CN103338978A - 安全气囊控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种用于机动车中的安装在方向盘上的安全气囊的安全气囊控制装置，该机动车具有安装在方向盘上的功能开关（诸如喇叭开关）。该装置包括：安全气囊控制电路，其安装到方向盘并且包括第一加速度传感器、第二加速度传感器、控制器。安全气囊控制电路电连接到包含功能开关的辅助功能电路（诸如喇叭电路），从而从辅助功能电路获取操作电能。控制器被配置为仅响应于从两个加速度传感器接收到信号而输出致动信号。安全气囊控制电路被配置为依赖于来自第一加速度传感器的输出信号而从休眠模式切换到操作模式；在休眠模式中第二加速度传感器被断开且控制器汲取低的休眠电流，但是在操作模式中两个传感器都被通电且能够进行操作。

Description

安全气囊控制装置

技术领域

本发明涉及用于机动车的安全气囊控制装置。更具体地，本发明涉及专用于机动车内安装在方向盘上的安全气囊的安全气囊控制装置，所述机动车具有安装在方向盘上的功能开关，诸如喇叭开关。

背景技术

在机动车的座舱内提供可膨胀的安全气囊是当前公知的，安全气囊被安排为在碰撞情况中快速膨胀以向机动车的驾驶员和/或乘客提供保护。用于保护机动车驾驶员的典型安全气囊包括安装在方向盘上的安全气囊，该安全气囊具有紧密包装的安全气囊和用于快速地将膨胀气体散布于该安全气囊中的充气机。安全气囊模块还关联着控制电路，控制电路被配置为感测碰撞并且发送合适的致动信号，从而在碰撞情况中对充气机进行致动并且因此使安全气囊膨胀。通常，用于该安全气囊模块的传统控制电路包括位于车辆底盘上的一个或多个加速度传感器以及通常也位于车辆底盘上的控制器。

能够将安全气囊控制电路或至少其实质部分设置于安全气囊模块内作为单个单元或者设置于方向盘自身而非设置在底盘上是有优点的。如果可以实现这种设置，那么可以简化车辆的组装并且减少车辆布线工艺的复杂度，由此可以降低成本。

因此，之前已经提出了提供具有控制电路的安全气囊控制装置，所述控制电路安装到方向盘且经由安装在方向盘上的喇叭开关电连接到车辆的喇叭电路，以从所述喇叭电路得到操作电能。这样，应该理解，这样的车辆的喇叭开关通常经由位于方向盘和转向柱之间界面处的导电的集电环或时钟弹簧（clock spring）装置电连接到喇叭电路的其它部件，以确保在方向盘旋转期间的持续电连接。

EP314114公开了可以从喇叭电路到车辆方向盘汲取电能的安全气囊控制装置。

但是，之前提出的这种类型的控制装置从喇叭电路中持续汲取电流。这使得在喇叭电路持续连接到车辆蓄电池而非经由车辆点火开关进行连接的车辆中不适合使用这种控制装置，这是因为在未使用车辆时控制装置会耗尽蓄电池。

发明内容

因此，本发明的一个目标是针对安装在方向盘上的安全气囊提供一种改进的安全气囊控制装置。

根据本发明，提供一种用于机动车中的安装在方向盘上的安全气囊的安全气囊控制装置，该机动车具有安装了功能开关的方向盘，该装置包括：安全气囊控制电路，其安装到所述方向盘并且包括第一加速度传感器、第二加速度传感器、控制器；安全气囊控制电路电连接到包含所述功能开关的辅助功能电路，从而从所述辅助功能电路获取操作电能，其中所述控制器被配置为仅响应于从两个加速度传感器接收到信号而输出致动信号，所述安全气囊控制电路被配置为依赖于来自所述第一加速度传感器的输出信号而从休眠模式切换到操作模式；在所述休眠模式中所述第二加速度传感器被断开且所述控制器汲取低的休眠电流，但是在所述操作模式中两个传感器都被通电且能够进行操作。

