DE3920713A1 - Insassen-sicherheitseinrichtung fuer fahrzeuge - Google Patents

Insassen-sicherheitseinrichtung fuer fahrzeuge

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Bernhard Dipl Ing Mattes
Hartmut Dipl Ing Schumacher
Peter Taufer
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Robert Bosch GmbH
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Robert Bosch GmbH
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    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B60R21/01—Electrical circuits for triggering passive safety arrangements, e.g. airbags, safety belt tighteners, in case of vehicle accidents or impending vehicle accidents
    • B60R21/017—Electrical circuits for triggering passive safety arrangements, e.g. airbags, safety belt tighteners, in case of vehicle accidents or impending vehicle accidents including arrangements for providing electric power to safety arrangements or their actuating means, e.g. to pyrotechnic fuses or electro-mechanic valves
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02J—CIRCUIT ARRANGEMENTS OR SYSTEMS FOR SUPPLYING OR DISTRIBUTING ELECTRIC POWER; SYSTEMS FOR STORING ELECTRIC ENERGY
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Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine zumindest eine elektri­ sche Komponente aufweisende Insassen-Sicherheitsein­ richtung, insbesondere ein Rückhaltesystem wie z.B. Airbag und/oder Gurtstraffer, für ein mit Bordnetz versehenes Fahrzeug, nach der Gattung des Haupt­ anspruchs.
Sicherheitseinrichtungen für Kraftfahrzeuge, wie z.B. das Airbag-System, weisen Komponenten auf, die elek­ trisch betrieben werden. Für eine sichere Funktion dieser Sicherheitseinrichtungen muß ein Ausfall der elektrischen Komponenten aufgrund von Spannungs­ schwankungen im Bordnetz des Fahrzeugs vermieden wer­ den.
Es ist bekannt, einem zu starken Abfall der Bordnetz­ spannung mit einem Spannungswandler zu begegnen, der aus der noch vorhandenen, niedrigen Bordnetzspannung eine entsprechend größere Versorgungsspannung für den Betrieb der Sicherheitseinrichtung bildet. Ferner werden sogenannte Energiereserven eingesetzt, die nach Ausfall der Spannungsversorgung kurzzeitig die Funktionsfähigkeit der Sicherheitseinrichtung auf­ rechterhalten.
Der Gegenstand der Erfindung befaßt sich mit dem Pro­ blem, der Insassen-Sicherheitseinrichtung auch in atypischen Betriebszuständen stets die für die Funk­ tion bzw. Auslösung hinreichende elektrische Energie zur Verfügung zu stellen.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Insassen-Sicherheitseinrichtung mit den im Hauptanspruch genannten Merkmalen hat den Vorteil, daß beim Auftreten von Überspannungen der Bordnetzversorgung dennoch eine sichere Funktion der Insassen-Sicherheitseinrichtung, insbesondere von deren Auslösegerät, sichergestellt ist. Im allge­ meinen wird bei einer Abtrennung der Batterie des Fahrzeugs (z.B. während der Unfallphase aufgrund von Deformationen) davon ausgegangen, daß ein sofortiger Zusammenbruch der Bordnetzspannung erfolgt, das heißt, also ein Unterspannungszustand eintritt. Dies ist jedoch nicht immer der Fall. Es kann durchaus passieren, daß infolge des geschilderten Lastver­ lustes der Lichtmaschine, deren Rotor sich bei Auf­ prallbeginn noch unverändert weiterdreht, eine Über­ erregung eintritt, die zu einer Überspannung auf dem Bordnetz des Fahrzeugs führt. Ein Verlust der Licht­ maschinenbelastung kann nicht nur durch Abtrennen der Batterie, sondern auch durch Abtrennen des Kühlerge­ bläsemotors oder der Scheinwerfer oder anderer einge­ schalteter Verbraucher auftreten. Deshalb ist eine gegenteilige Auswirkung auf das Bordnetz, nämlich die Entstehung von kurzzeitiger Überspannung möglich, als bisher im allgemeinen angenommen worden ist, da man bis jetzt stets einem sofortigen Spannungsrückgang bis auf Null annahm. An das Bordnetz angeschlossene Verbraucher, wie beispielsweise Spannungsregler, End­ stufen-Schaltungen usw., sind derart ausgelegt, daß sie ab einer gewissen Überspannung, z.B. größer 22 