DE4128230C2 - Steuersystem für einen in einem Kraftfahrzeug angebrachten Airbag - Google Patents
Steuersystem für einen in einem Kraftfahrzeug angebrachten AirbagInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Steuersystem der im Ober
begriff des Patentanspruchs angegebenen Art.
Bei einem solchen, aus der DE-OS 38 03 426 bekannten Steuer
system wird der Verschiebungsweg durch Verwendung folgender Glei
chung bestimmt:
Zusätzlich zu der im Oberbegriff des Patentanspruchs angegebe
nen und bei der vorliegenden Erfindung benutzten Gleichung ver
wendet das bekannte Steuersystem also ein weiteres Glied, das
die mit einem weiteren Koeffizienten multiplizierte zeitliche
Ableitung der jeweiligen Beschleunigung berücksichtigt. Außer
dem sind alle Glieder der Gleichung mit Wichtungsfaktoren mul
tipliziert, die nach Fahrzeugtyp experimentell zu bestimmen
sind, um den Verschiebungsweg mit Hilfe der Bestimmungsschal
tung und in Abhängigkeit der jeweils gemessenen bzw. bestimmten
Parameter ausreichend genau bestimmen zu können. Der auf diese
Weise jeweils bestimmte Verschiebungsweg entspricht dabei einem
Gefährdungssignal, dessen jeweilige Amplitude mit einem Schwel
lenwert verglichen wird, um ein das Aktivieren des Airbags be
wirkendes Auslösesignal immer dann zu erzeugen, wenn der
Schwellenwert durch die jeweilige Amplitude des Gefährdungs
signals überschritten wird.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Steuersystem der genannten
Art so auszubilden, daß es den Auslösezeitpunkt für den Airbag
unter Berücksichtigung der jeweiligen Art der Fahrzeugkollision
noch genauer bestimmen kann, wobei diese Art der Fahrzeugkolli
sion aus Größe und zeitlichem Verlauf des vom Beschleunigungs
fühler abgegebenen Beschleunigungssignals zu bestimmen ist.
Bei einem Steuersystem der genannten Art ist diese Aufgabe
durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs angegebe
nen Merkmale gelöst.
Das erfindungsgemäße Steuersystem zeichnet sich durch eine zu
sätzliche Beurteilungsschaltung für den Gefährdungsgrad eines
Fahrzeuginsassen aus, die neben dem auch beim Stand der Technik
erzeugten ersten Airbagentfaltungssignal noch zusätzlich ein
zweites Airbagentfaltungssignal erzeugt und den Airbag immer
nur dann aktiviert, wenn die ersten und zweiten Airbagentfal
tungssignale gleichzeitig auftreten. Dieses zweite Airbagent
faltungssignal wird mit Hilfe der Beurteilungsschaltung immer
dann und nur dann erzeugt, wenn die in einem Integrator durch
Integrieren des Absolutwertes des Beschleunigungssignals be
stimmte Gesamtwirkung der Beschleunigung eine vorbestimmte
zweite Schwelle übersteigt; oder ein auf eine hohe Beschleuni
gung ansprechender Komparator das Auftreten dieser hohen Be
schleunigung feststellt. Eine solche hohe Beschleunigung wird
durch den Komparator dabei z. B. immer dann festgestellt, wenn
das Fahrzeug auf einem starren Hindernis aufprallt, das sehr
schnell bzw. unmittelbar mit starren Baugruppen bzw. Konstruk
tionsteilen des Fahrzeuges in Berührung gelangt, wie z. B. mit
dem Motorblock. Andererseits wird mit Hilfe des den Absolutwert
des Beschleunigungssignals integrierenden Integrators ein Ge
samtwirkungsgrad der Beschleunigung, der zu einem erheblichen
Gefährdungsgrad eines Fahrzeuginsassen führt, auch dann sicher
und schnell ermittelt, wenn sich ein Hindernis fortlaufend in
die in einer üblichen Knautschzone eines Fahrzeuges vorgesehe
nen und die Aufprallenergie aufzehrenden Karosserieteile hin
einschneidet.
Die Erfindung wird an Hand von in der Zeichnung
gezeigten Ausführungsbeispielen näher beschrieben. In der
Zeichnung zeigt
Fig. 1 ein Blockschaltbild
einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 2 ein Zeitablaufdiagramm, welches
die Betriebsweise der in Fig. 1 gezeigten Schal
tungsanordnung angibt;
Fig. 3 ein Zeitablaufdiagramm, das die Arbeitsweise des Be
reichs der in Fig. 1 gezeigten Schaltung erläu
tert, welcher die Art der Kollision feststellt und
den Auslösezeitpunkt demgemäß fest
legt;
Fig. 4 und 5 schematische Blockschaltbilder einer zweiten
und einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 6 ein Blockschaltbild einer
vierten Ausführungsform der Erfindung;
Fig. 7 ein Blockschaltbild der grundsätzlichen Schaltungs
anordnung, welche die Wirkung einer
durch eine Kollision veranlaßten Verzögerung auf
den Passagier voraussieht und die Position des
Passagierkopfes genau abschätzt;
Fig. 8 ein Schaltbild, das die in Fig. 7 dargestellte An
ordnung mehr im einzelnen zeigt und ihre Einfachheit
erläutert, welche eine fünfte Ausführungsform der
Erfindung darstellt;
Fig. 9 ein Zeitablaufdiagramm der Vorgänge, welche bei der in
Fig. 7 dargestellten Schaltungsanordnung ablaufen, und
Fig. 10 eine Schaltungsanordnung, welche
eine sechste Ausführungsform der Erfindung dar
stellt.
