DE20301861U1

DE20301861U1 - Gurtaufroller für einen Fahrzeugsicherheitsgurt

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Publication number: DE20301861U1
Application number: DE20301861U
Authority: DE
Original assignee: TRW Occupant Restraint Systems GmbH
Current assignee: TRW Occupant Restraint Systems GmbH
Priority date: 2003-02-06
Filing date: 2003-02-06
Publication date: 2003-06-05
Anticipated expiration: 2013-02-07

Description

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TRW Occupant Restraint Systems GmbH & Co. KG
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D-73553 Alfdorf

Tl0003 DE

HD/Zg/se 6. Februar 2003

Gurtaufroller für einen Fahrzeugsicherheitsgurt

Die Erfindung betrifft einen Gurtaufroller für einen Fahrzeug-Sicherheitsgurt, mit einem Rahmen, einer Gurtspule, die drehbar im Rahmen gelagert ist, und einem Elektromotor, der die Gurtspule antreiben kann.

Der Elektromotor wird anstatt oder auch zusätzlich zu der Aufwickelfeder verwendet, um die Gurtspule so mit einem Drehmoment zu beaufschlagen, daß das Gurtband im abgelegtem Zustand auf die Gurtspule aufgewickelt wird und im angelegten Zustand möglichst nahe am Körper des Fahrzeuginsassen anliegt, ohne diesen zu behindern. Dabei ist die Möglichkeit bekannt, das auf die Gurtspule von dem Elektromotor ausgeübte Drehmoment in Abhängigkeit verschiedener Sensorsignale, die repräsentativ für den jeweiligen Fahrzeuginsassen und die Fahrsituation sind, zu verändern. Zusätzlich dazu kann durch den Elektromotor auch die Notfallstraffung des Gurtbands herbeigeführt werden.

Aus der deutschen Offenlegungsschrift DE 195 20 721 Al ist ein Gurtstraffersystem eines passiven Rückhaltesystems für ein Kraftfahrzeug bekannt, bei dem abhängig von der Gurtbandauszugslänge sowie dem Gewicht und der Körpergröße des Fahrzeuginsassen eine Auswerteelektronik einen optimalen Wert für die Kraft ermittelt, mit der der Gurt gestrafft wird, bzw. einen zeitlichen Verlauf für den Anstieg der in den Sicherheitsgurt einzuleitenden Kraft ermittelt.

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Durch die vorliegende Erfindung wird ein Gurtaufroller für einen Fahrzeug-Sicherheitsgurt bereitgestellt, bei dem die im Gurtband wirkenden Kräfte zu jedem Zeitpunkt einem hinsichtlich der bestehenden Bedingungen optimierten Wert entsprechen.

Gemäß der Erfindung ist ein radial zwischen der Gurtspule und dem Rahmen angeordneter Sensor zur Erfassung der in dem Sicherheitsgurt wirkenden Zugkraft vorgesehen, wobei der Elektromotor zur Regelung der in dem Sicherheitsgurt wirkenden Kräfte in Abhängigkeit der erfaßten Zugkraft variabel ansteuerbar ist. Mit Hilfe des Sensors ist es möglich, zu jedem Zeitpunkt die momentan im Fahrzeug-Sicherheitsgurt wirkende Zugkraft zu ermitteln. Weicht der ermittelte Wert von einem vorgegeben Sollwert ab, wird der Elektromotor so angesteuert, daß die Zugkraft auf einen dem vorgegebenen Wert entsprechenden Wert geregelt wird. Auf diese Weise ist es möglich, das die Gurtspule antreibende Drehmoment über einen großen Bereich entsprechend dem Sollwert für die Gurtkraft zu variieren, so daß sowohl für die jeweilige Situation unnötig große Drehmomente, die zu Verschleißerscheinungen fuhren können, als auch für die jeweilige Situation zu kleine Drehmomente, die die Sicherheit des Fahrzeuginsassen gefährden könnten, vermieden werden. Durch die Gurtkraftregelung ist es ferner möglich, die durch die Masseträgheit der Gurtspule bedingten Gurtkraftschwankungen bei schnellen Aus- und Einzugsbewegungen durch entsprechendes Ansteuern des Elektromotors auszugleichen.

