DE4209140C2 - Aufprallerfassungseinrichtung für Gaskissensysteme - Google Patents
Aufprallerfassungseinrichtung für GaskissensystemeInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Aufprallerfas
sungseinrichtung für Gaskissensysteme und insbesondere
eine Aufprallerfassungseinrichtung gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1, die eine Prüffunktion für ein Kraftfahr
zeug-Gaskissensystem (Airbag-System) aufweist. Eine sol
che Aufprallerfassungseinrichtung ist aus der
US 4 950 914 bekannt.
Für Kraftfahrzeug-Gaskissensysteme, in denen der Aufprall
des Kraftfahrzeugs erfaßt und ein Gaskissen aufgeblasen
wird, sind Aufprallerfassungseinrichtungen bekannt, in
denen ein den piezoelektrischen Effekt ausnutzendes pie
zoelektrisches Element oder ein den Piezowi
derstandseffekt ausnutzender Halbleiter-Dehnungsmeßstreifen ver
wendet wird. Solche Einrichtungen sind beispielsweise in
US 4,638,179 oder in JP 2-95952 (A) beschrieben. In der
an erster Stelle erwähnten Einrichtung, die das piezo
elektrische Element verwendet, ist ein Masseteil (Ge
wichtsteil) aus einer piezoelektrischen Keramik einseitig
unterstützt angebracht, wobei die Spannungsbeanspruchung,
die in dem einseitig unterstützten Hebel durch die Ver
schiebung des Masseteils aufgrund der Beschleunigung her
vorgerufen wird, über den piezoelektrischen Effekt erfaßt
wird. In der an zweiter Stelle erwähnten Erfassungsein
richtung wird ein aus einem piezoelektrischen Wider
standselement gebildetes Masseteil durch den einseitig
unterstützten Hebel gehalten, wobei eine Spannungsbe
anspruchung, die auf die gleiche Weise wie oben beschrie
ben im einseitig unterstützten Hebel hervorgerufen wird,
ebenfalls über den piezoelektrischen Effekt erfaßt wird.
Bei dieser Art von Aufprallerfassungseinrichtung ist es
im Hinblick auf die Sicherheit notwendig, daß das Auf
prallerfassungssystem in periodischen Abständen und auto
matisch überprüft wird, um festzustellen, ob die
Aufprallerfassungseinrichtung einwandfrei arbeitet.
Bei der herkömmlichen Überprüfung der Aufprallerfassungs
einrichtung wird bei Verwendung des piezoelektrischen
Elementes als Aufprallsensor ein einseitig unterstützter
Hebel eines piezoelektrischen Elementes durch Anlegen ei
ner elektrischen Spannung von außerhalb des Systems und
durch Ausnutzung des piezoelektrischen Effektes betätigt,
wobei der Sensor durch die Bewegung des Gewichtsteils des
einseitig unterstützten Hebels geprüft wird. Für den An
trieb des das Gewicht aufweisenden piezoelektrischen Ele
mentes ist jedoch eine Stromquelle notwendig, die eine
hohe Antriebspannung anlegen kann. Ferner ist die Signal
quellenimpedanz des piezoelektrischen Elementes so hoch,
daß als Signalverstärker ein Ladungsverstärker mit hoher
Eingangsimpedanz notwendig ist, was zur Folge hat, daß
die Prüfeinrichtung große Abmessungen erhält.
Andererseits hat in dem Fall, indem der obenerwähnte
Halbleiter-Dehnungsmeßstreifen verwendet wird, die Verar
beitung der Erfassungssignale den Vorteil, daß sie nur
schwer von einem extern hervorgerufenen Rauschen beein
flußt wird und wegen der niedrigen Signalquellenimpedanz
leicht ausgeführt werden kann. Da jedoch kein Mittel vor
gesehen ist, um das piezoelektrische Element zu dessen
Überprüfung elektrisch anzutreiben, ist es notwendig, ein
Prüfmittel vorzusehen, das von der obenerwähnten Prüfein
richtung verschieden ist.
Die US 4 950 914 beschreibt eine gattungsgemäße Auf
prallerfassungseinrichtung, mit einer Detektoreinrich
tung, die die Ladungsverteilung auf einem Kondensator un
tersucht. Zur Funktionsprüfung der Einrichtung ist ein
zusätzlicher Kondensator notwendig. Dieser zusätzliche
Kondensator stellt eine potentielle zusätzliche Fehler
quelle dar.
Ein Sensor, der Signale in Pulsform abgibt, wobei die Pul
se einer Pulsbreitenmodulation unterzogen worden sind, ist aus
der EP 0 338 688 A1 bekannt.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ei
ne Aufprallerfassungseinrichtung für Gaskissensysteme zu
schaffen, in der die Aufprallerfassungssignale nur schwer
durch ein Rauschen wie etwa ein von außen hervorgerufenes
Rauschen beeinflußt werden können und in der die Prüfung
des Aufprallerfassungssystems leicht und mit einfachen
Mitteln ausgeführt werden kann.
Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
eine Aufprallerfassungseinrichtung für Gaskissensysteme
zu schaffen, in der der Erfassungsbereich von Stoßsigna
len erweitert und die Frequenzansprechcharakteristik in
einen vorgeschriebenen Bereich gelegt werden kann und die
in einem großen Bereich, der von Aufprallerfassungssyste
men bis zu Bewegungssteuersystemen für Kraftfahrzeuge
reicht, anwendbar ist.
Diese Aufgaben werden erfindungsgemäß gelöst durch eine
Aufprallerfassungseinrichtung für Gaskissensysteme, nach
Patentanspruch 1.
Unteransprüche sind auf Merkmale bevorzugter Ausführungs
formen gerichtet.
Die Erfassungseinrichtung umfaßt eine Servosteuerein
richtung, um eine negative Rückkopp
lungsschleife eines Detektorsignals zu bilden. Die Ser
vosteuereinrichtung dient der temporären Eingabe von
elektrischer Energie in die Detektoreinrichtung, damit
die elektrostatische Kraft in der Detektoreinrichtung
die durch die Beschleunigung hervorgerufene Bewegung der
beweglichen Elektrode im wesentlichen kompensiert. Erfin
dungsgemäß ist ferner eine Prüfeinrichtung vorgesehen, um
die Aufprallerfassungseinrichtung hinsichtlich deren
richtiger Funktion zu überprüfen, wobei die Prüfeinrich
tung mit der Servosteuereinrichtung elektrisch verbunden
ist, um in die negative Rückkopplungsschleife Prüfsignale
einzugeben, um zur Überprüfung der festen Elektroden und
der beweglichen Elektrode eine elektrostatische Kraft an
zulegen.
Da als Aufprallbeschleunigungs-Detektoreinrichtung
ein Halbleiterdetektor vom Kapazitätstyp verwendet wird,
wird die bewegliche Elektrode des Detektors entsprechend
der Beschleunigung verschoben, wobei die Verschiebung der
beweglichen Elektrode durch die Erfassung der Änderung
der Kapazität zwischen der beweglichen Elektrode und den
festen Elektroden erfaßt wird und so das Auftreten eines
Aufpralls und dessen Ausmaß durch die Diskriminatorein
richtung festgestellt wird. Wenn festgestellt wird, daß
eine entsprechende Aufprallenergie erzeugt worden ist,
wird das Gaskissen aufgeblasen.
Bei der Überprüfung wird temporär, beispielsweise in re
gelmäßigen Zeitintervallen während des Betriebs oder zum
Zeitpunkt des Einschaltens des Zündschalters eine vorge
gebene Prüfspannung erzeugt und an die Elektroden ange
legt, wodurch eine elektrostatische Kraft erzeugt wird.
Dies hat zur Folge, daß zwischen die Elektroden eine ei
nem Aufprall entsprechende Energie eingebracht wird, um
die bewegliche Elektrode zu verschieben. Wenn unter Verwen
dung der Regelschleife des Aufprallerfassungssystems
eine Verschiebung erfaßt wird, arbeitet das Aufpraller
fassungssystem normal. Wenn diese Verschiebung nicht er
faßt wird, wird festgestellt, daß das den Aufprallerfas
sungsdetektor enthaltende Aufprallerfassungssystem nicht
in Ordnung ist.
Der Halbleiterdetektor vom Kapazitätstyp besitzt eine
einseitig unterstützte, bewegliche Elektrode, die aus ei
nem Halbleiter wie etwa aus Silizium gebildet ist, wobei
das Masseteil der beweglichen Elektrode eine kleine Größe
und geringes Gewicht erhalten kann und wobei der wenig
stens eine Spalt zwischen der beweglichen Elektrode und
der wenigstens einen festen Elektrode sehr klein ausge
bildet werden kann (in der Größenordnung von Mikrome
tern), wenn ein Bearbeitungsverfahren zur Ausbildung von
Mikrostrukturen angewendet wird. Daher ist es ausrei
chend, wenn eine verhältnismäßig kleine elektrostatische
Kraft oder Spannung angelegt wird, um die Verschiebung
hervorzurufen. Unter der Annahme, daß eine Spannung V an
gelegt wird, der Spalt zwischen der beweglichen Elektrode
und der festen Elektrode durch d gegeben ist, die Fläche
der Elektrode durch S und die elektrostatische Kraft
durch F gegeben ist, gilt die folgende Gleichung (1):
F = (εSV²)/(2d²) (1).
Wenn für die Elektrodenfläche S und den Spalt d geeignete
Werte gewählt werden, kann die für die Überprüfung not
wendige elektrostatische Kraft F durch Anlegen einer
Treiberspannung V von üblichem Pegel erhalten werden. Ein
extern verursachtes Rauschen kann elektrisch abgeschirmt
werden, indem die Halbleiterelemente wie etwa der Halb
leiterdetektor vom Kapazitätstyp, die Signalverarbei
tungsschaltung und dergleichen in einen Metallbehälter
mit hermetisch abgeschirmten Anschlüssen eingesetzt wird.