Fig. 1 zeigt einen Beschleu
nigungsfühler 100, dessen
Ausgangssignal einem Tiefpaßfilter 102
zugeführt wird. Das Ausgangssignal des Tiefpaßfilters 102 wird
einer ersten "Verschiebungsvorhersage"-Bestimmungsschaltung SEC.01 des
Systems zugeführt. Diese umfaßt einen EIN-AUS-Schal
ter 103 und erste und zweite in Reihe geschaltete Teilinte
gratoren 104 und 106. Die Ausgangsklemme des Schalters 103
ist auch mit einer ersten Koeffizientenschaltung 108 verbun
den. Eine zweite Koeffizientenschaltung 110 erhält
ein Eingangssignal von einem Verbindungspunkt
zwischen dem ersten und dem zweiten Integrator
104, 106. Die Ausgangssignale des zweiten Inte
grators 106 und der ersten und der zweiten Koeffizienten
schaltung 108, 110 werden einem Addierer 112 zugeführt. Ein
Schwellenwertkomparator 114 erhält das Ausgangssignal N von
dem Addierer 112 und gibt ein Signal O ab, wenn
ein vorbestimmter Schwellenpegel überschritten wird.
Ein zweiter "Beschleunigungspegel-Diskriminator"-Bereich
SEC.02 des Systems umfaßt erste, zweite, dritte und vierte
Komparatoren 116, 118, 120 und 122, welche parallel zueinan
der angeordnet und so angeschlossen sind, daß sie an ihrem
jeweiligen Eingang das Ausgangssignal von dem Tiefpaßfilter
erhalten. Der zweite Bereich umfaßt ferner erste und zweite
Zeitschaltungen 124, 126, ein ODER-Glied 128, ein NOR-Glied
130 und erste und zweite Multivibratoren oder Flipflops 132,
134, die auf die dargestellte Weise geschaltet sind.
In diesem Fall vergleicht der erste Komparator 116
das gefilterte Ausgangssignal von dem Beschleunigungsfühler 100
stellt fest, ob der Spannungspegel eine
Kraft von mehr als 1,0 g anzeigt. Der Ausgang A des ersten
Komparators 116 ist mit dem Setzeingang S des ersten Flipflops
132 und mit dem Setzeingang S der ersten Zeitschaltung 124
verbunden. Die erste Zeitschaltung 124 spricht
auf das Vorhandensein eines H-Signals an ihrem Setzeingang
an, um an ihrem Ausgang z. B. 70 ms lang ein H-Signal D zu er
zeugen.
Der zweite Komparator 118 vergleicht das gefil
terte Signal von dem Beschleunigungsfühler und stellt
fest, ob die Spannung eine Beschleunigung von mehr
als 0,5 g anzeigt. Dieser Komparator 118 gibt im Unterschied
zu dem ersten normalerweise ein H-Signal B
ab und schaltet auf ein L-Signal um, wenn der 0,5-g-
Pegel überschritten wird. Das Ausgangssignal B des zweiten
Komparators 118 wird dem Rücksetzeingang R der ersten und der
zweiten Zeitschaltung 124, 126 und einer der beiden Eingangs
klemmen des ODER-Glieds 128 zugeführt. Der Ausgang L des
ODER-Glieds 128 ist mit dem Rücksetzeingang R des ersten
Flipflop 132 verbunden.
Die Ausgangssignale D, F der ersten und zweiten Zeitschaltung
124, 126 werden dem NOR-Glied 130 zugeführt. Das Ausgangs
signal K des NOR-Glieds 130 wird der zweiten Eingangsklemme
des ODER-Glieds 128 zugeführt. Der Setzeingang S der zweiten
Zeitschaltung 126 erhält das Ausgangssignal E
vom dritten Komparator 120. In diesem Fall erzeugt
der Komparator 120 ein H-Ausgangssignal,
wenn das Ausgangssignal des Beschleunigungsfüh
lers anzeigt, daß die momentane Beschleunigung eine
Größe von 4,0 g erreicht oder überschritten hat.
Der vierte Komparator 122 erzeugt ein H-Signal,
wenn das Ausgangssignal des Beschleunigungsfüh
lers eine Beschleunigung in der Größe von 10,0 g anzeigt. Das
Ausgangssignal G des vierten Komparators 122 wird dem
Setzeingang des zweiten Flipflops 134 zugeführt.
Es ist zu beachten, daß die obigen Komparatoreinstellungen
von 0,5, 1,0, 4,0 und 10,0 g nicht fest sind und nach Be
darf auf andere Werte verändert werden können.
Ein dritter, als Beurteilungsschaltung wirkender sogenannter "Schadendiskriminator"-Bereich SEC.03
des Systems umfaßt: ein Bandpaßfilter 136, eine Abso
lutwertschaltung 138, einen Integrator 140 und einen Schwel
lenwertkomparator 142, die sämtlich
in Reihe geschaltet sind. Das Ausgangssignal des Beschleuni
gungsfühlers 100 wird dem Eingang des Bandpaßfilters 136 zu
geführt, während das Ausgangssignal des Schwellenwertkomparators
142 dem Setzeingang R des Flipflops 144 zugeführt wird.
Ein ODER-Glied 146 ist mit den Ausgangsklemmen Q der
Flipflops 134, 144 verbunden, während deren Rücksetzeingänge
mit dem NOR-Glied 130 verbunden sind, um von diesem das Aus
gangssignal K zu erhalten.
