JP3566206B2 - 乗員安全保護装置の作動開始用の方法及び点火装置 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念に記載の自動車の乗員安全保護装置の点火薬の点火方法に関する。更に、本発明は、請求項３の上位概念に記載の自動車の乗員安全保護装置の点火回路に関する。
【０００２】
自動車の乗員安全保護装置は、事故（衝突）時に、車両搭載電源との接続が断線した場合でも高い信頼度で始動する必要があるので、通常のように、１つ以上の点火用コンデンサが設けられており、この点火用コンデンサは、通常の自動車運転中蓄電され、乗員安全保護装置の単数乃至複数の点火薬の点火に必要なエネルギを形成する。点火薬は、点火スイッチを介して点火用コンデンサと接続されており、この点火スイッチには、電流制限部を設けてもよい。全点火期間中、所定最小値以下に電流が低下しないようにするために、点火薬に最小電圧を維持する必要があるので、通常のように、エネルギの比較的大きな部分がコンデンサ内に蓄積され続ける。蓄積され続けるエネルギは、この際、所要エネルギよりも高くなければならない。つまり、高い容量値と高い蓄電電圧の比較的大きな点火用コンデンサを用意する必要があり、それにより、高い所要スペースを必要とし、従って、点火回路を小型に構成するのが妨げられてしまう。点火薬には、一定電流を給電する必要があるので、エネルギの大部分を消費する電流制限器が使用される。
【０００３】
ドイツ連邦共和国特許公開第４４０９０１９号公報からは、２つの点火用コンデンサで十分なエネルギを形成する、自動車内の乗員安全保護手段用の点火回路が公知である。その際、点火から第１の時間間隔内では、単に第１の点火用コンデンサだけが放電され、点火から一定時間間隔経過後初めて単に第２の点火用コンデンサだけが放電される。
【０００４】
世界知的所有権機関特許第９３／１７８９３号からは、特許請求の範囲請求項１の上位概念に記載の方法、並びに、特許請求の範囲請求項３の上位概念に記載の点火回路が公知である。公知の点火回路には、２つ以上の点火用コンデンサが設けられており、これら２つ以上の点火用コンデンサは、通常の自動車運転中相互に並列に、且つ、自動車バッテリに並列に接続されており、その結果、それぞれ車両搭載電源電圧に蓄電される。この公知刊行物の目的は、点火薬を事故時に即座に、車両搭載電源電圧のかなり上側の電圧を点火薬に給電して、その結果、始動過程を確実に開始することができるようにすることにある。このために、各点火用コンデンサは、事故の検出時に即座に直列接続され、点火スイッチが閉じられ、その結果、点火薬に車両搭載電源電圧の２倍の大きさの電圧、又は、複数のコンデンサを用いると更に高い電圧が印加される。
【０００５】
本発明の課題は、比較的小さな点火用コンデンサを使用して、点火薬を高い信頼度で点火することができる乗員安全保護装置の点火薬の点火方法を提供することである。
【０００６】
本発明によると、この課題は、特許請求の範囲第１項記載の要件により解決される。
【０００７】
更に、本発明によると、特許請求の範囲第５項記載の点火回路が構成され、この点火回路は、同様に比較的小さな点火コンデンサを用いることができることにより特徴付けられ、その際、乗員安全保護装置を正確に始動させる確実性が損なわれることはない。
【０００８】
本発明の有利な実施例は、従属請求項に記載されている。
【０００９】
従って、本発明では、点火過程は、並列接続された点火用コンデンサを用いて得られ、その後、更に持続的な点火パルスの間、並列接続から直列接続に切り換えられる。このようなやり方により、以下の利点が得られる。点火過程の始めでは、点火薬は、単に点火用コンデンサの単一の蓄電電圧により蓄電され、その結果、点火薬の作動開始に十分な値ではあるが、電流制限値よりも高くない電流が流れる。こうすることによって、電流制限によって生じるエネルギ損失を最小にすることができる。そのようなエネルギ損失は、他方では、点火コンデンサの初期の直列接続によって形成される著しく高い励起電圧により初めに開始される際に発生することがある。点火過程の間、しかし、点火コンデンサに蓄電された電荷は減少し、その結果、電流は、最小所要値を下回ってしまうことがある。この傾向は、本発明によると、点火パルスの持続期間中各点火用コンデンサを並列接続から直列接続に切り換えて、その際、合成総和電圧が、これまで並列に接続されていた点火用コンデンサの個別電圧の（少なくとも）２倍に高くされるように逆方向に作用される。この総和電圧は、電流が電流制限されずに、比較的長い時間の間電流を電流最小値又は電流最小値の上側に維持するのに十分な大きさである。従って、本発明では、低い損失電力用に構成された電流制限器を使用することができる。
