WO1988001242A1 - Circuit and process for checking electronic sensors - Google Patents
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- WO1988001242A1 WO1988001242A1 PCT/DE1987/000329 DE8700329W WO8801242A1 WO 1988001242 A1 WO1988001242 A1 WO 1988001242A1 DE 8700329 W DE8700329 W DE 8700329W WO 8801242 A1 WO8801242 A1 WO 8801242A1
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- G01R31/007—Testing of electric installations on transport means on road vehicles, e.g. automobiles or trucks using microprocessors or computers
Definitions
- the invention relates to a circuit for an electronic sensor for safety devices in motor vehicles with an acceleration sensor, the output signal of which can be fed to an evaluation circuit, which is followed by an output stage for triggering the safety device.
- a circuit is known for example from DE-AS 24 54 424 and has an evaluation circuit in which a piezoelectric acceleration sensor is connected to a differential amplifier in such a way that a short circuit in the circuit, a break in leads to squibs that trigger the Safety devices, such as belt tensioners or air bags, cause breakage of the squibs themselves.
- the functionality of the acceleration sensor itself can be called into question by factors other than short circuits or line breaks, and such other faults are not recognized by the known circuit.
- a circuit for monitoring is from the "ATZ Automobiltechnische Zeitschrift", 34 (1982), page 77 ff known for a sensor in which a strain gauge accelerometer is provided.
- a test cycle is run through in which the entire signal path between the acceleration sensor and the igniter of the restraint systems (belt tensioner, airbag) is checked for continuity.
- continuity tests of supply lines to the restraint systems are carried out continuously and the voltage supply is checked. Other faults cannot be determined with this circuit either.
- a very similar circuit is also known from "Engineers de l'Automobile” (1982), No. 6, Paris, pages 69 to 77, for which the same restrictions therefore apply.
- the circuit according to the invention for an electronic sensor for safety devices in motor vehicles with an acceleration sensor, the output signal of which can be fed to an evaluation circuit, followed by an output stage for triggering the safety device, in which a signal generating element is provided for generating a test signal with which the acceleration sensor can be acted on, the output signal of which can be applied to a comparator circuit has the particular advantage that a real function check of the sensor can now take place.
- the test signal is fed to the acceleration sensor, which works under conditions standardized by the test signal, as is normally the case in normal operation. Conclusions about the dynamic behavior of the acceleration sensor can be drawn from the output signal and the settling of the output signal of the accelerometer after the power supply has been switched on can also be checked.
- drift phenomena can occur with the circuit according to the invention not only the accelerometer, but also downstream components, such as an offset drift in operational amplifiers. All these dynamic or time-dependent effects, which can result in serious malfunctions, are not taken into account in the static controls according to the prior art, which are limited to the determination of operating voltages or continuity. Of course, these static effects are also registered with the circuit according to the invention.
- an acceleration sensor which comprises at least the acceleration sensor and a signal processing circuit connected downstream thereof, the output signal of which can be fed to the comparator circuit.
- a signal processing circuit connected downstream thereof, the output signal of which can be fed to the comparator circuit.
- the standardization of the test signal is advantageously achieved in that the signal generating element has a pulse shaping circuit for generating a pulse of adjustable duration and / or amplitude as a test signal.
- the setting of the time duration and amplitude can take into account the respective circumstances, for example changing electrical values of the components when components are replaced.
- the test signal is preferably coupled in via a capacitance in the accelerometer.
- the signal comparator circuit is composed of three components, a window comparator, which determines whether the output signal is in one "Window", that is, a signal area between a first threshold and a second threshold, and two threshold switches.
- a time element is preferably connected upstream of the window comparator, for example an RC element, the time constant ZPl of which is given by the resistance and capacitance value.
- This time constant TP1 and the time constant inherent in the acceleration sensor and its circuitry determine the period of time in which the output signal is outside the window after the voltage supply has been switched on. The.
- the output voltage of the window comparator is "low” during this time. The detection of the time in which the window comparator displays this signal "low” allows valuable conclusions to be drawn about the settling behavior of the accelerometer, in particular in the event of deviations from setpoints.
- the timing element ensures that only relatively slow signal changes in the output signal, for example in the case of drift processes and the like, are evaluated in the window comparator.
- a timer can also be connected upstream of the first threshold switch with an adjustable third signal threshold, as was discussed above.
- the (second) time constant TP2 of the second timing element therefore determines the time in which the output signal must lie above the third threshold S4 of the first threshold value switch so that it switches from “high” to “low”. It is used to record impermissibly high signal changes that must be recorded before the fastest possible response time for further signal evaluation.
- the second threshold switch with a fourth adjustable fourth signal threshold S3, which is smaller than that Third threshold S4, with which the exceeding of a response threshold can be detected without a time delay, is used in particular for dynamic testing of the accelerometer using a test signal.