Volt, abschalten. Dieses hat bei den eingangs genann­ ten Insassen-Sicherheitseinrichtungen die fatale Aus­ wirkung, daß die gesamte Anordnung funktionslos wäre. Wenn also bei einer durch einen Unfall verursachten kurzzeitigen Bordnetzüberspannung z.B. der Spannungs­ regler im Rückhaltesystem (Airbag) abschaltet, kann sich keine oder nicht mehr rechtzeitig die gewünschte Schutzwirkung entfalten. Das komplete Sicherheits­ system könnte dadurch seinen Sinn verlieren. Da nun­ mehr jedoch erfindungsgemäß vorgesehen ist, die Sicherheitseinrichtung beim Überschreiten eines vor­ gebbaren Maximalwerts der Bordnetzspannung von dieser zu trennen und mit der Energiereserve-Schaltung zu verbinden, ist die Funktion der Insassen-Sicherheits­ einrichtung unter den vorausgesetzten Umständen stets solange gewährleistet, wie die Energiereserve-Schal­ tung die Stromversorgung der elektrischen Komponenten übernehmen kann. Die "Überlebenszeit" der Energie­ reserve-Schaltung ist aufgrund der heutzutage ein­ setzbaren Mittel (z.B. Kondensatoren) ohne Probleme im Bereich von mindestens 500 ms anzusiedeln. Ein Un­ fall ereignet sich zumeist in der Zeitspanne von ca. 100 ms, so daß hier etwa die fünffache Sicherheit be­ steht.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist vorge­ sehen, daß die Sicherheitseinrichtung beim Unter­ schreiten eines vorgebbaren Minimalwerts der Bord­ netzspannung von dieser abgetrennt und mit der Ener­ giereserve-Schaltung verbunden wird. Mithin wird die vorstehend genannte Vorgehensweise nicht nur bei einer Überhöhung der Bordnetzspannung, sondern auch bei einem Unterschreiten eines Minimalwertes vorge­ nommen.
Damit beim Absinken der Bordnetzspannung dennoch eine hinreichend große Versorgungsspannung für die In­ sassen-Sicherheitseinrichtung zur Verfügung steht, weist die Energiereserve-Schaltung einen Spannungs­ wandler zur Aufrechterhaltung eines Mindestpotentials auf.
Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, einen Komparator einzusetzen, der die Höhe der Bordnetzspannung über­ wacht. Der Komparator steuert einen Bordnetzschalter an, der die Abtrennung der Bordnetzspannung von der Sicherheitseinrichtung vornimmt. Überdies betätigt der Komparator einen Energiereserve-Schalter, mit dem die Kopplung der Sicherheitseinrichtung mit der Ener­ giereserve-Schaltung vorgenommen wird.
Nach einer Weiterbildung der Erfindung ist der Kom­ parator als Fensterkomparator ausgebildet, das heißt, er kontrolliert einen bestimmten Spannungsbereich und somit eine Ober- und Untergrenze der Bordnetzspan­ nung, wobei beim Überschreiten der Ober- bzw. Unter­ grenze die erfindungsgemäßen Maßnahmen erfolgen.
Schließlich ist es vorteilhaft, wenn der Komparator Testeingänge zur Funktionsprüfung der Energiereserve- Schaltung aufweist. Insofern kann die aktive Abschal­ tung der Bordnetzversorgung periodisch überprüft wer­ den. Dieses kann beispielsweise durch einen Rechner diagnostizierbar erfolgen. Insofern besteht eine Feh­ lererkennungsmöglichkeit, so daß eine sichere Aus­ lösefunktion der Insassen-Sicherheitseinrichtung ge­ währleistet werden kann. Bei bekannten Lösungen wer­ den zur Begrenzung von Überspannungen dem Spannungs­ regler entsprechende Bauelemente, z.B. ein Varistor mit entsprechendem Vorwiderstand und Zenerdiode vor­ geschaltet. Dabei liegt die Begrenzungsspannung der Zenerdiode unterhalb der Abschaltspannung der ange­ schlossenen elektrischen Komponenten. Diese Begren­ zungsbauelemente haben jedoch den Nachteil, daß sie - im Gegensatz zum Erfindungsgegenstand - im späteren Betrieb nicht mehr überprüft werden können. Man kann insofern keine Vorhersage treffen, ob die Funktions­ tüchtigkeit dieser Bauelemente und damit der In­ sassen-Sicherheitseinrichtung über die gesamte Lebensdauer des Fahrzeugs gewährleistet ist. Die Diagnosemöglichkeit beim Erfindungsgegenstand schafft hier Abhilfe.
Zeichnung
Die Erfindung wird im nachfolgenden anhand der Figur näher erläutert. Diese zeigt ein Blockschaltbild einer elektrischen Komponente einer Insassen-Sicher­ heitseinrichtung.
