DE3844351A1 - Elektronische einrichtung - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die z.B. aus der Zeitschrift 1141 Ingenieurs de l′Automobile (1982) No. 6, S. 69-77 bekannten Sensoren für Beschleunigungen haben bauart­ bedingt einen vergleichsweise großen Toleranzbereich (ungefähr Fak­ tor 2,5). Bei Verwendung derartiger Sensoren in elektronischen Ein­ richtungen, beispielsweise Sicherheitssystemen für Fahrzeuginsassen, ist deshalb ein aufwendiger mechanischer Abgleich oder ein kombinier­ ter Grob- und Feinabgleich erforderlich. Zur Realisierung der letzten Alternative ist zunächst eine Empfindlichkeitsklassifizierung der Sen­ soren notwendig, um für die jeweilige Empfindlichkeitsklasse eine charakteristische Dimensionierung der für die Aufbereitung des Sensor­ ausgangssignals notwendigen Aufbereitungsschaltung wählen zu können. Diese Empfindlichkeitsklassifizierung ist ein zusätzlicher Arbeits­ schritt, der mit Unkosten verbunden ist und daher die Kosten des Ge­ samtsystems verteuert. Zusätzliche Unkosten entstehen durch die indi­ viduelle Anpassung von Aufbereitungsschaltungen an die jeweiligen Sensoren unterschiedlicher Empfindlichkeitsklasse.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Lösung mit den kennzeichnenden Merkmalen des An­ spruchs 1 hat den Vorteil, daß eine Klassifizierung der Sensoren nach Empfindlichkeitsklassen und eine den jeweiligen Empfindlichkeitsklas­ sen zugeordnete gesonderte Dimensionierung von Aufbereitungsschaltun­ gen vermieden werden können. Der Abgleichaufwand reduziert sich auf einen weniger kostenintensiven Feinabgleich. Dies bedeutet eine we­ sentliche Erleichterung und Kosteneinsparung bei der Herstellung elek­ tronischer Einrichtungen der genannten Art. Auf besonders vorteilhafte Weise ermöglicht die erfindungsgemäße Lösung auch die Herstellung von elektronischen Einrichtungen, bei denen der Sensor als Bestandteil eines Hybridschaltkreises eingesetzt ist. Die Bestimmung von Empfind­ lichkeitsklassen der Sensoren wäre hierbei nach konventionellen Ver­ fahren erst nach Fertigstellung des gesamten Hybridschaltkreises mög­ lich. Zu diesem Zeitpunkt könnte jedoch die Dimensionierung der für die Aufbereitung des Sensorsignals vorgesehenen Aufbereitungsschaltung nicht mehr abgeändert werden. Demzufolge ermöglicht die erfindungsge­ mäße Lösung überhaupt erst die Hybridisierung einer derartigen Ein­ richtung.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Aufbereitungsschaltung zur Auf­ bereitung des Sensorausgangssignals Verstärkungs- und/oder Filtermit­ tel umfaßt, um das vom Sensor abgegebene Ausgangssignal zu verstärken und gegebenenfalls unerwünschte Frequenzbereiche von der weiteren Signalverarbeitung abzutrennen.

Weiterhin umfaßt die Auswerteschaltung zweckmäßig einen Analog-Digi­ tal-Wandler, der das vom Sensor unmittelbar abgegebene oder von der Aufbereitungsschaltung aufbereitete Sensorsignal in ein entsprechendes digitales Signal umwandelt, das dann zweckmäßig mittels Signalverar­ beitungsverfahren, insbesondere mittels eines Rechnerschaltkreises, weiter verarbeitet wird.

