DE4409019B4

DE4409019B4 - Zündschaltung für einen Zünder in einem Airbag eines Fahrzeuges

Info

Publication number: DE4409019B4
Application number: DE4409019A
Authority: DE
Inventors: Kenichi Kinoshita
Original assignee: Denso Ten Ltd; Toyota Motor Corp
Current assignee: Denso Ten Ltd; Toyota Motor Corp
Priority date: 1993-03-16
Filing date: 1994-03-16
Publication date: 2005-02-17
Anticipated expiration: 2014-03-17
Also published as: DE4409019A1; GB9404742D0; GB2276748A; GB2276748B; JPH06293246A; US5554890A; JP3095569B2

Abstract

Zündschaltung für einen Zünder (16) in einem Airbag in einem Fahrzeug, umfassend:
a) eine Energieversorgung (11, 30);
b) einen ersten Kondensator (12, 12N, 12P), der durch die Energieversorgung (11) geladen wird;
c) einen zweiten Kondensator (13, 13N, 13P), der in einem Parallelzweig zu dem ersten Kondensator (12, 12N, 12P) liegt und ebenfallls durch die Energieversorgung (11, 30) geladen wird;
d) eine Zündeinrichtung (10, 19, 18, 14, 15), die bei Erfassen einer Kollision des Fahrzeugs eine Reihenschaltung des ersten und zweiten Kondensators (12, 13) zum Zünden des Zünders (16) vorsieht und die Gesamtenergie beider Kondensatoren (12, 13) an den Zünder (16) liefert; und
e) eine Bypass-Schaltung (18, 32) zum Zuführen an den Zünder (16) der gesamten gespeicherten Energie des ersten Kondensators (12), wenn der zweite Kondensator (13) ausfällt und zum Zuführen der gesamten gespeicherten Energie des zweiten Kondensators (13), wenn der erste Kondensator (12) ausfällt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zündschaltung für einen Zünder in einem Airbag in einem Fahrzeug und insbesondere eine Zündschaltung für einen Zünder, welche die dem Zünder zugeführte Energie verstärken kann.
In jüngerer Zeit enthalten Fahrzeuge im allgemeinen Airbagsysteme zum Schützen von Fahrer und Beifahrer. In dem Airbagsystem wird ein Zünder gezündet durch einen Strom, der zugeführt wird von einer Batterie, wenn eine Kollision durch den Sensor erfaßt wird, der hinter dem Scheinwerfer des Fahrzeuges angebracht ist. Gasförmiger Stickstoff wird durch den Zünder erzeugt, und ein Airbag, welcher in dem Lenkrad des Fahrzeuges installiert ist, wird schnell aufgeblasen.
Da der Airbag ohne Ausfall funktionieren muß, wenn eine Kollision erfaßt wird, ist es empfehlenswert, daß ein Airbagsystem einen Aushilfskondensator zum Speichern von genügend Energie, um den Zünder zu zünden, falls die Batteriespannung ausfallen sollte, enthält.
Es ist jedoch erforderlich, daß ein Strom oberhalb eines Schwellpegels kontinuierlich über eine vorbestimmte Schwellperiode zugeführt wird. Deshalb muß die in dem Aushilfskondensator (im weiteren als der Kondensator bezeichnet) gespeicherte Energie einen Schwellbetrag übertreffen. Es ist deshalb erforderlich, daß die Kapazität des Kondensators größer ist oder die an den Kondensator angelegte Spannung höher ist.
Jedoch ist mehr Platz erforderlich zum Anbringen eines großen Kondensators an dem Fahrzeug, oder ein DC-DC Konverter zum Erhöhen der Batteriespannung (im weiteren als der Konverter bezeichnet) ist erforderlich.
Das inzufügen eines Konverters zum Airbagsystem jedoch macht das System teuer, da der Konverter teuer ist, und das durch den Konverter erzeugte Rauschen beeinflußt andere elektronische Schaltungen. Die nachveröffentlichte, auf einer Prioritäts-älteren PCT-Anmeldung mit DE-Benennung beruhende WO 93/17 893 offenbart eine Airbag-Zündschaltung, bei der zwei Kondensatoren von der Fahrzeugbatterie parallel zueinander aufgeladen und im Fall eines Aufpralls in Serie zueinander geschaltet und über den Zünder entladen werden. Wenn jedoch einer der Kondensatoren in Kurzschluss oder als offen ausfällt, ist die Verschaltung derart, dass jeweils Aufladewiderstände oder zumindest ein Aufladewiderstand parallel zu einem der Kondensatoren geschaltet sind/ist. Diese Verschaltung der Aufladewiderstände bewirkt demzufolge eine extrem nachteilige Zeitverzögerung in Form eines RC-Gliedes. Zudem ist beim Ausfall eines Kondensators auch noch ein weiterer Widerstand in Reihe zu einem Kondensator geschaltet, da für einen Schalter kein Masseschluss mehr hergestellt werden kann. Somit wird hier nicht die vollständige Energie der aufgeladenen Kondensatoren bei einem Ausfall dieser Kondensatoren an den Zünder zugeführt.
Die EP 04 21 574 A2 und die EP 03 39 967 A1 betreffen Zündschaltungen mit mehreren Kondensatoren als redundante Energiespeicher, die jedoch stets parallel geschaltet sind.
Die JP 4-241 145 (A) in: Patent Abstracts of Japan, Sect. M, Vol. 16 (1992), No. 187(M-1244) offenbart einen DC-DC-Wandler bei der Verwendung in einem Kollisionserfassungssystem. Jedoch wird hier nur ein Ladekondensator verwendet.

