet ist, sowie einen ersten Sensor 18 zur Erfassung von Fahrzeugbetriebsdaten, beispielsweise der Beschleunigung des Fahrzeugs, und einen zweiten Sensor 20, der einen Gurtbandauszug erfassen kann. Beide Sensoren sind an eine Steuerung 22 angeschlossen.
Die Bremseinrichtung 16 weist einen mit einer magnetorheologischen Flüssigkeit 23 gefüllten Raum 24 auf, der hier durch ein als Blech ausgebildetes Verdrängungselement 26 begrenzt wird, das mit einem Halteende 28 am Gehäuse 12 und mit einem zweiten Ende 30 an einem zu bremsende Element 32 befestigt ist, das in dieser Ausführungsform als Welle ausgebildet ist. Die Welle ist so mit der Gurtspule oder einem anderen Bauteil des Sicherheitsgurts gekoppelt, dass die Welle bei einem Gurtbandauszug bezüglich Figur 1 gegen den Uhrzeigersinn gedreht wird.
Die Bremseinrichtung 16 weist des Weiteren einen Kanal 34 auf, der am Gehäuse 12 vorgesehen ist und strömungstechnisch mit dem flüssigkeitsgefüllten Raum 24 verbunden ist, sowie einen Auffangbehälter 35, der strömungstechnisch mit dem Kanal 34 verbunden ist.
Wird die Welle bei einem Gurtbandauszug entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht, wird das Blech auf der Welle aufgewickelt, sodass das Volumen des flüssigkeitsgefüllten Raums 24 reduziert wird. Durch die Reduzierung des Volumens wird die Flüssigkeit 23 aus dem Raum 24 durch den Kanal 34 in den Auffangbehälter 35 gedrängt. Wird die Durchflussrate der Flüssigkeit 23 durch den Kanal 34 reduziert, sodass die Flüssigkeit 23 nicht mit der erforderlichen Geschwindigkeit aus dem Raum 24 ausströmen kann, wird durch den steigenden Druck im flüssigkeitsgefüllten Raum 24 eine Zugspannung auf das Blech ausgeübt. Diese Zugspannung wirkt der Drehung der Welle entgegen dem Uhrzeigersinn entgegen, wodurch der Gurtbandauszug verlangsamt bzw. gestoppt werden kann.
Zur Steuerung der Durchflussrate durch den Kanal sind am Kanal 24 ein Permanentmagnet 36 sowie ein mit der Steuerung 22 gekoppelter Elektromagnet 38 vorgesehen, der einen Steuermagneten darstellt. Durch den Permanentmagnet 36 wird im Kanal 34 permanent ein Magnetfeld erzeugt, durch das die Viskosität der magnetorheologischen Flüssigkeit 23 so erhöht wird, dass die Flüssigkeit 23 nicht oder nur mit einem sehr Widerstand durch den Kanal 34 strömen kann. Da die magnetorheologische Flüssigkeit 23 nicht aus dem flüssigkeitsgefüllten Raum 24 herausfließen kann, kann die Welle nicht oder nur gegen einen hohen Widerstand gedreht werden. Die Kraftbegrenzungeinrichtung 10 ist also auf einem hohen Kraftbegrenzungsniveau eingestellt, auf dem nur ein minimaler Gurtbandauszug möglich ist.
Der Elektromagnet 38 ist in dieser Ausführungsform so angeordnet, dass das Magnetfeld des eingeschalteten Elektromagneten 38 entgegengesetzt zum Magnetfeld des Permanentmagneten 36 ausgerichtet ist. Wird der Elektromagnet 38 eingeschaltet, wird somit das auf die magnetorheologische Flüssigkeit 23 wirkende resultierende Magnetfeld im Kanal 34 reduziert, sodass die Viskosität der magnetorheologischen Flüssigkeit 23 verringert wird und diese mit einem geringeren Widerstand durch den Kanal 34 in den Auffangbehälter 35 strömen kann (Figur 2).
Abhängig von der angelegten Stromstärke am Elektromagneten 38 und dem dadurch erzeugten Magnetfeld des Elektromagneten 38 kann das resultierende Magnetfeld im Kanal und somit die Viskosität der Flüssigkeit 23 im Kanal 34 beliebig eingestellt werden, wodurch die Bremsleistung der Bremseinrichtung 16 frei eingestellt werden kann. Ein Verfahren zur Steuerung einer solchen Kraftbegrenzungseinrichtung 10 ist in Figur 3 schematisch dargestellt.
