DE10005785C1 - Anordnung zum Auslösen eines Rückhaltemittels in einem Kraftfahrzeug - Google Patents

Abstract

Die Anordnung enthält einen Sensor zur Unfallerkennung, eine nachfolgende Steuereinrichtung, eine daran anschließende Zündeinrichtung und ein Zündelement für das Rückhaltemittel. Von der Steuereinrichtung wird ein Steuersignal erzeugt, das sich aus einem ersten Strom in einer Richtung und aus einem nachfolgenden zweiten Strom in der Gegenrichtung zusammensetzt. Die Zündeinrichtung weist eine Integrationseinrichtung zur Integration des ersten Stromes sowie eine dieser nachgeschaltete Freigabeeinrichtung zur Freigabe einer Zündung des Zündelements auf, wobei die Zündung des Zündelements durch den zweiten Strom bei oder nach dem Erreichen eines Grenzwertes des Integrals des ersten Stroms erfolgt.

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Auslösen eines Rückhaltemittels in einem Kraftfahrzeug mit einem Sensor zur Unfallerkennung, der bei einem Aufprall des Fahrzeuges ein Aufprallsignal abgibt, mit einer Steuereinrichtung, die dem Sensor nachgeschaltet ist und die auf das vom Sensor gelie­ ferte Aufprallsignal hin ein Steuersignal erzeugt, mit einer Zündeinrichtung, die räumlich getrennt von der Steuereinrich­ tung angeordnet und mit dieser über eine Leitung verbunden ist, und mit einem Zündelement für das Rückhaltemittel, das mit der Zündeinrichtung elektrisch gekoppelt ist.

Eine derartige Anordnung ist beispielsweise aus der deutschen Patentanmeldung DE 196 22 685 A1 bekannt. Dabei wird ein Gleichsignal zum Betreiben der Zündeinrichtung auf die Lei­ tung eingekoppelt und dem Gleichsignal ein Nachrichten für die Zündungsauslösung enthaltendes Wechselsignal additiv überlagert. Dieses zusammengesetzte Signal wird dann von der Auswerteeinrichtung an die Zündeinrichtung übertragen und dort entsprechend ausgewertet. Zwar wird bei dieser bekannten Anordnung dem bei einer Gleichstromzündung auftretenden Prob­ lem einer ungewollten Zündung durch Störimpulse entgegenge­ wirkt, jedoch ist der dafür notwendige Aufwand sehr hoch.

Aus der DE 197 31 717 C1 ist zudem eine Anordnung bekannt, bei der der Verkabelungsaufwand bei mehreren Zündpillen ge­ ring gehalten werden kann.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Anordnung der ein­ gangs genannten Art anzugeben, bei der eine zumindest ver­ gleichbare Störsicherheit mit geringerem Aufwand erreicht wird.

Die Aufgabe wird gelöst durch eine Anordnung gemäß Patentan­ spruch 1. Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Erfindungs­ gedankens sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Vorteil der Erfindung ist es, dass der erforderliche Logik­ aufwand für eine ferngesteuerte Zündung (Remote Firing Sys­ tem) erheblich reduziert werden kann, wodurch Kosten und Raumbedarf verringert werden. Insbesondere sind keine Bautei­ le im Kabelbaum erforderlich, so dass alle Komponenten in der Zündpille integriert werden können (z. B. Halbleiter- Zündpille).

Erreicht wird dies insbesondere dadurch, dass eine Anordnung vorgesehen wird, die erst nach einer Aktivierungsphase (be­ vorzugt Erwärmungsphase) eine Zündung zulässt. Der Stromfluss zur Aktivierung ist dabei entgegengesetzt zur Stromrichtung im Zündfall.

