DE19524329A1 - Crashdetektor mit Potentialtrennung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Crashdetektor für Fahrzeuge zur Aufprallerkennung bei Unfällen nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Crashdetektoren werden in Fahrzeugen eingesetzt, um bei einem Unfall aktive Sicherheitsvorrichtungen zum Schutze der Insassen auszulösen. Solche Sicherheitsvorrichtungen können z. B. Airbags oder Gurtstraffersysteme sein.

Das Auslösen einer Sicherheitsvorrichtung geschieht in der Regel durch einen Elektrozünder, der den pyrotechnischen Treibsatz eines Gasgenerators zündet. Die für einen oder mehrere Elektro­ zünder erforderliche Zündenergie wird von einem Kondensator ge­ speichert. Im normalen Fahrbetrieb ist dabei durch eine Ladeein­ richtung sichergestellt, daß die Spannung am Kondensator nicht unter eine geforderte Mindestspannung absinkt. Wird bei einem Unfall ein Aufprall durch den Crashdetektor erkannt, so schlie­ ßen geeignete Schaltelemente den Kondensator mit den jeweiligen Elektrozündern kurz. Hierdurch entlädt sich der Kondensator über die angeschlossenen Elektrozünder und die im Kondensator gespei­ cherte Energie wird in den Elektrozündern in Wärme umgewandelt. Als Folge davon wird durch mindestens einen Elektrozünder min­ destens ein Spreng- oder Treibsatz gezündet und der dabei ex­ pandierende Gastreibsatz aktiviert die betreffende Sicherheits­ vorrichtung im Millisekundenbereich.

Der Crashdetektor ist üblicherweise zentral im Fahrzeug ange­ bracht, um eine Beschädigung während eines Aufpralls zu vermei­ den. Die Sicherheitsvorrichtungen mit den Elektrozündern sind dagegen im Fahrzeug verteilt montiert. Deshalb ist es erforder­ lich, die im Fahrzeug vorhandenen Elektrozünder mit dem Crash­ detektor durch Verbindungsleitungen elektrisch zu verbinden.

Eine derartige Anordnung hat allerdings den Nachteil, daß bei einem Kurzschluß der Verbindungsleitungen eine an den Crash­ detektor angeschlossene Sicherheitsvorrichtung unerwünscht ausgelöst werden kann oder aber während eines Unfalls gar nicht erst ausgelöst wird. Derartige Kurzschlüsse können insbesondere während eines Unfalls durch Beschädigung der Verbindungsleitun­ gen auftreten, wenn die Karosserie des Fahrzeugs stark gestaucht und verformt wird und die Isolierung einer Verbindungsleitung dadurch beschädigt wird. Kurzschlüsse auf den Verbindungsleitun­ gen sind allerdings auch im Normalbetrieb nicht gänzlich auszu­ schließen und können z. B. durch unsachgemäße Reparaturen am Fahrzeug oder infolge eines Unfalls auftreten.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Crashdetektor der eingangs angegebenen Art funktionssicherer zu gestalten.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß auf einer einzelnen Verbindung zwischen den Polen zweier Spannungsquellen kein Ladungsausgleich stattfindet, solange die beiden Spannungsquellen vor ihrer Verbindung poten­ tialfrei getrennt waren. Herkömmliche Crashdetektoren weisen dieses Merkmal nicht auf, da das Potential V2 des Kondensators üblicherweise fest auf Masse und damit auf das Potential V- der Fahrzeugbatterie gelegt ist.

Die Erfindung besitzt den Vorteil, daß bei einer potentialfreien Trennung des Kondensators von der Fahrzeugbatterie ein Kurz­ schluß einer einzelnen Verbindungsleitung zwischen Crashdetektor und Elektrozünder mit einem Pol der Fahrzeugbatterie keine Auswirkung auf die Funktion der angeschlossenen Sicherheits­ vorrichtung hat, solange noch eine elektrisch leitende Verbin­ dung zwischen dem Crashdetektor und dem Elektrozünder besteht. Somit kann gegenüber herkömmlichen Crashdetektoren die Zuver­ lässigkeit des Sicherheitssystems noch um einiges gesteigert werden.