Die gemessenen Werte des Sensors 18 zur Erfassung von Fahrzeugbetriebsdaten, hier die Verzögerungswerte des Fahrzeugs, werden an die Steuerung 22 weitergeleitet. Abhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit ist eine Schwelle 39 festgelegt, unterhalb der die Verzögerungswerte des Fahrzeugs nicht berücksichtigt werden, also keine Einstellung der Kraftbegrenzungseinrichtung 10 erfolgt, da bei diesen Beschleunigungswerten kein Ansprechen der Kraftbegrenzungseinrichtung 10 erforderlich ist. Aus den Werten der Beschleunigung oberhalb dieser Schwelle 39 wird ein Differenzsignal erstellt, das über einen Differenzverstärker an die Stromendstufe weitergeleitet wird, die den Elektromagneten 38 analog zur über der Schwelle 39 liegenden Verzögerung ansteuert, sodass die Bremseinrichtung 16 entsprechend zur Fahrzeugverzögerung eingestellt werden kann.
Die Bremseinrichtung 16 wird hier nur in Abhängigkeit von der Fahrzeugverzögerung und nicht vom Gewicht des Fahrzeuginsassen eingestellt, sodass die Verzögerungswerte bzw. die Kraftbegrenzungswerte für alle Fahrzeuginsassen gleich sind. Dies ermöglicht unabhängig vom Fahrzeuginsassen eine ideale Ausnutzung des zur Verfügung stehenden Gurtbandauszuges für die Kraftbegrenzung.
Zusätzlich kann durch den Sensor 20 der Gurtbandauszug gemessen werden, sodass ein Überschreiten eines maximalen Gurtbandauszugs bzw. ein Überschreiten einer maximalen Gurtbandauszugsrate verhindert werden kann.
In dieser ersten Ausführungsform ist das zu bremsende Element 32 eine Welle, die mit einem drehenden Bauteil des Sicherheitsgurts, beispielsweise der Gurtspule, gekoppelt sein kann. In den Figuren 4 und 5 ist eine zweite Ausführungsform dargestellt, in der das Verdrängungselement 26 ein Kolben ist, der geradlinig in einem länglichen flüssigkeitsgefüllten Raum 24 verschoben werden kann und der den flüssigkeitsgefüllten Raum 24 abschließt bzw. abdichtet. Am Kolben ist ein Stempel montiert, der das zu bremsende Element 32 darstellt und der beispielsweise mit einem Gurtbeschlag des Sicherheitsgurt gekoppelt sein kann. Die übrigen Bauteile entsprechen der in den Figuren 1 und 2 gezeigten Ausführungsform. Zur Kraftbegrenzung wird der Stempel bzw. der Kolben in eine Betätigungsrichtung B im flüssigkeitsgefüllten Raum 24 bewegt. Die Flüssigkeit wird durch den Kanal 34 aus dem Raum 24 gepresst, wobei die Viskosität der magnetorheologischen Flüssigkeit 23 auch in dieser Ausführungsform durch den Permanentmagneten 36 und den Elektromagneten 38 eingestellt wird.
In beiden Ausführungsformen wird das Magnetfeld des Permanentmagneten 36 durch den als Elektromagneten 38 ausgebildeten Steuermagneten abgeschwächt, sodass die magnetorheologische Flüssigkeit 23 eine geringere Viskosität aufweist und mit einem geringeren Widerstand durch den Kanal 34 strömen kann. Dies bietet den Vorteil, dass bei einem Stromausfall oder einem Ausfall der Steuerung 22 ein Magnetfeld durch den Permanentmagneten 36 bereitgestellt wird, das eine hohe Viskosität der magnetorheologischen Flüssigkeit 23 erzeugt, sodass ein hohes Kraftbegrenzungsniveau vorhanden ist.
Es sind aber auch Ausführungsformen ohne einen Permanentmagneten denkbar, bei welchen durch einen Steuermagneten ein permanentes Magnetfeld erzeugt wird, das geschwindigkeits- bzw. verzögerungsabhängig reduziert wird. Das Magnetfeld des Steuermagneten kann auch in gleicher Richtung wie das Magnetfeld des Permanentmagneten 36 ausgerichtet sein.
Eine dritte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kraftbegrenzers 10 ist in den Figuren 6 und 7 dargestellt. In dieser Ausführungsform ist der flüssigkeitsgefüllte Raum 24 im Inneren einer Gurtspule 44 vorgesehen. Das zu bremsende Element 32 ist hier der Grundkörper 46 der Gurtspule 44. Das Verdrängungselement 26 ist mit einer Welle 50 gekoppelt, die durch eine Blockiereinrichtung 52 drehfest gehalten werden kann, wobei bei einer relativen Verdrehung des Verdrängungselements 26 zur Welle 50 das Verdrängungselement 26 in eine Betätigungsrichtung B bewegt wird.