Der Pluspol einer Batterie eines Kraftfahrzeugs ist - gemäß der Figur - an eine Klemme 1 gelegt, während der Minuspol der Batterie mit Masse 2 verbunden ist. Zwischen die Klemme 1 und Masse 2 ist ein Spannungs­ begrenzungsbauteil 3 (Varistor) geschaltet. Parallel zum Spannungsbegrenzungsbauteil 3 liegt ein aus den Widerständen R1 und R2 gebildeter Spannungsteiler, dessen Abgriff 4 zu einer Klemme 5 führt. Die Klemme 1 steht ferner mit einer Klemme 6 in Verbindung.
Mit seinem einen Pol ist ein Bordnetzschalter S1 an die Klemme 6 angeschlossen. Der andere Pol führt zu einer Klemme 7. An diese ist ferner der eine Pol eines Energiereserve-Schalters S2 angeschlossen, des­ sen anderer Pol zu einer Klemme 8 führt. Zwischen der Klemme 8 und Masse 2 liegt ein Kondensator C1 einer Energiereserve-Schaltung 9. Parallel zum Kondensator C1 liegt ein Spannungsteiler 10, der von zwei Wider­ ständen R3 und R4 gebildet ist. Ein Abgriff 11 des Spannungsteilers 10 führt zu einer Klemme 12′.
Die Klemme 1 steht über eine in Durchlaßrichtung ge­ schaltete Diode D1 mit dem einen Anschluß eines Wi­ derstandes R5 in Verbindung, dessen anderer Anschluß zu einer Parallelschaltung 12 führt. Die Parallel­ schaltung 12 wird aus einer Induktivität L und einem R/C-Glied 13 gebildet. Das R/C-Glied 13 setzt sich aus der Reihenschaltung eines Widerstandes R6 mit einem Kondensator C2 zusammen. Zwischen den Wider­ stand R5 und die Induktivität L ist der eine Anschluß eines Kondensators C3 geschaltet, dessen anderer An­ schluß an Masse 2 liegt. Der Parallelschaltung 12 ist eine Diode D2 in Durchlaßrichtung nachgeschaltet. Die Kathode der Diode D2 ist an die Klemme 8 angeschlos­ sen und die Anode führt zu einer Klemme 14.
Die Klemme 14 steht ferner mit dem einen Pol eines Spannungswandler-Schalters S3 in Verbindung, dessen anderer Pol zu einer Klemme 15 führt, die über einen Widerstand R7 an Masse 2 liegt. Ferner ist eine Klemme 16 vorgesehen, die ebenfalls an Masse 2 liegt. Die Klemme 5 ist an einen Komparator K1 angeschlos­ sen, der als Fensterkomparator ausgebildet ist. Der Komparator K1 weist die Ausgänge 17, 18 und 19 auf. Der Ausgang 17 führt zum Bordnetzschalter S1, der Ausgang 18 führt zum Energiereserve-Schalter S2 und der Ausgang 19 steht mit einem Eingang 20 des Span­ nungswandler-Schalters S3 in Verbindung. Über die Ausgänge 17, 18 und 19 können die Schalter S1, S2 und S3 gesteuert werden.
Ferner ist eine Schaltungsanordnung 21 vorgesehen, die einen Komparator K2 und ein Zeitglied T1 auf­ weist. Der Eingang 22 der Schaltungsanordnung 21 ist an die Klemme 15 angeschlossen, während der Ausgang 23 der Schaltungsanordnung 21 mit dem Eingang 20 des Spannungswandler-Schalters S3 in Verbindung steht. Ein Eingang 24 eines weiteren Komparators K3 ist an die Klemme 12′ und die beiden Eingänge 25 und 26 eines letzten Komparators K4 sind an die Klemmen 8 und 7 angeschlossen, während die Ausgänge der Komparatoren K3 und K4 mit dem Eingang 20 des Spannungswandler-Schalters S3 in Verbindung stehen.
Ferner sind Testanschlüsse 27, 28 und 29 ausgebildet, wobei der Testanschluß 27 mit der Klemme 7, der Test­ anschluß 28 mit der Klemme 5 und der Testanschluß 29 mit der Klemme 6 in Verbindung steht. An die Klemme 7 ist ferner ein Ausgang 30 angeschlossen, der zu einer nichtdargestellten Rückhaltesystem-Auswerteschaltung führt. Ein weiterer Ausgang 31 steht mit der Klemme 8 in Verbindung und führt zu nichtdargestellten Rück­ haltesystem-Endstufen der Insassen-Sicherheitsein­ richtung des Fahrzeugs. Die Rückhalteeinrichtung der Insassen-Sicherheitseinrichtung ist beispielsweise als Airbag ausgebildet. Die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausbildung beschränkt, sondern sie kann sich beispielsweise auch auf Gurtstraffer oder anderer Rückhaltesysteme usw. beziehen.