Die Ausgangssignale des Schwellenwertkomparators 114 und des ODER-
Glieds 146 werden den Eingangsklemmen eines UND-Glieds 148
zugeführt. Das Ausgangssignal P des UND-Glieds 148 wird
einer Zündeinrichtung 150 zugeführt, die dazu dient, das Auf
blasen einer Airbag-Einrichtung AB zu veranlassen.
In diesem System wird das Ausgangssignal C des ersten
Flipflops des zweiten Bereichs SEC.02 dazu verwendet, den
Schalter 103 zu öffnen und zu schließen und wird auch als ein
Rücksetzsignal für die drei Integratoren 104, 106 und 140 an
gewendet.
Der erste Komparator 116 kann auch über eine Verzögerungs
schaltung 151 mit dem Flipflop 132 verbunden werden. Der Grund da
für ist es, sicherzustellen, daß der
Flipflop 132 gesetzt wird, nachdem ein Rücksetzen ausgeführt
worden ist, und die Möglichkeit zu beseitigen, daß beide zur
gleichen Zeit auftreten oder sogar in der falschen Reihen
folge, was im Fall einer sehr raschen Verzögerung geschehen
könnte.
Das beschriebene System arbeitet so, daß dann, wenn das
Fahrzeug normal auf einer Straße fährt, das Signal C, welches
von dem Flipflop 132 abgegeben wird, einen L-Pegel annimmt
und der Schalter 103 offen bleibt, und die drei Integrato
ren 104, 106 und 140 nehmen Rücksetzzustände an. Unter diesen
Umständen nimmt das Ausgangssignal des Beschleunigungsfühlers 100
zu, falls eine Kollision auftritt. Es ist zu beachten, daß
das obere Diagramm in Fig. 2 Linien enthält, welche
vier verschiedene Beispiele für Kollisionen darstellen, sowie
die entsprechenden Beschleunigungskraft-Bezeichnungen (g-
Kräfte).
Es wird jetzt angenommen, daß die Ausgangskennlinie des Be
schleunigungsfühlers der Linie 1 folgt (und zwar die Kennli
nie, bei der die Beschleunigungskraft den Pegel von 1,0 g
übersteigt und dann in der Weise spitz ausläuft, daß sie den
Pegel von 4,0 g nicht übersteigt). Unter diesen Umständen
schaltet, wenn der Beschleunigungswert den Pegel 0,5 über
steigt, das Ausgangssignal B des zweiten Komparators 118 von
dem H-Pegel auf den L-Pegel um (siehe entsprechende Linie B
in Fig. 2). Dies beseitigt das Signal, welches konstant an
die Rücksetzeingänge der Zeitschaltungen 124 und 126 angelegt
ist, und ermöglicht also, daß die Zählung eingeleitet wird.
Zu diesem Zeitpunkt bleibt das Ausgangssignal K des NOR-Glieds
130 auf dem H-Pegel, da die Ausgangssignale D, F der
zwei Zeitschaltungen 124 und 126 auf L-Pegeln bleiben. Obwohl
das Signal B, welches an das ODER-Glied 128 angelegt wird,
den L-Pegel angenommen hat, stellt also die Anwesenheit des
H-Signals K sicher, daß der Flipflop 132 im Rücksetzzustand
verbleibt und also den Pegel des an den Schalter 103 angeleg
ten Signals C auf dem L-Pegel hält. Also bleibt der Schalter
103 offen, und die Integratoren werden in den
Rücksetzzustand gebracht.
Wenn das Ausgangssignal des Beschleunigungsfühlers 100 den
Pegel 1,0 g übersteigt, geht das Ausgangssignal A des ersten
Komparators 116 auf den H-Pegel über. Dies setzt den Flipflop
132 und die erste Zeitschaltung 124. Da zu diesem Zeitpunkt
der Ausgang D der Zeitschaltung 124 den H-Pegel annimmt, ge
hen die Ausgänge K, L des NOR-Glieds 130 und des ODER-Glieds
128 auf L-Pegel über. Das an den Setzeingang S des ersten
Flipflops 132 angelegte H-Signal A bewirkt, daß sein Ausgangs
signal C den H-Pegel annimmt. Dies schließt den Schalter 103
und aktiviert die Integratoren 104, 106 und 140.
Unter diesen Umständen wird die Bestimmungsschaltung SEC.01
aktiviert, und der erste Integrator 104 wandelt das die Be
schleunigung anzeigende Signal in ein die Geschwindigkeit an
zeigendes Signal um. Anschließend wandelt der zweite Integra
tor 106 das Geschwindigkeitssignal in ein den Verschiebungsweg
anzeigendes Signal um. Zur gleichen Zeit wird das Beschleuni
gungssignal in der ersten Koeffizientenschaltung 108 verar
beitet und in ein den Verschiebungsweg anzeigendes Signal umge
wandelt. Die zweite Koeffizientenschaltung 110 modifiziert
das Geschwindigkeitssignal in einer Weise, welche es auch in
ein den Verschiebungsweg anzeigendes Signal umwandelt.
Die drei Verschiebungswegsignale, welche durch den zweiten Inte
grator 106 und die erste und die zweite Koeffizientenschal
tung 108 und 110 erzeugt werden, werden dem Addierer 112 zu
geführt, welcher ein den Gesamtverschiebungsweg anzeigendes Si
gnal ableitet. Dieser Gesamtverschiebungswert oder -weg wird dann dem
Schwellenwertkomparator 114 zugeführt.