【００１０】
並列接続から直列接続への、このような切換は、有利には、点火用コンデンサの電圧が約１／２の場合、即ち、点火時間の１／２乃至点火用パルスの真ん中である場合に行われる。しかし、この切換は、もっと早く、又は、もっと遅く行うこともでき、有利には、点火用パルスの持続時間の３０％〜７０％である。この切換は、点火用パルスの開始から所定の時間間隔の経過後に行うことができる。択一選択的に、点火用パルスの電圧及び／又は電流の測定を行ってもよく、所定限界値に、又は、所定限界値以下に電圧及び／又は電流が低下した際に切り換えてもよい。殊に、点火用コンデンサ電圧の測定を行ってもよく、この電圧が所定限界値に、又は、所定限界値以下に低下した際に切り換えてもよい。
【００１１】
直列接続に切り換えた後、点火薬に電流を、点火用コンデンサの電圧が再度１／２になる迄流すことができる。点火用コンデンサ内には、この構成に基づいて、元のエネルギのほぼ１／４しか残っていない。そのことから、直列接続をもちいないやり方と比較して、点火用コンデンサの全キャパシタンスは、約２５％だけ低減することができ、その結果、比較的小型の点火用コンデンサを使用することができ、従って、点火回路の寸法を低減することができる。場合によっては使用される電流制限器のチップ面積の大きさも小さくすることができる。
【００１２】
２つ以上の点火用コンデンサを使用してもよく、この各コンデンサは、先ず並列接続し続け、続いて、全てのコンデンサを直列接続するか、又は、単に部分的に直列接続し、部分的に並列接続し続けるようにしてもよい。
【００１３】
以下、本発明について図示の実施例を用いて説明する。
【００１４】
図１は、本発明の点火回路の実施例を示し；
図２は、点火過程時の電圧及び電流経過特性の時間経過を示す。
【００１５】
図１に図示した本発明の点火回路の実施例では、電流発生器１が設けられており、この電流発生器１は、自動車の車両搭載バッテリ、又は、車両搭載バッテリによって給電されて、図示していない乗員安全保護装置の制御装置２の構成部分を構成する電流発生器回路によって構成することができる。制御装置２は、図１に一点鎖線の輪郭線で示されており、その際、制御装置の別のコンポーネント、例えば、事故センサ信号を評価するマイクロプロセッサは図示されていない。乗員安全保護装置は、例えば、エアバックシステム、シートベルトテンショナーシステム、又は、例えば、ガス発生器を作動する１つ又は複数の点火薬によって作動開始される、その他の安全保護装置にすることができる。
【００１６】
点火回路は、更に１つの切換スイッチ３を有しており、この切換スイッチ３は、例えば、制御装置２によって作動されるドライバ信号「制御信号２」によって作動され、切換スイッチの主コンタクトは、電流発生器１に対して並列に接続されている。例えば、電解コンデンサとして構成されている点火用コンデンサ４は、一方の端子が電流発生器１の正の端子と接続されており、他方の端子が整流ダイオード５のアノードと接続されており、整流ダイオードのカソードは、アース電位に接続されている電流発生器１の他方の端子と接続されている。第１の点火コンデンサ４の正の電極には、更に整流ダイオード６のアノードが接続されており、整流ダイオードのカソードは、第２の点火用コンデンサ７のプラス電極並びに点火スイッチ８の主コンタクトに接続されている。同様に電解コンデンサとして構成することができる点火用コンデンサ７の他方の電極（マイナス面）は、整流ダイオード５のカソード、従って、アース電位と接続されている。点火スイッチ８の他方の主コンタクトは、点火薬９に接続されている。点火薬９は、その他方の端子が整流ダイオード５のアノード、従って、同時に、点火用コンデンサ４のマイナス電極とも接続されている。
【００１７】
