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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung
eines Aktivierungselementes eines Insassenschutzsystems, beispielsweise
eines Airbagsystems oder eines Gurtstraffersystems, in einem Kraftfahrzeug.
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1 zeigt eine herkömmliche
Schaltungsanordnung zur Ansteuerung eines das Schutzsystem aktivierenden
Aktivierungselementes 150. Bei einem Airbagsystem ist dieses
Aktivierungselement 150 als Zündpille (Squib) ausgebildet,
das bei einem Unfall den Airbag auslöst. Die Schaltungsanordnung
umfasst mehrere Sensoren 110_1, 110_n, 111,
die Messdaten liefern, wobei abhängig
von diesen Messdaten das Zündelement 150 über eine
Auslöseschaltung
bzw. Zündschaltung 130 gezündet/ausgelöst wird.
Die Sensoren können
als periphere Sensoren 110_1, 110_n realisiert
sein, die in der Regel üblicherweise
in oder an besonders sicherheitsrelevanten Teilen der Fahrzeugkarosserie,
wie beispielsweise A- oder B-Säulen
in den Seitentüren
oder an den Stossfängern,
angebracht sind. Diese Sensoren 110_1, 110_n sind, üblicherweise über Zweidrahtverbindungen,
an eine Schnittstellenschaltung 160 angeschlossen, die
die Messdaten der Sensoren 110_1, 110_n in regelmäßigen Zeitabständen abfragt und
die erhaltenen Messdaten an eine Verarbeitungseinheit 120, üblicherweise
einen Mikrocontroller, weitergibt. In dem Mikrocontroller sind geeignete Algorithmen
implementiert, um anhand der Messdaten ein Unfallereignis erkennen
zu können,
wobei der Mikrocontroller bei einem solchen Unfallereignis ein Steuersignal
an die Auslöseschaltung 130 zum
Auslösen
des Aktivierungselements 150 weitergibt. Die Datenübertragung
zwischen der Schnittstellenschaltung 160 und dem Mikrocontroller 120 und
zwischen dem Mikrocontroller 120 und der Auslöseschaltung erfolgt
beispielsweise über
Datenbusse.
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Die
Anordnung mit der Schnittstellenschaltung 160, dem Mikroprozessor 120 und
der Zündschaltung
ist beispielsweise als integrierter Baustein des Typs TLE6710, oder
TLE6714 von der Infineon Technologies Ag, München, erhältlich.
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Neben
den peripheren Sensoren 110_1, 110_n die auch
als Satelliten bezeichnet werden, können weitere Sensoren 111 unmittelbar
im Bereich der Verarbeitungseinheit 120, bzw. auf einer
die Verarbeitungseinheit 120 tragenden Platine angeordnet sein.
Diese Sensoren, die auch als On-board-Sensoren bezeichnet werden,
liefern ebenfalls Messdaten an die Verarbeitungseinheit 120,
die die Verarbeitungseinheit 120 für die Erkennung eines Unfallereignissen
auswertet.
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Je
nach Sensortyp verfügen
die On-board Sensoren über
eine analoge oder digitale Datenschnittstelle zu der Verarbeitungseinheit 120.
Zwischen der die Satelliten 110_1, 110_n abfragenden Schnittstelleneinheit 160 und
der Verarbeitungseinheit 120 ist beispielsweise eine SPI-Datenschnittstelle
(SPI = Seriell Peripheral Interface) angeordnet, um Leitungsverbindungen
einzusparen. Die von den Sensoren erhaltenen Messdaten werden in
der Schnittstellenschaltung 160 in Datenworte einer vorgegebenen
Bitlänge
gewandelt und in Form eines seriellen Datenstroms an die Verarbeitungseinheit 120 geliefert
wird. In umgekehrter Richtung findet auch ein Datenverkehr von der
Verarbeitungseinheit 120 an die Schnittstellenschaltung 160 statt,
wobei die Verarbeitungseinheit 120 beispielsweise Befehle zum
Abfragen der Sensoren an die Schnittstellenschaltung 160 liefert.
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Die
Schnittstellenschaltung 160 und die Verarbeitungseinheit 120 weisen
jeweils eine Seriell-/Parallel-Schnittstelle (SPI = Seriell Parallel
Interface) auf, in welcher die in der Schnittstellenschaltung 160 und
der Verarbeitungseinheit 120 zur Verfügung stehenden bzw. verarbeiteten
Datenwörter
für die Übertragung
zwischen Schnittstellenschaltung 160 und Ver arbeitungseinheit 120 in
einen seriellen Datenstrom und wieder zurückgewandelt werden.
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In
modernen Kraftfahrzeugen sind eine Vielzahl der in 1 dargestellten Steuerschaltungen vorhanden,
um abhängig
von erhaltenen Sensordaten die einzelnen Schutzsysteme, wie beispielsweise einen
oder mehrere Airbags, oder die Gurtstraffer auszulösen. Derartige
sicherheitsrelevante Systeme sind aus Sicherheitsgründen grundsätzlich so
auszulegen, dass ein einzelner Fehler in der Ansteuerschaltung für das Aktivierungselement
nicht zu einem ungewollten Auslösen
des Schutzsystems durch Aktivieren des Aktivierungselementes führen kann.
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Aufgrund
derartiger Sicherheitserwägungen umfasst
eine Auslöseschaltung
für ein
Zündelement eines
Airbagsystems bezugnehmend auf 2 beispielsweise
zwei Schalter 131, 132, zwischen die das Zündelement 150 in
Reihe geschaltet werden kann. Die Reihenschaltung der Schalter 131, 132 und
des Zündelements 150 ist
dabei zwischen Klemmen für eine
Versorgungsspannung V1 geschaltet ist. Ein Auslösen des Zündelements 150 erfolgt
bei dieser Schaltung nur dann, wenn beide Schalter 131, 132 geschlossen
sind dem einen Stromfluss durch das Zündelement 150 zu ermöglichen.