Bevorzugterweise sind weitere Sensoren vorgesehen, deren Signale repräsentativ für den jeweiligen Fahrzeuginsassen und/oder das Unfallgeschehen sind, wobei das durch den Elektromotor auf die Gurtspule ausgeübte Drehmoment in Abhängigkeit der Sensorsignale variabel ansteuerbar ist. Durch eine Auswertung dieser Signale kann der vorgegebene Wert für die im Sicherheitsgurt wirkende Zugkraft beispielsweise je nach Sitzposition, Gewicht und Größe des Fahrzeuginsassen sowie nach der Schwere eines Unfalls variiert werden.

Weitere Merkmale und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

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Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf mehrere Ausfuhrungsformen beschrieben, die in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. In diesen zeigen:

- Figur 1 schematisch in einer perspektivischen Ansicht von schräg vorne einen erfindungsgemäßen Gurtaufroller mit einem an der Gurtspule angeordneten Sensor zur Erfassung der in dem Sicherheitsgurt wirkenden Zugkraft;

- Figur 2 schematisch in einer geschnittenen Seitenansicht die Ausgestaltung und Anordnung eines Sensors gemäß einer ersten Ausführungsform;

- Figur 3 a und Figur 3b schematisch in einer geschnittenen Seitenansicht die Anordnung und Ausgestaltung eines Sensors gemäß einer zweiten

Ausführungsform;

- Figur 4 schematisch in einer geschnittenen Seitenansicht die Ausgestaltung und Anordnung eines Sensors gemäß einer dritten Ausführungsform; und

- Figur 5 ein Beispiel eines typischen Gurtkraftverlaufs über der Zeit bei einem erfindungsgemäßen Gurtaufroller im Vergleich mit dem Gurtkraftverlauf eines herkömmlichen, aus dem Stand der Technik bekannten Gurtaufrollers.

Der in der Figur 1 gezeigte erfindungsgemäße Gurtaufroller weist eine Gurtspule 12 auf, an deren axialen Enden jeweils ein Flansch 14 ausgebildet ist. An den über die Flansche 14 hinausragenden Enden, von denen hier nur eines zu sehen ist, ist die Gurtspule 12 jeweils in einem Lagerelement 16 drehbar gelagert. An mindestens einem Lagerelement 16 ist ein Sensor 18 zur Erfassung der in dem Sicherheitsgurt 20 wirkenden Zugkraft F vorgesehen. Ferner ist ein Elektromotor 22 vorgesehen, der die Gurtspule 12 antreiben kann und der zur Regelung der in dem Sicherheitsgurt 20 wirkenden Kräfte in Abhängigkeit der erfaßten Zugkraft F variabel ansteuerbar ist. Der Elektromotor kann anstatt oder zusätzlich zu einer herkömmlichen, aus dem Stand der Technik bekannten Aufwickelfeder vorgesehen sein.

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Bei dem in der Figur 2 gezeigten erfindungsgemäßen Gurtaufroller gemäß einer ersten Ausführungsform ist die Anordnung der Gurtspule 12, des Lagerelements 16 und des Sensors 18 zueinander zu sehen. Der Sensor 18 ist radial zwischen dem Lagerelement 16 und einem Rahmen 24 des Gurtaufrollers angeordnet. Die Gurtspule 12 ist drehbar im Lagerelement 16 angeordnet. Der Sensor 18 weist eine Feder 26 auf, die einen Dehnungsmeßstreifen 28 trägt. Das Lagerelement 16 ist entgegen der Kraft der Feder 26, die hier als Blattfeder ausgebildet ist, verschiebbar, jedoch drehfest, im Rahmen 24 gelagert.

Wirkt in dem Sicherheitsgurt 20 eine Zugkraft F, wird die Gurtspule 12 und damit auch das Lagerelement 16 entgegen der Kraft der Blattfeder 26 bezüglich Figur 2 nach oben in Richtung des Rahmens 24 verschoben. Dadurch wird der Dehnungsmeßstreifen 28 zusammen mit der Blattfeder 26 verformt. Die Verformung ist um so größer, je größer die in dem Sicherheitsgurt wirkende Zugkraft ist. Der elektrische Widerstand des Dehnungsmeßstreifens 28 ändert sich bei einer Verformung, so daß über den elektrischen Widerstand des Dehnungsmeßstreifens 28 die momentan im Sicherheitsgurt 20 wirkende Zugkraft F ermittelt werden kann.

