DE3816590A1 - Einrichtung zur ausloesung einer passiven sicherheitseinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Auslösung einer passiven Sicherheitseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Passive Sicherheitseinrichtungen werden in Kraftfahrzeugen eingesetzt, um die Insassen bei einem Aufprall vor Verletzungen zu schützen. Solche Sicherheitseinrichtungen sind z.B. aufblasbare Luftkissen oder Vorrichtungen zum Strammen der Sicherheitsgurte.

Aus der DE-OS 22 22 038 ist eine Einrichtung zur Auslösung solcher passiven Sicherheitseinrichtungen bekannt, die einen Beschleunigungsaufnehmer, z.B. eine piezoelektrische Keramik aufweist, deren Ausgangssignale ab einer bestimmten unteren Schwelle in einer Integratorschaltung aufintegriert und diese aufintegrierten Ausgangssignale einer Schwellenwertschaltung zugeführt werden. Überschreitet die Amplitude des aufintegrierten Signales den durch die Schwellenwertschaltung vorgegebenen Schwellenwert, so wird die Auslöseschaltung angesteuert und löst entsprechend die Sicherheitseinrichtung aus. Die Sicherheitseinrichtung darf selbstverständlich nur im Falle eines tatsächlichen Aufpralles ausgelöst werden, so daß Maßnahmen getroffen werden müssen, daß in anderen Fällen auch signifikante Signale des Beschleunigungsaufnehmers nicht bis zur Auslöseschaltung weitergeleitet werden. Ein solcher Fall liegt z.B. dann vor, wenn auf den Beschleunigungsaufnehmer kurzzeitig hohe mechanische Belastungen wirken, die trotz ihrer Größe infolge der Kurzzeitigkeit noch keinen Schaden für die Insassen des Fahrzeuges bedeuten. Derartige Beschleunigungen können auftreten, wenn etwa das Fahrzeug über eine Bordsteinkante mit höherer Geschwindigkeit fährt oder der Beschleunigungsaufnehmer durch Steinschlag oder durch einen Hammerschlag in der Werkstatt beaufschlagt wird.

Bei der bekannten Einrichtung gemäß der DE-OS 22 22 038 wird die Auslösung der passiven Sicherheitseinrichtung in einem solchen Falle dadurch verhindert, daß die Ausgangssignale des Beschleunigungsaufnehmers unsymmetrisch in ihren Amplituden begrenzt werden, wobei dieser Grenzwert für die positiven Amplituden höher liegt als für die negativen. Auf diese Weise erreicht bei kurzzeitigen Stößen auf den Beschleunigungsaufnehmer das aufintegrierte Ausgangssignal des Beschleunigungsaufnehmers nicht den durch die Schwellenwertschaltung vorgegebenen Schwellenwert.

Eine weitere Möglichkeit besteht darin, daß die in ihrer Amplitude begrenzten Ausgangssignale des Beschleunigungsaufnehmers einer zweiten Schwellenwertschaltung zugeführt und die Ausgänge der beiden parallelen Schwellenwertschaltungen einem UND-Gatter zugeführt werden, dessen Ausgang seinerseits mit der Auslöseschaltung verbunden ist. Die Sicherheitseinrichtung wird dann nur ausgelöst, wenn die aufintegrierten Signale den in der ersten Schwellenwertschaltung vorgegebenen Schwellenwert überschreiten und gleichzeitig die auf den Beschleunigungsaufnehmer wirkende Beschleunigung noch anhält. Der mit der zweiten Schwellenwertschaltung verbundene zweite Eingang des UND-Gatters kann somit als Sperr- und Freigabeeingang der Auslöseschaltung angesehen werden.