- the complete analysis of the acceleration sensor or the acceleration sensor is advantageously carried out by comparing the determined times with corresponding standard values, and for this purpose the output of the window comparator and / or the output of the first threshold value switch and / or the output of the second threshold value switch is in each case connected to a corresponding input System monitoring circuit connected, which can be, for example, a central processing unit (CPU) of a microprocessor. If the CPU reports an impermissible deviation from measured (standard) values stored in an electronic memory (EEPROM), this error message is advantageously used to activate an optical or acoustic display device which is connected downstream of the CPU and which indicates the fault.
- System monitoring (CPU) for example via an electronic component, can also be used to block further signal processing if necessary.
- the output signal of the window comparator and the output signal of the first threshold switch and a signal indicating the absence of serious system-specific errors are preferably each at an input of a logical AND gate can be applied, with the output of which an input of a signal evaluation circuit is connected which has a further input which can be acted upon by the output signal of the acceleration sensor or by the output signal of the acceleration sensor.
- the invention therefore provides a method for dynamically checking an acceleration sensor and / or an acceleration transducer with the following steps: 1) evaluation of the dynamic transient process of the accelerometer after switching on the voltage supply and 2) generation of a Test signal; Applying the test signal to an input of the acceleration sensor or transducer; Analysis of the time behavior of the output signal of the acceleration sensor or transducer.
- the test signal is a pulse of adjustable duration and / or adjustable amplitude.
- FIGS. 2 and 3 show diagrams of the time behavior of certain signals.
- the exemplary embodiment is a circuit for an electronic sensor for safety devices in motor vehicles with an acceleration sensor, the output signal of which can be fed to an evaluation circuit which is followed by an output stage for triggering the safety device.
- a safety device can be, for example, a belt tensioner or an airbag.
- BA denotes an accelerometer which has an input connection "Test” for applying a test signal, a ground connection, a connection for a stabilized supply voltage US and an output connection "Out".
- a piezoelectric acceleration sensor PE is provided in the accelerometer, one connection of which is connected to ground and the other connection to a resistor R2.
- the other connection of the resistor R2 is connected via a resistor R1 to half the supply voltage US / 2, further to an input of an impedance converter 10 and finally to a capacitor C1, whose other connection is connected via a resistor R3 to ground and directly to the "Test" input connection " connected is.
- the output of the impedance converter 10 is at the input of an active low-pass amplifier 12 and its output led to the output connection "Out" of the accelerometer BA.
- the output "Out” is connected to the input of a window comparator 22 via an RC element consisting of a resistor R4 and a capacitor C2.
- the window comparator 22 switches from low to high at its output when U1 assumes a value between a lower threshold S1 and an upper threshold S2.
- the output of the window comparator 22 is connected to an input of a CPU 20 and to an input of a logic AND gate 28.
- the output "Out" of the accelerometer is connected to the input of a (first) threshold switch 24 via a further timing element, an RC element consisting of a resistor R5 and a capacitor C3.
- This outputs a signal U2 Low at its output, as long as the signal Ul is greater at its input than a threshold value S4.
- the output of the threshold switch 24 is connected to a further input of the CPU 20 and to a further input of the AND gate 28.
- the output of the threshold switch 26 is connected to a third input of the CPU 20.
- a line leads from the output of the AND gate 28 to a terminal C of a D flip-flop 34, the input D of which is connected to the supply voltage US and the output Q of which is connected to an input C of a monoflop 32.
- a low-pass filter consisting of a resistor R6 and a capacitor C4 Monoflop 32 connected to the supply voltage US.
- the output Q of the monoflop is connected to an input of an output stage 38 and to an input of a pulse shaper 30, the output of which is led to the "Test" input connection of the accelerometer BA.
- the output of the signal evaluation circuit 36 (result output) is connected to a further input of the output stage 38, which also leads to the input EA of the system monitoring 20, which can also be connected to A1 if necessary.
- the test signal is coupled in via the coupling capacitor C1, which also serves for temperature compensation.
- An output signal BA Out is then present at the output "Out" of the acceleration sensor BA, the course of which depends on the damping by the input capacitance of the piezoelectric acceleration sensor PE, but also on the influence of all frequency-dependent components of the acceleration sensor BA, in particular the active low-pass amplifier 12.
- the output signal BA out is sent directly to the threshold switch
- T1 determines the rise time of the accelerometer and T2 the time that the output signal exceeds the threshold S3.
- Times T1, 12 are registered in CPU 20 and compared with standard values stored in read-only memory 18. If the difference between the measured and stored value for T1, T2 is too large, the CPU generates an error message which is optically recognizable with the display device comprising lamp driver 14 and lamp 16.
- the read-only memory 18 can not only serve, as already mentioned, for storing standard values with which the values determined in each case in the test cycle are compared, but also for storing error messages generated by the CPU 20 so that they can subsequently be analyzed.
- a signal HIGH must be present at all three or four inputs of the AND gate 28: firstly due to the check by the window comparator 22, secondly due to the check by the threshold value switch 24 and thirdly due to a check of one further - condition that there are no serious system errors such as a faulty stabilizer voltage US.
- the times T1, T2 and, via the output stage control signal EA (FIG. 1), the time T3 (FIG. 2, middle) can therefore be detected by the microprocessor, which monitors the entire system.
