DE3627241A1 - CIRCUIT AND METHOD FOR CHECKING ELECTRONIC SENSORS - Google Patents
CIRCUIT AND METHOD FOR CHECKING ELECTRONIC SENSORSInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft eine Schaltung für einen elektro nischen Sensor für Sicherheitseinrichtungen in Kraftfahr zeugen mit einem Beschleunigungsfühler, dessen Ausgangs signal einer Auswerteschaltung zuführbar ist, der eine Endstufe zur Auslösung der Sicherheitseinrichtung nach geschaltet ist. Eine derartige Schaltung ist beispielsweise aus der DE-AS 24 54 424 bekannt und weist eine Auswerte schaltung auf, in der ein piezoelektrischer Beschleunigungs fühler derart mit einem Differenzverstärker verschaltet ist, daß ein Kurzschluß in der Schaltung, ein Bruch in Zuleitungen zu Zündpillen, die die Auslösung der Sicherheits einrichtungen, beispielsweise Gurtstrammer oder Luftsack (Airbag), bewirken, sowie ein Bruch der Zündpillen selbst erkannt werden kann. Die Funktionstüchtigkeit des Beschleu nigungsfühlers selbst kann jedoch noch durch andere Faktoren als Kurzschlüsse oder Leitungsunterbrechungen in Frage gestellt werden, und derartige andere Störfälle werden von der bekannten Schaltung nicht erkannt.The invention relates to a circuit for an electro African sensor for safety devices in motor vehicles testify with an accelerometer whose output Signal of an evaluation circuit can be supplied, the one Power stage for triggering the safety device after is switched. Such a circuit is for example known from DE-AS 24 54 424 and has an evaluation circuit on in which a piezoelectric acceleration sensor connected in this way with a differential amplifier is that a short circuit in the circuit, a break in Supply lines to squibs that trigger the safety devices, such as belt tensioners or air bags (Airbag), cause, as well as a break of the squib itself can be recognized. The functionality of the acceleration However, the cleaning sensor itself can be affected by other factors as short circuits or wire breaks and such other accidents not recognized by the known circuit.
Weiterhin ist aus der "ATZ Automobiltechnische Zeitschrift", 84, (1982), Seite 77 ff. eine Schaltung zur Überwachung für einen Sensor bekannt, bei der ein Dehnungsmeßstreifen- Beschleunigungsfühler vorgesehen ist. Beim Einschalten des Sensors wird zunächst ein Prüfzyklus durchlaufen, in welchem der gesamte Signalpfad zwischen Beschleunigungs fühler und Zünder der Rückhaltesysteme (Gurtstrammer, Airbag) auf Durchgang geprüft wird. Im Betrieb werden bei dieser Schaltung dauernd Durchgangsprüfungen von Zulei tungen zu den Rückhaltesystemen vorgenommen und es wird die Spannungsversorgung kontrolliert. Andere Störfälle können bei dieser Schaltung ebenfalls nicht festgestellt werden. Eine sehr ähnliche Schaltung ist weiterhin aus "Ing´nieurs de l'Automobile" (1982), Nr. 6, Paris, Seiten 69 bis 77 bekannt, für die daher die gleichen Beschrän kungen gelten.Furthermore, from the "ATZ Automobiltechnische Zeitschrift" 84, (1982), page 77 ff. A circuit for monitoring known for a sensor in which a strain gauge Accelerometer is provided. When switching the sensor is first run through a test cycle, in which the entire signal path between acceleration sensors and detonators of the restraint systems (belt tensioners, Airbag) is checked for continuity. Be in operation Continuous Zulei tests on this circuit made to the restraint systems and it will controls the power supply. Other accidents can also not be found with this circuit will. A very similar circuit is still out "Ing'nieurs de l'Automobile" (1982), No. 6, Paris, pages 69 to 77, for which therefore the same restriction cations apply.