Ein Fehler eines der Schalter, durch den dieser Schalter dauerhaft
geschlossen ist, kann dadurch nicht zur ungewollten Auslösung des
Zündelements
führen.
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Zur
Auslösung
des Zündelements 150 bei der
Schaltung gemäß 2 werden die beiden Schalter 131, 132 abhängig von
einem durch die Verarbeitungseinheit 120 bereitgestellten
Steuersignal geschlossen. Aufgrund steigender Sicherheitsanforderungen
an Insassenschutzsysteme wird zunehmend jedoch auch eine „Bestätigung" einer von der Verarbeitungseinheit 120 getroffenen
Auslöseentscheidung
gefordert. Um eine solche Bestätigung
einer Auslöseentscheidung
zu erhalten, ist es bezugnehmend auf 2 bekannt,
in Airbagsystemen einen mechanischen Beschleunigungssensor 133 in Reihe
zu den Ansteuer schaltern 131, 132 und dem Zündelement 150 zwischen
die Spannungsklemmen zu schalten. Dieser Sensor 133 funktioniert
als zusätzlicher
dritter Schalter und wird nur dann geschlossen, um ein auslösen des
Zündelements 150 zu
ermöglichen,
wenn vorgegebene, auf ein Unfallereignis hindeutende Beschleunigungen
in dem Sensor 133 detektiert werden. Derartige Schalter
besitzen allerdings den Nachteil, dass sie nur Beschleunigungen
in einer Richtung, beispielsweise negative Beschleunigungen in Fahrtrichtung,
detektieren können,
wobei Querbeschleunigungen, beispielsweise durch einen Seitenaufprall,
nicht erfasst werden. Außerdem
stellt die Unterbrechung des Zündkreises
bei Unterschreiten des für
den Sensor 131 eingestellten Mindestbeschleunigungswertes
ein Problem beim Aufbau von komplexeren Zündabfolgen dar, bei denen einzelne
Schutzmechanismen beispielsweise erst verzögert nach Auftreten der maximalen
Beschleunigungswerte auslösen
sollen.
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Bezugnehmend
auf 3 wird aus diesem Grund
bei modernen Airbagsystemen häufig
eine zweite, von der ersten Verarbeitungseinheit 120 unabhängige Verarbeitungseinheit 170 eingesetzt,
die ebenfalls als Mikrocontroller ausgeführt ist. Dieser Verarbeitungseinheit 170 werden
die gleichen Sensordaten wie der ersten Verarbeitungseinheit 120 zugeführt, und
diese zweite Verarbeitungseinheit 170 erzeugt ein Bestätigungssignal
aus diesen Sensordaten, das der Auslöseeinheit 130 zugeführt ist.
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Bei
Systemen mit mehreren Sensoren und bei einer hohen Abfragerate der
einzelnen Sensoren entstehen erhebliche Datenmengen, so dass die
Validierung und Bewertung der Sensordaten in Abhängigkeit des verwendeten Algorithmus überaus rechenintensiv
ist. Die für
die zweite Verarbeitungseinheit 170 erforderliche Rechenleistung
kann, wie auch die für
die erste Verarbeitungseinheit 120 geforderte Rechenleistung,
daher erheblich sein. Bei einfachen Bewertungsmechanismen und niedrigen
Abtastraten für
die einzelnen Sensoren, bzw. bei einer geringen Anzahl von Sensoren,
kann ein schneller 9bit-Controller als zweite Verarbeitungseinheit
ausreichend sein. Bei Systemen mit höheren Abtastraten bzw. einer
größeren Anzahl
von Sensoren, sind allerdings 16bit-Controller für die zweite Verarbeitungseinheit erforderlich.
Unter Berücksichtigung
der erforderlichen Beschaltung eines solchen Mikrocontrollers, zu der üblicherweise
ein Quarz, Kondensatoren und eine Stromversorgung gehören, führt der
Einsatz einer zweiten Verarbeitungseinheit zu einer deutlichen Erhöhung der
Systemkosten.
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Ziel
der vorliegenden Erfindung ist es, eine Schaltungsanordnung zur
Ansteuerung eines Aktivierungselementes eines Insassenschutzsystems zur
Verfügung
zu stellen, das erhöhten
Sicherheitsanforderungen genügt,
und dennoch kostengünstig realisierbar
ist.
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Die
DE 198 52 468 A1 beschreibt
eine Ansteuerschaltung für
ein Zündelement
eines Airbags. Die Ansteuerschaltung umfasst zwei Schalter, von denen
einer durch ein Zündsignal
und der andere durch ein Sperrsignal angesteuert ist. Das Zündsignal
wird dabei durch einen Mikroprozessor abhängig von Sensorsignalen erzeugt,
und das Sperrsignal wird durch eine weitere Schaltungsanordnung
ebenfalls abhängig
von diesen Sensorsignalen erzeugt. Diese weitere Schaltungsanordnung
ist dazu ausgebildet, den einen der beiden Schalter dann zu sperren,
wenn anhand eines der Sensorsignale ein Defekt eines der Sensoren
erkannt wird. Zur Detektion eines solchen Defekts wird zum Einen
ein aus der Summe der zugeführten
Sensorsignale gebildetes Summensignal gleichgerichtet und mit einem
ersten Schwellenwert verglichen. Darüber hinaus werden die einzelnen
Sensorsignale gleichgerichtet und jedes für sich mit einem zweiten Schwellenwert
verglichen, um einen Defekt eines der Sensoren zu detektieren.
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Dieses
Ziel wird durch eine Ansteuerschaltung nach Anspruch 1 erreicht.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die
erfindungsgemäße Ansteuerschaltung für ein Aktivierungssystem
eines Insassenschutzsystems in einem Kraftfahrzeug umfasst wenigstens
einen Sensor zur Detektion eines Aktivierungsereignisses, der ein
Sensorsignal bereitstellt, sowie eine Verarbeitungseinheit, der
das Sensorsignal zur Auswertung zugeführt ist und die ein Auslösesignal
bereitstellt, dessen Wert von dem Auswerteergebnis abhängig ist.