Bei dieser bekannten Schaltung erfolgt lediglich eine Bewertung der Amplitude der Ausgangssignale des Beschleunigungsaufnehmers, nicht jedoch eine echte Zeitbewertung.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Einrichtung der in Rede stehenden Art anzugeben, mit der neben der Amplitudenbewertung auch eine Zeitbewertung der Ausgangssignale des Beschleunigungsaufnehmers möglich ist, um kurzzeitige hohe mechanische Belastungen auf den Beschleunigungsaufnehmer eindeutig von während eines tatsächlichen Aufpralls auftretenden längerfristigen Belastungen unterscheiden zu können.

Dieses ist gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Demgemäß werden die Ausgangssignale des Beschleunigungsaufnehmers einer Vergleichsschaltung und deren Ausgangssignale einer Zeitschaltung zugeführt. In der Vergleichsschaltung wird festgestellt, ob Ausgangssignale des Beschleunigungsaufnehmers auf einer lediglich kurzzeitigen hohen mechanischen Beanspruchung des Beschleunigungsaufnehmers oder auf einer langfristigen Beaufschlagung der Beschleunigungsaufnehmer im Falle eines tatsächlichen Aufpralles beruhen. Tritt in der Vergleichsschaltung ein signifikantes Ausgangssignal auf, so wird durch die Zeitschaltung die Sicherheitseinrichtung für eine kurze erste Zeitspanne gesperrt. Liegen nach Ablauf dieser Zeitspanne keine signifikanten Ausgangssignale der Vergleichsschaltung vor, so kann darauf geschlossen werden, daß kein tatsächlicher Aufprall vorliegt. Die Sicherheitseinrichtung wird dann, ggf. nach einer weiteren Zeitspanne freigegeben. Sind jedoch nach Ablauf der ersten kurzen Zeitspanne weitere Ausgangssignale der Beschleunigungsaufnehmer vorhanden, so liegt ein tatsächlicher Aufprall vor. Die Zeitschaltung gibt dann die Sicherheitseinrichtung zur Auslösung frei.

Die Vergleichsschaltung weist bevorzugt eine Abtast- und Halteschaltung mit einem nachgeschalteten Differenzglied auf, so daß die Ausgangssignale des Beschleunigungsaufnehmers mit hoher Frequenz abgetastet und abgespeichert werden. Nach Ablauf einer durch die Zeitschaltung vorgegebenen kurzen Zeitspanne wird jeweils die Differenz zwischen dem Momentansignal und dem innerhalb dieser Zeitspanne abgespeicherten Minimalwert des Ausgangssignales des Beschleunigungsaufnehmers gebildet. Überschreitet diese Differenz den durch eine Schwellenwertschaltung vorgegebenen Schwellenwert, so erscheint am Ausgang der Vergleichsschaltung das signifikante Signal, daß dann die Sicherheitseinrichtung sperrt. Eine Auslösung der Sicherheitseinrichtung durch ein Störsignal wird auf diese Weise verhindert. Nach dieser kurzen Zeitspanne hat das Ausgangssignal der Vergleichsschaltung keinen Einfluß mehr auf die Zeitschaltung und auf das Sperren der Sicherheitseinrichtung. Die Unterscheidung zwischen einem Störsignal, etwa infolge eines Hammerschlages auf die Beschleunigungsaufnehmers oder einem Signal aufgrund des Überfahrens einer Bordsteinschwelle, und einem tatsächlichen Aufprallsignal erfolgt also nur innerhalb der kurzen Zeitspanne, da die signifikanten Ausgangssignale der Vergleichsschaltung bei einem Störfall sofort und bei einem Aufprall erst nach Ablauf einer gewissen Zeitspanne auftreten.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Die Erfindung ist in einem Ausführungsbeispiel anhand der einzigen Figur erläutert, in der ein Blockschaltbild einer Einrichtung gemäß der Erfindung dargestellt ist.

