DE8717831U1 - Facility for checking a capacity - Google Patents
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Description
Einrichtung zur überprüfung einer Kapazität Stand der Technik Device for checking a capacity State of the art
Bei s-.cherheitskritischen Schaltungsanordnungen, wie z.B. bei aus der Literaturstelle "1141 Ingenieur de 1'Automobile" (1982) No. 6, Seiten 69 bis 77 bekannten Rückhaltesystemen wird verlangt, daß diese nach Wegnahme der Versorgungsspannung - z.B. Abreißen der Fahrzeugbatterie kai einem Unfall - ihre Sicherheitsfunktion noch für eine vorgebbare Mindestzeit erfüllen können. Dazu umfaßt die Schaltungsanordnung eine Energiereserve, üblicherweise in Form eines von de.r Fahrzeugbatterie aufladbaren Elektrolytkondensators. Da auch hochw&rtige Elektrolytkondensatoren Alterungsvorgängen unterliegen und/oder ihre Kapa.-itätswerte in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur ändern, müssen die Elektrolytkondensatoren regelmäßig überprüft werden, um eine sichere Funktion der Schaltungsanordnung garantieren zu können. Aus DE-AS 22 22 038 ist bereits eine Prüfschaltung für die Auslösevorrichtung einer dem Schutz der Insassen , eines Fahrzeugs während eines Unfalles dienenden Sicherheitseinrichtung bekannt, bei der zur kontinuierlichen Prüfung der Funktionstüchtikeit eines in der Auslösevorrichtung vorgesehenen Zündelements eine Konstantstromquelle vorgesehen ist, von der ständig ein geringer Strom über das Zündelement fließt. Die an dem zündele-In the case of safety-critical circuit arrangements, such as the restraint systems known from the literature "1141 Ingenieur de 1'Automobile" (1982) No. 6, pages 69 to 77, it is required that they can still fulfill their safety function for a specified minimum time after the supply voltage is removed - e.g. if the vehicle battery is disconnected in an accident. For this purpose, the circuit arrangement includes an energy reserve, usually in the form of an electrolytic capacitor that can be charged from the vehicle battery. Since even high-quality electrolytic capacitors are subject to aging processes and/or their capacitance values change depending on the ambient temperature, the electrolytic capacitors must be checked regularly in order to be able to guarantee that the circuit arrangement functions safely. A test circuit for the triggering device of a safety device serving to protect the occupants of a vehicle during an accident is already known from DE-AS 22 22 038, in which a constant current source is provided for the continuous testing of the functionality of an ignition element provided in the triggering device, from which a small current constantly flows through the ignition element. The voltage applied to the ignition element
- 2 - K. 21593 Be/Ec- 2 - K. 21593 Be/Ec
ment dabei abfallende Spannung wird mit der Spannung einer Konstantstromquelle verglichen. Mit dieser Prüfschaltung ist jedoch eine Überprüfung der für die Sicherheitseinrichtung notwendigen Energiereserve nicht möglich.The voltage drop across the device is compared with the voltage of a constant current source. However, this test circuit does not allow a check of the energy reserve required for the safety device.
Die erfindungsgemäße Losung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß die Betriebssicherheit einer Sicherheitseinrichtung noch wesentlich gesteigert werden Y.i>m, da die Kapazität der als Energiereserve vorgesehenen Kondensatoren ständig überprüfbar ist.The solution according to the invention with the characterizing features of claim 1 has the advantage that the operational reliability of a safety device can be significantly increased , since the capacity of the capacitors provided as an energy reserve can be constantly checked.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden Mittel zur Begrenzung der Spannung an der Energiereserve angegeben.In an advantageous embodiment of the invention, means are provided for limiting the voltage at the energy reserve.
Zeichnungdrawing
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 den Spannungsverlauf am Kondensator als Funktion der Zeit, Figur 2 einen vereinfachten Stromlaufplan einer erfindungsgemäßen Einrichtung, Figur 3 ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Einrichtung, Figur 4 ein Ablaufdiagramm und Figur 5 eine weitere Ausgestaltung eic sr Einrichtung mit Spannungsbegrenzung.Embodiments of the invention are shown in the drawing and explained in more detail in the following description. Figure 1 shows the voltage curve on the capacitor as a function of time, Figure 2 shows a simplified circuit diagram of a device according to the invention, Figure 3 shows a block diagram of a device according to the invention, Figure 4 shows a flow chart and Figure 5 shows a further embodiment of a device with voltage limitation.