Die Schaltungsanordnung umfasst außerdem wenigstens eine Komparatorschaltung,
der das Sensorsignal des wenigstens einen Sensors zugeführt ist
und die dieses Signal mit einem ersten und zweiten Referenzwert
vergleicht, um abhängig
von dem Vergleichsergebnis ein Freigabesignal für die Aktivierung des Insassenschutzsystems
zur Verfügung
zu stellen. Das Auslösesignal
der Verarbeitungseinheit und das Freigabesignal der wenigstens einen
Komparatorschaltung sind einer Auslöseschaltung zugeführt, an
die das Aktivierungselement des Insassenschutzsystems anschließbar ist
und die dazu ausgebildet ist, das Aktivierungselement abhängig von
dem Aktivierungssignal und dem Freigabesignal auszulösen.
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Die
Verarbeitungseinheit, die das Auslösesignal abhängig von
dem wenigstens einen Sensorsignal zur Verfügung stellt, ist beispielsweise
als Mikrocontroller ausgebildet, die die Auslöseentscheidung abhängig von
dem wenigstens einen Sensorsignal basierend auf einem, auf den jeweiligen
Fahrzeugtyp abgestimmten Algorithmus erzeugt. Die Freigabe dieses
Auslösesignals,
bzw. die Erzeugung des Freigabesignals erfolgt bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
durch eine einfache Bewertung des wenigstens einen Sensorsignals
mittels der Komparatorschaltung. Diese Komparatorschaltung ist beispielsweise
als Fensterkomparator ausgeführt, die
das Freigabesignal erzeugt, wenn das Sensorsignal außerhalb
eines vorgegebenen Wertebereiches (Fenster) liegt. Ein derartiger
Fensterkomparator ist einfach und kostengünstig realisierbar und erhält als Eingangsdaten
zur Erzeugung des Bestätigungssignals
die in der Schaltungsanordnung ohnehin vorhandenen Messdaten des
wenigstens einen Sensors. Bei Vorhandensein mehrerer Sensoren umfasst die
Komparatorschaltung beispielsweise eine der Anzahl der Sensoren
entsprechende Anzahl Fensterkomparatoren, denen jeweils ein Sensorsignal
zugeführt
ist, und deren Ausgangssignale miteinander verknüpft werden, um das Freigabesignal
zu erzeugen. Ein einziges Sensorsignal, dessen Wert außerhalb
des für
den jeweiligen Sensor vorgegebenen Datenfensters liegt, kann abhängig von
der gewählten
Verknüpfung
dabei genügen,
um das Freigabesignal für
das Auslösen
des Aktivierungselements über das
Auslösesignal
zu erzeugen.
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Die
Verknüpfung
der Ausgangssignale der einzelnen Fensterkomparatoren, die von den
Sensorsignalen der einzelnen Sensoren abhängig sind, zur Erzeugung des
Freigabesignals kann eine einfache logische Verknüpfung der
Ausgangssignale, beispielsweise mittels eines ODER-Gatters umfassen. Dabei
können
je nach Anwendungsfall auch komplexere Verknüpfungen der Ausgangssignale
vorgenommen werden. So besteht auch die Möglich keit, einzelne Komparatorausgangssignale
einer UND-Verknüpfung zu
unterziehen, um beispielsweise ein Freigabesignal nur dann zu erzeugen,
wenn ein Drucksensor und ein in dem Fahrzeug benachbart zu dem Drucksensor
angeordneter Beschleunigungssensor jeweils ein Signal liefern, das
ein Auslösen
des Airbags rechtfertigt.
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Der
einfache Aufbau der bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung vorhandenen
wenigstens einen Komparatorschaltung kann zu einer Steigerung der
Sicherheit gegenüber
der Verwendung komplexerer, einen komplizierten Auswertealgorithmus
implementierender, ein Freigabe-/Bestätigungssignal erzeugender Auswerteschaltungen
führen.
Bei der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung,
bei der die Komparatorschaltung bei Vorhandensein mehrerer Sensoren
jedes Sensorsignal separat auswertet, kann es im Vergleich zu Schaltungsanordnungen
mit komplexeren Auswerteschaltungen zur Freigabe kommen, selbst
wenn die in der Verarbeitungseinheit durchgeführte Bewertung der Sensordaten
nicht zur Erzeugung eines Auslösesignals führt, was
unter Sicherheitsgesichtspunkten jedoch keinen Nachteil darstellt.
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Die
Komparatorschaltung kann abhängig
davon, ob das Sensorsignal als digitales oder analoges Signal vorliegt,
als digitale oder analoge Bewertungsschaltung ausgebildet sein.
Sofern das Sensorsignal ein digitales Signal ist, in dem zeitlich
aufeinanderfolgende Messwerte als Folge digitaler Datenwort enthalten
sind, führt
die Komparatorschaltung vorzugsweise eine Plausibilitätsprüfung der
einzelnen Datenworte, beispielsweise eine Paritätsprüfung oder eine CRC-Prüfung (CRC
= Cyclic Redundancy Check) durch, um sicherzustellen, dass ein Freigabesignal nur
aufgrund eine „gültigen", einen Sensorwert
repräsentierenden
Datenwortes erfolgt.
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Die
Schaltungsanordnung umfasst vorzugsweise mehrere periphere Sensoren,
die an eine Schnittstellenschaltung angeschlossen sind, wobei die
Schnittstellenschaltung dazu ausgebildet ist, erhaltene analoge
Sensorsignale zwischenzuspeichern, bevor sie an die Verarbeitungseinheit
weitergegeben werden. Die Komparatorschaltung greift bei dieser
Ausführungsform
vorzugsweise unmittelbar auf den Speicher dieser Schnittstellenschaltung
zu, um die von den peripheren Sensoren gelieferten Sensordaten auszuwerten
und abhängig
davon das Bestätigungssignal
zur Verfügung
zu stellen.
