DE19846113A1 - Schaltungsanordnung, bestehend aus einem Zündelement für einen Gurtstraffer und einem Gurtbetriebssensor - Google Patents

Schaltungsanordnung, bestehend aus einem Zündelement für einen Gurtstraffer und einem Gurtbetriebssensor

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Abstract

Das Zündelement (Z) und ein Gurtbetriebssensor sind über ein gemeinsames Leitungspaar (L1, L2) an eine Steuereinheit (SE) angeschlossen. Der Gurtbetriebssensor ist entweder ein mechanischer Schalter (S), der beim Einrasten einer Gurtzunge (GZ) in ein Gurtschloß betätigt wird, oder er besteht aus einem elektrisch steuerbaren Schalter (T), der von einem magnetfeldsensitiven Element (H) gesteuert wird, das auf ein von einer in das Gurtschloß eingesteckten Gurtzunge beeinflußtes Magnetfeld reagiert. Lediglich über ein Leitungspaar (L1, L2) kann von der Steuereinheit (SE) sowohl das Zündelement (Z) diagnostiziert als auch der Betriebszustand des Gurtes ermittelt werden.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung, bestehend aus einem Zündelement für einen Gurtstraffer und einem Gurtbetriebssensor, welche über ein gemeinsames Leitungspaar mit einer das Zündelement diagnostizierenden und den Gurtbetriebssensor auswertenden Steuereinheit verbindbar sind.
Eine solche Schaltungsanordnung ist aus der DE 195 05 334 A1 bekannt. Diese bekannte Schaltungsanordnung besitzt ein die Betriebslage des Sicherheitsgurtes kennzeichnendes Schaltelement. Damit soll auf elektronischem Wege eine Erkennung der Betriebs lagen des Sicherheitsgurtes ermöglicht werden. Es soll also erkennbar sein, ob der Gurt ordnungsgemäß in das Gurtschloß eingesteckt ist oder nicht, wenn sich eine Person auf dem Sitz des Fahrzeugs befindet. Gegebenenfalls soll dann bei nicht ordnungsgemäß gestecktem Sicherheitsgurt ein Warnsignal abgegeben werden. Gemäß dieser Druckschrift sind sowohl der Gurtbetriebssensor als auch das Zündelement für den Gurtstraffer über ein gemeinsames symmetrisches Leitungspaar an eine Steuereinrichtung geschaltet. Dadurch, daß nicht der Gurtbetriebssensor und das Zündelement über eigene Leitungen an die Steuereinheit angeschaltet sind, verringert sich das Risiko, daß über viele Leitungen auch viele Störsignale eingekoppelt werden können. Außerdem wird dadurch die Kabelbaum-Komplexität und die Anzahl der benötigten Steckerkontakte verringert. Nach der DE 195 05 334 A1 sind das Zündelement für den Gurtstraffer und ein Gurtschloßschalter, der als Gurtbetriebssensor dient, parallel an ein gemeinsames Leitungspaar angeschaltet. Zudem ist dem Gurtschloßschalter noch ein Widerstand in Reihe und ein weiterer Widerstand parallel geschaltet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art anzugeben, mit der der Gurtbetrieb eindeutig ermittelt und der Zustand des Zündelements zuverlässig diagnostiziert werden kann.
Vorteile der Erfindung
Die genannte Aufgabe wird entweder mit den Merkmalen des Anspruchs 1 oder des Anspruchs 3 gelöst.
Gemäß Anspruch 1 sind das Zündelement, der Gurtbetriebssensor und ein erster hochohmiger Widerstand parallel geschaltet, die Parallelschaltung ist mit einem zweiten niederohmigen Widerstand in Reihe geschaltet und die Reihenschaltung aus dem zweiten Widerstand und der Parallelschaltung ist an die beiden Leitungen angeschlossen. Der Gurtbetriebssensor ist vorzugsweise ein mechanisch betätigbarer Schalter in einem Gurtschloß, der geöffnet wird, wenn eine Gurtzunge in das Gurtschloß eingerastet wird, und der ansonsten geschlossen ist. Es handelt sich hierbei um eine sehr wenig aufwendige Schaltungsanordnung, die lediglich zwei ohmsche Widerstände zusätzlich zum Zündelement und zum Gurtschloßschalter aufweist.