- the times are compared with values that are typical for the respective circuit configuration and are stored, for example, in the read-only memory 18.
- the CPU 20 generates an error code, which in turn can be stored in the read-only memory 18.
- Accelerometer PE can occur, or a
- an acceleration is reported by the accelerometer as a result of malfunctions, which is much too high and would lead to the undesired triggering of the safety devices in this case without further precautions.
- Such disturbances can have different causes, for example latch-up effects of the components of the accelerometer BA, rapid, larger (approximately greater than 150 pF) fluctuations in the capacitance of the acceleration sensor PE due to metallization cracks or breaking processes of the bending oscillator, short-circuits at the acceleration sensor PE, interruptions in the voltage supply to the accelerometer , or finally electromagnetic (radiated) interference.
- the critical period for the existence of extremely high accelerations, after which the further signal evaluation is blocked via A1 in terms of hardware, is determined by the time constant TP2 is set so that the faults mentioned cannot trigger the safety devices.
- the window comparator 22 makes it possible to observe the settling process of the accelerometer after switching on the voltage supply.
- the time T3 can be determined by the CPU 20 and also compared with a standard value stored in the read-only memory 18, compare FIG. 3.
- the signal processing is only released if there are no serious system errors, if there are no impermissible drift phenomena and if no unrealistically high signals occur.
Description
Schaltung und Verfahren zur Überprüfung elektronischer Sensoren
Stand der Technik
Die Erfindung betrifft eine Schaltung für einen elektronischen Sensor für Sicherheitseinrichtungen in Kraftfahrzeugen mit einem Beschleunigungsfühler, dessen Ausgangssignal einer Auswerteschaltung zuführbar ist, der eine Endstufe zur Auslösung der Sicherheitseinrichtung nachgeschaltet ist. Eine derartige Schaltung ist beispielsweise aus der DE-AS 24 54 424 bekannt und weist eine Auswerteschaltung auf, in der ein piezoelektrischer Beschleunigungsfühler derart mit einem Differenzverstärker verschaltet ist, daß ein Kurzschluß in der Schaltung, ein Bruch in Zuleitungen zu Zündpillen, die die Auslösung der Sicherheits- einrichtungen, beispielsweise Gurtstrammer oder Luftsack (Airbag), bewirken, sowie ein Bruch der Zündpillen selbst erkannt werden kann. Die Funktionstüchtigkeit des Beschleunigungsfühlers selbst kann jedoch noch durch andere Faktoren als Kurzschlüsse oder Leitungsunterbrechungen in Frage gestellt werden, und derartige andere Störfälle werden von der bekannten Schaltung nicht erkannt.
Weiterhin ist aus der "ATZ Automobiltechnische Zeitschrift", 34 (1982), Seite 77 ff. eine Schaltung zur Überwachung
für einen Sensor bekannt, bei der ein DehnungsmeßstreifenBeschleunigungsfühler vorgesehen ist. Beim Einschalten des Sensors wird zunächst ein Prüfzyklus durchlaufen, in welchem der gesamte Signalpfad zwischen Beschleunigungsfühler und Zünder der Rückhaltesysteme (Gurtstrammer, Airbag) auf Durchgang geprüft wird. Im Betrieb werden bei dieser Schaltung dauernd Durchgangsprüfungen von Zuleitungen zu den Rückhaltesystemen vorgenommen und es wird die Spannungsversorgung kontrolliert. Andere Störfälle können bei dieser Schaltung ebenfalls nicht festgestellt werden. Eine sehr ähnliche Schaltung ist weiterhin aus "Ingenieurs de l'Automobile" (1982), Nr. 6, Paris, Seiten 69 bis 77 bekannt, für die daher die gleichen Beschränkungen gelten.
Vorteile der Erfindung
Die erfindungsgemäße Schaltung für einen elektronischen Sensor für Sicherheitseinrichtungen in Kraftfahrzeugen mit einem Beschleunigungsfühler, dessen Ausgangssignal einer Auswerteschaltung zuführbar ist, der eine Endstufe zur Auslösung der Sicherheitseinrichtung nachgeschaltet ist, bei der ein Signalerzeugungsglied zur Erzeugung eines Testsignals vorgesehen ist, mit dem der Beschleunigungsfühler beaufschlagbar ist, dessen Ausgangssignal an eine Vergleicherschaltung anlegbar ist, hat insbesondere den Vorteil, daß nunmehr eine echte Funktionsüberprüfung des Sensors stattfinden kann. Das Testsignal wird dem Beschleunigungsfühler zugeführt und dieser arbeitet, unter durch das Testsignal standardisierten Bedingungen, wie sonst im Normalbetrieb. Es lassen sich aus dem Ausgangssignal Rückschlüsse auf das dynamische Verhalten des Beschleunigungsfühlers ziehen und zusätzlich das Einschwingen des Ausgangssignals des Beschleunigungsaufnehmers nach Zuschalten der Spannungsversorgung kontrollieren. Weiterhin können mit der erfindungsgemäßen Schaltung Drifterscheinungen
nicht nur des Beschleunigungsaufnehmers, sondern auch nachgeschalteter Bauteile festgestellt werden, etwa eine Offsetdrift in Operationsverstärkern. Alle diese dynamischen oder zeitabhängigen Effekte, die ernsthafte Funktionsstörungen zur Folge haben können, bleiben bei den statischen, auf die Feststellung von Betriebsspannungen oder Durchgang beschränkten Kontrollen nach dem Stand der Technik außer Betracht. Selbstverständlich werden diese statischen Effekte mit der erfindungsgemäßen Schaltung ebenfalls registriert.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist ein Beschleunigungsaufnehmer vorgesehen, der zumindest den Beschleunigungsfühler sowie eine diesem nachgeschaltete Signalverarbeitungsschaltung umfaßt, deren Ausgangssignal der Vergleicherschaltung zuführbar ist. Eine derartige Anordnung läßt sich besonders gut hybridisieren; weiterhin werden mit dem Testsignal sämtliche das Zeitverhalten des Sensors beinflussende Bauteile auf ihre ordnungsgemäße Funktion geprüft.