Eine Einrichtung zur Auslösung einer passiven Sicherheitseinrichtung 1 weist zwei Signalkanäle auf, die jeweils in Serie einen Beschleunigungsaufnehmer 2 a, 2 b mit Vorverstärker und Filter, einen unsymmetrischen Begrenzer 3 a, 3 b ggf. mit einer Signalformschaltung, eine Integratorschaltung 4 a, 4 b und eine Schwellenwertschaltung 5 a, 5 b mit einstellbaren Schwellenwerten aufweist. die Ausgangssignale der beiden Schwellenwertschaltungen 5 a und 5 b werden einer Auslöseschaltung 6 zugeführt und ggf. darin logisch verknüpft. Der Ausgang der Auslöseschaltung ist mit einem Eingang eines UND-Gatters G der Sicherheitseinrichtung 1 verbunden.

Die Beschleunigungsaufnehmer weisen durch Pfeile gekennzeichnete Hauptempfindlichkeitsachsen auf, die zur Fahrzeuglängsachse unter vorzugsweise entgegengesetzt gleichen Winkeln, von z.B. 30-45° angestellt sind, was durch die Schrägstellung der Pfeile angedeutet ist. Die Ausgänge der Begrenzer 3 a und 3 b werden einer Vergleichsschaltung A zugeführt, in der für jeden Signalkanal eine Abtast- und Halteschaltung 7 a, 7 b, ein dieser Schaltung nachgeschaltetes Differenzglied 8 a, 8 b sowie eine Schwellenwertschaltung 9 a, 9 b vorgesehen sind. die Abtast- und Halteschaltungen 7 a, 7 b tasten innerhalb kurzer Zeitspannen von z.B. 2 bis 3 Millisekunden die begrenzten Ausgangssignale der Beschleunigungsaufnehmer 2 a bzw. 2 b mit hohen Frequenzen ab, wobei innerhalb jeder Zeitspanne mehrere Amplitudenwerte abgespeichert werden. In den Differenzgliedern 8 a und 8 b wird am Ende jeder Zeitspanne der jeweilige momentane Amplitudenwert von dem in den Abtast- und Halteschaltungen 7 a, 7 b gespeicherten Minimalwert innerhalb der betrachteten Zeitspanne abgezogen. An den Ausgängen der Schwellenwertschaltungen 9 a und 9 b erscheint dann ein Signal, wenn diese Differenz den durch die Schwellenwertschaltungen vorgegebenen Schwellenwert übersteigt. Die Ausgänge der Schwellenwertschaltungen 9 a und 9 b werden mit den beiden Eingängen eines ODER-Gatters 10 verbunden. Der Vergleichsschaltung A ist eine Zeitschaltung B nachgeschaltet. Der Ausgang des ODER-Gatters in der Vergleichsschaltung A wird dem einen Eingang eines ODER-Gatters 10 a in dieser Zeitschaltung B und einem ersten Eingang eines UND-Gatters 11 zugeführt. Der zweite Eingang des ODER-Gatters 10 a ist mit dem Ausgang einer weiter unten zu beschreibenden Selektorschaltung C verbunden. Die Zeitschaltung weist zwei Zeitglieder 12 und 13, z.B. in Form von triggerbaren Mono-Flops auf, die unterschiedliche Schaltzeiten aufweisen. Die Zeit für das Zeitglied 12 beträgt z.B. 2 Millisekunden, die Zeit für das Zeitglied 13 200 Millisekunden. Zur Ansteuerung der Zeitglieder 12 und 13 ist der Ausgang des ODER-Gatters 10 a auf den einen Eingang eines UND-Gatters 10 b gelegt, während der Ausgang des zweiten Zeitgliedes 13 auf den zweiten Eingang dieses UND-Gatters 10 b rückgeführt ist. Der Ausgang des UND-Gatters 10 b ist mit dem Eingang des Zeitgliedes 12 verbunden. Wird das Zeitglied 12 angesteuert, so wird für die kurze, durch dieses Zeitglied 12 vorgegebene Zeitspanne von etwa 2 Millisekunden ein Ausgangssignal an den zweiten Eingang des UND-Gliedes 11 abgegeben. Danach schaltet das Zeitglied auf den zweiten Ausgang um, der mit dem zweiten Eingang des UND-Gatters G in der Sicherheitseinrichtung verbunden ist. Der Ausgang des UND-Gliedes 11 ist mit dem Setzeingang eines Flip-Flops 14 verbunden, wohingegen der Rücksetzeingang dieses Flip-Flops mit dem Ausgang des Zeitgliedes 13 verbunden ist. Solange das UND-Gatter 13 durchlässig ist, d.h. während der besagten zwei Millisekunden, gibt das Flip-Flop 14 ein Ausgangssignal an einen Freigabe- und Sperreingang 15 der beiden Schwellenwertschaltungen 5 a und 5 b ab, wodurch deren Schwellenwert merklich angehoben wird. Ist diese Zeitspanne vorbei, so werden die Schwellenwerte der Schwellenwertschaltung 5 a und 5 b wieder auf den Normalwert zurückgesetzt.

