WO1997015474A2 - Airbagsystem - Google Patents
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- WO1997015474A2 WO1997015474A2 PCT/DE1996/001966 DE9601966W WO9715474A2 WO 1997015474 A2 WO1997015474 A2 WO 1997015474A2 DE 9601966 W DE9601966 W DE 9601966W WO 9715474 A2 WO9715474 A2 WO 9715474A2
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- B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B60R21/00—Arrangements or fittings on vehicles for protecting or preventing injuries to occupants or pedestrians in case of accidents or other traffic risks
- B60R21/01—Electrical circuits for triggering passive safety arrangements, e.g. airbags, safety belt tighteners, in case of vehicle accidents or impending vehicle accidents
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- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
- G01P15/18—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration in two or more dimensions
Definitions
- the invention is based on an airbag system for protecting vehicle occupants according to the preamble of claim 1.
- an airbag system for vehicle occupants is described, for example, in the magazine 1141 Ingenieurs de 1 'Automobile (1982) No. 6, page 69 ff, in particular figure
- the invention is based on the fact that
- outsourced sensor modules which are preferably arranged in addition to at least one centrally arranged sensor in a peripheral area of the vehicle, in particular in the area of the A, B or C pillars or the doors.
- timely detection of a side impact is only possible with sufficient certainty by measuring the acceleration signal on the side of the vehicle (in the door, on the A, B or C pillar).
- a side impact in which not only the head, but also the thorax area of a vehicle occupant is to be protected, must be recognized as critical to injury in an extremely short time of only 3 to 5 milliseconds after the start of the impact and
- Precaution for example, a gas bag arranged in the side area of the vehicle can be triggered.
- No signal propagation times up to a sensor for example, arranged centrally in the middle of the vehicle, can be accepted here.
- the invention proposes a suitable solution which, with a high level of operational safety and reliability with regard to the timely detection of a crash signal, nevertheless enables inexpensive attachment of additional sensors in a vehicle.
- she proposes an airbag system with an acceleration-sensitive sensor, one of which Output signal of the acceleration-sensitive sensor includes controllable current source.
- FIG. 1 shows a vehicle, which is only indicated as an outline, with a control device arranged therein and a plurality of remote sensor modules,
- FIG. 2 shows a block diagram of an airbag system
- FIG. 3 shows a block diagram of a sensor module including the connecting lines to the control unit and parts of the control unit,
- FIG. 4 shows a functional diagram with a representation of the output signal of the sensor module
- FIG. 5 shows a circuit diagram of an interface arranged in the control unit for communication with a sensor module
- FIG. 6 shows a functional diagram with an output signal of the control device
- FIG. 7 shows a functional diagram with a further output signal of the control device
- FIG. 8 shows a functional diagram showing the voltage curve at the output of the interface of the control device
- FIG. 9 is a functional diagram showing the voltage curve on the input line of the sensor module.
- FIG. 10 shows a functional diagram showing the voltage curve at the port P1 of the microcomputer shown in FIG. 5,
- FIG. 11 shows a functional diagram showing the voltage curve at port P2 of the microcomputer shown in FIG. 5
- FIG. 12 shows a detail of the circuit diagram according to FIG. 5 with an alternative circuit
- FIG. 13 shows a block diagram of a sensor module
- Figure 14 is a functional diagram showing the current profile on the output line of the sensor module
- Figure 15 is a functional diagram showing the
- FIG. 16 is a functional diagram showing the voltage curve at port 1 of the microcomputer shown in FIG. 5,
- FIG. 17 shows a bit sequence as a function of time
- FIG. 18 shows a table with code words.
- FIG. 1 shows a vehicle 1, which is only indicated as an outline, with one arranged therein at a central point
- the sensor modules are connected to the centrally arranged control unit 5 via lines 1a, 2a, 3a, 4a.
- FIG. 2 again shows, in the form of a schematic block diagram, an exemplary embodiment of an airbag system designed according to the invention.
- This comprises a control unit 5 arranged centrally in the vehicle, which is in operative connection with restraining means 6 such as, for example, gas bag and / or belt tensioner or the like, and controls these.
- the airbag system comprises a plurality of peripherally arranged sensor modules 11, 12, 13, 14, which are connected to the centrally arranged control unit 5 via connecting lines 1a, 2a, 3a, 4a.
- Preferred installation locations for the sensor modules 11, 12, 13, 14 are front and side areas of the vehicle, in particular the doors and / or the A, B or C pillars of the vehicle 1.
- Each of the sensor modules 11, 12, 13, 14 is constructed essentially the same.
- the sensor module 11 comprises an acceleration-sensitive sensor 30, in particular a piezoelectric or micromechanical sensor, which has a higher upper limit frequency of up to 500 Hertz in comparison to conventional acceleration sensors with upper limit frequencies in the order of magnitude of approximately 250-350 Hertz.
