DE19546359A1 - System mit zwei voneinander räumlich getrennten elektrischen Schaltungsanordnungen, und mit einer Leitung zwischen den Schaltungsanordnungen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein System gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Ein solches System wird beispielsweise in der Kraftfahrzeug­ technik verwendet, um ein Rückhaltemittel wie einen Airbag auszulösen (EP 0 471 871 B1). Das bekannte System enthält da­ bei eine als Auswerteschaltung ausgebildete erste Schaltungs­ anordnung, in der ein von einer Sensoreinrichtung geliefertes Signal ausgewertet wird, sowie eine räumlich von der ersten Schaltungsanordnung getrennte, als Zündschaltung ausgebildete zweite Schaltungsanordnung, die mit einem Zündelement des Rückhaltemittels verbunden ist. Über eine Leitung wird ein von der ersten Schaltungsanordnung geliefertes Signal zur zweiten Schaltungsanordnung übertragen.

Wird bei einem solchen System ein heiter der Leitung kurzge­ schlossen, ist die Übertragung des Signals beeinträchtigt. Um auch nach einem Kurzschluß eine ordnungsgemäße und vollstän­ dige Signalübertragung gewährleisten zu können, sind übli­ cherweise zusätzliche Schaltungsmittel vorgesehen, durch die ein Kurzschluß auf der Leitung erkannt wird. Durch die zu­ sätzlichen Schaltungsmittel werden z. B. die elektrischen Zu­ standsgrößen auf der Leitung überwacht. Sobald ein Kurzschluß erkannt wird, kann durch die zusätzlichen Schaltungsmittel veranlaßt werden, daß das gestörte Leitungssegment über eine redundante Leitung umgangen wird, oder daß ein Teilsignal über den anderen, nicht kurzgeschlossenen Leiter der Leitung zur zweiten Schaltungsanordnung übertragen wird. Diese Maß­ nahme erfordert ggf. auch zusätzlichen Schaltungsaufwand in der zweiten Schaltung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System zu schaffen, das diese Nachteile vermeidet und eine erhöhte Übertragungssicherheit auf einer Leitung zwischen zwei räum­ lich voneinander getrennten Schaltungsanordnungen ohne gro­ ßen zusätzlichen Schaltungsaufwand gewährleistet.

Dabei soll insbesondere ein Kurzschluß auf einem Leiter der Leitung die Signalübertragung nicht beeinträchtigen.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 ge­ löst.

Erfindungsgemäß wird die Leitung bezugspotentialfrei, also ohne festes Bezugspotential betrieben. Dabei wird eine Trenn­ schaltung zur galvanischen Trennung der Leitung von der er­ sten Schaltungsanordnung bei letzterer angeordnet, so daß die erste Schaltungsanordnung und die Leitung kein gemeinsames Bezugspotential mehr aufweisen. Die Anordnung der Trennschal­ tung bei der ersten Schaltungsanordnung ist dann ausreichend, wenn die zweite Schaltungsanordnung kein eigenes Bezugspoten­ tial aufweist, also elektrisch isoliert von ihrer Umgebung betrieben wird. Durch die Trennschaltung wird nun auch die zweite Schaltungsanordnung zusammen mit der Leitung bezugspo­ tentialfrei betrieben.

Bei einem Kurzschluß eines Leiters der Leitung gegen Masse oder ein beliebiges anderes Kurzschlußpotential wird die Lei­ tung zusammen mit der zweiten Schaltungsanordnung auf ein de­ finiertes Potential gelegt, ohne daß das über die Leitung übertragene Signal als Differenzsignal zwischen den Leitern der Leitung beeinträchtigt oder gestört ist, und ohne daß ein Stromfluß über den Kurzschluß erfolgt.

Zusätzlicher Schaltungsaufwand in der ersten oder der zweiten Schaltungsanordnung zum Umschalten auf redundante Leitungs­ mittel o. ä. ist nicht erforderlich.

Über die Trennschaltung kann das Signal der ersten Schal­ tungsanordnung induktiv, kapazitiv oder optisch auf die Lei­ tung eingekoppelt werden.

Das erfindungsgemäße System ist nicht auf zwei Schaltungen beschränkt. Es können beliebig viele Schaltungen über die Leitung miteinander verbunden sein.

Ist die zweite Schaltung elektrisch nicht von ihrer Umgebung isoliert und weist deshalb ein eigenes Bezugspotential auf, so wird eine Trennschaltung bei der zweiten Schaltungsanord­ nung angeordnet, die die zweite Schaltungsanordnung von der Leitung galvanisch trennt, so daß die Leitung kein festes Be­ zugspotential aufweist.