Eine weitere detaillierte Beschreibung der
Arbeitsweise dieses Bereichs des Systems wird später in Ver
bindung mit den Fig. 8 bis 10 vorgenommen, welche vierte und fünfte
Ausführungsformen der Erfindung zeigen.
Das Signal von dem Beschleunigungsfühler wird durch das Band
paßfilter 136 gefiltert und in Form eines Signals a
[siehe Linie (a) des Zeitablaufdiagramms in Fig. 3] der
Absolutwertschaltung 138 zugeführt, in welcher das Signal
gleichgerichtet wird, so daß es nur einen positiven Wert auf
weist. Diese Gleichrichtung kann durchge
führt werden, um eine der mit den Linien (b′) und (b) in
Fig. 3 dargestellten Wellenform zu erhalten. Und zwar
hat im Fall der direkten Gleichrichtung das resultierende
Signal die mit der Linie (b′) dargestellte Wellenform.
Sodann wird das gleichgerichtete Signal dem dritten Integra
tor 140 zugeführt. Der Integrator 140
zusammen mit den Integratoren 104 und 106 wird
durch das Signal C rückgesetzt, das den L-Pegel annimmt (er wird durch den H-Pe
gel des Signals C aktiv gemacht). Alternativ ist ein Inverter
zwischen den Ausgang des Flipflops 132 und die Rücksetzein
gänge der soeben erwähnten Integratoren eingefügt.
Falls der integrierte Wert den Schwellenpegel des Schwellenwertkompara
tors 142 übersteigt, nimmt das Ausgangssignal r den H-
Pegel an und setzt den Flipflop 144.
Das Setzen des Flipflops 144 veranlaßt natürlich, daß das
Ausgangssignal M des ODER-Glieds 146 den H-Pegel annimmt.
Wenn beide Ausgangssignale O und M von dem Komparator 114
und dem ODER-Glied H-Pegel annehmen, öffnet das UND-Glied
148, und die Airbag-Aufblasladung wird gezündet.
Falls festgestellt wird, daß
die Beschleunigungskraft nicht den Pegel von 4,0 g über
steigt, wird die Entfaltung des Airbags durch den ersten und
dritten Bereich SEC.01, SEC.03 gesteuert. Das heißt, falls der Verzöge
rungspegel, welcher durch die Kollision veranlaßt wird, nicht
den Pegel von 4,0 g übersteigt, bleibt der Ausgang des drit
ten Komparators 120 auf dem L-Pegel, und die zweite Zeit
schaltung 126 wird nicht ausgelöst.
Die zwei Zeitschaltungen 124,
126 sind so eingerichtet, daß sich die Zeitspannen überlappen
im Fall einer Kollision der Art, bei welcher das Fahrzeug auf
einen Pfosten oder dergleichen prallt, welcher einen
örtlich begrenzten Schaden an dem Fahrzeug verursacht (näm
lich durch die weichere, weniger starre Platten/Struktur des
Fahrzeugkörpers "schneidet", und noch nicht den starren Auf
bau (zum Beispiel Motor/Getriebe, Kabinentrennwand usw.) er
reicht sowie noch keine lebensgefährdende Verzögerung er
zeugt hat.
Falls die Kollision so geartet ist, daß die Beschleunigungs
kraft, welche erzeugt wird, der Linie 1 folgt, wird also der
zweite Zähler (die Zeitschaltung) nicht ausgelöst. Wenn ande
rerseits die Kennwerte der Kollision so geartet sind, daß die
erzeugte Verzögerung der Linie 4 folgt, treten zu dem Zeit
punkt, in dem die Beschleunigungskraft den Pegel 4,0 g über
steigt, die Operationsereignisse des in dem Zeitablaufdia
gramm in Fig. 2 dargestellten Beispiels ein. Und zwar neh
men, wie gezeigt, die durch den dritten Komparator 120 und
die zweite Zeitschaltung 126 abgegebenen Signale E und F H-
Pegel an. Dies geschieht derart, daß der Ausgang des NOR-Glieds
130 auf dem L-Pegel gehalten wird über den Zeitpunkt
hinaus, in dem das Ausgangssignal D der ersten Zeitschaltung
wieder auf den L-Pegel abfällt.
In diesem besonderen Beispiel übersteigt kurz vor dem Zeit
punkt, in dem die Beschleunigungskraft 4,0 g übersteigt, das
Ausgangssignal I des Integrators 140 den Schwellenpegel des
Komparators 142 und hat veranlaßt, daß das Ausgangs
signal J des Flipflop 144 den H-Pegel annimmt, und veranlaßt
also, daß das Ausgangssignal M des ODER-Glieds 146 auf den
H-Pegel geht. In dem Zeitpunkt, in dem das Ausgangssignal N
des Addierers 112 den Schwellenpegel der Zeitschaltung 114 über
steigt, veranlaßt also das UND-Glied 148 das Aufblasen des
Airbags AB.
Jederzeit, wenn eine Beschleunigungs
kraft von 10,0 g oder mehr durch den Beschleunigungsfühler
100 abgetastet wird, geht das Ausgangssignal G des vierten Kompa
rators 122 auf den H-Pegel und setzt den Flipflop 134.
