DE19645952C2

DE19645952C2 - Steueranordnung für ein Rückhaltemittel in einem Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE19645952C2
Application number: DE19645952A
Authority: DE
Inventors: Walter Dr Laaser
Original assignee: Siemens AG; Siemens Corp
Current assignee: Aumovio Germany GmbH
Priority date: 1996-11-07
Filing date: 1996-11-07
Publication date: 1998-09-03
Anticipated expiration: 2016-11-08
Also published as: US6032092A; DE19645952A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Steueranordnung gemäß Oberbegriff von Patentanspruch 1.

Aus der EP 0 419 455 B1 ist eine Steueranordnung zum Auslösen eines Rückhaltemittels in einem Kraftfahrzeug bekannt, bei der eine Sensoreinrichtung ein Längsbeschleunigungssignal und ein Querbeschleunigungssignal liefert. In Abhängigkeit von Längs- und des Querbeschleunigungssignal wird von einer Aus werteeinrichtung der Steueranordnung ein Auslösesignal für das Rückhaltemittel zum Frontaufprallschutz erzeugt.

Aus der DE 37 17 427 A1 ist eine Steueranordnung zum Auslösen eines Rückhaltemittels in einem Kraftfahrzeug bekannt mit zwei um einen Winkel versetzt zur Fahrzeuglängsachse ausge richteten Beschleunigungssensoren, wobei das Rückhaltemittel nur dann ausgelöst wird, wenn beide Beschleunigungssensoren einen Aufprall erkennen.

Aus der DE 40 16 644 A1 ist eine Steueranordnung zum Auslösen eines Rückhaltemittels in einem Kraftfahrzeug bekannt mit gleich ausgerichteten Beschleunigungssensoren zum Erkennen eines Frontaufpralls. Das Rückhaltemittel wird nur dann aus gelöst, wenn beide Beschleunigungssensoren - das eine Signal wird in einem Mikroprozessor, das andere Signal in einer Ana logschaltung ausgewertet - einen Aufprall erkennen.

Aus der DE 42 22 595 A1 ist eine Steueranordnung zum Auslösen eines Rückhaltemittels in einem Kraftfahrzeug bekannt mit ei nem Beschleunigungssensor parallel zur Fahrzeuglängsachse und einem Beschleunigungssensor quer zur Fahrzeuglängsachse. Aus den beiden Sensorsignalen wird ein Aufprallvektor enthaltend Aufprallstärke und Aufprallwinkel ermittelt. Abhängig vom Aufprallvektor wird ein Rückhaltemittel ausgewählt und ausge löst.

Aus der DE 44 25 846 A1 ist eine Steueranordnung zum Auslösen eines Seitenairbags in einem Kraftfahrzeug bekannt mit zwei Beschleunigungssensoren für Querbeschleunigungen in den Fahr zeugtüren und einem Beschleunigungssensor für Querbeschleuni gungen im Fahrzeugzentrum. Abhängig von den Signalen der Be schleunigungssensoren werden die Seitenairbags ausgelöst.

Bei einer Steueranordnung für den Insassenschutz nach der WO89/09146 sind Aufprallsensoren über einen Bus mit einer zentralen Steuereinheit verbunden. Die Sensoren werden durch die Steuereinheit zyklisch abgefragt. Wird durch die Steuer einheit erkannt, daß einer der Sensoren funktionsuntüchtig ist, so wird eine Fehleranzeige aktiviert.

Aus der US 4 933 570 ist eine Steueranordnung zum Auslösen eines Rückhaltemittels in einem Kraftfahrzeug bekannt, bei der ein Auslösesignal für das Rückhaltemittel in Abhängigkeit eines von einem Beschleunigungssensor gelieferten Signals und eines Schaltsignals eines mechanischen Beschleunigungsschal ters erzeugt wird. Solche als Beschleunigungsschalter ausge bildete sogenannte Safing-Sensoren dienen dazu, das Auslösen eines Rückhaltemittels zu verhindern, wenn Beschleunigungs sensor oder Auswerteeinrichtung fehlerhaft arbeiten und ein Auslösesignal liefern. Ein solcher Beschleunigungsschalter im Zündkreis weist gewöhnlich eine niedrige Ansprechschwelle auf und liefert damit ein Zeitfenster, innerhalb dessen eine Aus lösung aufgrund einer Bewertung der von dem Beschleunigungs sensor gelieferten Signale erfolgen kann.