Als außerordentlich vorteilhaft erweist sich die Verwendung der elek­ tronischen Einrichtung bei Sicherheitssystemen für Fahrzeuginsassen, da es trotz der erreichten Einsparungen bei der Herstellung der elek­ tronischen Einrichtung möglich ist, die dort geforderte große Genauig­ keit bei der Signalverarbeitung einzuhalten.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer elektronischen Einrichtung im Zusammenhang mit einem Sicherheitssystem für Fahrzeuginsassen, Fig. 2 ein ausführ­ licheres Blockschaltbild der zu der elektronischen Einrichtung gehö­ renden Auswerteschaltung, Fig. 3 in einem Diagramm die Darstellung von aufbereiteten bzw. nicht aufbereiteten Ausgangssignalen des Sen­ sors als Funktion der Beschleunigung.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Ein Sicherheitssystem für Fahrzeuginsassen umfaßt einen für Beschleu­ nigungen empfindlichen Sensor 1, dessen Ausgangsanschluß einerseits unmittelbar mit einem ersten Eingangsanschluß einer Auswerteschaltung 3 verbunden ist (Verbindungsleitung 200). Andererseits ist der Aus­ gangsanschluß des Sensors 1 (Verbindungsleitung 10) mit dem Eingangs­ anschluß einer Aufbereitungsschaltung 2 verbunden. Der Ausgangsan­ schluß der Auswerteschaltung 3 führt zu dem Eingangsanschluß eines Rückhaltemittels 4, beispielsweise eines Gassacks (Airbag) oder eines Gurtstraffers. Die Aufbereitungsschaltung 2 umfaßt mindestens Ver­ stärkungsmittel und Filtermittel. Die Auswerteschaltung 3 umfaßt in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung gemäß Fig. 2 eine Umschalteinrichtung 3 a, einen Analog-Digital-Wandler 3 b sowie einen Rechnerschaltkreis 3 c. Dadurch kann das in analoger Form vorliegende Ausgangssignal des Sensors 1 bzw. das von der Aufbereitungsschaltung 2 aufbereitete Ausgangssignal des Sensors 1 in digitale Form umgewandelt und mit digitalen Methoden weiterverarbeitet werden.