Betreffen die Schaltungsanordnungen Steuerschaltungen in Steuergeräten von Kraftfahrzeugen, wird der Aufgabe eine be­ sondere Bedeutung zuteil, da aufgrund der rauhen Umgebungsbe­ dingungen in Kraftfahrzeugen die Gefahr eines Kurzschlusses auf der Leitung zwischen zwei Steuerschaltungen besonders groß ist.

Betrifft das System darüberhinaus ein System zum Auslösen ei­ nes Rückhaltemittels in einem Kraftfahrzeug, kann bei bekann­ ten Systemen ein Kurzschluß auf einem Leiter der Leitung be­ reits zur Funktionsunfähigkeit des Systems führen und damit die Insassen ungeschützt einem Aufprall aussetzen. Die erste Schaltungsanordnung ist bei einem solchen System als Auswer­ teschaltung ausgebildet, die Signale einer Sensoreinrichtung auswertet; die zweite Schaltungsanordnung ist als Zündschal­ tung ausgebildet, die über eine Zündleitung mit einem Zünde­ lement des Rückhaltemittels verbunden ist. Die Erfindung ge­ stattet hier, auch bei Kurzschluß eines Leiters der Leitung gegen Fahrzeugmasse eine uneingeschränkte Signalübertragung auf der Leitung und damit eine zuverlässige Auslösung des Rückhaltemittels. Die folgenden Weiterbildungen der Erfindung werden anhand eines solchen Systems zur Auslösung eines Rück­ haltemittels erläutert, sind aber auf beliebige Systeme an­ wendbar.

Vorzugsweise enthält die der Auswerteschaltung zugeordnete Trennschaltung einen Übertrager, der primärseitig mit der Auswerteschaltung und sekundärseitig mit der Leitung verbun­ den ist. Das zu übertragende Signal liegt an der Primärseite des Übertragers an. Die Auswerteschaltung weist als Bezugspo­ tential dabei in der Regel Fahrzeugmassepotential auf. Die Leitung ist durch die erfindungsgemäße Anordnung des Übertra­ gers bezugspotentialfrei.

Vorzugsweise enthält das von der Auswerteschaltung gelieferte Signal ein Codesignal. Wenn in der Auswerteschaltung eine Entscheidung getroffen wird, daß das Rückhaltemittel ausge­ löst werden soll, kann ein als Codesignal ausgebildetes Aus­ lösesignal durch die erhöhte Übertragungssicherheit zuverläs­ sig an die Zündschaltung übermittelt werden, selbst wenn ein Leiter der Leitung kurzgeschlossen ist. Gleiches gilt, wenn in der Zündschaltung vorgenannte Auslöseentscheidung getrof­ fen wird und von der Auswerteeinheit für die Auslösungent­ scheidung notwendige Informationen z. B. über einen Sensorzu­ stand geliefert werden.

Vorzugsweise enthält das von der Auswerteschaltung gelieferte Signal ein Energiesignal. Die im Energiesignal enthaltene Energie kann einerseits zur Energieversorgung der Zündschal­ tung dienen, andererseits zum Zünden des mit der Zündschal­ tung verbundenen Zündelements und zum dritten zum Aufladen einer Energiespeicherreserve in der Zündschaltung verwendet werden, wobei von der Energiespeicherreserve die Energie zum Zünden geliefert wird, wenn die Energiezufuhr zum Zündelement auf ihren üblichen Weg unterbrochen oder gestört ist. Dabei wird durch die erfindungsgemäße Anordnung des Übertragers selbst bei einem Kurzschluß auf einem Leiter der Leitung die Zündschaltung unverändert mit ausreichender Energie zum ord­ nungsgemäßen Betrieb versorgt oder die Energie für zumindest einen der vorgenannten drei Teilaspekte geliefert.

Wird ein weiterer Übertrager bei der Auswerteschaltung ange­ ordnet, der primärseitig mit einer Kommunikationsschaltung der Auswerteschaltung verbunden ist, wobei von der Kommunika­ tionsschaltung zumindest ein Codesignal an die Primärseite des weiteren Übertragers geliefert und gegebenenfalls auch die Auswertung der Sensorsignale vorgenommen und in das Code­ signal umgesetzt wird, und wird die Sekundärspule des weite­ ren Übertragers parallel zur Sekundärspule des ersten Über­ tragers angeordnet, so können auf der Leitung Energie- und Codesignale gemeinsam ohne redundante Leitungsführung über­ tragen werden, bei Gewährleistung einer ungestörten Übertra­ gung von Energie und Information auch bei einem Kurzschluß auf einem Leiter der Leitung, und bei gleichzeitiger optima­ ler Ausnutzung von Bauelementressourcen.

