DE19617250C1 - Schaltungsanordnung zum Verhindern von Fehlauslösungen von Insassenschutzsystemen - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum Verhindern von Fehl­ auslösungen von Insassenschutzsystemen in Kraftfahrzeugen gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei elektronischen Steuergeräten zur Auslösung von Insassenschutzsyste­ men in der Kraftfahrzeugtechnik, die lebensbedrohende Situationen ent­ schärfen helfen, wird auf eine hohe Systemzuverlässigkeit großer Wert ge­ legt. Dies trifft insbesondere auf Airbagsysteme, Gurtstraffer, Gurtschlösser und Überrollbügel zu.

Ein Insassen-Sicherheitssystem für Fahrzeuge mit einem Fehlauslösungs­ schutz nach dem Stand der Technik ist aus der deutschen Offenlegungs­ schrift DE 39 22 506 A1 bekannt. Das System mit mindestens einem eine Ansprechzeit aufweisen den Auslösesensor, einer Recheneinheit und einer Zündendstufe ist insbesondere für Rückhaltesysteme wie Airbag, Gurtstraf­ fer usw. geeignet. Zum Schutz vor Fehlauslösungen wird eine von der Recheneinheit angesteuerte Sperrschaltung vorgeschlagen, die erst nach Ablauf einer Verriegelungs-Freigabezeit die Zündendstufe entriegelt. Weiterhin wird vorgeschlagen, daß die Verriegelungs-Freigabezeit kleiner ist als die Ansprechzeit des Auslösesensors.

Dieses Insassen-Sicherheitssystem weist den Nachteil auf, daß zur Verhinde­ rung einer Fehlauslösung viele mögliche Fehlerursachen bereits am Anfang des Signalweges abgefangen werden sollen und deshalb viele Eingangs­ größen, oft durch zusätzliche Schaltungseinheiten, überwacht werden müssen.

Deshalb liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, Fehlauslö­ sungen von Insassenschutzsystemen in Fahrzeugen mittels einer einfachen Schaltungsanordnung sicher zu verhindern.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Schaltungsanordnung ge­ löst, die aus einer Leistungsendstufe zur Ansteuerung eines Auslösers als Teil eines Insassenschutzsystems in Fahrzeugen besteht, wobei der Auslöser zur Verhinderung von Fehlauslösungen mittels eines ersten elektrisch steuer­ baren Schaltelements elektrisch überbrückbar ist. Die Schaltungsanordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß zur Ansteuerung dieses ersten Schaltele­ ments die Differenz der an den Anschlüssen zum Auslöser auftretenden Spannungspotentiale dient.

Die Vorteile der Erfindung liegen darin, daß nur eine einzige Größe am Ende des Signalweges überwacht werden muß, nämlich die Differenz der an den Anschlüssen zum Auslöser auftretenden Spannungspotentiale. Sämtliche Eingangssignale, deren überlagerte Störungen zu einer Fehlauslösung führen können, brauchen nicht berücksichtigt zu werden. Ausschlaggebend ist einzig und allein die an den Anschlüssen des Auslösers auftretende Potentialdifferenz. Für deren Überwachung genügt die erfindungsgemäße, relativ einfache Schaltungsanordnung.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist zur Ansteuerung des ersten Schaltelements ein Sensorelement vorgesehen. Bei diesem Sensorelement handelt es sich beispielsweise um einen Feuchtigkeitssensor, der aus zwei parallelen, eng benachbarten blanken metallischen Leitbahnen besteht, die als Schleifen ausgebildet sind und zwischen denen Feuchtigkeit zu einer Leitwerterhöhung führt. Vorteilhaft ist der Feuchtigkeitssensor auf einer Platine, die zur Aufnahme der Schaltungsanordnung dient, angeordnet, und zwar in deren Randbereich, Steckerbereich oder in beiden. Durch den Feuchtigkeitssensor wird verhindert, daß das Insassenschutzsystem nicht durch Kriechströme ausgelöst wird, die beispielsweise aufgrund von Feuch­ tigkeit auf der Platine, im Steckerbereich oder in beiden Bereichen zustan­ de kommen.

