DE3001780A1

DE3001780A1 - Steueranordnung fuer sicherheitseinrichtungen in fahrzeugen

Info

Publication number: DE3001780A1
Application number: DE19803001780
Authority: DE
Inventors: Siegfried 7530 Pforzheim Heyden
Original assignee: Becker Autoradiowerk GmbH
Current assignee: Harman Becker Automotive Systems GmbH
Priority date: 1980-01-18
Filing date: 1980-01-18
Publication date: 1981-07-23
Also published as: DE3001780C2

Description

BESCHREIBUNG
Die Erfindung betrifft eine Steueranordnung für Sicherheitseinrichtungen in Fahrzeugen, mit einer Auswerteschaltung, die das an sie angelegte elektrische Ausgangssignal eines elektromechanischen Beschleunigungswandlers verarbeitet und beim Erreichen eines kritischen Wertes der über die Zeit integrierten Verzögerung Auslösesignale an Auslöseelemente der Sicherheitseinrichtungen abgibt.
Bei passiven Sicherheitseinrichtungen, die beim Aufprall des Fahrzeugs automatisch wirksam werden, z.B. aufblasbare Luftkissen (air bag) oder Sicherheitsgurt, die im Moment des Aufpralls gespannt werden (Gurtstrammer), kommt es entscheidend darauf an, daß die Auslösesignale für die einzelnen Auslöseelemente der Sicherheitseinrichtungen zuverlässig nach bestimmten Kriterien erzeugt werden, die nicht nur von den jeweiligen Umständen eines Aufpralls, sondern auch von den konstruktiven Merkmalen des Fahrzeugs bestimmt werden. Bei einem Aufprall auf ein Hindernis verformt sich die Karosserie eines Fahrzeugs in vorhersehbarer Weise.
Für jedes Fahrzeug kann experimentell eine Kurve aufgenommen werden, die den zeitlichen Verlauf der auftretenden Verzögerungswerte wiedergibt. Solche sogenannten Crash-Kurven sind für die jeweiligen Fahrzeugtypen charakteristisch Sie enthalten eine Vielzahl von Spitzen extrem hoher Verzögerungswerte, aber auch Stellen, an denen die Kurve unter die Null-Linie absinkt, an denen also auf die Insassen eine Beschleunigung einwirkt. In Abhängigkeit von dem konkreten Verlauf einer solchen Crash-Kurve kann der Konstrukteur einen optimalen Zeitpunkt für das Wirksamwerden der Sicherheitseinrichtungen festlegen, der einen optimalen Schutz der Insassen des Fahrzeugs gewährleistet. Für die Festlegung des geeigneten Zeitpunktes, in dem die Sicherheitseinrichtungen wirksam werden, können jedoch auch andere Kriterien von Bedeutung sein Wenn die Sicherheitseirrichtungen aus einem sogenannten Airbag-System bestehen, also aus mehreren aufblasbaren Luftkissen, so treten ci gleichzeitigem Zünden der Auslöseelemente mehrerer LuEtkissen wegen der von diesen verursachten Luftverdr.änguntj äußerst hohe Druckstöße in dem verschlossen FahrgasL-Innenraum auf, die zu schweren Schäden führen köniiei. Aus diesen Grunde sollte das Zünden der Auslöseelemente mehrerer Luftkissen jeweils kurzzeitig hintereinander erfolcjen.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Steueranordnunq für Sicherheitseinrichtungen in Fahrzeugen zu schaffen, die (; ermöglicht, die Kriterien für das Wirksamwerden der einzelnen Sicherheitseinrichtungen unter Berücksichtigunq dci jeweiligen Umstände eines Aufpralls, der konstruktiven Merkmale des Fahrzeugs und der Wirkungsweise der Sicherheitseinrichtungen für einen optimalen Schutz der Insasse zu bestimmen.
Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Steueranordnung der eingangs genannten Art gekennzeichnet durch einen Analog/Dklital-Wandler zur Umsetzung des analogen Ausgangssignals des Beschleunigungswandlers in ein digitales Signal; eine digitale, programmgesteuerte Recheneinrichtung, der die digitalen Signale des Analog/Digital-Wandlers als Eingangssignale zugeführt sind; einen Programmspeicher, in dem ein Rechenprogramm für die Recheneinrichtung zur Ausführung der Integration der digitalen Signale aus dem Analog/Digital-Wandler über die Zeit gespeichert ist; und eine digitale Entscheidungs-Logikschaltung, die die Auslösesignale für die Auslöseelemente abgibt, wenn die von der Rechelleillriclltung errechneten Integralwerte den Wert wenigsten eines in einem Festwertspeicher gespeicherten Bezugswerts erreichen, der dem kritischen Wert der integrierten Verzögerung entspricht.
Gemäß einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind der Analog/Digital-Wandler, die Recheneinrichtung, der Programmspeicher und die Entscheidungs-Logikschaltung auf einem einzigen Halbleiterplättchen integriert.
Integrierte Schaltungen, die die Gesamtheit der oben genannten Elemente enthalten, stehen dem Fachmann in Form von Mikrocomputern zur Verfügung.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist dem Analog/Digital-Wandler ein programmgesteuerter Umsclialter vorgeschaltet, der den Eingang des Analog/-Digital-Wandlers zwischen dem elektromechanischen Beschleunigungswandler und einem Ausgang einer programmgesteuerten Signalguelle umschaltet. Diese Signalquelle hat die Aufgabe, ein Signal zu erzeugen, das den Verlauf einer oder mehrerer typischer Crash-Kurven nachbildet. Auf diese Weise kann die einwandfreie Funktion der Steueranordnung überprüft und überwacht werden. Der Umschalter ist vorteilhafterweise als Multiplexer ausgebildet und ebenfalls auf dem Halbleiterplättchen integriert.
Es wurde gefunden, daß es nicht sinnvoll ist, sehr hohe Verzögerungswerte bei der Integration zu berücksichtigen, da diese für den tatsächlichen Verlauf eines Aufpralls untypisch sind. Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist daher dem Analog/Digital-Wandler eine Verstärkerschaltung vorgeschalteL, deren Verstärkung so einstellbar ist, daß die an den Analog/Digital-Wandler gelieferte Signalspannung beim Erreichen eines oberen Verzögerungs-Grenzwertes, bis zu dem integriert werden soll, dem oberen Grenzwert des Eingangsspannungsbereichs des Analog/Digital-Wandlers entspricht. Auf diese Weise ist automatisch.gewährleistet, daß die den oberen Verzögerungs-Grenzwert überschreitenden Verzögerungen nicht zu einem vorzeitigen Auslösen der Sicherheitseinrichtungen führen können.
In den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung gekennzeichnet.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen und aus der Zeichnung Die Zeichnung zeigt in Forn eines vereinfachten Blockschaltbildes eine besonders vorteiihafi:u Ausführungsform der Steueranordnung.
Die Steueranordnug enthält einen fest mit dem Fahrzeugaufbar verbundenen elektromechanischen BeschleuniCjungswanclle1 10, der vorzugsweise als piezoelektrischer Wandler auscjebii<ie ist. Das Ausgangssignal des Beschleunigungswandlers 10 gelangt an den nicht-invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 12, dessen Verstärkung mittels eins variablen Gegenkopplungswiderstandes R1 in Verbindung mit einem nach Masse geschalteten Ableitungswiderstand R2 einstellbar piste Das verstärkte Ausgangssignal gelangt an einen Eintyanc3sanschluß P1 eines Mikrocomputers 14, der in dem Schaltbild innerhalb des gestrichelten Kastens schematisch dargestellt ist. Der Aufbau eines solchen Mikrocomputers ist dem Eacilmann bekannt und z.B in einer Broschüre "The Unter 8022: Minimizing System Cost Through Higher Integration", Mal 1978, beschrieben. Die folgende Beschreibung beschränkt sicli daher auf die für die Erfindung wesentlichen Merkmale. Vom Eingang Pl gelangt das verstärkte Eingangssignal zu einem als Multiplexer ausgebildeten Umschalter 16, der den Eingang eines Komparators 18 entweder mit dem Eingang Pl oder mit einem weiteren Eingang P2 des Mikrocomputers verbindet.