Das Ausgangssignal des Flipflops 134 bleibt auf dem H-Pegel,
bis das Ausgangssignal K des NOR-Glieds 130 auf den H-Pegel
zurückkehrt und ihn rücksetzt. Obwohl der Pegel der Beschleu
nigungskraft nur während einer sehr kurzen Zeitspanne ober
halb des Pegels von 10,0 g bleibt, wird also der Flipflop 134
gesetzt, und bis sowohl die erste wie auch die zweite Zeit
schaltung 124, 126 die Erzeugung von H-Signalen beendet ha
ben, wird das Ausgangssignal M des ODER-Glieds mit Sicher
heit auf dem H-Pegel gehalten. Dies umgeht und/oder ergänzt
die Operation des dritten Bereichs SEC.03 des Systems und
liefert ein H-Pegel-Eingangssignal M an das UND-Glied 148.
Wie aus der Kurve I in Fig. 3 erkennbar ist, wird es durch
Einstellen des Schwellenpegels Vt, mit welchem das Ausgangssignal
des dritten Integrators 140 verglichen wird, möglich, das
Signal r zu veranlassen, einen hohen Pegel anzunehmen zu dem
Zeitpunkt, der mit einer ausgezogenen Linie angedeutet ist,
oder durch Absenken des Pegels zum Beispiel auf Vt' das Si
gnal r zu veranlassen, einen hohen Pegel anzunehmen zu dem
Zeitpunkt, der durch die gestrichelte Linie angedeutet ist.
Das Einstellen dieses Schwellenpegels wird natürlich gemäß dem
Fahrzeugtyp und dem Aufbau des Fahrzeugs vorgenommen.
Obwohl die obige Ausführungsform und nachfolgende Ausfüh
rungsform so beschrieben sind, daß sie die Form einer Ana
logschaltungsanordnung annehmen, versteht es sich, daß sie
unter Verwendung angemessener Softwareprogramme in einem Mi
kroprozessor zur Ausführung gebracht werden können. Tatsäch
lich erleichtert die Verwendung eines Mikroprozessors die
kleineren Veränderungen in Einstellungen, welche benötigt
werden, um die gleiche Schaltung an eine Anzahl unterschied
licher Fahrzeuge anzupassen, und erleichtert die Dateneingabe
von verschiedenen weiteren Fühlern, wie beispielsweise solche von Passa
gier-Sitzpositionen.
Das Bandpaßfilter 136 kann durch
Tiefpaß- oder Hochpaßfilter ersetzt werden,
ohne die Arbeitsweise der Anordnung wesentlich zu verändern.
Fig. 4 zeigt eine zweite Ausführungsform, die
grundsätzlich der ersten ähnlich ist, welche in Verbindung mit
den Fig. 1 bis 3 beschrieben ist. Diese Anordnung unter
scheidet sich von der in Fig. 1 gezeigten
darin, daß das Bandpaßfilter 336 mit der Absolutwertschaltung
338 über einen Schalter 337 verbunden ist. Dieser Schalter
337 ist operativ mit dem Ausgang des Flipflops 332 verbunden,
so daß er gleichzeitig mit dem Schalter 303 geschlossen wird
in Reaktion auf eine Verzögerung von mehr als 1,0 g. Das
heißt in Reaktion darauf, daß der erste Komparator 316 ein H-
Signal erzeugt und den Flipflop 332 und die erste Zeitschal
tung 324 setzt.
Fig. 5 zeigt eine dritte Ausführungsform, die
auch grundsätzlich der ersten ähnlich ist.
Diese Anordnung unter
scheidet sich von der in Fig. 1 gezeigten
darin, daß das Ausgangssignal des Tiefpaßfilters 402 einem
Hochpaßfilter zugeführt wird, und darin, daß das Hoch
paßfilter 436 mit der Absolutwertschaltung 438 über einen
Schalter 437 verbunden ist. Wie in dem Fall der zweiten Aus
führungsform ist der Schalter 437 operativ verbunden mit dem
Ausgang des Flipflop 432, so daß er gleichzeitig mit dem
Schalter 403 geschlossen wird in Reaktion auf eine Verzöge
rung von mehr als 1,0 g. Das heißt, in Reaktion darauf, daß
der erste Komparator 416 ein H-Signal erzeugt und den
Flipflop 432 und die erste Zeitschaltung 424 setzt.
Obwohl nicht gezeigt, versteht es sich, daß Rück
setzsignale an die Integratoren angelegt werden, um sie im
Rücksetzzustand und "startbereit"-Zustand zu halten bis zu
dem Zeitpunkt, in dem die Schalter 403, 437 geschlossen wer
den.
Fig. 6 zeigt eine Schaltungsanordnung, welche eine vierte
Ausführungsform darstellt. In dieser
Schaltungsanordnung ist ein Beschleunigungsfühler 500 so an
geordnet, daß er sein Ausgangssignal einem Tiefpaßfilter 502
zuführt. Das Tiefpaßfilter 502 ist über einen Schalter 503
mit ersten und zweiten in Reihe geschalteten Integratoren 504
und 506 verbunden. Der Schalter 503 ist auch mit der Ein
gangsklemme einer ersten Koeffizientenschaltung 508 verbun
den. Eine Eingangsklemme einer zweiten Koeffizientenschaltung
510 ist mit einem Verbindungspunkt zwischen
dem ersten und dem zweiten Integrator 504, 506 verbunden.
Die Ausgänge des zweiten Integrators 506 und der ersten und
der zweiten Koeffizientenschaltung 508, 510 sind über einen
Addierer 512 mit einem Schwellenwertkom
parator 514 verbunden, dessen Ausgang
mit dem ersten der zwei Eingänge eines UND-Glieds
516 verbunden ist.