点火スイッチ８は、有利には、スイッチングトランジスタとして構成されており、スイッチングトランジスタのベースは、ドライバ信号「制御信号１」によって制御され、ドライバ信号「制御信号１」は、制御装置２によって事故（例えば、衝突）の検出の際に発生される。点火スイッチ８には、有利には、点火薬９を流れる電流を制限するための電流制限部が設けられている。この電流制限部は、例えば、制御信号１の振幅、従って、点火スイッチ８のベース電圧が、図示していない抵抗の一端から取り出され、この抵抗は、点火スイッチ８と点火薬９との間に直列に接続されており、抵抗の他方の端子は点火スイッチ８の出力側に接続されている。こうすることによって、点火薬９の電気抵抗との接続の際、抵抗分圧器が構成され、その結果、この分圧器から取り出されたベース電圧により電流が制限される。電流制限部は、比較的高くないが最小所要の電流が点火薬９を流れるように選定されている。従って、給電された点火用コンデンサの電荷の効率的なエネルギ利用が達成される。
【００１８】
自動車の乗員安全保護装置の作動開始の必要性が相応のセンサ、例えば、衝突センサによって検出された場合、制御装置２は、点火スイッチ８で設定された経過特性の制御信号１を発生し、その結果、点火スイッチ８が導通接続されて、点火薬９が作動開始される。電流発生器１によって既に予め所定蓄電電圧に蓄電されている点火用コンデンサ４及び７は、この際、初めに更に並列接続され、従って、このコンデンサに蓄電された電荷が同時に且つ並列に点火薬９に送出される。こうすることによって、点火用コンデンサ電圧は、点火薬９を流れる一定の電流に基づいて直線的に低下する。点火時間のほぼ１／２、即ち、制御信号の持続時間のほぼ１／２経過後、点火用コンデンサ４及び７の電圧は、ほぼ１／２となる。それから、制御装置２は、ドライバ信号「制御信号２」を切換スイッチ３に対して発生し、ドライバ信号「制御信号２」の経過特性は切換スイッチ３のベースに与えられている。ドライバ信号「制御信号１」の曲線経過特性と「制御信号２」との曲線経過特性との比較から分かるように、制御信号２の上昇側縁は、制御信号１の上昇側縁よりも明らかに遅く設定されている。切換スイッチ３が閉じられることにより、それまで並列接続されていた点火コンデンサ４及び７は直列接続される。こうすることによって、点火薬９に作用する全電圧は上昇し、その結果、点火薬９を流れる一定電流を維持するのに必要な電圧が形成され、その際、過度に高い電圧に基因するエネルギ損失は発生しない。点火薬９を更に電流が流れ、点火コンデンサ４及び７の電圧が再度ほぼ１／２になる迄流れ続ける。従って、点火用コンデンサからの全エネルギ取り出しは、点火用コンデンサの並列接続を維持した場合よりも明らかに高い。従って、例えば、４７０ｍＦのキャパシタンスの比較的小さな点火用コンデンサを利用することができ、このコンデンサは、例えば、１０００ｍＦコンデンサと比較して比較的小さな回路定数を特徴とする。
【００１９】
前述の実施例では、制御信号２が形成され、その際、この制御信号は、制御信号１のほぼ１／２でセットされて、制御信号１とほぼ同時に終了される。しかし、制御信号２の上昇側縁は、制御信号１の上昇側縁に関して、制御信号１の持続期間の１／２前又は後に位置している。
【００２０】
図２には、コンデンサ電圧及び点火薬電流の経過特性が図示されており、その際、座標上に、時間（コンデンサ電圧及び点火薬電流の経過特性が図示されており、その際、横座標に、時間（秒）が記載され、縦座標に、電圧乃至電流強度が記載されている。曲線特徴部１０から、点火用コンデンサ４乃至点火用コンデンサ７のそれぞれの電圧が分かり、曲線特徴部１１は、点火薬９を流れる電流を示す。電流１１の時間経過特性は、同時に制御信号１の時間経過特性にも相応し、即ち、電流１１の開始及び終了は、制御信号１の開始及び終了をマーキングする（点火パルス）。
【００２１】
乗員安全保護装置の作動開始前、点火コンデンサ４及び７は、一定電位に蓄電される。時点１２で、点火パルスが開始し、その結果、点火薬９を流れる電流は、その一定値に急激に変化し、点火用コンデンサ４及び７の電圧は直線的に低減する。時点１３では、切換スイッチ３は切り換えられ、その結果、点火用コンデンサ４及び７は、それまでの並列接続から直列接続に切り換えられる。こうすることにより、点火薬９を流れる電流１１は、点火用コンデンサ４及び７の個別電流が低減されているにも拘わらず、更にほぼ一定に維持することができるようになり、その際、点火用コンデンサ４及び７の個別電圧は、上昇した和電圧に基づいて急激に直線的に低減する。所定時点１４では、点火パルスは遮断され、その結果、電流１１は、ゼロに低下し、点火用コンデンサ４及び７の電圧は、電流が取り出されないので一定のままである。図２から分かるように、点火過程後、点火用コンデンサ４及び７に更に形成されている電圧は、元の電位値の約１／４であり、それにより、点火用コンデンサ４及び７からの効率的なエネルギ取り出しを達成することができる。