- 3 - R. 21592- 3 - R.21592
Eine Sicherheitseinrichtung 10 für Fahrzeuginsaasen umfaßt gemäß der Blockdiagraimndarstellung nach Figur 3 einen Beschleunigungsaufnehmer 11, der eine Beschleunigung a in eine Spannung V umwandelt. Am Ausgang von 11 entsteht daher entweder ein beschleunigungsproportionales Signal oder aber ein Signal, das erst bei Überschreiten einer festlegbaren Beschleunigungsschwelle auftritt. Dieses Signal wird einer Auswerteschaltung 12 zugeführt, in der das vom Sensor 11 abgegebene Signal daraufhin untersucht wird, ob ein Unfall vorliegt und demzufolge die Sicherheitseinrichtung zu aktivieren ist. Mit der Auswerteschaltung 12 verbunden und von fieser betätigbar sind Rückhaltemittel 13 für die Fahrzeuginsassen, vie beispielsweise Airbag und/oder Gurtstraffer. Die Einrichtung umfaßt weiter eine Energiereserve 14, die im Falle eines Unfalls sicherstellt, daß die Einrichtung 10 auch dann noch mit Strom versorgt wird, wenn beispielsweise die Fahrzeugbatterie abgerissen und nicht mehr mit dem Bordnetz verbunden ist. Als Energiereserve 14 werden zweckmäßig Elektrolytkondensatoren verwendet, da diese trotz eines relativ großen Kapazitätswertes ein vergleichsweise geringes Bauvolumen aufweisen und zudem noch preisgünstig herstellbar sind. Elektrolytkondensatoren unterliegen allerdings beispielsweise Alterungsprozessen, die ihren Kapazitätswert nachteilig beeinflussen können. Zudem kann der Kapazitätswert auch temperaturabhängig sein. Für die Betriebssicherheit der Einrichtung 10 ist es daher außerordentlich wichtig, den Kapazitätswert der Energiereserve 14 regelmäßig zu überprüfen. Eine dafür geeignete Prüfschaltung wird im Blockdiagramm gemäß Figur 3 durch die Bestandteile 15, 16, 17 und 18 repräsentiert, die nachfolgend noch näher erläutert werden. Zunächst wird jedoch anhand von Figur 1 und Figur 2 das Prinzip erläutert, nach dem die Überprüfung der Kapazität der Energiereserve 14 durchgefühlt wird.According to the block diagram in Figure 3, a safety device 10 for vehicle occupants comprises an acceleration sensor 11, which converts an acceleration a into a voltage V. At the output of 11, either a signal proportional to the acceleration or a signal that only occurs when a definable acceleration threshold is exceeded is produced. This signal is fed to an evaluation circuit 12, in which the signal emitted by the sensor 11 is examined to determine whether an accident has occurred and whether the safety device should therefore be activated. Restraint devices 13 for the vehicle occupants, such as airbags and/or belt tensioners, are connected to the evaluation circuit 12 and can be activated by it. The device also comprises an energy reserve 14, which ensures that the device 10 is still supplied with power in the event of an accident, for example if the vehicle battery is disconnected and no longer connected to the vehicle's electrical system. Electrolytic capacitors are expediently used as the energy reserve 14, since despite a relatively large capacitance value they have a comparatively small construction volume and are also inexpensive to manufacture. However, electrolytic capacitors are subject to aging processes, for example, which can have a negative impact on their capacitance value. In addition, the capacitance value can also be temperature-dependent. For the operational reliability of the device 10, it is therefore extremely important to regularly check the capacitance value of the energy reserve 14. A suitable test circuit for this is represented in the block diagram according to Figure 3 by the components 15, 16, 17 and 18, which are explained in more detail below. First, however, the principle according to which the capacity of the energy reserve 14 is checked is explained using Figure 1 and Figure 2.