Die erfindungsgemäße Schaltung für einen elektronischen Sensor für Sicherheitseinrichtungen in Kraftfahrzeugen mit einem Beschleunigungsfühler, dessen Ausgangssignal einer Auswerteschaltung zuführbar ist, der eine Endstufe zur Auslösung der Sicherheitseinrichtung nachgeschaltet ist, bei der ein Signalerzeugungsglied zur Erzeugung eines Testsignals vorgesehen ist, mit dem der Beschleunigungs fühler beaufschlagbar ist, dessen Ausgangssignal an eine Vergleicherschaltung anlegbar ist, hat insbesondere den Vorteil, daß nunmehr eine echte Funktionsüberprüfung des Sensors stattfinden kann. Das Testsignal wird dem Beschleu nigungsfühler zugeführt und dieser arbeitet, unter durch das Testsignal standardisierten Bedingungen, wie sonst im Normalbetrieb. Es lassen sich aus dem Ausgangssignal Rückschlüsse auf das dynamische Verhalten des Beschleuni gungsfühlers ziehen und zusätzlich das Einschwingen des Ausgangssignals des Beschleunigungsaufnehmers nach Zuschal ten der Spannungsversorgung kontrollieren. Weiterhin können mit der erfindungsgemäßen Schaltung Drifterscheinungen nicht nur des Beschleunigungsaufnehmers, sondern auch nachgeschalteter Bauteile festgestellt werden, etwa eine Offsetdrift in Operationsverstärkern. Alle diese dynamischen oder zeitabhängigen Effekte, die ernsthafte Funktions störungen zur Folge haben können, bleiben bei den sta tischen, auf die Feststellung von Betriebsspannungen oder Durchgang beschränkter Kontrollen nach dem Stand der Technik außer Betracht. Selbstverständlich werden diese statischen Effekte mit der erfindungsgemäßen Schaltung ebenfalls registriert.The circuit according to the invention for an electronic Sensor for safety devices in motor vehicles with an acceleration sensor whose output signal an evaluation circuit can be fed to the one output stage downstream to trigger the safety device is in which a signal generating element for generating a Test signal is provided with which the acceleration is acted upon, the output signal to a Comparator circuit can be applied, has in particular Advantage that now a real function check of the Sensor can take place. The test signal is the acceleration supplied with the temperature sensor and this works, under through the test signal standardized conditions, as usual in normal operation. It can be derived from the output signal Conclusions about the dynamic behavior of the accelerator pull the sensor and in addition the settling of the Output signal of the accelerometer after switching Check the voltage supply. Can continue with the circuit drift phenomena not just the accelerometer, but also downstream components are found, such as one Offset drift in operational amplifiers. All of these dynamic or time-dependent effects that are serious functional The sta tables, on the determination of operating voltages or Passage of state-of-the-art controls disregarded. Of course, these are static Effects with the circuit according to the invention also registered.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein Beschleunigungsaufnehmer vorgesehen, der zumindest den Beschleunigungsfühler sowie eine diesem nachgeschaltete Signalverarbeitungsschaltung umfaßt, deren Ausgangssignal der Vergleicherschaltung zuführbar ist. Eine derartige Anordnung läßt sich besonders gut hybridisieren; weiterhin werden mit dem Testsignal sämtliche das Zeitverhalten des Sensors beeinflussende Bauteile auf ihre ordnungsgemäße Funktion geprüft.In an advantageous embodiment of the invention an accelerometer is provided, at least the acceleration sensor and a downstream one Signal processing circuit includes the output signal can be fed to the comparator circuit. Such one Arrangement can be hybridized particularly well; Farther all the time behavior with the test signal components influencing the sensor to their proper Function checked.
Die Standardisierung des Testsignals wird vorteilhafterweise dadurch erreicht, daß das Signalerzeugungsglied eine Impuls formerschaltung zur Erzeugung eines Impulses einstell barer Zeitdauer und/oder Amplitude als Testsignal aufweist. Die Einstellung der Zeitdauer und Amplitude kann den jewei ligen Gegebenheiten, beispielsweise sich bei Bauteilaus tausch ändernden elektrischen Werten der Bauteile, Rechnung tragen.The standardization of the test signal is advantageous thereby achieved that the signal generating element has a pulse Set the shaping circuit to generate a pulse barer duration and / or amplitude as a test signal. The setting of the time duration and amplitude can each current circumstances, for example in the case of component failures exchange changing electrical values of the components, invoice wear.
Das Testsignal wird vorzugsweise über eine Kapazität im Beschleunigungsaufnehmer eingekoppelt.The test signal is preferably via a capacitance in the Accelerometer coupled.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der erfin dungsgemäßen Schaltung setzt sich die Signalvergleicher schaltung aus drei Komponenten zusammen, einem Fenster komparator, der feststellt, ob das Ausgangssignal in einem "Fenster", also einem Signalbereich zwischen einer ersten Schwelle und einer zweiten Schwelle, liegt, sowie zwei Schwellwertschaltern.In a particularly advantageous embodiment of the inventions The circuit according to the invention sets the signal comparator circuit composed of three components, a window comparator, which determines whether the output signal is in a "Window", ie a signal area between a first Threshold and a second threshold, lies, as well as two Threshold switches.
