DE19653115A1 - Zündeinheit für eine Fahrzeug-Sicherheitsvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Zündeinheit zum Zünden eines pyrotechnischen Treib­ satzes, vorzugsweise zum Auslösen von mindestens einer Sicherheitsvorrichtung eines Fahrzeuges bei einem Aufprall, nach dem Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1.

Zündeinheiten zum Zünden eines pyrotechnischen Treibsatzes werden in Fahrzeu­ gen eingesetzt, um bei einem Unfall aktive Sicherheitsvorrichtungen zum Schutze der Insassen auszulösen. Solche Sicherheitsvorrichtungen können zum Beispiel Airbags oder Gurtstraffersysteme sein. Das Auslösen einer Sicherheitsvorrichtung geschieht dabei durch einen Elektrozünder, der einen pyrotechnischen Treibsatz innerhalb eines Gasgenerators zündet. Der Elektrozünder ist dabei mit einem Energiespeicher verschaltet, wobei der Energiespeicher gegenüber dem Elektro­ zünder durch eine Verriegelungseinheit verriegelbar ist. Im Fall eines Aufpralls sen­ det ein Crashdetektor ein Entriegelungssignal an die Verriegelungseinheit und be­ wirkt dadurch, daß sich die in dem Energiespeicher gespeicherte Energie über den Elektrozünder entladen kann.

Herkömmliche Zündeinheiten werden bisher weitgehend unabhängig von der Bordelektronik des Fahrzeugs mit einem eigenständigen Crashdetektor betrieben. Im Zuge der bereits eingesetzten Bussysteme für verteilte Elektronikkomponenten auf einem Fahrzeug ist es allerdings wünschenswert, auch eine Zündeinheit über ein Fahrzeug-Bussystem zu betreiben. Hierzu ist es aus der europäischen Patent­ schrift EP 0 471 871 B1 bereits bekannt, einen zentralen Crashsensor mit einer entsprechenden Auswerteeinheit vorzusehen, wobei die Auswerteeinheit über eine digitale Datenschnittstelle mit den entsprechend verteilten Zündeinheiten verbunden ist. Im Falle eines Aufpralls wird von der Auswerteeinheit über die digitale Daten­ verbindung ein Entriegelungssignal an die Zündeinheit übertragen, das eine Entla­ dung des in der Zündeinheit enthaltenen Kondensators über einen Elektrozünder bewirkt. Aus der europäischen Patentschrift EP 0 402 622 B1 ist es zusätzlich be­ kannt, das Entriegelungssignal in Form eines Codewortes zu senden, so daß eine unbeabsichtigte Auslösung der Zündeinheit weitestgehend vermieden wird. Ein Nachteil der bekannten Zündeinheiten besteht darin, daß die zur Integration in ein Bussystem benötigten Bauelemente verhältnismäßig kostenaufwendig sind.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Zündeinheit zu schaffen, die kosten­ günstig in ein digitales Bussystem integrierbar ist.

Diese Aufgabe wird durch die in dem Patentanspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst. Die erfindungsgemäße Lösung besteht darin, daß die Zündeinheit auf einem Halbleiterchip integriert ist. Die erfindungsgemäße Lösung basiert dabei auf der Er­ kenntnis, daß ein Elektrozünder nicht notwendigerweise aus einem konventionellen Schmelzleiter bestehen muß sondern daß es auch möglich ist, den Zündeffekt durch eine mit Zündenergie beaufschlagte Stelle eines Halbleiterchips zu bewirken. Gegebenenfalls ist diese Stelle mit einer pyrotechnischen Hilfsladung umgeben, die eine Initialzündung des gesamten pyrotechnischen Treibsatzes hervorruft.

Die mit der Erfindung erzielten Vorteile bestehen insbesondere darin, daß die erfin­ dungsgemäße Zündeinheit einfach in bestehende Bussysteme eines Fahrzeugs integrierbar und gleichzeitig extrem kostengünstig herstellbar ist. Außerdem können auf dem Halbleiterchip auch zusätzliche Schaltungsfunktionen vorgesehen sein, die eine erweiterte Kommunikation über das Bussystem zulassen.

Nach einer bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß der Elektrozünder aus einer Halbleiterbrücke besteht, die die durch den Energiespeicher gelieferte Energie in thermische Energie umwandelt. Die Halbleiterbrücke könnte beispiels­ weise aus einer dünn geätzten Verbindung bestehen, die sich bei Beaufschlagung der im Energiespeicher gespeicherten Energie entsprechend erhitzt. Es ist auch denkbar, daß an den Halbleiterchip ein Hochstrom-Energiespeicher angeschlossen ist, der bei Entladung über die dünn geätzte Stelle eine derart hohe Erwärmung bewirkt, daß der Plasmaeffekt des Halbleitermaterials hervorgerufen wird. Hierdurch können auch Zündeinheiten auf einem Halbleiterchip geschaffen werden, die be­ sonders hohe Zündtemperaturen voraussetzen.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß der Elektro­ zünder aus einer Funkenstrecke besteht, über die bei Entladung des Kondensators eine Funkenentladung stattfindet. Gegebenenfalls ist es auch denkbar, bereits wäh­ rend der Herstellung des Halbleiterchips eine pyrotechnische Hilfsladung in die Funkenstrecke einzubringen. Hierdurch kann die erforderliche Zündenergie weiter herabgesetzt werden.