Bei sogenannten mehrkanaligen Steueranordnungen zum Insassen schutz, d. h. bei Steueranordnungen, die mehrere unterschied lich ausgerichtete Beschleunigungssensoren aufweisen, kann jedem einzelnen Sensor ein redundanter Sensor mit den Eigen schaften eines Safing-Sensors - also z. B. ein mechanischer Beschleunigungsschalter - zugeordnet werden. Bei einer Steu eranordnung mit zwei Kanälen wären demzufolge vier Beschleu nigungssensoren/-schalter erforderlich, um den Ausfall eines Kanals feststellen zu können. Eine solche Steueranordnung mit vier Beschleunigungssensoren ist bauteilintensiv und bean sprucht aufgrund der nach wie vor sehr großen Abmessungen von Safing-Sensoren großen Bauraum.

Aus der GE 2 252 414 A ist eine Steueranordnung gemäß Oberbe griff von Patentanspruch 1 bekannt. Diese Steueranordnung für ein Rückhaltemittel in einem Kraftfahrzeug weist eine Sen soreinrichtung mit mindestens drei Beschleunigungssensoren auf, die unterschiedlich gerichtete Empfindlichkeitsachsen in einer in etwa durch die Fahrzeuglängsachse und die Fahr zeugquerachse festgelegten Ebene aufweisen. Eine Auswerteein richtung wertet die von den Beschleunigungssensoren geliefer ten Beschleunigungssignale aus und gibt in Abhängigkeit davon ein Auslösesignal an das Rückhaltemittel ab. Eine solche Steueranordnung ist insbesondere zum Steuern eines Insassen schutzsystems vorteilhaft, das mit Fahrer-, Beifahrer- und Seitenairbags als Rückhaltemittel ausgerüstet ist, da auf grund der gemessenen Beschleunigungssignale die Richtung ei nes Aufpralls ermittelt werden kann und richtungsabhängig das geeignete Rückhaltemittel aus den zur Verfügung stehenden Rückhaltemitteln ausgewählt wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer mehrkanaligen Steuer anordnung zum Insassenschutz eine Fehlfunktion mit geringem Aufwand feststellen zu können.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Pa tentanspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Un teransprüchen gekennzeichnet.

Vorteile der Erfindung und ihre Weiterbildungen finden sich in der Figurenbeschreibung.

Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden anhand von Aus führungsbeispielen in der Zeichnung näher erläutert. Es zei gen:

Fig. 1: Ein symbolisch angedeutetes Fahrzeug mit einer Sen soreinrichtung der erfindungsgemäßen Steueranord nung,

Fig. 2: Eine zu Fig. 1 alternative Anordnung der Sensorein richtung,

Fig. 3: Ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Steueran ordnung, und

Fig. 4: Ein Diagramm, das bei einer gemäß Fig. 1 angeordne ten Sensoreinrichtung und einer auf das Fahrzeug einwirkenden Beschleunigung X mit maximaler Amplitu de 1 die Ausgangssignale der Beschleunigungssensoren 11, 12 und 13 in Abhängigkeit von dem Aufprallwinkel α zur Fahrzeuglängsachse FL liefert.

Gleiche Elemente bzw. Signale sind figurenübergreifend durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.

Fig. 1 zeigt ein symbolisch angedeutetes Fahrzeug mit der Fahrzeuglängsachse FL und der Fahrzeugquerachse FQ. Zentral im Fahrzeug ist eine Sensoreinrichtung 1 mit drei analogen Beschleunigungssensoren 11, 12 und 13 angeordnet, welche zu einander 120°-winkelig ausgerichtet und zentral im Fahrzeug angeordnet sind. Die Empfindlichkeitsachsen der Beschleuni gungssensoren 11 bis 13 sind mit AA, BB, CC gekennzeichnet. Der Beschleunigungssensor 11 liefert das Beschleunigungs signal A, der Beschleunigungssensor 12 das Beschleunigungs signal B und der Beschleunigungssensor 13 das Beschleuni gungssignal C. Alternativ können die drei Beschleunigungssen soren 11, 12 und 13 gemäß Fig. 2 ausgerichtet sein. In jedem Fall sind die Beschleunigungssensoren 11 bis 13 für die Auf nahme von Beschleunigungen in der durch die Fahrzeuglängsach se FL und die Fahrzeugquerachse FQ festgelegten Ebene geeig net und weisen unterschiedliche Empfindlichkeitsrichtungen auf, so daß bereits aus zwei der drei Beschleunigungssignale A, B, C Stärke X und Richtung α einer auf das Fahrzeug einwir kenden Beschleunigung berechnet werden können, wobei im fol genden die Richtung α der einwirkenden Beschleunigung durch den Winkel α in vordefinierter Ebene zur Fahrzeuglängsachse gekennzeichnet ist. Ist eine genauere Erfassung der auf das Fahrzeug einwirkenden Beschleunigung erforderlich, so können durchaus mehr als drei Beschleunigungssensoren in der Sen soreinrichtung 1 angeordnet sein.

