DE3744524A1

DE3744524A1 - Verfahren und einrichtung zur ueberpruefung einer kapazitaet

Info

Publication number: DE3744524A1
Application number: DE19873744524
Authority: DE
Inventors: Werner Dipl Phys Nitschke; Wolfgang Dipl Ing Drobny; Hugo Weller; Peter Taufer
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1987-12-30
Filing date: 1987-12-30
Publication date: 1989-07-20
Also published as: WO1989006366A1; DE8717831U1

Description

Stand der Technik

Bei sicherheitskritischen Schaltungsanordnungen, wie z. B. bei aus der Literaturstelle "1141 Ingenieur de l'Automobile" (1982) No. 6, Seiten 69 bis 77 bekannten Rückhaltesystemen wird verlangt, daß diese nach Wegnahme der Versorgungsspannung - z. B. Abreißen der Fahrzeugbatterie bei einem Unfall - ihre Sicherheitsfunktion noch für eine vorgebbare Mindestzeit erfüllen können. Dazu umfaßt die Schaltungsanordnung eine Energiereserve, üblicherweise in Form eines von der Fahrzeugbatterie aufladbaren Elektrolytkondensators. Da auch hochwertige Elektrolytkondensatoren Alterungsvorgängen unterliegen und/oder ihre Kapazitätswerte in Abhängigkeit von der Umgebungstemperatur ändern, müssen die Elektrolytkondensatoren regelmäßig überprüft werden, um eine sichere Funktion der Schaltungsanordnung garantieren zu können. Aus DE-AS 22 22 038 ist bereits eine Prüfschaltung für die Auslösevorrichtung einer dem Schutz der Insassen eines Fahrzeugs während eines Unfalles dienenden Sicherheitseinrichtung bekannt, bei der zur kontinuierlichen Prüfung der Funktionstüchtigkeit eines in der Auslösevorrichtung vorgesehenen Zündelements eine Konstantstromquelle vorgesehen ist, von der ständig ein geringer Strom über das Zündelement fließt. Die an dem Zündelement dabei abfallende Spannung wird mit der Spannung einer Konstantstromquelle verglichen. Mit dieser Prüfschaltung ist jedoch eine Überprüfung der für die Sicherheitseinrichtung notwendigen Energiereserve nicht möglich.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Lösung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat den Vorteil, daß die Betriebssicherheit einer Sicherheitseinrichtung noch wesentlich gesteigert werden kann, da die Kapazität der als Energiereserve vorgesehenen Kondensatoren ständig überprüfbar ist.

Weitere Ansprüche nennen zweckmäßige Einrichtungen zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden Mittel zur Begrenzung der Spannung an der Energiereserve angegeben.

Zeichnung

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 den Spannungsverlauf am Kondensator als Funktion der Zeit, Fig. 2 einen vereinfachten Stromlaufplan einer Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verahrens, Fig. 3 ein Blockschaltbild einer Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens, Fig. 4 ein Ablaufdiagramm zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Verfahrens und Fig. 5 eine weitere Ausgestaltung einer Einrichtung mit Spannungsbegrenzung.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Eine Sicherheitseinrichtung 10 für Fahrzeuginsassen umfaßt gemäß der Blockdiagrammdarstellung nach Fig. 3 einen Beschleunigungsaufnehmer 11, der eine Beschleunigung a in eine Spannung V umwandelt. Am Ausgang von 11 entsteht daher entweder ein beschleunigungsproportionales Signal oder aber ein Signal, das erst bei Überschreiten einer festlegbaren Beschleunigungsschwelle auftritt. Dieses Signal wird einer Auswerteschaltung 12 zugeführt, in der das vom Sensor 11 abgegebene Signal daraufhin untersucht wird, ob ein Unfall vorliegt und demzufolge die Sicherheitseinrichtung zu aktivieren ist. Mit der Auswerteschaltung 12 verbunden und von dieser betätigbar sind Rückhaltemittel 13 für die Fahrzeuginsassen, wie beispielsweise Airbag und/oder Gurtstraffer. Die Einrichtung umfaßt weiter eine Energiereserve 14, die im Falle eines Unfalls sicherstellt, daß die Einrichtung 10 auch dann noch mit Strom versorgt wird, wenn beispielsweise die Fahrzeugbatterie abgerissen und nicht mehr mit dem Bordnetz verbunden ist. Als Energiereserve 14 werden zweckmäßig Elektrolytkondensatoren verwendet, da diese trotz eines relativ großen Kapazitätswertes ein vergleichsweise geringes Bauvolumen aufweisen und zudem noch preisgünstig herstellbar sind. Elektrolytkondensatoren unterliegen allerdings beispielsweise Alterungsprozessen, die ihren Kapazitätswert nachteilig beeinflussen können. Zudem kann der Kapazitätswert auch temperaturabhängig sein. Für die Betriebssicherheit der Einrichtung 10 ist es daher außerordentlich wichtig, den Kapazitätswert der Energiereserve 14 regelmäßig zu überprüfen. Eine dafür geeignete Prüfschaltung wird im Blockdiagramm gemäß Fig. 3 durch die Bestandteile 15, 16, 17 und 18 repräsentiert, die nachfolgend noch näher erläutert werden. Zunächst wird jedoch anhand von Fig. 1 und Fig. 2 das Prinzip erläutert, nach dem die Überprüfung der Kapazität der Energiereserve 14 durchgeführt wird.

