專利名稱：安全帶收縮系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于乘客安全束護(hù)系統(tǒng)的安全帶收縮器，該安全帶收縮器包括一個(gè)框架，可旋轉(zhuǎn)地安裝在框架上的安全帶卷軸，與安全帶卷軸連接的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，有選擇地鎖定安全帶卷軸的鎖定機(jī)構(gòu)，以及車輛感應(yīng)傳感器。
除了使用安全帶和/或車輛感應(yīng)鎖定功能外，先進(jìn)的安全帶收縮器在必要時(shí)還具有附加功能。這些附加功能之一為，借助于鎖定狀態(tài)防護(hù)負(fù)載或兒童座，該鎖定狀態(tài)是由安全帶的完全非卷繞和隨之收縮實(shí)現(xiàn)的。在緊急狀態(tài)，切換返回到鎖定狀態(tài)是通過(guò)安全帶完全收縮獲得的。另一附加功能是決定縮回安全帶長(zhǎng)度的安全帶系緊檢測(cè)。
安全帶收縮器的這些附加功能需要一個(gè)非常復(fù)雜的機(jī)械構(gòu)件。特別復(fù)雜的是對(duì)于所需附加功能的每個(gè)要提供不同類型的安全帶收縮器。
本發(fā)明提供一種新型的安全帶收縮器，它具有一致的機(jī)械基本設(shè)計(jì)，在需要時(shí)能夠獲得一系列附加功能。
按照本發(fā)明的安全帶收縮器，包括一個(gè)框架，一個(gè)可旋轉(zhuǎn)地安裝在框架上的安全帶卷軸，一個(gè)可旋轉(zhuǎn)地鎖定安全帶卷軸的鎖定機(jī)構(gòu)和一個(gè)車輛感應(yīng)傳感器。提供一個(gè)致動(dòng)鎖定機(jī)構(gòu)的致動(dòng)器。代替?zhèn)鹘y(tǒng)的收縮彈簧使用電機(jī)對(duì)安全帶卷軸施以在各種情況下所需的收縮扭矩。安全帶收縮器的功能由包括輸入接口和輸出接口的電子控制單元控制。車輛感應(yīng)傳感器與輸入接口連接，而致動(dòng)器和電機(jī)與輸出接口連接。上述基本概念有助于安全帶收縮器的鎖定和收縮功能與各自需要相適應(yīng)，因僅僅需要采用程序數(shù)據(jù)，按照該數(shù)據(jù)電子控制單元就可工作。此外，各種傳感器可與電子控制單元的輸入接口連接，其輸出信號(hào)被考慮以驅(qū)動(dòng)鎖定機(jī)構(gòu)。同樣地，其它致動(dòng)器或定位器或類似件可與電子控制單元的輸出接口連接，其功能取決于通過(guò)電子控制單元的輸入接口轉(zhuǎn)換的傳感器信號(hào)而得以控制。
較佳實(shí)施例中，安全帶收縮器包括一個(gè)電機(jī)，特別是伺服電機(jī)，它不僅僅實(shí)施傳統(tǒng)的機(jī)械式安全帶收縮器的收縮彈簧任務(wù)還能確保安全帶在面臨車輛碰撞時(shí)預(yù)拉伸。
在較佳實(shí)施例中，與輸入接口連接的傳感器之一還提供一個(gè)表示安全帶卷軸旋轉(zhuǎn)量的增量信號(hào)，最好是與表示旋轉(zhuǎn)方向的另外信號(hào)相結(jié)合。這些信號(hào)由電子控制單元分析，通過(guò)加減計(jì)算以確定安全帶卷軸的絕對(duì)旋轉(zhuǎn)角度，從而確定縮回的安全帶的長(zhǎng)度。
在較佳實(shí)施例中，安全帶收縮器具有下面的功能，一些功能也可僅在需要時(shí)實(shí)現(xiàn)-兒童座/負(fù)載防護(hù)-安全帶系緊檢測(cè)-車輛感應(yīng)鎖定-收縮彈簧-舒適的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)-對(duì)未鎖定座背的鎖定-安全帶感應(yīng)鎖定-安全帶預(yù)拉伸。
