DE3334603C2

DE3334603C2 -

Info

Publication number: DE3334603C2
Application number: DE19833334603
Authority: DE
Inventors: Darko Dipl.-Ing. Brodarac; Wolfram Dr.-Ing. 7410 Reutlingen De Glauert; Bernahrd Dipl.-Ing. 7123 Sachsenheim De Mattes; Eberhard Dipl.-Ing. 7140 Ludwigsburg De Mausner; Winfried Dipl.-Ing. 7410 Reutlingen De Speidel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1983-09-24
Filing date: 1983-09-24
Publication date: 1991-10-24
Also published as: FR2552551A3; DE3334603A1; FR2552551B3

Description

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus einer Verstärkeranordnung für einen Be schleunigungsaufnehmer nach der Gattung des Hauptanspruchs.

Solche Beschleunigungsaufnehmer werden im Kraftfahrzeug z. B. für sogenannte Airbags oder Gurtstrammer benötigt und sind aus ATZ Auto mobiltechnischen Zeitschriften 84 (1982) 2, Seiten 77 bis 83 bekannt. Ein Beschleunigungsaufnehmer erfaßt die Verzögerung des Fahrzeugs, verstärkt sie und gibt an ein Steuergerät weiter, das ein Aulösesignal dann erzeugt, wenn eine Verzögerungscharakteristik vorliegt, die der eines Aufpralls des Fahrzeugs auf ein Hindernis entspricht. Durch die Auslöseeinrichtung werden Zündkreise elektrisch ausgelöst, die über eine chemische Reaktion entweder das plötzliche Aufblasen des Airbags (Luftsacks) oder das plötzliche Anspannen von Sicherheitsgurten bewirken.

Solche Anordnungen müssen naturgemäß sehr zuverlässig arbeiten, da die Gefahr besteht, das Fehlauslösungen infolge der Offsetdrift des Verstärkers über Zeit und Temperatur erfolgen. Bei der Verwendung von billigen Bauteilen, insbesondere billigen Beschleunigungsaufnehmern ist die Gefahr besonders groß.

Aus der US-PS 34 55 148 ist ebenfalls eine Verstärkeranordnung für einen Beschleunigungsaufnehmer bekannt, bei der das Ausgangssignal eines Verstärkers einem Differenzverstärker zugeführt wird. Ein Ein gangsanschluß des Differenzverstärkers ist mit einer Referenzspannungsquelle verbunden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auch bei Verwendung einfacher und billiger Beschleunigungsaufnehmer eine Offsetdrift (über der Zeit und der Temperatur) zu vermeiden.

Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteile der Erfindung

Die Erfindung hat insbesondere den Vorteil, daß nachteilige Tempera tureinflüsse ausgeschaltet werden. Auch ein Abgleich der Bauteile kann entfallen.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Verstärkeranordnung möglich. Besonders vorteilhaft ist die Einschaltung eines Komparators mit eigener Offsetkompensation in den Offset kompensationskreis des Verstärkers, wobei in einem vorgegebenen Zeittakt in Abhängigkeit der Ausangsspannung des Komparators der Ausgangsstrom der Stromquelle stufenweise erhöht oder erniedrigt wird. Dies kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorteilhaft über einen Zähler erfolgen, dessen Zählrichtung durch das Ausgangssignal des Komparators festgelegt wird.

Weiterhin ist es besonders vorteilhaft, zur Dämpfung der Resonanzüberhöhung Tiefpässe vor der Verstärkeranordnung oder zwischen einzelnen Stufen der Verstärkeranordnung anzuordnen.

Vorteilhaft wird die Frequenz des Zeittakts dabei so niedrig gewählt, daß die Anordnung als Hochpaß wirkt, d. h., daß der Ausgang der Verstärkeranordnung zwar immer auf einem festen Wert, insbesondere dem Wert Null geregelt wird, kurzzeitige Beschleunigungswerte jedoch ungehindert zum Ausgang gelangen können.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt eine schaltungsgemäße Ausgestaltung des Ausführungsbeispiels.