Im folgenden wird die Funktionsweise der Schaltungsanordnungen nach Fig. 1 und Fig. 2 auch unter Zuhilfenahme des in Fig. 3 dargestell­ ten Diagramms näher erläutert. Das Diagramm gemäß Fig. 3 zeigt Tole­ ranzbereiche von Ausgangsspannungen U des Sensors 1 als Funktion der Beschleunigung a der der Sensor 1 ausgesetzt ist. Dabei sind auf der X-Achse die Beschleunigungswerte a ausgehend vom Wert a=O bis zu einem maximalen Endwert aMAX aufgetragen. Auf der Y-Achse sind Spannungs­ werte U in einem Intervall von UR bis UMAX dargestellt. UR ist dabei eine Ruhespannung, die auch in Ruhelage des Sensors 1, also bei nicht vorhandener Beschleunigung a, am Ausgang des Sensors 1 entsteht. UMAX ist ein vorgebbarer maximaler Spannungswert. Mit Bezugsziffer 20 ist im Diagramm nach Fig. 3 ein erster Toleranzbereich von Spannungswer­ ten des von der Aufbereitungsschaltung 2 aufbereiteten Sensorausgangs­ signals des Sensors 1 dargestellt. Mit Bezugziffer 21 ist ein zweiter Bereich von Spannungswerten des Sensorausgangssignals unmittelbar am Ausgang des Sensors 1 gekennzeichnet. Diese Toleranzfehler ergeben sich, wie eingangs schon erläutert, dadurch, daß die Sensoren 1 her­ stellungs- bzw. bauartbedingt unterschiedlichen Empfindlichkeitsklas­ sen angehören, mit der Folge, daß Sensoren unterschiedlicher Empfind­ lichkeitsklassen, gleiche Beschleunigungswerte a vorausgesetzt, unter­ schiedliche Ausgangsspannungen abgeben. Zu Beginn eines Bewertungsvor­ gangs des Ausgangssignals des Sensors 1 liegen sowohl das Ausgangs­ signal des Sensors 1 unmittelbar als auch das durch die Aufbereitungs­ schaltung 2 aufbereitete Sensorausgangssignal an Eingangsanschlüssen 10′, 20 der Auswerteschaltung 3 an. Die Auswerteschaltung 3 wählt aus den beiden Signalverläufen (Bereiche 20, 21 gemäß Fig. 2) den jeweils für die aktuell anliegende Beschleunigung a geeigneteren aus und be­ stimmt damit die Amplitudenwerte des die Beschleunigung a charakteri­ sierenden Signals. Im Bereich niedriger Beschleunigungswerte a wird das durch die Aufbereitungsschaltung 2 aufbereitete Ausgangssignal des Sensors 1, das also im Bereich 20 liegt, weiter ausgewertet, da hier die Auflösung des unmittelbar am Ausgang des Sensors 1 anstehenden Ausgangssignals zu gering ist. Dazu schaltet die Umschalteinrichtung 3 a das über die Verbindungsleitung 10′ ihrem ersten Eingangsanschluß zugeleitete Signal auf ihren Ausgangsanschluß, der mit dem Analog-Di­ gital-Wandler 3 b verbunden ist. Dieser wandelt die Analogsignale in digitale Signale um, die vom Rechnerschaltkreis 3 c weiter verarbeitet werden. Erreicht dann bei höheren Beschleunigungswerten a das von der Aufbereitungsschaltung 2 aufbereitete Ausgangssignal des Sensors 1 den vorgegebenen Spannungsgrenzwert UMAX - für die linke Berandung des Be­ reichs 20 ist das beispielsweise beim Beschleunigungswert a 1 der Fall - dann wird weiterhin von der Auswerteschaltung 3 nur noch das unmittelbar am Ausgang des Sensors 1 anstehende Signal (Bereich 21) ausgewertet. Dazu schaltet die Umschalteinrichtung 3 a bei Feststellen des Spannungsgrenzwertes UMAX das über die Verbindungsleitung 200 an ihrem zweiten Eingangsanschluß anstehende Ausgangssignal des Sensors auf ihren mit dem Analog-Digital-Wandler 3 b verbundenen Ausgangsan­ schluß. Im vorliegenden Beispielsfall erreicht das Ausgangssignal am Ausgang des Sensors 1 bei dem Beschleunigungswert a 1 den Wert U 1. Der Beschleunigungswert a, bei dem die Auswerteschaltung 3 sich für die Auswertung des erst durch die Aufbereitungsschaltung 2 aufbereiteten Signals oder des unmittelbar vom Sensor 1 abgegebenen Ausgangssignals entscheidet - im vorliegenden Beispielsfall war dies der Beschleuni­ gungswert a 1 - ist durch die Empfindlichkeit des jeweiligen Sensors 1 bestimmt. Dies ergibt sich auch deutlich aus den Toleranzbereichen der Empfindlichkeit, die durch die Bereiche 20, 21 des Diagramms 3 ange­ deutet sind. Beispielsweise würde das von der Aufbereitungsschaltung 2 aufbereitete Ausgangssignal des Sensors 1 mit einer Empfindlichkeits­ klasse, die der rechten Berandung des Bereichs 20 entspricht, erst bei einem größeren Beschleunigungswert a 1 den vorgebbaren Spannungswert UMAX erreichen, bei dem auf die Auswertung des nicht aufbereiteten Sensorsignals umgeschaltet wird. Im Bereich größerer Beschleunigungs­ werte a darf die Auflösung des auszuwertenden Ausgangssignals des Sensors 1 geringer sein als bei niedrigeren Beschleunigungswerten, ohne die Auslösecharakteristik der elektronischen Einrichtung nachteilig zu beeinflussen. Gemäß der Darstellung in Fig. 3 würde bei einem weniger empfindlichen Sensor 1 (Kurvenverlauf entsprechend der rechten Berandung des Bereichs 20) eine "Umschaltung" zwischen dem durch die Aufbereitungsschaltung 2 aufbereiteten Sensorsignal und dem unmittelbar am Ausgang des Sensors 1 anstehenden Ausgangssignal bei einem Beschleunigungswert a 2 erfolgen. Bei diesem Beschleunigungswert a 2 hat das Ausgangssignal des Sensors 1 den Wert U 2.

