DE19731717C5

DE19731717C5 - Schaltung zum Zünden von zwei Zündeinheiten, insbesondere Airbag-Zündeinheiten

Info

Publication number: DE19731717C5
Application number: DE1997131717
Authority: DE
Inventors: Marten Dipl.-Ing. Swart; Ekkehart-Peter Dipl.-Ing. Wagner; Joachim Dipl.-Ing. Baumgartner
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 1997-07-23
Filing date: 1997-07-23
Publication date: 2004-06-24
Anticipated expiration: 2017-07-24
Also published as: DE19731717C1; WO1999005005A1

Abstract

Schaltung zum Zünden von zwei Zündeinheiten (12, 14), insbesondere Airbag-Zündeinheiten, enthaltend
ein Steuergerät (2) zum Erzeugen von Zündimpulsen an seinen Ausgängen (6, 8), wobei die Zündimpulse in Abhängigkeit von Eingängen (4) des Steuergerätes (2) zugeführten Signalen mit unterschiedlichen Polaritäten erzeugbar sind,
die beiden Zündeinheiten (12, 14), die über je ein Bauelement (16, 18), das bei einem Zündimpuls Gleichrichtercharakteristik zeigt, parallel mit den Ausgängen (6, 8) des Steuergerätes (2) verbunden sind,
wobei die beiden Bauelemente (16,18), die bei einem Zündimpuls Gleichrichtercharakteristik zeigen, gegensinnig geschaltet sind, so daß je nach Polarität des Zündimpulses die eine oder die andere Zündeinheit (12, 14) zündet, dadurch gekennzeichnet, daß
die Bauelemente (16, 18), die bei einem Zündimpuls Gleichrichtercharakteristik zeigen, derart selbstleitend sind, daß eine im Vergleich zur Zündspannung geringe Diagnosespannung bzw. ein im Vergleich zum Zündstrom geringer Diagnosestrom an den Ausgängen des Steuergerätes (2) zu einem von der Polarität unabhängigen Stromfluß durch...