Demgegenüber sind zwar auch Fehler auf den Verbindungsleitungen denkbar, die von dem erfindungsgemäßen Crashdetektor nicht ausgegrenzt werden können. Hierzu zählen z. B. Fehler, bei denen eine Verbindungsleitung völlig durchtrennt ist oder bei denen auf beiden Leitungen ein Kurzschluß auftritt. Allerdings sind derartige Fehler wesentlich unwahrscheinlicher als die durch den erfindungsgemäßen Crashdetektor behebbaren Fehler. Die wahr­ scheinlichsten Fälle für einen Kurzschluß auf den Verbindungs­ leitungen sind somit durch den erfindungsgemäßen Crashdetektor ausgegrenzt.

Allgemein läßt sich eine Potentialtrennung zwischen den Poten­ tialen der Fahrzeugbatterie und den Potentialen des Kondensators durch geeignete Schaltelemente erreichen. Unter Schaltelementen sind hierbei sämtliche Bauelemente zu verstehen, die zwischen einem hochohmigen und einem niederohmigen Zustand umschaltbar sind. Im niederohmigen Zustand erfolgt die Aufladung des Konden­ sators, während im hochohmigen Zustand eine Potentialtrennung erreicht wird. Vorzugsweise sind die Schaltelemente dabei durch eine Steuereinheit steuerbar.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung besteht ein Schaltelement aus einer Ladeeinrichtung und trennt das Potential V1 von dem Potential V+. Ein zweites Schaltelement trennt das Potential V2 von dem Potential V- und besteht vorzugsweise aus einem Halbleiterschalter. Sowohl Ladeeinrichtung als auch Halbleiterschalter sind von einer Steuereinheit in ihren Zustän­ den steuerbar. Die Lädeeinrichtung, die gegebenenfalls einen Gleichspannungswandler umfaßt, stellt im normalen Fahrbetrieb eine ausreichende Aufladung des Kondensators sicher und gibt in zeitlichen Abständen Ladeimpulse an den Kondensator ab. Wird kein Ladeimpuls an den Kondensator abgegeben, befindet sich die Ladeeinrichtung im hochohmigen Zustand. Vorzugsweise wird in diesem Zustand der Halbleiterschalter von einer Steuereinheit ebenfalls in den hochohmigen Zustand geschaltet. Beim Abgeben eines Ladeimpulses muß dagegen auch der Halbleiterschalter geschlossen sein. Bei Aufprallerkennung stellt die Steuereinheit sicher, daß keine Ladeimpulse an den Kondensator abgegeben werden und daß sich sowohl die Ladeeinrichtung als auch der Halbleiterschalter im hochohmigen Zustand befinden.

Die Erfindung und deren bevorzugte Ausführungsform werden im folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben. In dieser zeigt

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild eines herkömmlichen Crash­ detektors,

Fig. 2 ein Prinzipschaltbild des erfindungsgemäßen Crashdetektors und

Fig. 3 ein Prinzipschaltbild einer bevorzugten Aus­ führungsform der Erfindung.

Fig. 1 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines üblichen Crashdetek­ tors 4 mit einer eine Sicherheitseinrichtung aktivierenden Zünd­ einrichtung. Die Spannungsversorgung erfolgt durch die Fahrzeug­ batterie, wobei der Minuspol V- der Fahrzeugbatterie mit dem Chassis und/oder der Karosserie des Fahrzeugs verbunden ist. Die Aufprallerkennung erfolgt mit Hilfe eines Beschleunigungssensors 1. Das Ausgangssignal des Beschleunigungssensors wird von der Steuereinheit 2 ausgewertet. Diese umfaßt einen ASIC (Applica­ tion Specific Integrated Circuit), zur Signalaufbereitung des Beschleunigungssignals sowie einen Mikrocontroller, auf dem die Steuerlogik des Crashdetektors programmiert ist. Über diese Steuerlogik werden die Schaltelemente S1, S2 und S3 angesteuert.

Das Schaltelement S3 dient zum Aufladen des Kondensators C und wird zum Aufrechterhalten einer Mindestspannung am Kondensator in zeitlichen Abständen kurzzeitig geschlossen.