Insgesamt ergibt sich folgende Funktionsweise:
Der Komparator K1 überwacht die Bordnetzspannung UN des Kraftfahrzeugs. Die Bordnetzspannung UN ent­ spricht der Batteriespannung UBatt. Diese liegt an Klemme 1 an und wird von dem von den Widerständen R1 und R2 gebildeten Spannungsteiler entsprechend dem Widerstandsverhältnis heruntergesetzt, so daß an dem Klemme 5 dem Komparator K1 zugeführt wird. Der Kompa­ rator K1 prüft die Höhe der Bordnetzspannung UN im Hinblick auf ein Überschreiten eines vorgegebenen Ma­ ximalwertes Umax oder des Unterschreitens eines vor­ gegebenen Minimalwertes Umin. Sofern die Bordnetz­ spannung UN den Maximalwert Umax überschreitet bzw. den Minimalwert Umin unterschreitet, werden an den Ausgängen 17, 18 und 19 entsprechende Steuersignale abgegeben und dem Bordnetzschalter S1 bzw. dem Ener­ giereserve-Schalter S2 bzw. dem Spannungswandler- Schalter S3 zugeführt. Dieses hat die Wirkung, daß der Bordnetzschalter S1 und der Spannungswandler- Schalter S3 abgeschaltet, also geöffnet werden, während gleichzeitig der Energiereserve-Schalter S2 geschlossen wird. Durch das Öffnen des Bordnetzschal­ ters S1 wird die Bordnetzspannung UN von der darge­ stellten Schaltungsanordnung abgetrennt und - durch den Energiereserve-Schalter S2 - eine Verbindung zwischen den Klemmen 7 und 8 hergestellt. Ein von der Klemme 1 über die Diode D1, den Widerstand R5, die Induktivität L, den Spannungswandler-Schalter S3 und den Widerstand R7 fließender Strom wird durch Öffnen des Spannungswandler-Schalters S3 über die Diode D2 umgeleitet, so daß er in den Kondensator C1 der Ener­ giereserve-Schaltung 9 fließt. Dieses hat zur Folge, daß eine entsprechende Aufladung des Kondensators C1 bei gleichzeitiger Spannungsanhebung erfolgt. Die im Kondensator C1 gespeicherte Energie steht nunmehr für die Insassen-Sicherheitseinrichtung, insbesondere für das Auslösesystem zur Verfügung. Der Kondensator C1 liefert über den Ausgang 31 seine Energie direkt zu den dort angeschlossenen Rückhaltesystem-Endstufen und über den Energiereserven-Schalter S2 zum Ausgang 30, an dem die Rückhaltesystem-Auswerteschaltung an­ geschlossen ist. Sofern die Rückhaltesystem-Auswerte­ schaltung ein Kommando zur Auslösung der Insassen- Sicherheitseinrichtung gibt, schalten die Rückhalte- Endstufen durch und leiten die im Kondensator C1 ge­ speicherte Energie z.B. zu einer Zündpille eines Air­ bags.
Aus dem vorstehenden wurde bereits deutlich, daß der Spannungswandler-Schalter S3 durch Ein- und Ausschal­ ten mittels seiner Beschaltungselemente zum Aufladen des Kondensators C1 führt. Vorzugsweise wird derart vorgegangen, daß die an dem Widerstand R7 abfallende Spannung erfaßt und beim Überschreiten eines bestimm­ ten Wertes über den Eingang 22 der Komparator K2 der­ art angesteuert wird, daß der Spannungswandler-Schal­ ter S3 öffnet. Damit geht die an dem Widerstand R7 abfallende Spannung auf Null zurück, was zum soforti­ gen Schließen des Spannungswandler-Schalters S3 führen würde. Letzteres wird jedoch durch das Zeit­ glied T1 verhindert, so daß erst nach einer einstell­ baren Zeit der Schaltkontakt des Spannungswandler- Schalters S3 in seine geschlossene Stellung zurück­ kehrt. Der geschilderte Vorgang wiederholt sich laufend, so daß quasi eine Taktung erfolgt.