Die Aufgabe der Erfindung ist es eine Zündschaltung für einen Zünder in einem Airbag in einem Fahrzeug vorzusehen, die trotz geringem Platzbedarf und billiger Herstellung eine ausreichende Energie zum Zünden des Zünders sicher bereitstellen kann.

Diese Aufgabe wird durch eine Zündschaltung gemäß Patentanspruch 1 gelöst.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen und Verbesserungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.

Nachstehend wird die Erfindung anhand ihrer vorteilhaften Ausführungsformen näher erläutert.

Die Figuren zeigen im einzelnen:
1 ein Schaltungsdiagramm einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
2a bis 2c Äquivalentschaltungsdiagramme zum Erklären des Betriebsmodus der zweiten Ausführungsform der Erfindung;
3 ein Schaltungsdiagramm der zweiten Ausführungsform der Erfindung; und
4 das Zeitablaufdiagramm der zweiten Ausführungsform der Erfindung.
1 ist ein Entscheidungsdiagramm der ersten Ausführungsform einer Zündschaltung eines Zünders in einem Airbag für ein Fahrzeug gemäß der ersten Erfindung, und eine Batterie 11 wird geladen durch einen Wechselsstromgenerator (nicht gezeigt), der durch einen Motor (nicht gezeigt) angetrieben wird. Es sei bemerkt, daß eine negative Elektrode 11N auf Masse gelegt ist an die Karroserie des Fahrzeugs.
Eine positve Elektrode 12P des ersten Kondensators 12 ist verbunden mit einer positiven Elektrode 11P der Batterie 11, und eine negative Elektrode 12N ist auf Masse gelelgt.
Eine positive Elektrode 13P des zweiten Kondensators 13 ist verbunden mit einer positiven Elektrode 11P der Batterie 11 über einen Positivseiten-Strombegrenzungswiderstand 14, und eine negative Elektrode 13N ist auf Masse gelegt über einen Negativseiten-Strombegrenzungswiderstand 15.
Ein Anschluß 16P des Zünders 16 ist verbunden mit der positiven Elektrode 11P der Batterie 11 über einen Sensor 17, und ein weiterer Anschluß 16N ist verbunden mit der negativen Elektrode 13N des zweiten Kondensators 13. Es sei bemerkt, daß der Sensor ein mechanischer Schalter ist, welcher durch eine Kollision geschlossen wird und verhindert daß sich der Airbag ausdehnt, falls die Steuerschaltung 10 eine Fehlfunktion hat.
Zwischen dem Anschluß 16N des Zünders 16 und der positiven Elektrode 13P des zweiten Kondensators 13 ist eine Diode 18 angeordnet, und ihre Anode ist verbunden mit dem Anschluß 16N des Zünders 16, und ihre Kathode ist verbunden mit der positiven Elektrode 13P des zweiten Kondensators 13.
Ein NPN Typ Transistor 19 dient als ein Schalter zum Erden der positiven Elektrode 13P des zweiten Kondensators 13. Der Kollektor 19C des Transistors ist verbunden mit der positiven Elektrode 13P des zweiten Kondensators, der Emitter 13E ist auf Masse gelegt, und die Basis 19B ist verbunden mit der Steuerschaltung 10.
Die Steuerschaltung 10 ist beispielsweise als ein Mikrocomputersystem aufgebaut und führt eine Vorspannung zu, um den NPN-Typ Transistor 19 aktiv zu machen.
2a bis 2c sind Äquivalentschaltungsdiagramme zum Erklären des Betriebsmodus der ersten Ausfüchrungsform 2a zeigt den Fall, wenn sowohl der erste Kondensator 12 als auch der zweite Kondensator 13 normal sind, 2b zeigt den Teil, wenn der zweite Kondensator 13 als offen ausfällt, und 2c zeigt den Fall, wenn der erste Kondensator 12 als offen ausfällt. Es sei bemerkt, daß gepunktete Linien einen ausgefallenen Kondensator zeigen.
Im Fall, daß sowohl der erste Kondensator 12 als auch der zweite Kondensator 13 normal sind, 2a, sind der erste Kondensator 12 und der zweite Kondensator 13 in Reihe verbunden, wenn sowohl der Sensor 17 geschlossen ist als auch der NPN-Typ Transistor 19 aktiviert ist, und etwa das Doppelte der Spannung der Batterie wird an den Zünder 16 zugeführt.