Die Schaltelemente S1 und S2 dienen dem Zünden des aus einem Widerstandselement R bestehenden Elektrozünders, der über die Leitungen W1 und W2 mit dem Crashdetektor elektrisch verbunden ist. Üblicherweise werden mehrere Elektrozünder durch einen Crashdetektor gezündet, aus Gründen der Vereinfachung ist in der Zeichnung allerdings nur ein Elektrozünder dargestellt.

Das Schaltelement S1 wird geschlossen, sobald das Beschleuni­ gungssignal einen verhältnismäßig niedrigen Schwellwert über­ schreitet. Das Schaltelement S2 wird geschlossen, wenn das Integral des Beschleunigungssignals über eine vorgegebenen Zeitraum einen verhältnismäßig hohen Signal-Schwellwert er­ reicht. Eine Zündung der die Sicherheitseinrichtung (Airbag, Gurtstrammer) aktivierenden Einrichtung findet demnach erst statt, wenn beide Schaltelemente S1 und S2 geschlossen sind. In diesem Fall entlädt sich der Kondensator über den Widerstand R des Elektrozünders, der mit den Leitungen W1 und W2 an den Crashdetektor 4 angeschlossen ist.

Die folgenden Fehlerfälle, die bei dem bekannten Crashdetektor auftreten können, lassen sich mit der Erfindung vermeiden, vorausgesetzt, daß die Leitungen W1 und W2 nicht unterbrochen sind:
(E1-): Leitung W1 ist mit dem Potential V- kurzgeschlossen
(E2+): Leitung W2 ist mit dem Potential V+ kurzgeschlossen
(E1+): Leitung W1 ist mit dem Potential V+ kurzgeschlossen
(E2-): Leitung W2 ist mit dem Potential V- kurzgeschlossen.

Der Elektrozünder zündet bei Aufprallerkennung nicht, obwohl die Schaltelemente S1 und S2 geschlossen sind, wenn der Fehler (E1-) oder der Fehler (E2+) auftritt. In diesen Fällen fließt die Ladung des Kondensators C ausschließlich über den Kurzschluß und nicht über den Widerstand R des Elektrozünders ab, so daß der Elektrozünder nicht gezündet werden kann.

Demgegenüber zündet der Elektrozünder zur Unzeit, wenn nur der Schalter S1 geschlossen ist und der Fehler (E2-) auftritt. Gleiches gilt, wenn nur der Schalter S2 geschlossen ist und der Fehler (E1+) auftritt. In diesen Fällen liegt an dem Widerstand R des Elektrozünders direkt die Spannung der Fahrzeugbatterie an, so daß dieser gezündet wird.

Wie in Fig. 2 gezeigt, werden die oben genannten Fehler bei dem erfindungsgemäßen Crashdetektor durch Einfügen eines weiteren Schaltelements S4 zwischen dem Potential V- und dem Potential V2 vermieden. Zweckmäßigerweise werden die zwischen den Potentialen V+ und V- und den Potentialen V1 und V2 angeordneten Schaltele­ mente S3 und S4 durch die Steuereinheit 2 geöffnet, wenn minde­ stens eines der Schaltelemente S1 und S2 geschlossen ist. Sobald die Schaltelemente S3 und S4 geöffnet sind, stellt der geladene Kondensator C gegenüber der Fahrzeugbatterie eine potentialfreie Spannungsquelle dar. Ein Kurzschluß zwischen den Potentialen V1 oder V2 und den Potentialen V+ oder V- hat dann keine Fehlfunk­ tion des Crashdetektors zur Folge.

In Zeiten, in denen der Kondensator nicht aufgeladen wird, lassen sich demnach die obengenannten Fehler mit einer einfachen schaltungstechnischen Maßnahme beheben, so daß die Zuverlässig­ keit des Crashdetektors gesteigert werden kann.

Fig. 3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem die Schaltelemente S1, S2 und S4 durch Halbleiterschalter und das Schaltelement S3 durch eine Ladeeinrichtung ersetzt sind.