Wird das von der Auswerteschaltung gelieferte, über den Über­ trager übertragene und daraufhin gleichgerichtete Energiesi­ gnal zusammen mit dem einen Wechselanteil enthaltenden Code­ signal gemeinsam auf der Leitung übertragen, wird erfindungs­ gemäß auf der Sekundärseite des Übertragers eine erste Ent­ kopplungsschaltung angeordnet, die bewirkt, daß das eingekop­ pelte Codesignal nicht über Kapazitäten oder Induktivitäten auf der Sekundärseite des Übertragers kurzgeschlossen werden kann. Auf der Sekundärseite des weiteren Übertragers ist eine zweite Entkopplungsschaltung vorgesehen, die bewirkt, daß das gleichgerichete Energiesignal nicht über die Sekundärspule des weiteren Übertragers kurzgeschlossen werden kann.

Es sind auch folgende Weiterbildungen der Erfindung vorteil­ haft: Bei Übertragung eines Energiesignals und eines Codesi­ gnals auf der gemeinsamen Leitung kann z. B. nur das Energie­ signal über den Übertrager auf die Leitung eingekoppelt wer­ den. Das Codesignal wird dann über Sperrkondensatoren auf die Leitung eingekoppelt. Ebenso kann nur das Codesignal über den Übertrager auf die Leitung eingekoppelt werden und das Ener­ giesignal über Sperrwiderstände. So kann der Schaltungsauf­ wand in der Zündschaltung reduziert werden, je nach dem, ob die Codesignal- oder die Energiesignalübertragung priorisiert wird und bezugspotentialfrei über die Leitung übertragen wer­ den soll.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden an­ hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein System zum Auslösen eines Rückhaltemittels,

Fig. 2 ein System zum Auslösen eines Rückhaltemittels in seiner räumlichen Verteilung über das Fahrzeug, und

Fig. 3 den Schaltplan eines erfindungsgemäßen Systems.

Gleiche Bauelemente oder Funktionsbaugruppen sind figuren­ übergreifend mit denselben Bezugszeichen gekennzeichnet.

Fig. 1 zeigt ein System zum Auslösen eines Rückhaltemittels in einem Fahrzeug mit einem Auswertegerät 6, das eine Auswer­ teschaltung 2 enthält, und mit drei Zündgeräten 7, die je­ weils eine Zündschaltung 4 enthalten und über eine Zündlei­ tung 41 mit einem Zündelement 5 des zugeordneten Rückhalte­ mittels verbunden sind. Die Zündschaltungen 4 sind über eine einzige Leitung 3 mit zwei Leitern (Hin-und Rückleiter) mit der Auswerteschaltung 2 verbunden. Die Leitung 3 kann als normale Zweidrahtleitung, als verdrillte Zweidrahtleitung, insbesondere auch als serieller Bus beispielsweise in Form eines Koaxialkabels und gegebenenfalls geschirmt ausgebildet sein. ASIC′s 71 in den Zündgeräten 7 können die Zündschaltun­ gen 4 enthalten. Die Auswerteschaltung 2 im Auswertegerät 6 kann einen ASIC 61 und einen Mikroprozessor 62 enthalten.

Die Zündschaltungen 4 versorgen bei Bedarf über die Zündlei­ tungen 41 die Zündelemente 5 mit ausreichend Energie. Diese Energie kann über die Leitung 3 von der Auswertschaltung 2 an die Zündschaltungen 4 geliefert werden wie auch die zum Be­ treiben der Zündschaltungen 4 notwendige Energie. Als Codesig­ nal ausgebildete Information kann ebenfalls über dieselbe Leitung 3 den Zündeinheiten 4 zugeführt werden. Das Codesi­ gnal kann als Information, beispielsweise Auslösebefehle, für eines der, mehrere ausgewählte oder alle Rückhaltemittel enthalten, oder aber auch lediglich Zustandsgrößen wie digitalisierte Amplitudenwerte von Crashsensorsignalen. Im letzteren Falle trifft dann jede Zündschaltung 4 selbst die Auslöseentscheidung für das ihr zugeordnete Rückhaltemittel, ggf. in Abhängigkeit von weiteren direkt an die Zündschaltung 4 gelieferten Sensorsignalen.

Das von der Auswerteeinheit 2 an die Zündeinheiten 4 gelie­ ferte Signal kann also beliebig ausgebildet sein. Es ist in jedem Fall in irgendeiner Art und Weise für einen zuverläs­ sige Betrieb der Zündschaltung und ein zuverlässiges Auslösen der Rückhaltemittel wesentlich.