Oie Standardisierung des Testsignals wird vorteilhafterweise dadurch erreicht, daß das Signalerzeugungsglied eine Impulsformerschaltung zur Erzeugung eines Impulses einstellbarer Zeitdauer und/oder Amplitude als Testsignal aufweist. Die Einstellung der Zeitdauer und Amplitude kann den jeweiligen Gegebenheiten, beispielsweise sich bei Bauteilaustausch ändernden elektrischen Werten der Bauteile, Rechnung tragen.
Das Testsignal wird vorzugsweise über eine Kapazität im Beschleunigungsaufnehmer eingekoppelt.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Schaltung setzt sich die Signalvergleicherschaltung aus drei Komponenten zusammen, einem Fensterkomparator, der feststellt, ob das Ausgangssignal in einem
"Fenster", also einem Signalbereich zwischen einer ersten Schwelle und einer zweiten Schwelle, liegt, sowie zwei Schwellwertschaltern.
Dem Fensterkomparator ist vorzugsweise ein Zeitglied vorgeschaltet, beispielsweise ein RC-Glied, dessen Zeitkonstante ZPl durch den Widerstands- und Kapazitätswert gegeben ist. Diese Zeitkonstante TP1 und die dem Beschleunigungsfϋhler und seiner Beschaltung eigene Zeitkonstante bestimmen nach Zuschaltung der Spannungsversorgung die Zeitdauer, in der sich das Ausgangssignal außerhalb des Fensters befindet. Die. Ausgangsspannung des Fensterkomparators ist in dieser Zeit "Low". Die Erfassung der Zeit, in der der Fensterkomparator dieses Signal "Low" anzeigt, erlaubt wertvolle Rückschlüsse über das Einschwingverhalten des Beschleunigungsaufnehmers zu treffen, insbesondere bei Abweichungen gegenüber Sollwerten. Durch das Zeitglied (Tiefpass) wird im statischen Betrieb des Beschleunigungsaufnehmers erreicht, daß nur relativ langsame Signaländerungen des Ausgangssignals, etwa bei Driftvorgängen und ähnlichem, diese in dem Fensterkomparator ausgewertet werden.
Dem ersten Schwellwertschalter mit einer einstellbaren dritten Signalschwelle kann weiterhin ein Zeitglied vorgeschaltet sein, wie es voranstehend besprochen wurde. Die (zweite) Zeitkonstante TP2 des zweiten Zeitglieds bestimmt daher die Zeit, in der das Ausgangssignal oberhalb der dritten Schwelle S4 des ersten Schwellwertschalters liegen muß, damit dieser von "High" auf "Low" schaltet. Er dient der Erfassung unzulässig hoher Signaländerungen, die noch vor der schnellstmöglichen Reaktionszeit der weiteren Signalauswertung erfaßt werden müssen.
Der zweite Schwellwertschalter mit einer vierten einstellbaren vierten Signalschwelle S3, die kleiner ist als die
dritte Schwelle S4, mit dem ohne Zeitverzögerung das Überschreiten einer Ansprechschwelle erfaßt werden kann, dient insbesondere der dynamischen Prüfung des Beschleunigungsaufnehmers mittels eines Testsignals.
Die vollständige Analyse des Beschleunigungsfühlers beziehungsweise des Beschleunigungsaufnehmers wird vorteilhafterweise durch Vergleich der festgestellten Zeiten mit entsprechenden Standardwerten vorgenommen, und hierzu ist bevorzugt der Ausgang des Fensterkomparators und/oder der Ausgang des ersten Schwellwertschalters und/oder der Ausgang des zweiten Schwellwertschalters an jeweils einen entsprechenden Eingang einer Systemüberwachungsschaltung angeschlossen, die beispielsweise eine zentrale Recheneinheit (CPU) eines Mikroprozessors sein kann. Meldet die CPU eine unzulässige Abweichung gemessener von in einem elektronischen Speicher (EEPROM) gespeicherten (Standard-) Werten, so dient diese Fehlermeldung vorteilhafterweise zur Aktivierung einer der CPU nachgeschalteten optischen oder akustischen Anzeigevorrichtung, die die Störung anzeigt. Ebenso kann die Sperrung der weiteren Signalverarbeitung durch die Systemüberwachung (CPU), beispielsweise über ein elektronisches Bauteil, im Bedarfsfall vorgesehen werden.