Gemäß Anspruch 3 besteht die Schaltungsanordnung darin, daß zu dem Zündelement ein hochohmiger Widerstand parallel geschaltet ist, daß zu der Parallelschaltung aus dem Zündelement und dem Widerstand ein elektrisch steuerbarer Schalter in Reihe geschaltet ist und diese Reihenschaltung an die beiden Leitungen angeschlossen ist, und daß ein magnetfeldsensitives Element vorhanden ist, das eine Steuerspannung für den Schalter erzeugt, welche von einem von einer in das Gurtschloß eingesteckten Gurtzunge beeinflußten Magnetfeld abhängt. Ein Vorteil dieser Schaltungsanordnung besteht darin, daß sie als Gurtbetriebssensor nicht einen mechanischen Schalter, der verschmutzungsempfindlich ist, aufweist, sondern durch den Einsatz eines magnetfeldsensitiven Elements völlig verschleißfrei, verschmutzungsunempfindlich und berührungslos schaltend ist.
Gemäß Unteransprüchen ist es zweckmäßig, daß das Magnetfeld sensitive Element ein Hallelement ist.
Gemäß einer Weiterbildung der Schaltungsanordnung ist der Parallelschaltung aus Zündelement und Widerstand ein Kondensator zwischen den beiden Leitungen in Reihe geschaltet, der von der Steuereinheit einen Ladestrom erhält, wobei sich der Kondensator zyklisch auf lädt und entlädt, und sein Entladestrom durch das magnetfeldsensitive Element fließt, so daß in dieser Phase das magnetfeldsensitive Element eine den Schalter schließende Steuerspannung erzeugt. Während des nach der Entladung des Kondensators folgenden Aufladevorgangs bleibt der Schalter aufgrund einer nicht ausreichenden Steuerspannung des magnetfeldsensitiven Elements geöffnet. Die Steuereinheit kann nun aus dem Tastverhältnis von Öffnen und Schließen des Schalters, das sich bei im Gurtschloß eingerasteter Gurtzunge gegenüber dem Tastverhältnis bei nicht eingerasteter Gurtzunge unterscheidet, den Gurtbetrieb erfassen. Oder die Steuereinheit kann aus dem Strom auf den Leitungen, der bei eingerasteter Gurtzunge größer ist als bei nicht eingerastetet Gurtzunge den Gurtbetrieb erfassen, wobei die Steuereinheit den Strom während der Öffnungsphasen des Schalters mißt. Die Diagnose des Zündelements führt die Steuereinheit während der Schließphasen des Schalters durch.
Beschreibung von Ausführungsbeispielen
Anhand zweier in der Zeichnung dargestellter Ausführungsbeispiele wird nachfolgend die Erfindung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel und
Fig. 2 ein zweites Ausführungsbeispiel einer Schaltungsanordnung, bestehend aus einem Zündelement für einen Gurtstraffer und einem Gurtbetriebssensor,
Fig. 3a einen Lade- und Entladezyklus eines Kondensators und den Schaltzyklus eines elektrischen Schalters bei nicht eingerastetem Gurt und
Fig. 3b einen Lade- und Entladezyklus eines Kondensators und den Schaltzyklus eines elektrischen Schalters bei eingerastetem Gurt.
Die in der Fig. 1 dargestellte Schaltungsanordnung weist ein Zündelement Z für einen Gurtstraffer und einen diesem parallel geschalteten, als Gurtbetriebssensor dienenden Schalter S auf. Es handelt sich hierbei um einen mechanischen Schalter, der im Gurtschloß integriert ist und der seine Schaltstellung ändert, wenn eine Gurtzunge in das Gurtschloß eingerastet wird. Wenn die Gurtzunge in das Gurtschloß eingerastet ist, ist der Schalter S geöffnet und bei nicht eingerasteter Gurtzunge ist der Schalter S geschlossen.