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Die
vorliegende Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand von
Figuren näher erläutert.
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1 zeigt
eine Ansteuerschaltung für
ein Aktivierungselement eines Insassenschutzsystems nach dem Stand
der Technik.
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2 zeigt
eine Auslöseschaltung
für ein Zündelement
eines Airbagsystems nach dem Stand der Technik.
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3 zeigt
eine Ansteuerschaltung für
ein Aktivierungselement eines Insassenschutzsystems, das zwei unabhängige Mikrocontroller
zur Auswertung von Sensordaten und Auslösen des Zündelements aufweist, nach dem
Stand der Technik.
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4 zeigt
eine erfindungsgemäße Ansteuerschaltung
für ein
Aktivierungselement eines Insassenschutzsystems mit einem Sensor,
einer ein Sensorsignal auswertenden Verarbeitungseinheit, einer Komparatorschaltung
zur Erzeugung eines Freigabesignals und einer Auslöseschaltung.
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5 zeigt
ein Realisierungsbeispiel einer Auslöseschaltung.
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6 zeigt
ein erstes Ausführungsbeispiel einer
digitalen Komparatorschaltung für
die Auswertung eines Sensorsignals.
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7 zeigt
eine Abwandlung der in 6 dargestellten Auswerteschaltung.
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8 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
einer analogen Komparatorschaltung zur Auswertung eines Sensorsignals.
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9 veranschaulicht
die Funktionsweise der in den 6 bis 8 dargestellten
Komparatorschaltungen anhand zeitlicher Verläufe eines Sensorsignals und
eines daraus resultierenden Bestätigungssignals.
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10 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
einer Komparatorschaltung zur Verarbeitung mehrerer Sensorsignale.
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11 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel
einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung
mit mehreren Sensoren und einer Sensorsignale zwischenspeichernden
Schnittstellenschaltung.
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12 veranschaulicht schematisch ausschnittsweise
den Aufbau der Schnittstellenschaltung und der Komparatorschaltung
für die
Schaltungsanordnung gemäß 11.
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In
den Figuren bezeichnen, sofern nicht anders angegeben, gleiche Bezugszeichen
gleiche Schaltungskomponenten und gleiche Signale mit gleicher Bedeutung.
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4 zeigt
ein erstes Ausführungsbeispiel einer
erfindungsgemäßen Ansteuerschaltung
für ein Aktivierungselement
eines Insassenschutzsystems in einem Kraftfahrzeug. Die Ansteuerschaltung
umfasst einen Sensor 10, der ein Sensorsignal S10 bereitstellt,
das einer Verarbeitungseinheit 20 zugeführt ist. Der Sensor 10 ist
beispielsweise ein Beschleunigungs- oder Drucksensor. Der Sensor 10 ist
als peripherer Sensor ausgebildet und an sicherheitsrelevanten Teilen
des Fahrzeu ges, beispielsweise den A- oder B-Säulen, den Fahrzeugtüren oder
den Stossstangen angeordnet, oder als interner Sensor ausgebildet,
der beispielsweise auf der derselben Platine wie die Verarbeitungseinheit 20 angeordnet
ist.
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Die
Verarbeitungseinheit 20 ist dazu ausgebildet, das Sensorsignal
S10 des wenigstens einen Sensors 10 auszuwerten und abhängig von
dem Auswerteergebnis ein Auslösesignal
S20 zur Verfügung
zu stellen, das einer Auslöseschaltung 30 zur Auslösung eines
Aktivierungselements 50 des nicht näher dargestellten Insassenschutzsystems
zugeführt
ist. Die Verarbeitungseinheit 20 ist beispielsweise als
Mikrocontroller ausgebildet, der anhand eines vorgegebenen Algorithmus
beispielsweise neben dem Momentanwert des Sensorsignals S10 auch dessen
zeitlichen Verlauf auswertet, um das Auslösesignal S20 zu erzeugen. Mikrocontroller,
die für diese
Anwendung geeignet sind, sind beispielsweise Mikrocontroller des
Typs C164 der Infineon Technologies AG, München.
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Die
Auslöseschaltung 30 weist
Anschlussklemmen 301, 302 auf, an die das Aktivierungselement 50,
beispielsweise eine Zündpille
eines Airbagsystems, anschließbar
ist. Die Auslöseschaltung 30 ist
auf das jeweilige Aktivierungselement 50 abgestimmt, um
im Falle eines Unfallereignisses ein zum Auslösen des Aktivierungselementes 50 geeignetes Auslösesignal
zur Verfügung
zu stellen. Zur Auslösung
einer Zündpille
eines Airbagsystems besteht dieses Auslösesignal aus einem für eine vorgegebene
Zeitdauer zwischen den Anschlussklemmen 301, 302 durch
die Zündpille 50 fließendem Zündstrom.
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Das
Auslösen
des Aktivierungselementes 50 erfolgt durch die Auslöseschaltung
abhängig
von dem durch die Verarbeitungseinheit 20 bereitgestellten
Auslösesignal
S20 und außerdem
abhängig
von einem Freigabesignal S40, das eine Komparatorschaltung 40 abhängig von
dem Sensorsignal S10 des wenigstens einen Sensors 10 zur
Verfügung stellt.
Die Komparatorschaltung 40 vergleicht das Sensorsignal
S10 mit einem ersten und zweiten Referenzwert, die einen Wertebereich
(Fenster) definieren, wobei die Komparatorschaltung 40 einen
solchen Pegel des Freigabesignal S40 erzeugt, der ein Auslösen des
Aktivierungselements 150 für eine vorgegebene Zeitdauer
freigibt, wenn das Sensorsignal S10 außerhalb des durch die Referenzwerte
vorgegebenen Wertebereiches/Fensters liegt.