Ein ordnungsgemäßer Betrieb des Sensors soll nur dann stattfinden, wenn alle Prüfmaßnahmen ergeben haben, daß kein Fehler vorliegt, und hierzu sind vorzugsweise das Ausgangssignal des Fensterkomparators und das Ausgangssignal des ersten Schwellwertschalters und ein das Nichtvorliegen schwerwiegender systemspezifischer Fehler anzeigendes Signal jeweils an einen Eingang eines logischen UND-Gliedes anlegbar, mit dessen Ausgang ein Eingang einer Signalauswerteschaltung verbunden ist, die einen weiteren Eingang aufweist, der mit dem Ausgangssignal des Beschleunigungsfühlers oder mit dem Ausgangssignal des Beschleunigungsaufnehmers beaufschlagbar ist.
Aus der der Erfindung zugrundeliegenden Erkenntnis, mittels einer dynamischen Analyse das Zeitverhalten eines Sensors zu untersuchen, wird deutlich, daß die Erfindung nicht auf die voranstehend beschriebenen Schaltungsmaßnahmen beschränkt, sondern universell anwendbar ist. In vorteilhafter Weise stellt die Erfindung daher ein Verfahren zur dynamis chen Üb erprü fung eines B es ch leunigung s fühlers und/oder eines 8eschleunigungswandlers mit folgenden Schritten zur Verfügung: 1) Auswertung des dynamischen EinschwingVorgangs des Beschleunigungsaufnehmers nach Zuschalten der Spannungsversorgung und 2) Erzeugung eines Testsignals; Anlegen des Testsignals an einen Eingang des Beschleunigungsfühlers oder -wandlers; Analyse des Zeitverhaltens des Ausgangssignals des Beschleunigungsfühlers oder -Wandlers. Die voranstehend bei der Besprechung der Schaltung aufgeführten Vorteile gelten selbstverständlich sinngemäß auch für das erfindungsgemäße Verfahren.
Bei einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens ist das Testsignal ein Impuls einstellbarer Zeitdauer und/oder einstellbarer Amplitude.
Die umfassende dynamische Analyse und Überwachung wird vorteilhafterweise dadurch erreicht, daß das Ausgangssignal daraufhin untersucht wird, ob es beim Einschwingen des Aufnehmers während einer Zeitdauer außerhalb der Signalschwellen des Fensterkomparators liegt oder ein Herausdriften aus diesen Grenzen für eine bestimmte Zeitdauer im eingeschwungenen Zustand des Beschleunigungsaufnehmers erfolgt. Weiterhin kann untersucht werden, ob bei dynamischer Anregung des Beschleunigungsaufnehmers mit einem Testsignal die Zeitdauer bis zum Erreichen der vierten Signalschwelle S3 und die Zeitdauer bis zur folgenden Unterschreitung der Signalschwelle S3 eingehalten wird. Mit einer weiteren Schwelle S4 und einem Zeitglied kann festgestellt werden, ob eine bestimmte maximale Beschleunigung für eine bestimmte Zeitdauer überschritten ist.
Zeichn u ng
Die Erfindung wird nachstehend anhand eines zeichnerisch dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert, aus welchem weitere Vorteile und Merkmale hervorgehen. Hierbei zeigt Figur 1 eine vorteilhafte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Schaltung und Figuren 2 und 3 zeigen Diagramme des Zeitverhaltens bestimmter Signale.
Beschreibung des Ausführungsbeispiels
8ei dem Ausführungsbeispiel handelt es sich um eine Schaltung für einen elektronischen Sensor für Sicherheitseinrichtungen in Kraftfahrzeugen mit einem Beschleunigungsfühler, dessen Ausgangssignal einer Auswerteschaltung zuführbar ist, der eine Endstufe zur Auslösung der Sicherheitseinrichtung nachgeschaltet ist. Eine derartige Sicherheitseinrichtung kann beispielsweise ein Gurtstrammer oder ein Airbag sein.
In Figur 1 ist mit BA ein Beschleunigungsaufnehrner bezeichnet, der einen Eingangsanschluß "Test" zum Anlegen eines Testsignals, einen Masseanschluß, einen Anschluß für eine stabilisierte Versorgungsspannung US und einen Ausgangsanschluß "Out" aufweist.
Im Beschleunigungsaufnehmer ist ein piezoelektrischer Beschleunigungsfühler PE vorgesehen, dessen einer Anschluß mit Masse und dessen anderer Anschluß mit einem Widerstand R2 verbunden ist. Der andere Anschluß des Widerstands R2 ist über einen Widerstand R1 an die halbe Versorgungsspannung US/2, weiterhin an einen Eingang eines Impedanzwand lers 10 und schließlich an einen Kondensator C1 angeschlosse dessen anderer Anschluß über einen Widerstand R3 mit Masse und direkt mit dem Eingangsanschluß "Test" verbunden ist. Der Ausgang des Impedanzwandlers 10 ist an den Eingang eines aktiven Tiefpaßverstärkers 12 und dessen Ausgang
zum Ausgangsanschluß "Out" des Beschleunigungsaufnehmers BA geführt.
