WO2020165030A1 - Verfahren zur bestimmung des absoluten gurtbandauszugs sowie sicherheitsgurtsystem - Google Patents

Verfahren zur bestimmung des absoluten gurtbandauszugs sowie sicherheitsgurtsystem Download PDF

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WO2020165030A1
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extension
measured variable
sensor
absolute
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Frederic Michel
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ZF Automotive Germany GmbH
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R22/00—Safety belts or body harnesses in vehicles
    • B60R22/48—Control systems, alarms, or interlock systems, for the correct application of the belt or harness
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B60R22/48—Control systems, alarms, or interlock systems, for the correct application of the belt or harness
    • B60R2022/4808—Sensing means arrangements therefor
    • B60R2022/4825—Sensing means arrangements therefor for sensing amount of belt winded on retractor

Definitions

  • the invention relates to a method for determining the absolute belt strap extension in a safety belt system.
  • the invention also relates to a seat belt system with a belt reel and a belt strap.
  • Belt retractors with a belt reel are used to provide a seat belt to a vehicle occupant of a motor vehicle.
  • the vehicle occupant can pull the seat belt freely from the belt reel against the action of a winding spring, and the belt reel winds the seat belt again when the vehicle occupant unbuckles, for example.
  • sensors for example rotation angle sensors, to detect the rotation of the belt reel in the belt retractor in order to use this measured value to determine the extended belt webbing length, which is of great importance for a variety of functions of modern safety systems.
  • the object of the invention is to provide a method and a seat belt system by means of which the absolute belt strap extension can be reliably determined in a seat belt system. To solve the problem, a method for determining the absolute belt strap extension in a seat belt system with the following steps is provided:
  • the first and the second measured variable change in different ways for a certain relative belt extension, which depends on the absolute belt extension. In this way, the absolute belt extension can be reliably determined.
  • the method further comprises the following steps:
  • the absolute belt extension can be reliably determined by means of the ratio.
  • the absolute belt extension can be calculated from the ratio of the first and the second measured variable using a conversion formula.
  • the absolute webbing extension can be determined using a table of values stored in a control unit, in which a corresponding value of the absolute webbing extension is stored for various ratios. It is advantageous if the change in the first measured variable is a function of the relative belt webbing extension and the change in the second measured variable is a function of both the relative belt webbing extension and the absolute belt webbing extension. As a result, the two measured variables or their respective changes can be related to one another and the absolute belt extension can be determined.
  • the first measured variable can change proportionally with the relative belt webbing extension, so that the length of the belt webbing section can be determined in a simple manner from the change in the first measured variable, which was extended in the corresponding period of time.
  • the second measured variable preferably does not change proportionally with the relative belt webbing extension. If the change in the first measured variable is related to the change in the second measured variable, this results in a slope that correlates with the absolute belt extension. This means that the absolute belt extension can be determined using the gradient.
  • the first measured variable is an angle of rotation of a measuring wheel coupled to the belt strap. In this way, the actual relative movement of the belt webbing when pulling out and pulling in the belt webbing can be reliably detected.
  • the first measured variable is a length of belt strap pulled out or retracted in a corresponding period of time, which can be determined via an incremental sensor.
  • the incremental sensor can be, for example, an optical or an inductive incremental sensor.
  • the associated belt webbing if it is an optical incremental sensor, can have an optical marking at regular intervals.
  • the belt strap can have a structure that occurs at regular intervals. In this way, the actual relative length of the belt strap can be reliably detected when the belt strap is pulled out and when the strap is pulled in.
  • the second measured variable is an angle of rotation of a belt reel, the belt strap being attached to the belt reel, ie the belt reel is provided for winding and unwinding the belt webbing.
  • the winding of the webbing causes the webbing to form an Archimedean spiral on the belt reel.
  • a seat belt system is also provided to solve the above-mentioned object, in particular for a motor vehicle, with a belt reel, a belt webbing, a belt reel sensor assigned to the belt reel, a belt webbing sensor assigned to the belt webbing, and a control unit.
  • the seat belt system is set up to carry out the method according to the invention.
  • the belt reel sensor is set up to determine the rotation of the belt reel and the belt webbing sensor is set up to determine the belt webbing extension.
  • the belt webbing movement can be measured precisely and the absolute belt webbing extension can be reliably determined via the different changes in the two measured variables.
  • the webbing sensor comprises a measuring wheel and a first angle sensor, the measuring wheel being coupled to the webbing, in particular resting on the webbing, and the first angle sensor being designed to determine the angle of rotation of the measuring wheel. In this way, the actual relative movement of the belt webbing during pulling out and during winding can be reliably detected via the angle of rotation.
  • the belt webbing sensor comprises an incremental sensor and a belt webbing with a marking at regular intervals, via which the incremental sensor can detect the actual relative belt webbing movement when pulling out and when winding up.
  • the incremental sensor can, in particular, optically or inductively detect the actual relative movement of the belt webbing when it is pulled out and when it is wound up.
  • the belt strap can have an optical marking arranged at regular intervals (optical) or a metallic structure arranged at regular intervals (inductive).
  • the belt reel sensor has a second angle sensor which is set up to determine the angle of rotation of the belt reel.
  • the change in the angle of rotation of the belt reel is dependent on both the relative and the absolute belt extension, since the belt is wound onto the belt reel in the form of an Archimedean spiral.
  • the change in the angle of rotation for a given relative belt extension also contains the information about the absolute belt extension, which can thus be determined from the measured variable of the second angle sensor.
  • the first angle sensor and / or the second angle sensor is / are preferably in each case a contactless angle sensor, in particular on the basis of magnetic field direction detection.
  • These angle sensors have the advantage that they can precisely determine the coil orientation in an angular range of 180 ° or 360 °, for example by means of a dipole magnet, without generating additional friction on the belt reel and on the measuring wheel.