Der erste, zweite, dritte und vierte Komparator 518, 520, 522
und 524 sind parallel angeordnet, und ihre Eingangsklemmen
sind mit dem Ausgang des Tiefpaßfilters 502 verbunden. In
diesem Fall sind die Komparatoren so eingestellt, daß sie H-
Signale abgeben in Reaktion darauf, daß der Beschleunigungs
fühler 500 eine Verzögerung von 1,0 g, 4,0 g, 0,5 g bzw. 10 g
anzeigt.
Der erste und der zweite Komparator 518 und 520 sind mit den
Setzeingängen der ersten bzw. der zweiten Zeitschaltung 526
bzw. 528 verbunden. Die Ausgänge der Zeitschaltungen sind
über ein ODER-Glied 530 mit einem der Eingänge eines UND-
Glieds 532 verbunden. Der andere Eingang des UND-Glieds ist
mit dem Ausgang des dritten Komparators 522 verbunden.
Das Ausgangssignal des UND-Glieds wird Setzklemmen (SET)
direkt zugeführt. Ein Inverter 134 invertiert das
Ausgangssignal des UND-Glieds 532 und führt ein in
vertiertes Signal an Rücksetzklemmen (RESET).
Das Ausgangssignal des Beschleunigungsfühlers 500 wird auch
einem Bandpaßfilter und über einen in Reihe geschalte
ten EIN-AUS-Schalter 537, eine Absolutwertschaltung 538,
einen Integrator 540 und einen Schwellenwertkomparator 542 einem
ODER-Glied 544 zugeführt.
Der Ausgang des vierten Komparators 524
ist über das ODER-Glied 544 mit dem zweiten Eingang des UND-Glieds
516 verbunden.
Die Arbeitsweise dieser Anordnung ist im
Grundprinzip ähnlich der in Fig. 1 gezeigten, wobei
jeder mögliche Fehler
beim Setzen und Rücksetzen der verschiedenen Schaltungen dadurch
eliminiert wird, daß der Pegel des SET-Signals, wenn
das Ausgangssignal des UND-Glieds 532 einen H-Pegel annimmt,
H ist und der Pegel des Rücksetzsignals definitiv das Gegen
teil ist (das heißt L).
Das Ausgangssignal des dritten
Komparators 522 ist in diesem Fall dafür vorgesehen, von L
auf H überzugehen, wenn von dem Beschleunigungsfühler 500
eine Beschleunigungskraft von 0,5 g oder mehr abgetastet
wird.
Diese Schaltung arbeitet so, daß bei Auftreten einer Kolli
sion und einer dadurch erzeugten Beschleunigungskraft von
mehr als 0,5 g das Ausgangssignal des dritten Komparators dem
UND-Glied 532 zugeführt wird. Wenn der Pegel auf 1,0 g zu
nimmt, wird die erste Zeitschaltung 526 ausgelöst, und der
Pegel des ODER-Glieds 530 wird auf den H-Pegel angehoben,
was das UND-Glied 532 öffnet. Dieses gibt ein Setzsignal ab,
welches die Schalter 503 und 537 schließt. Gleichzeitig wer
den die Rücksetzsignale auf L-Pegel invertiert, und die Inte
gratoren 504, 506 und 514 beginnen mit der Integration der
ihnen eingegebenen Signale.
Durch geeignetes Einstellen des Schwellenpegels des Schwellenwert
komparators 542 auf den jeweiligen Fahrzeugtyp
geht im Fall, daß eine ausreichende Fahrzeugbe
schädigung als aufgetreten angezeigt wird, das Ausgangssignal
des ODER-Glieds 544 auf den H-Pegel, bevor die Beurteilungs
schaltung angibt, daß die Airbag-Aufblasladung
zu zünden ist, um die benötigte Airbag-Entfaltung zu
erzielen und die optimale Dämpfungswirkung zu schaffen. Wenn
andererseits der Verzögerungspegel auf 10,0 g ansteigt oder
diesen übersteigt, wird unmittelbar ein Signal an das UND-
Glied 116 angelegt, da die Entfaltung des Airbags zwingend
ist, ohne Notwendigkeit, das Ausmaß festzustellen, bis zu
dem die Fahrzeugbeschädigung bereits fortgeschritten ist.
Fig. 7 zeigt in Form eines Blockschaltbildes die
Anordnung des Verschiebungswegvorhersage-Bereichs, der
in den zuvor beschriebenen Systemen verwendet wird.
Es ist einleuchtend, daß am Fahrzeug angebrachte Steuersy
steme Rauschen ausgesetzt sind, welches sich mit
dem Ausgangssignal des zur Ermittlung von Kollisionen verwen
deten Beschleunigungsfühlers mischen kann. Die vorliegende
Ausführungsform ist darauf gerichtet, Probleme zu lösen, wel
che auf Grund von Rauschen und/oder Offset oder Drift in dem
Fühlerausgangssignal bedingt sind.
Wenn bei einer herkömmlichen Anordnung eine Vollintegratorschal
tung verwendet wird, wird jedoch in dem Fall, in dem ein Off
set oder Drift oder Rauschen in dem Beschleuni
gungsfühler-Ausgangssignal vorhanden ist, das Signal inte
griert, wie es ist, und es wird ein Fehler in den integrier
ten Wert eingeführt. Dieser Fehler stört natürlich die genaue
Auslösezeiteinstellung. Wenn das Offset- oder Driftrauschen
über eine längere Zeitspanne andauert, ist es ferner selbst
dann, wenn keine Kollision vorliegt, möglich, daß der inte
grierte Wert den vorbestimmten Schwellenpegel übersteigt. Um dies
zu kompensieren, ist eine sehr komplexe Signalverarbeitung
erforderlich.