Beschreibung des Ausführungsbeispieles

Das Signal eines einseitig an Masse liegenden piezoelektrischen Beschleunigungsaufnehmers 10 ist über die Reihen schaltung zweier Widerstände 11, 12 dem nicht invertierenden Eingang eines eine Vorverstärkerstufe bildenden Operationsverstärkers 13 zugeführt. Parallel zur Reihen schaltung des Beschleunigungsaufnehmers 10 mit dem Widerstand 11 liegt die Reihenschaltung eines Kondensators 14 mit einem weitren Widerstand 15. Wiederum parallel dazu ist ein Stromableitwiderstand 16 geschaltet. Der nichtinvertierende Eingang des Komparators 13 ist über einen Kondensator 17 mit Masse verbunden. Der Widerstand 11 zusammen mit dem Kondensator 14 sowie der Widerstand 12 zusammen mit dem Kondensator 17 bilden zwei Tiefpässe zur Dämpfung der bei piezoelektrischen Elementen ausgeprägten Resonanzüberhöhung, die deshalb notwendig sind, um den Eingang des Operationsverstärkers 13 nicht zu übersteuern. Der Kondensator 14 dient dabei gleichzeitig zur Temperaturkompensation des Beschleunigungsaufnehmers. Der Widerstand 15 dient zu Testzwecken, d. h., über eine mit ihm verbundene Klemme 18 können Testsignale in den Vorverstärker eingespeist werden, um auf diese Weise vorteilhaft die elektrische Schaltung zu prüfen.

Der Ausgang des Operationsverstärkers 13 ist über einen Widerstand 19 auf seinen invertierenden Eingang rückgekoppelt und bildet dadurch die Vorverstärkerstufe. Das Ausgangssignal des Operationsverstärkers 13 ist über einen weiteren, aus einem Widerstand 20 und einem Kondensator 21 bestehenden Tiefpaß zur Dämpfung der Resonanzüberhöhung mit dem nichtinvertierenden Eingang eines weiteren Operationsverstärkers 22 verbunden, dessen Ausgang über einen Widerstand 23 auf den invertierenden Eingang rückgekoppelt ist, wobei dieser invertierende Eingang über über einen weiteren Widerstand 24 an Masse gelegt ist. Dadurch entsteht ein Endverstärker 22 bis 24, dessen Verstärker V=1+R23/R24 ist. Dieser Verstärkungsfaktor wird dabei vorteilhaft auf einen Wert zwischen 5 und 20 festgelegt. Der Ausgang des Operationsverstärkers 22 ist mit einer Ausgangsklemme 25 verbunden, die das verstärkte Beschleunigungssignal einer weiteren Auswerteschaltung zuführt, wie sie beispielsweise im angegebenen Stand der Technik gezeigt ist.

Zur Offsetkompensation der beschriebenen Anordnung ist der Ausgang des Operationsverstärkers 22 über einen CMOS-Transistorschalter 26 mit dem nichtinvertierenden Eingang eines als Komparator 27 geschalteten Operationsverstärkers verbunden. Der invertierende Eingang ist über einen Kondensator 28 mit Masse und über einen weiteren Transistorschalter 29 mit seinem Ausgang verbunden. Ein weiterer Transistorschalter 30 verbindet den nichtinvertierenden Eingang des Komparators 27 mit Masse. Ein Zeittaktgeber 31 ist mit den Steuereingängen der beiden Transistorschalter 29, 30 sowie über einen Inverter 32 mit dem Steuereingang des Transistorschalters 26 verbunden. Weiterhin erzeugt dieser Zeit taktgeber 31 Zähltaktsignale für einen Zähler 33 dessen Zählrichtungseingang U/D durch den Ausgang des Komparators 27 gesteuert ist. Die Zahlenausgänge dieses Zählers 33 steuern über einen Digital/Analog-Wandler 34 eine Stromquelle 35 deren Ausgangsstrom dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 13 zugeführt wird.

Die Wirkungsweise der dargestellten Anordnung besteht darin, daß das Ausgangssignal des Endverstärkers 22 bis 24 durch die Offsetkompensationsschaltung 26 bis 35 auf den Wert Null geregelt wird. Da diese Offset kompensationsschaltung durch entsprechende Wahl des Zeittakts (Signallänge des Zeittaktgebers z. B. 300 ms) als Hochpaß wirkt, können kurzzeitige Be schleunigungssignale ungehindert zur Ausgangsklemme 25 gelangen. Im einzelnen wird dazu zunächst während einer ersten Zeittaktperiode (0-Signal am Ausgang des Zeittaktgebers 31) über den Inverter 32 der Transistorschalter 26 geschlossen, wodurch die Aus gangsspannung an der Klemme 25 mit der Spannung des Kondensators 28 verglichen wird. In Abhängigkeit der Differenzspannung entseht am Ausgang des Komparators 27 ein 1-Signal oder ein 0-Signal, durch das der Zähler 33 auf einen Aufwärtszählvorgang oder einen Abwärtszählvorgang geschaltet wird. Über ein Zeit taktsignal am Zähltakteingang des Zählers 33 erfolgt der entsprechende Zählschritt, durch den der Zählerstand des Zählers 33 um den Wert 1 erhöht oder erniedrigt wird. Ein diesem Zählerstand entsprechendes analoges Steuersignal wird über den D/A-Wandler 34 erzeugt und steuert die Stromquelle 35, die einen entsprechend erhöhten oder erniedrigten Ausgangsstrom erzeugt. Dieser greift in den Vorverstärker 13, 19 ein und wirkt dadurch einer festgestellten zu hohen (positiv) oder zu niedrigen (negativen) Ausgangsspannung an der Klemme 25 entgegen, wodurch die erwünschte Kompensation jeweils stufenweise eintritt.