有利地是，所述安全气囊控制电路被配置为响应于来自所述第一加速度传感器的表示加速度超过第一预定阈值的输出信号，从所述休眠模式切换到所述操作模式。

方便地是，所述控制器被配置为响应于接收到来自所述第二传感器的表示感测的加速度超过第二阈值的信号，在所述操作模式中进行操作以输出致动信号。

优选地是，所述安全气囊控制电路被配置为在预定时间段之后从所述操作模式返回到所述休眠模式。

有利地是，所述安全气囊控制电路还被配置为为了诊断目的而以定期的时间间隔从所述休眠模式切换到所述操作模式。

方便地是，所述控制器控制所述休眠模式和所述操作模式之间的切换。

优选地是，所述辅助功能电路是喇叭电路，所述功能开关是能够操作为使车辆的喇叭发声的喇叭开关。

有利地是，所述安全气囊控制电路还包括可再充电的能量贮存器，所述可再充电的能量贮存器被安排且配置为从所述辅助功能电路进行充电。

方便地是，所述能量贮存器包括电容器。

优选地是，所述第一加速度传感器被配置为比所述第二加速度传感器汲取更小的电流。

有利地是，所述第一加速度传感器被配置为汲取100μA或更小的电流。

方便地是，所述第一加速度传感器包括压电加速计。

优选地是，所述第一加速度传感器是无源传感器。

有利地是，所述第二加速度传感器包括微机电加速计。

方便地是，所述辅助功能开关电连接到在车辆内提供电能的主电源。

附图说明

为了更好地理解本发明，并且更好地理解本发明的进一步特征，现在将参考附图通过举例来描述本发明的实施例，其中：

图1是示出与现有喇叭电路相关联的安装在方向盘上的安全气囊单元的示意性示图；

图2是详细示出喇叭电路的示意性示图；以及

图3是示出根据本发明实施例的安全气囊控制装置的示意性电路图。

具体实施方式

图1以示意形式示出了驾驶员安全气囊单元1，驾驶员安全气囊单元1包括安全气囊控制电路并且被安装至机动车的方向盘2。方向盘2安装于车辆的转向柱（未示出）以进行传统方式的旋转。功能开关3安装于方向盘2并且形成辅助功能电路4的一部分。

辅助功能开关4可以采取多种形式。例如，辅助功能电路可以形成车辆娱乐系统的一部分，在该情况中功能开关3可以采取音量控制按钮或收音机调谐按钮等形式。可选择地，辅助功能电路4可以形成车辆巡航控制系统的一部分，在该情况中功能开关3可以采取巡航控制激活按钮、速度控制按钮等形式。但是，在本发明的优选实施例中，辅助功能电路4代表车辆的喇叭电路，功能开关3是喇叭激活开关。一般地，喇叭激活开关3将被设置在方向盘框架的中心毂部分与包含安全气囊模块1的浮置外壳之间，使得该开关在驾驶员朝向方向盘框架的毂按压外壳时被闭合。但是在其它装置中，喇叭开关3可以简单地采取例如位于方向盘的轮辐上的按钮的形式。

在图1示出的喇叭电路4的特定情况中，该电路包括喇叭继电器5。喇叭继电器5的第一端子6连接到车辆蓄电池7的正极端子。喇叭继电器5的第二端子8经由本质上已知类型的时钟弹簧或集电环装置9连接到喇叭开关3。时钟弹簧或集电环装置9被设置为确保方向盘上的喇叭开关3在方向盘2的旋转期间保持电连接到喇叭电路4的其余部分。

图2示出了喇叭电路4，特别是更详细地示出了喇叭继电器5。喇叭继电器5包括电连接在两个端子6和8之间的继电器线圈10。喇叭继电器5还包括一对继电器触点11，该对继电器触点11被安排为与继电器线圈10相邻，且该对继电器触点11被安排为当线圈10以已知方式通电时闭合（即，彼此电连接）。触点11电连接到喇叭继电器5上的两个另外的端子12和13之间。这些端子的第一端子12电连接到喇叭14，而另一端子13电连接到车辆蓄电池7的正极端子。

如所理解的且被认为是现有的，喇叭开关3的闭合有效地使线圈10通电，线圈10接着闭合触点11，由此将喇叭电连接到蓄电池7，并且由此使喇叭发声。

图2示出的喇叭电路4被配置为仅当车辆的主点火开关15被例如钥匙闭合时才连接到车辆蓄电池7。因此，点火开关15连接在喇叭继电器5的第一端子6和车辆蓄电池7之间。当点火开关开路（即，在“关闭”状态）时，没有电流流过喇叭电路，并且更重要的是，没有电流流经时钟弹簧或集电环装置9到达方向盘2。

但是，应该理解，虽然本发明的安全气囊控制装置适用于具有诸如连接到点火开关15的喇叭电路4的辅助功能电路的车辆，但是本发明的安全气囊控制装置也适用于具有未连接到点火开关而是永久连接到蓄电池7的辅助功能电路的车辆。事实上，从以下说明中将清楚，本发明的安全气囊控制装置具有某些优点，使其特别适用于与未连接到主点火开关的辅助功能电路4相关联。