Andererseits wird in dem Fall, in welchem eine Teilintegra
tion verwendet wird, als Folge der Zeitkonstanten die gesamte
Zeit zur Integration benötigt und eine Verzögerung bewirkt.
Dies stört die Linearität der Integration.
Die vorliegende Ausführungsform ist andererseits so geartet,
daß sie eine nahezu volle Integration verwendet in einer
Weise, welche es ermöglicht, den Zeitpunkt, in dem der Passa
gier an ein Lenkrad oder eine ähnliche starre Struktur an
stoßen wird, genau festzustellen und diese genaue Bestimmung
zu verwenden, um den Zeitpunkt der Airbagentfaltung zu steu
ern.
In der Anordnung der Fig. 7 sind der erste und der zweite
Teilintegrator 601 und 602 so eingerichtet, daß die Zeitkon
stanten T1 und T2 die gleichen sind.
Andererseits ist es möglich, die Zeitkonstanten auf unter
schiedliche Werte einzustellen.
Der erste und der zweite Integrator 601, 602 sind so einge
richtet, daß sie eine möglichst nahezu vollständige Integra
tion ausführen, wobei ihre Zeitkonstanten T1 und T2
zehnmal größer sind als eine Zeitspanne td, welche von dem
Zeitpunkt an benötigt wird, in dem ein Zündsignal ausgegeben wird,
bis zu dem Zeitpunkt, in dem der Airbag die volle Füllung
erreicht.
Die erste Koeffizientenschaltung 603 ist so angeordnet, daß
sie einen Dämpfungsgrad K1 aufweist, während die zweite Koef
fizientenschaltung 604 so eingerichtet ist, daß sie einen
Dämpfungsgrad von K2 aufweist. In diesem Fall ist der Wert
von K2 gleich der Zeit td eingestellt (K2 = td),
während der Wert von K1 auf td²/2 (d. h. K1 = 0,5 td²)
eingestellt ist.
Der Addierer 605 ist vorgesehen, die Ausgangssignale
des zweiten Integrators 602 und der ersten und der zweiten
Koeffizientenschaltung 603, 604 zu erhalten. Der Ausgang des
Addierers 605 ist mit einer Zündeinrichtung 606
über einen Schwellenwertkomparator
607 und eine geeignete Treiberschaltung 608 verbunden.
Es sei angenommen, daß ein Fahrzeug, während es sich mit fe
ster Geschwindigkeit bewegt, mit einer starren Struktur
kollidiert und einer Längsverzögerung a(t) unterworfen wird.
Es sei ferner angenommen, daß durch den Beschleunigungsfühler
600 ein darauf hinweisendes Signal erzeugt wird, und daß von
dem Zeitpunkt der Fahrzeugverzögerung a(t) an
der Kopf eines sitzenden Passagiers
mit einer festen Geschwindigkeit unter dem Einfluß
der Verzögerung nach vorn bewegt wird.
Es kann gezeigt werden, daß unter diesen Bedingungen die Ge
schwindigkeit V des Kopfes der Person relativ zu dem Fahrzeug
beträgt:
V(t) = ∫ (a)t dt (1)
Das Signal von dem Beschleunigungsfühler
wird dem ersten Teilintegrator 601 zugeführt und einer fast voll
ständigen Integration unterworfen. Dieses leitet einen für
V(t) kennzeichnenden Wert ab.
Die Verschiebung des Passagierkopfes aus seiner Anfangsstel
lung im Lauf der Zeit ist daher gegeben durch:
x(t) = ∫ V(t) dt (2)
Indem das Ausgangssignal des ersten Integrators 601 einer
zweiten Teilintegration in dem zweiten Integrator 602 unter
worfen wird, ist es möglich, einen Verschiebungswert x(t) zu
erhalten.
Durch Wichtung des Wertes V(t) mit einem Faktor td (nämlich
V(t) × td) in der zweiten Koeffizientenschaltung 204 ist es
möglich, die Größe der Verschiebung zu bestimmen, welche im
Zeitablauf auf Grund der Geschwindigkeit V(t) auftreten wird.
Ferner ist es durch Wichtung des Ausgangssignals des Be
schleunigungsfühlers mit einem Faktor td²/2 (d. h. 1/2 × a(t)
× td²) in der ersten Koeffizientenschaltung 603 möglich, die
Verschiebungsgröße abzuleiten, welche auf Grund der Beschleu
nigung a(t) eintreten wird.
Durch Summieren der drei Verschiebungswerte in dem Addierer
605 ist es möglich, die Verschiebung abzuleiten (vorherzusa
gen), welche von dem momentanen Zeitpunkt t bis zu dem Ende
der Zeitspanne td aufgetreten sein wird, nämlich:
x(t + td) = [x(t)] + [V(t) × td] + [1/2 × a(t) × td²] (3)
Das diese vorausgesagte Verschiebung x(t + td) angebende
Signal wird dann in dem Komparator 607 mit einem vorbestimm
ten Schwellenpegel verglichen. Wenn der Schwellenpegel überschritten
wird, wird ein Signal erzeugt, welches die Airbag-Aufblasla
dung zündet.