- the output connections of the acceleration-sensitive sensor 30 are connected to the input connections of a filter means 31, which is preferably a bandpass filter, the transmission range of which is adapted to the output signals of the acceleration-sensitive sensor 30.
- the sensor module 11 is connected via a line 1a to a remotely located control unit 5, which is accommodated centrally in the vehicle 1.
- This line la is preferably a simple two-wire line which is twisted for the purpose of suppressing electromagnetic interference.
- no shielded lines are required for the forwarding of the output signals emitted by the sensor module 11, whereby a large reduction in costs can also be achieved, since the laying of unshielded lines only results in comparatively low installation costs.
- the ground line is connected to a central ground point, the data line occupies a pin on a connector.
- the outsourced sensor modules work independently and are not supplied by the central control unit. Appropriately with a level of 12 volts and
- Ground worked at 30 mA driver power This corresponds to the current standardized interface of the diagnostic line.
- the lines are checked by the central control unit for interruption and short circuit or leak against ground and plus. It is thus possible for the central control unit to request data in a predefined time grid that can be evaluated for a side airbag deployment. If an error is detected and qualified in the control unit during a cyclical self-test, the control unit sends a "global" error signal (ie sensor-internal errors are not identified in detail, the defective sensor module must be replaced). No binary fire / no fire decision is made to additionally secure the transmission. Rather, up to eight
- the final triggering can e.g. B. in an impact and with a suitable vehicle structure by a lateral, central cross sensor. If the eight states are coded in six bits, double errors can be recognized and single errors can be corrected. A reduction in the information to be transmitted (e.g. no signal; start of impact (t 0 ); fire, * sensor defective) would always be possible on customer request; the telegram length can then possibly also be reduced.
- the transmission takes place approximately every 500us for the sensor modules at the same time.
- the sensor side is coded by the cable space.
- Baud rate typically 60 kbaud, corresponds to a bit width of 17 us
- the central control unit checks the integrity of the system (correct sensor type installed, inadvertent sensor replacement during repair?).
- Telegram length 8 data bits, start and stop bit.
- a current source 35 which can be controlled by an output signal of the filter means 31, is also connected in the sensor module 11 between the line connections 1 a. Furthermore, diodes 32, 33 are arranged in each branch of the line. A supporting capacitor C is also connected to the cathode or anode connection of the diodes 32, 33.
- the operational amplifier identified by reference number 39 will be discussed later.
- Sensor module 11 and the remote control unit 5 serve, in dual function, both for the power supply of the sensor module 11, which draws its energy from the control unit 5, and for the information or signal transmission between the sensor module 11 and the control unit 5.
- the acceleration-sensitive sensor 30 detects the vehicle acceleration and generates an output signal corresponding to this vehicle acceleration.
- the output signal passes through the filter means 31 and then controls the controllable current source 35 in such a way that this modulation corresponds to the vehicle acceleration is imprinted.
- This information is then transmitted in the form of current fluctuations (see FIG. 4) on line 1a.
- the frequency and amplitude of the detected acceleration values are thus forwarded to the control unit 5 as analog push-pull signals.
- the control device 5 In order to evaluate these current signals, the control device 5 must accordingly have a corresponding "current input".
- Such a current input can be implemented in a particularly simple manner in that one in each line branch of line la in the input area of control unit 5
- Resistor R37, R38 is arranged, across which a voltage drop then arises due to a passage of current. This voltage drop is processed by amplifiers 36, 37. Since the information contained in the acceleration signal is passed on in the form of changes in the current flow, there is a high level of interference immunity since such low-resistance signals are less susceptible to interference. The interference immunity is further increased by the fact that the useful information is detected in the form of a push-pull signal, while interference signals are generally always as
- the detection of the current fluctuations in the control device 5 can also be carried out with the aid of magnetoresistive sensors which are exposed to the current fluctuations on the lines of the line 1a.
- a test of the sensor modules 11, 12, 13, 14 arranged remotely from the control device 5 can also be carried out in that a test signal pattern generator 38 is provided in the control device 5, for example in the form of a coded one
- FIG. 5 first shows a circuit diagram of an interface arranged in the control unit 5 for communication with a sensor module 11, 12, 13, 14. The description is limited to the connection and communication between the control unit 5 and the remote sensor module 11. The further sensor modules 12, 13, 14 are shown in FIG. 5 only as a block. The connection and the communication between these sensor modules and the control device 5 takes place accordingly.
- the control unit 5 is connected to the connection U + with the positive pole of the vehicle battery.
- a variable resistor RV is connected between this connection U + and ground. From the connection U +, a diode D1 polarized in the direction of flow leads to the positive connection of the capacitor Cl, the negative connection of which is connected to ground.
