DE19852468A1 - Steueranordnung für ein Insassenschutzmittel eines Fahrzeugs - Google Patents

Abstract

Eine Steueranordnung für ein Insassenschutzmittel eines Fahrzeugs enthält eine Sensoreinrichtung (11) mit drei Beschleunigungssensoren (111, 112, 113). Die Steueranordnung zeichnet sich dadurch aus, daß eine Schaltungsanordnung (12) vorgesehen ist zum Summieren der von den Beschleunigungssensoren (111, 112, 113) gelieferten Beschleunigungssignale (u, v, w) und zum Sperren einer Auslösung des Insassenschutzmittels (2), wenn der Betrag der ermittelten Summe einen Grenzwert (G1) überschreitet.

Description

Die Erfindung betrifft eine Steueranordnung für ein Insassen­ schutzmittel eines Fahrzeugs nach dem Oberbegriff des Patent­ anspruchs 1.

Eine bekannte Steueranordnung (DE 196 45 952 A1) enthält drei Beschleunigungssensoren, die unterschiedlich gerichtete Emp­ findlichkeitsachsen in einer in etwa durch die Fahrzeuglängs­ achse (A-A') und die Fahrzeugquerachse (B-B') festgelegten Ebene aufweisen. In einem Mikroprozessor werden aus zwei der drei von den Sensoren gelieferten Beschleunigungssignale die Richtung und die Stärke einer auf das Fahrzeug einwirkenden Beschleunigung ermittelt. Zumindest eine dieser ermittelten Größen wird unter Verwendung des dritten Beschleunigungs­ signals überprüft. Wird eine Unstimmigkeit festgestellt, wird ein Auslösen des Insassenschutzmittels, das als Airbag, Gurt­ straffer, Überrollbügel, etc. ausgebildet sein kann, verhin­ dert.

Die angestellten Berechnungen sind aufwendig und nur unter Verwendung eines Mikroprozessors zu bewältigen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Steueranordnung für den Insassenschutz zu schaffen, die auf einfache Art und Weise den Defekt eines Beschleunigungssensors feststellen kann.

Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale des Patentanpruchs 1.

Dabei wird durch bloße Summation von Beschleunigungssignalen der Beschleunigungssensoren ein Ausfall eines Sensors festge­ stellt. Weicht die Summe der Beschleunigungssignale erheblich von einem Wert ab, so liegt zumindest ein defekter Sensor vor. Als Folge wird ein Auslösen des Insassenschutzmittels gesperrt. Das Abweichen des Summensignals von dem vorgegebe­ nen Wert wird vorzugsweise dadurch ermittelt, daß der Betrag eines Summensignals aus der Summe aller drei Beschleunigungs­ signale mit einem Grenzwert verglichen wird. Der Grenzwert kennzeichnet einen Toleranzbereich und ist demgemäß wenig größer als der vorgegebene Wert, vorzugsweise 5% größer. Wird der Grenzwert überschritten, so liegt ein Defekt an zumindest einem der Sensoren oder der Zuleitungen vor, so daß eine Aus­ löseentscheidung des Insassenschutzmittels möglicherweise aufgrund des Signals eines defekten Sensors getroffen wurde. Ein Auslösen des Insassenschutzmittels wird dann regelmäßig verhindert. Bei funktionstüchtigen Beschleunigungssensoren liefert die obengenannte Summe aufgrund der geometrischen An­ ordnung und Ausrichtung der Beschleunigungssensoren immer den Nullwert, so daß ein Defekt auf einfache Art und Weise er­ kannt werden kann. Dabei ist es je nach Anordnung der Be­ schleunigungssensoren zueinander erforderlich, ein oder meh­ rere Beschleunigungssignale vor der Summation mit einem kon­ stanten Wert zu multiplizieren, der von den Winkeln zwischen den Beschleunigungssensoren abhängt.

Für die Summenbildung und die Vergleichsoperation ist kein Mikroprozessor erforderlich: Vielmehr können diese Operatio­ nen mit einer einfachen Hardware-Schaltung ohne Verwendung eines aufwendigen Rechenmittels durchgeführt werden. Dabei ist insbesondere vorteilhaft, daß der Mikroprozessor, der ge­ wöhnlich zur algorithmischen Auswertung der Beschleunigungs­ signale und damit zum Generieren eines Zündsignals verwendet wird, nicht weiter durch Berechnungen für die oben genannte Schutzfunktion belastet wird. Weiterhin wird die Schutzfunk­ tion nun von einer von dem Mikroprozessor unabhängigen Hard­ ware durchgeführt. Damit wird die Wahrscheinlichkeit einer Fehlauslösung aufgrund eines defekten Bauteils der Steueran­ ordnung, z. B. eines defekten Mikroprozessors, weiter verrin­ gert.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind durch die Un­ teransprüche gekennzeichnet.

