DE102008003702A1

DE102008003702A1 - Elektrische Zündendstufe für zumindest eine pyrotechnische Zündeinheit

Info

Publication number: DE102008003702A1
Application number: DE200810003702
Authority: DE
Inventors: Guido Wetzel; Torsten Frehse
Original assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Current assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Priority date: 2008-01-09
Filing date: 2008-01-09
Publication date: 2009-07-16

Abstract

Es wird eine elektrische Zündendstufe für zumindest eine pyrotechnische Zündeinheit (5), mit jeweils zwei Anschlüssen (5.H, 5.L) für die Zündeinheit(en) und an jedem der Anschlüsse jeweils mindestens ein Schaltmittel (2, 3) in Serie zum Zündstromkreis, vorgestellt, bei der an jedem der beiden Anschlüsse (5.H, 5.L) für die Zündeinheit(en) jeweils zwei Schaltmittel (1 u. 2 sowie 3 u. 4) in Serie geschaltet sind. Bei einer Mehrzahl von Zündeinheiten können die äußeren Schaltmittel (1, 4) sowie Stromquelle (Iq) und Stromsenke (IS) gemeinsam genutzt werden. Zudem wird ein geeignetes Verfahren zum Funktionstest dieser Zündendstufe angegeben.

Description

Die Erfindung betrifft eine elektrische Zündendstufe gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1. Derartige Zündendstufen sind in beispielsweise in einem zentralen Steuergerät für Insassenschutzeinrichtungen vorgesehen. So ist beispielsweise der EP 0283737 A1 eine derartige Zündendstufe zu entnehmen, wobei bereits zur Funktionsprüfung einzelne Schalter im Zündstromkreis geschlossen und ein Teststrom eingespeist und der Stromfluss überwacht wird. Werden jedoch Schaltmittel im Zündstromkreis geschlossen, besteht bei einem Kurzschluss auf Versorgungsspannung oder Bezugspotential die Gefahr, dass der über die Zündeinheit fliessende Strom so gross wird, dass dieser die Zündeinheit aktiviert.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Zündendstufe vorzustellen, bei der ein einfacher und zugleich sicherer Funktionstest möglich ist. Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sind aus den Unteransprüchen, wobei auch Kombinationen und Weiterbildungen einzelner Merkmale miteinander denkbar sind.
Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, dass an jedem der beiden Anschlüsse für die Zündeinheit, also auf der sogenannten High-Side zur Versorgungsspannung hin sowie auch auf der sogenannten Low-Side zum Bezugspotential hin jeweils zwei Schaltmittel in Serie geschaltet sind. Somit sind insgesamt vier Schaltmittel im Zündstromkreis, wovon jeweils zwei auf jeder Seite der Zündeinheit angeordnet sind. Der Zündstromkreis geht dabei von der Versorgungsspannung über die zwei in Serie befindlichen Schaltmittel auf der High-Side über die Zündeinheit und von da aus über die zwei in Serie befindlichen Schaltmittel auf der Low-Side zum Bezugspotential, in aller Regel dem Massepotential hin.
Zudem ist vorzugsweise auf der der Versorgungsspannung zugewandten Seite zwischen den zwei Schaltmitteln eine steuerbare Stromsenke und auf der dem Bezugspotential zugewandten Seite zwischen den zwei Schaltmitteln eine steuerbare Stromquelle angeordnet sind. Zwischen den zwei in Serie befindlichen Schaltmitteln auf der High- bzw.
Low-Side ist also ein elektrischer Knotenpunkt, an dem die Stromsenke auf der Highside bzw. Stromquelle auf der Lowside angeschlossen sind.
Stromquelle und Stromsenke sind steuerbar, werden also zu einem definierten Zeitpunkt zu- bzw. abgeschaltet und lassen nur einen vorgegebenen in seiner Amplitude begrenzten Teststrom fliessen.