  • FIG. 1 in a schematic representation of a seat belt system according to the invention in a first position
  • FIG. 1 shows a seat belt system 10 with a belt retractor 12, a belt webbing 14, a belt webbing sensor 16 and a control unit 18.
  • the seat belt system 10 can be provided for a motor vehicle, for example a car or truck.
  • the belt retractor 12 has a belt reel 20 to which the belt webbing 14 is fastened so that it can be wound up and unwound, and a belt reel sensor 22.
  • the belt reel 20 is rotatably mounted about an axis of rotation 24 in a frame (not shown) of the belt retractor 12.
  • the webbing sensor 16 comprises a measuring wheel 26 which is mounted rotatably about an axis of rotation 28 in a frame (not shown) of the webbing sensor 16, as well as a first angle sensor 30.
  • the belt webbing 14 is wound in sections on the belt reel 20 in the form of an Archimedean spiral 34 and guided out of the belt retractor 12 and over the measuring wheel 26 via a deflection roller 36.
  • the deflecting roller 36 can be omitted or replaced by a component with an equivalent function, for example a deflecting edge.
  • the measuring wheel 26 rests on the belt webbing 14 and is coupled to it in a non-positive or frictional manner so that a belt webbing extension in extension direction A or a retraction of the webbing 14 in the opposite direction results in a corresponding rotation of the measuring wheel 26 about the axis of rotation 28.
  • the force with which the belt 14 is pressed against the measuring wheel 26, or the friction between the belt and the measuring wheel 26, is preferably so great that the measuring wheel 26 is coupled to the belt 14 essentially without slipping. As a result, every movement of the belt strap 14 in and against the pull-out direction A leads to a corresponding rotation of the measuring wheel 26.
  • the webbing sensor 16 is arranged outside the belt retractor 12.
  • the belt strap sensor 16 can be arranged at any point.
  • the measuring wheel 26 can be arranged within the belt retractor 12 and / or rest against the belt webbing 14 within the belt retractor 12.
  • the first angle sensor 30 is set up to detect the rotation angle ⁇ of the measuring wheel 26. The first angle sensor 30 therefore detects changes in angle Da of the measuring wheel 26 when it rotates about the axis of rotation 28.
  • the belt reel sensor 22 comprises a second angle sensor 32 which is set up to detect the angle of rotation ⁇ of the belt reel 20.
  • the second angle sensor 32 therefore detects changes in angle Db of the belt reel 20 when it rotates about the axis of rotation 24.
  • the first angle sensor 30 and the second angle sensor 32 are each contactless angle sensors that can detect the orientation of the belt reel 20 or the measuring wheel 26 in an angular range of 180 ° and / or 360 ° via changes in a magnetic field, in particular the direction of the magnetic field.
  • the angle sensors 30, 32 can each have essentially any design.
  • the angle sensors 30, 32 are connected to the control unit 18 in a signal-transmitting manner.
  • the first angle sensor 30 provides the angle of rotation ⁇ of the measuring wheel 26 in the form of a first measured variable Mi and the second angle sensor 32 provides the angle of rotation ⁇ of the belt reel sensor 22 in the form of a second measured variable M 2 .
  • the control unit 18 is designed to use the first measured variable Mi and the second measured variable M 2 to determine the absolute belt strap extension of the seat belt system 10 in the following manner.
  • the seat belt system 10 is shown in a first position in which the Archimedean spiral 34 has twelve windings and a diameter di.
  • the seat belt system 10 is shown in a second position, in which the belt webbing 14 and the Archimedean spiral 34 have six windings and a diameter d 2 .
  • the belt strap 14 is pulled out further than in the first position.
  • the absolute belt webbing extension is thus greater, ie the portion of the belt webbing 14 which is unwound from the belt reel 20 and does not form the Archimedean spiral 34. Consequently, the diameter d2 of the Archimedes 'spiral 34 is smaller than the diameter di, since less belt webbing 14 is wound on the belt reel 20 and the Archimedes' spiral 34 has fewer windings.
  • the second measured variable M2 which is provided here by the angle of rotation ⁇ of the belt reel 20, thus changes as a function of the relative belt extension Dc and the absolute belt extension.
  • the first measured variable Mi which is provided here by the angle of rotation a of the measuring wheel 26, changes as a function of the relative belt extension Dc and is independent of the absolute belt extension, since the circumference of the measuring wheel 26 is constant.
  • each relative belt extension Dc leads to a corresponding change in the angle of rotation Da of the measuring wheel 26, which is independent of the absolute belt extension.
  • the first measured variable Mi here the rotation angle a of the measuring wheel 26, changes proportionally with the relative belt extension Dc
  • the second measured variable M2 here the rotation angle ⁇ of the belt reel 20
  • an additional relative belt extension Dc results in the first measured variable Mi and the second measured variable M2 changing in a specific way that is related to the absolute belt extension.
  • the change in the first measured variable Mi and the change in the second measured variable Mi are determined for a relative belt webbing extension Dc and their ratio is formed.
  • the change in the first measured variable Mi corresponds to the change in the angle of rotation Da of the measuring wheel 26 and the change in the second measured variable M2 corresponds to the change in the angle of rotation Db of the belt reel 20.
  • the ratio of the change in the first measured variable Mi, here the change in the angle of rotation Da of the measuring wheel 26, with the relative belt extension Dc, ie Da / Dc, and the change in the second measured variable M2, here the change in angle of rotation Db of the belt reel 20, with the relative belt extension Dc, ie Db / Dc, is shown in FIG. 3 as function 40 in relation to the absolute belt extension x.
  • the ratio here is a fraction with the change in the angle of rotation Da of the measuring wheel 26 with the relative belt extension Dc in the numerator and that of the change in angle of rotation Db of the belt reel 20 with the relative belt extension Dc in the denominator.
  • the changes in the two measured variables can also be related to one another in other ways; in particular, the change in angle of rotation Db and thus the change in the second measured variable M2 can be in the numerator and the change in angle of rotation Da and thus the change in the first measured variable Mi in the denominator.