- the output terminal of a voltage converter 51 is connected via a switching element 52 to the connection point of the diode Dl and the capacitor C1.
- the input port of the Voltage converter 51 is connected to the output terminal of an energy reserve 50, the input terminal of which is also connected to the U + terminal.
- three further modules 5/1, 5/2, 5/3 follow, the structure of which is explained below.
- connection point between the diode Dl and the capacitor Cl is connected to the first terminal of the resistor Rl of the assembly 5/1.
- the first connection of the resistor R1 is also connected to the first pole of the switching path of a first switching element 53, the second pole of which is connected to ground via the resistor R4.
- the control terminal of the switching element 53 is connected to the second terminal of the resistor R1 via the resistor R2.
- the first connection of a further resistor R3 is connected to the ground connection of the resistor R4.
- the assembly 5/2 comprises two switching elements 54 and 55.
- the connection point of the resistors R1 and R2 is connected to a pole of the switching path of the switching element 55 and to a connection of a resistor R5.
- the second pole of the switching path of the switching element 55 is with the
- the control terminal of the switching element 55 is connected via a resistor R5 to the connection point of the resistors R1 and R2. Furthermore, the control connection of the switching element 55 is connected via a resistor R6 to a pole of the switching path of the switching element 54, the second pole of which is connected to ground.
- the control connection of the switching element 54 is connected on the one hand to the ground connection via a resistor R8 and on the other hand to a connection of a resistor R7.
- the first pole of the switching path of the switching element 56 of the assembly 5/3 is connected to the output All via a resistor R9.
- the second pole of the switching path of the switching element 56 is connected to the ground connection.
- the control connection of the switching element 56 is via a
- the control unit 5 further comprises a microcomputer 57 having a plurality of ports.
- the port P1 is connected to the second connection of the resistor R3 of the assembly 5/1.
- Port P2 is connected to the second connection of resistor R7 of module 5/2.
- Port P3 is connected to the second connection of resistor RIO of module 5/3.
- the port P4 is connected to the control connection of the switching element 52.
- the outputs A12, A13 and A14 of the control device 5 are connected to the remote sensor modules 12, 13, 14.
- semiconductor switching elements in the form of transistors are preferably used for the switching elements 53, 54, 55, 56.
- the microcomputer 57 is a commercially available microcomputer, for example a type 68HC11 microcomputer from Motorola or a comparable type. The functioning of the interface shown in FIG. 5 will be described later in its interaction with the remote sensor module 11. First, the basic structure of a sensor module 11, 12, 13, 14 is explained below with reference to the block diagram shown in FIG. Only one sensor module 11 is described below. The other sensor modules 12, 13, 14 are constructed analogously.
- the microcomputer 57 is a commercially available microcomputer, for example a type 68HC11 microcomputer from Motorola or a comparable type.
- Sensor module 11 has input connections E10 and Eil. These input connections are connected via a twisted two-wire line to the corresponding output connections A10 and All of the control device 5 (cf. FIG. 5).
- the input terminal Eil is connected to the first pole of the switching path of a first switching element 60.
- the second pole of the switching path of the switching element 60 is connected via a resistor R12 to the input terminal E10, which at the same time represents the ground connection.
- the input terminal Eil is still connected to the non-inverting input terminal of a comparator 61 connected, the inverting input terminal of which is connected to one pole of a reference voltage source 63, the second pole of which is connected to ground.
- the input terminal Eil is also connected to the input terminal of a stabilizer 62, the output terminal of which is connected to the positive pole of a capacitor C2, the negative pole of which is connected to the ground terminal.
- a microcomputer 64 and a sensor 30 are also connected to the output connection of the stabilizer 62 and are likewise connected to ground with corresponding ground connections.
- Microcomputer 64 has several ports P10, P20. Port P10 is connected to the control connection of switching element 60, while port P20 is connected to the output connection of comparator 61.
- a microcomputer of the type 68HC05 or 68HC06 from Motorola or a comparable type is expediently used as the microcomputer.
- the interface of the control device 5 shown in FIG. 5 is supplied with energy on the one hand, that is to say during normal operation of the vehicle, via the connection U + connected to the positive pole of the vehicle battery.
- the interface of the control unit 5 and the connection to the remotely located sensor modules 11, 12, 13, 14 can still be maintained for a sufficiently long period even if the vehicle battery is torn down as a result of an accident.
- an energy reserve 50 is provided, preferably in the form of a large-capacity capacitor which may interact with a voltage converter and is charged to a comparatively high voltage which is a multiple of the target voltage of the vehicle battery.
- the energy reserve 50 can be limited to one Voltage between about 40 and 50 volts can be charged.
- the energy reserve 50 is also constantly connected to the connection U +.