Das Verdrängungselement 26 ist über eine Führung 54, 56 drehfest mit dem Grundkörper 46 der Gurtspule 44 gekoppelt. Der Durchmesser des Verdrängungselements 26 ist geringfügig kleiner als der Durchmesser des flüssigkeitsgefüllten Raums 24, sodass zwischen Verdrängungselement 26 und der Innenwand 60 des flüssigkeitsgefüllten Raums 24 ein Kanal 34 gebildet ist. Am Verdrängungskörper 26 oder am Grundkörper 46 können aber auch Aussparungen vorgesehen sein, die Kanäle 34 bilden. Wird die Gurtspule 44 bei einer hohen Abzugskraft gedreht, wird das Verdrängungselement 26 in Betätigungsrichtung B durch den flüssigkeitsgefüllten Raum 24 bewegt, wobei die Flüssigkeit 23 durch die Kanäle 34 am Verdängungselement 32 vorbei strömt. Der Elektromagnet 38 ist hier am Grundkörper 46 der Gurtspule 44 angeordnet, sodass dieser ein Magnetfeld in den Kanälen 34 erzeugt, durch das die Viskosität in den Kanälen 34 erhöht wird.
In allen drei Ausführungsformen erfolgt die Steuerung der Viskosität der magnetorheologischen Flüssigkeit 23 in den Kanälen über einen als Elektromagneten 38 ausgebildeten Steuermagneten, der von einer Steuerung 22 ein- bzw. ausgeschaltet wird, wobei das Magnetfeld des Elektromagneten 38 stufenlos eingestellt werden kann.
Die Einstellung der Viskosität erfolgt dabei ausschließlich in Abhängigkeit von den gemessenen Fahrzeugbetriebsdaten, sodass bei definierten Betriebszuständen, beispielsweise einer Verzögerung des Fahrzeugs, eine Kraftbegrenzung und somit ein begrenzter Gurtbandauszug erfolgt, aber bei bestimmten anderen Betriebszuständen, beispielsweise bei einem Fahrzeugüberschlag, kein Gurtbandauszug erfolgt, wodurch die Kraftbegrenzung bzw. der Gurtbandauslass optimal auf den jeweiligen Zustand des Fahrzeugs abgestimmt werden kann.
Abweichend von den bisher gezeigten Ausführungsformen ist es aber auch denkbar, dass die Steuerung des Magnetfeldes ausschließlich mechanisch erfolgt, wobei im Kanal 34 keine beweglichen Teile angeordnet sind.
Eine solche Kraftbegrenzungseinrichtung 10 ist beispielsweise in den Figuren 8 und 9 dargestellt. Die Kraftbegrenzungseinrichtung 10 entspricht im Wesentlichen der in den Figuren 1 und 2 gezeigten Kraftbegrenzungseinrichtung 10. Abweichend ist in dieser Ausführungsform der Steuermagnet aber kein Elektromagnet, sondern ein zweiter Permanentmagnet 58, der in einer Lagerung 62 in Fahrtrichtung F verschiebbar gelagert ist. An der Lagerung 62 ist eine Feder 64 vorgesehen, die den Permanentmagneten 58 entgegen der Fahrtrichtung F beaufschlagt. In dieser Position liegt der Permanentmagnet 58 am Kanal 34 an, sodass im Kanal ein starkes Magnetfeld erzeugt wird und die Viskosität der Flüssigkeit 23 im Kanal 34 erhöht ist, also ein hohes Kraftbegrenzungsniveau vorliegt. Erfährt das Fahrzeug eine starke Verzögerung, wird der Permanentmagnet 58 in Fahrtrichtung F bewegt, wobei die Feder 64 gestaucht wird (Figur 9). Dadurch wird der Permanentmagnet 58 vom Kanal 34 weg bewegt, sodass das Magnetfeld im Kanal 34 abgeschwächt und die Viskosität der Flüssigkeit 23 im Kanal 34 reduziert wird und die Flüssigkeit 23 mit einem geringeren Widerstand aus dem Raum 24 strömen kann, also ein geringeres Kraftbegrenzungsniveau vorliegt. Der Steuermagnet ist in einer solchen Ausführungsform so gelagert, dass dieser nur bei einer Verzögerung in Fahrzeuglängsrichtung verschoben wird. Eine zweite Ausführungsform einer solchen mechanischen Steuerung ist in den Figuren 10 und 1 1 dargestellt. Die Kraftbegrenzungseinrichtung 10 entspricht im Wesentlichen der in den Figuren 4 und 5 dargestellten Kraftbegrenzungseinrichtung. Anstelle eines Elektromagneten 38 ist auch hier ein in Fahrtrichtung F verschiebbar gelagerter Permanentmagnet 58 vorgesehen, der bei einer Verzögerung in Fahrtrichtung F vom Kanal 34 wegbewegt wird.