Im Einzelnen enthält eine erfindungsgemäße Anordnung, insbe­ sondere einen ein Aufprallsignal erzeugenden Sensor zur Un­ fallerkennung und eine dem Sensor nachgeschaltete Steuerein­ richtung, die auf das vom Sensor gelieferte Aufprallsignal hin ein Steuersignal erzeugt. Eine Zündeinrichtung ist räum­ lich getrennt von der Steuereinrichtung angeordnet und mit dieser über eine Leitung verbunden, wobei ein Zündelement für das Rückhaltemittel mit der Zündeinrichtung elektrisch gekop­ pelt ist. Das von der Steuereinrichtung erzeugte Steuersignal setzt sich erfindungsgemäß aus einem ersten Strom in einer Richtung und aus einem nachfolgenden zweiten Strom in der Ge­ genrichtung zusammen. Die Zündeinrichtung enthält eine Inte­ grationseinrichtung zur Integration des ersten Stromes sowie eine dieser nachgeschaltete Freigabeeinrichtung zur Freigabe einer Zündung des Zündelements, wobei die Zündung des Zünd­ elements durch den zweiten Strom erst bei oder nach dem Er­ reichen eines Grenzwertes des Integrals des ersten Stroms er­ folgt.

Bevorzugt erfolgt die Integration thermisch mittels eines Heizelements und einer mit diesem thermisch gekoppelten Mas­ se. Die Freigabeeinrichtung weist dabei einen mit der Masse thermisch gekoppelten temperaturempfindlichen Schalter auf, der bei Erreichen einer Grenzwerttemperatur der Masse zum Zündelement durchschaltet. Die "thermische Integration" hat den Vorteil, dass sie einerseits wenig Aufwand erfordert und zum anderen eine hohe Störsicherheit bietet.

Als temperaturempfindlicher Schalter kann ein Transistor vor­ gesehen werden, dessen gesteuerte Strecke in Reihe zum Zünd­ element geschaltet ist und dessen Steueranschluss mit dem von der Steuereinrichtung erzeugten Steuersignal gekoppelt ist derart, dass der Transistor beim ersten Strom immer sperrt und beim zweiten Strom nur dann durchschaltet, wenn die Tem­ peratur am Transistor größer oder gleich der Grenzwerttempe­ ratur ist. Hierbei kann vorteilhafterweise die Temperaturab­ hängigkeit von Transistoren ausgenützt werden, um bei gerin­ gem Aufwand und Platzbedarf einen temperaturabhängigen Schal­ ter zu realisieren, welcher zudem bei entsprechender Beschal­ tung auch Stromrichtungen unterscheiden kann.

Als Transistor wird zum Beispiel ein Bipolartransistor oder ein MOS-Feldeffekttransistor vorgesehen, dessen Basis/Gate an einen Abgriff eines mit dem Steuersignal gespeisten Span­ nungsteilers angeschlossen ist, dessen Emitter/Source mit ei­ nem Anschluss des Zündelements verbunden ist und dessen Kol­ lektor/Drain mit einem Anschluss des Spannungsteilers verbun­ den ist, wobei der andere Anschluss des Spannungsteilers mit dem anderen Anschluss des Zündelements verschaltet ist. Bipo­ lartransistoren sind sehr einfach herzustellen und zeichnen sich durch eine hohe Robustheit gegenüber äußeren Einflüssen (zum Beispiel kurzzeitige elektrostatische Entladungen hoher Spannung) aus. MOS-Feldeffekttransistoren benötigen vorteil­ hafterweise nur einen geringen Ansteuerstrom und daher keine aufwendigen Treiberschaltungen zur Ansteuerung.

Um Platz zu sparen und zusätzlichen Aufwand zu verringern kann dabei die Masse durch den temperaturempfindlichen Schal­ ter (zum Beispiel Halbleiterkörper des Transistors) und/oder das Heizelement (zum Beispiel Halbleiterkörper einer als Heizelement dienenden Diode) aufgebracht werden.

Bevorzugt wird das Heizelement so ausgeführt, dass das Heiz­ element zwar durch den ersten Strom, nicht aber durch den zweiten Strom aufheizbar ist und dass der erste Strom getak­ tet ist, wobei das Heizelement nur durch wechselnde Ströme aufheizbar ist. Damit wird die Störsicherheit der gesamten Anordnung erhöht.

