ES2301058T3 - Aparato de control que comprende un sensor de aceleracion. - Google Patents
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Abstract
Aparato de control para la activación de medios de protección personal con un sensor (10) de aceleración para la generación de una señal que indica la aceleración con una parte (26) lógica para la transmisión de la señal a un microcontrolador (12) en el aparato de control, estando configurado el microcontrolador de tal manera que mediante la señal calcula un algoritmo de disparo, estando configurada la parte (26) lógica para la comprobación de la señal de tal manera que la parte (26) lógica está unida directamente con etapas (14) finales que están dispuestas en el aparato de control, liberándose las etapas (14) finales en función de la comprobación, caracterizado porque la parte (26) lógica está integrada en el sensor (10) de aceleración.
Description
Aparato de control que comprende un sensor de
aceleración.
La invención se refiere a un aparato de control
para la activación de medios de protección personal según el
concepto genérico de la reivindicación de patente independiente.
Por el documento WO 02/42123 A1 se conoce un
aparato de control que se emplea para la activación de medios de
retención. Se comprueban valores de detección de sensores internos y
externos mediante un interruptor de seguridad en cuanto a su
validez, para entonces liberar las etapas finales en función de esta
comprobación de validez a lo largo de intervalos de tiempo.
Por el documento DE 100 57 917 A1 se conoce
prever un interruptor de seguridad que reacciona ante valores de
detección desde todas las direcciones, en el que se realiza una
comprobación de un caso de disparo de los valores de detección.
Por el documento DE 42 44 901 C2 se conoce un
dispositivo de detección de impactos para sistemas de airbags. A
este respecto se enseña que un sensor de aceleración obtiene a
través de un circuito de control muy alto una señal de comprobación
que genera una fuerza electroestática que puede desviar un electrodo
móvil en la medida en que el electrodo móvil se desviaría debido a
una aceleración causada por un impacto del automóvil. Además está
prevista una sección de comprobación que sirve para emitir una señal
de comprobación y una señal de control hacia el dispositivo de
inflado y para la comprobación del funcionamiento correcto del
sistema.
El aparato de control según la invención para la
activación de medios de protección personal con las características
de la reivindicación de patente independiente tiene, por el
contrario, la ventaja de que la comprobación de validez de los
valores de detección está integrada en un sensor de aceleración en
el aparato de control. Esta aplicación es ventajosa por tanto
especialmente si no se utiliza ningún sensor externo. Por tanto, la
invención es adecuada para sistemas de retención sencillos con
pocos circuitos de encendido, que se activan especialmente mediante
un sensor de aceleración dispuesto centralmente. El sensor de
aceleración dispone de una parte lógica para la transmisión de los
valores de detección al procesador, que calcula en el aparato de
control el algoritmo de disparo. Esta parte lógica está unida
además directamente con las etapas finales. Esto es necesario para
que puedan liberarse o bloquearse las etapas finales en función de
esta prueba de validez. A pesar de la realización más sencilla, un
aparato de control con el sensor de aceleración según la invención
presenta una gran seguridad.
Mediante las medidas y perfeccionamientos
indicados en las reivindicaciones dependientes son posibles mejoras
ventajosas del aparato de control expuesto en la reivindicación de
patente independiente.
Resulta especialmente ventajoso que la parte
lógica compruebe la señal de aceleración en cuanto a su validez con
un valor umbral fijo. Puesto que en este caso se trata de una o dos
aceleraciones, si se mide en diferentes direcciones, pueden
emplearse para ello dos valores umbral fijos o también sólo un valor
umbral fijo, si se detecta únicamente en la dirección de
desplazamiento.
Además, resulta ventajoso que la parte de lógica
esté unida con las etapas finales de tal manera que un conductor
conduce a la etapa final positiva y otro conductor independiente del
primero, a la etapa final negativa. De este modo es posible liberar
las etapas finales de manera diferente y también someterlas a prueba
independientemente una de otra.