Wenn gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung die
Aufprallbeschleunigungs-Detektoreinrichtung einer Ser
vorsteuerung unterworfen wird, wird die bewegliche Elek
trode entsprechend der Beschleunigung verschoben, ande
rerseits unterliegt das Detektorsignal bei Beginn der
Bewegung der beweglichen Elektrode durch die Regel
schleife des Servorsteuersystems einer negativen Rück
kopplung, so daß die elektrostatische Kraft zwischen der
beweglichen Elektrode und der festen Elektrode die beweg
liche Elektrode in die Anfangsposition zurückstellt. Da
her kann die Beschleunigung im wesentlichen ohne Ablen
kung der beweglichen Elektrode erfaßt werden. Bei Verwen
dung des oben erwähnten Servosteuersystems kann eine Ver
besserung der Empfindlichkeit und eine Begrenzung der Be
wegung der beweglichen Elektrode erzielt werden. Ferner
kann eine Beschleunigungserfassung in einem großen Be
reich (von ± 1 bis ungefähr 100 g) ausgeführt werden, der
von einer Schwingungsbeschleunigungserfassung für die Be
wegungssteuerung eines Kraftfahrzeugs etwa in einer akti
ven Radaufhängungssteuerung bis zu der erwähnten Auf
prallbeschleunigungerfassung reicht.
Im folgenden wird die Freguenzansprechcharakteristik er
läutert.
Wenn eine Beschleunigung zwischen ungefähr 0 und 10 Hz
erfaßt wird, wie dies etwa in einer aktiven Radaufhän
gungssteuerung der Fall ist, ist es notwendig, eine Reso
nanz zu vermeiden, um die Flachheit der Erfassungsemp
findlichkeit in diesem Frequenzbereich aufrechtzuerhal
ten, so daß die Hauptresonanzfrequenz f der beweglichen
Elektrode notwendigerweise mindestens größer als die
obenerwähnte Frequenz sein muß. Das Aufprallerfassungssy
stem erfaßt eine Beschleunigung von ungefähr 1 kHz. Um
wie oben erwähnt die Flachheit der Erfassungsempfindlich
keit beizubehalten, muß die Hauptresonanzfrequenz f der
beweglichen Elektrode notwendigerweise größer als die
obenerwähnte Frequenz, normalerweise 3 kHz, sein. Um da
her die Flachheit der Beschleunigungserfassungsempfind
lichkeit zwischen einer Anwendung als Bewegungssteuerung
des Kraftfahrzeugs bis zur Anwendung als Aufprallerfas
sungssystem aufrechtzuerhalten, muß die obenerwähnte
Hauptresonanzfrequenz f notwendigerweise größer als der
vorgeschriebene Wert, d. h. im obigen Beispiel 3 kHz,
sein. Die Hauptresonanzfrequenz f ist folgendermaßen ge
geben:
f = (1/(2π)) · (km/(ml²))1/2 (2),
wobei km die Federkonstante, m die Masse der beweglichen
Elektrode und l die Strecke zwischen dem Schwerpunkt der
beweglichen Elektrode und dem festen Ende der einseitig
unterstützten, beweglichen Elektrode ist. In Gleichung
(2) kann die Hauptresonanzfrequenz f auf einen gewünsch
ten Wert gesetzt werden, indem beispielsweise die Feder
konstante km größer und/oder die Masse m oder die Länge
kleiner gemacht werden. Insbesondere kann im Fall des
Halbleiterdetektors vom Kapazitätstyp die obenerwähnte
Bedingung für die Hauptresonanzfrequenz unter Anwendung
des Bearbeitungsverfahrens für Mikrostrukturen erhalten
werden.
Nachdem die Hauptresonanzfrequenz f mechanisch als erste
Verzögerung festgesetzt worden ist, können die zweite und
die dritte Verzögerung des Servosteuersystems elektrisch
festgelegt werden, ferner kann die gesamte Frequenzan
sprechcharakteristik einschließlich des Phasenabstandes
auf einen geeigneten Wert gesetzt werden. Wenn bei
der Überprüfung des Aufprallerfassungssystems ein Prüfsi
gnal von der Prüfschaltung getriggert wird, wird an den
Aufprallbeschleunigungsdetektor des Halbleiterdetektors
vom Kapazitätstyp eine der Aufprallenergie entsprechende
elektrostatische Kraft (Treiberspannung) angelegt, wo
durch die bewegliche Elektrode verschoben wird. Die Über
prüfung kann durch die Überwachung des Betriebs des Auf
prallerfassungssystems anhand des der Verschiebung der
beweglichen Elektrode entsprechenden Erfassungssignals
ausgeführt werden.
Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung
sind in den Unteransprüchen, die sich auf besondere Aus
führungsformen der vorliegenden Erfindung beziehen, ange
geben.
Die Erfindung wird im folgenden anhand bevorzugter Aus
führungsformen mit Bezug auf die Zeichnungen näher erläu
tert; es zeigen:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Ausführungsform der er
findungsgemäßen Aufprallerfassungseinrichtung für
Gaskissensysteme;
Fig. 2 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungs
form der erfindungsgemäßen Aufprallerfassungsein
richtung für Gaskissensyteme; und
Fig. 3 ein Blockschaltbild einer weiteren Ausführungs
form der vorliegenden Erfindung.
Nun wird mit Bezug auf Fig. 1 eine erste Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung beschrieben.