Die erwähnte Selektorschaltung C ist zweikanalig ausgebildet und weist in jedem Kanal eine Schwellenwertschaltung 16 a, 16 b und ein Zeitglied 17 a, 17 b auf. Die Eingänge der Schwellenwertschaltungen 16 a und 16 b sind mit den Ausgängen der Integratorschaltungen 4 a bzw. 4 b verbunden. Die Ausgänge der Zeitglieder 17 a und 17 b werden den beiden Eingängen eines UND-Gatters zugeführt, dessen Ausgang mit dem zweiten Eingang des erwähnten ODER-Gatters 10 a in der Zeitschaltung B verbunden ist.

Die Funktion der beschriebenen Schaltungen A,B,C ist folgende: Erscheint an einem der Eingänge des ODER-Gatters 10 a ein signifikantes Signal, so kann dieses entweder dem Beginn eines tatsächlichen Aufpralles oder einem kurzzeitigen hohen mechanischen Stoß auf einen der Beschleunigungsaufnehmer zugeordnet werden. Handelt es sich um einen kurzzeitigen hohen mechanischen Stoß auf einen der Beschleunigungsaufnehmer, so z.B. einen Hammerschlag, so kann davon ausgegangen werden, daß diese Einwirkung innerhalb der kurzen, durch das Zeitglied 12 vorgegebenen Zeitspanne von etwa 2 Millisekunden wieder abgeklungen ist. Innerhalb dieser Zeitspanne wird jedoch das UND-Gatter 11 durchgeschaltet, so daß, wie oben beschrieben, die Schwellenwerte der Schwellwertschaltungen 5 a und 5 b merklich angehoben werden. Die Sicherheitseinrichtung 1 wird somit gesperrt. Diese Sperre wird solange aufrechterhalten, bis durch das Zeitglied 13 nach der durch dieses vorgegebenen relativ langen Zeitspanne von z.B. 200 Millisekunden eine Rücksetzung des Flip-Flops 14 erfolgt. Diese Zeitspanne entspricht etwa der Zeitdauer eines typischen Aufprallvorganges.

Wird das signifikante Signal am Eingang des ODER-Gatters 10 a durch einen tatsächlichen Aufprallvorgang ausgelöst, d.h. es liegt ein positives Ausgangssignal am UND-Gatter 18 vor, so wird das Zeitglied 12 getriggert und die Vergleichsschaltung A, wie oben beschrieben, für eine kurze Zeit aktiviert. Nach dieser Zeit wird durch das Zeitglied 13 und das UND-Gatter 10 b die Vergleichsschaltung A desaktiviert, bis nach Ablauf des Zeitgliedes 13 eine Rücksetzung des Flip-Flops 14 erfolgt. Nach der Triggerung des Zeitgliedes wird nach Ablauf der durch dieses vorgegebenen Zeitspanne dessen zweiter Ausgang, der jetzt ein HOCH-Signal führt, mit dem zweiten Eingang des UND-Gatters G in der Sicherheitseinrichtung 1 verbunden. Die Sicherheitseinrichtung ist dann in Abhängigkeit der Signale der Auslöseschaltung auslösebereit.