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltung zum Zünden von zwei Zündeinheiten, insbesondere Airbag-Zündeinheiten, gemäß dem Oberbegriff des Hauptanspruchs.
Moderne Kraftfahrzeuge werden in zunehmendem Maße mit Airbag-Einheiten ausgerüstet, wobei jede Airbag-Einheit eine Zündeinheit mit dem zugehörigen, aufblasbarem Sack enthält. Airbag-Einheiten werden beispielsweise im Lenkrad, in der Schalttafel vor dem Beifahrer, in den Verkleidungen der Türen, im Holmbereich seitlich des Kopfes usw. vorgesehen. Dabei sollen die einzelnen Airbag-Einheiten durchaus nicht immer alle gleichzeitig ausgelöst bzw. gezündet werden, sondern individuell in Abhängigkeit von Sensorsignalen, deren Auswertung die Notwendigkeit der Auslösung der einzelnen Airbag-Einheiten ergibt. Die Auslösung der Airbag-Einheiten bzw. von deren Zündeinheiten wird mittels eines Steuergerätes gesteuert, das einen Mikroprozessor mit zugehörigen Speichern aufweist und von den Sensoren kommende Eingangssignale in Ausgangssignale zur Auslösung der Zündeinheiten umrechnet.
Bekannt ist ( DE 33 26 277 C2 ), für die Ansteuerung jeder Zündeinheit eine eigene zweipolige Leitung zu verwenden.
Über diese zweipolige Leitung erfolgt auch eine individuelle Funktionsüberwachung der jeweiligen Zündeinheit, indem deren Widerstand durch Beaufschlagung mit einer geringen Diagnosespannung, die erheblich unter der Spannung eines Auslöseimpulses liegt, und Messung des zugehörigen Diagnosestroms bestimmt wird.
Aus der DE 195 30 238 A1 ist ein Insassenschutzsystem bekannt, daß den Zündpillenwiderstand mittels eines von einer integrierten Schaltung gelieferten, relativ unpräzisen und kleiner als ein zündimpulsstrom ausgebildeten Prüfstroms ermittelt. Mit Hilfe einer Spannungsmessung eines mit dem Prüfstrom beaufschlagten Präzisionswiderstandes und einer Spannungsmessung an der mit dem Prüfstrom beaufschlagten Zündpille kann der Zündpillenwiderstand ermittelt werden. Die Zündpille wird zum Auslösen über einen steuerbaren Feldeffekttransistor mit einer Energiequelle verbunden.
Aus der WO 97/16695 A1 ist eine gattungsgemäße Schaltung bekannt, bei der zwei Reihenschaltungen aus je einer Zündpille und einer Diode, wobei die Dioden gegensinnig geschaltet sind, parallel zueinander an Kontakten liegen, die über vier Schalter in der einen oder anderen Polarität mit einer Zündspannungsquelle verbunden werden können. Je nach Polarität bzw. Schaltzustand kann die eine oder andere Zündeinheit gezündet werden. Eine Eigenart der bekannten Schaltung liegt darin, daß bei Beaufschlagung mit einem Diagnosestrom, der deutlich unter dem Zündstrom liegen muß, wegen der vorgeschalteten Dioden jeweils nur die eine oder die andere der Zündeinheiten diagnostiziert werden kann. Die Diagnose beider Zündeinheiten ist somit verhältnismäßig aufwendig, da dazu eine Umpolung erfolgen muß.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gattungsgemäße Schaltung derart weiterzubilden, daß auf einfache Weise eine Diagnose möglich ist.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst.
Durch die erfindungsgemäß eingesetzten Bauelemente, die bei Zündimpulsen Gleichrichtercharakteristik zeigen, jedoch bei den schwachen Diagnoseströmen bzw. Diagnosespannungen ihre Gleichrichtercharakteristik zumindest weitgehend verlieren und unabhängig von der Polarität leitfähig werden, ist es auf einfache Weise möglich, den durch die Parallelschaltung der Zündeinheiten und den Stromfluß durch beide Zündeinheiten bedingten effektiven Widerstand an den Ausgängen des Steuergeräts zu messen. Wenn dieser Widerstand von einem vorbestimmten Wert abweicht, wird dies als Fehler gewertet.
Die Unteransprüche 2 und 3 sind auf vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen der erfindungsgemäßen Schaltung gerichtet.
Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in den 1 bis 3 gezeigten Blockschaltbildes beispielsweise und mit weiteren Einzelheiten erläutert.
Gemäß 1 weist ein Steuergerät 2, das in an sich bekannter Weise einen Mikroprozessor mit zugehöriger Speichereinrichtung (ROM-Speicher und RAM-Speicher) enthält, Eingänge 4, Ausgänge 6 und 8 sowie einen Anschluß an eine Stromversorgung U_B auf, in der beispielsweise ein Betriebs- bzw. Zündschalter 10 liegt. Von dem Steuergerät 2 aus werden zwei Zündeinheiten 12 und 14 gesteuert, die jeweils in Reihe mit einem selbstleitenden DMOS-FET (depletion metal oxid semiconductor field effect transistor) 16 und 18 parallel an den Ausgängen 6 und 8 liegen.
Genauer ist der Ausgang 6 mit der Drain-Elektrode D des DMOS-FETs 18, mit der Gate-Elektrode G des DMOS-FETs 16 und über die Zündeinheit 12 mit der Source-Elektrode S und der Substrat- bzw. Bulk-Elektrode B des DMOS-FETs 16 verbunden.
Der Ausgang 8 des Steuergeräts 2 ist mit der Gate-Elektrode G des DMOS-FETs 18 und der Drain-Elektrode D des DMOS-FETs 16 sowie über die Zündeinheit 14 mit der Source-Elektrode 5 und der Bulk-Elektrode B des DMOS-FETs 18 verbunden.
In der beschriebenen Schaltung wirken die DMOS-FETs bei höheren Spannungen in gewisser Weise wie gegensinnige Dioden, die gepunktet eingezeichnet sind.
