DE10030389A1 - Schaltungsanordnung zum Messen der Kapazität des Zündkondensators für ein Insassenschutzmittel - Google Patents
Schaltungsanordnung zum Messen der Kapazität des Zündkondensators für ein InsassenschutzmittelInfo
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Abstract
Schaltungsanordnung zum Messen der Kapazität eines Zündkondensators für ein Insassenschutzmittel mit einer Ladeschaltung, einer Entladeschaltung, einer Auswerteschaltung zur Messung und Auswertung der Spannung über dem Kondensator und einer Steuerschaltung zum Steuern der Ladeschaltung und der Entladeschaltung derart, dass der Zündkondensator zunächst bis zu einer ersten Spannung aufgeladen wird und anschließend der Zündkondensator bis zu einer gegenüber der ersten Spannung kleineren zweiten Spannung entladen wird, wobei die Auswerteschaltung die Spannung über dem Zündkondensator beim Laden und/oder Enladen auswertet und daraus die Kapazität des Zündkondensators ermittelt und die zweite Spannung derart bemessen ist, dass sie für ein Zünden eines Insassenrückhaltemittels ausreichend ist.
Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltunganordnung zum Messen der
Kapazität eines Zündkondensators für ein Insassenschutzmit
tel.
Wesentlicher Bestandteil von Insassenrückhaltemitteln wie
beispielsweise Airbags sind sogenannte elektrische Zündkrei
se. Derartige Zündkreise umfassen im wesentlichen mindestens
eine Zündpille, die beim Zünden durch Zufuhr von elektrischer
Energie den Airbags-Treibsatz zur Explosion bringt. Weitere
Bestandteile sind beispielsweise zwei elektronische Schalter
zum Aufschalten der Zündpille auf eine Energiequelle. Die E
nergiequelle kann die Fahrzeugbatterie sein oder ein Zündkon
densator, der Energie freigibt für den Fall, dass die Fahr
zeugbatterie bei einem Unfall zu Schaden gekommen ist. Der
Zündkondensator ist dabei derart bemessen, dass er ausrei
chend Energie zum Zünden aller Zündpillen trägt. Um sicherzu
stellen, dass ein Zündelement tatsächlich gezündet wird, ist
es notwendig, dass der Zündkondensator bei näherungsweise
konstanter Batteriespannung eine konstante Kapazität auf
weist, um ausreichend Energie bereitstellen zu können. Eine
Abnahme der Kapazität des Zündkondensators hätte nämlich zur
Folge, dass weniger Energie gespeichert wird, so dass unter
Umständen ein Zünden der Zündpillen und damit ein Entfalten
des Airbags nicht mehr gewährleistet ist. Es ist daher not
wendig, möglichst fortlaufend die Kapazität des Zündkondensa
tors zu überprüfen. Jedoch sollte bei der Überprüfung des
Zündkondensators die Funktionsfähigkeit des gesamten Insas
senrückhaltemittels nicht beeinträchtigt werden.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Schaltungsanordnung
zum Messen der Kapazität eines Zündkondensators für ein In
sassenschutzmittel anzugeben, bei dem keine Beeinträchtigung
der Funktionsfähigkeit des Insassenschutzmittels gegeben ist.
Die Aufgabe wird durch eine Schaltungsanordnung gemäß Patent
anspruch 1 gelöst. Ausgestaltungen und Weiterbildungen des
Erfindungsgedankens sind Gegenstand von Unteransprüchen.
Vorteil der Erfindung ist es, dass neben einer Spannungsaus
werte-Einrichtung nur eine einen geringen Aufwand erfordernde
Lade- und Entlade-Einrichtung einschließlich der zugehörigen
Steuerung benötigt wird, um einerseits eine genaue Feststel
lung der Kapazität des Zündkondensators zu ermöglichen und
andererseits uneingeschränkt die Funktionsfähigkeit des In
sassenschutzmittels zu gewährleisten selbst bei fortlaufender
Messung der Kapazität des Zündkondensators.