Demgemäß liefert die Zeitschaltung B ein Freigabesignal an die Eingänge 15 der beiden Schwellenwertschaltungen 5 a und 5 b erst nach Ablauf der Dauer des Sperrsignales, wobei diese Dauer durch das Zeitglied 12 festgelegt ist. Die Zeitschaltung B kann sowohl von der Vergleichsschaltung A als auch von der Selektorschaltung C aktiviert werden. Der aktivierte Zustand bleibt über die Einschaltdauer des Zeitgliedes 13 bestehen. In der Zeitschaltung wird unterschieden, ob eine Aktivierung der Zeitschaltung durch einen kurzen mechanischen Stoß auf die Beschleunigungsaufnehmer oder durch ein tatsächliches Aufprallsignal erfolgt. Tritt nach einem ersten signifikanten Signal nach Ablauf der durch das Zeitglied 12 vorgegebenen Zeitspanne kein signifikantes Signal mehr auf, so bleibt die Sicherheitseinrichtung 1 durch Anheben der Schwellenwerte in den Schwellenwertschaltungen 5 a und 5 b für eine durch das Zeitglied 13 vorgegebene Zeitspanne gesperrt. Tritt hingegen nach Ablauf der durch das Zeitglied 12 vorgegebenen Zeitspanne weiterhin ein signifikantes Ausgangssignal auf, so ist hiermit zwangsläufig ein Aufprall verbunden, wodurch nach Ablauf der durch das Zeitglied 12 vorgegebenen kurzen Zeitspanne die Sicherheitsschaltung 1 zur Auslösung bereitgehalten wird.

Obwohl im Vorhergehenden eine Einrichtung mit zwei Beschleunigungsaufnehmern beschrieben wurde, ist die Erfindung auch in Einrichtungen mit lediglich einem Beschleunigungsaufnehmer oder mit mehr als zwei Beschleunigungsaufnehmern realisierbar. Ebenso ist die hier aus diskreten Elementen aufgebaute Bewertungsschaltung für die Amplituden und deren Zeitverlauf beispielhaft. Möglich sind selbstverständlich integrierte Schaltungen; auch kann die Funktion etwa durch einen Mikroprozessor wahrgenommen werden.

Claims (8)

1. Einrichtung zur Auslösung einer passiven Sicherheitseinrichtung, die in einem Fahrzeug eingebaut ist und im Falle eines Aufpralles ausgelöst wird, mit zumindest einem ein elektrisches Ausgangssignal abgebenden Beschleunigungsaufnehmer, einer Auswerteschaltung für die Ausgangssignale des Beschleunigungsaufnehmers und einer mit der Auswerteschaltung verbundenen Auslöseschaltung für die Sicherheitseinrichtung sowie mit einer Bewertungsschaltung für die Ausgangssignale des Beschleunigungsaufnehmers, die mit einem Sperr- und Freigabeeingang der Auslöseschaltung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewertungsschaltung (A, B, C) eine Vergleichsschaltung (A) für die Ausgangssignale der Beschleunigungsaufnehmer sowie eine dieser nachgeschaltete Zeitschaltung (B) aufweist, daß die Vergleichsschaltung (A) innerhalb bestimmter Zeitspannen den Momentanwert des Ausgangssignales des Beschleunigungsaufnehmers (2 a, 2 b) am Ende der Zeitspanne von dem innerhalb dieser Zeitspanne vorhergehenden Minimalwert subtrahiert und ein Ausgangssignal abgibt, wenn die Differenz einen vorgegebenen Schwellenwert überschreitet, und daß die Zeitschaltung (B) bei Vorliegen eines Ausgangssignales der Vergleichsschaltung (A) die Sicherheitseinrichtung (1) für eine vorgegebene kurze Zeitdauer sperrt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsschaltung (A) eine Abtast- und Halteschaltung (7 a, 7 b), ein dieser nachgeschaltetes Differenzglied (8 a, 8 b) sowie eine Schwellenwertschaltung (9 a) aufweist.