根據(jù)一致的機(jī)電基本概念，按照本發(fā)明可提供功能不同的各種實(shí)施例的安全帶收縮器。這些功能基本上由與電子單元裝置的輸入接口連接的傳感器和通過(guò)控制單元據(jù)以操作的不可擦存的程序來(lái)決定。
較佳實(shí)施例提供了傳統(tǒng)安全帶收縮器不能實(shí)現(xiàn)的附加功能。附加功能之一是在緊急狀態(tài)下例如急剎車時(shí)預(yù)防性的安全帶拉伸。通過(guò)使用高性能的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器，能使張力為250N或更多。拉伸時(shí)間僅120ms時(shí)實(shí)現(xiàn)拉伸運(yùn)行120mm或更多。這些預(yù)拉伸能夠在事故前已消除安全帶松弛，使乘客受傷危險(xiǎn)最小以及使傳統(tǒng)安全帶張緊器特別是煙火型安全帶張緊器的效果達(dá)到最佳。
安全帶預(yù)拉伸也可用于修正乘客的就座姿勢(shì)以最低限度地減少由可膨脹約束裝置(氣囊)所造成的受傷危險(xiǎn)。
當(dāng)安全帶預(yù)拉伸之后，正常的驅(qū)動(dòng)條件重新出現(xiàn)時(shí)，安全帶的拉緊可被消除。
換言之，在安全帶預(yù)拉伸以及隨之又松弛已后，安全帶可進(jìn)行一個(gè)新的預(yù)拉伸。
在較佳實(shí)施例中，電機(jī)通過(guò)帶齒安全帶與側(cè)裝在安全帶卷軸上的齒輪連接，該齒輪的直徑大于電機(jī)驅(qū)動(dòng)齒輪的直徑。帶齒安全帶設(shè)置成在安全帶張緊器的張力作用下作為加載功能元件。在正常操作中，安全帶張力小，從而驅(qū)動(dòng)器工作的噪音非常小以及磨損低。在安全帶張緊時(shí)，安全帶張力增加，以保證力的傳遞而齒不會(huì)打滑。同時(shí)，在齒間隙和配合公差方面獲得最佳平衡。
所用電機(jī)最好是低磨損、無(wú)刷四相電機(jī)，其雙繞定子繞組獲得低的整流損耗。帶有外轉(zhuǎn)子的電機(jī)非常緊湊。外轉(zhuǎn)子最好帶有14極含釹磁環(huán)能夠在緊湊的前提下獲得高的驅(qū)動(dòng)力矩，特別是在短時(shí)過(guò)載操作中。兩個(gè)霍爾傳感器提供轉(zhuǎn)子位置、轉(zhuǎn)動(dòng)方向，由此，可得到縮回的安全帶長(zhǎng)度。
安全帶收縮器的鎖定機(jī)構(gòu)由位于安全帶卷軸凸緣上的帶孔盤和可軸向移動(dòng)地并且可彈簧加載地安裝在收縮器的框架上的鎖定銷構(gòu)成，該銷可選擇地鎖定于安全帶卷軸的帶孔盤的孔中。通過(guò)相鄰于孔的引入斜面有助于鎖定銷與帶孔盤的孔的這種接合。通過(guò)一個(gè)電磁體使鎖定銷保持在非致動(dòng)的靜止位置。在非供能(通電)狀態(tài)下使通過(guò)彈性加載，鎖定銷移入鎖定位置。
安全帶收縮器的電子控制單元更具體地滿足下面的要求-電機(jī)整流；-扭矩控制；-過(guò)載保護(hù)；-安全帶卷軸松脫驅(qū)動(dòng)；-所有舒適和安全功能的控制；-通過(guò)安全帶卷軸的絕對(duì)旋轉(zhuǎn)角度連續(xù)計(jì)算實(shí)際的安全帶縮回長(zhǎng)度；
-獨(dú)立的和通過(guò)一個(gè)連接的總線系統(tǒng)(CAN)，輸入不同的連接傳感器的信號(hào)；-帶有空閑模式和整體EEPROM的快速8位控制單元；-與印刷電路板成一體的定子。
在乘客安全束護(hù)系統(tǒng)的較佳實(shí)施例中，所有的安全帶收縮器具有同樣的機(jī)電基本的設(shè)計(jì)，不同僅僅在于基本上由存儲(chǔ)在電子控制單元中的程序數(shù)據(jù)所決定的功能上。這樣，例如，前安全帶收縮器的功能與后安全帶收縮器的功能不同。所有安全帶收縮器的電子控制單元可與一個(gè)共同的中央傳感器連接。