In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung sind für eine Mehrzahl von Zündeinheiten sind jeweils zwei separate Anschlüsse vorgesehen, wobei für jede der Zündeinheiten beidseitig der separaten Anschlüsse jeweils ein separates Schaltmittel in Serie zum Zündstromkreis angeordnet ist und in Serie zu diesen separaten Schaltmitteln auf den beiden abgewandten Seiten bezüglich der Zündeinheiten ein gemeinsamer elektrischer Knotenpunkt für die Zündeinheiten vorgesehen und zwischen diesen Knotenpunkten und der Versorgungsspannung einerseits sowie der Bezugsspannung andererseits jeweils ein für alle Zündeinheiten gemeinsames Schaltmittel vorgesehen ist. An diesen gemeinsamen Knotenpunkten können dann auch für alle Zündeinheiten gemeinsam nutzbar die Stromsenke und Stromquelle angeschlossen werden, so dass neben den äußeren Schaltmitteln auch die Stromsenke und Stromquelle gemeinsam genutzt werden können.
Ein besonders bevorzugter Ablauf der Funktionsprüfung der Zündendstufe ergibt sich, wenn bei angeschlossener Zündeinheit zunächst die beiden im Zündstromkreis beidseitig direkt an der Zündeinheit befindlichen Schaltmittel geschlossen werden, wobei die dazu in Serie zur Versorgungsspannung und dem Bezugspotential befindlichen Schaltmittel geöffnet sind und von der steuerbaren Stromquelle ein vorgegebener Teststrom erzeugt und von der Stromsenke ein entsprechender Teststrom aufgenommen und der Stromfluss überwacht wird. Da sowohl durch die Stromquelle als auch die Stromsenke eine Strombegrenzung erfolgt, kann selbst bei einem Kurzschluss auf Versorgungsspannung in den Leitungen zur Zündeinheit es keinesfalls zu einer Fehlauslösung kommen. Ist dieser innere Teil des Zündstromkreises intakt, werden nachfolgend die beiden im Zündstromkreis beidseitig direkt an der Zündeinheit befindlichen Schaltmittel geöffnet und die im Zündstromkreis bezüglich der Zündeinheit außen liegenden Schaltmittel geschlossen werden, von der steuerbaren Stromquelle wiederum ein vorgegebener Teststrom erzeugt und von der Stromsenke ein Teststrom aufgenommen und der Stromfluss überwacht wird.
Die Erfindung wird nun nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles unter Zuhilfenahme der Figuren näher erläutert. Im Folgenden können für funktional gleiche und/oder gleiche Elemente mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet sein, ggfs. werden ergänzend Indizes verwendet.
Es zeigen
1: Zündendstufe gemäß dem Stand der Technik
2: erste erfindungsgemäße Ausgestaltung
3: Weiterbildung mit Mehrzahl von separat ansteuerbaren Zündeinheiten
Die Erfindung betrifft also eine Realisierung einer Zündendstufe beispielsweise für Insassenschutzeinrichtungen, mittels dieser zum einen eine Vereinfachung der Systemüberprüfung sowie eine Verbesserung der Robustheit gegenüber Anliegeschlüsse auf Bezugs- oder Versorgungsspannungspotential im Endstufenbereich erwirkt werden kann.
Bei den heutigen Insassenschutz-Systemen, sind die Systeme in der Regel derart realisiert, dass die daran beteiligten Funktionskomponenten einer permanenten bzw. bei jedem Einschaltvorgang einer Funktionsüberprüfung unterzogen werden.
Im Endstufenbereich (zum Ansteuern der Zündmittel) werden beispielsweise die entsprechenden Schalter bei jedem Einschaltvorgang einem so genannten Schaltertest unterzogen.
Zur Funktionsüberprüfung der Endstufenschalter wird hierfür ein begrenzter Prüfstrom verwendet, damit Fehlauslösungen durch die Funktionsüberprüfung ausgeschlossen werden können.
Die 1 zeigt eine Endstufenrealisierung gemäß dem Stand der Technik, wobei zur Überprüfung der Schalter (2, 3), beim Test je die entsprechende Stromquelle (I_Q) bzw. Stromsenke (I_S) aktiviert wird, um die Testbedingungen zur Durchführung der Schalterprüfung zu schaffen.