Weiterhin ist es vorteilhaft, zur Ansteuerung des ersten Schaltelements ein zweites Schaltelement vorzusehen, das seinerseits von einer Steuereinheit des Insassenschutzsystems angesteuert wird. Dadurch werden Fehlauslösun­ gen des Insassenschutzsystems, beispielsweise durch Überspannungen im Bordnetz, die aufgrund von defekten Komponenten oder durch elektroma­ gnetische Störfelder hervorgerufen werden, verhindert.

Es ist von Vorteil, der Steuereinheit mittels eines dritten Schaltelements ein Signal zuzuführen, um anzuzeigen, wenn der Auslöser beispielsweise wegen Feuchtigkeit auf der Platine durch den Feuchtigkeitssensor überbrückt bzw. kurzgeschlossen ist.

Für das erste Schaltelement eignet sich die Verwendung eines n-Kanal-Feld­ effekttransistors oder eines bipolaren npn-Transistors, für das zweite und dritte Schaltelement die Verwendung eines p-Kanal-Feldeffekttransistors oder eines bipolaren pnp-Transistors.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Figuren dargestellt.

Es zeigen:

Fig. 1 die erfindungsgemäße elektronische Schaltung zur Verhinderung von Fehlauslösungen,

Fig. 2 die Anordnung des als Feuchtigkeitssensor ausgestalteten Wider­ stands auf der Platine der Steuerelektronik des Airbag-Systems.

Die in Fig. 1 dargestellte elektronische Schaltung ist im wesentlichen mit Enhancement-MOS-Feldeffekttransistoren ausgelegt. Die Schaltung kann prinzipiell mit allen Arten von Feldeffekt-Transistoren oder auch mit bipola­ ren Transistoren ausgelegt werden. Dabei sind für die p-Kanal Feldeffekt- Transistoren entsprechende bipolare pnp-Transistoren und für die n-Kanal Feldeffekt-Transistoren entsprechende bipolare npn-Transistoren zu ver­ wenden. N-Kanal Feldeffekt-Transistoren lassen sich durch p-Kanal Feldef­ fekt-Transistoren ersetzen, wenn man die Betriebsspannungen der Schal­ tung umpolt. Eventuell vorhandene Dioden und Elektrolytkondensatoren müssen dann umgepolt werden. Gleiches gilt für die bipolaren Transistoren.

Das Kernstück der Erfindung besteht im Kurzschließen eines Zündmittels 1 bei störungsbedingtem Auslösen eines Airbags. Zum sachgemäßen Auslösen werden zwei Leistungsschalter 16 und 17 über eine nicht dargestellte Lei­ stungsstufe geschlossen, so daß ein genügend hoher Strom zur Auslösung durch die Zündpille des Zündmittels 1 oder eines anderen Aktuators fließen kann und dadurch den Treibsatz zum Aktivieren der Schutzeinrichtung aus­ löst. Typische Werte für den Zündstrom des Zündmittels 1 sind z. B. 1,75 A für ca. 2 ms. Die Leistungsschalter 16 und 17 können aber durch vielgestal­ tige Fehlerursachen schließen und so Fehlauslösungen verursachen, was durch die vorliegende elektronische Schaltung verhindert werden soll.

Dazu liegt parallel zur Zündpille des Zündmittels 1 ein erstes elektronisches Schaltelement 2, das über seine Steuerelektrode 3 kurzschließbar ist. Es han­ delt sich dabei um einen p-Kanal MOS-FET, dessen Source-Elektrode bei ge­ schlossenem Leistungsschalter 17 auf Bezugspotential liegt. Die Steuerelek­ trode 3, das Gate, ist mit dem Abgriff eines Spannungsteilers 4 verbunden, der aus einem konstanten Widerstand 5 und einem als Feuchtigkeitssensor ausgebildeten variablen Widerstand 6 zusammengesetzt ist. Ein Anschluß des variablen Widerstands 6 liegt auf Bezugspotential. Ein Anschluß des kon­ stanten Widerstands 5 ist mit der Source-Elektrode des ersten elektroni­ schen Schaltelements 2 verbunden. Der Drain-Anschluß des MOS-FET 2 ist mit einem Anschluß des Leistungsschalters 17 und über einen Widerstand 22 mit einer Referenzspannungsquelle U_ref verbunden.