Además resulta ventajoso que la parte lógica
libere las etapas finales en función de la comprobación durante un
tiempo predeterminado. Esto significa que la parte lógica presenta
elementos de temporización, tal como un monoestable, para realizar
la liberación o el bloqueo durante tiempos predeterminados. Con esto
se impide que las etapas finales, en caso de liberación, no se
liberen durante un largo periodo de tiempo, sino sólo durante un
corto periodo de tiempo, que debe ser suficiente para que estén
listas en caso de disparo.
Además, resulta ventajoso que el sensor de
aceleración libere también, en función de una autoverificación, las
etapas finales o al menos una de las etapas finales. Si el sensor
detecta que en su autoverificación aparece un fallo, esto debe
conducir a un bloqueo inmediato de al menos una etapa final. Esto
confiere a todo el sistema una gran medida de seguridad.
Para hacer aún más sencilla la monitorización
del aparato de control, en la parte lógica se integra también una
función o varias funciones para someter a prueba el procesador. Esto
significa que el propio sensor de aceleración somete a prueba al
procesador que valora los datos de detección. Para ello se emplea en
este caso un sistema de vigilancia (watchdog) y,
concretamente, especialmente dos sistemas de vigilancia para someter
a prueba por un lado el plano en tiempo real del sistema operativo
del procesador y, por otro lado, el plano de fondo. A este respecto
para el plano en tiempo real se emplea un temporizador del sistema
de vigilancia con un tiempo de respuesta corto y para el plano de
fondo, uno con un tiempo de respuesta considerablemente más largo.
Se entiende en este caso por sistema de vigilancia que el sistema de
vigilancia debe manejarse por el procesador de manera continua para
verificarse la funcionalidad del procesador con respecto al flujo
de programa. Es decir, a intervalos temporales predeterminados, el
procesador tiene que transmitir una señal al sistema de vigilancia,
si ésta no llega, el sistema de vigilancia indica un error del
procesador. También en función de esta prueba se realiza un bloqueo
o una liberación de las etapas finales a través de los dos
conductores, que conducen desde el sensor de aceleración a la etapa
final positiva y negativa.
Finalmente, también resulta ventajoso que la
parte lógica esté dispuesta en una carcasa del sensor de
aceleración, de manera que haya una unidad constructiva. Con ello
el sensor de aceleración puede manipularse fácilmente con la parte
lógica y también incorporarse fácilmente en un aparato de
control.
En los dibujos se representan ejemplos de
realización de la invención y se explican más detalladamente en la
siguiente descripción.
Muestran
la figura 1, un diagrama de bloques de un
aparato de control y
la figura 2, un diagrama de bloques del sensor
de aceleración.
Ya se ha propuesto prever una ruta de hardware
independiente que libera las etapas finales en aparatos de control
de sistemas de retención sólo cuando existen señales de detección
válidas y se ha verificado el funcionamiento del procesador por
sistemas de vigilancia. Para sistemas mínimos que presentan, por
ejemplo, sólo airbags frontales y cinturones de seguridad, se
propone integrar estas funciones en el propio sensor de aceleración,
y a este respecto en la parte lógica del sensor de aceleración. De
este modo se realiza un sistema de retención económico, que al
mismo tiempo es muy seguro. La validez de los datos de detección
logra mediante una sencilla comparación de valor umbral, por
ejemplo mediante un comparador. La funcionalidad del sistema de
vigilancia se logra mediante temporizadores del sistema de
vigilancia, que deben manejarse adecuadamente por el procesador.
En la invención presentada en este caso, un
sensor central presenta en el aparato de control una parte lógica
que establece el comportamiento de conductores para la liberación de
las etapas finales. Con ello puede prescindirse del empleo de una
valoración independiente de las señales de detección en un módulo
especial y por tanto ahorrarse un esfuerzo considerable.