hi den Figuren 3 a und 3b ist ein erfindungsgemäßer Gurtaufroller gemäß einer zweiten Ausführungsform abgebildet. Der Sensor 118 ist ebenfalls radial zwischen dem Lagerelement 116 und dem Rahmen 124 des Gurtaufrollers angeordnet. Der Sensor 118 ist als schmaler Streifen ausgebildet, der an seinen beiden Längsenden 130 bezüglich des Rahmens 124 örtlich festgelegt ist und an dem bezüglich Figur 3a und 3b oberen Ende des Lagerelements 116 anliegt. Bei einer im Sicherheitsgurt wirkenden Zugkraft F wird das Lagerelement 116, in dem die Gurtspule 112 drehbar gelagert ist, bezüglich Figur 3a und Figur 3b nach oben verschoben, wodurch sich, da die Längsenden 130 des Sensors 118 bezüglich des Rahmens 124 festgelegt sind, die Krümmung des Sensor 118 in einer der Bildebene entsprechenden Ebene ändert. Die Krümmungsänderung macht sich auch durch eine Änderung des Umschlingungswinkels &agr; des Sensors mit dem Lagerelement 116 bemerkbar, wie dies in der Figur 3 a und der Figur 3b

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schematisch angedeutet ist. Der Umschlingungswinkel &agr; ist durch den Bereich definiert, in dem der Sensor 118 an dem Lagerelement 116 anliegt, also diesen umschlingt. In Figur 3 a ist das Lagerelement 116 kaum aus seiner Ruhelage verschoben und der Sensor 118 bildet einen kleinen Umschlingungswinkel &agr; mit dem Lagerelement 116. In Figur 3b ist das Lagerelement 116 um die Strecke &khgr; aus der in Figur 3 a gezeigten Position verschoben und bildet einen im Vergleich zu Figur 3a größeren Umschlingungswinkel «mit dem Lagerelement 116. Abhängig von dem Umschlingungswinkel &agr; ändert sich der elektrische Widerstand des Sensors 118, der beispielsweise über die Änderung der Stromstärke bei einer konstanten angelegten Spannung ermittelt werden kann und der, wie bei der Ausführungsform gemäß Figur 2, als Maß für die momentan im Sicherheitsgurt wirkende Zugkraft dient.

Erfindungsgemäß ist alternativ vorgesehen, daß der Sensor 118 ein

piezoelektrisches Element aufweist, bei dem eine Verformung eine Ladungsverschiebung und damit eine Änderung des elektrischen Felds bewirkt.

Das elektrische Feld bzw. die Spannung kann dann als Maß für die im Sicherheitsgurt wirkende Zugkraft dienen.

Der in der Figur 4 gezeigte Sensor 218 gemäß einer dritten Ausführungsform weist ähnlich wie die in Figur 2 gezeigte Ausführungsform eine Feder 226 auf, die radial zwischen dem Lagerelement 216 und dem Rahmen 224 des Gurtaufrollers angeordnet ist. Die Feder 226 wirkt als Druckfeder, und das Lagerelement 216 ist entgegen der Kraft der Feder 226 verschiebbar im Rahmen 224 angeordnet. Die Auslenkung der Feder 226 in Abhängigkeit von der im Sicherheitsgurt wirkenden Zugkraft wird direkt über die radiale Verschiebung des Lagerelements 216 ermittelt. Dazu ist bevorzugterweise ein Potentiometer 230 vorgesehen.

Bevorzugterweise sind gemäß der Erfindung weitere Sensoren vorgesehen,

deren Signale repräsentativ für den jeweiligen Fahrzeuginsassen und/oder das Unfallgeschehen sind. Das durch den Elektromotor auf die Gurtspule ausgeübte Drehmoment wird in Abhängigkeit der Sensorsignale variiert. So kann über die Sensoren beispielsweise das Gewicht, die Position, die Größe des

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Fahrzeuginsassen und das Vorkommen bzw. die Schwere eines Unfalls ermittelt werden. Die Sensorsignale können dann einer Auswerteeinheit zugeführt werden, die abhängig von den Fahrzeuginsassendaten und der ermittelten Fahrsituation einen Sollwert für die im Sicherheitsgurt wirkende Zugkraft bestimmt. Weicht dieser Wert von dem Wert ab, der durch den Sensor erfaßt und der Auswerteeinheit zugeführt wird, wird der Elektromotor so angesteuert, daß die Gurtbandkraft auf einen dem Sollwert entsprechenden Wert geregelt wird.