Im Fall daß der zweite Kondensator 13 als offen ausfällt, wird eine Bypass-Schaltung gebildet durch die Diode 18, und die in dem ersten Kondensator 12 gespeicherte Energie wird an den Zünder 16 zugeführt.
In dem Fall, daß der erste Kondensator 12 als offen ausfällt, wird die in dem zweiten Kondensator 13 gespeicherte Energie an den Zünder 16 zugeführt.
Es sei bemerkt, daß es klar ist daß die Spannung zugeführt werden kann an den Zünder 16, wenn der erste Kondensator 12 oder der zweite Kondensator 13 mit Kurzschluß ausfällt.
Bei der ersten Ausführungsform ist es deshalb ein Vorteil, ausreichend Energie an den Zünder zuzuführen, ohne daß der Konverter, welcher Rauschen erzeugt, vorgesehen ist, und zwar wenn irgendeiner der zwei Kondensatoren ausfällt.
3 ist ein Schaltungsdiagramm einer zweiten Ausführungsform einer Zündschaltung für den Zünder in dem er in einem Fahrzeug, und die gleichen Bestandteile wie bei der ersten Ausführungsform gezeigt in 1, haben dieselben Bezugszeichen, und nur unterschiedliche Punkte werden erklärt werden.
D.h. die Batterie 11 ist verbunden mit dem Konverter 30 zum Erhöhen der Spannung und Zuführen von Energie an die Zündschaltung.
Eine Elektrode 16N des Zünders 16 ist verbunden mit dem Kollektor 16C des zweiten NPN-Typ Transistors 31 über eine Negativspannung-Schutzdiode 32.
D.h. die Anode der Diode 32 ist verbunden mit einem Anschluß 16N des Zünders 16, und ihre Kathode ist verbunden mit dem Kollektor 31C des zweiten NPN-Typ Transistors 31. Der Emitter des zweiten NPN-Typ Transistor 31 ist auf Masse gelegt, und seine Basis 31B ist mit der Steuerschaltung 10 verbunden.
Die Steuerschaltung 10 aktiviert den zweiten NPN-Typ Transitor 31 unmittelbar, nachdem sie eine Kollision erfaßt, und der NPN-Typ Transistor 19 wird aktiv, nachdem eine vorbestimmte Zeitspanne verstrichen ist.
4 ist das Zeitablaufdiagramm nach der zweiten Ausfüchrungsform, bei dem die Abszisse die Zeit und die Ordinate den Strom durch den Zünder 16 zeigt.
Es sei bemerkt, daß es erforderlich ist, daß ein Strom von mehr als i_S während der Zeitspanne t_S fließt, um eine Zündung zu sichern.
Bei der zweiten Ausfüchrungsform, wird die Spanung erhöht durch den Konverter zum Zuführen von genügend Energie an den ersten Kondensator 12 und den zweiten Kondensator 13, wenn die Kapazität des ersten Kondensators 12 und des zweiten Kondensators 13 relativ klein sind.
In den ersten Kondensator 12 gespeicherte Energie wird an den Zünder 16 zugeführt wenn der Schalter 17 geschlossen ist und der zweite NPN-Typ Transistor 31 aktiviert ist, und zwar unmittelbar nachdem eine Kollision erfaßt ist.
Da der Betrag gespeicherter Energie in den ersten Kondensator 12 nicht ausreicht zum Zuführen von genug Strom über eine hinreichende Zeitspanne zum Zünden des Zünders 16, aktiviert die Steuerschaltung 10 den NPN-Typ Transistor 19 zum Zuführen der in dem zweiten Kondensator 13 gespeicherten Energie, nachdem die vorbestimmte Zeitspanne t₂ gestrichen ist, nachdem eine Kollision erfaßt ist.
Deshalb wird die in dem zweiten Kondensator 13 gespeicherte Energie hinzugefügt zu in dem ersten Kondensator 12 gespeicherten Energie, und der Zünder 16 sicher gezündet.
Es ist nach der vorliegenden Ausfüchrungsform deshalb von Vorteil, hinreichend Energie zuzuführen an den Zünder durch eine entsprechende Zeitsteuerung der Entladung der zwei Kondensatoren.
Bei einer dritten Ausfüchrungsform wird je mehr die Batterie abfällt desto mehr die Periode zwischen der Zeitsteuerung der Entladung des ersten Kondensators und der Zeitsteuerung der Entladung des zweiten Kondensators abgesenkt.
Dementsprechend ist es deshalb nach der dritten Ausfüchrungsform möglich, die Zündung des Zünders noch sicherer zu machen durch Steuern der Zeitsteuerung der Entladung des zweiten Kondensators.