现在参考图3，根据本发明实施例示出与安全气囊控制装置17组合的喇叭电路4。安全气囊控制装置17包括连接在喇叭电路4与致动火花塞19之间的安全气囊控制电路18。致动火花塞被配置为，当接收到来自安全气囊控制电路18的致动信号时点燃充气机（未示出）以使安全气囊（未示出）膨胀。

安全气囊控制电路18经由喇叭开关3电连接到喇叭电路4，并且被安排为从喇叭电路4得到其操作电能。

安全气囊控制电路18包括串联连接到喇叭开关3的阻流二极管20和限流电阻器21。该电路还包括可再充电的能量贮存器22，能量贮存器22经由升压转换器23与电阻器21及阻流二极管20串联连接，升压转换器23优选地被配置为将约13V的输入电压转换为约18V的输出电压。能量贮存器22可以包括低阻抗电容器，低阻抗电容器优选地具有非常低的泄露电流。

但是，能量贮存器22可以可选择地具有可再充电的电池的形式，诸如镍镉蓄电池。能量贮存器被来自车辆蓄电池7的电流保持在充电状态，车辆蓄电池7的电流流经喇叭继电器5、集电环/时钟弹簧9、二极管20、电阻器21、电压转换器23。如所理解的，在优选实施例中，能量贮存器被设置为电容器的形式，电压转换器23的输出电压对该电容器进行充电。

在喇叭开关3被闭合的情况中，流经电阻器21的充电电流将被暂时中断。阻流二极管20因此用于防止贮存器22内存储的能量在车辆的喇叭被致动时耗尽。阻流二极管20由此确保喇叭电路4的操作独立于安全气囊控制电路18的操作以及安全气囊控制电路18的操作独立于喇叭电路4的操作，安全气囊控制电路18仅仅从喇叭电路4获得操作能量。

安全气囊控制电路18还包括控制器24以及第一传感器25和第二传感器26，每个传感器对加速作出反应并且连接到控制器的相应的输入端子27、28，以向控制器提供表示感测到的加速度值的各自的输出信号。

控制器24优选地被设置为所谓的微控制器的形式，并且控制器24包括本质上已知类型的电可擦除可编程只读存储器（“EEPROM”）。所述控制器经由降压转换器29和电压调节器30与电阻器21串联连接。降压转换器优选地被配置为将输入电压13V转换为输出电压6V。

第一传感器25被配置为比第二传感器26汲取明显更小的电流，并且优选地被配置为汲取100μA或更小的电流。在本发明的优选实施例中，第一传感器25是无源传感器，并且最优选地被设置为压电加速计。

第一传感器25直接连接到电压调节器30，并且被安排为经由二极管20和电阻器21接收来自喇叭电路4的输入电流。只要喇叭未被喇叭开关3的闭合而激活，喇叭电路4就向第一传感器25供应电流。当喇叭开关3闭合以激活喇叭时，转而由能量贮存器22提供向传感器25供能的电流，能量贮存器22被配置为在此条件下供应数分钟的等效电能。如所理解的，在喇叭电路4连接到车辆的点火开关15的情况中，从喇叭电路4向传感器25供应的电流在点火开关开路（即，车辆熄火）时被切断。在这些情况下可能保持相当长的一段时间不使用车辆，由此能量贮存器22就耗尽。当然，这并不表示有问题，这是因为仅当车辆在使用时才需要安全气囊控制装置，并且当车辆再次点火时能量贮存器可以再次快速充电。但是，在喇叭电路4未连接到点火开关15的情况中，安全气囊控制电路18在车辆在点火开关处熄火时将不会与车辆蓄电池7相隔离。在该情况下，第一传感器25将经由喇叭电路4持续从车辆蓄电池7汲取电流。正是为此，第一传感器25是低电流传感器，且优选是无源传感器；以确保其不会从车辆蓄电池中过多地汲取。

第二传感器26优选地具有微机电（MEMS型）加速计的形式，并且被安排为从控制器24接收其操作电能，而非第一传感器25那样直接从喇叭电路之间接收电能。

安全气囊控制电路18还包括一对点火子电路，即第一点火子电路31和第二点火子电路32。两个点火电路31、32被安排为从控制器24接收输入信号并且连接到致动火花塞19的相应端子。第一点火电路还直接连接到能量贮存器22，从而提供足够的电能以点燃火花塞19。

此外，控制器24还连接到警报电路33，警报电路33包括诸如发光二极管34的警报灯。

安全气囊控制电路18被配置为具有两种主状态或模式；即休眠模式和操作模式，两种模式之间的切换被控制器24控制。控制电路18通常处于其休眠模式，并且如下更详细的描述，将仅在i）响应于来自第一传感器25的信号，或ii）为了周期性诊断目的的情况下才从休眠模式切换到操作模式：。