Eine vorzugsweise als Mikroprozessor ausgebildete Auswerte einrichtung 2 (Fig. 3) dient zum Auswerten der von den Be schleunigungssensoren 11 bis 13 gelieferten Signale A, B, C und zum Ausgeben eines Auslösesignals Z an das Rückhaltemit tel 3 in Abhängigkeit von den Beschleunigungssignalen A, B, C. Das Rückhaltemittel 3 kann dabei z. B. als Airbag oder als Gurtstraffer ausgebildet sein. Ferner kann bei einem Vorhan densein mehrerer Rückhaltemittel im Kraftfahrzeug das jeweils auszulösende Rückhaltemittel von der Auswerteeinrichtung 2 ausgewählt werden. Die Auswerteeinrichtung 2 kann zusammen mit der Sensoreinrichtung 1 in einem etwa im Fahrzeugschwer punkt angeordneten Steuergerät angeordnet sein, oder aber räumlich getrennt von der Sensoreinrichtung 1.

Erfindungsgemäß werden aus zwei Sensorsignalen, beispielswei se aus den Beschleunigungssignalen A und B, die Richtung α und Stärke X einer auf das Fahrzeug einwirkenden Beschleuni gung berechnet. So lauten beispielsweise die Gleichungen, die die gemessenen Beschleunigungssignale A, B und C der gemäß Fig. 1 angeordneten Beschleunigungsensoren 11, 12 und 13 mit der Stärke X und der Richtung α der einwirkenden Beschleuni gung (relativ zur Fahrzeuglängsachse FL) in Beziehung setz ten, wie folgt:

A = X . cos(α) (1.0)

B = X . cos(α + 120°) (2.0)

C = X . cos(α + 240°) (3.0)

Durch mathematische Umformung kann die Richtung α der ein wirkenden Beschleunigung nach folgender Gleichung aus nur zwei Beschleunigungssignalen - beispielsweise den Beschleuni gungssignalen A und B - berechnet werden:

Aus Gleichung (1.0) kann damit die Stärke X der Beschleuni gung wie folgt berechnet werden:

Nach dieser Berechnungsmethode werden also allein mit Hilfe der gemessenen Beschleunigungssignale A und B einer nach Fig. 1 angeordneten Sensoreinrichtung die Stärke X und die Richtung α der einfallenden Beschleunigung berechnet.

Es ist vorteilhaft, vor Beginn der Berechnung zu überprüfen, daß die beiden zur Berechnung der Richtung α und der Stärke X herangezogenen Beschleunigungssignale Werte ungleich Null aufweisen, um eine Division durch Null zu verhindern. Weist eines der Beschleunigungssignale den Wert 0 auf, ist zur Be rechnung der Richtung α und der Stärke X eine andere Kombi nation von Beschleunigungssignalen heranzuziehen.

Diese Berechnungen z. B. werden in einer Bewertungsschaltung 21 der Auswerteeinrichtung 2 durchgeführt. Anhand der berech neten Richtung α und der berechneten Stärke X wird von der Bewertungsschaltung 21 entschieden, ob eines der Rückhalte mittel 3 ausgelöst werden soll und welches der Rückhaltemit tel 3 ausgelöst werden soll. Ein entsprechendes Auslösesignal Z wird gemäß Fig. 2 an ein UND-Gatter 24 der Auswerteein richtung 2 abgesetzt.

In einer Vergleichsschaltung 22 der Auswerteeinrichtung 2 wird nun entweder die Stärke X, die Richtung α oder beide Größen α, X der auf das Fahrzeug einwirkenden Beschleunigung mittels des bislang nicht zur Berechnung der Richtung α und der Stärke X herangezogenen gemessenen Beschleunigungssignals - in diesem Fall des dritten Beschleunigungssignals C - über prüft. Die Überprüfung zumindest einer der berechneten Größen α oder X dient dazu, eine Auslösung des Rückhaltemittels 3 zuverlässiger zu gestalten und dabei insbesondere die Aus gangssignale der Beschleunigungssensoren 11 bis 13 überprüfen zu können. Dabei wird beispielsweise eine weitere Richtungs größe α' ähnlich der Gleichung (4.0) aus zwei Beschleuni gungssignalen gewonnen, die in dieser Kombination nicht zur Berechnung der Richtung α gemäß Gleichung (4.0) herangezogen wurden. Beispielsweise wird die weitere Richtungsgröße α' aus den Beschleunigungssignalen B und C oder A und C ermit telt. In der Vergleichsschaltung 22 wird daraufhin die weite re Richtungsgröße α' mit der Richtung α verglichen. Weichen die beiden berechneten Richtungsgrößen α' und α erheblich voneinander ab, liegt höchstwahrscheinlich ein Störfall in der Sensoreinrichtung 1 oder der Auswerteeinrichtung 2 vor, so daß von einer Störfallschaltung 23 der Auswerteeinrichtung 2 ein Störfallsignal S erzeugt wird. Das Störfallsignal S kann eine Warneinrichtung 4 betätigen, durch die ein Insasse des Fahrzeugs auf einen Fehler im Insassenschutzsystem hinge wiesen wird. Das Störfallsignal S verhindert vorzugsweise auch eine Weitergabe eines von der Bewertungsschaltung 21 er zeugten Auslösesignals Z an das Rückhaltemittel 3 und damit ein Auslösen des Rückhaltemittels 3. Dazu sind Auslösesignal Z und Störfallsignal S derart belegt, daß über das UND-Gatter 24 nur dann das Auslösesignal Z an das Rückhaltemittel 3 ge liefert wird, wenn ein Auslösewunsch seitens der Bewertungs schaltung 21 vorliegt und gleichzeitig kein Störfall durch die Störfallschaltung 23 erkannt wird.

Alternativ zur Berechnung einer weiteren Richtungsgröße α' kann in gleicher Weise eine weitere Stärke X' mit Hilfe einer bei der Berechnung der Stärke X nicht berücksichtigten Kombi nation von Beschleunigungssignalen ermittelt werden. Stimmen weitere Stärke X' und Stärke X nicht überein, wird von der Störfallschaltung 23 das Störfallsignal S erzeugt.

Alternativ kann in der Vergleichsschaltung 22 mit Hilfe der in Abhängigkeit von den Beschleunigungssignalen A und B be rechneten Größen X und α ein weiteres drittes Beschleuni gungssignal C' berechnet werden - indem X und α in Gleichung (3.0) eingesetzt werden und ein weiteres drittes Beschleuni gungssignal C' als Resultat liefern - so daß das berechnete dritte Beschleunigungssignal C' mit dem gemessenen dritten Beschleunigungssignal C verglichen werden kann und bei Abwei chung das Störfallsignal S erzeugt wird.

Wenn nur geringe Rechenleistung zur Verfügung steht, bzw. kurze Rechenzeiten zur Überprüfung der Sensorsignale erzielt werden sollen, ist insbesondere folgendes Vorgehen zum Umset zen einer Safing-Funktion vorteilhaft: Anhand der Vorzeichen der gelieferten Sensorsignale A, B, C - beispielsweise liefert der Sensor 11 in Fig. 1 bei einem Frontaufprall ein Be schleunigungssignal A mit einem positiven Vorzeichen und bei einem Heckaufprall ein Beschleunigungssignal A mit einem ne gativen Vorzeichen - wird ein Winkelsegment α_i ermittelt. Fällt die exakt berechnete Richtung α in das abgeschätzte Winkelsegment α_i, so wird auf die Ausgabe des Störfallsi gnals S verzichtet. Andernfalls wird das Störfallsignal S ausgegeben. Eine Zuordnung aller Vorzeichenkombination zu Winkelsegmenten kann aus nachfolgender Tabelle entnommen wer den:
A < 0; B < 0; C < 0 ⇒ α_1: -30° bis +30°
A < 0; B < 0; C < 0 ⇒ α_2: -30° bis -90°
A < 0; B < 0; C < 0 ⇒ α_3: -90° bis -150°
A < 0; B < 0; C < 0 ⇒ α_4: -150° bis +150°
A < 0; B < 0; C < 0 ⇒ α_5: +150° bis +90°
A < 0; B < 0; C < 0 ⇒ α_6: + 90° bis +30°

Diese Zuordnung kann auch dem Diagramm der Fig. 4 entnommen werden. Dabei sind die Beschleunigungssignale A, B, C über der Richtung α der einwirkenden Beschleunigung relativ zur Fahr zeuglängsachse FL eingezeichnet. In jedem Fall wird ein Auf prall mit maximaler Stärke |X| = 1 angenommen.

Alternativ oder zusätzlich kann mit einem einfachen Rechen schritt eine geschätzte Stärke X_ allein aus den Beträgen der gelieferten Beschleunigungssignale A, B und C ermittelt wer den. Die geschätzte Stärke X_ ergibt sich dabei aus:

Die geschätzte Stärke X_ darf ca. bis zu Δ = 13% von der auf das Fahrzeug einwirkenden berechneten Stärke X der Beschleu nigung abweichen. Liegt die geschätzte Stärke X_ außerhalb des Toleranzbereiches X ± Δ, so wird das Störfallsignal S er zeugt. Aus Fig. 4 ist das Summensignal aus den jeweiligen Beträgen der Beschleunigungssignale A, B und C über dem Auf prallwinkel α bei maximal einwirkender Beschleunigungsstärke |X| = 1 ersichtlich.