通過(guò)下面的結(jié)合附圖的較佳實(shí)施例的描述中，本發(fā)明的其他特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)將更加顯而易見(jiàn)。


圖1為安全帶收縮器的電子控制裝置方框圖，圖2為包括電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的安全帶收縮器整體透視圖，圖3為圖2的安全帶收縮器的分解圖，圖4為取下電機(jī)驅(qū)動(dòng)器的安全帶收縮器的側(cè)視圖，圖5為示意地示出帶有驅(qū)動(dòng)齒輪的電機(jī)的軸向剖視圖。
圖1方框圖示出的電機(jī)10為帶有含釹磁環(huán)的外轉(zhuǎn)子。外轉(zhuǎn)子最好設(shè)計(jì)成14極。此外，電機(jī)10為無(wú)刷四相DC電機(jī)，其定子為雙繞組。相鄰于外轉(zhuǎn)子設(shè)置的是兩個(gè)霍爾傳感器12，14。用兩個(gè)霍爾傳感器12，14增量式檢測(cè)外轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，也可檢測(cè)旋轉(zhuǎn)方向，從而可確定旋轉(zhuǎn)的絕對(duì)角度。微機(jī)16除了接收來(lái)自霍爾傳感器12，14的信號(hào)以外還接收經(jīng)接口18的多個(gè)開(kāi)關(guān)信號(hào)，并進(jìn)一步通過(guò)收發(fā)機(jī)20與CAN總線雙向連接。電流從車用電壓UBat經(jīng)電壓調(diào)節(jié)器22輸送給微機(jī)16。通過(guò)驅(qū)動(dòng)電路24，微機(jī)16給電機(jī)10的定子繞組10a和10b傳輸信號(hào)。驅(qū)動(dòng)電路24包括高性能的FET(場(chǎng)效應(yīng)晶體管)型半導(dǎo)體功率開(kāi)關(guān)(pwer siwtch)，該開(kāi)關(guān)具有非常低的體積電阻，可直接安裝到印刷電路板上。經(jīng)另一驅(qū)動(dòng)電路26，微機(jī)16向電磁體的磁性線圈28傳輸信號(hào)，以致動(dòng)下面將要敘述的安全帶收縮器的鎖定機(jī)構(gòu)。
安全帶收縮器具有一個(gè)大致U型的框架30，安全帶卷軸32可旋轉(zhuǎn)地安裝在框架的平行支腿之間。在框架30上的安全帶卷軸32的旋轉(zhuǎn)可由鎖定爪、鎖定銷或類似件以承載方式阻止。鎖定爪或鎖定銷由一個(gè)電磁體34致動(dòng)。該電磁體34具有圖1所示的磁性線圈28。
帶齒安全帶盤36與安全帶卷軸32不可旋轉(zhuǎn)地連接。在框架30的一支腿外側(cè)裝有支承板38用于圍繞安全帶卷軸32軸線的有限的旋轉(zhuǎn)。為了限制支承板38的樞轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，支承板38上有兩個(gè)長(zhǎng)形孔40，固定到框架30上的兩個(gè)銷42與長(zhǎng)形孔40接合。支承板38裝有支承銷44，電機(jī)10的外轉(zhuǎn)子48裝在支承銷44上，該轉(zhuǎn)子包括一個(gè)驅(qū)動(dòng)齒輪46。一個(gè)帶齒安全帶50裝配到帶齒安全帶盤36和驅(qū)動(dòng)齒輪46上。在帶齒安全帶50的外周并且在帶齒安全帶盤36與驅(qū)動(dòng)齒輪46之間，設(shè)有張緊滑輪52，該滑輪52可旋轉(zhuǎn)地安裝在框架30的側(cè)支腿上。固定地安裝在框架側(cè)支腿上一銷上的線簧56壓靠支承板38并對(duì)該支承板作用有圖4中逆時(shí)針?lè)较虻呐ぞ?，從而支承?8進(jìn)入圖4的樞轉(zhuǎn)位置，在該位置張緊滑輪52脫開(kāi)帶齒安全帶50。如果由帶齒安全帶50傳遞的負(fù)載低，則支承板處于該樞轉(zhuǎn)位置。一旦負(fù)載增加，在支承板38上作用著克服線簧56的扭矩，并且該扭矩是由帶齒安全帶50上拉伸應(yīng)力產(chǎn)生。該拉伸應(yīng)力具有一個(gè)相對(duì)于支承板38樞軸切線方向的分量。拉伸負(fù)載越高，該分量越大。在支承板38克服線簧56的作用旋轉(zhuǎn)時(shí)，帶齒安全帶50與張緊滑輪52的周緣接合，從而帶齒安全帶50隨著傳送負(fù)載的增加而被張緊。