Zu dem Zündelement Z und dem Schalter S ist ein erster hochohmiger Widerstand R1 (z. B. 10kΩ) parallel geschaltet. In Reihe zu der Parallelschaltung aus dem Zündelement Z dem hochohmigen Widerstand R1 und dem Schalter S ist ein zweiter niederohmiger Widerstand R2 (z. B. 1,5Ω) in Reihe geschaltet. Diese genannte Reihenschaltung ist über ein Leitungspaar, bestehend aus den Leitungen L1 und L2, an eine Steuereinheit SE angeschlossen. Die Steuereinheit SE soll im Falle eines Fahrzeugcrashes das Zündelement Z mit einem Zündstrom versorgen, so daß der Gurtstraffer aktiviert wird. Außerdem ist aus Sicherheitsgründen eine Überprüfung der Funktionsfähigkeit des Zündelements von der Steuereinheit SE durchzuführen. Diese Funktionsprüfung besteht üblicherweise in einer Widerstandsmessung des Zündelements Z. Ebenso soll die Steuereinheit SE den Gurtbetrieb sensieren können, das heißt erfassen, ob der Schalter S geschlossen (Gurt nicht eingerastet) oder geöffnet (Gurt eingerastet) ist.
Mit den oben angegebenen Werten für den niederohmigen Widerstand R2 (1,5Ω) und den hochohmigen Widerstand R1 (10kΩ) und den Widerstand des Zündelements Z von ca. 2Ω mißt die Steuereinheit SE bei geschlossenem Schalter S nur den Widerstand R2 = 1,5Ω. Ist der Schalter S geöffnet, so mißt die Steuereinheit SE einen Gesamtwiderstand, der in etwa der Summe aus dem hochohmigen Widerstand R2 und dem Widerstand des Zündelements Z (1,5Ω + 2Ω = 3,5Ω) entspricht. Damit kann die Steuereinheit deutlich zwischen den beiden Schaltzuständen des Schalters S unterscheiden.
Bei geschlossenem Schalter S kann die Steuereinheit SE aufgrund des in Reihe geschalteten niederohmigen Widerstandes R2 diagnostizieren, ob in dem Zündkreis ein Kurzschluß (gemessener Widerstand < 1,5Ω) oder eine Unterbrechung (gemessener Widerstand < 10kΩ) vorliegt. Bei geöffnetem Schalter S kann der korrekte Widerstand des Zündelements Z ermittelt werden. Der gemessene Widerstand entspricht der Summe aus dem niederohmigen Widerstand R2 und dem Widerstand des Zündelements Z (1,5Ω + 2Ω = 3,5Ω) aus dem gemessenen Widerstand 3,5Ω läßt sich nun der Widerstand 2Ω des Zündelements Z berechnen. Nur bei geschlossenem Schalter, also nur bei eingerastetem Gurt, kann der Widerstand des Zündelements Z diagnostiziert und auch gezündet werden. Erfolgt eine Zündung, so wird die Steuereinheit SE anschließend einen Widerstand R2 + R1 von ungefähr 10kΩ messen. Damit erhält die Steuereinheit einen eindeutigen Hinweis darauf, daß der Gurtstraffer ausgelöst worden ist.
Bei dem in Fig. 2 dargestellten Ausführungsbeispiel ist an die Steuereinheit SE über das Leitungspaar L1, L2 folgende Schaltungsanordnungen angeschlossen. Zu dem Zündelement Z ist ein hochohmiger Widerstand R (z. B. 10kΩ) parallel geschaltet. In Reihe zu dieser Parallelschaltung ist ein elektrisch steuerbarer Schalter D, vorzugsweise ein MOSFET T, geschaltet. Außerdem ist zu der Parallelschaltung aus dem Zündelement Z und dem hochohmigen Widerstand R ein magnetfeldsensitives Element, vorzugsweise ein Hallelement H, und eine Diode D in Reihe geschaltet. Parallel zu dem magnetfeldsensitiven Element H ist ein Kondensator c, vorzugsweise ein Elektrolytkondensator (z. B. 47 µF), parallel geschaltet.