Die Aufbereitungschaltung 2 umfaßt zweckmäßig neben Verstärkungsmit­ teln auch Filtermittel, um bei der Weiterverarbeitung des Ausgangs­ signals des Sensors 1 störende Signalanteile auszufiltern. Beispiels­ weise können so die Auswertung störende hochfrequente Signalanteile ausgefiltert werden. Die Auswerteschaltung 3 umfaßt zweckmäßig neben der Umschalteinrichtung 3 a einen Analog-Digital-Wandler 3 b′, der das Ausgangssignal des Sensors 1 bzw. das von der Aufbereitungsschaltung 2 aufbereitete Ausgangssignal des Sensors 1, die analoger Form vorlie­ gen, in entsprechende digitale Signale umwandelt, um diese in einem dafür vorgesehenen Rechnerschaltkreis 3 c mit digitalen Mitteln weiter­ zuverarbeiten. Die Auswerteschaltung 3 aktiviert Rückhaltemittel 4, wie beispielsweise einen Gassack (Airbag) und/oder Gurtstraffer, wenn bei der Auswertung des Ausgangssignals des Sensors 1 festgestellt wird, daß ein vorgebbarer Grenzwert der Beschleunigung a überschritten worden ist.

Claims (8)

1. Elektronische Einrichtung mit einem Sensor (1) mit einer Aufberei­ tungsschaltung (2) und einer Auswerteschaltung (3) für das Ausgangs­ signal des Sensors, sowie mit von der Auswerteschaltung (3) ansteuer­ baren Rückhaltemitteln (4), dadurch gekennzeichnet, daß die Auswerte­ schaltung (3) einerseits mit dem Ausgang der Aufbereitungsschaltung (2) und andererseits unmittelbar mit dem Ausgangsanschluß des Sensors (1) verbunden ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Aus­ werteschaltung (3) eine Umschalteinrichtung (3 a) umfaßt, die jeweils einen Eingangsanschluß der Auswerteschaltung (3) in Abhängigkeit von einem vorgebbaren Grenzwert (UMAX) des Ausgangssignals des Sensors (1) mit ihrem Ausgangsanschluß verbindet.

3. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Sensor (1) für Beschleunigungen empfindlich ist.

4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeich­ net, daß die Aufbereitungsschaltung (2) Verstärkungsmittel und/oder Filtermittel umfaßt.

5. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeich­ net, daß die Auswerteschaltung (3) einen Analog-Digital-Wandler (3 b) umfaßt.

6. Verwendung der Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei einem Sicherheitssystem für Fahrzeuginsassen.

7. Verfahren zum Betrieb einer Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß in einem ersten Bereich (20) der vom Sensor (1) erfaßten und in eine als Sensorausgangssignal umgewan­ delten Meßgröße eine Auswerteschaltung (3) mittelbar (Verbindungslei­ tung 10′) über eine Aufbereitungsschaltung (2) mit dem Sensor (1) ver­ bunden wird, daß mit der Auswertung des von der Aufbereitungsschaltung (2) aufbereiteten Sensorsignals geprüft wird, ob das Ausgangssignal des Sensors (1) einen vorgebbaren Grenzwert (UMAX) überschreitet und daß nach Überschreiten des Grenzwertes (UMAX) zur Erfassung eines zweiten Bereiches (21) von Meßgrößen die Auswerteschaltung (3) un­ mittelbar (Verbindungsleitung 200) mit dem Ausgangsanschluß des Sen­ sors (1) verbunden wird.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei Erfas­ sung von Beschleunigungswerten (a) als Meßgröße die Auswerteschaltung (3) bei niedrigen Beschleunigungswerten mittelbar über die Aufberei­ tungsschaltung (2) mit dem Sensor (1) verbunden wird.