Die Betätigung dieses Umschalters 16 ist programmgesteuert und wird später noch weiter erläutert. Der andere Eingang des Komparators 14 ist mit einer Widerstandskette 20 verbunden. Diese Widerstandskette enthält eine Vielzahl von in Reihe geschalteten, untereinander gleichen Widerständen, wobei an diese Reihenschaltung eine Bezugsspannung Uref angelegt ist. Zwischen den einzelnen Widerständen sind Spannungen abgreifbar, die durch das Widerstands-Teilerverhältnis festgelegt sind. Der Ausgang des Komparators 18 ist mit dem Eingang einer Logikschaltung 22 zur sukzessiven Approximation (SAL) verbunden. Die aus dem Komparator 18, der Widerstandskette 20 und der Logikschaltung 22 gebildete Einheit ist ein Analog/Digital-Wandler, der nach dem Verfahren der sukzessiven Approximation arbeitet. Die Logikschaltung 22 gibt über eine 8-Bit-Datenleitung 24 die digitalen Meßsignale auf eine interne Busleitung 26.
Der Mikrocomputer 14 enthält ferner in wohlbekannter Weise einen Festwertspeicher (ROM) 28, einen Arbeitsspeicher (RAM) 30, eine arithmetisch-logische Einheit (ALU) 32, ein Befehlsregister 34 und einen Taktgenerator 36. Diese sind jeweils über 8-Bit-Datenleitungen mit der internen Busleitung 26 verbunden. Ferner enthält der Mikrocomputer 14 eine ebenfalls mit der internen Bus leitung 26 über eine 8-Bit-Datenleitung verbundene Ein/Ausgabeschaltung 38 mit nach außen herausgeführten Anschlüssen P1 bis P7, wobei noch weitere Anschlüsse vorhanden sind, die in der Zeichnung jedoch zur Vereinfachung nicht dargestellt sind.
Die Anschlüsse P2 und P3 sind miteinander verbunden. Uber die Ein/Ausgabeschaltung 38 gelangt ein im Mikrocomputer erzeugtes Signalmuster an den zweiten Eingang des Umschalters 16, der synchron mit der Erzeugung dieses Signalmusters in seine in der Zeichnung gestri.chelt gebrachte Stellung gebracht wird. Die Umschaltung und die Erzeugung des Signalmusters erfolgen programmgesteuert durch ein Programm, das im Isestwertspeicher 28 gespeichert ist.
An die Anschlüsse P4 bis P7 der Ein/Ausgabeschaltung 38 sind die Eingänge einer Treiberschaltung 40 angeschlossen, die die Aufgabe hat, die an diesen Anschlüssen ausgegebenen Auslösesignale so zu verstärken, daß sie zur direkten Ansteuerung von Auslöseelementen 42, 44, 46, 48 geeignet sind.
Diese Auslöseelemente 42 bis 48 können Ziindsätze sein, dit.
jeweils einem aufblasbaren Luftsack zugeordnet sind und iesen in kürzester Zeit entfalten und aufblasen. Es können er auch Auslöseeinrichtungen für andere Rückhaltesysteme seils, z.B. für Rückhaltegurte, die bei Auslöunq automatisch iiaIiqespannt werden.
Es wird nun die Arbeitsweise der Steueranordnung beschrieben.
Die von dem piezoelektrischen Beschleunigungswandler 1() abgegebenen, im Verstärker 12 verstärkten und an den Analogeingan@ Pl angelegten Signale gelangen über den Umschalter bzw. Multplexer 16 zu dem aus dem Vergleicher 18, der Widerstandskette 20 und der Logikschaltung 20 gebildeten Analog/Digital-Wandler und werden von diesem in 8-Bit-Digitalsignale (Bytes) uitqsetzt.