- 4 - R. 21592- 4 - R.21592
Figur 1 zeigt in einem Diagramm den Verlauf der Spannung U an der Energiereserve 14 (Kondensator C40) als Funktion der Zeit. Es werde angenommen, daß zu beginn des Prüfvorgangs, also zum Zeitpunkt t , der Kondensator C40 auf die Spannung U . aufgeladen sei. DieFigure 1 shows a diagram of the voltage U at the energy reserve 14 (capacitor C40) as a function of time. It is assumed that at the beginning of the test procedure, i.e. at time t , the capacitor C40 is charged to the voltage U . The
SXSX
einer Meßschaltung 15 zugeführt. Anschließend wird der Kondensator ja measuring circuit 15. Then the capacitor j
über einen Entladewiderstand R_ mit einem konstanten Strom I_ x, via a discharge resistor R_ with a constant current I_ x,
E &kgr; /&xgr;» E &kgr;/&xgr;»
entladen. Der Entladestrom kann durch ein Meßgerät 22 überwacht und Idischarged. The discharge current can be monitored by a measuring device 22 and I
w der Meßschaltung 15 zugeführt werden. Die Dauer des Entladevorgangs wird ebenfalls durch ein Meßgerät 23 festgehalten und der Meßschaltung 15 zugeführt. Die Entladung des Kondensators C40 mit dem konstanten Strom I dauert solange an, bis ein vorgebbares Spannungs-w are fed to the measuring circuit 15. The duration of the discharge process is also recorded by a measuring device 23 and fed to the measuring circuit 15. The discharge of the capacitor C40 with the constant current I continues until a predeterminable voltage
niveau U erreicht ist, das sich um den Spannungswert /S.U vomlevel U is reached, which differs by the voltage value /S. U from
SZ ESZ E
SX 52SX52
wird nach der Entladezeit t erreicht.is reached after the discharge time t.
U81 -AdE = U81 . e - RE ' C4°U 81 -Ad E = U 81 . e - R E ' C4 °
SX ESX-E
bis zum Abfall der Spannung auf den vorgebbaren Wert U _ bei Entladung mit konstantem Entladestrom I vergeht., läßt sich somit der aktuell vorhandene Kapazitätswert des Kondensators C40 ermitteln. Im Diagramm nach Figur 1 ist der Entladevorgang zum Zeitpunkt t beendet. Von diesem Zeitpunkt an wird der Kondensator C40 wieder bis zu dem Spannungssollwert U . aufgeladen.until the voltage drops to the preset value U _ when discharging with a constant discharge current I., the current capacitance value of the capacitor C40 can thus be determined. In the diagram in Figure 1, the discharge process is completed at time t. From this point on, the capacitor C40 is charged again up to the voltage setpoint U .
- 5 - R. 21592- 5 - R.21592
&iacgr;&iacgr; Im flockdiagramm nach Figur 3 sind die Elemente der Prüfschaltung in&iacgr;&iacgr; In the flock diagram according to Figure 3, the elements of the test circuit are in
der Baugruppe 10' enthalten. Sie umfassen die Meßschaltung 15 zurof the assembly 10'. They include the measuring circuit 15 for
Kessung der Spannung an der Energiereserve 14 und der Entladezeit |j t , eine Auswerte schaltung 16, die die von 15 erfaßten MeßwerteMeasuring the voltage at the energy reserve 14 and the discharge time |j t , an evaluation circuit 16 which processes the measured values recorded by 15
auswertet und den Prüfungsablauf steuert« eine Ansteuerschaltung 17,evaluates and controls the test sequence" a control circuit 17,
ti die, veranlaßt durch die Auswerteschaltung 16, über die Entlade- ti which, initiated by the evaluation circuit 16, via the discharge
ji schaltung 18 die Entladung der Energiereserve 14 für Zwecke derji circuit 18 the discharge of the energy reserve 14 for purposes of
' Prüfung und die Meüwerterraasuiiy über dis MsSschslt'dsg 15 bewirkt. ' Examination and the Meüwertraasuiiy via this MsSschslt'dsg 15 effected.
