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Die
Erfindung betrifft eine Anordnung zum Ansteuern von Auslösemitteln
von Rückhaltemitteln in
einem Fahrzeug, insbesondere eines Gasgenerators für ein Airbag.
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Es
ist allgemein bekannt, zum Schutz von Fahrzeuginsassen bei einer
Kollision mittels Beschleunigungssensoren an verschiedenen Stellen
im Fahrzeug Beschleunigungswerte zu erfassen, und mittels einem
Steuergerätes
in Abhängigkeit
von erfassten Beschleunigungswerten Rückhaltemittel wie Airbag und
Gurtstraffer auszulösen.
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Bei
einer solchen Anordnung zum Ansteuern von Rückhaltesystemen werden im Allgemeinen
in einer zentral im Fahrzeug angeordneten Auslöseschaltung, wie z. B. dem
Airbagsteuergerät,
von einer oder mehreren Sensoreinrichtungen, z. B. Beschleunigungssensoren,
zur Aufprallerkennung gelieferte Signale ausgewertet. Die Auslöseschaltung
steuert z. B. mittels einem Stromimpuls bei Bedarf über eine Leitung
eine oder mehrere Zündeinrichtungen
(Zündpille)
an, die den Rückhaltemitteln
zugeordnet sind. Die angesteuerte Zündeinrichtung überträgt die von einer
Energieversorgung, z. B. einem Zündkondensator
der Zündeinrichtung,
bereitgestellte Zündenergie
auf ein Zündelement
des zugeordneten Rückhaltemittels.
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Um
Störungen
zu erkennen und sicher zu stellen, dass im Falle eines Unfalls/Crashs
das System ordnungsgemäß arbeitet,
führt das
Steuergerät nach
seiner Aktivierung eine kontinuierliche Diagnose des Systems durch.
Eine durch eine Störung
bedingte unerwünschte
Auslösung
von Rückhaltemitteln,
insbesondere während
der Fahrt, kann schlimme Folgen für die Insassen des Fahrzeugs
und andere Personen haben.
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Ein
Grund für
solche Fehlauslösungen
können
bedingt durch elektromagnetische Einstrahlung, thermische Belastungen
oder Störungen
der Versorgungsspannung der Sensoren, in dem Steuergerät fehlerhafte
empfangene Sensorsignale sein.
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Um
zu verhindern, dass bereits ein einfacher Fehler eines Beschleunigungssensors
zu einer Fehlauslösung
eines Airbags führt,
ist es üblich,
in einem Airbagsteuergerät
zwei Sensoren für
jede Sensierungsrichtung (Front und Seite) zu verwenden. Die Sensoren
werden hierbei um 180° zueinander
verdreht auf der Leiterplatte des zentralen Steuergerätes angeordnet
und liefern im Normalbetrieb, abgesehen vom Vorzeichen, ein nahezu
identisches Signal. Die Redundanz ist hoch. Da jedoch die von beiden
Sensoren abgegebenen Signale über
einen Multiplexer von einem A/D-Wandler
in den Mikrokontroller des Steuergerätes eingelesen werden, kann
es bei einer Störung
des A/D-Wandlers
und/oder des Multiplexer ebenfalls zu Fehlauslösungen kommen.
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Es
ist auch üblich,
einen Beschleunigungssensor in dem zentralen Steuergerät und einen
aus dem zentralen Steuergerät
ausgelagerten Beschleunigungssensor zu verwenden. Dieses Sicherheitskonzept
ist seit einigen Jahren für
die Seitenairbagsensierung und seit kurzem auch für die Frontairbagsensierung üblich und
erlaubt eine genauere Sensierung des Crash-Typs und eine schnelle
und robuste Sensierung der Crash-Schwere, wobei bei einem ersten
Ansprechen der ausgelagerten Beschleunigungssensoren z. B. die Auslöseschwelle
herabgesetzt wird.
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Die
ausgelagerten Beschleunigungssensoren bestehen im Allgemeinen aus
einem kapazitiven Sensorelement (G-Zelle) und einem anwendungsspezifischen
integrierten Schaltkreis ASIC (application specific integrated circuits),
der die von dem Sensorelement abgegebenen Signale aufbereitet und
ein entsprechendes digitales Beschleunigungssignal über eine
digitale Datenübertragungsverbindung
an das zentrale Steuergerät
ausgibt. Mit den im zentralen Steuergerät befindlichen Sensoren ergeben
sich somit zwei getrennte Signalwege für eine Sensierungsrichtung,
da die ausgelagerten Beschleunigungssensoren eigene A/D-Wandler
besitzen.