Ein Beispiel für einen Vorgang dieser Art ist in Fig. 9 gra
fisch dargestellt. Fig. 9(A) zeigt ein Beispiel dafür, wie
sich die Beschleunigung mit der Zeit ändert, während Fig. 9(B)
die Weise vergleicht, in welcher sich das Ausgangssi
gnal des Addierers und die tatsächliche Verschiebung des In
sassenkopfes im Ablauf der Zeit ändert.
Wie insbesondere aus Fig. 9(B) klar wird, ist die Linie
x(t + td) des Ausgangssignals des Addierers so geartet, daß sie
rascher ansteigt als die Linie x(t), welche die tatsächliche
Bewegung des Insassenkopfes darstellt. Durch Einstellen des
Schwellenpegels auf X ist es also möglich, daß das Ausgangssignal
des Addierers diesen Pegel zu einem Zeitpunkt t1 übersteigt,
welcher td Sekunden vor dem Zeitpunkt liegt, in dem der
Insassenkopf tatsächlich diese Lage erreicht. Dementsprechend
wird durch Ausgeben des Airbag-Zündsignals zum Zeitpunkt t1
der Airbag voll entfaltet sein und wird gerade das maximale
Aufblasen erreicht haben in dem Zeitpunkt, in dem der Insas
senkopf und der obere Rumpf tatsächlich in Dämpfungskontakt
mit ihm kommen.
Fig. 8 zeigt ein Beispiel für die Hardware,
welche verwendet werden kann, um die oben beschriebenen Funk
tionen zu erzielen. Die Schaltungsanordnung ist selbsterklä
rend durch Vergleich mit dem Blockschaltbild in Fig. 7. Es
sollte jedoch beachtet werden, daß die zweite Koeffizienten
schaltung 604 weggelassen ist. Dieses Weglassen wird er
reicht, indem das Eingangssignal
der zweiten Koeffzientenschaltung mit 1 multipliziert wird.
Andererseits ist zu bemerken, daß eine
Polaritätsumkehrschaltung 609 zwischen dem ersten und dem
zweiten Integrator 601, 602 eingefügt worden ist, um die
Polaritäten der Signale zu vereinheitlichen, welche vom
Addierer erhalten werden.
Fig. 10 zeigt ein zweites Beispiel für die Schaltung, welche
dazu verwendet werden kann, die in Blockschaltbildform in Fig. 7
dargestellte Anordnung zu bilden. Es ist zu beachten,
daß diese Figur zwei Eingangsklemmen a und b zeigt. Die
Klemme a ist dafür vorgesehen, ein die abgetastete Beschleu
nigung anzeigendes Signal zu erhalten, während die Klemme b
vorgesehen ist zum Verbinden mit einer Bezugsspannungsklemme,
welche an dem Fühler vorgesehen ist. Diese doppelte Klemmen
anordnung läßt es zu, daß die Vorhersageschaltungsanordnung
mit der gleichen Bezugsspannung arbeitet, die in dem Be
schleunigungsfühler verwendet wird.
In der dargestellten Anordnung ist ein Tiefpaßfilter LPF
operativ zwischen die Fühlereingangsklemmen und den ersten
Integrator 701 zwischengeschaltet.
Claims (2)
- Steuersystem für einen in einem Kraftfahrzeug angebrachten Airbag mit
einem Beschleunigungsfühler (100), der ein eine Beschleunigung des Fahrzeuges angebendes Signal erzeugt;
eine Bestimmungsschaltung (SEC.01), die durch Verarbeiten des Beschleunigungssignals einen Verschiebungsweg vorherbestimmt und ein erstes Airbagentfaltungssignal (O) erzeugt, wenn dieser Verschiebungsweg eine vorbestimmte erste Schwelle überschreitet; wobei
die Bestimmungsschaltung (SEC.01) den Verschiebungsweg durch Verwendung folgender Gleichung bestimmt: x(t + td) = [x(t)] + [V(t) × td] + [1/2 × a(t) × td²]wobei bedeuten:
td: Zeit zum Entfalten des Airbags nach seiner Zündung,
x(t + td): vorherbestimmter Verschiebungsweg,
x(t): einen Verschiebungswert, der durch Integration einer Geschwindigkeit [V(t)] erhalten wird, die durch Integration einer von der Beschleunigungs- Erfassungseinrichtung erfaßten Beschleunigung [a(t)] erhalten wird,
V(t) × td: einen Verschiebungswert, der durch Wichtung der Geschwindigkeit [V(t)] mit einem Faktor (td) erhalten wird,
1/2 × a(t) × td²: einen Verschiebungswert, der durch Wichtung der Beschleunigung [a(t)] mit einem Faktor erhalten wird;
gekennzeichnet durch:
eine Beurteilungsschaltung (SEC.03) für den Gefährdungsgrad eines Fahrzeuginsassen, die durch Verarbeiten des Beschleunigungssignals die Notwendigkeit der Aktivierung des Airbags bestimmt und ein zweites Airbagentfaltungssignal (M) erzeugt, wenn- a) die in einem Integrator (140) durch Integrieren des Absolutwertes des Beschleunigungssignals bestimmte Gesamtwirkung der Beschleunigung eine vorbestimmte zweite Schwelle übersteigt oder
- b) ein auf eine hohe Beschleunigung ansprechender Komparator (122) das Auftreten dieser hohen Beschleunigung feststellt, und
- ein UND-Glied (148) zum Aktivieren des Airbags, wenn es die ersten und zweiten Airbagentfaltungssignale (O, M) gleichzeitig erhält.
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