Wenn die an dem Kondensator C1 der Energiereserve- Schaltung 9 anliegende Energiereservenspannung UER einen vorgebbaren Wert überschreitet, so wird dieses über den Spannungsteiler 10 von dem Komparator K3 er­ faßt, der an den Eingang 20 des Spannungswandler- Schalters S3 ein entsprechendes Steuersignal liegt, das den geschilderten Taktvorgang unterbricht. Damit wird ein weiteres Aufladen des Kondensators C1 ge­ stoppt.
Bei der Inbetriebnahme der Schaltung ist die an dem Kondensator C1 liegende Energiereservenspannung UER gleich Null, während an der Klemme 7 die Batterie­ spannung des Fahrzeugs liegt. Dieses wird von dem Komparator K4 über seine Eingänge 25 und 26 erfaßt. Der Komparator K4 steuert daraufhin den Eingang 20 des Spannungswandler-Schalters S3 derart an, daß dieser seinen offenen Zustand annimmt. Hierdurch wird der Kondensator C1 besonders schnell aufgeladen, da kein Teilstrom über den den Widerstand R7 aufweisen­ den Zweig abfließt. Insofern wird der Kondensator C1 auch nicht durch den beschriebenen Taktvorgang auf­ geladen, da die direkte Aufladung durch die Batterie schneller möglich ist. Sobald die Energiereserven­ spannung UER eine bestimmte Größe erreicht hat, wird der Taktvorgang des Spannungswandler-Schalters S3 ge­ startet.
Die erfindungsgemäße Anordnung ermöglicht eine Funk­ tionsdiagnose, indem eine entsprechende Ansteuerung des Testanschlusses 28 erfolgt, so daß eine Auslösung der Schalter S1 bis S3 stattfindet. Der Vorgang kann an den Testanschlüssen 28 und 29 auf Fehler überwacht werden, insbesondere kann das unter Belastung er­ folgende Absinken der Energiereservenspannung UER be­ obachtet und insofern Rückschlüsse auf die Funktions­ sicherheit der Anlage gewonnen werden.
Da die Bordnetzspannung UN nicht zur Versorgung der Rückhaltesystem-Endstufen verwendet wird (denn der Energiereserve-Schalter S2 öffnet), wird eine End­ stufenüberlastung bzw. -zerstörung bei Bordnetzüber­ spannungen und gleichzeitiger Auslösung der Insassen- Sicherheitseinrichtung verhindert.

Claims (7)

1. Zumindest eine elektrische Komponente aufweisende Insassen-Sicherheitseinrichtung, insbesondere ein Rückhaltesystem wie z.B. Airbag und/oder Gurtstraf­ fer, für ein mit Bordnetz versehenes Fahrzeug, mit einer Energiereserve-Schaltung zur kurzzeitigen Auf­ rechterhaltung der Spannungsversorgung für eine Aus­ lösung der Sicherheitseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die Sicherheitsein­ richtung beim Überschreiten eines vorgebbaren Maxi­ malwertes (Umax) der Bordnetzspannung (UN) von dieser getrennt und mit der Energiereserve-Schaltung (9) verbunden wird.
2. Sicherheitseinrichtung nach Anspruch 1, da­ durch gekennzeichnet, daß diese beim Überschreiten eines vorgebbaren Minimalwertes (Umin) der Bordnetzspannung (UN) von letzterer ge­ trennt und mit der Energiereserve-Schaltung (9) ver­ bunden wird.
3. Sicherheitseinrichtung nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß die Energiereserve-Schaltung (9) einen Spannungswandler zur Aufrechterhaltung eines Mindest­ potentials aufweist.
4. Sicherheitseinrichtung nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, gekennzeichnet durch einen die Höhe der Bordnetzspannung (UN) überwachen­ den Komparator (K1) der einen Bordnetzschalter (S1) zum Abtrennen der Bordnetzspannung (UN) von der Sicherheitseinrichtung ansteuert und ferner einen En­ ergiereserve-Schalter (S2) zur Kopplung der Sicher­ heitseinrichtung mit der Energiereserve-Schaltung (9) betätigt.
5. Sicherheitseinrichtung nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß der Komparator (K1) als Fensterkomparator ausgebildet ist.
6. Sicherheitseinrichtung nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß der Komparator (K1) einen Testanschluß (28) zur Funktionsprüfung der Energiereserve-Schal­ tung (9) aufweist.
7. Sicherheitseinrichtung nach einem der vorhergehen­ den Ansprüche, dadurch gekennzeich­ net, daß der Komparator (K1) gleichzeitig mit der Betätigung des Bordnetzschalters (S1) und des Ener­ giereserve-Schalters (S2) einen Spannungswandler- Schalter (S3) öffnet.
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