Das in Fig. 1 gezeigte Gaskissensystem umfaßt ein in ein
Kraftfahrzeug eingebautes Gaskissen (Airbag) 5, eine Auf
blaseinrichtung 4, die einen Sprengstoff und einen Zünder
enthält, um den Sprengstoff zu zünden und das Gaskissen
aufzublasen, einen Aufprallbeschleunigungsdetektor 1,
einen Schaltverstärker 2 vom Kondensatortyp zum Verstär
ken der Signale vom Detektor 1 und eine Aufpralldiskrimi
natorschaltung 3, die aus den Signalen vom Detektor 1 ein
Aufprallsignal diskriminiert, indem sie das Signal vom
Detektor 1 dahingehend beurteilt, ob sein Pegel höher als
der Pegel ist, der bei einem Aufprall auftritt. Der Auf
prallbeschleunigungsdetektor 1 ist ein Halbleiterdetektor
vom Kapazitätstyp, der eine aus einem einzigen Silizium-
Halbleiterstück gebildete, einseitig unterstützte, beweg
liche Elektrode 12, ein Paar von festen Elektroden, die
durch einen Abstandshalter 13B voneinander getrennt sind,
und ein Abstandshalterteil 13A der beweglichen Elektrode
12 umfaßt. Die einseitig unterstützte bewegliche Elek
trode 12 weist einen Masseteil 12, einen biegsamen Teil
13 und den Abstandshalterteil 13A auf, an dem die einsei
tig unterstützte, bewegliche Elektrode befestigt ist. Die
beiden festen Elektroden 14 und 15 sind jeweils aus einem
dünnen Metallfilm, der auf einer isolierenden Glasplatte
16 bzw. 17 aufgebracht ist, gebildet. Zwischen den Glas
platten 16 und 17 sind der Abstandshalter 13B und der
Abstandshalterteil 13A eingesetzt und befestigt. Die ein
seitig unterstützte, bewegliche Elektrode 12 wird durch
eine Bearbeitungstechnik oder ein Bearbeitungsverfahren
zum Ausbilden von Mikrostrukturen gebildet, so daß zwi
schen der festen Elektrode 14 und dem Masseteil 12 (der
der Einfachheit halber als bewegliche Elektrode bezeich
net wird) und zwischen der festen Elektrode 15 und der
beweglichen Elektrode 12 jeweils ein feiner Spalt von 2
bis 3 µm bleibt. Der Schaltverstärker 2 vom Kondensator
typ verstärkt die Differenz der Kapazitäten zwischen der
festen Elektrode 14 und der beweglichen Elektrode 12 bzw.
zwischen der festen Elektrode 15 und der beweglichen
Elektrode 12.
Das System umfaßt ferner eine negative Rückkopplungs
schaltung (Servosteuerschaltung) 6, die eine Servorsteue
rung ausführt, um die Ausgangsposition der beweglichen
Elektrode, die zu einer Ablenkung neigt, wenn sie eine
Beschleunigung erfährt, beizubehalten. Die negative Rück
kopplungsschaltung 6 besitzt eine Impulsbreitenmodulationsfunktion,
die zur Erzeugung von elektrischer Leistung
verwendet wird, die den Elektroden 12, 14 und 15 zuge
führt werden muß. Der Ausgang der negativen Rückkopp
lungsschaltung 6 wird durch eine Spannungserhöhungsein
heit 7 erhöht, um die Spannung in dem Ausmaß zu erhöhen,
in dem eine elektrostatische Kraft erzeugt wird, die der
aufgrund der Aufprallbeschleunigung an die bewegliche
Elektrode ausgeübten Kraft entspricht.
Das System umfaßt ferner einen Prüfabschnitt 9, der der
Ausgabe eines Prüfsignals und eines Steuersignals an
einen Addierer 21 und an die Aufblaseinrichtung 4 und der
Prüfung der einwandfreien Funktion des Systems dient. Das
Prüfsignal ist ein Triggersignal, das einem Signal elek
trisch äquivalent ist, das beispielsweise durch die Er
fassung eines im voraus experimentell erzeugten Aufpralls
erhalten wird und ein zu einem Aufprallimpuls äquivalen
tes Profil besitzt. Wenn das Prüfsignal an die Elektroden
angelegt wird, wird zwischen den Elektroden 12, 14 und 15
eine elektrostatische Kraft erzeugt. Das Prüfsignal wird
in Intervallen einer vorgeschriebenen Zeitdauer oder in
geeigneten Zeitpunkten wie etwa unmittelbar nach dem Ein
schalten des Zündschalters des Kraftfahrzeugs ausgegeben.
Wenn auf den Aufprallbeschleunigungsdetektor eine Be
schleunigung ausgeübt wird, wie in Fig. 1 durch einen Pfeil
gezeigt ist, wird die bewegliche Elektrode 12 in Fig. 1
beispielsweise nach unten bewegt. Dabei findet eine der
räumlichen Änderung entsprechende Kapazitätsänderung ΔC
= C₂ - C₁ statt, wobei C₂ die Kapazität zwischen der fe
sten Elektrode 15 und der beweglichen Elektrode 12 und C₁
Kapazität zwischen der Elektrode 14 und der Elektrode 12
ist.