Zur weiteren Erhöhung der Störsicherheit tragen weiterhin die Maßnahmen bei, dass zwischen Steuereinrichtung und Zündein­ richtung ein Tiefpassfilter geschaltet ist und/oder dass ers­ ter und/oder zweiter Strom codiert sind, wobei dem tempera­ turempfindlichen Schalter eine Dekodiereinrichtung für eine zusätzliche Zündfreigabe vorgeschaltet ist.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand des in der einzigen Fi­ gur der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeipiel näher er­ läutert.

Von einem in einem Fahrzeug (in der Zeichnung nicht darge­ stellt) befindlichen Aufprallsensor 1 zur Unfallerkennung wird im Falle eines Aufpralls des Fahrzeugs ein Aufprallsig­ nal 2 zu einer Steuereinrichtung 3 übertragen. Die Steuerein­ richtung 3 enthält eine Auswerteschaltung 4, die nach Erhalt des Aufprallsignals 2 in entsprechender Weise die Abläufe in der Steuereinrichtung 3 steuert. Die Steuereinrichtung 3 weist zudem eine Spannungsquelle 5 auf, die beim gezeigten Ausführungsbeispiel mit ihrem negativen Pol an einen Bezugs­ punkt 6 angeschlossen ist. Der positive Pol der Spannungs­ quelle 5 ist mit dem Kathoden-Anschluss einer Diode 7 sowie dem Drain-Anschluss eines MOS-Feldeffekt-Transistors 8 vom N- Kanal-Enhancement-Typ verbunden. Der Anoden-Anschluss der Di­ ode 7 und der Source-Anschluss des MOS-Feldeffekt-Transistors 8 sind mit einer Leitung 9 verschaltet. Die Leitung 9 ist des Weiteren über einen steuerbaren Schalter 10 (zum Beispiel ebenfalls ein Transistor) auf den Bezugspunkt 6 aufschaltbar. Der Steuer-Anschluss des Schalters 10 und der Gate-Anschluss des MOS-Feldeffekt-Transistors 8 sind mit der Auswerteschal­ tung 4 verbunden und werden durch diese gesteuert. Der Diode 7 ist ein kapazitiver Spannungsteiler mit zwei Kondensatoren 11 und 12 parallel geschaltet, dessen Abgriff an den Bezugs­ punkt 6 angeschlossen ist und der zur Unterdrückung von Stör­ spitzen beim Schalten des Schalters 10 bzw. des MOS- Feldeffekt-Transistors 8 dient.

Die Steuereinrichtung 3 enthält darüber hinaus eine Span­ nungsquelle 13, deren negativer Pol an den Bezugspunkt 6 an­ geschlossen ist und deren positiver Pol mittels eines steuer­ baren Schalters 14 auf eine Leitung 15 aufschaltbar ist. Zwi­ schen Leitung 15 und Bezugspunkt 6 sind eine Diode 16 in Sperrrichtung, parallel dazu ein Kondensator 17 sowie eben­ falls parallel dazu die Drain-Source-Strecke eines MOS- Feldeffekt-Transistors 18 vom N-Kanal-Enhancement-Typ ge­ schaltet. Der MOS-Feldeffekt-Transistor 18 ist dabei mit sei­ nem Source-Anschluss an den Bezugspunkt 6 und mit seinem Drain-Anschluss an die Leitung 15 angeschlossen. Der Gate- Anschluss des MOS-Feldeffekt-Transistors 18 ist ebenso wie der Steuer-Anschluss des steuerbaren Schalters 14 mit der Auswerteschaltung 4 verbunden und wird durch diese gesteuert. Schließlich ist zwischen die Leitungen 9 und 15 ein Kondensa­ tor 19 zur Spannungsglättung geschaltet.