Claims

Zündschaltung für einen Zünder (16) in einem Airbag in einem Fahrzeug, umfassend: a) eine Energieversorgung (11, 30); b) einen ersten Kondensator (12, 12N, 12P), der durch die Energieversorgung (11) geladen wird; c) einen zweiten Kondensator (13, 13N, 13P), der in einem Parallelzweig zu dem ersten Kondensator (12, 12N, 12P) liegt und ebenfallls durch die Energieversorgung (11, 30) geladen wird; d) eine Zündeinrichtung (10, 19, 18, 14, 15), die bei Erfassen einer Kollision des Fahrzeugs eine Reihenschaltung des ersten und zweiten Kondensators (12, 13) zum Zünden des Zünders (16) vorsieht und die Gesamtenergie beider Kondensatoren (12, 13) an den Zünder (16) liefert; und e) eine Bypass-Schaltung (18, 32) zum Zuführen an den Zünder (16) der gesamten gespeicherten Energie des ersten Kondensators (12), wenn der zweite Kondensator (13) ausfällt und zum Zuführen der gesamten gespeicherten Energie des zweiten Kondensators (13), wenn der erste Kondensator (12) ausfällt.
Zündschaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Energieversorgung (11, 30) eine Batterie (11) umfasst.
Zündschaltung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Energieversorgung (11, 30) einen DC-DC-Konverter (30) zum Erhöhen der Spannung der Batterie (11) umfasst.
Zündschaltung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zündeinrichtung (10, 19, 18, 14, 15) bei Erfassen einer Kollision des Fahrzeugs zuerst nur die Energie des ersten Kondensators (12) an den Zünder (16) führt und erst nach Ablauf einer vorgebenen Zeitperiode (ts) die Reihenschaltung der beiden Kondensatoren (12, 13) vorsieht und die Gesamtenergie beider Kondensatoren (12, 13) zum Zünden an den Zünder (16) führt.