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

Fig. 1 ein Fahrzeug mit einer Steueranordnung,

Fig. 2 ein Blockschaltbild der Steueranordnung,

Fig. 3 und 5 ein Vektorabbild der Beschleunigungssensoren, und

Fig. 4 eine in der Steueranordnung enthaltene Schaltungsan­ ordnung.

Gleiche Elemente und Signale erhalten figurenübergreifend die gleichen Bezugszeichen.

Fig. 1 zeigt die erfindungsgemäße Steueranordnung in einem Fahrzeug. In etwa zentraler Position im Fahrzeug, insbesonde­ re im Schwerpunkt des Fahrzeugs, ist ein Steuergerät 1 mit einer Sensoreinrichtung 11, einer Schaltungsanordnung 12, ei­ nem Mikroprozessor 13 und einem Zündkreis 14 angeordnet. In­ sassenschutzmittel 2 wie Fahrer- und Beifahrerairbag sind mit dem Steuergerät 1 verbunden.

Die Sensoreinrichtung 11 enthält drei Beschleunigungssensoren 111, 112 und 113, deren Empfindlichkeitsachsen durch Doppel­ pfeile in Fig. 1 eingezeichnet sind. Die Empfindlichkeits­ achsen liegen in etwa in einer Ebene, die durch die Fahrzeug­ längsachse A-A' und die Fahrzeugquerachse B-B' bestimmt ist. Jeder Beschleunigungssensor ist bidirektional oder zweipolig ausgebildet und nimmt Beschleunigungen entlang seiner Emp­ findlichkeitsachse in Hin- und Rückrichtung auf. Die Sen­ soreinrichtung 11 ist damit ausgebildet zum Aufnehmen von Be­ schleunigungen, die von einem Aufprall von vorne, von der Seite, von hinten oder unter einem anderen Winkel in der zu­ vor beschriebenen Ebene ausgebildet. Damit ist es insbesonde­ re vorteilhaft, über die in Fig. 1 eingezeichneten Insassen­ schutzmittel auch Seitenairbags, Kopfairbags, Kopfstützen­ stellmittel etc. einzusetzen und in Abhängigkeit der Be­ schleunigungssignale zu aktivieren.

Fig. 2 enthält ein Blockschaltbild einer erfindungsgemäßen Steueranordnung. Die Beschleunigungssignale u, v und w - die z. B. den Beschleunigungssensoren 111, 113 und 112 zuordenbar sind - werden im Mikroprozessor 13 algorithmisch verarbeitet und dabei insbesondere Intergrationsvorgängen, Vergleichsvor­ gängen etc. unterzogen. Wird dabei ein Aufprall als ausrei­ chend schwer erkannt, liefert der Mikroprozessor 13 ein Zünd­ signal z an einen steuerbaren Schalter 141 des Zündkreises 14.

Bekannte Sensoreinrichtungen waren überwiegend durch die An­ ordnung zweier zueinander orthogonal angeordneter Beschleuni­ gungssensoren gekennzeichnet. Ein Beschleunigungssensor ist dabei parallel, der andere Beschleunigungssensor quer zur Fahrzeuglängsachse A-A' ausgerichtet. Es existieren eine Vielzahl von Algorithmen, die Sensorsignale derart ausgerich­ teter Sensoren auswerten, so z. B. ein Algorithmus zur Steue­ rung der Frontairbags durch Auswertung der Beschleunigung in Richtung der Fahrzeuglängsachse (x-Signal) und ein weiterer Algorithmus zur Steuerung eines Seitenairbags durch Auswer­ tung der Beschleunigung quer zur Fahrzeuglängsachse (y- Signal). Zur weiteren Verwendung dieser Algorithmen in der erfindungsgemäßen Steueranordnung kann der Mikroprozessor oder eine vorgelagerte Hardware-Schaltung Rechenoperationen bereitstellen, mit deren Hilfe die drei Beschleunigungssigna­ le u, v und w in x- und y-Signale umgerechnet werden. Zur Um­ wandlung werden zunächst die u, v, w-Signale als Multiplika­ tion der x- und y-Signale mit einer Matrix M dargestellt, wo­ bei die Felder der Matrix M durch Winkelfunktionen bestimmt sind. Im folgenden wird die vorgenannte Gleichung nach dem Vektor x, y aufgelöst, so daß die Signale x und y durch die Signale u, v, w multipliziert mit einer Matrix T dargestellt werden. Die Matrix T ergibt sich durch Matrizenmultiplikation der transformierten Matrix M^T mit der invertierten Matrix des Matrizenproduktes aus Matrix M und transformierter Matrix M^T.