Zweckmäßigerweise besteht der Energiespeicher aus Halbleiter-Kondensatoren. Insbesondere kann vorgesehen sein, daß der aus den Halbleiter-Kondensatoren bestehende Energiespeicher über einen Spannungsregler aufladbar ist, der eben­ falls auf dem Halbleiterchip integriert ist. Hierdurch kann die Ladespannung des Energiespeichers unabhängig von der Versorgungsspannung der Zündeinheit ge­ halten werden.

Die ebenfalls auf dem Halbleiterchip integrierte Verriegelungseinheit besteht vor­ zugsweise aus mindestens einem Schaltelement, das in Reihe mit dem Elektrozün­ der und dem Energiespeicher geschaltet ist. Zweckmäßigerweise ist das Schalte­ lement dabei durch ansteuerbare Halbleiter-Transistoren realisiert, die durch das Entriegelungssignal ansteuerbar sind. Besonders vorteilhaft ist es dabei, wenn das Entriegelungssignal aus einem seriellen Codewort besteht, so daß eine fehlerhafte Auslösung der Zündeinheit ausgeschlossen werden kann.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist auf dem Halbleiterchip eine Recheneinheit mit einem Halbleiterspeicher vorgesehen. Da die unbedingt notwen­ digen Elemente zur Realisierung einer Zündeinheit ebenfalls in Halbleitertechnolo­ gie realisiert sind, können aus der Computertechnik bereits bekannte Recheneinhei­ ten ohne großen zusätzlichen Aufwand ebenfalls auf dem Halbleiterchip integriert werden. Dies hat den Vorteil, daß die erfindungsgemäße Zündeinheit zusätzlich mit intelligenten Funktionen versehen und entsprechend programmiert werden kann. Besonders zweckmäßig ist es, wenn durch die Recheneinheit sämtliche Funktionen auf dem Halbleiterchip steuerbar sind. Beispielsweise ist es denkbar, daß über ein auf dem Halbleiterchip integriertes Businterface eine bidirektionale Kommunikation mit einer zentralen Bordelektronik des Fahrzeugs durchgeführt wird. Auf diese Wei­ se kann die erfindungsgemäße Zündeinheit in regelmäßigen Abständen elektroni­ schen Diagnosefunktionen unterworfen werden, um eine größtmögliche Funktions­ sicherheit zu gewährleisten.

Nach einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist vorgesehen, daß über das Businterface die Aufladung des Energiespeichers erfolgt. Hierdurch können weitere Anschlüsse an der Zündeinheit für eine Energieversorgung entfallen, außerdem werden die erforderlichen Zuleitungen für die Zündeinheit auf ein Minimum redu­ ziert.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand eines in der Zeich­ nung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In dieser zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Zündeinheit und

Fig. 2 einen Schnitt durch eine Zündpille mit einer erfindungsgemäßen Zündein­ heit.

Fig. 1 zeigt ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Zündeinheit 1. Die Zündein­ heit 1 besteht aus einem ASIC (Application-Specific Integrated Circuits), der auf einem Halbleiterchip integriert ist. Der Elektrozünder 2 besteht aus einer Halbleiter­ brücke, die einen schmalen Steg aufweist, der bei Beaufschlagung der in dem Energiespeicher 3 gespeicherten Energie schmilzt und hierdurch eine die Halblei­ terbrücke umgebende pyrotechnische Hilfsladung zündet. Der Elektrozünder 2 ist gegenüber dem Energiespeicher 3 durch die Verriegelungseinheit 7 verriegelbar. Aufgrund eines Entriegelungssignals 13 steuert die Verriegelungseinheit 7 ein Schaltelement 14 derart an, daß sich der Energiespeicher über die Halbleiterbrücke entladen kann.

Der Energiespeicher 3 besteht aus auf dem Halbleiterchip integrierten, Halbleiter- Kondensatoren und wird durch den Spannungsregler 4 während des Normalbe­ triebs auf einer bestimmten Ladespannung gehalten. Die Spannungsversorgung sowie die Informationsübertragung erfolgen über die Datenleitung 6, die an ein Bu­ sinterface 5 der Zündeinheit angeschlossen ist. Das Businterface 5 gibt zum einen die über die Datenleitung 6 übertragene Energie an den Spannungsregler 4 weiter, zum anderen werden die digital codierten Daten einer Recheneinheit 8 zugeführt. Die Recheneinheit 8 steuert sämtliche Funktionen der Zündeinheit 1. An die Re­ cheneinheit 8 sind in bekannter Weise ein Taktgenerator 9 sowie ein Halbleiterspei­ cher 10 angeschlossen. Zusätzlich empfängt die Recheneinheit Daten von einer Temperaturmeßeinheit 11, um temperaturempfindliche Komponenten des Gasge­ nerators zu kompensieren. Außerdem ist eine Testeinheit 12 vorgesehen, die mit der Verriegelungseinheit 7 und mit dem Elektrozünder 2 in Verbindung steht, um in regelmäßigen Abständen dem Teststatus der Verriegelungseinheit 7 und des Elek­ trozünders 2 an die Recheneinheit 8 weiterzugeben.