Generalmente, un elemento sensor micromecánico,
por ejemplo una estructura de varilla, se desvía debido a una
aceleración. Esta desviación se mide con un procedimiento capacitivo
y a continuación se digitaliza en un convertidor analógico a
digital. El sensor contiene además una parte lógica que interpreta
las instrucciones de un procesador, preferiblemente un
microcontrolador, y controla los desarrollos internos en el sensor
de aceleración. Por ejemplo, con el envío de la instrucción de
lectura de datos por el sensor de aceleración, se ponen a
disposición los datos de aceleración. Los paquetes de datos tienen
normalmente 16 bits de anchura y contienen la siguiente
información:
- -
- 10 bits, datos de detección
- -
- 3 bits, identificación del tipo de sensor
- -
- 1 bit, identificación de una prueba de detección en curso
- -
- 1 bit, identificación de una programación satisfactoria del sensor
- -
- 1 bit, identificación de una transmisión SPI (serial peripherial interface, interfaz periférica serie) errónea.
La parte lógica se amplía ahora en un comparador
de valor umbral y dos temporizadores del sistema de vigilancia, para
integrar las funciones para comprobar la validez de las señales de
detección y la funcionalidad del procesador en el sensor de
aceleración.
Con cada lectura de datos de detección se
compara el resultado con un valor umbral. En este caso sólo es
posible un valor umbral fijo, ya que sólo se considera ciertamente
un sensor fijo. Si este sensor puede detectar en diferentes
direcciones, o si se trata de varios elementos sensores, entonces
son necesarios de manera correspondiente más valores umbral. Si los
datos de detección sobrepasan un umbral simétrico, entonces el
conductor hacia el nivel alto, es decir hacia la etapa final
positiva de un monoestable que puede volver a dispararse, se pone
en "modo habilitado" durante un determinado intervalo de
tiempo. Los valores para el valor umbral, así como el tiempo de
habilitación están predeterminados mediante ensayos.
El conductor hacia la etapa final negativa se
asocia directamente a un bit de prueba de detección. Cuando se
realiza una prueba de detección, el sensor envía datos de prueba que
sobrepasan el umbral de habilitación. Al mismo tiempo se establece
un bit de prueba (TEST) y por tanto también el conductor hacia la
etapa final negativa. La etapa final negativa se denomina en lo
sucesivo DIS_ALP, mientras que el conductor hacia la etapa final
positiva se denomina DIS_AHP.
Dos temporizadores del sistema de vigilancia
emplean la frecuencia interna del sensor como base temporal. En
lugar de un comando separado para enlazar los temporizadores, esto
también puede producirse automáticamente. En el plano en tiempo
real el comando de lectura de datos se emplea por ejemplo para
manejar el temporizador rápido y en el plano de fondo lento se
emplea el comando de lectura ASIC-ID.
En la figura 1 está representada en un diagrama
de bloques la estructura de un aparato de control para la
activación de medios de retención con el sensor según la invención.
El sensor 10 de aceleración está unido, a través de un conductor 11
bidireccional que, en este caso, es la interfaz periférica serie,
con un microcontrolador 12. La interfaz 11 periférica serie
presenta varios conductores, estando previsto un conductor para el
transporte de datos desde el sensor 10 hasta el microcontrolador 12
y otro conductor para el transporte de datos desde el
microcontrolador 12 hasta el sensor 10. Otros conductores de la
interfaz SPI se refieren al conductor de selección de chip, es
decir a la selección o activación de módulos y del reloj. El sensor
10 de aceleración puede presentar en este caso varios elementos de
detección en diferentes direcciones espaciales. A través del
conductor 11 SPI el sensor 10 transmite los datos de detección
medidos al microcontrolador 12, que en función de estos datos de
detección calcula un algoritmo, activándose medios de retención en
función del resultado de este algoritmo. Para ello, el
microcontrolador 12 está unido a través de otro conductor 13 SPI con
un control 14 de circuito de encendido, que en este caso se
denomina FLIC. A través del conductor 13 SPI se transmite por
tanto, por ejemplo, la instrucción de disparo. A través del
interruptor 18 se conecta el microcontrolador 12 y con ello el
aparato de control. Por tanto, se trata en este caso de la
representación simbólica de la llave de encendido. El sensor 10
está unido a través de un conductor 16 de emisión, que se denomina
DIS_ALP, con el FLIC 14. A través de un segundo conductor, el
sensor 10 está unido de nuevo con el FLIC 14. El conductor 16 sirve
para liberar la etapa final negativa, mientras que el conductor 17
sirve para liberar la etapa final positiva. De manera simbólica
está representado en este caso un elemento 15 de encendido en el
FLIC 14, que se solicita en caso de disparo con una alta corriente
de encendido, para provocar una reacción pirotécnica que dispara el
airbag o el cinturón de seguridad.