Die Funktionsweise des bisher beschriebenen Schaltungsteils ist folgende: Unter der Annahme, daß durch Feuchtigkeit im Innern des Fahrgastraumes oder im Bereich der Steuerelektronik des Insassenschutzsystems bedingt Kriechströme durch die Aktuatoren fließt, würde dies eine Fehlauslösung des Insassenschutzsystems verursachen. Die Feuchtigkeit wird vom als Feuchtigkeitssensor ausgelegten Widerstand 6 sensiert und hat eine Wider­ standserniedrigung zur Folge. Dadurch sinkt die Gate-Source-Spannung des elektronischen Schaltelements 3 und dessen Source-Drain-Strecke wird nie­ derohmig und leitet im Fehlerfall den Zündstrom, der sonst durch die Zünd­ pille des Zündmittels 1 fließen würde, ab. Die Auslösung des Insassenschutz­ systems, zum Beispiel eines Airbags, würde in diesem Fall verhindert.

Parallel zum als Feuchtigkeitssensor ausgestalteten variablen Widerstand 6 ist ein zweites elektronisches Schaltelement 8 mit seiner Steuerelektrode 7 angeordnet. Es handelt sich dabei um einen n-Kanal MOS-Feldeffekttransi­ stor, dessen Drain-Elektrode mit dem Spannungsteilerabgriff 4 verbunden ist und dessen Source-Elektrode auf Bezugspotential liegt. Die Steuerelektro­ de 7, das Gate, wird dabei von einer Steuereinheit 21 der Steuerelektronik, vorzugsweise einem Microprozessor, angesteuert.

Steuert der Microprozessor 21 das Gate 7 als Steuerelektrode des zweiten elektronischen Schaltelements 8 an, so wird dessen Drain-Source-Strecke nie­ derohmig, d. h. das Potential am Spannungsteilerabgriff sinkt, wodurch auch das erste Schaltelement 2 in dessen Source-Drain-Strecke niederohmig wird und somit die Zündpille des Zündmittels 1 kurzgeschlossen wird. Durch die­ se Maßnahme können Auslösungen des Insassenschutzsystems, die nicht auf dessen Beschleunigungssensoren und ein von diesen abgeleitetes elektri­ sches Signal zurückgehen, verhindert werden, beispielsweise wenn Fehler im Bordnetz des Kraftfahrzeugs detektiert werden.

Eine Auslösung des Insassenschutzsystems erfolgt nur, wenn folgende drei Bedingungen erfüllt sind:

• - vom Feuchtigkeitssensor 6 wird keine Feuchtigkeit detektiert,
• - von der Steuereinheit 21 werden keine Fehler im Bordnetz erkannt und
• - von den Beschleunigungssensoren wird ein Signal der Steuereinheit 21 zugeführt, das die Steuereinheit 21 zu einer Auslösung des Insas­ senschutzsystems veranlaßt.

Für Auswertezwecke und eine Rückmeldung an den Microprozessor 21 der Steuerelektronik des Insassenschutzsystems ist ein drittes elektronisches Schaltelement 10 vorgesehen mit seiner Steuerelektrode 9. Dabei handelt es sich um einen p-Kanal MOS-Feldeffekt-Transistor, dessen Steuerelektrode, das Gate 9 mit dem Spannungsteilerabgriff 4 verbunden ist. Die Drainelek­ trode ist über einen Widerstand 18 mit Bezugspotential verbunden, und die Sourceelektrode ist ebenfalls mit einem Widerstand 19 mit dem Zündkreis verbunden. Der Zündkreis besteht hierbei aus einer Spannungsversorgung 20, den Leistungsschaltern 16 und 17 und der Zündpille 1.