Im normalen Fahrbetrieb steht die Zündeinheit 1 über die Datenleitung 6 mit der zentralen Bordelektronik des Fahrzeugs in Verbindung. Die zentrale Bordelektronik versorgt die Zündeinheit mit der zum Aufladen des Energiespeichers erforderlichen Energie und fragt zudem über die Recheneinheit 8 in regelmäßigen Abständen die von der Testeinheit 12 ermittelten Testergebnisse ab. Falls an dem Zündelement 1 z. B. eine unzulässige Temperaturerhöhung auftritt, meldet dies die Recheneinheit 8 über die Datenleitung 6 der zentralen Bordelektronik, woraufhin ein Warnsignal in dem Fahrzeuginnenraum ausgelöst wird.

Ein Aufprall des Fahrzeugs wird durch einen in der zentralen Bordelektronik inte­ grierten Crashdetektor detektiert, woraufhin ein spezielles Codewort über die Daten­ leitung 6 an die Zündeinheit 1 gesendet wird. Das Codewort wird durch die Re­ cheneinheit 8 mit einem in dem Halbleiterspeicher 10 abgespeicherten Codewort verglichen. Falls beide Codewörter übereinstimmen, löst die Recheneinheit 8 das Entriegelungssignal 13 aus, woraufhin durch die Verriegelungseinheit 7 eine Entrie­ gelung des Elektrozünders erfolgt.

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch eine Zündpille mit einer erfindungsgemäßen Zündeinheit. Die Zündeinheit 1 ist auf einer Trägerplatte 20 aufgebracht und mit aus der Zündpille 26 herausführenden Anschlußpins 22 durch Bonddrähte 21 verbun­ den. Die Anschlußpins 22 sind gegenüber dem Metallgehäuse 24 durch eine Iso­ liermasse 23 isoliert. Das Zündelement 1 ist unmittelbar umgeben von einer pyro­ technischen Hilfsladung 27, die beim Zünden der Halbleiterbrücke eine Initialzün­ dung bewirkt, so daß der durch das Gehäuse 24 eingeschlossene pyrotechnische Treibsatz 25 seinerseits gezündet werden kann.

Claims (13)

1. Zündeinheit zum Zünden eines pyrotechnischen Treibsatzes, vorzugsweise zum Auslösen von mindestens einer Sicherheitsvorrichtung eines Fahrzeugs bei einem Aufprall, mit einem Elektrozünder, mit einem Energiespeicher und mit einer den Ener­ giespeicher gegenüber dem Elektrozünder verriegelnden Verriegelungseinheit, wobei die Verriegelungseinheit aufgrund eines Entriegelungssignals eine Ent­ ladung des Energiespeichers über den Elektrozünder bewirkt, dadurch gekennzeichnet, daß alle Teile der Zündeinheit auf einem Halbleiterchip integriert sind.

2. Zündeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrozün­ der aus einer Halbleiterbrücke besteht, die die durch den Energiespeicher ge­ lieferte Energie in thermische Energie umwandelt.

3. Zündeinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Hochstrom- Energiespeicher vorgesehen ist, der bei Entladung den Plasma-Effekt des Elektrozünders auf dem Halbleiter-Chip hervorruft.

4. Zündeinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrozün­ der aus einer Funkenstrecke besteht, über die bei Entladung des Energiespei­ chers eine thermische Umwandlung stattfindet.

5. Zündeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Energiespeicher aus Halbleiter-Kondensatoren besteht.

6. Zündeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Halbleiterchip ein Spannungsregler vorgesehen ist, über den der Energiespeicher aufladbar ist.

7. Zündeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Verriegelungseinheit mindestens ein Schaltelement betätigbar ist, das in Reihe mit dem Elektrozünder und dem Energiespeicher geschaltet ist.

8. Zündeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Entriegelungssignal aus einem digitalen seriellen Codewort besteht.

9. Zündeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Halbleiter-Chip eine Recheneinheit mit einem Halbleiter-Speicher vorgesehen ist.

10. Zündeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Halbleiterchip eine Temperatur-Meßeinheit vorgesehen ist.

11. Zündeinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Halbleiterchip ein Businterface vorgesehen ist, über das digitale Daten mit einem Bussystem austauschbar sind.

12. Zündeinheit nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Halblei­ terchip eine Testeinheit vorgesehen ist, durch die auf Anfrage über das Bus­ system zumindest die Funktion des Elektrozünders und der Verriegelungsein­ heit überprüfbar ist.

13. Zündeinheit nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß über das Busin­ terface die Aufladung des Energiespeichers erfolgt.