Fig. 1 zeigt in einem Diagramm den Verlauf der Spannung U an der Energiereserve 14 (Kondensator C 40) als Funktion der Zeit. Es werde angenommen, daß zu Beginn des Prüfvorgangs, also zum Zeitpunkt t₁, der Kondensator C 40 auf die Spannung U _{s 1} aufgeladen sei. Die Spannung U am Kondensator C 40 wird gemäß Schaltungsanordnung in Fig. 2 durch ein Spannungsmeßgerät 21 ermittelt. Der Meßwert wird einer Meßschaltung 15 zugeführt. Anschließend wird der Kondensator C 40 durch ein von der Meßschaltung 15 betätigbares Schaltelement S 20 über einen Entladewiderstand R _E mit einem konstanten Strom I _K entladen. Der Entladestrom kann durch ein Meßgerät 22 überwacht und der Meßschaltung 15 zugeführt werden. Die Dauer des Entladevorgangs wird ebenfalls durch ein Meßgerät 23 festgehalten und der Meßschaltung 15 zugeführt. Die Entladung des Kondensators C 40 mit dem konstanten Strom I _K dauert solange an, bis ein vorgebbares Spannungsniveau U _{s 2} erreicht ist, das sich um den Spannungswert Δ U _E vom Spannungswert U _{s 1} unterscheidet. Dieser zweite Spannungswert U _{S 2} wird nach der Entladezeit t _E erreicht.

Dabei gilt die Beziehung

Nach Messung des Spannungswertes U _{s 1} und der Entladezeit t _E, die bis zum Abfall der Spannung auf den vorgebbaren Wert U _{s 2} bei Entladung mit konstantem Entladestrom I _K vergeht, läßt sich somit der aktuell vorhandene Kapazitätswert des Kondensators C 40 ermitteln. Im Diagramm nach Fig. 1 ist der Entladevorgang zum Zeitpunkt t₂ beendet. Von diesem Zeitpunkt an wird der Kondensator C 40 wieder bis zu dem Spannungssollwert U _{S 1} aufgeladen.

Im Blockdiagramm nach Fig. 3 sind die Elemente der Prüfschaltung in der Baugruppe 10′ enthalten. Sie umfassen die Meßschaltung 15 zur Messung der Spannung an der Energiereserve 14 und der Entladezeit t _E, eine Auswerteschaltung 16, die die von 15 erfaßten Meßwerte auswertet und den Prüfungsablauf steuert, eine Ansteuerschaltung 17, die, veranlaßt durch die Auswerteschaltung 16, über die Entladeschaltung 18 die Entladung der Energiereserve 14 für Zwecke der Prüfung und die Meßwerterfassung über die Meßschaltung 15 bewirkt.