Dem Fensterkomparator ist vorzugsweise ein Zeitglied vor geschaltet, beispielsweise ein RC-Glied, dessen Zeitkon stante ZP 1 durch den Widerstands- und Kapazitätswert gegeben ist. Diese Zeitkonstante TP 1 und die dem Beschleunigungs fühler und seiner Beschaltung eigene Zeitkonstante bestim men nach Zuschaltung der Spannungsversorgung die Zeit dauer, in der sich das Ausgangssignal außerhalb des Fensters befindet. Die Ausgangsspannung des Fensterkomparators ist in dieser Zeit "Low". Die Erfassung der Zeit, in der der Fensterkomparator dieses Signal "Low" anzeigt, erlaubt wertvolle Rückschlüsse über das Einschwingverhalten des Beschleunigungsaufnehmers zu treffen, insbesondere bei Abweichungen gegenüber Sollwerten. Durch das Zeitglied (Tiefpaß) wird im statischen Betrieb des Beschleunigungs aufnehmers erreicht, daß nur relativ langsame Signalände rungen des Ausgangssignals, etwa bei Driftvorgängen und ähnlichem, diese in dem Fensterkomparator ausgewertet werden.The window comparator is preferably connected before a timing element, for example an RC element, whose time constant ZP 1 is given by the resistance and capacitance value. This time constant TP 1 and the time constant of the acceleration sensor and its circuitry determine the duration in which the output signal is outside the window after the power supply has been switched on. The output voltage of the window comparator is "low" during this time. The detection of the time in which the window comparator displays this signal "low" allows valuable conclusions to be drawn about the settling behavior of the accelerometer, in particular in the event of deviations from setpoints. Through the timer (low-pass filter) is achieved in the static operation of the accelerometer that only relatively slow signal changes of the output signal, such as in drift processes and the like, these are evaluated in the window comparator.
Dem ersten Schwellwertschalter mit einer einstellbaren dritten Signalschwelle kann weiterhin ein Zeitglied vorge schaltet sein, wie es voranstehend besprochen wurde. Die (zweite) Zeitkonstante TP 2 des zweiten Zeitglieds bestimmt daher die Zeit, in der das Ausgangssignal oberhalb der dritten Schwelle S 4 des ersten Schwellwertschalters liegen muß, damit dieser von "High" auf "Low" schaltet. Er dient der Erfassung unzulässig hoher Signaländerungen, die noch vor der schnellstmöglichen Reaktionszeit der weiteren Signalauswertung erfaßt werden müssen.The first threshold switch with an adjustable third signal threshold can also be a timer, as discussed above. The (second) time constant TP 2 of the second timing element therefore determines the time in which the output signal must lie above the third threshold S 4 of the first threshold value switch so that it switches from "high" to "low". It is used to record impermissibly high signal changes, which must be recorded before the fastest possible response time for further signal evaluation.
Der zweite Schwellwertschalter mit einer vierten einstell baren vierten Signalschwelle S 3, die kleiner ist als die dritte Schwelle S 4, mit dem ohne Zeitverzögerung das Über schreiten einer Ansprechschwelle erfaßt werden kann, dient insbesondere der dynamischen Prüfung des Beschleunigungs aufnehmers mittels eines Testsignals.The second threshold switch with a fourth adjustable fourth signal threshold S 3 , which is smaller than the third threshold S 4 , with which the exceeding of a response threshold can be detected without a time delay, is used in particular for dynamic testing of the acceleration sensor using a test signal.
Die vollständige Analyse des Beschleunigungsfühlers bezie hungsweise des Beschleunigungsaufnehmers wird vorteilhafter weise durch Vergleich der festgestellten Zeiten mit ent sprechenden Standardwerten vorgenommen, und hierzu ist bevorzugt der Ausgang des Fensterkomparators und/oder der Ausgang des ersten Schwellwertschalters und/oder der Ausgang des zweiten Schwellwertschalters an jeweils einen entsprechenden Eingang einer Systemüberwachungsschaltung angeschlossen, die beispielsweise eine zentrale Rechenein heit (CPU) eines Mikroprozessors sein kann. Meldet die CPU eine unzulässige Abweichung gemessener von in einem elektronischen Speicher (EEPROM) gespeicherten (Standard-) Werten, so dient diese Fehlermeldung vorteilhafterweise zur Aktivierung einer der CPU nachgeschalteten optischen oder akustischen Anzeigevorrichtung, die die Störung an zeigt. Ebenso kann die Sperrung der weiteren Signalverar beitung durch die Systemüberwachung (CPU), beispielsweise über ein elektronisches Bauteil, im Bedarfsfall vorgesehen werden.Get the full analysis of the accelerometer way of the accelerometer is more advantageous wise by comparing the determined times with ent speaking standard values, and this is preferably the output of the window comparator and / or the output of the first threshold switch and / or the Output of the second threshold switch to one each corresponding input of a system monitoring circuit connected, for example a central computer unit (CPU) of a microprocessor. Report the CPU an impermissible deviation from measured in one electronic memory (EEPROM) stored (standard) Values, this error message is advantageously used to activate an optical downstream of the CPU or acoustic indicator that indicates the fault shows. Likewise, the blocking of further signal processing processing by system monitoring (CPU), for example via an electronic component, provided if necessary will.