Nach dem Erhalt eines Aufprallsignals 2 wird durch die Steu­ ereinrichtung 3 zunächst für eine bestimmte Zeitdauer ein ne­ gativer (Gleich-)Strom erzeugt, d. h. das Potential auf Lei­ tung 9 ist negativer als dasjenige auf Leitung 15. Dazu wer­ den in der Steuereinrichtung 3 die Schalter 10 und 14 durch­ geschaltet (die MOS-Feldeffekt-Transistoren 8 und 18 sperren) und zwar in Weiterbildung der Erfindung derart, dass während dieser Phase (Aktivierungsphase) die Schalter 10 und 14 syn­ chron fortlaufend ein- und ausgeschaltet werden. Es ergibt sich somit ein gepulstes Gleichstromsignal auf den Leitungen 9 und 15. In der daran anschließenden Phase (Zündphase) wird dann ein positiver (Gleich-)Strom auf die Leitungen 9 und 15 gegeben, d. h. das Potential auf Leitung 9 ist positiver als dasjenige auf Leitung 15. Dazu werden die MOS-Feldeffekt- Transistoren 8 und 18 durchgeschaltet, während die Schalter 10 und 14 offen sind. Die MOS-Feldeffekt-Transistoren 8 und 18 werden dabei in Weiterbildung der Erfindung derart durch­ geschaltet, dass sie während dieser Phase fortlaufend ein- und ausgeschaltet werden und zwar mit einer bestimmten Takt­ frequenz und/oder einer bestimmten Ein- und Ausschaltfolge.

Die Leitungen 9 und 15 werden zu einer Zündeinrichtung 20 ge­ führt, die beispielsweise ein Filter 21, ein diesem nachge­ schaltetes Heizelement 22, eine daran anschließende Dekodier­ einrichtung 23 sowie schließlich eine nachfolgende Freigabe­ einrichtung 24 zur Ansteuerung eines Zündelements 25 enthält. Dabei sind Heizelement 22 und Freigabeeinrichtung 24 ther­ misch miteinander gekoppelt und bilden zusammen eine gemein­ same Masse M, die durch das Heizelement 22 beheizt wird. Die Zündeinrichtung 20 einschließlich des Zündelements 25 ist be­ vorzugt als integrierter Schaltkreis ausgeführt und in einem einzigen Gehäuse untergebracht.

Das Filter 21 besteht beim Ausführungsbeispiel aus einer Pa­ ralellschaltung eines Kondensators 26 und eines Widerstandes 27, die beide zwischen die Leitungen 9 und 15 geschaltet sind. Des Weiteren ist dem Filter 21 eine Drossel 28 zuorden­ bar, die sich jedoch aufgrund ihrer Größe nicht im Schalt­ kreis befindet und in die Leitung 9 zwischen Steuereinrich­ tung 3 und Zündeinrichtung 20 geschaltet ist. Bei entspre­ chender Auslegung kann aber alternativ zur Drossel 28 auch die Induktivität der Leitungen 9 und 15 verwendet werden.

Das Heizelement 22 besteht beim Ausführungsbeispiel aus einer entsprechend gepolten Diode 29, die über einen in Reihe dazu liegenden Kondensator 30 zwischen die Leitungen 9 und 15 ge­ schaltet ist. Die Polung der Diode 29, ist dabei so, dass nur ein negativer Strom die Diode 29 durchfliessen und diese auf­ heizen kann. Folglich ist beim Ausführungsbeispiel die Anode der Diode 29 mit Leitung 15 und die Kathode mit Leitung 9 ge­ koppelt. Der Kondensator 30 dient dazu, Gleichanteile abzublocken und damit nur Wechselströme bzw. getaktete Gleich­ ströme durchzulassen. Da die Steuereinrichtung 3 während der ersten Phase (Aktivierungsphase) einen getakteten negativen Strom liefert, wird folglich in dieser Phase die Diode 29 und damit das Heizelement 22 aufgeheizt.

Als weitere Sicherheitsmaßnahme folgt auf das Heizelement die Dekodiereinrichtung 23, die beispielsweise zwei in die Lei­ tungen 9 und 15 geschaltete steuerbare Schalter 31 und 32 aufweist. Die beiden Schalter 31 und 32 werden durch eine ü­ ber die Leitungen 9 und 15 gespeiste und gesteuerte Auswerte­ schaltung 33 derart angesteuert, dass nur bei einer bestimm­ ten Taktfrequenz und/oder Schaltfolge (Codierung) des getak­ teten positiven Stromes in der zweiten Phase (Zündphase) ein Durchschalten der Schalter 31 und 32 erfolgt.