Sofern jedoch die beiden Schalter (2, 3) nicht zusätzlich über eine schalterinterne Strombegrenzung verfügen, besteht im Falle eines sporadischen Masse- bzw. UBatt-Schluss am Zündkreis während der Schalterprüfung die Gefahr, dass ein unzulässig hoher Strom während der Schalterprüfung fließt.
Um dieses Restrisiko zu eliminieren, wird erfindungsgemäß (wie in 2 gezeigt) vorgeschlagen, die Endstufe mittels 4 Schaltern in Serie zu realisieren.
So weist die elektrische Zündendstufe gemäß 2 zwei Anschlüsse (5.H, 5.L) für die dort anschliessbare Zündeinheit (5 – dort gestrichelt angedeutet) auf. Die Zündeinheit (5) ist in der Regel baulich von der Zündendstufe getrennt und die Zündendstufe in ein Steuergerät für das Insassenschutzsystem integriert, während die Zündeinheiten bei den jeweiligen Gasgeneratoren im Fahrzeug verteilt angeordnet sind. An jedem der beiden Anschlüsse (5.H, 5.L) für die Zündeinheit(en), also auf der Highside und Lowside, sind jeweils zwei Schaltmittel (1 + 2 sowie 3 + 4) in Serie geschaltet.
Dabei sind zwei Schaltmittel 2 sowie 3 direkt an den Anschlüssen angeordnet und werden daher auch als innere Schaltmittel im Zündkreis bezeichnet, während die Schaltmittel 1 und 4 bezogen auf die Zündeinheit außen zur Versorgungsspannung und dem Bezugspotential liegend angeordnet sind. Nur wenn alle 4 Schaltmittel schliessen, kommt es zum Fliessen des Zündstroms und zur Auslösung der Zündeinheit.
Auf der der Versorgungsspannung (UH) zugewandten Seite (auch Highside genannt) ist zwischen den zwei Schaltmitteln (1, 2) eine steuerbare Stromsenke (IS) und auf der dem Bezugspotential (UL) zugewandten Seite (auch Lowside genannt) ist zwischen den zwei Schaltmitteln (3, 4) eine steuerbare Stromquelle (IQ) angeordnet. Stromsenke auf der Highside und Stromquelle auf der Lowside bedeuten einen gegenüber dem normalen Auslösefall invers gerichteteten Stromfluss während des Funktionstests, der nachfolgend noch näher beschrieben wird.
Dieser besonders bevorzugte Aufbau ermöglicht auf besonders kostengünstige Weise auch eine Zündendstufe für eine Mehrzahl von separat steuerbaren Zündeinheiten (5.1, 5.2, ...) zu realisieren, wie in 3 skizziert wird. Es sind jeweils zwei separate Anschlüsse (5.1.H, 5.1.L, 5.2.H, 5.2.L, ...) für die Zündeinheiten vorgesehen. Natürlich können gemeinsam zu zündende Zündeinheiten auch an einen gemeinsamen Anschluss angeschlossen werden.
Für jede der Zündeinheiten bzw. Gruppe gemeinsam zu zündender Zündeinheiten ist beidseitig der separaten Anschlüsse jeweils ein separates Schaltmittel (2.1, 2.2, 3.1, 3.2) in Serie zum Zündstromkreis angeordnet. In Serie zu diesen separaten, im Zündkreis innenliegenden Schaltmitteln (2.1, 2.2, 3.1, 3.2) sind auf den beiden abgewandten, also äußeren Seiten bezüglich der Zündeinheiten (5.1,5.2) je ein gemeinsamer elektrischer Knotenpunkt (K.H, K.L)) für die Zündeinheiten vorgesehen und zwischen diesen Knotenpunkten und der Versorgungsspannung einerseits sowie der Bezugsspannung andererseits jeweils ein für alle Zündeinheiten gemeinsames Schaltmittel (1, 4) vorgesehen. An diesem Knotenpunkt greifen
Auf der der Versorgungsspannung (UH) zugewandten Seite (Highside) ist wiederum zwischen den zwei Schaltmitteln (1, 2) die steuerbare Stromsenke (IS) für alle Zündeinheiten gemeinsam angeordnet und in den Knotenpunkt KH zuschaltbar. Auf der dem Bezugspotential (UL) zugewandten Seite (Lowside) ist zwischen den zwei Schaltmitteln (3, 4) die steuerbare Stromquelle (IQ) für alle Zündeinheiten gemeinsam angeordnet und in den Knotenpunkt KL zuschaltbar.
Dadurch ergeben sich folgende Vorteile:

a) eine permanente 2-polige Trennung von der Zündenergie (außer beim Zünden)
b) eine erhöhte Robustheit gegen Fehler
c) eine Strombegrenzung der Endstufenschalter ist nicht mehr erforderlich, da die Energie von der Zündpille zu jederzeit 2-polig getrennt ist
d) eine Vereinfachung der Prüfung, da die Schalter paarweise (1 & 4, bzw. 2 & 3) geprüft werden können
e) eine Vereinfachung der Fehlerverwaltung, da der Zündkreis als Einheit geprüft werden kann (ZK i.O. bzw. ZK nicht i.O.)

Die Vereinfachung der Prüfung kann hierbei beispielsweise derart erfolgen, dass

– in einem ersten Prüfschritt, die Schalter 2 & 3, sowie die Stromquelle (I_Q) und Stromsenke (I_S) aktiviert werden, um den Stromfluss iI(Test1) m Zündkreis über die Zündpille (5) zu prüfen, und
– in einem zweiten Prüfschritt, die Schalter 1 & 4, sowie die Stromquelle (I_Q) und Stromsenke (I_S) aktiviert werden, um den Stromfluss I(Test2H) & I(Test2L) in den Schaltern (1, 4) zu prüfen,

Bei einer Mehrzahl von Zündeinheiten erfolgt die Prüfung der inneren Schaltmittel zunächst sequentiell, d. h. es werden nacheinander jeweils für genau eine Zündeinheit (z. B. 5.1) die direkt an der Zündeinheit befindlichen Schaltmittel (2.1, 3.1) geschlossen, so dass der Teststrom (I(Test1)) über diese eine Zündeinheit von der Stromquelle zur Stromsenke fliesst und überwacht wird, während die anderen dazu parallelen Schaltmittel (2.2, 3.2) geöffnet sind, dieser Schritt für alle parallelen Zündeinheiten (5.2 ff.) wiederholt und nur bei fehlerfreiem Zustand in Schritt b) die gemeinsamen Schaltmittel (1, 4) geprüft werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- EP 0283737 A1 [0001]

Claims

Elektrische Zündendstufe für zumindest eine pyrotechnische Zündeinheit (5), mit jeweils zwei Anschlüssen (5.H, 5.L) für die Zündeinheiten) und an jedem der Anschlüsse jeweils zumindest ein Schaltmittel (2, 3) in Serie zum Zündstromkreis, dadurch kennzeichnet, dass an jedem der beiden Anschlüsse (5.H, 5.L) für die Zündeinheit(en) jeweils zwei Schaltmittel (1 + 2 sowie 3 + 4) in Serie geschaltet sind.
Elektrische Zündendstufe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass für zumindest zwei Zündeinheiten (5.1, 5.2, ...) jeweils zwei separate Anschlüsse (5.1.H, 5.1.L, 5.2.H, 5.2.L, ...) vorgesehen sind, wobei für jede der Zündeinheiten beidseitig der separaten Anschlüsse jeweils ein separates Schaltmittel (2.1, 2.2, 3.1, 3.2) in Serie zum Zündstromkreis angeordnet ist und in Serie zu diesen separaten Schaltmitteln (2.1, 2.2, 3.1, 3.2) auf den beiden abgewandten Seiten bezüglich der Zündeinheiten (5.1, 5.2) ein gemeinsamer elektrischer Knotenpunkt (K.H, K.L)) für die Zündeinheiten vorgesehen und zwischen diesen Knotenpunkten und der Versorgungsspannung einerseits sowie der Bezugsspannung andererseits jeweils ein für alle Zündeinheiten gemeinsames Schaltmittel (1, 4) vorgesehen ist.
Zündendstufe nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass a) auf der der Versorgungsspannung (UH) zugewandten Seite zwischen den zwei Schaltmitteln (1, 2) eine steuerbare Stromsenke (IS) und b) auf der dem Bezugspotential (UL) zugewandten Seite zwischen den zwei Schaltmitteln (3, 4) eine steuerbare Stromquelle (IQ) angeordnet sind.
Verfahren zur Funktionsprüfung der Zündendstufe nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 oder 2, wobei bei angeschlossener Zündeinheit a) zunächst die beiden im Zündstromkreis beidseitig direkt an der Zündeinheit befindlichen Schaltmittel (2, 3, 2.1, 2.2, 3.1, 3.2) geschlossen werden, wobei die dazu in Serie zur Versorgungsspannung und dem Bezugspotential befindlichen Schaltmittel (1,4) geöffnet sind, und von der steuerbaren Stromquelle ein vorgegebener Teststrom erzeugt und von der Stromsenke ein entsprechender Teststrom aufgenommen und der Stromfluss überwacht wird und b) nachfolgend die beiden im Zündstromkreis beidseitig direkt an der Zündeinheit befindlichen Schaltmittel (2, 3, 2.1, 2.2, 3.1, 3.2) geöffnet und die im Zündstromkreis bezüglich der Zündeinheit außen liegenden Schaltmittel (1, 4) geschlossen werden, von der steuerbaren Stromquelle wiederum ein vorgegebener Teststrom erzeugt und von der Stromsenke ein Teststrom aufgenommen und der Stromfluss überwacht wird.
Verfahren nach Anspruch 4 für eine Zündendstufe nach Anspruch 3 mit zumindest zwei Zündeinheiten, wobei in Schritt a) nacheinander jeweils für genau eine Zündeinheit (z. B. 5.1) die direkt an der Zündeinheit befindlichen Schaltmittel (2.1, 3.1) geschlossen und der Teststrom über diese eine Zündeinheit von der Stromquelle zur Stromsenke fliesst und überwacht wird, während die anderen dazu parallelen Schaltmittel geöffnet sind, dieser Schritt für alle parallelen Zündeinheiten (5.2 ff.) wiederholt und nur bei fehlerfreiem Zustand in Schritt b) die gemeinsamen Schaltmittel (1, 4) geprüft werden.
Insassenschutzsystem mit einem Steuergerät mit einer Zündendstufe nach einem der vorangehenden Ansprüche 1 bis 3 sowie einem Steuerprogramm zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche 4 oder 5.