Eine Auslöseentscheidung, die alleine auf der algorithmischen Auswertung der Beschleunigungssignale u, v und w beruht, be­ inhaltet jedoch die Gefahr von unerwünschten Auslösungen auf­ grund möglicher Fehler bei Mikroprozessor 13 oder Sensorein­ richtung 11. Deshalb ist ein weiterer steuerbarer Schalter 142, vorzugsweise ein steuerbarer Leistungs- Transistorschalter, im Zündkreis 14 derart angeordnet, daß das Zündelement 21 nur mit Strom aus der Energiequelle U oder einem Zündkondensator C beaufschlagt wird, wenn beide steuer­ baren Schalter 141 und 142 leitend geschaltet sind.

Das Sperrsignal s für den zweiten steuerbaren Schalter 142 wird von der Schaltungsanordnung 12 geliefert, die anhand Fig. 4 näher erläutert wird: An den Eingängen der Schaltungs­ anordnung 12 liegen die Beschleunigungssignale u, v und w an. Diese Beschleunigungssignale u, v und w liegen dabei an den Eingängen 121E eines Summiergliedes 121 an. Das Summierglied ist in bekannter Weise aus Widerständen R und einem Operati­ onsverstärker OP aufgebaut. Der Ausgang 121A des Summierglie­ des 121 ist mit einem Eingang eines Gleichrichterelements 122 verbunden. Das Gleichrichterelement 122 - vorzugsweise eine Diode - ist wiederum mit einem Vergleicher 123 verbunden, be­ vor der Ausgang des Vergleichers 123 mit dem Eingang eines Verknüpfungselements 127 verbunden ist.

Andererseits liegt jedes Beschleunigungssignal u, v, w an ei­ nem Gleichrichterelement 124 - vorzugsweise einer Diode - zur Gleichrichtung an. Die Ausgänge der Gleichrichterelemente 124 sind mit Eingängen von Komparatoren 125 verbunden. Die Aus­ gänge der Komparatoren 125 sind mit Eingängen eines ODER- Gatters 126 verbunden, dessen Ausgang wiederum mit einem Ein­ gang des Verknüpfungselements 127 verbunden ist.

Im folgenden wird die Funktionsweise der Schaltungsanordnung nach Fig. 4 unter Zuhilfenahme von Fig. 3 erläutert: Das Summierglied 121 summiert die Sensorsignale u, v, w zum Sum­ mensignal u+v+w auf. Mit Hilfe des Gleichrichterelements 122 wird der Betrag |u+v+w| des Summensignals u+v+w gebildet. Im Vergleicher 123 wird der Summenbetrag |u+v+w| mit einem Grenzwert G1 verglichen. Wird dieser Grenzwert G1 überschrit­ ten, liefert der Vergleicher 123 ein HIGH-Signal an das Ver­ knüpfungselement 127, wird dieser Grenzwert G1 unterschrit­ ten, liefert der Vergleicher 123 ein LOW-Signal an das Ver­ knüpfungselement 127.

In Fig. 3 sind die Ausrichtungen der in Winkeln von 120 Grad zueinander angeordneten Beschleunigungssensoren als Koordina­ ten für die von den Sensoren gelieferten Beschleunigungs­ signale u, v, w eingezeichnet. Die Plus-Indizes kennzeichnen dabei den positiven Wertebereich eines Signals, die Minus- Indizes den negativen Wertebereich. Ferner ist als Vektor ei­ ne auf das Fahrzeug einwirkende, beispielhafte Beschleunigung a eingezeichnet. Die senkrechten Projektionen dieses Vektors a auf die einzelnen Beschleunigungskoordinaten u, v und w liefern die von den Beschleunigungssensoren 111, 112 und 113 gelieferten Signale u_a, v_a und w_a. Es ist ersichtlich, daß ei­ ne Summation dieser Signalgrößen - unter Berücksichtigung ih­ rer Vorzeichen - Null ergibt. Eine Summation mit diesem Er­ gebnis ist wiederum Zeichen dafür, daß alle drei Beschleuni­ gungssensoren funktionstüchtig arbeiten. Würde ein Sensor ei­ nen Defekt aufweisen und beispielsweise ein Nullsignal lie­ fern, würde die Summe der anderen beiden Signale nicht zu ei­ ner Null als Ergebnis führen und somit ein Fehler erkannt werden. Eine Abweichung der Summe - mit positivem wie mit ne­ gativem Vorzeichen - von Null kennzeichnet damit einen Feh­ ler. Eine gewisse Abweichung von Null - gekennzeichnet durch den Grenzwert G1 - ist aufgrund von Meßungenauigkeiten etc. erlaubt. Um das Summensignal nur mit dem positiven Grenzwert G1 vergleichen zu müssen, wird es zuvor gleichgerichtet. Als äquivalente Lösung und damit vom Schutz mitumfaßt ist ein Vergleich des nicht gleichgerichteten Summensignals mit einem positiven und einem negativen Grenzwert G1.