Anhand des Ablaufdiagramms nach Figur 4 werden die einzelnen Schritte des PrüfVorgangs erläutert. Es werde angenommen, daß im Schritt 100 die Einrichtung in Betrieb genommen sei und im Schritt 101 die Energiereserve 14 bzw. der Kondensator C 40 aufgeladen werden. Im Schritt 102 beginnt der Prüfvorgang, indem die Ansteuerschaltung 16 <Figur 3) zunächst eine Messung und Speicherung (Schritt 103) des Spannungswertes U &Iacgr; veranlaßt. Im Anschluß daran wird über die Entladeschaltung 18 eine Entladung von 14, C40 mit konstantem Strom I eingeleitet (Schritt 104). Die Entladezeit t wird gemessen (Schritt 105). Während des Entladevorgangs wird durch die Meßschaltung 15 ständig die an der Energiereserve 14 liegende Spannung U gemessen (Schritt 106) und geprüft, ob das vorgegeben? Spannungsniveau U erreicht ist. Sobald .dieses Spannungsniveau erreicht ist, wird die Entladedauer t festgestellt und gespeichert, um nach der oben angegebenen Beziehung die Kapazität des Kondensators C40 zu berechnen.The individual steps of the test procedure are explained using the flow chart in Figure 4. It is assumed that in step 100 the device is put into operation and in step 101 the energy reserve 14 or the capacitor C 40 is charged. In step 102 the test procedure begins in which the control circuit 16 (Figure 3) first initiates a measurement and storage (step 103) of the voltage value U λ . Following this, a discharge of 14, C40 with a constant current I is initiated via the discharge circuit 18 (step 104). The discharge time t is measured (step 105). During the discharge process the measuring circuit 15 constantly measures the voltage U across the energy reserve 14 (step 106) and checks whether the predetermined voltage level U has been reached. As soon as this voltage level is reached, the discharge time t is determined and stored in order to calculate the capacitance of the capacitor C40 according to the relationship given above.
In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden alle zuvor beschriebenen Prüfungsschritte von einem Sechner gesteuert; dabei kann der Prüfvorgang einmalig bei jeder Inbetriebnahme der Einrichtung, also beim Startvorgang des Fahrzeugs oder aber zyklisch mit einer vorgebbaren Zeitfolge durchgeführt werden. Sobald im Verlauf des Prüfvorgangs festgestellt wird, daß der Kapa-In a particularly advantageous embodiment of the invention, all of the previously described test steps are controlled by a Sechner; the test procedure can be carried out once each time the device is put into operation, i.e. when the vehicle is started, or cyclically with a predefined time sequence. As soon as it is determined during the test procedure that the capacity
- 6 - R. 21592- 6 - R.21592
zitätswert unterhalb eines kritischen Grenzwertes liegt und dadurch die Funktionsfähigkeit der Einrichtung im Hotfall nicht mehr garantiert ist/ kann dies zweckmäßig durch ein Harnsignal angezeigt werden. Heiter kann bei Ausrüstung eines Fahrzeuges mit mehreren Sicherungsmitteln eine Priorität festgelegt werden dergestalt, daß bei zu geringem Kapazitatswert der Energiereserve 14 nur noch die Sicherungseinrichtungen besonders gefährdeter Fahrzeugsinnassenvalue is below a critical limit and therefore the functionality of the device in the event of a hot case is no longer guaranteed/ this can be conveniently indicated by a urine signal. If a vehicle is equipped with several safety devices, a priority can be set in such a way that if the capacity value of the energy reserve 14 is too low, only the safety devices of particularly vulnerable vehicle passengers are activated.