Ein der Differenz ΔC der Kapazität entsprechendes Signal
wird durch den Verstärker 2 verstärkt und an die negative
Rückkopplungsschleife 6 geschickt, in der das Signal ei
ner Impulsbreitenmodulation unterzogen wird. Das impuls
breitenmodulierte Signal wird an die Spannungserhöhungs
einheit 7 geschickt, um die Spannung auf eine vorge
schriebene Treiberspannung zu erhöhen, und dann an die
Sensoranschlüsse 19 und 20 rückgekoppelt. Wenn die beweg
liche Elektrode 12 beispielsweise zur festen Elektrode 14
verschoben wird, wird zwischen der festen Elektrode 14
und der beweglichen Elektrode 12 die der Kapazität C₂ +
ΔC entsprechende elektrostatische Kraft und zwischen der
Elektrode 14 und der Elektrode 12 die der Kapazität C₁ -
ΔC entsprechende elektrostatische Kraft erzeugt. Im Er
gebnis wird die bewegliche Elektrode an der neutralen Po
sition (Anfangsposition) positioniert, ohne nach irgend
einer Seite abgelenkt zu werden, so daß die Kapazitäten
zwischen der beweglichen Elektrode 12 und festen Elek
trode 14 bzw. 15 die folgende Beziehung erfüllen: C₂ =
C₁, d. h. ΔC = 0. Das Aufprallbeschleunigungssignal steht
zu diesem Zeitpunkt zur impulsbreite in einer linearen
Beziehung. Die Erfassung kann in einem weiten Bereich
ausgeführt werden, wenn die obenerwähnte Servosteuerung
ausgeführt wird.
Die vom Aufprallbeschleunigungsdetektor 1 ausgegebenen
Erfassungsignale werden zur Aufpralldiskriminatorschal
tung 3 geschickt, in der die Signale durch einen Null
punkt-Abgleichkondensator 10 und durch einen Meßfaktor-
Abgleichkondensator 11 so abgeglichen werden, daß der
Null-Signalpegel und der Meßfaktor-Signalpegel einen vor
geschriebenen Pegel annehmen und die Erfassungssignale in
einen Signalpegel umgewandelt werden, der zur Aufprallbe
schleunigung proportional ist. Dann werden die Signale an
einen (nicht gezeigten) A/D-Umsetzer geschickt. Nach dem
Durchgang durch den A/D-Umsetzer werden die Signale mit
tels einer Integrationsschaltung, eines Komparators und
eines Multiplizierers, der sie mit einer internen Kon
stanten multipliziert, dahingehend beurteilt, ob der Auf
prall ein Ausmaß erreicht, bei dem die Aufblaseinrichtung
betätigt werden soll.
Wenn bei einem oder mehreren der Erfassungsignale festge
stellt wird, daß die Aufblaseinrichtung 4 betätigt werden
sollte, wird der Sprengstoff in der Aufblaseinrichtung 4
mittels eines Ausgangs von der Aufpralldiskriminator
schaltung gezündet, so daß das Gaskissen 5 aufgeblasen
wird.
Im folgenden wird die Prüfung des Aufprallerfassungssy
stems erläutert. Wenn während des Betriebs an das Gatter
21 periodisch Prüfsignale wie etwa Triggerimpulse ge
schickt werden, werden diese Signale nach einer Impuls
breitenmodulation durch die Rückkopplungsschaltung 6
durch die Spannungserhöhungseinheit 7 verstärkt, um eine
elektrostatische Kraft zu erzeugen, die der Aufprallener
gie oder dem Aufprallimpuls entspricht. Anschließend wer
den diese Signale an die festen Elektroden 14 und 15 an
gelegt. Dies hat zur Folge, daß bei normal arbeitendem
Aufprallbeschleunigungsdetektor 1 die bewegliche Elek
trode 12 verschoben wird und das Erfassungssignal einer
Kapazitätsdifferenz ΔC entspricht. Das Erfassungssignal
wird über das Gatter 21 an das die negative Rückkopp
lungsschaltung 6 und die Spannungserhöhungseinheit 7 ent
haltende Servosteuersystem und außerdem gleichzeitig an
die Diskriminatorschaltung 3 geschickt, wobei das Signal
zunächst in der Aufpralldiskriminatorschaltung 3 darauf
hin untersucht wird, ob es ein Aufprallsignal enthält,
und dann an die Aufblaseinrichtung 4 geschickt wird. Zu
dem Zeitpunkt, zu dem das Prüfsignal an den Detektor 1
geschickt wird, schickt der Prüfabschnitt 9 außerdem ein
Steuersignal an die Aufblaseinrichtung 4. Die Aufblasein
richtung 4 ist so aufgebaut, daß der Sprengstoff nicht
gezündet wird und das Aufprallsignal über die elektrische
Leitung 9b an den Prüfabschnitt 9 geschickt wird, wenn
sie sowohl von der Aufpralldiskriminatorschaltung 3 das
Aufprallsignal als auch über die Leitung 9a vom Prüfab
schnitt 9 das Steuersignal empfängt. Der Prüfabschnitt 9
prüft durch Überwachung des Aufprallsignals die normale,
d. h. einwandfreie Funktion des Aufprallerfassungssystems.