Anhand des Ablaufdiagramms nach Fig. 4 werden die einzelnen Schritte des Prüfvorgangs erläutert. Es werde angenommen, daß im Schritt 100 die Einrichtung in Betrieb genommen sei und im Schritt 101 die Energiereserve 14 bzw. der Kondensator C 40 aufgeladen werden. Im Schritt 102 beginnt der Prüfvorgang, indem die Ansteuerschaltung 16 (Fig. 3) zunächst eine Messung und Speicherung (Schritt 103) des Spannungswertes U _{s 1} veranlaßt. Im Anschluß daran wird über die Entladeschaltung 18 eine Entladung von 14, C 40 mit konstantem Strom I _K eingeleitet (Schritt 104). Die Entladezeit t wird gemessen (Schritt 105). Während des Entladevorgangs wird durch die Meßschaltung 15 ständig die an der Energiereserve 14 liegende Spannung U _s gemessen (Schritt 106) und geprüft, ob das vorgegebene Spannungsniveau U _{s 2} erreicht ist. Sobald dieses Spannungsniveau erreicht ist, wird die Entladedauer t _E festgestellt und gespeichert, um nach der oben angegebenen Beziehung die Kapazität des Kondensators C 40 zu berechnen.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden alle zuvor beschriebenen Prüfungsschritte von einem Rechner gesteuert; dabei dann der Prüfvorgang einmalig bei jeder Inbetriebnahme der Einrichtung, also beim Startvorgang des Fahrzeugs oder aber zyklisch mit einer vorgebbaren Zeitfolge durchgeführt werden. Sobald im Verlauf des Prüfvorgangs festgestellt wird, daß der Kapazitätswert unterhalb eines kritischen Grenzwertes liegt und dadurch die Funktionsfähigkeit der Einrichtung im Notfall nicht mehr garantiert ist, kann dies zweckmäßig durch ein Warnsignal angezeigt werden. Weiter kann bei Ausrüstung eines Fahrzeuges mit mehreren Sicherungsmitteln eine Priorität festgelegt werden dergestalt, daß bei zu geringem Kapazitätswert der Energiereserve 14 nur noch die Sicherungseinrichtungen besonders gefährdeter Fahrzeuginsassen aktiviert werden können.

Im praktischen Fahrzeugbetrieb besteht die Gefahr, daß die Energiereserve 14 unter widrigen Umständen auf einen Spannungswert aufgeladen werden könnte, der oberhalb der zulässigen Spitzenspannung der Energiereserve 14 liegt. Durch eine vorteilhafte Weiterbildung der erfindungsgemäßen Einrichtung kann dieser Nachteil auf besonders einfache Weise vermieden werden. Dazu ist die Schaltungsanordnung wie in Fig. 5 dargestellt auszubilden. Als Energiereserve dient ein Kondensator C 40, dem ein Spannungsteiler R 40, R 41 parallelgeschaltet ist. Der Abgriff des Spannungsteilers R 40, R 41 führt zur Meßschaltung 15, die die Spannung an C 40 mißt. Zu C 40 weiter parallelgeschaltet ist die Serienschaltung der Kollektor-Emitter-Strecke eines ersten Transistors T 40 und eines Widerstandes R 43. Dabei ist der Basisanschluß des Transistors T 40 an den Verknüpfungspunkt eines Widerstandes R 42 und einer Zenerdiode Z 40 geführt, die Bestandteil einer Reihenschaltung sind, zu der zusätzlich noch der Entladewiderstand R _E und die Kollektor-Emitter-Strecke eines zweiten Transistors T 41 gehören. Der Basisanschluß des Transistors T 41 ist mit der Entladeschaltung 18 verbunden und wird zur Einleitung eines Entladevorgangs für Prüfzwecke von dieser Entladeschaltung 18 angesteuert. Der Verknüpfungspunkt zwischen der Zenerdiode Z 40 und dem Entladewiderstand R _E ist über eine Diode D 40 an den Anschluß 2 geführt, an den eine stabilisierte Versorgungsspannung zur Aufladung des Kondensators C 40 legbar ist. Bei nicht angesteuerter Entladeschaltung 18 kann die Spannung U _s an C 40 auf einen Maximalwert von

U _s = U _{EB(T 40)} + U _{Z 40} + U _{FD 40} + U _STAB (2)

ansteigen.

