DE4128230C2 - Steuersystem für einen in einem Kraftfahrzeug angebrachten Airbag - Google Patents

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.

Arbeitsweise

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.

Zweite Ausführungsform

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.

Dritte Ausführungsform

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.

Vierte Ausführungsform

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.

Fünfte Ausführungsform

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.

Arbeitsweise

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.

Sechste Ausführungsform

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)

1. 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
2. ein UND-Glied (148) zum Aktivieren des Airbags, wenn es die ersten und zweiten Airbagentfaltungssignale (O, M) gleichzeitig erhält.