Um zu verhindern, daß die Aufblaseinrichtung 4 gezündet
wird, wenn ein Aufprallsignal geschickt wird, kann die
Aufblaseinrichtung 4 im Gegensatz zum obenerwähnten Auf
bau auch so aufgebaut sein, daß der Sprengstoff nur dann
gezündet wird, wenn die Aufblaseinrichtung 4 mehr als
zwei Aufprallsignale empfängt, oder daß der Sprengstoff
nur dann gezündet wird, wenn die Aufblaseinrichtung 4
sowohl das Aufprallsignal als auch ein Signal von einem
Aufprallschalter empfängt, der in der Umgebung der vorde
ren Stoßstange und der Karosserie des Fahrzeugs ange
bracht ist und Signale ausgibt, wenn das Kraftfahrzeug
Stöße erfährt.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform kann die Regel
schleife des Servorsteuersystems für den Aufprallbe
schleunigungsdetektor 1 ohne Abwandlung dazu verwendet
werden, im Detektor 1 eine elektrostatische Kraft zu er
zeugen, wenn das Aufprallerfassungssystem überprüft wer
den soll. Daher kann die Überprüfung durch eine einfache
Prüfeinrichtung erzielt werden. Ferner wird erfindungsge
mäß ein Halbleiterdetektor vom Kapazitätstyp in Verbin
dung mit dem Servosteuersystem als Aufprallbeschleuni
gungsdetektor 1 verwendet, so daß es möglich ist, die Be
schleunigung in einem weiten Bereich zu erfassen und
einen Ansprechbereich leicht festzulegen. Daher kann der
Detektor für ein Kraftfahrzeugbewegungs-Steuersystem,
beispielsweise ein aktives Radaufhängungssystem zur Er
fassung des Fahrbahnzustandes über die Schwingungen des
Kraftfahrzeugs und zur automatischen Anpassung der Rad
aufhängung entsprechend der erfaßten Werte oder ein
Brems-Antiblockiersystem und dergleichen, verwendet wer
den, wobei sich diese Bewegungssteuersysteme vom obener
wähnten Aufprallerfassungssystem unterscheiden.
In Fig. 2 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung
gezeigt. In dieser Ausführungsform ist die Spannungserhö
hungseinheit 7 weggelassen, im übrigen ist der Aufbau der
in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform gleich demjenigen der
in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform, mit der Ausnahme,
daß im Aufprallbeschleunigungsdetektor 1 die einseitig
unterstützte, bewegliche Elektrode 12 und die festen
Elektroden 14 und 15 so angeordnet sind, daß zwischen der
beweglichen Elektrode 12 und den festen Elektroden 14
bzw. 15 jeweils ein minimaler Spalt ausgebildet ist.
Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung
wird nun mit Bezug auf Fig. 3 beschrieben. In dieser Aus
führungsform umfaßt das gesamte Prüfsystem des Gaskissen
systems zusätzlich zum Prüfabschnitt 9 des in den Fig. 1
und 2 beschriebenen Aufprallerfassungssystems weitere
Prüfeinrichtungen etwa zur Prüfung eines Aufprallschal
ters 22, der Aufblaseinrichtung 4 usw.
In Fig. 3 umfaßt ein Aufprallsensor 23 den Halbleiter-
Aufprallbeschleunigungsdetektor 1 vom Kapazitätstyp, den
Verstärker 2, die negative Rückkopplungsschaltung 6, die
Spannungserhöhungseinheit 7 und die Aufpralldiskrimina
torschaltung 3. Die Aufblaseinrichtung 4 und das Gaskis
sen 5 werden durch die Signale vom Aufprallschalter 22
und vom Aufprallsensor 23 betätigt, um deren Zuverlässig
keit zu erhöhen. D.h., daß die Tatsache, ob ein Aufprall
stattgefunden hat, mittels des Aufprallschalters 22 fest
gestellt wird, der einen solchen Aufprall sicher erfassen
kann. Der Aufprallsensor 23 stellt lediglich fest, ob der
Aufprall ein Ausmaß erreicht, bei dem das Gaskissen 5
notwendig betätigt werden soll, indem er prüft, ob der
Pegel des Erfassungssignals oberhalb eines vorgeschriebe
nen Pegels liegt.
Der Aufprallsensor wird durch eine Leistungsquelle betä
tigt, die durch einen Konstantspannungsregler 24 stabili
siert wird. Wenn der Zündschalter 25 des Motors einge
schaltet wird, wird ein Ladekondensator 27 aufgeladen, so
daß selbst bei Störungen der Batterie 27 und einer Unter
brechung der Leistung die Aufblaseinrichtung vom Konden
sator 27 mit der notwendigen Zündenergie versorgt werden
kann. Nach Einschalten des Zündschalters 25 wird von ei
nem Mikrocomputer 31 ein Prüfbefehl für die Aufblasein
richtung 4, den Aufprallschalter 22 und den Aufprallsen
sor 23 ausgegeben, so daß eine Aufprallschalter-Prüf
schaltung 28, eine Aufprallsensor-Prüfschaltung 30 und
eine Aufblaseinrichtung-Prüfschaltung 29 den Aufprall
schalter, den Aufprallsensor bzw. die Aufblaseinrichtung
überprüfen.