Auf die Dekodiereinrichtung 23 folgt schließlich die Freiga­ beeinrichtung 24 für das Zündelement 25. Diese enthält einen Bipolartransistor 34 vom NPN-Typ, dessen Kollektor-Anschluss mit der Leitung 9 und dessen Emitter-Anschluss unter Zwi­ schenschaltung des Zündelements 25 mit der Leitung 15 verbun­ den ist. Zwischen die Leitungen 9 und 15 ist ein ohmscher Spannungsteiler mit zwei Widerständen 35 und 36 geschaltet, an dessen Abgriff der Basis-Anschluss des Bipolartransistors 34 (gegebenenfalls unter Zwischenschaltung eines Treibers) angeschlossen ist. Erst oberhalb einer bestimmten Temperatur am Bipolartransistor 34 schaltet dieser bei einer bestimmten (positiven) Spannung am Basis-Anschluss ein. Das Durchschal­ ten des Bipolartransistors 34 ist also über die Temperatur (abhängig im Wesentlichen von zugeführter Energie, Masse und Zeit) und die an den Basis-Anschluss angelegte positive Span­ nung so einstellbar, dass nach einer bestimmten Aktivierungs­ phase mit negativem Strom ein Zünden in der nachfolgenden Phase durch ausschließlich einen positiven Strom erfolgen kann, wenn die Temperatur am Bipolartransistor 34 durch das Heizelement 22 ausreichend hoch gesetzt wurde. Die Unter­ scheidung zwischen negativem und positivem Strom kann alter­ nativ oder zusätzlich aber auch in der Dekodiereinrichtung 23 erfolgen. Außerdem kann alternativ die Dekodiereinrichtung nicht wie gezeigt in dem Kreis des Bipolartransistors 34 ein­ greifen, sondern direkt in dessen Steuerkreis (Basis), wo­ durch die beiden Schalter 31 und 32 enfallen können.

Die als Ausführungsbeispiel gezeigte erfindungsgemäße Anord­ nung verfügt also über eine Einrichtung, die erst nach einer Aktivierung (Erwärmung) die Zündung ermöglicht. Die Strom­ richtung bei der Erwärmung ist dabei entgegengesetzt zur Stromrichtung im Zündfall. Der Stromfluss durch das Heizele­ ment ist durch entsprechende Schaltungsauslegung nur gepulst möglich. Ein Gleichstrom kann folglich die notwendige Erwär­ mung nicht bewirken, so dass eine ungewollte Auslösung durch fehlerhafterweise auf den Leitungen auftretenden Gleichstrom verhindert wird. Zur weiteren Erhöhung der Sicherheit wird der Zündstrompfad durch eine Dekodiereinrichtung unterbro­ chen. Durch diese Maßnahmen lässt sich die erforderliche Lo­ gik bei einem Remote-Firing-System (RFS) zum einen vereinfa­ chen und zum anderen die Sicherheit erhöhen, so dass insbe­ sondere bei Realisierung als integrierter Schaltkreis Kosten eingespart und die Abmessungen verringert werden können. Es sind keine weiteren Bauteile im Kabelbaum erforderlich. Alle Komponenten können in eine Zündpille integriert (z. B. Halb­ leiter-Zündpille) werden.

Es wird gemäß einer Weiterbildung der Erfindung die Tempera­ turabhängigkeit von Halbleitern ausgenutzt. Der Bipolartran­ sistor (PN-Übergang) zum Aktivieren der Zündeinrichtung benö­ tigt bei hohen Temperaturen eine sehr viel größere Einschalt­ spannung als z. B. bei Raumtemperatur. Die Einschaltspannung wird nun so hoch gewählt, dass beispielsweise bis ca. 150°C kein Durchschalten des Bipolartransistors erfolgen kann. Ein weiteres Element in der Zündeinrichtung sorgt für die Erwär­ mung der Freigabeeinrichtung. Dieses Element (Heizelement) wird durch Anlegen einer eigens für diesen Zweck vorgesehenen Spannung versorgt. Das Signal zum Aufheizen ist aber invers zum eigentlichen Zündsignal und der erreichbare Spannungspegel an diesem Element überschreitet beim Anlegen auch nicht den erforderlichen Pegel für eine Zündung. Das Heizelement und die Zündstufe sind dabei thermisch gekoppelt, nicht je­ doch die anderen Elemente, wie insbesondere das Zündelement. Die Anordnung wird darüber hinaus noch weiter verbessert, in­ dem die Zündung erst nach einer zusätzlichen (nicht aufwendi­ gen) Dekodierung der Signale erfolgt.