Der Ausgang "Out" ist über ein RC-Glied, bestehend aus einem Widerstand R4 und einem Kondensator C2, an den Eingang eines Fensterkomparators 22 angeschlossen. Der Fensterkomparator 22 schaltet an seinem Ausgang von Low auf High, wenn U1 einen Wert zwischen einer unteren Schwelle S1 und einer oberen Schwelle S2 annimmt. Der Ausgang des Fensterkomparators 22 ist an einen Eingang einer CPU 20 und an einen Eingang eines logischen UND-Gliedes 28 angeschlossen.
Weiterhin ist der Ausgang "Out" des Beschleunigungsaufnehmers über ein weiteres Zeitglied, ein RC-Glied bestehend aus einem Widerstand R5 und einem Kondensator C3, an den Eingang eines (ersten) Schwellwertschalters 24 angeschlossen. Dieser gibt an seinem Ausgang ein Signal U2 = Low ab, solange das Signal Ul an seinem Eingang größer ist als ein Schwellenwert S4. Der Ausgang des Schwellwertschalters 24 ist an einen weiteren Eingang der CPU 20 und an einen weiteren Eingang des UND-Glieds 28 angeschlossen.
Schließlich ist der Ausgangsanschluß "Out" das Beschleunigungsaufnehmers BA direkt an einen Eingang einer Signalauswerteschaltung 36 und an einen Eingang eines zweiten Schwellwertschalters 26 gelegt, der solange ein Ausgangssignal U2 = Low abgibt, wie sein Eingangssignal U1 oberhalb eines Schwellenwerts S3 liegt. Der Ausgang des Schwellwertschalters 26 ist mit einem dritten Eingang der CPU 20 verbunden.
Vom Ausgang des UND-Glieds 28 führt eine Leitung zu einem Anschluß C eines D-Flipflops 34, dessen Eingang D an die Versorgungsspannung US und dessen Ausgang Q an einen Eingang C eines Monoflops 32 angeschlossen ist. Über einen Tiefpaß aus einem Widerstand R6 und einem Kondensator C4 ist der
Monoflop 32 an die Versorgungsspannung US angeschlossen. Der Ausgang Q des Monoflops ist mit einem Eingang einer Endstufe 38 und mit einem Eingang eines Impulsformers 30 verbunden, dessen Ausgang an den Eingangsanschluß "Test" des Beschleunigungsaufnehmers BA geführt ist.
Mit einem weiteren Eingang der Endstufe 38 ist der Ausgang der Signalauswertungsschaltung 36 (Ergebnisausgabe) verbunden, der darüber hinaus noch zum Eingang EA der Systemüberwachung 20 führt, die im Bedarfsfall auch mit A1 verbunden sein kann.
Die Funktionsweise der in Figur 1 dargestellten erfindungsgemäßen Schaltung ist wie folgt:
Wenn ein erstes Mal eine Auswertung des Ausgangssignals
BAOut des Beschleunigungsaufnehmers BA nach Zuschalten der Spannungsversorgung korrekt erfolgt ist (Einschwingvorgang), liegt der Ausgang des UND-Glieds 28 auf einem hohen Pegel (HIGH), dann wird das D-Füpflop 34 gesetzt und das Monoflop 32 getriggert. Während des Zeitablaufs des Monoflops 32 ist die Endstufe 38 gesperrt. Die fallende Flanke des Ausgangssignals des Monoflops 32 wird durch den Impulsformer 30 in einen Impuls mit für den Beschleunigungsaufnehmer BA geeigneter Dauer Ti und Amplitude, beispielsweise Ai = -US/2, umgeformt. Dieser Impuls liegt dann am Eingangsanschluß "Test" des Beschleunigungsaufnehmers BA an.
Die Einkopplung des Testsignals erfolgt über den Einkoppelkondensator C1, der auch der Temperaturkompensation dient. Am Ausgang "Out" des Beschleunigungsaufnehmers BA liegt dann ein Ausgangssignal BAOut an, dessen Verlauf von der Bedämpfung durch die Eingangskapazität des piezoelektrischen Beschleunigungsfünlers PE abhängt, aber auch von dem Einfluß sämtlicher frequenzabhängiger Bauteile des Beschleunigungsaufnehmers BA, insbesondere des aktiven Tiefpaßverstärkers 12.
Das Ausgangssignal BAout wird direkt dem Schwellwertschalter
26 zugeführt. Wie aus dem obersten Diagramm der Figur 2 hervorgeht, bestimmt T1 die Anstiegszeit des Beschleunigungsaufnehmers und T2 die Zeitdauer, die das Ausgangssignal die Schwelle S3 überschreitet. In der CPU 20 werden die Zeiten T1, 12 registriert und mit im Festwertspeicher 18 gespeicherten Normwerten verglichen. Ist die Abweichung zwischen gemessenem und gespeichertem Wert für T1, T2 zu groß, so erzeugt die CPU eine Fehlermeldung, die mit der Anzeigevorrichtung aus Lampantreiber 14 und Lampe 16 optisch erkennbar wird.