Gemäß der Erfindung ist auch vorgesehen, daß das Lagerelement als zylinderformiges Element ausgebildet ist und der Sensor rotationssysmmetrisch bezüglich der Gurtspule und dem Lagerelement zwischen letzterem und dem Rahmen angeordnet ist.

Ein Beispiel für den zeitlichen Verlauf der Gurtkraft bei einem erfindungsgemäßen Gurtaufroller ist in der Figur 5 dem Gurtkraftverlauf eines herkömmlichen Gurtaufrollers gegenübergestellt. Die gestrichelte Linie zeigt den Gurtkraftverlauf eines erfindungsgemäßen Gurtaufrollers mit Regelung der Gurtkraft und die durchgezogene Linie zeigt den Gurtkraftverlauf eines herkömmlichen Gurtaufrollers ohne Regelung der Gurtkraft. Wie der Figur entnehmbar ist, bleibt bei dem erfindungsgemäßen Gurtaufroller nach einer kurzen anfänglichen Phase, während der die im Gurtband wirkenden Kräfte kontinuierlich ansteigen, die Gurtkraft auf einem konstanten Wert, der im wesentlichen dem von der Auswerteeinheit vorgegebenen Sollwert entspricht. Bei dem herkömmlichen Gurtaufroller dagegen schwankt die Gurtkraft in einem Bereich um den Sollwert herum.

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Claims

1. Gurtaufroller für einen Fahrzeug-Sicherheitsgurt (20), mit einem Rahmen (24, 124, 224), einer Gurtspule (12, 112, 212), die drehbar im Rahmen (24, 124, 224) gelagert ist, und einem Elektromotor (22), der die Gurtspule (12, 112, 212) antreiben kann, dadurch gekennzeichnet, daß ein radial zwischen der Gurtspule (12, 112, 212) und dem Rahmen (24, 124, 224) angeordneter Sensor (18, 118, 218) zur Erfassung der in dem Sicherheitsgurt (20) wirkenden Zugkraft vorgesehen ist und daß der Elektromotor (22) zur Regelung der in dem Sicherheitsgurt (20) wirkenden Kräfte in Abhängigkeit der erfaßten Zugkraft variabel ansteuerbar ist.

2. Gurtaufroller nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein bezüglich des Rahmens (24, 124, 224) drehfest angeordnetes Lagerelement (16, 116, 216) vorgesehen ist, in dem die Gurtspule (12, 112, 212) drehbar gelagert ist, und daß der Sensor (18, 118, 218) radial zwischen dem Rahmen (24, 124, 224) und dem Lagerelement (16, 116, 216) angeordnet ist.

3. Gurtaufroller nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Lagerelement (16, 216) entgegen der Kraft einer Feder (26, 226) verschiebbar im Rahmen (24, 224) angeordnet ist.

4. Gurtaufroller nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (26) einen Dehnungsmeßstreifen (28) trägt und der sich unter Verformung ändernde elektrische Widerstand des Dehnungsmeßstreifens (28) als Maß für die in dem Sicherheitsgurt (20) wirkende Zugkraft dient.

5. Gurtaufroller nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die radiale Verschiebung des Lagerelements (216) als Maß für die in dem Sicherheitsgurt (20) wirkende Zugkraft dient, und daß ein Potentiometer (230) zur Erfassung der radialen Verschiebung vorgesehen ist.

6. Gurtaufroller nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor (118) so angeordnet und ausgebildet ist, daß sich mit einer Änderung der im Sicherheitsgurt (20) wirkenden Zugkraft der Umschlingungswinkel des Sensors (118) mit dem Lagerelement (116) ändert.

7. Gurtaufroller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor ein piezoelektrisches Element aufweist.

8. Gurtaufroller nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß weitere Sensoren vorgesehen sind, deren Signale repräsentativ für den jeweiligen Fahrzeuginsassen und/oder das Unfallgeschehen sind, und daß das durch den Elektromotor (22) auf die Gurtspule (12, 112, 212) ausgeübte Drehmoment in Abhängigkeit der Sensorsignale variabel einstellbar ist.