In bekannter Weise nutzt das Hall-Element H eine Ablenkung eines zwischen den mit dem Kondensator c verbundenen Anschlußpolen fließenden Stromes durch ein senkrecht dazu stehendes magnetisches Feld aus. Das magnetische Feld rührt hier, wie durch den strichliert gezeichneten gezackten Pfeil angedeutet, von einer Gurtzunge GZ her, die, wenn sie in das Gurtschloß eingerastet ist, mit ihrem Magnetfeld auf das Hallelement H einwirkt. Eine Ladungsträgerverschiebung in Richtung des magnetischen Feldes führt dabei zum Entstehen einer sogenannten Hallspannung, die quer zur Stromflußrichtung abgreifbar ist. Diese Hallspannung dient als Steuerspannung für den elektrisch steuerbaren Schalter T.
Anhand der Fig. 3a und 3b soll nun die Funktionsweise der Schaltungsanordnung erläutert werden. In den Fig. 3a und 3b ist jeweils der Lade-/Entladezyklus des Kondensators c und der zugehörige Schaltzyklus des elektrisch steuerbaren Schalters T dargestellt. Die Fig. 3a zeigt die Verläufe für den Fall, daß die Gurtzunge GZ in das Gurtschloß nicht eingerastet ist, und die Fig. 3b zeigt die Verläufe bei eingerasteter Gurtzunge.
Es wird davon ausgegangen, daß zunächst der elektrisch steuerbare Schalter T geöffnet und der Kondensator c zumindest teilweise entladen ist. Dann ist die Diode D auf Durchlaß geschaltet. Der Kondensator C wird dann in der Zeit TL1 (siehe Fig. 3a) durch einen aus der Steuereinheit SE fließenden Strom über die Diode D und die Parallelschaltung aus dem Zündelement Z und dem Widerstand R aufgeladen. Ab einem bestimmten Ladezustand des Kondensators C fließt in der Zeit TE1 (siehe Fig. 3a) ein Strom durch das Hallelement H, so daß die von dem Hallelement H abgegebene Steuerspannung ausreicht, um den Schalter T zu schließen. Jetzt ist die Diode D gesperrt. Der Kondensator C entlädt sich in der Zeit TE1 über das Hallelement H bis der Strom durch das Hallelement H nicht mehr ausreicht, um eine so große Steuerspannung zu erzeugen, daß der Schalter T noch weiterhin schließt. Nach einer gewissen Entladung des Kondensators C, nach der Zeitspanne TE1, öffnet der Schalter T wieder. Dann ist die Diode D in Durchlaßrichtung geschaltet und der Kondensator wird erneut aufgeladen usw.
Wie aus der Fig. 3a hervorgeht, ist der Schalter T in den Entladezeiten TE1 des Kondensators c geschlossen und in den Aufladezeiten TL1 geöffnet. Wie ein Vergleich der beiden Fig. 3a und 3b verdeutlicht, ist das Tastverhältnis TL1/TE1 bei nicht eingerastetem Gurt deutlich anders als das Tastverhältnis TL2/TE2 bei eingerastetem Gurt. Das liegt daran, daß aufgrund eines magnetischen Feldes, auf das die eingerastete Gurtzunge GZ einen Einfluß hat, das Hallelement H einen geringeren Strom aufnimmt, weshalb der Kondensator C langsamer entladen wird. Während der Schalter T geschlossen ist, fällt die Spannung zwischen den beiden Leitungen L1 und L2 auf z. B. 0,3 Volt ab, und bei geöffnetem Schalter T steigt die Spannung zwischen den Leitungen L1 und L2 auf z. B. 8 Volt an. Diesen Spannungsunterschied registriert die Steuereinheit SE und kann daraus das Tastverhältnis des Schalters T ableiten und eindeutig identifizieren, ob der Gurt eingerastet ist oder nicht.
Die Steuereinheit SE kann sowohl bei eingerastetem Gurt als auch bei nicht eingerastetem Gurt in den Phasen, in denen der Schalter T geschlossen ist, eine Diagnose des Zündelements Z durchführen. Aufgrund des hochohmigen Widerstandes R, der dem niederohmigen Zündelement Z parallel geschaltet ist, läßt sich der Widerstand des Zündelements Z sehr genau messen und anhand des gemessenen Widerstandes auch sehr gut unterscheiden, ob ein Leitungsbruch oder ein Kurzschluß beim Zündelement Z vorliegt.