El sensor 10 realiza las funciones del sistema
de vigilancia anteriormente descritas a través del conductor 11
SPI, es decir el microcontrolador 12 debe manejar los temporizadores
del sistema de vigilancia del sensor 10 a través del conductor 11.
Si esto no se produce, el sensor 10 pone, por ejemplo a través de
sus temporizadores del sistema de vigilancia y del conductor 19, al
microcontrolador 12 en modo de reestablecimiento (reset) y
bloquea al mismo tiempo a través de los conductores 16 y 17 las
etapas finales, de manera que no pueda producirse ningún disparo
incontrolado de los elementos 15 de encendido por el
microcontrolador 12. Un primer temporizador del sistema de
vigilancia debe activarse en este caso cada cien milisegundos, esto
está pensado para el denominado plano de fondo del sistema
operativo, mientras que para el plano en tiempo real del sistema
operativo debe activarse un temporizador del sistema de vigilancia
en el sensor 10 cada milisegundo. Además, con la conexión se inicia
a través del interruptor 18 del sensor 10 una autoverificación. En
función de esta autoverificación se liberan también las etapas
finales en la electrónica 14 del circuito de encendido a través del
conductor 16 y 17.
En la figura 2 está representada la estructura
del sensor de aceleración según la invención. Los elementos 20
sensores micromecánicos conducen a una medición capacitiva de
aceleraciones que surgen. Es decir, en función de la aparición de
una aceleración se modifica la capacidad de los elementos 20
micromecánicos. Esta variación de la capacidad se convierte por un
convertidor 21 CU en una tensión analógica. Después de un
amplificador 22, la señal se introduce en un filtro 23 paso bajo,
cuya señal de salida se alimenta a un convertidor 25 analógico a
digital. La señal digitalizada se alimenta entonces a la parte 26
lógica para su procesamiento posterior. Para compensar un desfase,
que se mide automáticamente después de una conexión del sensor, hay
un convertidor 24 digital a analógico que se alimenta digitalmente
por la parte 26 lógica y emite una tensión de salida
correspondiente, que se introduce en el comparador 22. Con esto se
elimina entonces el desfase de la señal medida.
En la parte 26 lógica están incluidos un
decodificador de instrucciones y el control de desarrollo. La
comunicación con el microcontrolador 12 se produce a través de la
interfaz SPI con 16 bits de anchura. El formato de los datos está
establecido y se divide como sigue en:
- -
- 10 bits, datos de detección
- -
- 3 bits, identificación de sensor
- -
- 1 bit, para mostrar que el módulo todavía no ha obtenido la instrucción "fin de programación",
- -
- 1 bit, para mostrar la prueba de detección, que se denomina TST y
- -
- 1 bit, que se denomina TFF, para mostrar el estado SPI.
El cuadro 27 muestra estos datos, en el que los
datos de detección se designan con 28 y el bit TST con 29. Los datos
27 de detección se alimentan en la parte 26 lógica a un comparador
200. En el comparador 200 se comparan con un valor umbral
predeterminado, en este caso con un valor de 2,8 G, para establecer
si los datos de detección son válidos. Si lo son, entonces se
alimentan al módulo 204. Este módulo 204 contiene un monoestable
que, cuando los datos de detección sobrepasan el umbral se pone
durante un periodo tiempo determinado en modo liberación, y por
tanto el conductor DIS_AHP. Este periodo tiempo puede ser por
ejemplo de 32 milisegundos. Los periodos de liberación pueden
prolongarse enviando una instrucción SPI. El bit 29 de prueba de
detección está conectado con otro monoestable 205 que ocupa el
conductor DIS_ALP con una señal. Durante la prueba de detección, el
conductor DIS_ALP pasa al modo bloqueo, mientras que el conductor
DIS_AHP está en modo liberación por los datos de prueba de
detección. Mediante esta estrategia pueden someterse a prueba las
etapas finales positiva y negativa independientemente una de otra.