Die Ladeeinrichtung umfaßt einen Gleichspannungswandler, der die Spannung der Fahrzeugbatterie von üblicherweise 12 Volt auf 20 bis 30 Volt wandelt. Ladeimpulse mit dieser Spannung in getak­ teter Form werden an den Kondensator C derart abgegeben, daß die Kondensatorspannung nicht unter einen Sollwert sinkt. Ist min­ destens einer der Halbleiterschalter T1 und T2 geschlossen, wird die Ladeeinrichtung 3 von der Steuereinheit 2 gesperrt. In die­ sem Fall besitzt die Ladeeinrichtung einen so hohen Widerstand, daß eine hochohmige Potentialtrennung zwischen dem Potential V1 und dem Potential V+ vorliegt. Weiterhin ist der Halbleiterschal­ ter T4 nur geschlossen, wenn die Ladeeinrichtung einen Ladeim­ puls an den Kondensator abgibt.

Die Steuereinheit 2 schaltet die Ladeeinheit 3 und den Halb­ leiterschalter T4 in den hochohmigen Zustand und unterbindet damit ein Aufladen des Kondensators, sobald mindestens eine der oben genannten Bedingungen zum Schließen der Halbleiterschalter T1 und T2 erfüllt ist.

Damit ist sichergestellt, daß der Kondensator von der Fahrzeug­ batterie auch dann potentialfrei getrennt ist, wenn nur einer der Halbleiterschalter T1 und T2 geschlossen ist.

Wird ein Aufprall erkannt, werden beide Halbleiterschalter T1 und T2 durch die Steuereinheit 2 geschlossen sind, so daß sich der Kondensator C über den Widerstand R des Elektrozünders entladen kann.

Claims (11)

1. Crashdetektor für Fahrzeuge zur Aufprallerkennung bei Unfäl­ len
mit einer Spannungsversorgung, vorzugsweise durch die Fahr­ zeugbatterie,
mit einem aus einem Widerstandselement bestehenden Elektro­ zünder für einen Treibsatz eines Gasgenerators einer Sicher­ heitseinrichtung und
mit einem Kondensator zum Speichern der für den Elektrozün­ der erforderlichen Zündenergie, wobei bei Aufprallerkennung zwischen den geladenen Kondensator und dem Elektrozünder eine elektrisch leitende Verbindung hergestellt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß Schaltelement (S3, S4) vorgesehen sind, durch das die Potentiale V1 und V2 des geladenen Kondensators von den Potentialen V+ und V- der Spannungsversorgung hochohmig trennbar sind.

2. Crashdetektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Schaltelement S3 das Potential V1 von dem Potential V+ trennt und ein zweites Schaltelement S4 das Potential V2 von dem Potential V- trennt.

3. Crashdetektor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltelemente S3 und S4 zum Laden des Kondensators geschlossen sind und andernfalls zumindest eines der beiden Schaltelemente geöffnet ist.

4. Crashdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Elektrozünder und dem Kondensator die Schaltelemente S1 und S2 in Reihe geschaltet sind und daß bei Aufprallerkennung beide Schaltelemente geschlossen sind.

5. Crashdetektor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltelemente S3 und S4 geöffnet sind, wenn die Schalt­ elemente S1 und S2 geschlossen sind.

6. Crashdetektor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltelemente S3 und S4 geöffnet sind, wenn mindestens eines der Schaltelemente S1 und S2 geschlossen ist.

7. Crashdetektor nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement S3 eine Ladeeinrich­ tung mit einem Gleichspannungswandler umfaßt, die Ladeimpul­ se an den Kondensator derart abgibt, daß die Kondensator­ spannung nicht unter einen Sollwert sinkt.

8. Crashdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltelemente aus Halbleiterschal­ tern bestehen.

9. Crashdetektor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufprallerkennung durch eine Steuer­ einheit erfolgt, die das Signal eines Beschleunigungssensors aufwertet.

10. Crashdetektor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinheit einen Mikroprozessor und einen ASIC umfaßt.

11. Crashdetektor nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekenn­ zeichnet, daß sämtliche Schaltelemente von der Steuereinheit ansteuerbar sind.