Auch in der in Figur 12 gezeigten Ausführungsform wird der Elektromagnet durch einen Permanentmagneten 58 ersetzt, der vom Kanal 34 wegbewegt werden kann.
Bei diesen Ausführungsformen kann der Permanentmagnet 58 aber auch so gelagert sein, dass dieser bei einer Verzögerung auf den Kanal 34 zu bewegt wird.

Claims

Patentansprüche
1. Kraftbegrenzungseinrichtung (10), insbesondere für einen Sicherheitsgurt in einem Fahrzeug, mit einer steuerbaren Bremseinrichtung (16), die einen flüssigkeitsgefüllten Raum (24) mit einem Kanal (34) aufweist, durch den die Flüssigkeit (23) strömen kann, einem zu bremsenden Element (32), das mit dem Sicherheitsgurt gekoppelt ist, zumindest einem Sensor (18) zur Erfassung von Fahrzeugbetriebsdaten, insbesondere einem Beschleunigungssensor, einem Sensor (20) zur Erfassung des Gurtbandauszuges, und einer Steuerung (22), die die Bremsleistung der Bremseinrichtung (16) in Abhängigkeit von den gemessenen Fahrzeugbetriebsdaten und dem gemessenen Gurtbandauszug steuert, dadurch gekennzeichnet, dass die Flüssigkeit (23) eine magnetorheologische Flüssigkeit ist, und ein Steuermagnet vorgesehen ist, der im Kanal (34) ein variables Magnetfeld erzeugen und die Viskosität der magnetorheologischen Flüssigkeit im Kanal (34) ändern kann.
2. Kraftbegrenzungseinrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Steuermagnet ein Elektromagnet (38) ist, der durch die Steuerung (22) ein- oder ausgeschaltet werden kann und im Kanal (34) ein variables Magnetfeld erzeugen kann.
3. Kraftbegrenzungseinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuermagnet ein beweglicher Permanentmagnet (58) ist, der, insbesondere beschleunigungsabhängig, relativ zum Kanal (34) verschoben werden kann.
4. Kraftbegrenzungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass am oder im Kanal (34) ein Permanentmagnet (36) vorgesehen ist, dessen Magnetfeld in entgegengesetzter oder gleicher Richtung zum Magnetfeld des Steuermagneten verläuft.
5. Kraftbegrenzungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremseinrichtung (16) ein Verdrängungselement (26) aufweist, das mit dem zu bremsenden Element (32) gekoppelt ist und bei einer Bewegung des zu bremsenden Elements (32) die Flüssigkeit (23) aus dem flüssigkeitsgefüllten Raum (24) drückt.
6. Kraftbegrenzungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdrängungselement (26) ein Blech und das zu bremsende Element eine Welle ist, auf der das Blech aufgewickelt werden kann.
7. Kraftbegrenzungseinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdrängungselement (26) ein Kolben und das zu bremsende Element ein Stempel ist, an dem der Kolben gehalten ist.
8. Kraftbegrenzungseinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verdrängungselement (26) vorgesehen ist, das durch die Flüssigkeit (23) bewegt wird, wobei der Kanal (34) zwischen einer Innenwand (60) des flüssigkeitsgefüllten Raumes (24) und dem Verdrängungselement (26) gebildet ist.
9. Kraftbegrenzungseinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzliche Sensoren zur Erfassung von fahrzeugspezifischen Daten vorgesehen sind.
10. Verfahren zur Steuerung einer Kraftbegrenzungseinrichtung (10), insbesondere für einen Sicherheitsgurt in einem Fahrzeug, mit einer steuerbaren Bremseinrichtung (16), einem zu bremsenden Element, das mit dem Sicherheitsgurt gekoppelt ist, zumindest einem Sensor (18) zur Erfassung von Fahrzeugbetriebsdaten, insbesondere einem Beschleunigungssensor, und mit einem Sensor (20) zur Erfassung des Gurtbandauszuges, dadurch gekennzeichnet, dass die Bremsleistung in Abhängigkeit von den Fahrzeugbetriebsdaten und dem Gurtbandauszug so eingestellt wird, dass der maximale Gurtbandauszug und/oder die Gurtbandauszugsrate ausschließlich von den Fahrzeugbetriebsdaten abhängig ist.
1 1. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Fahrzeugbetriebsdaten Beschleunigungsdaten sind und der maximale Gurtbandauszug und/oder die Gurtbandauszugsrate in Abhängigkeit von den Beschleunigungsdaten bestimmt werden.
12. Verfahren nach Anspruch 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Beschleunigung einen definierten Grenzwert für die Fahrzeugbeschleunigung übersteigen muss, der insbesondere abhängig von der Fahrzeuggeschwindigkeit oder anderen Fahrzeugbetriebsdaten ist.
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