Fig. 2 zeigt eine räumliche Anordnung der Zündgeräte 7 und des Auswertegeräts 6 im Fahrzeug, die über die gemeinsame Leitung 3 miteinander verbunden sind. Die Zündgeräte 7 sind nahe bei den ihnen zugeordneten Rückhaltemittel wie Fahrer­ airbag, Beifahrerairbag, Seitenairbags, Gurtstraffer, usf. angeordnet, wodurch die Zündenergie und die Gefahr einer Fehlauslösung verringert wird, da die Zündleitung sehr kurz ausgebildet ist.

Fig. 3 zeigt ein Schaltbild eines erfindungsgemäßen Systems, bei dem die Fahrzeugbatteriespannung Ubat durch eine Gleich­ richter- und Filtereinrichtung 23, 24 mit einer Diode 231 und einem Kondensator 241 geglättet wird, und als gepulstes Ener­ giesignal e an der Primärspule 211 eines Übertragers 21 an­ liegt, wobei die Pulsweiten des Energiesignals e über eine Logikschaltung 27 bestimmt werden, welche einen Schalttransi­ stor 271 im Schaltpfad der Primärseite 211 des Übertragers 21 steuert.

Auf der Sekundärseite 212 des Übertragers 21 ist die Sekun­ därspule 2121 mit einer Gleichrichterschaltung 23 und mit ei­ ner Filterschaltung 24 verbunden. Die Gleichrichterschaltung 23 enthält eine in Serie zur Sekundärspule 2121 angeordnete Diode 231, die Filterschaltung 24 einen Filterkondensator 241 und einem Widerstand 251. Gleichrichterschaltung 23 und Fil­ terschaltung 24 bewirken, daß an den Ausgangsleitern 301, 302 der Leitung 3 ein als Gleichspannungssignal ausgebildetes Energiesignal e anliegt.

Auf die Filterschaltung 24 folgt eine erste Entkopplungs­ schaltung 25, die zwei hochohmige Sperrwiderstände 251 ent­ hält, wobei der eine Sperrwiderstand 251 als Bestandteil der Filterschaltung 24 zweifach ausgenützt wird. Die erste Ent­ kopplungsschaltung 25 verhindert, das ein Codesignal c, das nach der ersten Entkopplungsschaltung 25 auf die Leitung 3 eingekoppelt wird, über die Sekundärspule 2121 oder den Fil­ terkondensator 241 kurzgeschlossen wird. Die Sperrwiderstände 251 dienen zugleich als Abschlußwiderstände für die Codesi­ gnalübertragung.

Das Codesignal c wird von einer Kommunikationsschaltung 29 erzeugt und liegt an der Primärseite 221 eines weiteren Über­ tragers 22 an; dessen Sekundärseite 222 ist an die Ausgangsleiter 301, 302 geschaltet. Damit werden sowohl das als Gleichspannungssignal vorliegende Energiesignal e als auch das Codesignal c aufaddiert und damit gleichzeitig auf der Leitung 3 übertragen. In der Kommunikationsschaltung 29 werden Signale s einer zentral oder dezentral angeordneten Sensoreinrichtung 1 zur Aufprallerkennung ausgewertet.

Eine Entkoppelungsschaltung 26 auf der Sekundärseite 222 des weiteren Überragers 22 ist als in Serie zur Sekundärspule 222 angeordneter Sperrkondensator 261 ausgebildet, so daß verhin­ dert wird, daß das gleichgerichtete Energiesignal e über die Sekundärspule 222 des weiteren Übertragers 22 kurzgeschlossen wird.

Der Übertrager 21 kann eine weitere Sekundärspule 2122 ent­ halten, die mit einer Gleichrichter- und Filterschaltung 23, 24 verbunden ist. Das auf der Seite der weiteren Sekundär­ spule 2122 als Gleichspannungssignal vorliegende weitere Ener­ giesignal d wiederum wird zum einen einem Spannungsregler 28 zugeführt, an dessen Ausgang die Versorgungsspannung Uvers für die gesamte Auswerteschaltung anliegt. Zum anderen wird das weitere Energiesignal d als Regelgröße Uist in einem Ver­ gleicher 273 mit einer Sollspannung Usoll verglichen. Abhän­ gig vom Ausgangssignal Uv des Vergleichers 273 wird durch die Pulsweitenlogik 272 der Schalttransistor 271 gesteuert.