Ein ordnungsgemäßer Betrieb des Sensors soll nur dann stattfinden, wenn alle Prüfmaßnahmen ergeben haben, daß kein Fehler vorliegt, und hierzu sind vorzugsweise das Ausgangssignal des Fensterkomparators und das Ausgangs signal des ersten Schwellwertschalters und ein das Nicht vorliegen schwerwiegender systemspezifischer Fehler anzei gendes Signal jeweils an einen Eingang eines logischen UND-Gliedes anlegbar, mit dessen Ausgang ein Eingang einer Signalauswerteschaltung verbunden ist, die einen weiteren Eingang aufweist, der mit dem Ausgangssignal des Beschleu nigungsfühlers oder mit dem Ausgangssignal des Beschleu nigungsaufnehmers beaufschlagbar ist. Correct operation of the sensor should only then take place when all test measures have shown that there is no error, and this is preferably the case Output signal of the window comparator and the output signal of the first threshold switch and a the not there are serious system-specific errors signal to an input of a logical AND gate can be created with the output of which is an input of an Signal evaluation circuit is connected to another Has input that with the output signal of the acceleration sensor or with the output signal of the acceleration inclination sensor is acted upon.
Aus der der Erfindung zugrundeliegenden Erkenntnis, mittels einer dynamischen Analyse das Zeitverhalten eines Sensors zu untersuchen, wird deutlich, daß die Erfindung nicht auf die voranstehend beschriebenen Schaltungsmaßnahmen beschränkt, sondern universell anwendbar ist. In vorteil hafter Weise stellt die Erfindung daher ein Verfahren zur dynamischen Überprüfung eines Beschleunigungsfühlers und/oder eines Beschleunigungswandlers mit folgenden Schrit ten zur Verfügung:From the knowledge on which the invention is based, by means of a dynamic analysis the time behavior of a sensor to examine, it becomes clear that the invention is not to the circuit measures described above limited, but is universally applicable. In an advantage The invention therefore provides a method for dynamic checking of an acceleration sensor and / or an acceleration converter with the following step available:
- 1) Auswertung des dynamischen Einschwing vorgangs des Beschleunigungsaufnehmers nach Zuschalten der Spannungsversorgung und1) Evaluation of the dynamic settling process of the accelerometer after switching on the power supply and
- 2) Erzeugung eines Testsignals; Anlegen des Testsignals an einen Eingang des Beschleuni gngsfühlers oder -wandlers; Analyse des Zeitverhaltens des Ausgangssignals des Beschleunigungsfühlers oder -wand lers.2) generating a test signal; Applying the test signal to an input of the acceleration sensor or transducer; Analysis of time behavior the output signal of the acceleration sensor or wall lers.
Die voranstehend bei der Besprechung der Schaltung aufgeführten Vorteile gelten selbstverständlich sinngemäß auch für das erfindungsgemäße Verfahren.The above when discussing the circuit The advantages listed naturally apply accordingly also for the method according to the invention.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist das Testsignal ein Impuls einstellbarer Zeitdauer und/oder einstellbarer Amplitude.In an advantageous embodiment of the method the test signal is a pulse of adjustable duration and / or adjustable amplitude.
Die umfassende dynamische Analyse und Überwachung wird vorteilhafterweise dadurch erreicht, daß das Ausgangssignal daraufhin untersucht wird, ob es beim Einschwingen des Aufnehmers während einer Zeitdauer außerhalb der Signal schwellen des Fensterkomparators liegt oder ein Heraus driften aus diesen Grenzen für eine bestimmte Zeitdauer im eingeschwungenen Zustand des Beschleunigungsaufnehmers erfolgt. Weiterhin kann untersucht werden, ob bei dyna mischer Anregung des Beschleunigungsaufnehmers mit einem Testsignal die Zeitdauer bis zum Erreichen der vierten Signalschwelle S 3 und die Zeitdauer bis zur folgenden Unterschreitung der Signalschwelle S 3 eingehalten wird. Mit einer weiteren Schwelle S 4 und einem Zeitglied kann festgestellt werden, ob eine bestimmte maximale Beschleu nigung für eine bestimmte Zeitdauer überschritten ist. The comprehensive dynamic analysis and monitoring is advantageously achieved in that the output signal is examined for whether it is during the transient oscillation of the transducer for a period outside the signal thresholds of the window comparator or drifting out of these limits for a certain period of time in the steady state of the accelerometer he follows. Furthermore, it can be investigated whether the dynamic duration of the acceleration sensor with a test signal until the fourth signal threshold S 3 is reached and the time period until the signal threshold S 3 is undershot. With a further threshold S 4 and a timer it can be determined whether a certain maximum acceleration has been exceeded for a certain period of time.