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Eine
solche Komparatorschaltung 40, die lediglich eine einfache
Auswertung des Sensorsignals S10 zur Erzeugung des Bestätigungssignals
S40 durchführt,
ist einfach und kostengünstig
im Vergleich zu der als Mikrocontroller ausgeführten Verarbeitungseinheit 20 realisierbar.
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Die
Auslöseschaltung 30 löst das Aktivierungselement 50 nur
dann aus, wenn sowohl das Auslösesignal
S20 als auch das Freigabesignal S40 einen Pegel aufweisen, der auf
ein Aktivierungsereignis (Unfall) hinweist.
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5 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
einer Auslöseschaltung 30,
die zum Auslösen
einer Zündpille 50 eines
Airbagsystems ausgebildet ist. Die Auslöseschaltung 30 umfasst
einen ersten Schalter 31, der zwischen eine Klemme für positives
Versorgungspotential V1 und eine erste Anschlussklemme 301 geschaltet
ist, und einen zweiten Schalter 32, der zwischen eine zweite
Anschlussklemme 202 und eine Klemme für Bezugspotential oder negatives
Versorgungspotential geschaltet ist. Das Zündelement 50 ist zwischen
die Anschlussklemmen 301, 302 der Auslöseschaltung 30 geschaltet.
Der erste Schalter 31 wird in dem Beispiel abhängig von
dem Auslösesignal
S20 über
eine Treiberschaltung 34 angesteuert, beispielsweise dann,
wenn das Auslösesignal
einen High-Pegel aufweist. Die Ansteuerung des zweiten Schalters 32 erfolgt
hingegen abhängig
von dem Auslösesignal
S20 und dem Freigabesignal S40, wodurch der zweite Schalter 32 nur
dann geschlossen wird, um zusammen mit dem ersten Schalter 31 die Zündpille 50 an
die Ansteuerspannung V1 anzuschließen und diese auszulösen, wenn
sowohl das Auslösesignal
S20 als auch das Freigabesignal S40 einen vor gegebenen Pegel, beispielsweise
einen High-Pegel aufweisen. In dem Ausführungsbeispiel sind das Auslösesignal
S20 und das Freigabesignal S40 einem UND-Gatter 33 zugeführt, dessen
Ausgangssignal über
eine zweite Treiberschaltung 35 den zweiten Schalter 32 ansteuert,
so dass der Schalter 32 nur dann geschlossen wird, wenn
sowohl das Auslösesignal
S20 als auch das Freigabesignal S40 einen High-Pegel aufweisen.
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Die
Komparatorschaltung 40 ist, abhängig davon, ob das Sensorsignal
S10 als analoges Signal oder als digitales Signal, das heißt als Folge
digitaler, jeweils Messwerte repräsentierender Datenworte, vorliegt,
als analoge oder digitale Schaltung ausgebildet.
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6 zeigt
ein erstes Ausführungsbeispiel einer
digitalen Komparatorschaltung, die zwei digitale Komparatoren 401, 402 aufweist.
Das digitale Sensorsignal S10 umfasst eine zeitliche Abfolge digitaler Datenworte,
wobei den Komparatoren 401, 402 jeweils ein solches,
einen Sensorwert repräsentierendes
Datenwort zugeführt
ist, wobei der erste Komparator 401 dieses Datenwort mit
einem in einem ersten Speicher 401 abgespeicherten ersten
Referenzwert REF1 und der zweite Komparator 402 dieses
Datenwort mit einem in einem zweiten Speicher 404 abgespeicherten
zweiten Referenzwert REF2 vergleicht, um zu ermitteln, ob das Datenwort
außerhalb
eines durch die Referenzwerte REF1, REF2 vorgegebenen Wertefensters
liegt. Der erste Komparator 401 ermittelt, ob das Datenwort
oberhalb des größeren Referenzwertes
REF1 liegt und der zweite Komparator 402 ermittelt, ob
das Datenwort unterhalb des kleineren Referenzwertes REF2 liegt.
Die Ausgangssignale der Komparatoren 401, 402 die
jeweils einen High-Pegel annehmen, wenn eine der zuvor genannten
Bedingungen erfüllt
ist, sind einem ODER-Gatter 405 zugeführt. Dem
Ausgang des ODER-Gatters 405 ist in dem Ausführungsbeispiel
eine Verzögerungsschaltung 406 nachgeschaltet,
die eine vorgegebene Flanke des Ausgangssignals des Gatters 405 um, beispielsweise
dessen steigende Flanke, unverzögert
und eine zweite Flanke des Ausgangssignals des Gatters 405,
beispielsweise dessen fallende Flanke, mit einer Verzögerungszeit
td an den ausgangs weitergibt, an dem das Freigabesignal S40 anliegt.
Das Verzögerungsglied 406 stellt
sicher, dass das Bestätigungssignal
S40 für
eine ausreichend lange, zum Auslösen
des Aktivierungselementes erforderliche Zeitdauer einen „Auslösepegel" aufweist, auch dann,
wenn das Sensorsignal S10 nur kurz, also nur für ein Datenwort oder nur einige
wenige Datenworte außerhalb
des Wertefensters liegt.
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Die
Referenzwerte REF1, REF2, mit der die Datenworte in der Komparatorschaltung
gemäß 6 verglichen
werden, sind vorzugsweise von außen über die Verarbeitungseinheit 20 einstellbar,
was in 6 durch gestrichelte Pfeile veranschaulicht ist. Dies
ermöglicht,
das zur Auswertung der Sensorsignale herangezogene Wertefenster
abhängig
von einem in der Verarbeitungseinheit angewendeten Algorithmus zur
Erzeugung des Auslösesignals
einzustellen.