In dieser Formel bedeuten:

U _{EB(T 40)}:
Basis-Emitter-Spannung des Transistors T 40,
U _{Z 40}:	Zenerspannung der Zenerdiode Z 40,
U _{FD 40}:	Flußspannung der Diode D 40,
U _STAB:	Wert der am Anschluß 2 anliegenden stabilisierten Versorgungsspannung.

In vorteilhafter Weise sorgt diese Schaltungsanordnung auch dafür, daß bei defekter Ansteuerung der Entladeschaltung der als Energiereserve dienende Kondensator C 40 nicht unter einen vorgebbaren Minimalwert absinkt. Dieser Minimalwert U _MIN beträgt:

U _MIN = U _{EB(T 40)} + U _{Z 40} + I _{Z 40} R _E + U _{CE SAT(T 41)} (3)

Die vorstehend beschriebene Entladeschaltung eignet sich zusätzlich zur Begrenzung der maximalen Spannung am Kondensator C 40 bei nicht angesteuerter Entladeschaltung und zur Begrenzung auf eine minimale Spannung bei defekter Entladeschaltung. Dies bedeutet zwei zusätzliche gewichtige Sicherheitsfunktionen, die ohne wesentlichen Schaltungsmehraufwand erzielbar sind.

Claims

1. Verfahren und Einrichtung zur Überprüfung einer Kapazität, insbesondere bei einer Sicherheitseinrichtung für Fahrzeuginsassen, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:

a) die Spannung (U _{s 1}) an der zumindest teilweise geladenen Kapazität (14, C 40) wird zu einem Zeitpunkt (t₁) gemessen;
b) die Kapazität (14, C 40) wird mit einem konstanten Entladestrom (I _K) entladen bis ein vorgebbarer Spannungswert (U _{s 2}) erreicht ist;
c) die Entladezeit (t _E) wird ermittelt;
d) der Wert der Kapazität (14, C 40) wird nach der Formel bestimmt. In dieser Formel bedeuten U₁ der zu Beginn des Prüfvorgangs gemessene Spannungswert an der Kapazität (14, C 40), Δ U _E der Differenz der gemessenen Spannungswerte U _{s 1} und U _{s 2}, t _E die Dauer des Entladevorgangs, R _E Wert des Entladewiderstands und C 40 Kapazität des Kondensators C 40.

2. Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch

- Mittel zur Aufladung der Kapazität (C 40),
- Mittel zur Messung der Spannung an der Kapazität (C 40),
- Mittel zur Entladung der Kapazität (C 40) mit einem konstanten Entladestrom (I _K),
- Mittel zur Messung der Entladedauer (t _E) der Kapazität (C 40),
- Mittel zur Berechnung des Kapazitätswertes der Kapazität (C 40).

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur Entladung der Kapazität (C 40) einen Entladewiderstand (R _E) umfassen, der mit einem Schaltelement (S 20) in Reihe geschaltet ist, durch welches der Entladewiderstand (R _E) parallel zum Kondensator (C 40) schaltbar ist.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement (S 20) ein von einer Entladeschaltung (18) ansteuerbarer Transistor (T 41) ist.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufladung des Kondensators (C 40) die Reihenschaltung eines Widerstandes (R 42), einer Zenerdiode (Z 40) und einer Diode (D 40) vorgesehen ist, wobei zwischen dem Verbindungspunkt zwischen Zenerdiode (Z 40) und Diode (D 40) und Masse die Reihenschaltung des Entladewiderstandes (R _E) und des Schaltelements (T 41) geschaltet sind und wobei weiter parallel zum Kondensator (C 40) die Reihenschaltung bestehend aus einem Widerstand (R 43) und der Basisemitterstrecke eines weiteren Transistors (T 40) geschaltet sind, wobei der Basisanschluß des Transistors (T 40) an dem Verbindungspunkt zwischen Widerstand (R 42) und Zenerdiode (C 40) geführt ist.