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert, aus welchem weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Hierbei zeigtThe invention is illustrated below using a drawing illustrated embodiment explained in more detail which further advantages and features emerge. Here shows
Fig. 1 eine vorteilhafte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltung und Fig. 1 shows an advantageous embodiment of a circuit according to the invention and
Fig. 2 und 3 zeigen Diagramme des Zeitverhaltens bestimmter Signale. Fig. 2 and 3 show diagrams of the time behavior of certain signals.
Bei dem Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine Schal tung für einen elektronischen Sensor für Sicherheitsein richtungen in Kraftfahrzeugen mit einem Beschleunigungs fühler, dessen Ausgangssignal einer Auswerteschaltung zuführbar ist, der eine Endstufe zur Auslösung der Sicher heitseinrichtung nachgeschaltet ist. Eine derartige Sicher heitseinrichtung kann beispielsweise ein Gurtstrammer oder ein Airbag sein.The embodiment is a scarf device for an electronic sensor for security devices directions in motor vehicles with an acceleration sensor, the output signal of an evaluation circuit can be fed, the one final stage to trigger the safety is connected downstream. Such a sure thing The device can, for example, be a belt tensioner or be an airbag.
In Fig. 1 ist mit BA ein Beschleunigungsaufnehmer bezeich net, der einen Eingangsanschluß "Test" zum Anlegen eines Testsignals, einen Masseanschluß, einen Anschluß für eine stabilisierte Versorgungsspannung US und einen Ausgangs anschluß "Out" aufweist.In Fig. 1, BA is an accelerometer, which has an input connection "Test" for applying a test signal, a ground connection, a connection for a stabilized supply voltage US and an output connection "Out".
Im Beschleunigungsaufnehmer ist ein piezoelektrischer Beschleunigungsfühler PE vorgesehen, dessen einer Anschluß mit Masse und dessen anderer Anschluß mit einem Widerstand R 2 verbunden ist. Der andere Anschluß des Widerstands R 2 ist über einen Widerstand R 1 an die halbe Versorgungs spannung US /2, weiterhin an einen Eingang eines Impedanzwand lers 10 und schließlich an einen Kondensator C 1 angeschlossen, dessen anderer Anschluß über einen Widerstand R 3 mit Masse und direkt mit dem Eingangsanschluß "Test" verbunden ist. Der Ausgang des Impedanzwandlers 10 ist an den Eingang eines aktiven Tiefpaßverstärkers 12 und dessen Ausgang zum Ausgangsschluß "Out" des Beschleunigungsaufnehmers BA geführt.A piezoelectric acceleration sensor PE is provided in the accelerometer, one connection of which is connected to ground and the other connection to a resistor R 2 . The other connection of the resistor R 2 is connected via a resistor R 1 to half the supply voltage US / 2, further to an input of an impedance wall 10 and finally to a capacitor C 1 , the other connection of which is connected via a resistor R 3 to ground and is directly connected to the "Test" input connection. The output of the impedance converter 10 is connected to the input of an active low-pass amplifier 12 and its output to the output end "Out" of the accelerometer BA .
Der Ausgang "Out" ist über ein RC-Glied, bestehend aus einem Widerstand R 4 und einem Kondensator C 2, an den Eingang eines Fensterkomparators 22 angeschlossen. Der Fenster komparator 22 schaltet an seinem Ausgang von Low auf High, wenn U 1 einen Wert zwischen einer unteren Schwelle S 1 und einer oberen Schwelle S 2 annimmt. Der Ausgang des Fensterkomparators 22 ist an einen Eingang einer CPU 20 und an einen Eingang eines logischen UND-Gliedes 28 ange schlossen.The output "Out" is connected to the input of a window comparator 22 via an RC element consisting of a resistor R 4 and a capacitor C 2 . The window comparator 22 switches from low to high at its output when U 1 assumes a value between a lower threshold S 1 and an upper threshold S 2 . The output of the window comparator 22 is connected to an input of a CPU 20 and to an input of a logic AND gate 28 .
Weiterhin ist der Ausgang "Out" des Beschleunigungsauf nehmers über ein weiteres Zeitglied, ein RC-Glied bestehend aus einem Widerstand R 5 und einem Kondensator C 3, an den Eingang eines (ersten) Schwellwertschalters 24 angeschlos sen. Dieser gibt an seinem Ausgang ein Signal U 2 = Low ab, solange das Signal U 1 an seinem Eingang größer ist als ein Schwellenwert S 4. Der Ausgang des Schwellwert schalters 24 ist an einen weiteren Eingang der CPU 20 und an einen weiteren Eingang des UND-Glieds 28 angeschlos sen.Furthermore, the output "Out" of the accelerometer is connected via a further timing element, an RC element consisting of a resistor R 5 and a capacitor C 3 , to the input of a (first) threshold switch 24 . This emits a signal U 2 = low at its output, as long as the signal U 1 at its input is greater than a threshold value S 4 . The output of the threshold switch 24 is connected to a further input of the CPU 20 and to a further input of the AND gate 28 .