Erreicht wird dies im einzelnen durch eine an den Zündkonden
sator angeschlossene steuerbare Ladeschaltung zum Laden des
Zündkondensators, einer an den Zündkondensator angeschlosse
nen steuerbaren Entladeschaltung zum Entladen des Zündkonden
sators, einer an den Zündkondensator angeschlossenen Auswer
teschaltung zur Messung und Auswertung der Spannung über dem
Kondensator sowie eine mit der Auswerteschaltung, der Lade
schaltung und der Entladeschaltung gekoppelten Steuerschal
tung zum Steuern der Ladeschaltung und der Entladeschaltung.
Die Steuerung ist dabei derart, dass der Zündkondensator zu
nächst bis zu einer ersten Spannung aufgeladen wird und an
schließend der Zündkondensator bis zu einer gegenüber der
ersten Spannung kleineren zweiten Spannung entladen wird. Die
Auswerteschaltung mißt die Spannung über den Zündkondensator
beim Laden und/oder Entladen und ermittelt daraus die Kapazi
tät des Zündkondensators. Dabei ist die zweite Spannung der
art bemessen, dass sie für ein Zünden eines Insassenrückhal
temittels ausreichend ist.
Eine neben der Kapazitätsmessung zusätzliche Möglichkeit, die
Funktionsfähigkeit des Zündkondensators sowie der an ihn an
geschlossenen Schaltungsteile zu überprüfen, besteht darin,
den Leckstrom aus dem Zündkondensator, d. h. den durch den
Zündkondensator selbst oder die ihn umgebenden Schaltungstei
le hervorgerufenen Leckstrom zu bestimmen.
Die Entladeschaltung weist bevorzugt einen ersten Widerstand
und einen durch die Steuerschaltung gesteuerten ersten Schal
ter in Reihe dazu auf, wobei diese Reihenschaltung dem Zünd
kondensator parallel geschaltet ist.
Dem entsprechend kann die Ladeschaltung eine Spannungsquelle,
einen zweiten Widerstand und eine durch die Steuerschaltung
gesteuerten zweiten Schalter in Reihe aufweisen, wobei diese
Reihenschaltung ebenfalls dem Zündkondensator parallel ge
schaltet ist.
Derartige Lade- und Entladeschaltungen zeichnen sich durch
einen äußerst geringen schaltungstechnischen Aufwand aus.
Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist die Ladeschaltung
mit Ausnahme der Messzeit permanent auf den Zündkondensator
aufgeschaltet. Die Entladeschaltung wird zum Entladen zu
nächst alleine auf den Zündkondensator aufgeschaltet, wobei
bei Erreichen der zweiten Spannung die Ladeschaltung wieder
zugeschaltet wird. Zur Bestimmung des Leckstromes aus dem
Zündkondensator sind sowohl Lade- als auch Entladeschaltung
vom Zündkondensator getrennt.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand des in den Figuren der
Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Es zeigt:
Fig. 1 das Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform ei
ner erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung und
Fig. 2 den Signalverlauf der Schaltungsanordnung nach Fig. 1.
Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform ist ein Zündkon
densator 1 durch eine Energiequelle 2 wie beispielsweise ei
nen aus einer Fahrzeugbatterie gespeisten Hochsetzsteller, zu
laden. Der Zündkondensator 1 dient dabei zur Speisung eines
in der Zeichnung nicht näher dargestellten Zündkreises 3. Die
Ladung des Zündkondensators 1 aus der Energiequelle 2 erfolgt
mittels eines Ladewiderstands 4 sowie eines über seine ge
steuerte Strecke in Reihe zum Widerstand 4 geschalteten Tran
sistors 5. Als Transistor 5 ist ein MOS-Feldeffekt-Transistor
vom N-Kanal-Enhancement-Typ vorgesehen. Mit einer Energie
quelle 2, bei der der negative Pol das Bezugspotential und
der positive Pol das Versorgungspotential darstellt, ist dem
nach der Drainanschluß des Transistors 5 über den Widerstand
4 mit dem positiven Pol der Energiequelle 2 und der Source-
Anschluß des Transistors 5 mit einem dem Bezugspotential ab
gewandten Anschluß des Kondensators 1 verbunden. Von diesem
Knotenpunkt weg führt ein Entladewiderstand 6, welcher in
Reihe zur gesteuerten Strecke eines Transistors 7 liegend mit
dem an dem Bezugspotential angeschlossenen Anschluß des Zünd
kondensators 1 verbunden ist. Bei dem Transistor 7 handelt
sich wiederum um einen MOS-Feldeffekt-Transistor vom N-Kanal-
Typ, so dass der Source-Anschluß des Transistors 7 mit dem
negativen Pol der Energiequelle 2 und der Drain-Anschluß über
den Entladewiderstand 6 mit dem dem Bezugspotential abgewand
ten Anschluß des Zündkondensators 1 verbunden ist.