Los datos de prueba de detección se transmiten desde el
microcontrolador 12 al sensor 10, mientras que los datos de
medición se transmiten a través del conductor MISO hacia el
microcontrolador 12. En la parte 26 lógica están previstos también
los temporizadores 201 y 202 del sistema de vigilancia. El
temporizador 201 del sistema de vigilancia se dispara por el
microcontrolador 12 con la instrucción de lectura ASIC ID cada 100
milisegundos en funcionamiento normal, mientras que el temporizador
202 del sistema de vigilancia se dispara cada milisegundo mediante
la instrucción de lectura de datos.
Si aparece un error del sistema de vigilancia en
uno de los dos temporizadores 201 o 202, se establece un conductor
de estado, que pone tanto el conductor DIS_AHP como el conductor
DIS_ALP en modo bloqueo. Éste también es el estado después de cada
restablecimiento de encendido. Si ambos temporizadores del sistema
de vigilancia funcionan correctamente, el conductor de estado
interno se restablece. Los monoestables tienen por ejemplo para un
periodo de tiempo de 1 segundo la señal de liberación en los
conductores, después regresan al estado normal y esto es así para
el conductor DIS_AHP bloqueo y para el conductor DIS_ALP
liberación.
Claims (10)
1. Aparato de control para la activación de
medios de protección personal con un sensor (10) de aceleración
para la generación de una señal que indica la aceleración con una
parte (26) lógica para la transmisión de la señal a un
microcontrolador (12) en el aparato de control, estando configurado
el microcontrolador de tal manera que mediante la señal calcula un
algoritmo de disparo, estando configurada la parte (26) lógica para
la comprobación de la señal de tal manera que la parte (26) lógica
está unida directamente con etapas (14) finales que están
dispuestas en el aparato de control, liberándose las etapas (14)
finales en función de la comprobación, caracterizado porque
la parte (26) lógica está integrada en el sensor (10) de
aceleración.
2. Aparato de control según la reivindicación 1,
caracterizado porque la parte (26) lógica comprueba la señal
en cuanto a su validez mediante al menos un valor umbral fijo.
3. Aparato de control según la reivindicación 1
o 2, caracterizado porque la parte (26) lógica está unida
con un primer conductor (16) con al menos una etapa final positiva y
con un segundo conductor (17) con al menos una etapa final negativa
para la liberación independiente de las etapas (14) finales.
4. Aparato de control según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la parte
(26) lógica está configurada de tal manera que la parte (26) lógica
libera las etapas (14) finales durante un periodo de tiempo
predeterminado en función de la comprobación.
5. Aparato de control según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el sensor
(10) de aceleración está configurado de tal manera que el sensor
(10) de aceleración libera las etapas finales en función de una
autoverificación.
6. Aparato de control según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la parte
(26) lógica está configurada adicionalmente para someter a prueba
el procesador (12).
7. Aparato de control según la reivindicación 6,
caracterizado porque la parte (26) lógica presenta para la
prueba al menos dos sistemas (201, 202) de vigilancia.
8. Aparato de control según la reivindicación 7,
caracterizado porque está previsto un primer sistema (202)
de vigilancia para someter a prueba un plano en tiempo real del
sistema operativo del procesador (12) y otro sistema (201) de
vigilancia para someter a prueba un plano de fondo.
9. Aparato de control según la reivindicación 8,
caracterizado porque el primer y el segundo sistema de
vigilancia presentan en cada caso un temporizador.
10. Aparato de control según una de las
reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la parte
(26) lógica está dispuesta en una carcasa del sensor (10) de
aceleración.
Applications Claiming Priority (2)
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