- a second voltage converter 51 converts this high voltage of the energy reserve 50 into a lower voltage provided for operating the interface. This lower voltage is applied by the switching element 52 to the connection point of the diode Dl and the capacitor Cl.
- the switching element 52 is controlled by the microcomputer 57 via the port P4.
- the assembly 5/1 of the interface of the control device 5 shown in FIG. 5 enables a digital measurement of the current flow in the line A10, All, E10, Eil leading to the remote sensor module 11. The current measurement is traced back to a measurement of the voltage drop on that arranged in the cable run
- FIG. 12 shows, in a further exemplary embodiment of the invention, the voltage drop across the resistor R1 is also detected by means of a comparator 65, the input connections of which are each connected to the connections of the resistor R1 and the output connection of which is connected to the port P1 of the microcomputer 57.
- the assembly 5/2 of the interface according to FIG. 5 can be used to switch the energy supply to the remotely located sensor modules 11, 12, 13, 14 and, for example, also to reset them in a defined manner by removing the supply voltage.
- the voltage supply can be switched off by means of the module 5/2 in order to conserve the energy reserve and the operation of the others, which may still be functional Ensure sensor modules. This is particularly important if the vehicle battery has already been torn off and both the interface shown in FIG. 5 and the sensor modules can only be supplied from the energy reserve 50.
- Module 5/2 is controlled via port P2 of microcomputer 57. Using module 5/3 of the interface shown in FIG.
- the voltage on connecting line A10, All, E10 can be controlled via port P3 of microcomputer 57 , Express between the control unit 5 and a remote sensor module, in particular the sensor module 11 changed and in this way sent to the sensor module 11.
- the communication from the control unit 5 to the sensor modules 11, 12, 13, 14 is thus based on voltage levels that
- the interface consists of the main components transmitter, receiver and constant voltage regulator.
- the module 13/1 functions as a transmitter, which essentially represents a switchable current sink. Via this switchable current sink, a defined second current level can be set in addition to the supply current of the sensor module 11, and thus binary coding in current levels can be implemented.
- This current level is set by means of control by the microcomputer 64 via the port P10, which is connected to the control connection of the switching element 60.
- the assembly 13/2 in the sensor module 11, on the other hand, functions as a "receiver" for the voltage level transmitted from the control unit 5 to the sensor module 11.
- the voltage levels will be detected by means of the comparator 61 and fed via the port P20 to the microcomputer 64, which evaluates these voltage levels.
- the microcomputer 64 To generate the constant supply voltage required for the microcomputer 64 and the sensor 30, of the order of typically about 5 volts, is in the
- a voltage stabilizer 62 is provided. Since the input voltage present at the input, i.e. on the line connections E10 and Eil of the sensor module 11, fluctuates constantly and quickly due to the communication between the control unit 5 and the sensor module 11, the stabilizer 62 must correct these voltage changes, which act as interference voltage, well and quickly from the point of view of the voltage supply . This ensures that a sufficiently stabilized supply voltage is available for the voltage supply to the microcomputer 64 and the sensor 30.
- the communication between the control device 5 and the remotely arranged sensor modules 11, 12, 13, 14 will be explained by way of example using some function diagrams.
- the communication between the control device 5 and the sensor module 11 can preferably be brought about by lowering the voltage value on the connecting line between the control device 5 and the sensor module 11 from an initially higher value U2 to a lower value U1.
- the voltage drop occurs at a time T1, approx.
- Control signal of the control unit 5 is present or not.
- the control signal 5 could send a control signal consisting of several voltage fluctuations, which contains, in coded form, information for the sensor module 11.
- the width of a pulse of the pulse train consisting of several pulses is between 10 and 20 microseconds, preferably 15 microseconds.
- FIGS. 8 and 9 which each represent the voltage curve at the output of the interface of the control device 5 or the voltage curve at the input connection of the sensor module 11, it is clear that voltage values between approximately 7 volts and 16 volts are preferred as the original voltage values U2 for the transmission to the sensor module can be considered.
- the assembly 5/1 of the control device 5 serves to measure current values which are attributed to a measurement of the voltage drop across the resistor R1.
- the measured voltage drops are evaluated by the microcomputer 57 via the port P1.
- it can also be ascertained whether an impermissibly high current is flowing and if there is a short circuit.
- the function diagram in FIG. 10 is the voltage drop detected at the resistor Rl and determined how long a certain voltage value is present.
- there is a low voltage drop UL between t 0 and the time T3
- Short circuit case characterizing high voltage value UH which is present until time T5.
- a query is made as to whether the voltage value UH is still present until time T4. If this is the case, a short circuit situation is recognized. This is useful for the
- Short-circuit detection provided time interval T3 to T4 to 5 to 20 milliseconds, preferably 10 milliseconds.