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7 zeigt
eine Abwandlung der in 6 dargestellten Komparatorschaltung,
die neben den beiden digitalen Komparatoren 401, 402 eine
Einheit 408 zur Plausibilitätsprüfung der eingehenden Datenworte
umfasst. Diese Einheit 408 ist beispielsweise dazu ausgebildet,
eine Paritätsprüfung oder
eine CRC-Prüfung
der eingehenden Datenworte durchzuführen. Das Ausgangssignal dieser
Einheit 408 ist neben dem Ausgangssignal des bereits zuvor
erläuterten
ODER-Gatters 405 einem UND-Gatter 407 zugeführt. Die
Einheit 408 stellt an ihrem Ausgang einen High-Pegel zur
Verfügung,
wenn der durchgeführte
Plausibilitätstest
ein positives Ergebnis liefert, wenn also ein gültiges Datenwort vorliegt,
so dass nur dann ein High-Pegel des Bestätigungssignals S40 ausgegeben
wird, wenn der Wert des Datenwortes außerhalb des durch die Referenzwerte
REF1, REF2 vorgegebenen Fensters liegt, und wenn ein gültiges Datenwort
vorliegt.
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Ein
Ausführungsbeispiel
einer analogen Komparatorschaltung ist in 8 dargestellt.
Die Komparatorschaltung umfasst zwei Komparatoren 409, 410,
deren einem Eingang jeweils das Sensorsignal S10 zugeführt ist.
Einem anderen Eingang des ersten Komparators 409 ist ein
von einer ersten Referenzspannungsquelle 411 bereitgestellte
Referenzspannungssignal Vref1 zugeführt, wobei am Ausgang dieses
ersten Komparators 409 ein High-Pegel anliegt, wenn das
Sensorsignal S10 größer als
dieser erste Referenzwert Vref1 ist. Entsprechend ist dem weiteren
Eingang des zweiten Komparators 410 ein zweiter Referenzwert
Vref2 zugeführt,
wobei dieser zweite Komparator an seinem Ausgang einen High-Pegel
zur Verfügung
stellt, wenn das Sensorsignal S10 kleiner als dieser zweite Referenzwert
Vref2 ist. Die erste Referenzspannung Vref1 entspricht dem ersten
Referenzwert REF1 des erläuterten
digitalen Komparators und die zweite Referenzspannung Vref2 entspricht
dem zweiten Referenzwert REF2. Die Ausgangssignale der Komparatoren 409, 410 sind
einem ODER-Gatter 405 zugeführt, dessen Ausgangssignal
einer bereits erläuterten
Verzögerungsschaltung 406 zugeführt ist,
an deren Ausgang das Bestätigungssignal
S40 anliegt. Vorzugsweise ist zwischen das ODER-Gatter 405 und
die Halteschaltung 406 eine Unterdrückungsschaltung (Deglitch-Schaltung) 413 geschaltet,
die kurze Impulse des Ausgangssignals des Gatters ausblendet, da
davon auszugehen ist, dass solche kurzen Impulse auf Störimpulse
zurückzuführen sind,
die dem Sensorsignal S10 überlagert
sind. Bei den anhand der 6 und 7 erläuterten
digitalen Sensorsignalen werden solche Störsignale bereits in den Satelliten
in nicht näher
dargestellter Weise mittels analoger oder digitaler Filter ausgefiltert,
wobei die Satelliten bereits diskretisierte Werte zur weiteren Verarbeitung
liefern.
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Zur
Verdeutlichung der Funktionsweise der in den 6 bis 8 dargestellten
Komparatorschaltungen zeigt 9 beispielhaft
den zeitlichen Verlauf eines analogen Sensorsignals und eines durch
Digitalisierung eines analogen Signals erzeugten digitalen Sensorsignals.
Die Amplitudenwerte des di gitalen Sensorsignals werden in Form nicht
näher dargestellter
digitaler Datenworte zeitlich aufeinander folgend übertragen.
Die Frequenz, mit der die digitalen Sensordatenwerte vorliegen beträgt in dem dargestellten
Ausführungsbeispiel
f=1/T. 9 zeigt außerdem
die Schwellenwerte Vref1, Vref2 für das analoge Sensorsignal
und die Schwellenwerte REF1, REF2 für das digitale Sensorsignal.
Die Schwellenwerte liegen vorzugsweise symmetrisch um einen Ruhewert
des Sensors und sind so gewählt,
dass sie durch normales Signalrauschen, das dem Sensorsignal überlagert
ist, nicht erreicht werden. Das dargestellte Sensorsignal übersteigt
im zeitlichen Verlauf nach einem Zeitpunkt t1, der den Beginn eines
Unfallereignisses markiert, die obere Schwelle Vref1 bzw. REF1,
wodurch das jeweilige Ausgangssignal S405 bzw. S407 der in den 6 bis 8 dargestellten Logikschaltungen 405 bzw. 405, 407 einen
High-Pegel annimmt. Mit der steigenden Flanke dieses Ausgangssignals
der Logikschaltung nimmt das Freigabesignal ebenfalls einen High-Pegel
an, wobei das Freigabesignal nach Absinken des Logikgatterausgangssignals
S405 bzw. S407 auf einen Low-Pegel noch für die Verzögerungsdauer td auf einem High-Pegel
verbleibt. Die Verzögerungsdauer
td ist dabei so gewählt,
dass sie ausreichend lang ist, um das Aktivierungselement 50 über die
Auslöseschaltung 30 sicher
auszulösen.
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Für die Erläuterung
der Komparatorschaltungen gemäß der 6 bis 8 wurde
vom Vorhandensein lediglich eines Sensorsignals S10 ausgegangen.
Selbstverständlich
sind bei modernen Insassenschutzsystemen mehrere Sensoren vorhanden, deren
Sensorsignale zur Erzeugung des Auslösesignals S20 der Verarbeitungseinheit 20 zugeführt sind.