Schließlich ist der Ausgangsanschluß "Out" des Beschleuni gungsaufnehmers BA direkt an einen Eingang einer Signalaus werteschaltung 36 und an einen Eingang eines zweiten Schwell wertschalters 26 gelegt, der solange ein Ausgangssignal U 2 = Low abgibt, wie sein Eingangssignal U 1 oberhalb eines Schwellenwertes S 3 liegt. Der Ausgang des Schwellwertschal ters 26 ist mit einem dritten Eingang der CPU 20 verbunden.Finally, the output connection "Out" of the acceleration transducer BA is connected directly to an input of a signal evaluation circuit 36 and to an input of a second threshold switch 26 , which outputs an output signal U 2 = low as long as its input signal U 1 above a threshold value S 3 lies. The output of the threshold switch 26 is connected to a third input of the CPU 20 .
Vom Ausgang des UND-Glieds 28 führt eine Leitung zu einem Anschluß C eines D-Flipflops 34, dessen Eingang D an die Versorgungsspannung US und dessen Ausgang an einen Eingang C eines Monoflops 32 angeschlossen ist. Über einen Tiefpaß aus einem Widerstand R 6 und einem Kondensator C 4 ist der Monoflop 32 an die Versorgungsspannung US angeschlossen. Der Ausgang des Monoflops ist mit einem Eingang einer Endstufe 38 und mit einem Eingang eines Impulsformers 30 verbunden, dessen Ausgang an den Eingangsanschluß "Test" des Beschleunigungsaufnehmers BA geführt ist.From the exit of the AND gate28 leads a line to one ConnectionC. oneD- flip flops34whose entranceD to the Supply voltageUS and its exit to an entrance C. a monoflop32 connected. Over a low pass from a resistanceR 6 and a capacitorC. 4th is the Monoflop32 to the supply voltageUS connected. The exit of the monoflop is one with an entrance Power amplifier38 and with an input of a pulse shaper 30th connected, the output of which is connected to the "Test" input connection of the accelerometerBA is led.
Mit einem weiteren Eingang der Endstufe 38 ist der Ausgang der Signalauswertungsschaltung 36 (Ergebnisausgabe) verbun den, der darüber hinaus noch zum Eingang EA der System überwachung 20 führt, die im Bedarfsfall auch mit A 1 ver bunden sein kann.With another input of the output stage 38 , the output of the signal evaluation circuit 36 (result output) is connected, which also leads to the input EA of the system monitoring 20 , which can also be connected to A 1 if necessary.
Die Funktionsweise der in Fig. 1 dargestellten erfindungs gemäßen Schaltung ist wie folgt:The mode of operation of the circuit according to the invention shown in FIG. 1 is as follows:
Wenn ein erstes Mal eine Auswertung des Ausgangssignals BA out des Beschleunigungsaufnehmers BA nach Zuschalten der Spannungsversorgung korrekt erfolgt ist (Einschwing vorgang), liegt der Ausgang des UND-Glieds 28 auf einem hohen Pegel (HIGH), dann wird das D-Flipflop 34 gesetzt und das Monoflop 32 getriggert. Während des Zeitablaufs des Monoflops 32 ist die Endstufe 38 gesperrt. Die fallende Flanke des Ausgangssignals des Monoflops 32 wird durch den Impulsformer 30 in einen Impuls mit für den Beschleuni gungsaufnehmer BA geeigneter Dauer T i und Amplitude, bei spielsweise A i = -US /2, umgeformt. Dieser Impuls liegt dann am Eingangsanschluß "Test" des Beschleunigungsauf nehmers BA an.If a first evaluation of the output signal BA out of the accelerometer BA after switching on the voltage supply has been carried out correctly (transient process), the output of the AND gate 28 is at a high level (HIGH), then the D flip-flop 34 is set and triggered the monoflop 32 . The output stage 38 is blocked while the monoflop 32 is running. The falling edge of the output signal of the monoflop 32 is transformed by the pulse shaper 30 into a pulse with a duration T i and amplitude suitable for the accelerometer BA , for example A i = - US / 2. This pulse is then applied to the input connection "Test" of the accelerometer BA .
Die Einkopplung des Testsignals erfolgt über den Einkoppel kondensator C 1, der auch der Temperaturkompensation dient. Am Ausgang "Out" des Beschleunigungsaufnehmers BA liegt dann ein Ausgangssignal BA out an, dessen Verlauf von der Bedämpfung durch die Eingangskapazität des piezoelektrischen Beschleunigungsfühlers PE abhängt, aber auch von dem Einfluß sämtlicher frequenzabhängiger Bauteile des Beschleunigungs aufnehmers BA, insbesondere des aktiven Tiefpaßverstärkers 12. The test signal is coupled in via the coupling capacitor C 1 , which is also used for temperature compensation. An output signal BA out is then present at the output "Out" of the accelerometer BA , the course of which depends on the damping by the input capacitance of the piezoelectric acceleration sensor PE , but also on the influence of all frequency-dependent components of the accelerometer BA , in particular the active low-pass amplifier 12 .