- the line leading to the sensor module 11 is made potential-free in the short circuit, as will be explained on the basis of the function diagram in FIG.
- the port P2 is controlled by the microcomputer 57 in such a way that it assumes the "LOW" level at the time T4.
- the switching element 55 blocks, with the result that the line All to the sensor module 11 becomes floating.
- This control state is maintained until time T6.
- microcomputer 57 tentatively switches port P2 to the "HIGH" state, which has the result that switching element 55 is switched on again. If the faulty state, which is expressed in a short circuit, continues, the switching element 55 can be blocked again immediately.
- the time interval T4, T6 is expediently between 50 and 300, in particular 100 milliseconds.
- the microcomputer 64 in the sensor module 11 controls the control connection of the switching element 60 via the port P10 (FIG. 15) such that the supply current 10 (FIG 14) an additional current DI is impressed in such a way that a total current II results as a result of control via port P10.
- This current II generates a voltage drop (FIG. 16) across the resistor Rl in the control unit 5 (FIG. 5), which voltage drop is fed to the microcomputer 57 via the port P1 and is evaluated by the latter.
- the sensor modules react to a control pulse from the control unit and in turn respond synchronously and quasi-simultaneously by means of a Hamming code (FIG. 17) which is in the
- Control unit 5 can be scanned and evaluated. If 8 pieces of information are encoded in a 6-bit Hamming code, one-bit errors can be corrected or two-bit errors can be recognized. Particularly suitable code words are shown in FIG. 18. Due to the possibility of transmitting up to 8 pieces of information, the course of the crash can be logged by the control unit 5 and checked for plausibility.
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Abstract
Bei einem Airbagsystem zum Schutz von Fahrzeuginsassen ist eine Mehrzahl von Sensormodulen (11) vorgesehen, die über Leitungen (1a) mit einem entfernt angeordneten Steuergerät (5) verbunden sind. Das Steuergerät (5) steuert ein Rückhaltemittel für Fahrzeuginsassen, wie insbesondere einen Gassack an. Jeder Sensormodul (11) umfaßt eine von dem Ausgangssignal eines beschleunigungsempfindlichen Sensors (30) steuerbare Stromquelle (35). Die Ausgangssignale der Sensormodule (11) werden in Gestalt analoger Gegentaktsignale oder in Form einer Impulsfolge zu dem Steuergerät (5) übertragen.
Description
Airbagsystem
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Airbagsystem zum Schutz von Fahrzeuginsassen nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1. Ein derartiges Airbagsystem für Fahrzeuginsassen ist beispielsweise aus der Zeitschrift 1141 Ingenieurs de 1 'Automobile (1982) No. 6, Seite 69 ff, insbesondere Figur
19 auf Seite 74, bekannt. Weiter ist aus US-Al-5, 357, 141 der Anmelderin eine elektronische Einrichtung zum Schutz von Fahrzeuginsassen mit einer Vielzahl von Sensoranordnungen bekannt, die örtlich verteilt an einem Fahrzeug angeordnet sind. Das dort benutzte Bussystem benötigt ein komplexes Protokoll. Schließlich ist aus DE-GM 90 12 215.1 eine Anordnung von einem Zündsteuergerät und von Crashsensoren in einem Fahrzeug bekannt, bei der die mechanische Auslösekontakte enthaltenden Crashsensoren über eine zweiadrige, verdrillte Verbindungsleitung mit einem zentral angeordneten Zündsteuergerät verbunden sind.