在休眠模式中，控制器24汲取非常低的休眠电流（优选地大约15μA），并且第二加速度传感器26被关闭从而不汲取任何电流。

在第一传感器经受加速的情况中，例如可能的事故情况所导致的甚或仅是方向盘移动所导致的，第一传感器将产生传递到控制器24的第一输入端27的信号。如果来自第一传感器25的信号低于存储在控制器24的存储器中的第一预定阈值，那么将不会发生状态改变并且电路18将保持在其休眠模式。但是，当来自第一传感器的超过所述第一预定阈值的信号被接收时，控制器被配置为从其初始的休眠模式被唤醒。因此，如果这样的信号从第一传感器25传递到控制器24，那么控制器将被激活，并且在此情况下被配置为向第二加速度传感器26传递电流由此启动该第二加速度传感器。安全气囊控制电路18因此被配置为，响应于来自第一传感器的超过所述第一预定阈值的信号而从其初始的休眠模式切换到上述操作模式。在优选实施例中，建议将第一预定阈值设定为代表在正常驾驶条件下施加到方向盘的正常加速度值的水平。因此，仅在非常高的加速度施加到方向盘时，例如驾驶员的暴力操控输入或有关该车辆的可能事故所导致的，信号才将超过该阈值。

控制器24被配置为保持其操作模式，并且由此向第二加速度传感器供应电流持续一个预定的时间段。在优选实施例中，该时间段是数毫秒级别的，但是还可以想到其也可以是分钟级别甚至小时级别的。

第二加速度传感器26将产生代表由该传感器检测到的加速度的信号，并且如上所述，该信号被传递到控制器24的第二输入端子28。如果来自第二传感器的信号低于存储在控制器24的存储器中的第二预定阈值，那么将不执行进一步的处理，并且控制电路18将在该预定的时间段（假定在此期间未检测到来自第二传感器的其它信号超过所述第二预定阈值）之后仅仅返回到其休眠模式。但是，如果来自第二传感器26的信号超过所述第二预定阈值，那么控制器将向每个点火子电路31、32发送点火信号，由此经由火花塞19对安全气囊的致动进行初始化。正如从之前对子电路31、32的描述中将会理解的，第一点火电路31被安排为利用能量贮存器22中存储的能量来触发火花塞19。这确保了火花塞19的致动独立于喇叭开关22的位置。这是重要的，因为机动车驾驶员在预期到可能的事故时按响车辆喇叭是很常见的，并且在安全气囊需要膨胀的碰撞时刻喇叭可以被操作。

本发明的控制装置的双传感器配置相比于现有技术的装置提供了显著优点。第一传感器有效地用作“唤醒”传感器或“解除保险（arming）”传感器，这样的主要意图是响应于检测到的加速度而将控制电路18从低电流的休眠模式切换到被唤醒的活跃模式。第一传感器25有相对低的电流需求，这一事实意味着电路18作为整体在休眠时不会耗尽车辆蓄电池7，由此允许该装置用于喇叭电路4未连接到点火开关的车辆中。

其次，需要来自两个独立的加速度传感器25、26的分别超过阈值的信号以致动点火电路31、32，这一事实说明安全气囊控制电路具有重要的安全功能，以防止在单个传感器的虚假信号或与事故无关的加速度的情况下安全气囊不必要地膨胀。

如所指示的，控制器24可以被配置为，为了诊断目的而周期性地将控制电路从其休眠模式切换到其操作模式。许多标准安全气囊控制电路被配置为，当该电路初始被供电（当车辆启动）时对其传感器进行诊断。在这些装置中，测试脉冲被施加到每个传感器的辅助电极并且由控制器来分析传感器的响应，这在每次车辆启动时完成，以避免来自诊断的输出信号和表示事故的输出信号之间的可能混淆。但是，在本装置中，因为其可以以当车辆未使用时控制电路18未完全断开的方式安装，因此需要可选择的诊断方案，以避免响应于诊断的传感器的输出和表示可能事故（需要致动安全气囊）的输出之间的混淆。

建议通过使每个传感器25、26成为双轴线布置的传感器来实现上述目的，使得传感器的每个敏感度轴线与车辆主轴线呈45度角，传感器被布置为沿着车辆主轴线检测加速度。以此方式来布置传感器，沿车辆主轴线的加速度值被计算为来自传感器的沿着其敏感度轴线中的每一个的信号之间的差值。为了执行传感器的诊断测试，根据存储在该控制器24的存储器中的一个时间段，控制器24将电路18从其休眠模式切换到其操作模式。一旦该电路在其操作模式时，控制器24向每个传感器的辅助电极施加测试脉冲。该测试的肯定结果是来自传感器的每个敏感度轴线的相等的响应信号，这表示着两个信号之间的差值将是零，并且因此很容易与来自检测的加速度的操作响应相区别。