Das Ausgangssignal BA out wird direkt dem Schwellwertschalter 26 zugeführt. Wie aus dem obersten Diagramm der Fig. 2 hervorgeht, bestimmt T 1 die Anstiegszeit des Beschleuni gungsaufnehmers und T 2 die Zeitdauer, die das Ausgangssignal die Schwelle S 3 überschreitet. In der CPU 20 werden die Zeiten T 1, T 2 registriert und mit im Festwertspeicher 18 gespeicherten Normwerten verglichen. Ist die Abweichung zwischen gemessenem und gespeichertem Wert für T 1, T 2 zu groß, so erzeugt die CPU eine Fehlermeldung, die mit der Anzeigevorrichtung aus Lampentreiber 14 und Lampe 16 optisch erkennbar wird.The output signal BA out is fed directly to the threshold switch 26 . As can be seen from the uppermost diagram in FIG. 2, T 1 determines the rise time of the accelerometer and T 2 the length of time that the output signal exceeds the threshold S 3 . Times T 1 , T 2 are registered in CPU 20 and compared with standard values stored in read-only memory 18 . If the difference between the measured and stored value for T 1 , T 2 is too large, the CPU generates an error message which is optically recognizable with the display device consisting of lamp driver 14 and lamp 16 .
Der Festwertspeicher 18 kann nicht nur, wie bereits erwähnt, zur Speicherung von Standardwerten dienen, mit denen die jeweils im Prüfzyklus ermittelten Werte verglichen werden, sondern darüber hinaus auch zur Speicherung von der CPU 20 erzeugter Fehlermeldungen, damit diese nachfolgend analysiert werden können.The read-only memory 18 can not only serve, as already mentioned, for storing standard values with which the values determined in each case in the test cycle are compared, but also for storing error messages generated by the CPU 20 so that these can subsequently be analyzed.
Damit eine Signalauswertung in der Signalauswerteschaltung 36 erfolgen kann, muß an sämtlichen drei beziehungsweise vier Eingängen des UND-Glieds 28 ein Signal HIGH anliegen: erstens aufgrund der Überprüfung durch den Fensterkomparator 22, zweitens aufgrund der Überprüfung durch den Schwell wertschalter 24 und drittens aufgrund einer Überprüfung einer weiteren Bedingung, daß nämlich keine schwerwiegenden Systemfehler vorliegen wie etwa eine fehlerhafte Stabili satorspannung US.So that a signal can be evaluated in the signal evaluation circuit 36 , a signal HIGH must be present at all three or four inputs of the AND gate 28 : firstly due to the check by the window comparator 22 , secondly due to the check by the threshold value switch 24 and thirdly due to a check a further condition that namely there are no serious system errors such as a faulty stabilizer voltage US .
Im Bedarfsfall ist es auch möglich, das UND-Glied 28 durch die Systemüberwachung beim Vorhandensein gefährlicher dynamischer Fehler des Beschleunigungsaufnehmers BA anzu steuern, um eine weitere Signalauswertung zu verbieten.If necessary, it is also possible to control the AND gate 28 by the system monitoring in the presence of dangerous dynamic errors of the accelerometer BA in order to prohibit further signal evaluation.
Mit Hilfe des Schwellwertschalters 26 mit der Schaltschwelle S 3 können daher die Zeiten T 1, T 2 und über das Endstufen ansteuersignal EA (Fig. 1) die Zeit T 3 (Fig. 2, mitte) vom Mikroprozessor erfaßt werden, der das gesamte System überwacht. Die Zeiten werden mit für die jeweilige Schal tungskonfiguration typischen Werten, die beispielsweise in dem Festwertspeicher 18 gespeichert sind, verglichen. Bei einer unzulässigen Abweichung erzeugt die CPU 20 einen Fehlercode, der wiederum im Festwertspeicher 18 abgelegt werden kann.With the help of the threshold switch 26 with the switching threshold S 3 , the times T 1 , T 2 and, via the output stage control signal EA ( FIG. 1), the time T 3 ( FIG. 2, center) can be detected by the microprocessor, which controls the entire system supervised. The times are compared with values that are typical for the respective circuit configuration and are stored, for example, in the read-only memory 18 . In the event of an impermissible deviation, the CPU 20 generates an error code, which in turn can be stored in the read-only memory 18 .