Diese Digitalsignale gelangen über die interne Busleitung 26 zu der jeweils erforderlichen Verarbeitungsstelle, die durch das im Festwertspeicher 28 gespeicherte Programm festgelegt 1st.
Dieser Festwert- oder Programmspeicher 28 enthält untei- anderem ein dauernd eingespeichertes Programm für die aus der -irithnietischen und logischen Einheit 32 gebildete Recheneinrichtung, das diese anweist, die digitalen Meßsignale ab einem bestinullt(r Schwellwert aufzuintegrieren, der z.B. einer Verzögerung von 4 g entspricht Dadurch ist gewährleistet, daß auf die Fahrzeugkarosserie übertragene Stöße, die für einen Aufprall untypisch sind, unberücksichtigt bleiben und nicht zu einer Fehlauslösung führen können. Mittels des einstellbaren Widerstandei R1 ist die Verstärkung des Verstärkers 12 so eingestellt, daß der Eingangsspannungsbereich des Analog/Dig ital-Wandlers e ii0Cllt Verzögerungsbereich entspricht, der sich von Null bis zu einem oberen Grenzwert erstreckt, z,B. -36 g, bis zu dem integriert werden soll. Dadurch wird erreicht, daß kurze Verzögerungsspitzen, die sehr intensiv, aber für einen Aufprallvorgang untypisch sind, nicht zu einem vorzeitigen 1: reichen der Auslöseschwelle führen können.
Das in Iestwertspeicher 28 gespeicherte Programm enthält die erfortlcrlichen Programmschritte, um mittels der arithmetischen und logischen Einheit 32 die gewünschte Integration der digitalen Meßwerte über die Zeit vorzunehmen. Die arithmetische und logische Einheit 32 enthält eine digitale Entscheidungs-Loqikschaltung, welche die errechneten Integralwerte mit Bezuqswerten vergleicht, die ebenfalls in dem Festwertspeicher 28 gespeichert sind. Sobald diese Bezugswerte erreicht sind, die kritischen Werten der integrierten Verzögerung entsprechen und ab denen die Sicherheitseinrichtungen wirksam werden müssen, werden geeignete Auslösesignale erzeugt, die über die Ein/Ausgabeschaltung 38 und die Anschlüsse P4 bis P7 sowie über die Treiberschaltung 40 an die Auslöseelemente 42 bis 48 gelangen.
Durch geeignete Programmierung des Festwertspeichers 28 in der dem Fachmann geläufigen Weise können die optimale Auslöseschwelle und die geeigneten Zeitpunkte für die Auslösung der einzelnen Sicherheitseinrichtungen unter Berücksichtigung der Konstruktionsmerkmale des Fahrzeugs und der Eigenschaften der verwendeten Sicherheitseinrichtungen im Interesse des bestmöglichen Schutzes der Insassen festgelegt werden. Ein und dieselbe Steueranordnung kann durch geeignete Programmierung des Festwertspeichers 28 für alle denkbaren Anwendungsfälle, insbesondere für verschiedene Fahrzeugtypen und Sicherheitseinrichtungen, optimiert werden.
er Festwertspeicher 28 enthält ferner eim Programm, das die periodische Erzeugung eines Signalmusters bewirkt, welches den typischen Verlauf einer Crash-Kurve simuliert. Dieses Signlmuster wird über Anschluß P3 ausgegeben und gelangt über den zweiten Analoganschluß P2 und den Umschalter 16 in dessen gestrichelt eingezeichneter Stellung.an den Komparator 18 und wird dort in gleicher Weise verarbeitet, wie die über den Analoqanschluß P1 zugeführten verstärkten Signale des Beschleunigungswandlers 10. Die Erzeugung dieses Signalmusters erfolgt programmgesteuert synchron mit dem Umschalten des Umschalters bzw. Multiplexers 16. Das Umschaltsignal UM wii-<t intern im Mikrocomputer 14 erzeugt. Durch interne überprüfung der korrekten Verarbeitung der Simulationssignale stelLt- (iCi-Mikrocomputer 14 fest, ob alle Funktionen einwandfrei erfüllt werden. Falls irgendwelche Unregelmäßigkeiten auftreten, erzeug der Mikrocomputer ein Alarmsignal, das die fahrzeuginsassen über eine in der Zeichnung nicht dargestellte Alarmvorrichtung, z.B. eine Warnlampe, über die fehlerhafte Arbeitsweise ( Steueranordnung informiert.