Wird eine erhebliche Abweichung des Summensignals von Null festgestellt, so wird der Schalter 142 nicht geschlossen und damit eine Auslösung verhindert.

Zum anderen wird mit den Gleichrichterelementen 124 jedes Be­ schleunigungssignal u, v, w gleichgerichtet bzw. mathematisch einer Betragsbildung unterzogen, bevor jedes gleichgerichtete Beschleunigungssignal |u|, |v|, |w| mit einem Schwellwert S1 verglichen wird. Überschreitet das gleichgerichtete Beschleu­ nigungssignal |u|, |v|, |w| die Schwelle S1, wird von dem be­ treffenden Komparator 125 ein HIGH-Signal an das ODER-Gatter 126 geliefert, bei Unterschreiten der Schwelle S1 ein LOW- Signal. Mit diesen Vergleichen soll erkannt werden, ob-alle Beschleunigungssignale gleich Null sind. Die Schwelle S1 kennzeichnet dabei wieder einen Toleranzbereich um Null her­ um.

Dieser vorgenannte Schaltungsbestandteil hat zur Folge, daß mit einem LOW-Signal am Ausgang des ODER-Gatters 126 ein Zu­ stand erkannt wird, bei dem keine Beschleunigung vorliegt oder alle drei Sensoren defekt sind und ein Nullsignal lie­ fern.

Das Verknüpfungsglied 127 ist im Ausführungsbeispiel als UND- Gatter mit einem invertierten Eingang, der mit dem Ausgang des Vergleichers. 123 verbunden ist, und mit einem nicht in­ vertierten Eingang, der mit dem Ausgang des ODER-Gatters 126 verbunden ist, ausgebildet. Der Ausgang des Verknüpfungsele­ ments 127 ist invertiert und liefert das Sperrsignal s, das als HIGH-Signal ausgebildet ist, wenn es den Schalter 142 of­ fen hält, und das als LOW-Signal ausgebildet ist, wenn es den Schalter 142 geschlossen hält. In jedem Fall wird ein Schlie­ ßen des Schalters 142 verhindert (s = HIGH), wenn der Ausgang des Vergleichers 123 HIGH liefert und damit einen Fehler an­ zeigt. Andererseits wird ein Schließen des Schalters 142 ver­ hindert (s = HIGH), wenn der Ausgang des ODER-Gatters 126 LOW liefert und damit keine Beschleunigung vorliegt oder einen Dreifach-Sensorfehler angezeigt wird. Nur wenn der Verglei­ cher-Ausgang 123 LOW liefert, also eine Nullsumme anzeigt, und gleichzeitig mindestens eine Beschleunigungskomponente einen Wert ungleich Null anzeigt, also das ODER-Gatter 126 ein HIGH-Signal liefert, wird der Schalter 142 geschlossen und somit ein Zünden durch den Mikroprozessor 13 erlaubt.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Steueranord­ nung ist damit, daß sowohl Einfach-, Zweifach- als auch Drei­ fachfehler der Sensoren erkannt werden können.

Fig. 5 zeigt eine Sensoreinrichtung mit drei Beschleuni­ gungssensoren, die nun in anderen Winkeln zueinander ausge­ richtet sind. Auch mit einer solchen Sensoreinrichtung läßt sich durch eine einfache Summation bzw. eine Differenzbildung als Summation mit negativem Vorzeichen und einem anschließen­ den Vergleich der Summe mit einem Wert der Ausfall eines Sen­ sors auf äußerst einfache Art und Weise ermitteln. Die Senso­ ren, die die Signale u und v liefern sind nun in einem 90°- Winkel zueinander angeordnet. Der dritte das Signal w lie­ fernde Sensor ist um jeweils 135° zu den beiden anderen Sen­ soren versetzt angeordnet. Beispielhaft sei wiederum eine auf die Sensoreinrichtung einwirkende Beschleunigung a als Vektor. eingezeichnet, der einen Winkel α zum das Signal x liefern­ den Sensor aufweist. Die Beschleunigungssensoren liefern nun die Signale:

• 1. u = a * cos α 2) v = a * sin α 3) w = -a * cos(γ) = -a * cos (45°-a) = -a * (cos 45° * cos α + sin 45° * sin α) = -a * cos 45° * (cos α + sin α)

Nach Einsetzen der Gleichungen 1) und 2) in die Gleichung 3) ergibt sich:

• 1. w = - cos 45° * u - sin 45° * v

Diese Gleichung muß bei funktionstüchtiger Sensoranordnung erfüllt sein. Dabei können nach der Gleichung 4) die mit den Faktoren cos 45° und sin 45° multiplizierten Sensorsignale u bzw. v mit einem Wert verglichen werden, der sich aus dem Sensorsignal w ergibt. Wird dabei eine erhebliche Abweichung, z. B. von größer 10% festgestellt, so wird eine Auslösung ver­ hindert. Dazu kann ein Grenzwert gebildet werden, der einer zehnprozentigen Abweichung vom Wert w entspricht. Der Betrag der Signalsumme aus u und v wird dann mit diesem Grenzwert verglichen.

Die Auswertung kann aber vorzugsweise auch nach der lediglich durch Umstellung aus Gleichung 4) hervorgehenden Gleichung 5) durchgeführt werden:

• 1. cos 45° * u + sin 45° * v + w = 0

Dabei wird die Gesamtsumme aus den drei ggf. mit Faktoren cos. 45° bzw. sin 45° versehenen Beschleunigungssignalen gebildet und deren Betrag mit einem Grenzwert verglichen, der etwas größer ist als der Nullwert.

Claims (11)

1. Steueranordnung für ein Insassenschutzmittel eines Fahr­ zeugs, mit einer Sensoreinrichtung (11) mit drei Beschleuni­ gungssensoren (111, 112, 113), die unterschiedlich gerichtete Empfindlichkeitsachsen in einer in etwa durch die Fahrzeug­ längsachse (A-A') und die Fahrzeugquerachse (B-B') festgeleg­ ten Ebene aufweisen, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schal­ tungsanordnung (12) vorgesehen ist zum Summieren von Be­ schleunigungssignalen (u, v, w) der Beschleunigungssensoren (111, 112, 113) und zum Sperren einer Auslösung des Insassen­ schutzmittels (2), wenn die ermittelte Summe erheblich von einem Wert abweicht.

2. Steueranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung (12) zum Summieren aller drei Be­ schleunigungssignale (u, v, w) ausgebildet ist und zum Verglei­ chen des Betrags der Summe mit einem Grenzwert (G1).

3. Steueranordnung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Funktion der Schaltungsanordnung (12) durch elektrische Bauelemente erreicht wird.

4. Steueranordnung nach Anspruch 2 und Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung (12) ein Summier­ glied (121) mit drei Eingängen (121E) für die Beschleuni­ gungssignale (u, v, w) und mit einem Ausgang (121A) für das Summensignal enthält.

5. Steueranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung (21) ein Gleichrichterelement (122) enthält, dessen Eingang mit dem Ausgang des Summier­ gliedes (121) verbunden ist.

6. Steueranordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung (12) einen Vergleicher (123) ent­ hält, dessen Eingang mit dem Ausgang des Gleichrichterele­ ments (122) verbunden ist, und der zum Vergleichen des gleichgerichteten Summensignals mit dem Grenzwert (G1) ausge­ bildet ist.

7. Steueranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung (12) aus­ gebildet ist zum Sperren einer Auslösung des Insassenschutz­ mittels (2), wenn alle Beschleunigungssignale (u, v, w) gleich­ zeitig etwa einen Nullwert aufweisen.

8. Steueranordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung (21) je Beschleunigungssignal (u, v, w) einen Komparator (125) aufweist zum Vergleichen des zugeführten Beschleunigungssignals (u, v, w) mit einem Schwell­ wert (S1).

9. Steueranordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung (21) ein ODER-Gatter (126) auf­ weist, dessen Eingänge mit den Ausgängen der Komparatoren (125) verbunden sind.

10. Steueranordnung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung (12) ein Verknüpfungsglied (127) enthält, dessen Eingänge mit dem Ausgang des Vergleichers (123) und dem Ausgang des ODER-Gatters (126) verbunden sind, und das an seinem Ausgang ein Sperrsignal (s) liefert.

11. Steueranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Auslösen des Insassenschutz­ mittels (2) gesperrt wird, indem ein elektrisch steuerbarer Schalter (142), der zwischen einem dem Insassenschutzmittel (2) zugeordneten Zündelement (21) und einer Energiequelle (U) angeordnet ist und zum Auslösen des Insassenschutzmittels (2) leitend geschaltet werden muß, nicht leitend geschaltet wird.