Vorteile der Erfindung
Die Erfindung geht von der Tatsache aus, daß
Unfallereignisse, die mit einem seitlichen Aufprall auf das Fahrzeug verbunden sind, für die Fahrzeuginsassen eine besonders große Gefährdung darstellen, denn einerseits bieten die Türbereiche schon von ihrer Konstruktion her und wegen fehlender Knautschzone einen geringeren Schutz als die in der Regel länger bauenden Front- und Heckbereiche eines Fahrzeugs. Andererseits steht aufgrund der geringeren
Eindringwege nur eine wesentlich kürzere Vorwarnzeit für die Auslösung von Sicherungsmitteln für die Fahrzeuginsassen, wie beispielsweise Gassack und/oder Gurtstraffer oder dergleichen zu Verfügung. Diese Vorwarnzeit ist so gering, daß in der Regel zentral angeordnete Sensoren nicht mehr hinreichend schnell auf das Unfallereignis reagieren können. Eine Abhilfe stellen daher ausgelagerte Sensormodule dar, die vorzugsweise zusätzlich zu mindestens einem zentral angeordneten Sensor in einem Peripheriebereich des Fahrzeugs, insbesondere im Bereich der A- , B- oder C-Säulen oder der Türen angeordnet sind. Die rechtzeitige Sensierung eines Seitenaufpralls ist bei den heute üblichen Fahrzeugstrukturen nämlich nur durch Messung des Beschleunigungssignals an der seitlichen Fahrzeugperipherie (in der Tür, an der A-, B- oder C-Säule) mit hinreichender Sicherheit möglich. Ein Seitenaufprall, bei dem nicht nur der Kopf, sondern auch der Thoraxbereich eines Fahrzeuginsassen geschützt werden soll, muß bereits in einer extrem kurzen Zeit von nur 3 bis 5 Millisekunden nach Aufprallbeginn als verletzungskritisch erkannt und zur
Vorsorge beispielsweise ein im Seitenbereich des Fahrzeugs angeordneter Gassack ausgelöst werden. Es können hier keine Signallaufzeiten bis zu einem beispielsweise in Fahrzeugmitte zentral angeordneten Sensor in Kauf genommen werden. Man kann die Beschleunigung nur im Außenbereich des Fahrzeugs messen, um dann entsprechend schnell reagieren zu können. Da die im Außenbereich des Fahrzeugs angeordneten Sensoren einen weiteren Kostenfaktor darstellen, ist man bestrebt, die Kosten für diese zusätzlichen Sensoren möglichst gering zu gestalten. Die Erfindung schlägt dafür eine geeignete Lösung vor, die bei hoher Betriebssicherheit und Zuverlässigkeit bezüglich der rechtzeitigen Erkennung eines Crashsignals dennoch eine kostengünstige Anbringung zusätzlicher Sensoren in ein Fahrzeug ermöglicht. Sie schlägt dazu ein Airbagsystem mit einem beschleunigungsempfindlichen Sensor vor, das eine von dem
Ausgangssignal des beschleunigungsempfindlichen Sensors steuerbare Stromquelle umfaßt. Auf diese Weise ist es möglich, ein mit der Beschleunigungsinformation moduliertes Ausgangssignal am Ausgang jedes Sensormodules zur Verfügung zu stellen, das mit einem vergleichsweise geringen Aufwand an Übertragungsleitungen zu einem zentralen Steuergerät weitergeleitet werden kann. Dieses ist in der Lage, Ausgangssignale einer Mehrzahl von Sensoren zeitgleich zu empfangen und auszuwerten. Für die Weiterleitung des Ausgangssignals von dem Sensormodul zu dem zentral angeordneten Steuergerät hat sich eine verdrillte Zweidrahtleitung als brauchbar erwiesen, die kostengünstig in dem Fahrzeug installiert werden kann. Vorzugsweise erfolgt die Signalübertragung zwischen Sensormodul und Steuergerät mittels eines analogen Gegentaktsignales, da dies besonders stδrunempfindlich ist. Schließlich ermöglichen die vorgeschlagenen Schnittstellen auch eine bidirektionale Signalübertragung. Also sowohl eine Signalübertragung von dem Sensormodul zu dem Steuergerät wie auch umgekehrt. Dies ermöglicht eine von den
Fahrzeugherstellern häufig gewünschte Konfiguration des Sensormodules am Bandende bei Fertigstellung des Fahrzeugs, bei dessen erster Inbetriebnahme oder auch nach einer unfallbedingten Reparatur vermittels Ansteuerung des Sensormodules über das Steuergerät. Vorteilhafte
Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.
Weitere Vorteile der Erfindung sind:
- Übertragung von Crashzustaden zwischen mehreren peripheren Sensoren und einer zentralen Auslöse- und Diagnoseinheit;
- Synchronisation mehrere Sensoren durch einen Synchronisationsimpuls;
- Geringer Softwareaufwand durch Abtastung der dann zeitgleichen Antworten;
- Störsicher durch Codierung in Spannungs-/Strompegel statt in Flanken,*
- Robust durch Mehrfachabtastung mit Mehrheitsentscheid;
- Störsicher und robust durch Verwendung eines redundanten Hamming-Code mit Möglichkeit der Fehlerkorrektur (Erhöhung der Verfügungbarkeit) ,*
- Plausibilitätsprüfung des Crashverlaufs, Möglichkeit eines Crahsrecorders auch für den Seitenaufprall.
Zeichnung
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert.