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10 zeigt
ein Ausführungsbeispiel
einer Komparatorschaltung, die ein Bestätigungssignal S40 aus mehreren
Sensorsignalen S10_1, S10_2, S10_n zur Verfügung stellt. Zur Veranschaulichung zeigt 10 mehrere
Sensoren 10_1, 10_2, 10_n, die als beliebige
periphere oder interne Sensoren ausgebildet sein können, und
die jeweils ein digitales oder ein analoges Sensorsignal S10_1,
S10_2, S10_n bereitstellen. Die einzelnen Sensorsignale sind jeweils
Fensterkomparatoren 40_1, 40_2, 40_n zugeführt, die
abhängig
von der Auswertung des jeweiligen Sensorsignals S10_1–S10_n Freigabesignal
S40_1, S40_2, S40_n zur Verfügung
stellen, die durch ein Logikgatter 45, beispielsweise ein ODER-Gatter
zu dem Freigabesignal S40 verknüpft werden.
Abhängig
davon, ob die Sensorsignale S10_1, S10_2, S10_n analoge oder digitale
Signale sind, sind die Fensterkomparatoren als analoge oder digitale
Komparatoren aufgebaut, beispielsweise jeweils entsprechend einer
der in den 6 bis 8 dargestellten
Komparatorschaltungen.
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11 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel
einer Ansteuerschaltung für
ein Aktivierungselement 50 eines Insassenschutzsystems
in einem Kraftfahrzeug. Die Ansteuerschaltung umfasst mehrere periphere
Sensoren 10_1, 10_n, die jeweils Sensorsignale
S10_1, S10_n bereitstellen, die einer Schnittstellenschaltung 60 zugeführt sind.
Diese Schnittstellenschaltung 60 ist dazu ausgebildet,
die von den Sensoren 10_1, 10_n bereitgestellten
Messwerte in regelmäßigen Zeitabständen abzufragen und
in einem Zwischenspeicher abzulegen. Die Schnittstellenschaltung 60 ist über einen
Datenbus Int1 an die Verarbeitungseinheit 20 angeschlossen und
liefert die in dem Zwischenspeicher abgelegten Messwerte als serielle
Datenfolge an die Verarbeitungseinheit 20, in der die Sensorwerte
zur Erzeugung des Auslösesignals
ausgewertet werden. Die Verarbeitungseinheit 20 ist in
dem Ausführungsbeispiel
ebenfalls über
einen Datenbus Int2 an die Auslöseschaltung 30 angeschlossen,
um der Auslöseschaltung
das Auslösesignal
zuzuführen.
Neben dem Auslösesignal
können
die Verarbeitungseinheit 20 und die Auslöseschaltung 30 über den
Datenbus weitere Daten austauschen. So besteht beispielsweise die
Möglichkeit,
dass die Auslöseschaltung 30 ihrerseits
Daten an die Verarbeitungsschaltung 20 liefert, die beispielsweise
den Betriebszustand der Auslöseschaltung 30 anzeigen.
In der Auslöseschaltung 30 kann
beispielsweise eine Diagnose- und Schutz schaltung vorgesehen werden,
die permanent ein ordnungsgemäßes Funktionieren
der Auslöseschaltung 30 überwacht,
um ein entsprechendes Statussignal an die Verarbeitungseinheit 20 zurückzuliefern.
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Die
Ansteuerschaltung umfasst weiterhin eine Komparatorschaltung 41,
der die in der Schnittstellenschaltung 60 zwischengespeicherten
Sensorwerte zur Auswertung und Erzeugung eines Freigabesignal S41
zugeführt
sind. Dieses Freigabesignal S41 ist der Auslöseschaltung 30 zugeführt, die
dieses Freigabesignal S41 neben einem von der Verarbeitungseinheit 20 über den
Datenbus Int2 gelieferten Auslösesignal
für das
Auslösen
des Aktivierungselementes 50 auswertet.
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Zum
besseren Verständnis
zeigt 12 schematisch einen Ausschnitt
der Schnittstellenschaltung 60 und der Komparatorschaltung 41.
Die Schnittstellenschaltung 60 umfasst einen Zwischenspeicher 61,
der Speicherplätze 61_1, 61_2, 61_3, 61_4, 61_n zur
Speicherung jeweils eines einen Sensormesswert repräsentierenden
digitalen Datenwortes aufweist. Eine Digitalisierungsschaltung,
die die von den Sensoren 10_1...10_n gelieferten analogen oder
bereits diskretisierten Sensorsignale S10_1...10_n in digitale,
in dem Speicher 61 abspeicherbare Datenworte umwandelt,
ist in 12 aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht dargestellt. S10_1[k...S10_nk]
in 12 steht jeweils für ein solches
Datenwort der Länge
m. Gesteuert durch eine Ablaufschaltung 64 werden die in
dem Speicher 61 abgelegten Datenworte ausgelesen und über eine Eingangs-/Ausgangsschaltung 63,
beispielsweise ein SPI-Interface,
auf den Datenbus Int1 zur Übertragung
an die Verarbeitungseinheit 20 gegeben. Der Ablaufschaltung 64 sind
in nicht näher
dargestellter Weise beispielsweise Befehle über den Datenbus Int1 von der
Verarbeitungseinheit 20 zugeführt, die Informationen enthalten,
welche der Sensormesswerte ausgelesen bzw. über den Bus ausgegeben werden
sollen. Zum Auslesen der einzelnen Speicherplätze dient beispielsweise ein
Multiplexer 65, der angesteuert durch die Ablaufschaltung 64 den
Inhalt jeweils eines Speicherplatzes an die Eingangs/Ausgangsschaltung 63 weitergibt.