  • the absolute webbing extension can be determined by means of the ratio.
  • the function 40 has a corresponding gradient for each absolute belt extension x, which is determined by the ratio Da / Dc to Db / Dc at small Dc.
  • the function 40 can have a different course, in particular the function 40 can increase with the absolute webbing extension x.
  • each determined slope can be uniquely assigned to an absolute belt extension x.
  • the absolute belt extension can be calculated from the gradient using a corresponding conversion formula.
  • a value table can be stored in the control unit 18 in which an associated value for the absolute belt strap extension is stored for various ratios.
  • the absolute belt extension can be determined reliably and particularly precisely.
  • the belt webbing sensor 16 and the belt reel sensor 22 can be used, in particular independently of one another, to detect the belt webbing movement.
  • the belt reel sensor 22 can be provided as the primary sensor to detect highly dynamic movements of the belt reel 20, as are necessary for belt-sensitive locking or force-limiting monitoring functions.
  • the seat belt system 10 can be used to detect whether the belt webbing 14 is loosely wound or whether the belt webbing 14 was pulled out during a last blocking process - for example a braking maneuver.
  • the webbing movement can be measured precisely and at the same time a reference to the absolute webbing extension can be established.
  • FIG. 4 shows a further embodiment of a seat belt system 10 according to the invention in the second position, so that only the differences will be discussed below.
  • Identical and functionally identical components have the same reference symbols and reference is made to the explanations above.
  • the webbing sensor 16 of the seat belt system 10 according to FIG. 4 differs from the webbing sensor 16 of FIGS. 1 and 2 in that the webbing sensor 16 comprises an incremental sensor 42 instead of a measuring wheel 26 and a first angle sensor 30.
  • the seat belt system 10 comprises a belt strap 14 which comprises a marking 48 at regular intervals a, see FIG. 5.
  • FIG. 5 a shows a belt webbing 14 in which the marking 48 is formed by a metallic structure 46 introduced at regular intervals a.
  • the metallic structure 46 can be a metallic thread that is woven into the belt webbing 14.
  • the incremental sensor 42 is preferably designed as an inductive incremental sensor 42.
  • FIG. 5 b shows a belt strap 14 in which the marking 48 is formed by an optical marking 44 arranged at regular intervals a.
  • the incremental sensor 42 is preferably designed as an optical incremental sensor 42.
  • the optical marking 44 can be printed onto the belt strap 14, for example.
  • the optical marking 44 can be formed, for example, by at least one thread woven into the belt webbing 14 at regular intervals a, the thread being designed in such a way that it can be detected by the optical incremental sensor 42.
  • the absolute belt extension of the seat belt system 10 is determined using the method explained in relation to FIGS. 1 and 2, with the difference that the first measured variable Mi is provided directly by the actual relative belt extension Dc, which is measured by the incremental sensor 42.
  • the change in the first measured variable Mi and the change in the second measured variable M2 in the case of a relative belt webbing extension Dc are also determined in the seat belt system in FIG. 4 and their ratio is formed.
  • the change in the first measured variable Mi corresponds directly to the actual relative belt strap extension Dc
  • the change in the second measured variable M 2 corresponds to the change in the angle of rotation Db of the belt reel 20.

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Automotive Seat Belt Assembly (AREA)

Abstract

Ein Sicherheitsgurtsystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, hat eine Gurtspule (20), ein Gurtband (14), einen der Gurtspule (20) zugeordneten Gurtspulensensor (22), einen dem Gurtband (14) zugeordneten Gurtbandsensor (16) sowie eine Steuereinheit (18). Des Weiteren ist ein Verfahren zur Bestimmung des absoluten Gurtbandauszugs bei einem Sicherheitsgurtsystem (10), mit den Schritten vorgesehen: Ermitteln einer Veränderung einer ersten Messgröße (M1), die sich mit dem Gurtbandauszug in einer vorbestimmten ersten Weise ändert, Ermitteln einer Veränderung einer zweiten Messgröße (M2), die sich mit dem Gurtbandauszug in einer vorbestimmten zweiten Weise ändert, und Bestimmen des absoluten Gurtbandauszugs anhand der ermittelten Veränderungen der ersten Messgröße (M1) und der zweiten Messgröße (M2).

Description

Verfahren zur Bestimmung des absoluten Gurtbandauszugs sowie Sicherheitsgurtsystem
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Bestimmung des absoluten Gurtbandauszugs bei einem Sicherheitsgurtsystem. Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Sicherheitsgurtsystem mit einer Gurtspule und einem Gurtband.
Sicherheitsgurtsysteme mit einem Gurtraufroller sind bekannt. Gurtaufroller mit einer Gurtspule dienen dazu, einem Fahrzeuginsassen eines Kraftfahrzeugs einen Sicherheitsgurt bereitzustellen. Im Normalbetrieb kann der Fahrzeuginsasse den Sicherheitsgurt entgegen der Wirkung einer Aufwickelfeder frei von der Gurtspule abziehen, und die Gurtspule wickelt den Sicherheitsgurt wieder auf, wenn der Fahrzeuginsasse sich beispielsweise abschnallt.
Ferner ist es bekannt mittels Sensoren, beispielsweise Drehwinkelsensoren, im Gurtaufroller die Rotation der Gurtspule zu erfassen, um über diesen Messwert die ausgezogene Gurtbandlänge zu ermitteln, die für eine Vielzahl von Funktionen moderner Sicherheitssysteme von großer Bedeutung ist.