Dabei zeigt Figur 1 ein lediglich als Umriß angedeutetes Fahrzeug mit einem darin angeordneten Steuergerät und mehreren abgesetzten Sensormodulen,
Figur 2 ein Blockschaltbild eines Airbagsystems,
Figur 3 ein Blockschaltbild eines Sensormodules einschließlich der Verbindungsleitungen zu dem Steuergerät, sowie Teile des Steuergerätes,
Figur 4 ein Funktionsdiagramm mit einer Darstellung des Ausgangssignals des Sensormodules,
Figur 5 einen Stromlaufplan einer in dem Steuergerät angeordneten Schnittstelle für die Kommunikation mit einem Sensormodul,
Figur 6 ein Funktionsdiagramm mit einem Ausgangssignal des Steuergerätes,
Figur 7 ein Funktionsdiagramm mit einem weiteren Ausgangssignal des Steuergerätes,
Figur 8 ein Funktionsdiagramm mit Darstellung des Spannungsverlaufes am Ausgang der Schnittstelle des Steuergerätes,
Figur 9 ein Funktionsdiagramm mit Darstellung des Spannungsverlaufes auf der Eingangsleitung des Sensormodules,
Figur 10 ein Funktionsdiagramm mit Darstellung des Spannungsverlaufes an dem Port Pl des in Figur 5 dargestellten Mikrorechners,
Figur 11 ein Funktionsdiagramm mit Darstellung des Spannungsverlaufes an dem Port P2 des in Figur 5 dargestellten Mikrorechners, Figur 12 ein Detail des Stromlaufplans gemäß Figur 5 mit einer alternativen Beschaltung,
Figur 13 ein Blockschaltbild eines Sensormodules,
Figur 14 ein Funktionsdiagramm mit Darstellung des Stromverlaufes auf der Ausgangsleitung des Sensormodules, Figur 15 ein Funktionsdiagramm mit Darstellung des
Spannungsverlaufes an Port 10 des in Figur 13 dargestellten Mikrorechners,
Figur 16 ein Funktionsdiagramm mit Darstellung des Spannungsverlaufes an Port 1 des in Figur 5 dargestellten Mikrorechners,
Figur 17 eine Bitfolge als Funktion der Zeit, Figur 18 eine Tabelle mit Codeworten .
Beschreibung der Erfindung
Figur 1 zeigt ein lediglich als Umriß angedeutetes Fahrzeug 1 mit einem an zentraler Stelle darin angeordneten
Steuergerät 5 und mehreren abgesetzten Sensormodulen 11, 12, 13, 14, die bevorzugt an der seitlichen Fahrzeugperipherie, vorzugsweise an den A- , B- oder C-Säulen und/oder in den Türen des Fahrzeugs 1 angeordnet sind. Durch die Anordnung der Sensormodule an den erwähnten Stellen ist eine frühzeitige Erkennung eines AufprallVorgangs möglich. Die Sensormodule sind über Leitungen la, 2a, 3a, 4a mit dem zentral angeordneten Steuergerät 5 verbunden.
Figur 2 zeigt nochmals, in Gestalt eines schematischen Blockschaltbilds, ein Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäß ausgestalteten Airbagsystems. Dieses umfaßt ein zentral in dem Fahrzeug angeordnetes Steuergerät 5, das in Wirkverbindung mit Rückhaltemitteln 6 wie beispielsweise Gassack und/oder Gurtstraffer oder dergleichen, steht und diese ansteuert . Weiterhin umfaßt das Airbagsystem eine Mehrzahl von peripher angeordneten Sensormodulen 11, 12, 13, 14, die über Verbindungsleitungen la, 2a, 3a, 4a mit dem zentral angeordneten Steuergerät 5 verbunden sind. Bevorzugte Einbauorte für die Sensormodule 11, 12, 13, 14 sind Front- und Seitenbereiche des Fahrzeugs, insbesondere die Türen und/oder die A- , B- oder C-Säulen des Fahrzeugs 1. Jedes der Sensormodule 11, 12, 13, 14 ist im wesentlichen gleichartig aufgebaut. Die folgende Beschreibung bezieht sich daher auf die detaillierte Darstellung in Figur 3, in
der ein Sensormodul 11 , sowie Teile des Steuergerätes 5, genauer beschrieben sind. Das Sensormodul 11 umfaßt einen beschleunigungsempfindlichen Sensor 30, insbesondere einen piezoelektrischen oder mikromechanischen Sensor, der im Vergleich zu üblichen Beschleunigungssenoren mit oberen Grenzfrequenzen in der Größenordnung von etwa 250 - 350 Hertz eine höhere obere Grenzfrequenz bis 500 Hertz aufweist.