Die Aufprallsensor-Prüfschaltung 30 wird auf die gleiche
Weise wie in den obigen Ausführungsformen der Fig. 1 und
2 durch den Prüfabschnitt 9 überprüft.
Von der Prüfschaltung 28 wird an den Aufprallschalter 22
ein Signal geschickt, damit der Schalter geschlossen
wird. An die Aufblaseinrichtung 4 wird zur Überprüfung
ein schwacher Strom, etwa ein Strom, der nicht ausreicht,
um den Sprengstoff der Aufblaseinrichtung 4 zu zünden,
geschickt. Dabei wird der Stromfluß überwacht, wobei bei
Auftreten eines abnormalen Zustandes jede der Prüfschal
tungen diesen feststellt und ein einen Defekt oder ein
Problem anzeigendes Signal ausgibt.
Der Mikrocomputer 31 nimmt ein Defektsignal auf, zeichnet
den Defekt und den Erfassungszeitpunkt in einem internen,
nichtflüchtigen RAM auf und schaltet eine Defektan
zeigelampe 32 ein, die den Fahrer warnt und auf die Not
wendigkeit einer Reparatur hinweist. Die Aufzeichnungen
des Defektspeichers 33 dienen der Diagnose des Defekts,
wobei die Aufzeichnung auch als Nachweis dienen kann,
wenn ein tatsächlicher Unfall stattgefunden hat.
Der Zündungsspeicher 34 zeichnet eine fehlerhafte Explo
sion auf und unterbricht anschließend den Eingang zur
Aufblaseinrichtung 4, wenn der Aufblasrichtung 4 unabhän
gig vom Empfang eines Aufprallsignals vom Aufprallsensor
23 ein Aufprallsignal zugeführt wird.
Ferner kann durch die Ausrüstung einer jeden der obigen
Ausführungsformen mit einem Filter zum Ausblenden der
Niederfrequenzkomponenten und der Hochfrequenzkomponenten
des Ausgangsignals vom Aufprallbeschleunigungsdetektor 1
das Erfassungssystem ausreichend gegen ein Rauschen abge
schirmt werden, so daß die Zuverlässigkeit des Erfas
sungssystem weiter erhöht werden kann.
Claims (8)
1. Aufprallerfassungseinrichtung für Gaskissensysteme,
mit
einer Detektoreinrichtung (1) zur Erfassung einer auf ein Kraftfahrzeug einwirkenden Beschleunigung und zur Ausgabe von dieser Beschleunigung entsprechenden elektrischen Signalen,
einer Diskriminatoreinrichtung (3) zum Ableiten eines Aufprallsignals aus den Signalen der Detektoreinrich tung (1), wobei das Aufprallsignal aufgrund der durch einen Aufprall des Kraftfahrzeugs verursachten Be schleunigung ausgegeben wird und in eine Aufblasein richtung (4) eingegeben wird, um ein Gaskissen (5) aufzublasen, und
einer Prüfeinrichtung (9) zum Testen des richtigen Funktionierens der Aufprallerfassungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß
die Detektoreinrichtung ein Halbleiterdetektor (1) vom Kapazitätstyp ist, der wenigstens eine feste Elektrode (14; 15) und eine an einem Ende (13A) ein seitig unterstützte, bewegliche Elektrode (12), die gegenüber der wenigstens einen festen Elektrode (14; 15) angeordnet ist, umfaßt; und
eine Servosteuereinrichtung (6; 6B) vorgesehen ist, die elektrisch mit der wenigstens einen festen Elek trode (14; 15) und der beweglichen Elektrode (12) der Detektoreinrichtung (1) verbunden ist, um die Positi on letzterer auf der Grundlage des Signals von der Detektoreinrichtung (1) zu regeln, indem elektrische Spannung an die Detektoreinrichtung (1) angelegt wird, so daß eine elektrostatische Kraft zwischen der festen Elektrode (14; 15) und der beweglichen Elek trode (12) entsteht, welche letztere in ihrer Ruhela ge hält, wobei die Servosteuereinrichtung (6; 6B) ei ne Pulsbreitenmodulationsfunktion aufweist und die elektrische Spannung in Pulsform, moduliert in der Impulsbreite, angelegt wird,
wobei die Prüfeinrichtung (9) vorgesehen ist, um ein elektrisches Signal über die Servosteuereinrichtung (6; 6B) an die wenigstens eine feste und die bewegli che Elektrode anzulegen, wodurch sie zur Prüfung zwi schen die wenigstens eine feste Elektrode (14; 15) und die bewegliche Elektrode (12) eine elektrostati sche Kraft anlegt.