Die Steuerung der Transistoren 5 und 7 erfolgt dabei mittels
einer Steuereinrichtung 8, wobei die Steuerung des Transis
tors 5 unter Zwischenschaltung eines Transistors 9 erfolgt.
Als Transistor 9 ist ein Bipolartransistor vom NPN-Typ vorge
sehen, dessen Emitter mit dem negativen Pol der Energiequelle
2 verbunden ist und dessen Kollektor über einen Widerstand 10
mit dem Gate-Anschluß des Transistors 5 verbunden ist. Die
Basis des Transistors 9 ist zum einen über einen Widerstand
11 mit seinem Emitter und zum anderen über einen Widerstand
12 mit der Steuereinrichtung 8 verbunden. Um ein vollständi
ges Entladen des Zündkondensators 1 zu verhindern, wird der
Gate-Anschluß des Transistors 5 mittels eines Widerstands 13
an eine Spannungsquelle 14 angeschlossen. Schließlich ist
noch ein Kondensator 15 zwischen den Gate-Anschluß und den
Source-Anschluß des Transistors 5 geschaltet.
Die Spannung über dem Zündkondensator 1 wird mittels einer
die Lade- und/oder Entladekurve des Zündkondensators 1 aus
wertende Auswerteschaltung 16, die dazu eingangsseitig dem
Zündkondensator 1 parallel geschaltet ist, vorgenommen.
Die Funktionsweise der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 wird
durch die in Fig. 2 gezeigten Signalverläufe deutlich. Der
Zündkondensator 1 wird durch das Durchschalten des Transis
tors 5 aufgeladen. Die entsprechende Ladekurve ergibt sich in
Fig. 2A, wobei der Verlauf A die Spannung über dem Zündkon
densator 1 bei Ladung und Entladung sowie bei Leckstrommes
sung abbildet. Zum Messen des Leckstroms und der Entladung
wird der Transistor 5 durch eine entsprechende Gatespannung
(D), wie in Fig. 2D dargestellt, gesperrt, in dem der Tran
sistor 9 für die Messzeit durchgeschaltet wird. Nach dem an
fänglichen, nicht linearen Anstieg nach dem Entladen folgt
somit eine kurze Phase der Entladung, welche durch einen
Leckstrom bestimmt wird (Fig. 2A). Die eigentliche Entladung
folgend einem exponentionellen Verlauf erfolgt anschließend
aufgrund des Durchschaltens des Transistors 7. Der Entlade
strom wird dabei im wesentlichen durch den Widerstand 6 fest
gelegt. Durch den aus den Widerständen 10 und 13 gebildeten
Spannungsteiler in Verbindung mit der Spannungsquelle 14 wird
die minimal zulässige Spannung am Zündkondensator 1 festge
legt (Fig. 2D). Unterschreitet die Spannung am Zündkondensa
tor 1 diese Spannung abzüglich eines Schwellenwertes, dann
wird der Transistor 5 wieder leitend und der Zündkondensator
1 wird wieder geladen, so dass dieser nicht unter die vorge
gebene Grenze hinaus entladen werden kann. In Fig. 2B und 2C
sind dabei die entsprechenden Steuersignale B und C für die
Transistoren 9 und 7 dargestellt, die ein Durchschalten des
Transistors 9 zur Einleitung der Ladephase bzw. der Leck
strommessung (strichpunktiert) sowie ein Durchschalten des
Transistors 7 während der gesamten Entladephase bewirkt.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung realisiert eine Ka
pazitätsmessung des Zündkondensators 1 durch Auswertung von
Auf- und/oder Entladung. Die Entlade-Endspannung des Zündkon
densator 1 wird durch die Spannung am Gate des Transistors 5
eingestellt. Zur Ansteuerung des Transistors 5 wird eine
Hilfsspannung erzeugt, durch die die Zuschaltung des Transis
tors 5 ermöglicht wird. Die Hilfsspannung ist dabei um einen
vorgebbaren Betrag höher als die am Zündkondensator 1 maximal
anliegende Spannung.