Zwei Beschleunigungssensoren sind mindestens erforderlich, um Richtung und Stärke einer einwirkenden Beschleunigung zu er mitteln. Die bislang übliche redundante Ausbildung von Senso ren als Safingfunktion würde vier Sensoren erfordern. Erfin dungsgemäß sind jedoch nur drei Sensoren zum Erstellen einer Schutzfunktion für das Auslösesystem erforderlich. Bei der erfindungsgemäßen Steueranordnung mit drei Sensoren kann dem nach zumindest ein Sensor eingespart werden.

Claims

1. Steueranordnung für ein Rückhaltemittel in einem Kraft fahrzeug, mit einer Sensoreinrichtung (1) mit mindestens drei Beschleunigungssensoren (11, 12, 13), die unterschiedlich ge richtete Empfindlichkeitsachsen (AA, BB, CC) in einer in etwa durch die Fahrzeuglängsachse (FL) und die Fahrzeugquerachse (FQ) festgelegten Ebene aufweisen, und mit einer Auswerteein richtung (2) zum Auswerten der von den Beschleunigungssenso ren (11, 12, 13) gelieferten Beschleunigungssignale (A, B, C), dadurch gekennzeichnet, daß in der Auswerteeinrichtung (2) aus mindestens zwei Beschleunigungssignalen (A, B) die Rich tung (α) und die Stärke (X) einer auf das Fahrzeug einwir kenden Beschleunigung ermittelt werden, daß in der Auswerte einrichtung (2) die Richtung (α) oder die Stärke (X) unter Verwendung zumindest des dritten Beschleunigungssignals (C) überprüft wird, und daß von der Auswerteeinrichtung (2) ein Störfallsignal (S) erzeugt wird, wenn die Richtung (α) oder die Stärke (X) nicht durch zumindest das dritte Beschleuni gungssignal (C) bestätigt wird.

2. Steueranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Auswerteeinrichtung (2) eine weitere Richtungsgröße (α') aus dem dritten (C) und einem anderen Beschleunigungs signal (A, B) ermittelt wird, und daß das Störfallsignal (S) erzeugt wird, wenn die Richtung (α) und die weitere Rich tungsgröße (α') nicht in etwa übereinstimmen.

3. Steueranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß in einer Vergleichseinrichtung (22) eine weitere Stärke (X') aus dem dritten (C) und einem anderen Beschleuni gungssignal (A, B) ermittelt wird, und daß das Störfallsignal (S) erzeugt wird, wenn die weitere Stärke (X') und Stärke (X) nicht in etwa übereinstimmen.

4. Steueranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein weiteres drittes Beschleunigungssignal (C') aus der Richtung (α) und der Stärke (X) ermittelt wird, und daß das Störfallsignal (S) geliefert wird, wenn das weitere dritte Beschleunigungssignal (C') nicht in etwa mit dem gemessenen dritten Beschleunigungssignal (C) übereinstimmt.

5. Steueranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von der Auswerteschaltung (2) ein in Abhängigkeit von den Vorzeichen der Beschleunigungssignale (A, B, C) bestimmtes Win kelsegment (α_i) der auf das Fahrzeug einwirkenden Beschleu nigung zugeordnet wird, und daß das Störfallsignal (S) gelie fert wird, wenn die Richtung (α) nicht in das ermittelte Winkelsegment (α_i) fällt.

6. Steueranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in der Auswerteeinrichtung (2) in Abhängigkeit von den Beträgen der Beschleunigungssignale (A, B, C) eine geschätzte Stärke (X_) der Beschleunigung bestimmt wird, und daß das Störfallsignal (S) geliefert wird, wenn die Stärke (X) um mehr als einen festgelegten Toleranzwert (Δ) von der ge schätzten Stärke (X_) abweicht.

7. Steueranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sensoranordnung (1) genau drei Sensoren (11, 12, 13) aufweist, die in etwa im 120 Grad-Winkel zueinander angeord net sind.

8. Steueranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Störfallsignal (S) die Ausgabe eines Auslösesi gnals (Z) zum Auslösen des Rückhaltemittels verhindert wird.

9. Steueranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch das Störfallsignal (S) eine Warneinrichtung (4) des Insassenschutzsystems betätigt wird.