Die mit diesen Sensoren ermittelten Werte für die ausgezogene Gurtbandlänge sind jedoch sehr ungenau, da die Gurtbanddicke und Steifigkeit des Gurtbands veränderlich sind. Ein weiteres Problem stellen Gurtlose im Gurtwickelspeicher des Gurtaufrollers dar, die Messwerte weiter verfälschen. Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren sowie ein Sicherheitsgurtsystem bereitzustellen, mittels denen zuverlässig der absolute Gurtbandauszug bei einem Sicherheitsgurtsystem ermittelt werden kann. Zur Lösung der Aufgabe ist ein Verfahren zur Bestimmung des absoluten Gurtbandauszugs bei einem Sicherheitsgurtsystem mit den folgenden Schritten vorgesehen:
- Ermitteln einer Veränderung einer ersten Messgröße, die sich mit dem Gurtbandauszug in einer bekannten definierten ersten Weise ändert,
- Ermitteln einer Veränderung einer zweiten Messgröße, die sich mit dem Gurtbandauszug in einer bekannten definierten zweiten Weise ändert, und
- Bestimmen des absoluten Gurtbandauszugs anhand der ermittelten Veränderungen der ersten und der zweiten Messgröße.
Hierbei ändern sich die erste und die zweite Messgröße bei einem bestimmten relativen Gurtbandauszug in unterschiedlicher Weise, die vom absoluten Gurtbandauszug abhängig ist. Auf diese Weise kann der absolute Gurtbandauszug zuverlässig bestimmt werden.
In einer Ausführungsform weist das Verfahren ferner die folgenden Schritte auf:
- Bestimmen eines Verhältnisses der ermittelten Veränderungen der ersten Messgröße und der zweiten Messgröße, und
- Bestimmen des absoluten Gurtbandauszugs anhand des bestimmten Verhältnisses.
Indem die erste Messgröße und die zweite Messgröße bzw. deren jeweilige Veränderung zueinander in Bezug gesetzt werden und indem jedem dieser Verhältnisse, vorzugsweise eineindeutig, ein Wert für den absoluten Gurtbandauszug zugeordnet ist, ist der absolute Gurtbandauszug mittels des Verhältnisses zuverlässig ermittelbar.
Hierbei kann der absolute Gurtbandauszug aus dem Verhältnis der ersten und der zweiten Messgröße mittels einer Umrechnungsformel berechnet werden.
Zusätzlich oder alternativ kann der absolute Gurtbandauszug anhand einer in einer Steuereinheit hinterlegten Wertetabelle ermittelt werden, in der für verschiedene Verhältnisse ein entsprechender Wert des absoluten Gurtbandauszugs hinterlegt ist. Es ist von Vorteil, wenn die Veränderung der ersten Messgröße eine Funktion des relativen Gurtbandauszugs ist und die Veränderung der zweiten Messgröße eine Funktion sowohl des relativen Gurtbandauszugs als auch des absoluten Gurtbandauszugs ist. Flierdurch können die beiden Messgrößen bzw. deren jeweilige Veränderung zueinander in Bezug gesetzt werden und der absolute Gurtbandauszug ermittelt werden.
Hierbei kann sich die erste Messgröße proportional mit dem relativen Gurtbandauszug ändern, sodass aus der Veränderung der ersten Messgröße in einfacher Weise die Länge des Gurtbandabschnitts ermittelt werden kann, der in dem entsprechenden Zeitraum ausgezogenen wurde.
Vorzugsweise ändert sich die zweite Messgröße nicht proportional mit dem relativen Gurtbandauszug. Wird die Änderung der ersten Messgröße mit der Änderung der zweiten Messgröße ins Verhältnis gesetzt, so ergibt sich hierdurch eine Steigung, die mit dem absoluten Gurtbandauszug korreliert. Somit kann über die Steigung der absolute Gurtbandauszug ermittelt werden.
Gemäß einer Ausführungsform ist die erste Messgröße ein Drehwinkel eines mit dem Gurtband gekoppelten Messrads. Auf diese Weise kann zuverlässig die tatsächliche relative Gurtbandbewegung beim Ausziehen sowie beim Einziehen des Gurtbands erfasst werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die erste Messgröße eine in einem entsprechenden Zeitraum ausgezogene oder eingezogene Gurtbandlänge, die über einen Inkrementalsensor feststellbar ist. Bei dem Inkrementalsensor kann es sich beispielsweise um einen optischen oder einen induktiven Inkrementalsensor handeln. Zur Messung des relativen Gurtbandauszugs kann das zugehörige Gurtband sofern es sich um einen optischen Inkrementalsensor handelt, eine optische Markierung in regelmäßigen Abständen aufweisen. Sofern es sich um einen induktiven Inkrementalsensor handelt, kann das Gurtband eine in regelmäßigen Abstand auftretende Struktur aufweisen. Auf diese Weise kann zuverlässig die tatsächliche relative Gurtbandlänge beim Ausziehen sowie beim Einziehen des Gurtbands erfasst werden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die zweite Messgröße ein Drehwinkel einer Gurtspule, wobei das Gurtband an der Gurtspule befestigt ist, d.h. die Gurtspule ist zum Auf- und Abwickeln des Gurtbands vorgesehen. Das Aufwickeln des Gurtbands führt dazu, dass das Gurtband eine archimedische Spirale auf der Gurtspule bildet. Hierdurch ist die Änderung der zweiten Messgröße sowohl vom relativen Gurtbandauszug als auch vom absoluten Gurtbandauszug abhängig und ist daher zur Ermittlung des absoluten Gurtbandauszugs geeignet.