Wenn das elektronische Schaltelement 2 entweder durch die Ansteuerung vom Microprozessor 21 oder durch Feuchtigkeit im Feuchtigkeitssensor 6 oder durch beides verhindert, daß Strom beispielsweise durch die Zündpille des Zündmittels 1 fließt, ist das Potential am Spannungsteilerabgriff 4 auf Low. Dadurch wird die Source-Drain-Strecke des dritten elektronischen Schaltelements 10 niederohmig und es fließt ein Source-Drain-Strom, der am Widerstand 18 einen Spannungsabfall erzeugt, der dem Microprozessor 21 als Information dient, ob die elektronische Schaltung 13 aktiv ist. Aktiv be­ deutete, daß der Strom an der Zündpille (Aktuator) vorbeigeleitet wird.

Der als Feuchtigkeitssensor ausgebildete Widerstand 6 besteht vorzugs­ weise aus zwei parallelen, eng benachbarten blanken metallischen Leitbah­ nen, die als Schleife ausgebildet sind und zwischen denen Feuchtigkeit zu einer Leitwerterhöhung führt.

Gemäß Fig. 2 ist der als Feuchtigkeitssensor ausgebildete Widerstand 6 an der Peripherie einer Platine 11 der Steuerelektronik 15 angeordnet. Der Feuchtigkeitssensor 6 kann auf der Platine 11 dabei mäanderförmig ange­ ordnet sein.

Mit Bezugszeichen 12 ist der lackierte Bereich auf der Platine 11 dargestellt und 14 kennzeichnet den Anschluß-Stecker-Bereich.

Der Feuchtigkeitssensor 6 ist aus der Platine 11 örtlich an der Stelle bevor­ zugt anzubringen, wo mit der größten Feuchtigkeitsbildung zu rechnen ist, wie z. B.

• - an den Anschraubpunkten am Gehäuse wegen Kondenswasserbil­ dung bei Temperaturwechsel,
• - im Steckerbereich, da hier die Wassereintrittsmöglichkeit bei Überflu­ tung des Systems am größten ist,
• - am Randbereich, da in der Randgegend am ehesten mit Lackierdefek­ ten der Platine zu rechnen ist und außerdem, weil bei langsamer Überflutung des Systems immer zuerst die Ränder betroffen sind.

Um die Ansprechschwelle des Feuchtigkeitssensors 6 in seiner Empfindlich­ keit gegenüber der auf der Platine 11 befindlichen Schaltung zu erhöhen, kann man am Ort des Feuchtigkeitssensors 6 auf der Platine 11 bewußt auf Lackierung verzichten.

Der Dimensionierung des ersten elektronischen Schaltelements 2 ist inso­ weit Rechnung zu tragen, daß es bereits bei einem Spannungspotential an der Zündpille 1 anspricht, welches für das Auslösen infolge eines uner­ wünschten hohen Stromes durch die Zündpille 1 noch keine Gefahr für eine Fehlauslösung bedeutet. Deshalb muß darauf geachtet werden, daß über der Zündpille keine größere Spannung als 2 V anstehen kann, da die Zünd­ pille mit einem Innenwiderstand von 2 Ohm bei einem Strom von 1 A oder mehr auslöst. Die Zündpille 1 wird von der Spannungsversorgung 20 ge­ speist.

Bevor diese Spannung erreicht wird, muß der selbstschließende Schalter in Form des elektronischen Schaltelements 2 aktiv werden, damit er die Zünd­ pille kurzschließt. Der Schalter ist so ausgelegt, daß durch einen gleichzeiti­ gen Schluß im Zündkreis gegen Klemme 15 und Masse keine Zerstörung er­ folgt.