Das Steuergerät SE kann auch durch eine Strommessung die Gurtbetriebslage erkennen. Je nachdem ob der Gurt eingerastet ist oder nicht, also die Gurtzunge GZ einen Einfluß auf das Magnetfeld im Hallelement H ausübt, fließt ein mehr oder weniger großer Strom I durch das Hallelement H. Bei eingerastetem Gurt fließt z. B. ein Strom von maximal 17 mA auf den Leitungen L1, L2, und bei nicht eingerastetem Gurt fließt z. B. ein Strom von maximal 5 mA, Dieser Unterschied von ca. 10 mA reicht für die Steuereinheit SE aus, um die Gurtbetriebsanlage zu erkennen. Diese Strommessung führt die Steuereinheit SE in Öffnungsphasen TL1, TL2 des Schalters T durch.

Claims (8)

1. Schaltungsanordnung, bestehend aus einem Zündelement für einen Gurtstraffer und einem Gurtbetriebssensor, welche über ein gemeinsames Leitungspaar mit einer das Zündelement diagnostizierenden und den Gurtbetriebssensor auswertenden Steuereinheit verbindbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß das Zündelement (Z), der Gurtbetriebssensor (S) und ein erster hochohmiger Widerstand (R1) parallel geschaltet sind, daß diese Parallelschaltung mit einem zweiten niederohmigen Widerstand (R2) in Reihe geschaltet ist und daß die Reihenschaltung aus dem zweiten Widerstand (R2) und der Parallelschaltung (Z, R1) an die beiden Leitungen (L1, L2) angeschlossen ist.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Gurtbetriebssensor ein im Gurtschloß angeordneter Schalter (S) ist, der geöffnet ist, wenn eine Gurtzunge im Gurtschloß eingerastet ist, und ansonsten geschlossen ist.
3. Schaltungsanordnung, bestehend aus einem Zündelement für einen Gurtstraffer und einem Gurtbetriebssensor, welche über ein gemeinsames Leitungspaar mit einer das Zündelement diagnostizierenden und den Gurtbetriebssensor auswertenden Steuereinheit verbindbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß zu dem Zündelement (Z) ein hochohmiger Widerstand (R) parallel geschaltet ist, daß zu der Parallelschaltung aus dem Zündelement (Z) und dem Widerstand (R) ein steuerbarer Schalter (T) in Reihe geschaltet ist und diese Reihenschaltung an die beiden Leitungen (L1, L2) angeschlossen ist, und daß ein magnetfeldsensitives Element (H) vorhanden ist, das eine Steuerspannung für den Schalter (T) erzeugt, welche von einem von einer in das Gurtschloß eingesteckten Gurtzunge (GZ) beeinflußten Magnetfeld abhängt.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das magnetfeldsensitive Element ein Hallelement (H) ist.
5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Parallelschaltung aus Zündelement (Z) und Widerstand (R) ein Kondensator (C) zwischen den beiden Leitungen (L1, L2) in Reihe geschaltet ist, der von der Steuereinheit (SE) einen Ladestrom erhält, daß sich der Kondensator (C) zyklisch auflädt und entlädt, wobei sein Entladestrom durch das magnetfeldsensitive Element (H) fließt, so daß in dieser Phase das magnetfeldsensitive Element (H) eine den Schalter (T) schließende Steuerspannung erzeugt, und daß während des nach der Entladung des Kondensators (C) folgenden Aufladevorgangs der Schalter (T) aufgrund einer nicht ausreichenden Steuerspannung des magnetfeldsensitiven Elements (H) geöffnet bleibt.
6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (SE) aus dem Tastverhältnis von Öffnen und Schließen des Schalters (T), das sich bei im Gurtschloß eingerasteter Gurtzunge (GZ) gegenüber dem Tastverhältnis bei nicht eingerasteter Gurtzunge (GZ) unterscheidet, den Gurtbetrieb erfaßt.
7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (SE) aus dem Strom (I) auf den Leitungen (L1, L2), der bei eingerasteter Gurtzunge (GZ) größer ist als bei nicht eingerasteter Gurtzunge (GZ), den Gurtbetrieb erfaßt, wobei die Steuereinheit (SE) den Strom (I) während der Öffnungsphasen des Schalters (T) mißt.
8. Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit (SE) die Diagnose des Zündelements (7) während der Schließphasen des Schalters (T) durchführt.
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