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Aufgrund
der unterschiedlichen Einbauorte/Positionen liefern die Sensoren
jedoch sehr unterschiedliche Signale, wobei die ausgelagerten Beschleunigunssensoren
speziell im Frontbereich aufgrund der Einbaulage und der dynamischen
Beschleunigungsbeaufschlagung stark streuende Signale detektieren
können,
so dass die Signale der Sensoren zur Überwachung und Vermeidung von Fehlauslösungen nicht
direkt miteinander im zentralen Steuergerät verglichen werden können. Somit liegt
in diesem Fall keine echte Redundanz, sondern vielmehr eine Plausibilitätsprüfung vor.
Des weiteren bilden die elektrischen Leitungen der ausgelagerten Beschleunigungssensoren
einen weiteren Angriffspunkt für
Störungen,
wobei diese selbst bei einem Crash zerstört werden können, bevor die Sensoren die
notwendigen Signale zur Auslösung
der Rückhaltemittel
gesendet haben. Die Kosten sind wegen des zusätzlichen Montage- und Materialaufwands
bei diesem Konzept hoch.
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Aus
der gattungsgemäßen
DE 43 02 399 A1 geht
eine elektronische Einrichtung und ein Verfahren zur Überprüfung derselben
hervor. Diese elektronische Einrichtung umfasst mindestens zwei
beschleunigungsempfindliche Sensoranordnungen. Um die Betriebsbereitschaft
der Sensoranordnung zu überprüfen, werden
die Ausgangssignale der Sensoranordnung verglichen, wobei zu dem
Vergleich auch schon Ausgangssignale her angezogen werden, die als
Folge der im regulären
Betrieb des Fahrzeugs entstehenden Beschleunigungen auftreten. Die
von diesen Beschleunigungssensoren abgegebenen Signale werden einer
Analog-/Digitalwandlung zugeführt.
In Abhängigkeit
von der Auswertung dieser Beschleunigungssignale erfolgt die Ansteuerung
von einem Sicherungssystem für
Fahrzeuginsassen. Aus
DE
602 13 928 T2 ist ein Verfahren zum Abfassen einer unsachgemäßen Befestigung
eines Sensors auf einem Kraftfahrzeug bekannt, wobei der Sensor
Ausgangssignale aussendet und diese Ausgangssignale überwacht
werden. In den Ausgangssignalen werden Geräuschpegel bestimmt, wobei die
Geräuschpegel aus
den Ausgangssignalen des Sensors mit einem Schwellenwertgeräuschwert
verglichen werden, um zu bestimmen, ob der Sensor sachgemäß befestigt ist.
Aus
DE 40 16 644 A1 ist
eine Auslöseschaltung für eine Sicherheitsvorrichtung
in Kraftfahrzeugen bekannt. Um diese Auslöseschaltung auch in das Lenkrad
eines Kraftfahrzeugs einbauen zu können, gleichzeitig jedoch für die Auslöseschaltung
eine zusätzliche
Sicherheit zu gewährleisten
und eine Funktionsprüfung
aller Komponenten zu ermöglichen, wird
vorgeschlagen, dass die Auslöseschaltung
eine redundante Anordnung von mehreren, insbesondere zwei Beschleunigungsaufnehmern
mit voneinander unabhängigen
Auswerteschaltungen aufweist und dass alle Beschleunigungsaufnehmer
mit ihren Auswerteschaltungen über
eine elektrische UND-Schaltung miteinander verknüpft sind. Aus
DE 39 38 777 A1 ist eine
Schaltungsanordnung zur Erkennung von Signalstörungen bekannt. Dabei werden
die einem Analog-/Digitalwandler zugeführten Analogsignale daraufhin überwacht,
ob Störungen
aufgrund starker äußerer elektromagnetischer
Felder auftreten. Eine in einem Speicher abgelegte Kennung, der
Referenzwerten der eingangsseitigen Signale zugeordnet ist, wird
zur Fehlererkennung herangezogen. Aus
DE 39 20 091 A1 ist eine Sicherheitseinrichtung
für Fahrzeuginsassen
bekannt. Dabei sind beschleunigungsempfindliche Sensoren sowie Aufbereitungsschaltungen
für diese
Sensoren vorgesehen. Diese Aufbereitungsschaltungen sind Summier-
bzw. Integrationseinrichtungen sowie eine Vergleichseinrichtung zum
Vergleich der Summation bzw. Integrationswerte. Die Vergleichseinrichtung
steuert eine Warneinrichtung an, sobald der Vergleichswert einen
vorgebbaren Grenzwert überschreitet.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, ein Steuergerät zum Ansteuern von Auslösemitteln
von Rückhaltemitteln
in einem Fahrzeug zu schaffen, mit dem die Störsicherheit eines Insassenschutzsystems
kostengünstig
erhöht
werden kann.