Drifterscheinungen, wie sie etwa durch Leckströme von Operationsverstärkern, beispielsweise Verstärker 12, des Beschleunigungsaufnehmers BA oder durch Leckströme des Beschleunigungsfühlers PE auftreten können, oder eine Offsetdrift aktiver Bauteile bei erhöhter Temperatur, führen bei zu hoher Abweichung dazu, daß das Ausgangssignal BA out aus dem Fenster S 1, S 2 des Komparators 22 heraus läuft; dies führt zu einer Sperrung der weiteren Signal verarbeitung wie voranstehend beschrieben.Drift phenomena, such as may occur due to leakage currents from operational amplifiers, for example amplifier 12 , of the accelerometer BA or due to leakage currents from the acceleration sensor PE , or an offset drift of active components at elevated temperature, lead to the output signal BA out out of the window if the deviation is too high S 1 , S 2 of the comparator 22 runs out; this leads to a blocking of the further signal processing as described above.
Es ist weiterhin möglich, daß infolge von Störungen eine Beschleunigung vom Beschleunigungsaufnehmer gemeldet wird, die viel zu hoch ist und ohne weitere Vorkehrungen zur in diesem Fall unerwünschten Auslösung der Sicherheitsein richtungen führen würde. Derartige Störungen können unter schiedliche Ursachen haben, beispielsweise Latch-up Effekte der Bauteile des Beschleunigungsaufnehmers BA, schnelle, größere (etwa größer als 150 pF) Kapazitätsschwankungen des Beschleunigungsfühlers PE aufgrund von Metallisierungs rissen oder Bruchvorgängen des Biegeschwingers, Kurzschlüsse am Beschleunigungsfühler PE , Unterbrechungen der Spannungs versorgung des Beschleunigungsaufnehmers, oder schließlich elektromagnetische (eingestrahlte) Störungen. Der kritische Zeitraum für das Vorhandensein extrem hoher Beschleunigungen, nach dem eine hardwaremäßige Blockierung der weiteren Signalauswertung über A 1 erfolgt, wird durch die Zeit konstante TP 2 festgelegt, so daß die genannten Störungen nicht zu einer Auslösung der Sicherheitseinrichtungen führen können.It is also possible that an acceleration is reported by the accelerometer due to malfunctions, which is much too high and would lead to undesired triggering of the safety devices in this case without further precautions. Such faults can have different causes, for example latch-up effects of the components of the accelerometer BA , rapid, larger (approximately greater than 150 pF) fluctuations in the capacitance of the acceleration sensor PE due to metallization cracks or fractures of the bending oscillator, short circuits on the acceleration sensor PE , interruptions in the voltage supply of the accelerometer, or finally electromagnetic (radiated) interference. The critical period for the presence of extremely high accelerations, after which the further signal evaluation via A 1 is blocked by hardware, is determined by the time constant TP 2 , so that the malfunctions mentioned cannot trigger the safety devices.
Das Beobachten des Einschwingvorgangs des Beschleunigungs aufnehmers nach Zuschalten der Spannungsversorgung wird durch den Fensterkomparator 22 ermöglicht. Die Zeit T 3 kann durch die CPU 20 ermittelt und ebenfalls mit einem im Festwertspeicher 18 abgelegten Normwert verglichen werden, vergleiche Fig. 3.The observation of the transient of the accelerometer after switching on the power supply is made possible by the window comparator 22 . The time T 3 can be determined by the CPU 20 and also compared with a standard value stored in the read-only memory 18 , see FIG. 3.
Zusammenfassend wird daher mit der Erfindung erreicht, daß eine Freigabe der Signalverarbeitung erst dann erfolgt, wenn keine schwerwiegenden Systemfehler vorliegen, wenn keine unzulässigen Drifterscheinungen vorliegen und wenn keine unrealistisch hohen Signale auftreten.In summary, the invention therefore achieves that signal processing is only enabled if there are no serious system errors, if there are no impermissible drift phenomena and if no unrealistically high signals occur.
Mit einem Testsignal sowie durch Untersuchung des Einschwing verhaltens nach Zuschalten der Spannungsversorgung wird die ordnungsgemäße dynamische Funktionsfähigkeit des Be schleunigungsaufnehmers und der Auswerteschaltung erfaßt, protokolliert und im Fehlerfall angezeigt.With a test signal and by examining the transient response behavior after switching on the power supply the proper dynamic functionality of the Be accelerometer and the evaluation circuit, logged and displayed in the event of an error.
Claims (20)
- - Erzeugung eines Testsignals;
- - Anlegen des Testsignals an einen Eingang des Beschleuni gungsfühlers (PE) oder -wandlers (BA);
- - Analyse des Zeitverhaltens des Ausgangssignals des Beschleu nigungsfühlers (PE) oder -wandlers (BA).
- - generation of a test signal;
- - Applying the test signal to an input of the acceleration sensor (PE) or transducer (BA) ;
- - Analysis of the time behavior of the output signal of the acceleration sensor (PE) or converter (BA) .
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