Erfindungsgemäß ist zur Lösung der oben genannten Aufgabe auch ein Sicherheitsgurtsystem vorgesehen, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer Gurtspule, einem Gurtband, einem der Gurtspule zugeordneten Gurtspulensensor, einem dem Gurtband zugeordneten Gurtbandsensor sowie einer Steuereinheit. Insbesondere ist das Sicherheitsgurtsystem dabei dazu eingerichtet, das erfindungsgemäße Verfahren auszuführen. Das bedeutet, der Gurtspulensensor ist zum Ermitteln der Rotation der Gurtspule und der Gurtbandsensor ist zum Ermitteln des Gurtbandauszugs eingerichtet. Mittels der Messgröße des Gurtspulensensors sowie der Messgröße des Gurtbandsensors kann hierbei die Gurtbandbewegung präzise gemessen und über die unterschiedliche Änderung der beiden Messgrößen der absolute Gurtbandauszug zuverlässig ermittelt werden.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Gurtbandsensor ein Messrad und einen ersten Winkelsensor, wobei das Messrad mit dem Gurtband gekoppelt ist, insbesondere auf dem Gurtband aufliegt, und wobei der erste Winkelsensor dazu ausgebildet ist, den Drehwinkel des Messrads zu bestimmen. Auf diese Weise kann über den Drehwinkel zuverlässig die tatsächliche relative Gurtbandbewegung beim Ausziehen sowie beim Aufwickeln erfasst werden.
Alternativ umfasst der Gurtbandsensor anstelle des Messrads mit einem ersten Winkelsensor einen Inkrementalsensor sowie ein Gurtband mit einer Markierung in regelmäßigen Abständen, über die durch den Inkrementalsensor die tatsächliche relative Gurtbandbewegung beim Ausziehen sowie beim Aufwickeln erfasst werden kann. Der Inkrementalsensor kann insbesondere optisch oder induktiv die tatsächliche relative Gurtbandbewegung beim Ausziehen sowie beim Aufwickeln erfassen. Hierfür kann das Gurtband eine in regelmäßigen Abständen angeordnete optische Markierung (optisch) oder eine in regelmäßigen Abständen angeordnete metallische Struktur (induktiv) aufweisen. Gemäß einer weiteren Ausführungsform weist der Gurtspulensensor einen zweiten Winkelsensor auf, der dazu eingerichtet ist, den Drehwinkel der Gurtspule zu bestimmen. Die Änderung des Drehwinkel der Gurtspule ist sowohl vom relativen als auch vom absoluten Gurtbandauszug abhängig, da das Gurtband in Form einer archimedischen Spirale auf der Gurtspule aufgewickelt wird. Somit enthält die Änderung des Drehwinkels bei einem gegebenen relativen Gurtbandauszug auch die Information über den absoluten Gurtbandauszug, der damit aus der Messgröße des zweiten Winkelsensors ermittelt werden kann.
Vorzugweise ist bzw. sind der erste Winkelsensor und/oder der zweite Winkelsensor jeweils ein berührungsloser Winkelsensor, insbesondere auf Basis von Magnetfeldrichtungserkennung. Diese Winkelsensoren haben den Vorteil, dass sie die Spulenorientierung in einem Winkelbereich von 180° oder 360° exakt bestimmen können, beispielsweise mittels eines Dipolmagneten, ohne zusätzlich Reibung an der Gurtspule und am Messrad zu erzeugen.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung sowie aus den beigefügten Zeichnungen. In diesen zeigen:
- Figur 1 in einer schematischen Darstellung ein erfindungsgemäßes Sicherheitsgurtsystem in einer ersten Stellung,
- Figur 2 in einer schematischen Darstellung das erfindungsgemäße Sicherheitsgurtsystem aus Figur 1 in einer zweiten Stellung,
- Figur 3 in einem Diagramm eine Funktion des Verhältnisses der Änderung der Drehwinkel in Abhängigkeit vom absoluten Gurtbandauszug,
- Figur 4 in einer schematischen Darstellung eine weitere Ausführungsforme eines Sicherheitsgurtsystems, und
- Figur 5 a) und b) Ausführungsformen eines Gurtbands des Sicherheitsgurtsystems nach Figur 4.
In Figur 1 ist ein Sicherheitsgurtsystem 10 mit einem Gurtaufroller 12, einem Gurtband 14, einem Gurtbandsensor 16 und einer Steuereinheit 18 gezeigt. Das Sicherheitsgurtsystem 10 kann für ein Kraftfahrzeug vorgesehen sein, beispielsweise ein PKW oder LKW.
Der Gurtaufroller 12 hat eine Gurtspule 20, an der das Gurtband 14 auf- und abwickelbar befestigt ist, und ein Gurtspulensensor 22.
Die Gurtspule 20 ist um eine Drehachse 24 drehbar in einem Rahmen (nicht dargestellt) des Gurtaufrollers 12 gelagert.
Der Gurtbandsensor 16 umfasst ein Messrad 26, das um eine Drehachse 28 drehbar in einem Rahmen (nicht dargestellt) des Gurtbandsensors 16 gelagert ist, sowie einen ersten Winkelsensor 30.
Das Gurtband 14 ist in Form einer archimedischen Spirale 34 abschnittsweise auf der Gurtspule 20 aufgewickelt und über eine Umlenkrolle 36 aus dem Gurtaufroller 12 heraus und über das Messrad 26 geführt.
In einer alternativen Ausführungsform kann die Umlenkrolle 36 entfallen oder durch ein Bauteil mit einer äquivalenten Funktion ersetzt sein, beispielsweise einer Umlenkkante.
Das Messrad 26 liegt am Gurtband 14 an und ist mit diesem kraft- bzw. reibschlüssig derart gekoppelt, sodass ein Gurtbandauszug in Auszugsrichtung A oder ein Einzug des Gurtbands 14 in entgegengesetzter Richtung eine entsprechende Rotation des Messrads 26 um die Drehachse 28 zur Folge hat.
Vorzugsweise ist die Kraft, mit der das Gurtband 14 gegen das Messrad 26 gedrückt wird, bzw. die Reibung zwischen dem Gurtband und dem Messrad 26 hierbei so groß, dass das Messrad 26 im Wesentlichen schlupffrei mit dem Gurtband 14 gekoppelt ist. Hierdurch führt jede Bewegung des Gurtbands 14 in sowie entgegen der Auszugsrichtung A zu einer entsprechenden Drehung des Messrads 26.