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Die
Bestätigungsschaltung 41 greift
direkt auf die einzelnen Speicherplätze 61_1...61_n zu,
um die übertragenen
Datenworte jeweils einem Fensterkomparator 40_1...40_n zuzuführen, die
jeweils ein Freigabesignal S40_1...S40_n erzeugen. Die Freigabesignale
sind einem Logikgatter, beispielsweise einem ODER-Gatter 43 zugeführt sind,
das das Freigabesignal S41 aus den Einzelfreigabesignalen S40_1...S40_n
zur Verfügung
stellt. Die einzelnen Fensterkomparatoren 40_1...40_n sind
beispielsweise entsprechend der Fensterkomparatoren gemäß der 6 und 7 ausgebildet,
die in nicht näher dargestellter
Weise vorzugsweise an den Datenbus angeschlossen sind, an den auch
die Verarbeitungseinheit 20 angeschlossen ist, um die Referenzwerte einstellen
zu können.
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Es
sei darauf hingewiesen, dass anstelle des in 12 dargestellten
Logikgatters selbstverständlich
beliebige weitere logische Verknüpfungsschaltungen
zur Erzeugung des Freigabesignals S41 abhängig von den Einzelfreigabesignalen S40_1...S40_n
zu erzeugen. Um beispielsweise ein Freigabesignal nur dann zu erzeugen,
wenn zwei oder mehr ausgewählte
Sensoren ein Einzelfreigabesignal liefern, besteht die Möglichkeit,
diese Einzelfreigabesignale mittels eines UND-Gatters zu verknüpfen und das hieraus resultierende
Kombinationsfreigabesignal mit weiteren Einzelfreigabesignalen oder
weiteren derartigen Kombinationsfreigabesignalen zu verknüpfen, um
das Freigabesignal S41 zu erzeugen. UND-verknüpft werden dabei beispielsweise
ein Drucksensor und ein neben dem Drucksensor angeordneter Beschleunigungssensor.
Insassenschutzsysteme in Fahrzeugen sind üblicherweise symmetrisch aufgebaut,
d.h. fahrerseitig und beifahrerseitig sind entsprechende Sensoren
vorhanden. Bei solchen symmetrischen Systemen besteht beispielsweise
die Möglichkeit,
ein Freigabesignal nur dann zu erzeugen, wenn zwei Sensoren, die
symmetrisch bzw. der Fahrzeugmitte angeordnet sind, ein Einzelfrei gabesignal.
In diesem Fall werden die Einzelfreigabesignale zweier symmetrisch
zur Fahrzeugmitte angeordneter Sensoren UND-verknüpft.
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Vorzugsweise
sind neben den erläuterten peripheren
Sensoren 10_1...10_n einer oder mehrere interne Sensoren 11 vorhanden,
die analoge oder digitale Sensorsignale S11 an die Bestätigungseinheit 41 liefern.
Für jedes
dieser zusätzlichen
Sensorsignale S11 ist ein eigener Fensterkomparator 40_11 vorhanden,
der entsprechend eines der in den 6 bis 8 dargestellten
Komparatoren ausgebildet ist. Das Ausgangssignal S40_11 dieses Fensterkomparators
ist zusammen mit den Ausgangssignalen der weiteren Fensterkomparatoren 40_1...40_n der Logikverknüpfungsschaltung 43 zur
Erzeugung des Bestätigungssignals
S41 zugeführt.
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Insassenschutzsysteme
sind bezüglich
ihrer Sensoranordnung üblicherweise
symmetrisch ausgeführt.
So ist beispielsweise zur einem in der Fahrertür vorhandenen Sensor ein entsprechender
Sensor in der Beifahrertür
vorhanden. Bei der Auswertung der Messdaten zweier solcher sich
entsprechender Sensoren werden gleiche Referenzwerte verwendet,
so dass ein erster Fensterkomparator, der die Messdaten eines ersten
Sensors und ein zweiter Fensterkomparator, der die Messdaten eines zweiten,
zu dem ersten Sensors symmetrischen Sensors auswertet, gemeinsam
auf einen Speicher zugreifen können,
in dem die beiden Referenzwerte abgespeichert sind. Der Schaltungsaufwand
der Gesamtanordnung kann hierdurch reduziert werden.
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- S10
- Sensorsignal
- S20
- Auslösesignal
- REF1,
REF2
- Referenzwerte
- Vref1,
Vref2
- Referenzspannung
- S40
- Bestätigungssignal
- S10_1...S10_n
- Sensorsignale
- S41
- Bestätigungssignal
- Int1,
Int2
- Datenbus
- S11
- Sensorsignal
- S40_1...S40_n
- Bestätigungssignale
- 10
- Sensor
- 11
- interner
Sensor
- 20
- Verarbeitungseinheit
- 10_1...10_n
- Sensoren
- 30
- Auslöseschaltung
- 33
- UND-Gatter
- 40
- Komparatorschaltung
- 41
- Bestätigungsschaltung
- 45
- ODER-Gatter
- 50
- Aktivierungselement
- 60
- Schnittstellenschaltung
- 61
- Zwischenspeicher
- 62
- Adressierungsschaltung
- 31,
32
- Schalter
- 63
- Ausgangsschaltung
- 64
- Ablaufschaltung
- 34,
35
- Treiberschaltungen
- 40_1...40_n
- Fensterkomparatoren
- 111
- Interner
Sensor
- 120
- Verarbeitungseinheit
- 130
- Auslöseschaltung
- 133
- Beschleunigungssensor
mit Schalter
- 150
- Aktivierungselement
- 160
- Schnittstellenschaltung
- 170
- Zweite
Verarbeitungseinheit
- 110_1,
110_n
- Periphere
Sensoren
- 131,
132
- Schalter
- 405
- Verknüpfungsschaltung, ODER-Gatter
- 406
- Verzögerungsschaltung
zur Impulsverlänge
-
- rung
- 407
- UND-Gatter
- 408
- Einheit
zur Daten-Validitätsprüfung
- 413
- Unterdrückungsschaltung
- 301,
302
- Anschlussklemmen
der Auslöseschaltung
- 401,
402
- Digitale
Komparatoren
- 403,
404
- Speicher
- 409,
410
- Analoge
Komparatoren
- 411,
412
- Referenzspannungsquellen