Die Wirkungsweise der Schaltung ist folgende: Liegt an den Ausgängen 6 und 8 eine hohe Spannung (Zündspannung) mit Stromflußrichtung von 6 nach 8, so führt dies zu einem hohen Stromfluß durch die Zündeinheit 12 und den DMOS-FET 16, so daß die Zündeinheit 12 zündet. Die Abfallspannung über die Zündeinheit 12 steuert den DMOS-FET 16 zusätzlich, so daß dieser niederohmiger wird. Der DMOS-FET 18 dagegen ist bei dieser Polarität hochohmig, so daß die Zündeinheit 14 nur von einem geringen Strom durchflossen ist, der zum Zünden nicht ausreicht.
Weist der zwischen den Ausgängen 6 und 8 liegende Zündimpuls umgekehrte Polarität auf, so wird die Zündeinheit 14 infolge des dann in Stromflußrichtung gepolten DMOS-FET 18 von einem Strom durchflossen, der zur Auslösung bzw. Zündung der Zündeinheit 14 ausreicht. Die Zündeinheit 12 dagegen ist wegen der Hochohmigkeit des DMOS-FETs 16 bei dieser Polarität nur von einem sehr geringen Strom durchflossen, der zum Zünden nicht ausreicht.
Auch hier gilt, wie bereits vorstehend bezüglich der Zündung der Zündeinheit 12 angegeben, daß die an der Zündeinheit 14 abfallende Spannung den DMOS-FET 18 zusätzlich durchschaltet, so daß dieser noch niederohmiger wird.
Das Vorhandensein eines Zündimpulses an den Ausgängen 6 und 8 sowie dessen Polarität hängt von den Signalen ab, die den Eingängen des Steuergerätes 4 von unterschiedlichen, im Fahrzeug vorhandenen Beschleunigungssensoren oder weiteren Sensoren zugeführt werden.
Im Folgenden wird die Diagnose der Zündeinheiten 12 und 14 erläutert:
In 2 ist die Schaltung gemäß 1 in der Testphase, insbesondere bei der Widerstandsmessung der Zündeinheit 12 dargestellt. Hierzu wird ein Diagnosestrom I_mess eingeprägt, der vom Ausgang 6 zum Ausgang 8 fließt. Bei dieser Polarität wird der DMOS-FET 16 niederohmiger, während der Widerstandswert des DMOS-FETs 18 etwas ansteigt.
Damit läßt sich der Widerstand der Zündeinheit 12 trotz des zusätzlichen Stromflusses durch den DMOS-FET 18 und die Zündeinheit 14 in gewissen Toleranzgrenzen messen. Die hierbei an den Zündeinheiten 12 und 14 auftretenden Spannungsabfälle sind mit DU₁₂ bzw. DU₁₄ unter Angabe der jeweiligen Polaritäten dargestellt.
In 3 ist die Schaltung bei umgekehrter Stromrichtung des Diagnosestroms I_mess vom Ausgang 8 zum Ausgang 6 dargestellt. Bei dieser Stromflußrichtung läßt sich insbesondere der Widerstand der Zündeinheit 14 in gewissen Toleranzbereichen bestimmen.
Da, wie vorstehend anhand der 2 und 3 erläutert, die Stromrichtung des Diagnosestroms von gewisser Bedeutung ist und die Widerstandsmessung der einen oder der anderen Zündeinheit 12 bzw. 14 betont, kann aus bei diesen Zyklen mit Diagnosestromumkehrung jeweils gemessenen Widerstandswerten zwischen den Ausgängen 6 und 8 selektiv auf den Zustand der Zündeinheiten 12 und 14 geschlossen wer den.
Da bei kleinen zwischen den Ausgängen 6 und 8 fließenden Strömen (Diagnoseströmen) beide DMOS-FETs 16 und 18 infolge ihrer Selbstleitung stromdurchlässig sind, so daß beide Zündeinheiten 12 und 14 von geringen Diagnoseströmen durchflossen werden, kann alternativ aus dem effektiven, an den Ausgängen 6 und 8 auftretenden Widerstand auch summarisch auf den Zustand beider Zündeinheiten geschlossen werden. Der Widerstand hat bei funktionstüchtigen Zündeinheiten 12 und 14 einen vorbestimmten Wert. Wenn das Steuergerät 2 feststellt, daß der effektive, an den Ausgängen 6 und 8 liegende Widerstand den vorbestimmten Wert hat, so wird dies als einwandfreie Funktionstüchtigkeit der beiden Zündeinheilen 12 und 14 gewertet. Bei einem Kurzschluß oder einer Leitungsunterbrechung in oder an einer Zündeinheit 12 oder 14 ändert sich der Diagnosewiderstand, was ebenso wie bei einer Einzelauswertung zu einer Fehleranzeige des Steuergeräts 2 führt.
Insgesamt wird mit der Erfindung die Möglichkeit geschaffen, zwei Zündeinheiten 12 und 14 über lediglich eine zweipolige Leitung (Ausgänge 6 und 8) durch die Polarität eines Zündimpulses unabhängig voneinander zu zünden sowie mit Hilfe kleiner Diagnoseströme hinsichtlich ihrer Funktionstüchtigkeit zu überwachen.
Bei der Erfindung werden vorzugsweise kleine Diagnoseströme zur Widerstandsmessung der Zündeinheiten 12 und 14 eingeprägt, da hierdurch die Steuerbarkeit verbessert ist und unerwünschte Auswirkungen auf die Zündeinheiten 12 und 14 noch besser unterdrückt werden können. Es ist aber auch möglich, zum Testen der Zündeinheiten 12 und 14 kleine Diagnosespannungen anzulegen, deren Wert deutlich unterhalb der zum Zünden angelegten Zündimpulse liegt.
Bei dem vorstehend erläuterten Ausführungsbeispiel werden selbstleitende DMOS-FETs eingesetzt, die jeweils invertiert zueinander mit den Zündeinheiten 12 bzw. 14 in Reihe geschaltet sind. Es ist aber auch möglich, DMOS-Transistoren mit Selbstsperrung anstelle der selbstleitenden DMOS-Transistoren 16 und 18 zu verwenden. Bei der Widerstandsmessung tritt hierbei zwar eine geringe, jedoch verkraftbare Verfälschung der Meßwerte durch die Diodenspannungen auf. Es ist auch möglich, normale MOSFETS oder sonstige Bauelemente mit Gleichrichtercharakteristik, im einfachsten Fall Dioden, zu verwenden, die jeweils mit umgekehrter Leitrichtung mit den Zündeinheiten 12 bzw. 14 verbunden sind. Aufgrund der sehr niederohmigen Charakteristik von selbstleitenden DMOS-FETs sind diese jedoch in der Regel bevorzugt, wobei ihre Inversdiodencharakteristik ausgenutzt wird.