In der dargestellten Ausführungsform ist der Gurtbandsensor 16 außerhalb des Gurtaufrollers 12 angeordnet. Grundsätzlich kann der Gurtbandsensor 16 an einer beliebigen Stelle angeordnet sein. Insbesondere kann das Messrad 26 in einer alternativen Ausführungsform innerhalb des Gurtaufrollers 12 angeordnet sein und/oder innerhalb des Gurtaufrollers 12 am Gurtband 14 anliegen. Der erste Winkelsensor 30 ist dazu eingerichtet, den Drehwinkel a des Messrads 26 zu erfassen. Der erste Winkelsensor 30 erfasst daher Winkeländerungen Da des Messrads 26, wenn dieses um die Drehachse 28 rotiert.
Der Gurtspulensensor 22 umfasst einen zweiten Winkelsensor 32, der dazu eingerichtet ist, den Drehwinkel ß der Gurtspule 20 zu erfassen. Der zweite Winkelsensor 32 erfasst daher Winkeländerungen Db der Gurtspule 20, wenn diese um die Drehachse 24 rotiert.
Der erste Winkelsensor 30 und der zweite Winkelsensor 32 sind jeweils berührungslose Winkelsensoren, die über Änderungen eines Magnetfelds, insbesondere der Magnetfeldrichtung, die Orientierung der Gurtspule 20 bzw. des Messrads 26 in einem Winkelbereich von 180° und/oder 360° erfassen können.
In einer alternativen Ausführungsform können die Winkelsensoren 30, 32 jeweils im Wesentlichen beliebig gestaltet sein.
Die Winkelsensoren 30, 32 sind signalübertragend mit der Steuereinheit 18 verbunden. Der erste Winkelsensor 30 stellt hierbei den Drehwinkel a des Messrads 26 in Form einer ersten Messgröße Mi und der zweite Winkelsensor 32 stellt den Drehwinkel ß des Gurtspulensensors 22 in Form einer zweiten Messgröße M2 bereit.
Die Steuereinheit 18 ist dazu ausgebildet anhand der ersten Messgröße Mi und der zweiten Messgröße M2 den absoluten Gurtbandauszug des Sicherheitsgurtsystems 10 in folgender Weise zu ermitteln.
In Figur 1 ist das Sicherheitsgurtsystem 10 in einer ersten Stellung gezeigt, in der die archimedische Spirale 34 zwölf Wicklungen und einen Durchmesser di aufweist.
In Figur 2 ist das Sicherheitsgurtsystem 10 in einer zweiten Stellung gezeigt, in der das Gurtband 14 und die archimedische Spirale 34 sechs Wicklungen sowie einen Durchmesser d2 aufweist.
In der zweiten Stellung ist das Gurtband 14 weiter ausgezogen als in der ersten Stellung. Somit ist der absolute Gurtbandauszug größer, d.h. der Anteil des Gurtbands 14, der von der Gurtspule 20 abgewickelt ist und nicht die archimedische Spirale 34 bildet. Folglich ist der Durchmesser d2 der archimedischen Spirale 34 kleiner als der Durchmesser di , da auf der Gurtspule 20 weniger Gurtband 14 aufgewickelt ist und somit die archimedische Spirale 34 weniger Wicklungen aufweist.
Mit zunehmendem absoluten Gurtbandauszug sinkt somit der Durchmesser d der archimedische Spirale 34 und damit der Umfang der äußeren Wicklung 38. Dies hat zur Folge, dass ein relativer Gurtbandauszug Dc mit zunehmendem absoluten Gurtbandauszug zu einer größeren Drehwinkeländerung Db der Gurtspule 20 führt.
Die zweite Messgröße M2, die hier durch den Drehwinkel ß der Gurtspule 20 bereitgestellt wird, ändert sich somit in Abhängigkeit des relativen Gurtbandauszugs Dc sowie des absoluten Gurtbandauszugs.
Dagegen ändert sich die erste Messgröße Mi , die hier durch den Drehwinkel a des Messrads 26 bereitgestellt wird, in Abhängigkeit des relativen Gurtbandauszugs Dc und ist unabhängig vom absoluten Gurtbandauszug, da der Umfang des Messrads 26 konstant ist. Somit führt jeder relative Gurtbandauszugs Dc zu einer entsprechenden Drehwinkeländerung Da des Messrads 26, die unabhängig vom absoluten Gurtbandauszug ist.
Flierdurch ändert sich die erste Messgröße Mi , hier der Drehwinkel a des Messrads 26proportional mit dem relativen Gurtbandauszug Dc, während die zweite Messgröße M2, hier der Drehwinkel ß der Gurtspule 20, sich nicht proportional mit dem relativen Gurtbandauszug Dc ändert.
Ausgehend von einem bestimmten absoluten Gurtbandauszug führt ein zusätzlicher relativer Gurtbandauszug Dc dazu, dass sich die erste Messgröße Mi sowie die zweite Messgröße M2 in einer spezifischen Weise ändert, die mit dem absoluten Gurtbandauszug zusammenhängt.
Um den absoluten Gurtbandauszug bei dem Sicherheitsgurtsystem 10 zu bestimmen, wird die Änderung der ersten Messgröße Mi und die Änderung der zweiten Messgröße Mi bei einem relativen Gurtbandauszug Dc ermittelt und ihr Verhältnis gebildet. Die Änderung der ersten Messgröße Mi entspricht in der Ausführungsform der Figuren 1 und 2 der Drehwinkeländerung Da des Messrads 26 und die Änderung der zweiten Messgröße M2 entspricht der Drehwinkeländerung Db der Gurtspule 20. Das Verhältnis der Änderung der ersten Messgröße Mi , hier die Drehwinkeländerung Da des Messrads 26, mit dem relativen Gurtbandauszug Dc, d.h. Da/Dc, und der Änderung der zweiten Messgröße M2, hier die Drehwinkeländerung Db der Gurtspule 20, mit dem relativen Gurtbandauszug Dc, d.h. Db/Dc, ist in Figur 3 als Funktion 40 gegenüber dem absoluten Gurtbandauszug x dargestellt.