Die erfindungsgemäße elektronische Schaltung hat den wesentlichen Vor­ teil, daß dadurch eine Resistenz hinsichtlich einer ungewollten Fehlauslö­ sung bei evtl. vorkommenden Mehrfachfehlern erreicht wird, welche bei­ spielsweise bei Feuchtigkeit in der Steuereinheit des Insassenschutz-Steuersystems oder dergleichen auftreten können, und daß gleichzeitig der EMV- Schutz verbessert wird, was besonders bei hochohmigen Zündpillen erfor­ derlich ist. Da bei diesem Prinzip der Zündkreiswiderstand exakt bestimmt werden kann, hat man nicht die Nachteile der Wechselstromzündung mit Zündversatzzeit oder erhöhter Verlustleistung.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung kann demzufolge in zwei Be­ triebsarten betrieben werden: zum einen mit Feuchtigkeitssensor, so daß eine Auslösung des Insassenschutzsystems nur möglich ist, wenn der Feuch­ tigkeitssensor keine Feuchtigkeit in der Steuereinheit des Insassenschutzsystems detektiert. Zum anderen kann die Schaltungsanordnung ohne Feuch­ tigkeitssensor betrieben werden. In dieser Betriebsart ist der Auslöser stän­ dig überbrückt. Die Überbrückung wird nur zu Prüfzwecken oder im Auslö­ sefall von der Steuereinheit zurückgenommen.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung eignet sich insbesondere zur Verwendung bei Insassenschutzsystemen wie Airbagsysteme, Gurtstraffer, Gurtschlösser und Überrollbügel, um Fehlauslösungen und ungewollte Auslö­ sungen zu verhindern.

Claims (11)

1. Schaltungsanordnung zum Verhindern von Fehlauslösungen von Insassen­ schutzsystemen ,in Fahrzeugen, bestehend aus einer Leistungsendstufe (16, 17, 20) zur Ansteuerung eines Auslösers (1) als Teil eines Insassenschutzsystems, wobei der Auslöser (1) zur Verhinderung von Fehlauslösungen mittels eines ersten elektrisch steuerbaren Schaltelements (2) elektrisch überbrück­ bar ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ansteuerung des ersten Schalt­ elements (2) die Differenz der an den Anschlüssen zum Auslöser (1) auftre­ tenden Spannungspotentiale dient.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Ansteuerung des ersten Schaltelements (2) ein Sensorelement (6) vorge­ sehen ist.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß zur Ansteuerung des ersten Schaltelements (2) ein zweites elek­ trisch steuerbares Schaltelement (8) vorgesehen ist, das seinerseits von ei­ ner Steuereinheit (21) des Insassenschutzsystems angesteuert wird.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Schaltelement (2) derart gesteuert wird, daß der Auslöser (1) stän­ dig überbrückt ist und nur im Auslösefall oder für Prüfzwecke des Insassen­ schutzsystems die Überbrückung zurückgenommen wird.

5. Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Steuereinheit (21) mittels eines dritten elektronischen Schaltelements (10) ein Signal zugeführt wird, sobald der Auslöser (1) überbrückt bzw. kurz­ geschlossen ist.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei dem Sensorelement (6) um einen Feuchtigkeitssensor handelt.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Feuchtigkeitssensor (6) aus zwei parallelen, eng benachbarten blanken metallischen Leitbahnen besteht, die als Schleifen ausgebildet sind und zwi­ schen denen Feuchtigkeit zu einer Leitwerterhöhung führt.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeich­ net, daß der Feuchtigkeitssensor (6) auf einer Platine (11) zur Aufnahme der Schaltungsanordnung (13) angeordnet ist.

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeich­ net, daß der Feuchtigkeitssensor (6) auf der Platine (11) im Randbereich oder im Steckerbereich oder in beiden angeordnet ist.

10. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß es sich beim ersten elektronischen Schaltele­ ment (8) um einen n-Kanal Feldeffekttransistor und beim zweiten und drit­ ten elektronischen Schaltelement (2, 10) um p-Kanal-Feldeffekttransistoren handelt.

11. Schaltungsanordnung nach einem der vorangehenden Ansprüche, da­ durch gekennzeichnet, daß es sich beim ersten elektronischen Schaltele­ ment (8) um einen npn-Transistor und beim zweiten und dritten elektroni­ schen Schaltelement (2, 10) um pnp-Transistoren handelt.