電機(jī)10的定子58與整個(gè)傳輸信號(hào)的電子裝置一同安裝在印刷電路板60上。印刷電路板60也具有圖1所示的霍爾傳感器12，14。此外，它至少具有一個(gè)高容量的電容器62以用作能量?jī)?chǔ)備。印刷電路板60例如通過(guò)雙頭螺栓固定到框架30的一個(gè)側(cè)支腿上。
所描述的安全帶收縮器的功能由微機(jī)16處理的輸入信號(hào)和由保持在程序存儲(chǔ)器中有用的子程序所決定。這樣，采用相同的機(jī)電基本設(shè)計(jì)可得到具有非常不同的功能的安全帶收縮器。
權(quán)利要求
1.一種用于乘客安全束護(hù)系統(tǒng)的安全帶收縮器，包括一個(gè)框架(30)，一個(gè)可旋轉(zhuǎn)地安裝在所述框架(30)中的安全帶卷軸(32)，一個(gè)可選擇地鎖定所述安全帶卷軸(32)的鎖緊機(jī)構(gòu)，一個(gè)車輛感應(yīng)傳感器，一個(gè)致動(dòng)所述鎖緊機(jī)構(gòu)的致動(dòng)器，一個(gè)可驅(qū)動(dòng)所述安全帶卷軸(32)的電機(jī)(10)，一個(gè)包括輸入接口和輸出接口的電子控制單元，其特征在于，所述的車輛感應(yīng)傳感器與所述輸入接口連接，所述致動(dòng)器和所述電機(jī)(10)與所述輸出接口連接。
2.按照權(quán)利要求1所述的安全帶收縮器，其特征在于，還包括配屬于所述控制單元的存儲(chǔ)模塊，在該存儲(chǔ)模塊中至少部分存儲(chǔ)決定所述控制裝置功能的程序數(shù)據(jù)。
3.按照權(quán)利要求1所述的安全帶收縮器，其特征在于，所述致動(dòng)器由驅(qū)動(dòng)所述鎖緊機(jī)構(gòu)的鎖定爪的電磁體(34)構(gòu)成。
4.按照權(quán)利要求3所述的安全帶收縮器，其特征在于，當(dāng)連接到所述輸入接口的多個(gè)傳感器的信號(hào)群顯示即將發(fā)生車輛碰撞時(shí)，所述控制單元向所述電機(jī)(10)傳輸信號(hào)以使安全帶張緊。
5.按照權(quán)利要求3或4所述的安全帶收縮器，其特征在于，所述電機(jī)(10)為無(wú)刷四相DC電機(jī)。
6.按照權(quán)利要求3-5任一所述的安全帶收縮器，其特征在于，所述電機(jī)(10)包括一個(gè)雙繞定子繞組(10a，10b)。
7.按照權(quán)利要求3-6任一所述的安全帶收縮器，其特征在于，所述電機(jī)(10)包括一個(gè)帶含釹磁環(huán)的外轉(zhuǎn)子。
8.按照權(quán)利要求7所述的安全帶收縮器，其特征在于，所述電機(jī)(10)包括一個(gè)14極外轉(zhuǎn)子(48)。
9.按照權(quán)利要求3-8任一所述的安全帶收縮器，其特征在于，所述電機(jī)(10)由帶齒安全帶(50)連接到所述安全帶卷軸(32)。
10.按照權(quán)利要求9所述的安全帶收縮器，其特征在于，所述帶齒安全帶(50)將所述電機(jī)(10)的驅(qū)動(dòng)齒輪(48)與側(cè)裝在所述安全帶卷軸(32)上的齒輪連接，所述齒輪的直徑大于所述驅(qū)動(dòng)齒輪(48)的直徑。