【００２２】
整流ダイオード５及び６は、点火用コンデンサ４及び７間で電荷が相互に等しくなって平衡状態となるのを阻止し、その結果、コンデンサの電荷は、専ら点火薬９を介して形成することができる。
【００２３】
点火回路は、点火パルスの電圧及び／又は電流の測定用の、図示されていない電圧測定器及び／又は電流測定器も有している。それから、測定値は、所定の最小限界値と比較され、この最小限界値が達成された際に、切換スイッチ３が点火用コンデンサ直列回路に切り換えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の点火回路の実施例を示す図
【図２】点火過程時の電圧及び電流経過特性の時間経過を示す図

Claims (11)

1. 乗員安全保護装置の点火薬（９）の点火方法であって、前記乗員安全保護装置の点火回路は、前記点火薬（９）と直列接続された、点火用パルスによって閉じることができる点火スイッチ（８）及び点火過程の前に、電圧又は電流源（１）によって蓄電可能な、相互に並列接続された少なくとも２つの点火用コンデンサ（４，７）を有しており、前記点火用コンデンサは、当該コンデンサの蓄電された電荷を前記点火パルスで同時に前記点火薬（９）内で放電する方法において、
   点火コンデンサ（４，７）を、点火パルスの開始時に並列接続し続け、前記点火用パルスの開始後時間遅延して初めて直列接続することを特徴とする方法。
2. 点火用コンデンサを、点火パルスの開始から所定時間間隔の経過後、直列接続する請求項１記載の方法。
3. 点火用コンデンサ（４，７）を、点火パルスの持続時間の３０％〜７０％経過後直列に接続する請求項１又は２記載の方法。
4. 点火パルスの電圧及び／又は電流を測定し、測定された電圧及び／又は電流値が所定値に低下した場合に、点火用コンデンサを直列接続する請求項１記載の方法。
5. 自動車の乗員安全保護装置の点火回路であって、点火薬（９）、前記点火薬（９）と直列接続されていて、点火パルスによって閉じることができる点火スイッチ（８）、電圧又は電流源（１）によって蓄電可能な、少なくとも２つの点火用コンデンサ（４，７）、及び、並列回路と直列回路との間の点火用コンデンサ（４，７）の切換用の切換スイッチ（３）を有している点火回路において、
   制御回路（２）は、点火回路の始動を必要とする出来事の際、先ず、各点火用コンデンサ（４，７）を同時に放電させるために点火パルスを発生し、時間遅延後初めて、前記点火コンデンサ（４，７）を並列接続から直列接続に切り換えるために、切換パルスを切換スイッチ（３）に印加することを特徴とする点火回路。
6. 点火スイッチ（８）は、電流制限機能を有する請求項５記載の点火回路。
7. 各点火用コンデンサの一方の点火用コンデンサ（４）は、ダイオード（５）と直列接続されており、切換スイッチ（３）は、前記直列接続部に対して並列に接続されている請求項５又は６記載の点火回路。
8. 他方の点火用コンデンサ（７）は、当該点火用コンデンサ（７）の一方の端子が、ダイオード（６）を介して切換スイッチ（３）の一方の端子と接続されており、前記点火用コンデンサ（７）の他方の端子が、前記切換スイッチ（３）の他方の端子と直接接続されている請求項７記載の点火回路。
9. 点火用コンデンサ（４，７）は、点火パルスの開始から所定の時間間隔の経過後、直列接続される請求項５から８迄の何れか１記載の点火回路。
10. 所定の時間間隔は、時間パルスの持続期間の３０％〜７０％である請求項９記載の点火回路。
11. 点火パルスの電圧及び／又は電流の測定のために測定装置が設けられており、制御回路は、前記電圧及び／又は電流が所定値に低下された場合に、切換スイッチ（３）を直列接続に切り換える請求項５から１０迄の何れか１記載の点火回路。

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