Oer Festwertspeicher 18 kann nicht nur, wie bereits erwähnt, zur Speicherung von Standardwerten dienen, mit denen die jeweils im Prüfzyklus ermittelten Werte verglichen werden, sondern darüber hinaus auch zur Speicherung von der CPU 20 erzeugter Fehlermeldungen, damit diese nachfolgend analysiert werden können.
Damit eine Signalauswertung in der Signalauswerteschaltung 36 erfolgen kann, muß an sämtlichen drei beziehungsweise vier Eingängen des UND-Glieds 28 ein Signal HIGH anliegen: erstens aufgrund der Überprüfung durch den Fensterkomparator 22, zweitens aufgrund der Überprüfung durch den Schwellwertschalter 24 und drittens aufgrund einer Überprüfung einer weiteren - Bedingung, daß nämlich keine schwerwiegenden Systemfehler vorliegen wie etwa eine fehlerhafte Stabilisatorspannung US.
Im Bedarfsfall ist es auch möglich, das UND-Glied 28 durch die Systetnüberwachung beim Vorhandensein gefährlicher dynamischer Fehler des Beschleunigungsaufnehmers BA anzusteuern, um eine weitere Signalauswertung zu verbieten.
Mit Hilfe des Schwellwertschalters 26 mit der Schaltschwelle
S3 können daher die Zeiten T1 , T2 und über das Endstufenansteuersignal EA (Figur 1) die Zeit T3 (Figur 2, mitte) vom Mikroprozessor erfaßt werden, der das gesamte System überwacht. Die Zeiten werden mit für die jeweilige Schaltungskonfiguration typischen Werten, die beispielsweise in dem Festwertspeicher 18 gespeichert sind, verglichen. Bei einer unzulässigen Abweichung erzeugt die CPU 20 einen Fehlercode, der wiederum im Festwertspeicher 18 abgelegt werden kann.
Drifterscheinungen, wie sie etwa durch Leckströme von
Operationsverstärkern, beispielsweise Verstärker 12, des
Beschleunigungsaufnehmers BA oder durch Leckströme des
Beschleunigungsfühlers PE auftreten können, oder eine
Offsetdrift aktiver Bauteile bei erhöhter Temperatur, führen bei zu hoher Abweichung dazu, daß das Ausgangssignal
BAout aus dem Fenster S1, S2 des Komparators 22 herausläuft; dies führt zu einer Sperrung der weiteren Signalverarbeitung wie voranstehend beschrieben.
Es ist weiterhin möglich, daß infolge von Störungen eine Beschleunigung vom Beschleunigungsaufnehmer gemeldet wird, die viel zu hoch ist und ohne weitere Vorkehrungen zur in diesem Fall unerwünschten Auslösung der Sicherheitseinrichtungen führen würde. Derartige Störungen können unterschiedliche Ursachen haben, beispielsweise Latch-up Effekte der Bauteile des Beschleunigungsaufnehmers BA, schnelle, größere (etwa größer als 150 pF) Kapazitätsschwankungen des Beschleunigungsfühlers PE aufgrund von Metallisierungsrissen oder Bruchvorgängen des Biegeschwingers, Kurzschlüsse am Beschleunigungsfühler PE, Unterbrechungen der Spannungsversorgung des Beschleunigungsaufnehmers, oder schließlich elektromagnetische (eingestrahlte) Störungen. Der kritische Zeitraum für das Vorhandensein extrem hoher Beschleunigungen, nach dem aine hardwaremäßige Blockierung der weiteren Signalauswertung über A1 erfolgt, wird durch die Zeit-
konstante TP2 festgelegt, so daß die genannten Störungen nicht zu einer Auslösung der Sicherheitseinrichtungen führen können.
Das Beobachten des Einschwingvorgangs des Beschleunigungsaufnehmers nach Zuschalten der Spannungsversorgung wird durch den Fensterkomparator 22 ermöglicht. Die Zeit T3 kann durch die CPU 20 ermittelt und ebenfalls mit einem im Festwertspeicher 18 abgelegten Normwert verglichen werden, vergleiche Figur 3.
Zusammenfassend wird daher mit der Erfindung erreicht, daß eine Freigabe der Signalverarbeitung erst dann erfolgt, wenn keine schwerwiegenden Systemfehler vorliegen, wenn keine unzulässigen Drifterscheinungen vorliegen und wenn keine unrealistisch hohen Signale auftreten.
Mit einem Testsignal sowie durch Untersuchung des Einschwingverhaltens nach Zuschalten der Spannungsversorgung wird die ordnungsgemäße dynamische Funktionsfähigkeit des Beschleunigungsaufnehmers und der Auswerteschaltung erfaßt, protokolliert und im Fehlerfall angezeigt.