Das Verhältnis ist hierbei ein Bruch mit der Drehwinkeländerung Da des Messrads 26 mit dem relativen Gurtbandauszug Dc im Zähler und der der Drehwinkeländerung Db der Gurtspule 20 mit dem relativen Gurtbandauszug Dc im Nenner.
Selbstverständlich können die Änderungen der beiden Messgrößen auch auf andere Weise zueinander ins Verhältnis gesetzt werden, insbesondere kann die Drehwinkeländerung Db und somit die Änderung der zweiten Messgröße M2 im Zähler und die Drehwinkeländerung Da und somit die Änderung der ersten Messgröße Mi im Nenner stehen.
Dadurch, dass sich die erste Messgröße Mi und die zweite Messgröße M2 auf unterschiedliche Weise mit dem relativen Gurtbandauszug Dc bei einem absoluten Gurtbandauszug x ändern, kann mittels des Verhältnisses der absolute Gurtbandauszug bestimmt werden.
Wie in Figur 3 dargestellt, weist die Funktion 40 für jeden absoluten Gurtbandauszug x eine entsprechende Steigung auf, die durch das Verhältnis Da/Dc zu Db/Dc bei kleinen Dc bestimmt ist.
Ferner ist durch den stetig mit dem absoluten Gurtbandauszug x abnehmenden Verlauf der Funktion 40 gewährleistet, dass jedem absoluten Gurtbandauszug x eineindeutig eine spezifische Steigung zugeordnet ist.
In einer alternativen Ausführungsform kann die Funktion 40 einen anderen Verlauf aufweisen, insbesondere kann die Funktion 40 mit dem absoluten Gurtbandauszug x zunehmen.
Somit kann jede ermittelte Steigung eineindeutig einem absoluten Gurtbandauszug x zugeordnet werden. Der absolute Gurtbandauszug kann hierbei mittels einer entsprechenden Umrechnungsformel aus der Steigung berechnet werden. Zusätzlich oder alternativ kann in der Steuereinheit 18 eine Werttabelle hinterlegt sein, in der für verschiedene Verhältnisse ein zugehöriger Wert für den absoluten Gurtbandauszug hinterlegt ist.
Auf diese Weise kann der absolute Gurtbandauszug zuverlässig sowie besonders präzise ermittelt werden.
Ferner besteht die Möglichkeit, bei jedem Anschnall- oder Abschaltvorgang das Wickelverhältnis, d.h. die Anzahl der Wicklungen der archimedischen Spirale 34 auf der Gurtspule 20, mit einer Soll-Kurve zu plausibilisieren, insbesondere um nach einem Stromausfall, beispielsweise durch eine Unterbrechung der Stromversorgung, wenn die Autobatterie abgeklemmt wird, das Sicherheitsgurtsystem 10 zu kalibrieren.
Des Weiteren können der Gurtbandsensor 16 und der Gurtspulensensor 22, insbesondere unabhängig voneinander, zum Erfassen der Gurtbandbewegung eingesetzt werden.
Beispielsweise kann der Gurtspulensensor 22 als primärer Sensor dazu vorgesehen sein, hochdynamische Bewegungen der Gurtspule 20 zu erfassen, wie diese für gurtbandsensitive Sperrungen oder Kraftbegrenzungs überwachungsfunktionen erforderlich sind.
Mit dem zweiten Sensor in Form des Gurtbandsensors 16 kann zusätzlich das Wickelverhältnis des Gurtbands 14 auf der Gurtspule 20 beobachtet werden. Dabei kann mittels des Sicherheitsgurtsystems 10 erfasst werden, ob das Gurtband 14 mit Lose aufgewickelt ist oder ob bei einem letzten Blockiervorgang - zum Beispiel einem Bremsmanöver - Gurtband 14 ausgezogen wurde.
Auf diese Weise kann die Gurtbandbewegung präzise gemessen und gleichzeitig einen Bezug zum absoluten Gurtbandauszug hergestellt werden.
Des Weiteren kann mittels des Sicherheitsgurtsystems 10 die Effizienz einer reversiblen Straffung bewertet werden. Figur 4 zeigt eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Sicherheitsgurtsystems 10 in der zweiten Stellung, sodass im Folgenden nur auf die Unterschiede eingegangen wird. Gleiche und funktionsgleiche Bauteile haben dieselben Bezugszeichen und es wird auf die obigen Erläuterungen verwiesen.
Der Gurtbandsensor 16 des Sicherheitsgurtsystems 10 nach Figur 4 unterscheidet sich zum Gurtbandsensor 16 der Figuren 1 und 2 dadurch, dass der Gurtbandsensor 16 anstelle eines Messrads 26 und eines ersten Winkelsensors 30, ein Inkrementalsensor 42 umfasst.
Zudem umfasst das Sicherheitsgurtsystem 10 ein Gurtband 14, das eine Markierung 48 in regelmäßigen Abständen a umfasst, siehe Figur 5.
Figur 5 a) zeigt ein Gurtband 14, bei dem die Markierung 48 durch eine in regelmäßigen Abständen a eingebrachte metallische Struktur 46 gebildet ist. Beispielsweise kann es sich bei der metallischen Struktur 46 um einen metallischen Faden handeln, der in das Gurtband 14 eingewebt ist. Bei einem derartigen Gurtband mit einer in regelmäßigen Abständen a angeordneten metallischen Struktur 46 ist der Inkrementalsensor 42 vorzugsweise als ein induktiver Inkrementalsensor 42 ausgebildet.