3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Selektorschaltung (C) vorgesehen ist, die mit dem Ausgang der Auswerteschaltung (4 a, 4 b) der Sicherheitseinrichtung verbunden ist, und daß der Ausgang dieser Selektorschaltung (C) einem weiteren Eingang der Zeitschaltung (E) zugeführt ist.

4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitschaltung (B) ein mit dem Ausgang der Vergleichsschaltung (A) verbundenes Zeitglied (12) zur Abgabe eines Sperrsignales an die Auslösevorrichtung für eine bestimmte Zeitdauer nach Auftreten eines Ausgangssignales in der Vergleichsschaltung (A) aufweist.

5. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitschaltung ein ODER-Gatter (10 a) aufweist, dessen Eingänge mit dem Ausgang der Vergleichsschaltung (A) und der Selektorschaltung (C) verbunden sind, daß die Zeitschaltung zwei Zeitglieder (12, 13) mit unterschiedlichen Schaltzeiten aufweist, daß der Eingang des ersten Zeitgliedes (12) mit einer kurzen Schaltzeit mit dem Ausgang des ODER-Gliedes (10 a) über ein UND-Glied (lOb) verbunden ist, dessen erster Eingang mit dem Ausgang des ODER-Gliedes und dessen zweiter Eingang mit dem Ausgang des zweiten Zeitgliedes verbunden ist, wobei der Ausgang des ODER-Gliedes mit dem Eingang des zweiten Zeitgliedes (13) verbunden ist, daß der Ausgang der Vergleichsschaltung (A) mit einem ersten Eingang eines UND-Gliedes verbunden ist, dessen zweiter Eingang mit einem ersten, während der Schaltzeit des ersten Zeitgliedes (12) aktivierten Ausganges des Zeitgliedes (12) verbunden ist, daß der zweite, nach Ablauf des Zeitgliedes aktivierte Eingang mit einem Freigabeeingang (G) der Sicherheitseinrichtung (1) verbunden ist, daß der Ausgang des UND-Gatters (11) in der Zeitschaltung mit dem Setzeingang und der Ausgang des zweiten Zeitgliedes (13) in der Zeitschaltung mit dem Rücksetzeingang eines Flip-Flops (14) verbunden sind, und daß der Ausgang des Flip-Flops (14) ebenfalls mit einem Sperreingang (15) fur die Sicherheitseinrichtung (1) verbunden ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der während der Schaltzeit des ersten Zeitgliedes (12) aktivierte Ausgang mit einem UND-Gatter (G) der Sicherheitseinrichtung verbunden ist, dessen zweiter Eingang mit dem Ausgang der Auslöseschaltung (6) verbunden ist, und daß der Ausgang des Flip-Flops (14) mit Steuereingängen (15) der Auswerteschaltung (4 a, 4 b; 5 a, 5 b) verbunden ist, die einen Schwellenwert für die ausgewerteten Signale der Beschleunigungsaufnehmer (2 a, 2 b) festlegen.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerteschaltung (4 a, 5 a; 4 b, 5 b) eine Schwellenwertschaltung (5 a, 5 b) mit einem Steuereingang (15) zum Einstellen des Schwellenwertes aufweist, und daß dieser Steuereingang (15) mit dem Flip-Flop (14) in der Zeitschaltung (B) verbunden ist.

8. Einrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitschaltung (B) die Sicherheitseinrichtung (1) nach Auftreten eines signifikanten Ausgangssignales der Vergleichsschaltung (A) während einer zweiten Zeitspanne (Zeitglied 13) sperrt, die größer ist als die durch die Zeitschaltung (B) angegebene erste Zeitspanne (Zeitglied 12) zum Sperren der Sicherheitseinrichtung, die Sicherheitseinrichtung jedoch freigibt, wenn nach Ablauf der ersten Zeitspanne ein signifikantes Ausgangssignal der Selektorschaltung (C) vorliegt.