Claims (9)

1. Anordnung zum Auslösen eines Rückhaltemittels in einem Kraftfahrzeug mit
einem Sensor (1) zur Unfallerkennung, der bei einem Auf­ prall des Fahrzeuges ein Aufprallsignal (2) abgibt,
einer Steuereinrichtung (3), die dem Sensor (1) nachge­ schaltet ist und die auf das vom Sensor (1) gelieferte Auf­ prallsignal (2) hin ein Steuersignal erzeugt,
einer Zündeinrichtung (20), die räumlich getrennt von der Steuereinrichtung (3) angeordnet und mit dieser über eine Leitung (9, 15) verbunden ist, und
einem Zündelement (25) für das Rückhaltemittel, das mit der Zündeinrichtung (20) elektrisch gekoppelt ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass das von der Steuereinrichtung (3) erzeugte Steuer­ signal sich aus einem ersten Strom in einer Richtung und aus einem nachfolgenden zweiten Strom in der Gegenrichtung zu­ sammensetzt und
dass die Zündeinrichtung (20) eine Integrationseinrich­ tung zur Integration des ersten Stromes sowie eine dieser nachgeschaltete Freigabeeinrichtung (24) zur Freigabe einer Zündung des Zündelements (25) aufweist,
wobei die Zündung des Zündelements (25) durch den zweiten Strom bei oder nach dem Erreichen eines Grenzwertes des In­ tegrals des ersten Stroms erfolgt.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
dass die Integration thermisch mittels eines Heizelements (22) und einer mit diesem thermisch gekoppelten Masse (M) er­ folgt und
dass die Freigabeeinrichtung (24) einen mit der Masse (M) thermisch gekoppelten temperaturempfindlichen Schalter auf­ weist, der bei Erreichen einer Grenzwerttemperatur der Masse (M) zum Zündelement (25) durchschaltet.

3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass als temperaturempfindlicher Schalter ein Transistor (34) vor­ gesehen ist, dessen gesteuerte Strecke in Reihe zum Zündelement (25) geschaltet ist und dessen Steueranschluss mit dem von der Steuereinrichtung (3) erzeugten Steuersignal gekop­ pelt ist derart, dass der Transistor (34) beim ersten Strom immer sperrt und beim zweiten Strom nur dann durchschaltet, wenn die Temperatur am Transistor (34) größer oder gleich der Grenzwerttemperatur ist.

4. Anordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Transistor (34) vorgesehen ist, dessen Steueranschluss an einen Abgriff eines mit dem Steuersignal gespeisten Span­ nungsteilers (35, 36) angeschlossen ist, dessen einer An­ schluss der gesteuerten Strecke mit einem Anschluss des Zünd­ elements (25) verbunden ist und dessen anderer Anschluss der gesteuerten Strecke mit einem Anschluss des Spannungsteilers (35, 36) verbunden ist, wobei der andere Anschluss des Span­ nungsteilers (35, 36) mit dem anderen Anschluss des Zündele­ ments (25) verschaltet ist.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse durch den temperaturempfindli­ chen Schalter (34) und/oder das Heizelement (22) aufgebracht wird.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, dass das Heizelement (22) zwar durch den ersten Strom, nicht aber durch den zweiten Strom aufheizbar ist.

7. Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Strom einen Wechselstrom erge­ bend getaktet ist und dass das Heizelement (22) nur durch wechselnde Ströme aufheizbar ist.

8. Anordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch ge­ kennzeichnet, dass zwischen Steuereinrichtung (3) und Zünd­ einrichtung (20) ein Tiefpassfilter (21) geschaltet ist.

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 2 bis 8, dadurch ge­ kennzeichnet, dass der erste und/oder zweite Strom codiert ist und dass dem temperaturempfindlichen Schalter (34) eine Dekodierlogik (23) für eine zusätzliche Zündfreigabe vorge­ schaltet ist.