Dieser als spannungsgesteuerter Pulsweitenregler ausgebildete Regelkreis 27 stabilisiert deshalb die über den Übertrager 21 auf die Leitung 3 übertragene Energie des Energiesignals e. Es wird die Tatsache ausgenützt, daß, sofern der Übertrager 21 einen starken Kopplungsfaktor aufweist, z. B. durch Lastän­ derung hervorgerufene Spanungsschwankungen die an der Sekun­ därspule 2121 auch an der weiteren Sekundärspule 2122 erkannt werden und über den Regelkreis 27 nachgeregelt werden.

Ist bei der weitern Sekundärspule 21222 des Übertragers 21 ein Energiespeicherkondensator 8 angeordnet, so kann auch bei Ausfall der Fahrzeugbatteriespannung Ubat die Kommunikations­ schaltung 29 zumindest noch für kurze Zeit betrieben werden, so daß z. B. noch ein codierter Auslösebefehl oder eine Fehler­ meldung an die Zündschaltungen 4 übertragen werden kann.

Als Energiespeicherreserve für die Zündenergie kann die Zünd­ schaltung 4 einen Energiespeicherkondensator 40 enthalten.

Claims (10)

1. System mit zwei voneinander räumlich getrennten elektri­ schen Schaltungsanordnungen (2, 4), und mit einer Leitung (3) zwischen den beiden Schaltungsanordnungen (2, 4), auf der ein von der ersten Schaltungsanordnung (2) geliefertes Signal zur zweiten Schaltungsanordnung (4) übertragen wird, da­ durch gekennzeichnet, daß bei der ersten Schaltungsanordnung (2) eine Trennschaltung (21) zur galvanischen Trennung der Leitung (3) von der ersten Schaltungsanordnung (2) angeordnet ist.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der zweiten Schaltungsanordnung (4) eine Trennschaltung zur galvanischen Trennung der Leitung (3) von der zweiten Schal­ tungsanordnung (4) angeordnet ist.

3. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Schaltungsanordnung (2) einen Übertrager (21) enthält, der primärseitig (211) mit der ersten Schaltungsanordnung (2) und sekundärseitig (212) mit der Leitung (3) verbunden ist, und daß von der ersten Schaltungsanordnung (2) das Signal (z) an die Primärseite (211) des Übertragers (21) geliefert wird.

4. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal (z) ein Codesignal (c) enthält.

5. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Signal (z) ein Energiesignal (e) enthält.

6. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiterer Übertrager (22) bei der ersten Schaltungsanordnung (2) angeordnet ist, daß der weitere Übertrager (22) primär­ seitig (221) mit einer Kommunikationsschaltung (29) der er­ sten Schaltungsanordnung (2) verbunden ist, wobei von der Kommunikationsschaltung (29) ein Codesignal (c) an die Pri­ märseite (221) des weiteren Übertragers (22) geliefert wird, und daß die Sekundärspule (222) des weiteren Übertragers (22) mit der Leitung (3) verbunden und parallel zur Sekundärspule (2121) des Übertragers (21) angeordnet ist.

7. System nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Sekundärseite (212, 2121) des Übertragers (21) eine Gleichrichterschaltung (23) zur Gleichrichtung des Energiesi­ gnals (e) und eine erste Entkopplungsschaltung (25) angeord­ net ist, und daß auf der Sekundärseite (222) des weiteren Übertragers (22) eine zweite Entkopplungsschaltung (25, 26) angeordnet ist.

8. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Entkopplungsschaltung (25) einen in Serie zur Sekundär­ spule (2121) des ersten Übertragers (21) angeordneten hochohmigen Sperrwiderstand (251) aufweist, und daß die zweite Entkopplungsschaltung (26) einen in Serie zur Sekun­ därspule (222) des weiteren Übertragers (22) angeordneten Sperrkondensator (261) enthält.

9. System nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Übertrager (21) eine weitere Sekundärspule (2122) aufweist, daß die erste Schaltungsanordnung (2) einen Regelkreis (27) mit dem an der weiteren Sekundärspule (2122) anliegenden wei­ teren Energiesignal (d) als Regelgröße (Uist) aufweist, die in einem Vergleicher (273) mit einer Sollspannung (Usoll) verglichen wird, und daß abhängig vom Ausgangssignal (Uv) des Vergleichers (273) das auf der Primärseite (211) des Übertra­ gers (21) anliegende Energiesignal (e) geregelt wird.

10. System nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß es als System zum Auslösen eines Rückhal­ temittels in einem Kraftfahrzeug verwendet wird, wobei die erste Schaltungsanordnung als Auswerteschaltung (2) ausgebildet ist, in der ein von einer Sensoreinrichtung (1) geliefertes Signal (s) ausgewertet wird, und wobei die zweite Schaltungsanordnung als Zündschaltung (4) ausgebildet ist, die mit einem Zündelement (5) des Rückhaltemittels verbunden ist.