Im praktischen Fahrzeugbetrieb besteht die Gefahr, daß die Energiereserve 14 unter widrigen Umstanden auf einen Spannungswert aufgeladen werden könnte, der oberhalb der zulässigen Spitzenspannung der Energiereserve 14 liegt. Durch eine vorteilhafte Heiterbildung der erf indungsgei i'ißen Einrichtung kann dieser Hachteil auf besonders einfache Heise vermieden werden. Dazu ist die Schaltungsanordnung wie in Figur 5 dargestellt auszubilden. Als Cnergiereserve dient ein Kondensator C40, dem ein Spannungsteiler R40, R41 parallelgeschaltet ist. Der Abgriff des Spannungsteilers R40, R41 führt zur Meßschaltung 15, die die Spannung an C40 mißt. Zu C40 weiter parallelgeschaltet ist die Serienschaltung der Kollektor-Emit-ter-Strecke eines ersten Transistors T40 und eines Widerstandes R43. Dabei ist der Basisanschluß des Transistors T40 an den-Verknüpfungspunkt eines Widerstandes R42 und einer Zenerdiode Z40 geführt, die Bestandteil einer Reihenschaltung sind, zu der zusätzlich noch der Entladewiderstand R und die Ko.llektor-Emitter-Strecke eines zweiten Transistors T41 gehör - ■ Der Basisanschluß des Transistors T41 ist mit der Entladeschaltung 18 verbunden und wi^d zur Einleitung eines Entladevorgangs für Prüfzwecke von dieser Entladeschaltung 18 angesteuert. Der Verknüpfungspunkt zwischen der Zenerdiode Z40 und demIn practical vehicle operation, there is a risk that the energy reserve 14 could, under adverse circumstances, be charged to a voltage value that is above the permissible peak voltage of the energy reserve 14. This problem can be avoided in a particularly simple way by advantageously designing the device according to the invention. For this purpose, the circuit arrangement is to be designed as shown in Figure 5. A capacitor C40 serves as the energy reserve, with a voltage divider R40, R41 connected in parallel. The tap of the voltage divider R40, R41 leads to the measuring circuit 15, which measures the voltage at C40. The series connection of the collector-emitter path of a first transistor T40 and a resistor R43 is also connected in parallel to C40. The base connection of the transistor T40 is connected to the connection point of a resistor R42 and a Zener diode Z40, which are part of a series circuit, which also includes the discharge resistor R and the collector-emitter path of a second transistor T41. The base connection of the transistor T41 is connected to the discharge circuit 18 and is controlled by this discharge circuit 18 to initiate a discharge process for test purposes. The connection point between the Zener diode Z40 and the
Entlaöewiderstand R ist über eine Diode D40 an den Anschluß 2 EDischarge resistor R is connected to terminal 2 E via a diode D40
geführt, an den eine stabilisierte Versorgungsspannung zur Aufladung des Kondensators C40 legbar ist. Bei nicht angesteuerter Sst'*·*?-to which a stabilized supply voltage can be applied to charge the capacitor C40. When the Sst'*·*?-
_ 7 - K. 21592_ 7 - K. 21592
schaltung 18 kann die Spannung &Pgr; an C40 auf einen Maximalwert voncircuit 18, the voltage &Pgr; at C40 can be increased to a maximum value of
(2) Us = üEB<T40) + üZ40 + üFD40 + ÜSTAB ansteigen. (2) U s = ü EB<T40) + ü Z40 + ü FD40 + ü STAB increase.
U . .: Basis-Emitter-Spannung des Transistors Zenerspannung der ~enerdiode Z40,U . .: base-emitter voltage of the transistor Zener voltage of the ~ener diode Z40,
U_lo: Wert der am Anschluß 2 anliegenden stabilisierten STABU_ lo : Value of the stabilized STAB applied to terminal 2
In vorteilhafter Heise sorgt diese Schaltungsanordnung auch dafür, daß bei defekter Ansteuerung der Entladeschaltung der als Energiereserve dienende Kondensator C40 nicht unter einen vorgebbaren Minimalwert absinkt. Dieser Minimalwert U beträgt:In an advantageous way, this circuit arrangement also ensures that if the discharge circuit is defectively controlled, the capacitor C40, which serves as an energy reserve, does not fall below a predeterminable minimum value. This minimum value U is:
MIIiMII
(3) UMIN = TJEB(T40) + UZ40 + *&Zgr;40 RE * °CE SAT(T41) (3) U MIN = TJ EB(T40) + U Z40 + *Δ40 R E * °CE SAT(T41)
Die vorstehend beschriebene Entladeschaltung eignet sich zusätzlich zur Begrenzung der maximalen Spannung am. Kondensator C40 bei nicht angesteuerter Entladeschaltung und zur Begrenzung auf eine minimale Spannung bei defekter Entladeschaltung. Dies bedeutet zwei zusätzliche gewichtige Sicherheitsfunktionen, die ohne wesentlichen Schaltungsmehraufwand erzielbar sind.The discharge circuit described above is also suitable for limiting the maximum voltage on capacitor C40 when the discharge circuit is not activated and for limiting it to a minimum voltage when the discharge circuit is defective. This means two additional important safety functions that can be achieved without any significant additional circuit effort.
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1988
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Also Published As
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