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Diese
Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des
Anspruchs 1 gelöst.
Somit wird in dem Steuergerät,
das zumindest einen zentralen Beschleunigungssensor aufweist, der
entsprechend zumindest einer Bewegungsrichtung des Fahrzeugs ein
analoges Beschleunigungssignal ausgibt, ein Beschleunigungssensor,
der entsprechend der einen Richtung ein digitales Beschleunigungssignal
ausgibt, integriert. Beide Signale werden zur Auswertung der Steuereinheit
des Steuergerätes
zugeführt,
wobei die Steuereinheit einen A/D-Wandler zum umsetzen der analogen
Signale des zentralen Beschleunigungssensors aufweist. Somit stehen
zwei Signalwege mit getrennten A/D-Wandlern für die Erfassung von Beschleunigungen
einer Richtung zur Verfügung.
Eine Störung eines
Beschleunigungssensors im Steuergerät kann erkannt und eine Fehlauslösung von
Rückhaltemitteln
verhindert werden.
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Zur
Reduzierung der Herstellungskosten des Steuergerätes wird zu dem in einem Steuergerät im Allgemeinen
bereits vorhandenen analogen Beschleunigungssensor ein digitaler
Beschleunigungssensor, der normalerweise als ausgelagerter Sensor verwendet
wird, hinzugefügt.
Bei solchen ausgelagerten Beschleunigungssensoren sind im allgemeinen
in einem Gehäuse
ein Sensorelement zur Aufnahme einer Beschleunigung und ein anwendungsspezifischer
integrierter Schaltkreis, der die von dem Sensorelement abgegebenen
Signale aufbereitet und ein entsprechendes digitales Beschleunigungssignal
ausgibt, integriert. Da die Steuereinheit der Steuergeräte üblicherweise
zur Aufnahme von Signalen von ausgelagerten Beschleunigungssensoren ausgelegt
ist, z. B. mittels einer synchronen oder asynchronen seriellen Peripherieschnittstelle,
sind keine zusätzlichen
Schnittstellen bzw. keine Softwareänderungen zum Anschluß des zu
integrierenden Sensors notwendig. Dies reduziert den Montageaufwand
und die Herstellungskosten.
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Ist
der zentrale Beschleunigungssensor ein Zweikanalsensor, der entsprechend
der einen und einer anderen Richtung ein analoges Beschleunigungssignal
ausgibt, kann in dem Steuergerät
ein dritter Beschleunigungssensor, der entsprechend der anderen
Richtung ein digitales Beschleunigungssignal an die Steuereinheit
ausgibt, integriert werden, so dass zu jeder Erfassungsrichtung
ein redundanter Signalweg vorhanden ist.
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Weiterbildungen
der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Die
vorliegende Erfindung wird unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen
näher erläutert, in denen
zeigen:
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1 ein
Blockschaltbild eines Steuergerätes
gemäß einer
Ausführung
der Erfindung,
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2 die
Steuereinheit des in 1 gezeigten Steuergerätes und
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3 den
in das in 1 gezeigte Steuergerät integrierte
digitale Beschleunigungssensor.
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1 zeigt
ein Steuergerät 1,
z. B. ein zentrales Airbag-Steuergerät (ZSG),
zur Ansteuerung von Auslösemitteln
von an sich bekannten Rückhaltemitteln,
wie Fahrerairbag 2, Beifahrerairbag 3, Fahrerseitenairbag 4,
Beifahrerseitenairbag 5 und Gurtstraffer 6, 7 für Fahrer
bzw. Beifahrer. Das Steuergerät 1 wird
gewöhnlich
zentral im Fahrzeug, beispielsweise am Fahrzeugtunnel befestigt.