11.按照權(quán)利要求10所述的安全帶收縮器，其特征在于，所述電機(jī)(10)由側(cè)裝在所述框架(30)的支腿上的支承板(38)支承，以能夠通過(guò)所述支承板(38)的樞轉(zhuǎn)而有限地樞轉(zhuǎn)，所述帶齒安全帶(50)可在所述齒輪與所述驅(qū)動(dòng)齒輪(46)之間的部分壓靠所述框架(30)支腿上的張緊滑輪(52)。
12.按照權(quán)利要求11所述的安全帶收縮器，其特征在于，所述支承板(38)通過(guò)彈簧偏壓進(jìn)入旋轉(zhuǎn)位置，在該位置張緊滑輪(52)與所述帶齒安全帶(50)隔開(kāi)，并且加載時(shí)所述帶齒安全帶(50)中產(chǎn)生拉伸應(yīng)力，使所述支承板(38)自動(dòng)移動(dòng)并且移動(dòng)程度取決于負(fù)載地進(jìn)入相反的旋轉(zhuǎn)位置，在所述的相反的旋轉(zhuǎn)位置，所述的張緊滑輪(52)壓靠所述帶齒安全帶(50)。
13.按照權(quán)利要求11所述的安全帶收縮器，其特征在于，所述電機(jī)(10)與印刷電路板(60)一同組成一個(gè)組件單元，所述印刷電路板(60)裝有包括功率半導(dǎo)體元件的電子信號(hào)電路。
14.按照權(quán)利要求3-13任一所述的安全帶收縮器，其特征在于，還包括配屬于所述電機(jī)(10)的傳感器(12，14)，所述傳感器提供信號(hào)，根據(jù)信號(hào)，相應(yīng)于縮回安全帶長(zhǎng)度的所述安全帶卷軸(32)的旋轉(zhuǎn)絕對(duì)角度可由所述控制單元決定。
15.按照權(quán)利要求4-14所述的安全帶收縮器，其特征在于，用于對(duì)所述電機(jī)(10)傳輸信號(hào)的所述控制單元考慮至少一個(gè)，最好是下面?zhèn)鞲衅餍盘?hào)的幾個(gè)-ABS信號(hào)，-制動(dòng)壓力信號(hào)，-加速信號(hào)，-車速信號(hào)，-發(fā)動(dòng)機(jī)速度信號(hào)，-安全帶受力信號(hào)，-絕對(duì)的安全帶卷軸旋轉(zhuǎn)角度。
16.按照權(quán)利要求14或15所述的安全帶收縮器，其特征在于，所述控制單元通過(guò)所述電機(jī)(10)對(duì)所述安全帶卷軸(32)加載上恒定的收縮力矩，該力矩?cái)?shù)值在所述安全帶卷軸(32)的整個(gè)絕對(duì)旋轉(zhuǎn)角度中可變化。
17.一種用于車輛的乘客安全束護(hù)系統(tǒng)，包括按照前述任一權(quán)利要求所述的幾個(gè)安全帶收縮器，其特征在于，每個(gè)安全帶收縮器的功能取決于存儲(chǔ)在相應(yīng)控制單元的程序貯存器中的程序數(shù)據(jù)。
全文摘要
一種用于乘客安全束護(hù)系統(tǒng)的安全帶收縮器,包括一個(gè)框架(30),一個(gè)可旋轉(zhuǎn)地安裝在框架上的安全帶卷軸(32),一個(gè)與安全帶卷軸連接的電機(jī)驅(qū)動(dòng)器(10),一個(gè)可選擇地鎖定安全帶卷軸的鎖緊機(jī)構(gòu),和一個(gè)車輛感應(yīng)傳感器。鎖緊機(jī)構(gòu)由驅(qū)動(dòng)器(34)驅(qū)動(dòng)。一個(gè)帶有輸入接口和輸出接口的電子控制單元。車輛感應(yīng)傳感器與輸入接口連接,驅(qū)動(dòng)器(34)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)器(10)與輸出接口連接。
文檔編號(hào)B65G17/12GK1297829SQ0013445
公開(kāi)日2001年6月6日 申請(qǐng)日期2000年12月1日 優(yōu)先權(quán)日1999年12月1日
發(fā)明者科尼利厄斯·彼得, 羅爾夫·杜爾施泰因 申請(qǐng)人:Trw車輛電氣與零件有限兩合公司