Figur 5 b) zeigt ein Gurtband 14, bei dem die Markierung 48 durch eine in regelmäßigen Abständen a angeordnete optische Markierung 44 gebildet ist. Bei einem derartigen Gurtband mit in regelmäßigen Abständen a angeordneten optischen Markierungen 44 ist der Inkrementalsensor 42 vorzugsweise als ein optischer Inkrementalsensor 42 ausgebildet. Die optische Markierung 44 kann beispielsweise auf das Gurtband 14 aufgedruckt sein. Weiterhin kann die optische Markierung 44 beispielsweise durch zumindest einen in regelmäßigen Abständen a in das Gurtband 14 eingewebten Faden gebildet werden, wobei der Faden derart ausgebildet ist, dass dieser durch den optischen Inkrementalsensor 42 detektierbar ist.
Die Ermittlung des absoluten Gurtbandauszugs des Sicherheitsgurtsystems 10 erfolgt über das zu den Figuren 1 und 2 erläuterte Verfahren, mit dem Unterschied dass die erste Messgröße Mi direkt durch den tatsächlichen relativen Gurtbandauszug Dc bereitgestellt wird, der von dem Inkrementalsensor 42 gemessen wird. Um den absoluten Gurtbandauszug bei dem Sicherheitsgurtsystem 10 zu bestimmen, wird auch bei dem Sicherheitsgurtsystem der Figur 4 die Änderung der ersten Messgröße Mi und die Änderung der zweiten Messgröße M2 bei einem relativen Gurtbandauszug Dc ermittelt und ihr Verhältnis gebildet. Die Änderung der ersten Messgröße Mi entspricht dabei direkt dem tatsächlichen relativen Gurtbandauszug Dc und die Änderung der zweiten Messgröße M2 entspricht der Drehwinkeländerung Db der Gurtspule 20.
Die Erfindung ist nicht auf die gezeigte Ausführungsform beschränkt. Insbesondere können einzelne Merkmale einer Ausführungsform unabhängig von den anderen Merkmalen der entsprechenden Ausführungsform beliebig mit anderen Merkmalen kombiniert werden.

Claims

Patentansprüche
1 . Verfahren zur Bestimmung des absoluten Gurtbandauszugs bei einem Sicherheitsgurtsystem (10), mit den Schritten:
- Ermitteln einer Veränderung einer ersten Messgröße (Mi), die sich mit dem Gurtbandauszug in einer vorbestimmten ersten Weise ändert,
- Ermitteln einer Veränderung einer zweiten Messgröße (M2), die sich mit dem Gurtbandauszug in einer vorbestimmten zweiten Weise ändert, und
- Bestimmen des absoluten Gurtbandauszugs anhand der ermittelten Veränderungen der ersten Messgröße (Mi) und der zweiten Messgröße (M2).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:
- Bestimmen eines Verhältnisses der ermittelten Veränderungen der ersten Messgröße (Mi) und der zweiten Messgröße (M2), und
- Bestimmen des absoluten Gurtbandauszugs anhand des bestimmten Verhältnisses.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der absolute Gurtbandauszug aus dem Verhältnis der ersten Messgröße (Mi) und der zweiten Messgröße (M2) mittels einer Umrechnungsformel berechnet und/oder anhand einer in einer Steuereinheit hinterlegten Wertetabelle ermittelt wird, in der für verschiedene Verhältnisse ein entsprechender Wert des absoluten Gurtbandauszugs hinterlegt ist.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dass die Veränderung der ersten Messgröße (Mi) eine Funktion des relativen Gurtbandauszugs (Dc) ist und die Veränderung der zweiten Messgröße (M2) eine Funktion des relativen Gurtbandauszugs (Dc) und des absoluten Gurtbandauszugs ist.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dass sich die erste Messgröße (Mi) proportional mit dem relativen Gurtbandauszug (Dc) ändert.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dass sich die zweite Messgröße (M2) nicht proportional mit dem relativen Gurtbandauszug (Dc) ändert.
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Messgröße (Mi) ein Drehwinkel (a) eines mit dem Gurtband (14) gekoppelten Messrads (26) ist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Messgröße (Mi) der relative Gurtbandauszug (Dc) ist.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Messgröße (M2) ein Drehwinkel (ß) einer Gurtspule (20) ist, wobei das Gurtband (14) an der Gurtspule (20) befestigt ist.
10. Sicherheitsgurtsystem, insbesondere für ein Kraftfahrzeug, mit einer Gurtspule (20), einem Gurtband (14), einem der Gurtspule (20) zugeordneten Gurtspulensensor (22), einem dem Gurtband (14) zugeordneten Gurtbandsensor (16) sowie einer Steuereinheit (18), insbesondere wobei das Sicherheitsgurtsystem (10) dazu eingerichtet ist, ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.
1 1 . Sicherheitsgurtsystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Gurtbandsensor (16) ein Messrad (26) und einen ersten Winkelsensor (30) umfasst, wobei das Messrad (26) mit dem Gurtband (14) gekoppelt ist, insbesondere auf dem Gurtband (14) aufliegt, und wobei der erste Winkelsensor (30) dazu ausgebildet ist, den Drehwinkel (a) des Messrads (26) zu bestimmen.
12. Sicherheitsgurtsystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Gurtbandsensor (16) einen Inkrementalsensor (42) und das Gurtband (14) eine Markierung (48) in regelmäßigen Abständen (a) umfasst, wobei der Inkrementalsensor (42) insbesondere ein optischer oder induktiver Inkrementalsensor (42) ist und das Gurtband (14) insbesondere eine in regelmäßigen Abständen (a) angeordnete optische Markierung (44) oder eine in regelmäßigen Abständen (a) angeordnete metallische Struktur (46) aufweist.
13. Sicherheitsgurtsystem nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Gurtspulensensor (22) einen zweiten Winkelsensor (32) aufweist, der dazu eingerichtet ist, den Drehwinkel (ß) der Gurtspule (20) zu bestimmen.
14. Sicherheitsgurtsystem nach Anspruch 1 1 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Winkelsensor (30) und/oder der zweite Winkelsensor (32) ein berührungsloser Winkelsensor ist, insbesondere auf Basis von Magnetfeldrichtungserkennung.
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