Die ausgelagerten Beschleunigungssensoren 14, 15 dienen
zur frühzeitigen
Erkennung eines Seitenaufpralls, vorwiegend im Frontbereich. Anzustreben
ist jedoch eine Lösung
ohne ausgelagerter Sensoren bei gleichbleibenden niedrigen Auslösezeiten.
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In
dem Steuergerät 1 befinden
sich ein zentraler Zweirichtungsbeschleunigungssensor 8,
der ein Sensorelement 8a aufweist, dessen Signale eine Verstärkereinheit 8b verstärkt und
anschließend
von einer Filterschaltung 8c von Störimpulsen befreit werden, sowie
ein digitaler Beschleunigungssensor 13, der typischerweise
als ausgelagerter Sensor verwendet wird.
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Die
Signale aller Sensoren 13, 14, 15, 8 werden
der Steuereinheit 9, einem Mikrokontroller, zugeführt, wobei
die Signale des Zweirichtungsbeschleunigungssensor 8, wie
bei internen Sensoren üblich, der
Steuereinheit 9 direkt zugeführt werden. Dagegen erfolgt
die Ankopplung der ausgelagerten Beschleunigungssensoren 14, 15 an
die Steuereinheit 9, da in der Regel die Signale von den
ausgelagerten Beschleunigungssensoren 14, 15 über ungeschirmte Kabel übertragen
werden, mittels einem anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis
(ASIC), der eine besonders störsichere
Schnittstelle 29 (Stromschnittstelle) enthält. Über die
für die
ausgelagerten Beschleunigungssensoren 14, 15 zuständige Schnittstelle 29 werden
auch die Signale des in das Steuergerät 1 integrierten Beschleunigungssensors 13 der
Steuereinheit 9 zugeführt.
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Die
Steuereinheit 9 wertet die Beschleunigungssignale der Sensoren 13, 14, 15, 8 aus
und steuert im Bedarfsfall die entsprechenden Auslösemittel
der Rückhaltemittel 2 bis 7 über eine
Endstufen-/Schnittstellenschaltung 11 an. Da das System während der
gesamten Betriebsdauer des Kraftfahrzeuges funktionsfähig sein
muß, enthält das Steuergerät 1 eine Überwachungseinheit 10,
die Prüf-
und Referenzimpulse zur Überprüfung der
Beschleunigungssensoren 8, 13, 14, 15 sowie
der Steuereinheit 9 erzeugt. Ferner weist das Steuergerät 1 eine
Energiereserve 12 zur Notversorgung des gesamten Insassenschutzsystems
für den
Autarkiefall auf.
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2 zeigt
die wesentlichen Bestandteile der Steuereinheit 2. Die
Steuereinheit 2 enthält
einen flüchtigen
Speicher 16 und einen nicht flüchtigen Speicher 17,
in dem u. a. Kenndaten und ein Auslöseralgorithmus abgelegt sind.
Die analogen Beschleunigungssignale des zentralen Beschleunigungssensors 8 werden
in der Steuereinheit 2 über einen
Multiplexer 18 dem A/D-Wandler 19 zugeführt, der
das analoge Signal digitalisiert und an den Mikroprozessor 20 bzw.
dem Speicher 16 ausgibt. Das bereits digitalisierte Signal
des Beschleunigungssensor 13 wird dagegen mit den Signalen
der ausgelagerten Beschleunigungssensoren 10 und 15 dem
Mikroprozessor 20 mittels einer synchronen seriellen Peripherieschnittstelle
(SPI) 21 zugeführt.
Somit stehen, da die Signale des Beschleunigungssensors 13 nicht wie
sonst üblich über den
Multiplexer 18 und den A/D-Wandler 19 geführt werden,
zwei getrennte Signalwege vom Sensorelement 8a bis zum
Mikroprozessor 20 zur Verfügung.
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Wie
in 3 gezeigt, weist der Beschleunigungssensor 13 ein
Sensorelement 22 und einen anwendungsspezifischen integrierten
Schaltkreis 23 (ASIC) in einem gemeinsamen Gehäuse 28 auf.
Im ASIC 23 wird das von dem Sensorelement 22 abgegebene
Beschleunigungssignal in einem Verstärker 24 verstärkt und
in einem Filter 25 gefiltert. Ein A/D-Wandler 26 setzt das Analogsignal
in ein digitales Signal um und gibt es an die synchrone serielle Peripherieschnittstelle 27 zur Übertragung
zu der Steuereinheit 9 aus.