Die Messung der Spannung über dem Zündkondensator 1 erfolgt
bevorzugt durch einen Mikrocontroller beispielsweise in Ver
bindung mit einem Analog-Digital-Umsetzer. Die einzelnen
Messwerte der Lade- und Entladekurve werden dabei bevorzugt
im Rahmen eines entsprechenden Controllerprogramms ausgewer
tet. Eine vollständige Entladung des Zündkondensators 1 er
folgt nur durch den Zündkreis 3.
Bei der Auswertung der Lade- und/oder Entladekurven wird ins
besondere davon ausgegangen, dass der Ladevorgang des Zünd
kondensators 1 der Beziehung
U1 - U2 = 1 - e-( Δ t/RC) (mit R = Wert des Ladewiderstands 4)
und der Entladevorgang durch die Beziehung
U1 - U2 = e-( Δ t/RC) (mit R = Wert des Entladewiderstands 6)
gehorcht. Da die Widerstände beim Laden bzw. Entladen (Lade
widerstand 4, Entladewiderstand 6) bekannt sind, sind zur Be
stimmung der Kapazität lediglich zu zwei unterschiedlichen
Zeitpunkten t1, t2 die jeweiligen Spannungswerte zu ermitteln
(U1 - U2) sowie die Zeitspanne Δt zwischen den beiden Zeit
punkten festzustellen. Durch Anwenden auf die Gleichung für
den Lade- bzw. Entladevorgang unter Berücksichtigung des je
weiligen Lade- bzw. Entladewiderstands läßt sich dann durch
Umformen der entsprechenden Gleichung der zugehörige Kapazi
tätswert C des Zündkondensators 1 berechnen. Dabei können La
deverlauf und Entladeverlauf jeweils für sich oder aber beide
zusammen ausgewertet werden. Darüber hinaus kann der Einfach
heit halber mit einer konstanten Spannungsdifferenz U1 - U2 o
der einer konstanten Zeitspanne Δt gearbeitet werden und je
weils die zugehörige Zeitspanne Δt bzw. Spannungsdifferenz
U1 - U2 ermittelt werden.
Bei den im Ausführungsbeispiel gezeigten Lade- und Entlade
zyklen kann auch wie in Fig. 2 (strichpunktiert angedeutet)
vorgesehen werden, dass die Ladeeinrichtung einen bestimmten
Zeitraum vor dem Aufschalten der Entladeeinrichtung vom Zünd
kondensator 1 abgetrennt wird, so daß für eine bestimmte Zeit
weder Ladeschaltung noch Entladeschaltung auf den Zündkonden
sator aufgeschaltet sind. In dieser Zeit kann beispielsweise
der Leckstrom am Zündkondensator 1 bestimmt werden.