Claims
1. Schaltung für einen elektronischen Sensor für Sicherheitseinrichtungen in Kraftfahrzeugen mit einem Beschleunigungsfühler, dessen Ausgangssignal einer Auswerteschaltung zuführbar ist, der eine Endstufe zur Auslösung der Sicherheitseinrichtung nachgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Signalerzeugungsglied (34, 32, 30) zur Erzeugung eines Testsignals vorgesehen ist, mit dem der Beschleunigungsfühler (PE) beaufschlagbar ist, dessen Ausgangssignal an eine Vergleicherschaltung (22, 24, 26) anlegbar ist.
2. Schaltung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Beschleunigungsaufnehmer (BA) vorgesehen ist, der zumindest den Beschleunigungsfühler (PE) sowie eine diesem nachgeschaltete Signalverarbeitungsschaltung (10, 12) umfaßt, deren Ausgangssignal (BAout) der Vergleicher¬
Schaltung (22, 24, 26) zuführbar ist.
3. Schaltung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Signalerzeugungsglied (34, 32, 30) eine Impulsformerschaltung (30) zur Erzeugung eines Impulses einstellbarer Zeitdauer (Ti) und/oder Amplitude (Ai) als Testsignal aufweist.
4. Schaltung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kapazität (Cl) zur Einkopplung des Testsignals im Beschleunigungsaufnehmer (BA) vorgesehen ist.
5. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleicherschaltung (22, 24, 26) einen Fensterkomparator (22) mit zwei einstellbaren Signalschwellen (S1, S2) aufweist.
6. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dam Fensterkomparator (22) der Vergleicherschaltung ein Zeitglied (R4, C2) vorgeschaltet ist.
7. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Beschleunigungsfühlers (PE) oder des Beschleunigungsaufnehmers (BA) einem ersten Schwellwertschalter (24) mit einer dritten einstellbaren Signalschwelle (S4) zuführbar ist.
8. Schaltung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem Schwellwertschalter (24) ein zweites Zeitg-lied (R5, C3) vorgeschaltet ist.
9. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweiter, mit dem Ausgangssignal des Beschleunigungsfühlers (PE) oder des Beschleunigungsau-fnehmers (BA) beaufschlagbarer Schwellwertschalter (26) vorgesehen ist.
10. Schaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge der Vergleicherschaltung (22, 24, 26) an jeweils einen entsprechenden Eingang einer Systemüberwachungsschaltung (20) angeschlossen sind.
11. Schaltung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß ein Ausgang der Systemüberwachungsschaltung (20) an eine Speichervorrichtung (18) angeschlossen ist.
12. Schaltung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeich net, daß zumindest ein weiterer Ausgang der Systemüberwachungsschaltung (20) an eine Anzeigevorrichtung (14,
16) angeschlossen ist.
13. Schaltung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal des Fensterkomparators (22) und das Ausgangssignal des Schwellwertschalters (24) und ein das Nicht vorliegen systemspezifischer Fehler anzeigendes Signal jeweils an einen Eingang eines logischen UND-Gliedes (28) anlegbar sind, mit dessen Ausgang ein Eingang einer Signalauswerteschaltung (36) verbunden ist, die einen weiteren Eingang aufweist, der mit dem Ausgangssignal des Beschleunigungsfühlers (PE) oder mit dem Ausgangssignal des Beschleunigungsaufnehmers (BA) beaufschlagbar ist.
14. Verfahren zur dynamischen Überprüfung eines Beschleunigungsfühlers (PE) und/oder eines Beschleunigungswandlers (BA) mit folgenden Schritten:
- Erzeugung eines Testsignals;
- Anlegen des Testsignals an einen Eingang des Beschleunigungsfühlers (PE) oder -wandlers (BA);
- Analyse des Zeitverhaltens des Ausgangssignals des Beschle nigungsfühlers (PE) oder -wandlers (BA).
15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Testsignal ein Impuls einstellbarer Zeitdauer (T.) und/oder einstellbarer Amplitude (Ai) ist.
16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal daraufhin untersucht wird, ob es nach einer Zeitdauer (T1) eine vierte Signalschwelle (S3) überschritten hat.
17. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal daraufhin untersucht wird, ob es während einer zweiten Zeitdauer (T2) eine Signalschwelle (S3) unterschreitet.
18. Verfahren zur dynamischen Überprüfung eines Beschleunigungsfühlers (PE) und/oder eines Beschleunigungswandlers (BA), insbesondere nach einem der Ansprüche 14 bis 17, gekennzeichnet durch Überprüfung des Einschwingverhaltens nach Zuschaltung einer Spannungsversorgung.
19. Verfahren nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausgangssignal (BAout) daraufhin untersucht wird, ob es nach einer Zeitdauer (T3) eine Signalschwelle (S2) unterschreitet, aber oberhalb einer Signalschwelle (Sl) bleibt.
20. Verfahren nach einem der Ansprüche 14 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß beim Auftreten gefährlicher Fehler über vorzugsweise ein elektronisches Bauteil (28) eine schnelle Sperrung der weiteren Signalauswertung unter Umgehung der Software der CPU der Systemϋberwachungsschaltung (20) erfolgt.
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