在根据上述方案运行的诊断测试未能从任一传感器产生合适的测试信号的情况中，控制器24将向警报电路33发送出错信号，由此激活警报灯34以向驾驶员警告需要技术支持。在诊断测试产生了来自两个传感器的预期信号的情况中，控制器24将电路18切换回其休眠模式。

当在说明书和权利要求中使用时，术语“包括”和“包含”及其变形表示包括一些特定的特征、步骤、数值。该术语不能被解释为排除其它特征、步骤、数值的存在。

前述说明、随附权利要求、或附图中公开的特征被表示为：特定的形式、用于执行公开功能的设备、用于获取所公开结果的方法或流程，这些特征可以单独地或者与这样的特征组合地被用于实现本发明的各种变形。

虽然结合如上所述的示意性实施例已经描述了本发明，但是当本领域技术人员看到本发明时，许多等效的修改和变形将变得明显。相应地，以上阐述的本发明的示意性实施例被认为是示例而非限制。可以做出对所述实施例的各种改变而不偏离本发明的精神和范围。

Claims (15)

1.一种用于机动车中的安装在方向盘（2）上的安全气囊的安全气囊控制装置（17），该机动车具有安装在方向盘（2）上的功能开关（3），该装置（17）包括：安全气囊控制电路（18），其安装到所述方向盘（2）并且包括第一加速度传感器（25）、第二加速度传感器（26）、控制器（24）；安全气囊控制电路（18）电连接到包含所述功能开关（3）的辅助功能电路（4），从而从所述辅助功能电路（4）获取操作电能，所述装置的特征在于：所述控制器（24）被配置为，仅响应于从两个加速度传感器（25、26）接收到信号而输出致动信号，并且其中所述安全气囊控制电路（18）被配置为依赖于来自所述第一加速度传感器（25）的输出信号而从休眠模式切换到操作模式；在所述休眠模式中，所述第二加速度传感器（26）被断开且所述控制器（24）汲取低的休眠电流，但是在所述操作模式中两个传感器都被通电且能够进行操作。

2.根据权利要求1所述的安全气囊控制装置，其中，所述安全气囊控制电路（18）被配置为，响应于来自所述第一加速度传感器（25）的表示超过第一预定阈值的加速度的输出信号，从所述休眠模式切换到所述操作模式。

3.根据权利要求1或2所述的安全气囊控制装置，其中，所述控制器（24）被配置为，响应于接收到来自所述第二传感器（26）的表示感测到的超过第二阈值的加速度的信号，在所述操作模式中进行操作以输出所述致动信号。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的安全气囊控制装置，其中，所述安全气囊控制电路（18）被配置为，在预定时间段之后从所述操作模式返回到所述休眠模式。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的安全气囊控制装置，其中，所述安全气囊控制电路（18）还被配置为，为了诊断目的而以定期的时间间隔从所述休眠模式切换到所述操作模式。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的安全气囊控制装置，其中，所述控制器（24）控制所述休眠模式和所述操作模式之间的切换。

7.根据任一前述权利要求所述的安全气囊控制装置，其中，所述辅助功能电路（4）是喇叭电路，所述功能开关（3）是能够操作为使车辆的喇叭（14）发声的喇叭开关。

8.根据任一前述权利要求所述的安全气囊控制装置，其中，所述安全气囊控制电路（18）还包括可再充电的能量贮存器（22），所述可再充电的能量贮存器（22）被安排且配置为从所述辅助功能电路（4）进行充电。

9.根据权利要求8所述的安全气囊控制装置，其中，所述能量贮存器（22）包括电容器。

10.根据任一前述权利要求所述的安全气囊控制装置，其中，所述第一加速度传感器（25）被配置为比所述第二加速度传感器（26）汲取更小的电流。

11.根据任一前述权利要求所述的安全气囊控制装置，其中，所述第一加速度传感器（25）被配置为汲取100μA或更小的电流。

12.根据任一前述权利要求所述的安全气囊控制装置，其中，所述第一加速度传感器（25）包括压电加速计。

13.根据任一前述权利要求所述的安全气囊控制装置，其中，所述第一加速度传感器（25）是无源传感器。

14.根据任一前述权利要求所述的安全气囊控制装置，其中，所述第二加速度传感器（26）包括微机电加速计。

15.根据任一前述权利要求所述的安全气囊控制装置，其中，所述辅助功能开关（4）电连接到在车辆内提供电能的主电源（7）。

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