1
Zündkondensator
2
Energiequelle
3
Zündkreis
4
Ladewiderstand
5
Transistor
6
Entladewiderstand
7
Transistor
8
Steuereinrichtung
9
Transistor
10
Widerstand
11
Widerstand
12
Widerstand
13
Widerstand
14
Spannungsquelle
15
Kondensator
16
Auswerteschaltung
17
Prüfsignal
Claims (5)
1. Schaltungsanordnung zum Messen der Kapazität eines Zünd
kondensators (1) für ein Insassenschutzmittel mit
einer an den Zündkondensator (1) angeschlossenen steuerbaren Ladeschaltung (2, 4, 5) zum Laden des Zündkondensators,
einer an den Zündkondensator angeschlossenen steuerbaren Ent ladeschaltung (6, 7) zum Entladen des Zündkondensators (1),
einer an den Zündkondensator (1) angeschlossenen Auswerte schaltung (16) zur Messung und Auswertung der Spannung über dem Zündkondensator (1) und
einer mit der Auswerteschaltung (16), der Ladeschaltung (2, 4, 5) und der Entladeschaltung (6, 7) gekoppelten Steuer schaltung (8) zum Steuern der Ladeschaltung (2, 4, 5) und der Entladeschaltung (6, 7) derart, dass der Zündkondensator (1) zunächst bis zu einer ersten Spannung aufgeladen wird und an schließend der Zündkondensator (1) bis zu einer gegenüber der ersten Spannung kleineren zweiten Spannung entladen wird, wo bei
die Auswerteschaltung (16) die Spannung über dem Zündkonden sator (1) beim Laden und/oder Entladen auswertet und daraus die Kapazität des Zündkondensators (1) ermittelt und
die zweite Spannung derart bemessen ist, dass sie für ein Zünden eines Insassenrückhaltemittels ausreichend ist.
einer an den Zündkondensator (1) angeschlossenen steuerbaren Ladeschaltung (2, 4, 5) zum Laden des Zündkondensators,
einer an den Zündkondensator angeschlossenen steuerbaren Ent ladeschaltung (6, 7) zum Entladen des Zündkondensators (1),
einer an den Zündkondensator (1) angeschlossenen Auswerte schaltung (16) zur Messung und Auswertung der Spannung über dem Zündkondensator (1) und
einer mit der Auswerteschaltung (16), der Ladeschaltung (2, 4, 5) und der Entladeschaltung (6, 7) gekoppelten Steuer schaltung (8) zum Steuern der Ladeschaltung (2, 4, 5) und der Entladeschaltung (6, 7) derart, dass der Zündkondensator (1) zunächst bis zu einer ersten Spannung aufgeladen wird und an schließend der Zündkondensator (1) bis zu einer gegenüber der ersten Spannung kleineren zweiten Spannung entladen wird, wo bei
die Auswerteschaltung (16) die Spannung über dem Zündkonden sator (1) beim Laden und/oder Entladen auswertet und daraus die Kapazität des Zündkondensators (1) ermittelt und
die zweite Spannung derart bemessen ist, dass sie für ein Zünden eines Insassenrückhaltemittels ausreichend ist.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, bei der das Entla
den des Zündkondensators (1) nach Ablauf einer Verzögerungs
zeit nach dem Laden erfolgt, wobei während der Verzögerungs
zeit der Leckstrom aus dem Zündkondensator (1) bestimmt wird.
3. Schaltungsanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche,
bei der die Entladeschaltung (6, 7) einen ersten Widerstand
(6) und einen durch die Steuerschaltung (8) gesteuerten ers
ten Schalter (7) in Reihenschaltung aufweist, wobei diese
Reihenschaltung dem Zündkondensator (1) parallel geschaltet
ist.
4. Schaltungsanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche,
bei der die Ladeschaltung (2, 4, 5) eine Spannungsquelle (2),
einen zweiten Widerstand (4) und einen durch die Steuerschal
tung (8) gesteuerten zweiten Schalter (5) in Reihenschaltung
aufweist, wobei diese Reihenschaltung dem Zündkondensator (1)
parallel geschaltet ist.
5. Schaltungsanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche,
bei der die Entladeschaltung (6, 7) zum Entladen auf den
Zündkondensator (1) aufgeschaltet wird, wobei bei Erreichen
der zweiten Spannung die Ladeschaltung (2, 4, 5) zugeschaltet
wird.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
D2 | Grant after examination | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: CONTINENTAL AUTOMOTIVE GMBH, 30165 HANNOVER, DE |
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R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |