DE19531899A1 - Elektronische Einrichtung und Betriebsverfahren für diese - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer elektronischen Einrichtung nach der Gattung des Anspruchs 1 bzw. von einem Betriebsverfahren nach der Gattung des Anspruchs 7. Eine Sicherheitseinrichtung für Fahrzeuginsassen ist beispielsweise aus der Zeitschrift 1141 Ingenieurs de l′Automobile (1982) No. 6, Seite 69 ff, insbesondere Fig. 19 auf Seite 74, bekannt. Eine derartige Sicherheitseinrichtung umfaßt sogenannte Zündpillen, die von einem Steuergerät angesteuert werden. Die Zündpillen aktivieren nach Ansteuerung eine gaserzeugende Treibladung, die in Wirkverbindung mit einem Rückhaltemittel für Fahrzeuginsassen, wie insbesondere einem Gassack steht und diesen Gassack aufbläst. Aus US-PS 3,911,391 ist ein Verfahren zur Überprüfung derartiger Zündpillen bekannt. Die zu überprüfenden Zündpillen werden dabei mit einem von einer Prüfstromquelle gelieferten Prüfstrom beaufschlagt. Der dabei entstehende Spannungsabfall wird in einer Vergleichsschaltung mit der von einer Referenzspannungsquelle gelieferten Spannung verglichen. Die Genauigkeit einer derartigen Messung hängt von der Genauigkeit des Prüfstroms ab, mit dem die Zündpille während der Prüfung beaufschlagt wird. Bei integrierten Schaltungen ist es jedoch vergleichsweise schwierig und aufwendig, eine hochpräzise Stromquelle vorzusehen.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Einrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und das Betriebsverfahren für diese Einrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 7 bieten insbesondere den Vorteil einer hohen Überlastsicherheit der die Zündpille ansteuernden Endstufe des Steuergeräts, selbst dann, wenn der widerstandswert der Zündpille stark von ihrem Sollwert abweicht, insbesondere erheblich unter diesem liegt. Dadurch kann eine vergleichsweise klein dimensionierte Endstufe eingesetzt werden, die bei Ausführung in integrierter Technik nur wenig Chipfläche benötigt. Dies wiederum führt zu einer Kostenreduktion. Dadurch daß eine Zündpille mit einem von ihrem Sollwert abweichenden Widerstandswert taktweise angesteuert wird, wobei bei jedem Takt eine Strommessung erfolgt, kann sehr flexibel auf Widerstandsänderungen der Zündpille reagiert werden. Vorteilhafterweise kann dadurch selbst dann noch die für die Aktivierung der Zündpille erforderliche Mindestenergie bereitgestellt werden, wenn der Widerstandswert der Zündpille sehr stark von ihrem Sollwert abweicht. Durch die taktmäßige Ansteuerung der Zündpille wird selbst bei einem Kurzschluß des Zündpillenwiderstandes die dem Steuergerät abverlangte Maximalenergie begrenzt. Weiterhin kann infolge starker Anhebung der Stromamplitude und ein dadurch bewirktes Freibrennen von Kurz- und/oder Nebenschlüssen auch unter sehr schwierigen Betriebsbedingungen noch eine sichere Aktivierung der Zündpille erzielt werden.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt Fig. 1 ein Blockschaltbild einer elektronischen Einrichtung, Fig. 2 ein etwas detaillierter ausgeführtes Blockschaltbild der elektronischen Einrichtung mit Darstellung der Zündpille, Fig. 3, Fig. 4, Fig. 5 und Fig. 6 in Diagrammen Stromverläufe als Funktion der Zeit, Fig. 7 ein Ablaufdiagramm, Fig. 8 ein weiteres Ausführungsbeispiel der elektronischen Einrichtung mit einer Mehrzahl von Endstufen für die Ansteuerung von mehreren Zündpillen.

Beschreibung der Ausführungsbeispiele

Fig. 1 zeigt ein vereinfachtes Blockschaltbild einer elektronischen Einrichtung 1 der gattungsgemäßen Art. Diese Einrichtung umfaßt einen Beschleunigungswerte des Fahrzeugs erfassenden Sensor 2, dessen Ausgangsanschluß mit dem Eingangsanschluß eines Steuergerätes 3 verbunden ist, das die Ausgangssignale des Sensors 2 auswertet. Das Steuergerät 3 seinerseits ist mit Rückhaltemitteln 4a, 4b für den Schutz der Fahrzeuginsassen, wie insbesondere Gassack, Gurtstraffer und/oder dergleichen verbunden. Bei Auftreten einer kritischen Unfallsituation steuert das Steuergerät 3 die Rückhaltemittel 4a, 4b an, die daraufhin den Insassen Schutz bieten.

Fig. 2 zeigt ein detaillierter ausgeführtes Blockschaltbild einer elektronischen Einrichtung der gattungsgemäßen Art, in dem auch die Zündpille 5 selbst dargestellt ist. Die Einrichtung 1 umfaßt wiederum einen Sensor 2, der mit einem Steuergerät 3 verbunden ist. Ausgangsanschlüsse des Steuergeräts 3 sind mit Schaltmitteln S1, S2 verbunden, die in Serie zu einer Zündpille 5 geschaltet sind. Damit weiter in Serie geschaltet ist ein Widerstand RM, der mit einem Anschluß an Masse liegt. In Wirkverbindung mit der Zündpille 5 steht mindestens ein Rückhaltemittel 4a. Diese Wirkverbindung wird durch die in Fig. 2 gestrichelt dargestellte Verbindung zwischen der Zündpille 5 und dem Rückhaltemittel 4a angedeutet. Die Einrichtung 1 umfaßt weiter einen Komparator 7 in Gestalt eines Operationsverstärkers, dessen nicht invertierender Eingangsanschluß mit dem massefernen Anschluß des Widerstandes RM verbunden ist. Der invertierende Eingangsanschluß des Komparators 7 ist mit einer, vorzugsweise auf mehrere Spannungswerte umschaltbar ausgebildeten Referenzspannungsquelle verbunden. Eine besonders einfache und preiswerte Referenzspannungsquelle wird, wie in dem Ausführungsbeispiel in Fig. 2 dargestellt, durch einen an die Betriebsspannung gelegten Spannungsteiler (Widerstände R200, R201, R202, R203) gebildet. Ein drittes Schaltelement S3 ermöglicht die wechselweise Serienschaltung der Widerstände R201, R262, R203 zu dem hochliegenden Widerstand R200, so daß sich an dem mit dem invertierenden Eingangsanschluß des Komparators 7 verbundenen Mittenabgriff des Spannungsteilers unterschiedliche Referenzspannungswerte ausbilden. Das Schaltelement S3 ist von dem Steuergerät 3 steuerbar. Der Ausgangsanschluß des Komparators 7 ist mit einem Eingangsanschluß des Steuergeräts 3 verbunden. Der Sensor 2 liefert der Fahrzeugbeschleunigung entsprechende Ausgangssignale, die von dem Steuergerät 3 ausgewertet werden. Dabei wird das Ausgangssignal des Sensors 2 üblicherweise integriert und der Integrationswert wird mit einem vorgebbaren Schwellwert verglichen. Wird dieser Schwellwert überschritten, was auf einen schweren Unfall hindeutet, werden die Schaltelemente S1, S2 von dem Steuergerät 3 angesteuert. Dies hat zur Folge, daß die mindestens eine Zündpille 5 mit einem Strom beaufschlagt und dadurch aufgeheizt wird. Die Zündpille 5 steht in Wirkverbindung mit einem Rückhaltemittel 4a, wie insbesondere Gassack, und aktiviert ihrerseits eine gaserzeugende Treibladung, die den Gassack aufbläst. In dem die Schaltelemente S1, S2 und die Zündpille 5 enthaltenden Zündkreis ist weiterhin in Serie zu den vorgenannten Bauelementen ein Widerstand RM eingeschaltet, durch den ebenfalls der Zündstrom fließt, mit dem die Zündpille 5 beaufschlagt wird. An diesem Widerstand RM fällt daraufhin eine Spannung ab, die vermittels des Komparators 7 mit mindestens einer Referenzspannung vergleichbar ist. Dadurch kann auf schaltungstechnisch einfache Weise der Strom erfaßt werden, mit dem die Zündpille 5 beaufschlagt wird. Gemäß der vorgeschlagenen Erfindung wird nun bei Ansteuerung der Zündpille 5 mit einem Zündstrom dieser Zündstrom gemessen, und zwar vorzugsweise nach jeweils vorgebbaren Zeitintervallen, die beispielsweise durch einen Taktgenerator 8 festgelegt werden. Dieser Taktgenerator 8 ist vorzugsweise in dem Steuergerät 3 integriert. Er kann allerdings auch, wie in Fig. 2 dargestellt, eine davon getrennte Baugruppe sein. Auf welche Weise der die Zündpille 5 beaufschlagende Strom gemessen und gesteuert wird, wird im folgenden unter Bezugnahme auf die in Fig. 3 bis Fig. 7 dargestellten Diagramme erläutert. In den Diagrammen der Fig. 3 bis Fig. 6 sind dabei Stromverläufe als Funktion der Zeit aufgetragen, während das Diagramm der Fig. 7 ein Ablaufdiagramm darstellt. Gemäß Ablaufdiagramm nach Fig. 7 werde im Startschritt 100 die mindestens eine Zündpille 5 (Fig. 2) angesteuert und gemäß Schritt 101 mit Strom beaufschlagt. Im Schritt 104 wird der durch die Zündpille 5 fließende Strom I gemessen, indem der Spannungsabfall an dem in Serie zu der Zündpille 5 geschalteten Widerstand RM erfaßt wird. In dem Schritt 107 wird der Strom I mit einem ersten Sollwert I1 des Stroms verglichen. Dieser Vergleich wird in der Weise durchgeführt, daß der Komparator 7 den an dem Widerstand RM erfaßten Spannungsabfall mit einem ersten Spannungsreferenzwert vergleicht. Solange der Strom I unterhalb des ersten Stromgrenzwertes I1 bleibt, wird die Zündpille 5, wie aus Schritt 103 des Diagramms Fig. 7 hervorgeht, mit einem Strom beaufschlagt, dessen Tastverhältnis TV 1 ist. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung beträgt der erste Stromgrenzwert I1 3 Ampère. Bei Beaufschlagung der Zündpille 5 mit einem Zündstrom in der Größenordnung von ca. 1,75 Ampère beträgt daher das Tastverhältnis TV 1, wie aus der Darstellung in dem Diagramm der Fig. 3 hervorgeht. Das heißt also, daß bei einer Stromstärke von ca. 1,75 Ampère der Zündstrom als Dauerstrom durch die Zündpille 5 fließt, bis diese endgültig aktiviert ist. Falls der durch die Zündpille 5 fließende Strom I den ersten Stromgrenzwert I1 übersteigt, wird im Schritt 108 der Fig. 7 überprüft, ob der durch die Zündpille 5 fließende Strom I noch unterhalb eines zweiten Stromgrenzwertes I2 liegt, der in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung beispielsweise bei etwa 6 Ampère liegt. Sollte das der Fall sein, wird, gemäß Schritt 102 der Fig. 7 das Tastverhältnis TV der Stromansteuerung geändert, und zwar insbesondere derart reduziert, daß es 1/2 beträgt. Dies geht auch aus dem Diagramm gemäß Fig. 4 hervor, aus dem ersichtlich ist, daß der Strom I mit etwa 3,5 Ampère zwar oberhalb des ersten Stromgrenzwertes I1 aber noch unterhalb des zweiten Stromgrenzwertes I2 liegt. Demzufolge wird die Zündpille 5 nunmehr taktweise mit Strom I angesteuert, wobei das Taktverhältnis TV vorzugsweise 1/2 beträgt. Wird bei der Messung des Stroms I festgestellt, daß dieser auch den zweiten Stromgrenzwert I2 übersteigt, vergleiche Schritt 109 in Fig. 7, aber noch unterhalb eines dritten Stromgrenzwertes I3 liegt, dann wird gemäß Schritt 105 des Tastverhältnis TV der Stromansteuerung auf 1/8 reduziert. Vorzugsweise liegt bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung dieser dritte Stromgrenzwert I3 bei etwa 12 Ampère. Dies wird auch anhand des Diagramms der Fig. 5 erläutert. Es wurde in dem Meßprogramm festgestellt, daß der durch die Zündpille 5 fließende Strom etwa 7 Ampère beträgt und damit die Bedingung des Schrittes 109 des Ablaufdiagramms nach Fig. 7 erfüllt. Demzufolge wird das Tastverhältnis TV auf 1/8 reduziert. Liegt schließlich der durch die Zündpille 5 fließende Strom I oberhalb des dritten Stromgrenzwertes I3 (vergleiche Schritt 110 der Fig. 7), dann erfolgt eine weitere Reduktion des Tastverhältnisses TV auf 1/16 gemäß Schritt 106 von Fig. 7. Dies wird anhand des Diagramms von Fig. 6 verdeutlicht. Der durch die Zündpille 5 fließende Strom von ca. 12,1 Ampère übersteigt den Wert 12 Ampère des dritten Stromgrenzwerts I3. Demzufolge wird eine Stromsteuerung derart durchgeführt, daß das Taktverhältnis TV jetzt 1/16 beträgt. Durch die vorbeschriebene Stromsteuerung wird eine geringere Belastung der die Zündpille 5 beaufschlagenden Endstufe erreicht. Dadurch kann auf vorteilhafte Weise eine klein dimensionierte Endstufe eingesetzt werden, die bei Ausführung in integrierter Technik nur eine vergleichsweise kleine Chipfläche benötigt. Dadurch kann insgesamt eine Verringerung der Baugröße erzielt werden, ohne daß unbeherrschbare thermische Probleme auftreten. Dadurch, daß eine taktweise Ansteuerung der Zündpille vorgesehen ist und daß ein Meßvorgang für den Strom I mindestens bei jedem Takt vorgenommen wird, kann sehr schnell auf eine Veränderung des Stroms I reagiert werden und erforderlichenfalls das Taktverhältnis TV sofort angepaßt werden. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung wird ein Taktgenerator 8 eingesetzt, der eine Taktfrequenz von einigen 10 Kilohertz, insbesondere 40 Kilohertz, abgibt. Das Tastverhältnis TV wird dabei zweckmäßig als Quotient mit dem Nenner 2 oder eines Vielfachen davon dargestellt, also beispielsweise 1, 1/2, 1/8, 1/16. Dadurch, daß die Zündpille 5 auch mit relativ hohen Stromstärken I ansteuerbar ist, kann weiterhin sichergestellt werden, daß den Ansteuerungsvorgang an sich störende Zustände, wie beispielsweise Kurzschlüsse oder Nebenschlüsse, durch ein Freibrennen beseitigt werden können. Dadurch kann selbst in ungünstigen Situationen noch eine planmäßige Aktivierung der Zündpille 5 erfolgen. Auf diese Weise ist es möglich, eine Zündpille 5 selbst dann noch anzusteuern, wenn deren Istwiderstand sehr stark von ihrem Sollwiderstand abweicht. Die Widerstände handelsüblicher Zündpillen liegen in der Größenordnung einiger Ohm, insbesondere bei etwa 2 Ohm.

Besonders vorteilhaft umfaßt die elektronische Einrichtung 1 eine integrierte elektronische Schaltung 80 (Fig. 8), in der eine Mehrzahl von Schaltelementen 81a, 81b, 81c, 81d von Treiberschaltungen 82a, 82b, 82c, 82d für diese Schaltelemente und von Komparatoren 83a, 83b, 83c, 83d integriert sind. Obwohl damit eine Mehrzahl von Zündpillen 5 ansteuerbar ist, kann durch die hohe Integration dennoch eine kleine und raumsparende Bauweise sichergestellt werden. In Fig. 8 führen die mit den Schaltelementen 81a, 81b 81c, 81d verbundenen Anschlußleitungen IGH0, IGH1, IGH2, IGM3 zu den hier nicht dargestellten Zündpillen, die ja außerhalb dieser elektronischen Schaltung 80, in unmittelbarer Nachbarschaft der Rückhaltemittel angeordnet sind. In Serie zu den Schaltelementen 81a, 81b, 81c, 81d sind jeweils Widerstände R50, R51, R52, R53 eingezeichnet, die von dem Strom durchflossen werden, mit dem die Zündpillen beaufschlagt werden. Die Anschlußleitungen der vorgenannten Widerstände R50, R51, R52, R53 sind jeweils mit Eingangsanschlüssen von Komparatoren 83a, 83b, 83c. 83d verbunden, die den an dem jeweiligen Widerstand auftretenden Spannungsabfall abfühlen und diesen mit einem vorgegebenen Referenzwert vergleichen.

Claims (11)

1. Elektronische Einrichtung zum Auslösen von Insassenschutzsystemen mit mindestens einem Beschleunigungssensor, mit einem Steuergerät zur Auswertung des Sensorsignales, sowie mit von dem Steuergerät im Gefahrenfall vermittels mindestens einer stromdurchflossenen Zündpille auslösbaren Rückhaltemitteln, wie Gassack, Gurtstraffer oder dergleichen, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung Mittel zum Erfassen des durch die mindestens eine Zündpille (5) fließenden Stromes (I) und zum Vergleich mit mindestens einem Stromgrenzwert (I1, I2, I3), sowie Mittel für die Stromsteuerung umfaßt, welche das Tastverhältnis (TV) des durch die Zündpille (5) fließenden Stromes (I) steuern.

2. Elektronische Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Tastverhältnis (TV) in Abhängigkeit von der Stromstärke (I) steuerbar ist.

3. Elektronische Einrichtung nach einem der Ansprüche 1, 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Erfassen des Stromes (7) und zu dessen Vergleich mit mindestens einem Stromgrenzwert (I1, I2, I3) einen in dem Stromkreis der Zündpille (5) angeordneten Meßwiderstand (RM) sowie einen Komparator (7) umfassen, der den an dem Meßwiderstand (RM) abfallenden Spannungsabfall mit mindestens einer Referenzspannung vergleicht.

4. Elektronische Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Mehrfachkomparator, insbesondere ein Dreifachkomparator, vorgesehen ist.

5. Elektronische Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet daß ein Taktgenerator (8) vorgesehen ist, dessen Taktfrequenz einige 10 Kilohertz, insbesondere 40 Kilohertz beträgt.

6. Elektronische Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Integrierte elektronische Schaltung (80) umfaßt, in der eine Mehrzahl von Schaltelementen (81a, 81b, 81c, 81d), von Treiberschaltungen (82a, 82b, 82c, 82d) für diese Schaltelemente und von Komparatoren (83a, 83b, 83c, 83d) integriert sind.

7. Betriebsverfahren für eine elektronische Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündpille (5) mit einem Strom (I) beaufschlagt wird, daß nach einem vorgebbaren Zeitintervall die Stromstärke gemessen und mit einem Sollwert verglichen wird, und daß bei einer Abweichung von dem Sollwert das Tastverhältnis (TV) der Stromansteuerung verändert wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Veränderung des Tastverhältnisses (TV) auch die Amplitude des durch die Zündpille (5) geleiteten Stromes (I) verändert wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Verringerung des Tastverhältnisses (TV) der Stromansteuerung die Amplitude des Stromes (I) erhöht wird.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Sollwerte (I1, I2, I3) für die Stromstärke (I) vorgesehen werden, wobei gilt: I1 kleiner oder gleich 3 Ampère
I2 kleiner oder gleich 6 Ampère,
I3 kleiner oder gleich 12 Ampère.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10 gekennzeichnet durch folgende Werte des Tastverhältnisses (TV): 0 < I < I1: TV = 1/1;
I1 < I < I2: TV = 1/2;
I2 < I < I3: TV = 1/8;
I3 < I: TV = 1/16.