einer Detektoreinrichtung (1) zur Erfassung einer auf ein Kraftfahrzeug einwirkenden Beschleunigung und zur Ausgabe von dieser Beschleunigung entsprechenden elektrischen Signalen,
einer Diskriminatoreinrichtung (3) zum Ableiten eines Aufprallsignals aus den Signalen der Detektoreinrich tung (1), wobei das Aufprallsignal aufgrund der durch einen Aufprall des Kraftfahrzeugs verursachten Be schleunigung ausgegeben wird und in eine Aufblasein richtung (4) eingegeben wird, um ein Gaskissen (5) aufzublasen, und
einer Prüfeinrichtung (9) zum Testen des richtigen Funktionierens der Aufprallerfassungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß
die Detektoreinrichtung ein Halbleiterdetektor (1) vom Kapazitätstyp ist, der wenigstens eine feste Elektrode (14; 15) und eine an einem Ende (13A) ein seitig unterstützte, bewegliche Elektrode (12), die gegenüber der wenigstens einen festen Elektrode (14; 15) angeordnet ist, umfaßt; und
eine Servosteuereinrichtung (6; 6B) vorgesehen ist, die elektrisch mit der wenigstens einen festen Elek trode (14; 15) und der beweglichen Elektrode (12) der Detektoreinrichtung (1) verbunden ist, um die Positi on letzterer auf der Grundlage des Signals von der Detektoreinrichtung (1) zu regeln, indem elektrische Spannung an die Detektoreinrichtung (1) angelegt wird, so daß eine elektrostatische Kraft zwischen der festen Elektrode (14; 15) und der beweglichen Elek trode (12) entsteht, welche letztere in ihrer Ruhela ge hält, wobei die Servosteuereinrichtung (6; 6B) ei ne Pulsbreitenmodulationsfunktion aufweist und die elektrische Spannung in Pulsform, moduliert in der Impulsbreite, angelegt wird,
wobei die Prüfeinrichtung (9) vorgesehen ist, um ein elektrisches Signal über die Servosteuereinrichtung (6; 6B) an die wenigstens eine feste und die bewegli che Elektrode anzulegen, wodurch sie zur Prüfung zwi schen die wenigstens eine feste Elektrode (14; 15) und die bewegliche Elektrode (12) eine elektrostati sche Kraft anlegt.
2. Aufprallerfassungseinrichtung für Gaskissensysteme
gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die von
der Prüfeinrichtung (9) verursachte elektrostatische
Kraft eine Verschiebung der beweglichen Elektrode
(12) bewirkt, die einer Verschiebung entspricht, wie
sie durch eine Aufprallbeschleunigung des Kraftfahr
zeugs erzeugt würde.
3. Aufprallerfassungseinrichtung für Gaskissensysteme
gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die be
wegliche Elektrode (12) zwischen einem Paar von fe
sten Elektroden (14; 15) angeordnet ist und daß die
Prüfeinrichtung (9) ein Prüfsignal ausgibt, das der
Erzeugung einer Differenz (ΔC) der jeweiligen Kapazi
täten zwischen der beweglichen Elektrode (12) und den
jeweiligen festen Elektroden (14; 15) dient, wobei
diese Differenz (ΔC) einer Differenz entspricht, wie
sie durch eine Aufprallbeschleunigung des Kraftfahr
zeugs erzeugt würde.
4. Aufprallerfassungseinrichtung für Gaskissensysteme
gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die
Prüfeinrichtung (9) mit der Aufblaseinrichtung (4)
elektrisch verbunden ist;
die Aufblaseinrichtung (4) so aufgebaut ist, daß sie bei Empfang der Signale sowohl von der Diskrimina toreinrichtung (3) als auch von der Prüfeinrichtung (9) das Signal (9b) von der Diskriminatoreinrichtung (3) an die Prüfeinrichtung (9) schickt, ohne das Gas kissen (5) aufzublasen; und
die Prüfeinrichtung (9) die Aufprallerfassungsein richtung anhand des von ihr abgegebenen Prüfsignals und des von der Aufblaseinrichtung (4) ausgegebenen Signals (9b) prüft.
die Aufblaseinrichtung (4) so aufgebaut ist, daß sie bei Empfang der Signale sowohl von der Diskrimina toreinrichtung (3) als auch von der Prüfeinrichtung (9) das Signal (9b) von der Diskriminatoreinrichtung (3) an die Prüfeinrichtung (9) schickt, ohne das Gas kissen (5) aufzublasen; und
die Prüfeinrichtung (9) die Aufprallerfassungsein richtung anhand des von ihr abgegebenen Prüfsignals und des von der Aufblaseinrichtung (4) ausgegebenen Signals (9b) prüft.
5. Aufprallerfassungseinrichtung für Gaskissensysteme
gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das
Prüfsignal eine impulsförmige Spannung ist, derart,
daß in der Detektoreinrichtung (1) eine elektrostati
sche Kraft hervorgerufen wird, deren zeitliches Pro
fil äquivalent zum Profil eines im voraus experimen
tell bestimmten Aufprallimpulses ist.
6. Aufprallerfassungseinrichtung für Gaskissensysteme
gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in
die Detektoreinrichtung (1) eingegebene Spannung
durch eine Spannungserhöhungseinheit (7) erhöht wird.
7. Aufprallerfassungseinrichtung für Gaskissensysteme
gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit
einem nichtflüchtigen Speicher versehen ist, der die
Prüfergebnisse und den Zeitpunkt der Prüfung auf
zeichnet.
8. Aufprallerfassungseinrichtung für Gaskissensysteme
gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine
Filtereinrichtung vorgesehen ist, um die niederfre
quenten und hochfrequenten Komponenten eines vom Ka
pazitätshalbleiterdetektor (1) ausgegebenen Signals
auszublenden.
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