Wenn der Transistorschalter 26 anschließend geöffnet wird, dann schließen die Transistorschalter 29 und 30, wodurch der nichtinvertierende Eingang an Masse gelegt wird und die gemeinsame Spannung des invertierenden Eingangs und des Ausgangs dem Kondensator 28 zugeführt wird. Diese stellt dadurch auf den negativen Wert der augenblicklichen Offsetspannung des Komparators 27 ein, so daß sich auch diese nicht fehlerhaft auswirken kann.

Es sei noch festgehalten, daß für diese Schaltung in vorteilhafter und an sich bekannter Weise eine Initia lisierungsschaltung (Power-on-Rest) vorgesehen sein kann, um bei jedem Einschaltvorgang oder bei Unterspannung definierten Anfangsbedingungen zu schaffen. Dies ist durch die beiden mit R bezeichneten Pfeile gekennzeichnet. Der Zähler 33 wird auf einen festgelegten Zahlenwert gesetzt und der Zeittaktgeber 31 wird für eine definierte Zeit auf eine höhere Frequenz gesetzt. Dadurch entsteht ein beschleunigter Offsetausregelvorgang, der Einschaltabweichungen rascher ausregelt.

Claims

1. Verstärkeranordnung für einen Beschleunigungsaufnehmer, insbesondere einen piezoelektrischen Beschleunigungsaufnehmer, mit Offset kompensation, bei der das Ausgangssignal der Verstärkeranordnung in einem Komparator (27) mit einer Vergleichsspannung verglichen wird, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleich in einem festen oder variablen Zeittakt erfolgt, daß in Abhängigkeit des Ausgangssignal des Komparators (27) der Ausgangsstrom einer Stromquelle (35) im Zeittakt erhöht oder erniedrigt wird, und daß dieser Ausgangsstrom einem Verstärkereingang zugeführt wird.

2. Verstärkeranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgangsoffset-Spannung auf den Wert Null geregelt wird.

3. Verstärkeranordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsspannung die Offsetspannung des Komparators (27) ist.

4. Verstärkeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Eingang des Komparators (27) über einen Transistorschalter (26) mit dem Ausgang der Verstärkeranordung verbunden ist, daß ein Vergleichseingang des Komparators (27) mit einem Kondensator (28) verbunden ist, daß im Zeittakt der Transistorschalter geöffnet und geschlossen wird, wobei jeweils im geöffneten Zustand der damit verbundenen Eingang des Komparators (27) an Masse und die Ausgangsspannung an den Kondensator (28) gelegt wird, und wobei im geschlossenen Zustand die Komparatorausgangsspanung auf die Stromquelle (35) einwirkt.

5. Verstärkeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Aus gangsspannung des Komparators (27) die Zählrichtung eines im Zeittakt zählenden Zählers (33) gesteuert wird, und daß durch den Zählerstand der Ausgangsstrom der Stromquelle (35) gesteuert wird.

6. Verstärkeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des Zeittakts so niedrig gewählt ist, daß die Anordnung als Hochpaß wirkt.

7. Verstärkeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei jedem Einschaltvorgang und/oder bei Unterspannung die Frequenz für eine vorgebbare Zeit erhöht wird.

8. Verstärkeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärkeranordnung wenigstens ein Tiefpaß (11, 14 bzw. 12, 17) vorgeschaltet ist.

9. Verstärkeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn zeichnet, daß ein Tiepaßkondensator (14) zur Temperaturkompensation des Beschleunigungsaufnehmers (10) vorgesehen ist.

10. Verstärkeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur elektrischen Einspeisung eines Prüfimpulses ein mit dem Tiefpaßkondensator (14) verbundener Widerstand (15) vorgesehen ist.

11. Verstärkeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkeranordnung aus wenigstens zwei Ver stärkerstufen (13, 19 bzw. 22 bis 24) besteht, wobei der Ausgangsstrom der Stromquelle (35) einem Eingang der ersten Verstärkerstufe (13, 19) zugeführt wird. 12. Verstärkeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Verstärkerstufen wenigstens ein Tiefpaß (20, 21) vorgesehen ist.