Leerseite

Claims

Steueranordnung für Sicherheitseinrichtungen in Fahrzeugen PATENTANSPRUCHE 1. Steueranordnung für Sicherheitseinrichtungen in Fahrzeugen, mit einer Auswerteschaltung, die das an sie angelegte elektrische Ausgangssignal eines elektromechanischen Beschleunigungswandlers verarbeitet und beim Erreichen eines kritischen Wertes der über die Zeit integrierten Verzögerung Auslösesignale an Auslöseelemente der Sicherheitseinrichtungen abgibt, gekennzeichnet durch - einen Analog/Digital-Wandler (18, 20, 22) zur Umsetzunçg des analogen Ausgangssignals des Beschleuniqungswandlers (10) in.ein digitales Signal; - eine digitale, programmgesteuerte Itecheneínrichturlg (32), der die digitalen Signale des Analog/Vigital-Wandlers als Eingangssignale zugeführt sind; - einen Programmspeicher (28), in dem ein Rechenprogramm für die Recheneinrichtung zur Ausführung der Integration der digitalen Signale aus dem Analog/Digital-Wandler über die Zeit gespeichert ist; und - eine digitale Entscheidungs-Logikschaltung, die die Auslösesignale für die Auslöseelemente (42, 44, 46, 48) abgibt, wenn die von der Recheneinrichtung errechneten Integralwerte den Wert wenigstens eines in einem Festwertspeicher gespeicherten Bezugswerts erreichen, der dem kritischen Wert der integrierten Verzögerung entspricht.
2. Steueranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Analog/Digital-Wandler (18, 20, 22), die Recheneinrichtung (32), der Programmspeicher (28) und die Entscheidungs-Logikschaltung auf einem einzigen Halbleiterplättchen integriert sind.
3. Steueranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß dem Analog/Digital-Wandler (18, 20, 22) ein programmgesteuerter Umschalter (16) vorgeschaltet ist, der den Eingang des Analog/Digital-Wandlers zwischen dem elektromechanischen Beschleunigungswandler (10) und einem Ausgang einer programmgesteuerten Signalquelle umschaltet.
4. Steueranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Umschalter (16) als Multiplexer ausgebildet und ebenfalls auf dem Halblei.erplättchen integriert ist.
5. Steueranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Programmspeicher (28) ein Programm zum periodischen Umschalten des Umschaltens (16) in festen Zeitabständen enthält.
6. Steueranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß dem Analog/Digital-Wandler (18, 20, 22) eine Verstärkerschaltung (12) vorgesctlaltet ist, deren Verstärkung so einstellbar ist, daß die an den Analog/Digital-Wandler gelieferte Signalspannung beim Erreichen eines oberen Verzögerungsgrenzwertes, bis zu dem integriert werden soll, dem oberen Grenzwert des Eingangsspannungsbereichs des Analog/Digital-Warldler.
entspricht 7 Steueranordnung nach einem der vorstehenden Ansprücile, dadurch gekennzeichnet, daß die Recheneinrichtun (32) nur die digitalen Signale integriert, die einem ullteren Verzögerungsschwellwert entsprechen.
8. Steueranordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch -gekennzeichnet, daß der Analog/Digital-Wandler (18, 20, 22) nach dem Verfahren der sukzessiven ApI>rOximation arbeitet.