Claims

Schaltung zum Zünden von zwei Zündeinheiten (12, 14), insbesondere Airbag-Zündeinheiten, enthaltend ein Steuergerät (2) zum Erzeugen von Zündimpulsen an seinen Ausgängen (6, 8), wobei die Zündimpulse in Abhängigkeit von Eingängen (4) des Steuergerätes (2) zugeführten Signalen mit unterschiedlichen Polaritäten erzeugbar sind, die beiden Zündeinheiten (12, 14), die über je ein Bauelement (16, 18), das bei einem Zündimpuls Gleichrichtercharakteristik zeigt, parallel mit den Ausgängen (6, 8) des Steuergerätes (2) verbunden sind, wobei die beiden Bauelemente (16,18), die bei einem Zündimpuls Gleichrichtercharakteristik zeigen, gegensinnig geschaltet sind, so daß je nach Polarität des Zündimpulses die eine oder die andere Zündeinheit (12, 14) zündet, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauelemente (16, 18), die bei einem Zündimpuls Gleichrichtercharakteristik zeigen, derart selbstleitend sind, daß eine im Vergleich zur Zündspannung geringe Diagnosespannung bzw. ein im Vergleich zum Zündstrom geringer Diagnosestrom an den Ausgängen des Steuergerätes (2) zu einem von der Polarität unabhängigen Stromfluß durch beide Zündeinheiten (12, 14) und die zugehörigen Bauelemente (16, 18) führt.
Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bauelemente (16, 18) MOSFETs, insbesondere DMOS-FETs, sind.
Schaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der eine Ausgang (6) des Steuergerätes (2) mit der Drain-Elektrode des zweiten DMOS-FETs (18), mit der Gate-Elektrode des ersten DMOS-FETs (16) und über die erste Zündeinheit (12) mit der Source-Elektrode und der Bulk-Elektrode des ersten DMOS-FETs (16) verbunden ist, und der andere Ausgang (8) des Steuergeräts mit der Ga te-Elektrode des zweiten DMOS-FETs (18), mit der Drain-Elektrode des ersten DMOS-FETS (16) sowie über die zweite Zündeinheit (14) mit der Source-Elektrode und der Bulk-Elektrode des zweiten DMOS-FETs (18) verbunden ist.