Die Ausgangsanschlüsse des beschleunigungsempfindlichen Sensors 30 sind mit den Eingangsanschlüssen eines Filtermittels 31 verbunden, bei dem es sich vorzugsweise um einen Bandpaßfilter handelt, dessen Übertragungsbereich an die AusgangsSignale des beschleunigungsempfindlichen Sensors 30 angepaßt ist. Das Sensormodul 11 ist über eine Leitung la mit einem entfernt angeordneten, zentral in dem Fahrzeug 1 untergebrachten Steuergerät 5 verbunden. Bei dieser Leitung la handelt es sich vorzugsweise um eine einfache Zweidrahtleitung, die zwecks Unterdrückung elektromagnetischer Störeinflüsse verdrillt ist. Für die Weiterleitung der von dem Sensormodul 11 abgegebenen Ausgangssignale sind jedoch keine abgeschirmten Leitungen erforderlich, wodurch auch eine große Kostenreduzierung erreichbar ist, da bei der Verlegung nicht geschirmter Leitungen nur vergleichsweise geringe Montagekosten entstehen. Die Masseleitung ist dabei an einem zentralen Massepunkt angebunden, die Datenleitung belegt einen Pin an einem Stecker. Die ausgelagerten Sensormodule arbeiten autark und werden nicht aus dem zentralen Steuergerät versorgt. Zweckmäßig wird mit einem Pegel von 12 Volt und
Masse bei 30 mA Treiberleistung gearbeitet. Dies entspricht der derzeitigen standardisierten Schnittstelle der Diagnoseleitung. Die Leitungen werden von dem zentralen Steuergerät auf Unterbrechung und Kurzschluß bzw. Leck gegen Masse und Plus geprüft.
Für das zentrale Steuergerät ist es damit möglich, in einem vorgegebenen Zeitraster Daten anzufordern, die für eine Seitenairbag-Auslösung ausgewertet werden können. Wird im Steuergerät während eines zyklisch durchgeführten Selbsttests ein Fehler erkannt und qualifiziert, sendet das Steuergerät ein "globales" Fehlersignal (d. h. sensorinterne Fehler werden nicht näher identifiziert, das defekte Sensormodul muß ausgetauscht werden) . Zur zusätzlichen Absicherung der Übertragung wird keine binäre Fire/No Fire Entscheidung getroffen. Vielmehr werden bis zu acht, den
Crashverlauf beschreibende Zustände übertragen. Dadurch ist der Weg zur Auslöseentscheidung für das zentrale Steuergerät transparent. Die endgültige Auslösung kann, z. B. bei einem Aufprall und bei geeigneter Fahrzeugstruktur durch einen lateralen, zentralen Quersensor abgesichert werden. Codiert man die acht Zustände in sechs Bit, so können Doppelfehler erkannt und Einfachfehler korrigiert werden. Eine Reduktion der zu übertragenden Information (z. B. kein Signal; Aufprallbeginn (t0) ; Fire,* Sensor defekt) wäre auf Kundenwunsch immer möglich; evtl. kann die Telegrammlänge dann auch reduziert werden. Die Übertragung erfolgt nach Synchronisation durch das zentrale Steuergerät etwa alle 500us für die Sensormodule zeitgleich. Die Sensorseite ist dabei durch den Kabelraum codiert.
Übertragung: von Steuergerät synchronisiert, typ. alle
500us
Baudrate: typ. 60 kBaud, entspricht Bitbreite von 17 us
Telegrammlänge: 6 Bit
Bei der Übertragungsbaudrate muß ein Kompromiß zwischen der Zeitdauer der Übertragung (Totzeit im Algorithmus, Rechenzeit in Sensormodul und Steuergerät) und der EMV (elektronischen Verträglichkeit) getroffen werden.
In einem zweiten, wesentlich langsameren Kommunikationsmode ist es möglich, die Identifikation der ausgelagerten Sensormodule auszulesen sowie die Sensormodule zu einem Pre- Drive-Test aufzufordern. In diesem Mode ist die Auslδsebereitschaft der Seitenairbags noch nicht gewährleistet. Anhand der Identifikation, z. B. Typ-Nummer, prüft das zentrale Steuergerät die Integrität des Systems (richtiger Sensortyp eingebaut, versehentlicher Sensoraustausch bei Reparatur?) .
Das Ergebnis des angeforderten Pre-Drive-Tests wird vom Sensor zurückgemeldet.
Übertragung: asynchron Baudrate: typ. 300 Baud
Telegrammlänge: 8 Datenbit, Start- und Stopbit.
In dem Sensormodul 11 ist zwischen die Leitungsanschlüsse la weiterhin eine Stromquelle 35 geschaltet, die von einem Ausgangssignal der Filtermittel 31 steuerbar ist. Weiterhin sind in jedem Zweig der Leitung la Dioden 32, 33 angeordnet. Mit dem Kathoden- bzw. Anodenanschluß der Dioden 32, 33 ist weiterhin ein Stützkondensator C verbunden. Auf den mit Bezugsziffer 39 gekennzeichneten Operationsverstärker wird später noch eingegangen. Die Leitungen la zwischen dem
Sensormodul 11 und dem entfernt angeordneten Steuergerät 5 dienen, in Doppelfunktion sowohl für die Stromversorgung des Sensormoduls 11, das seine Energie aus dem Steuergerät 5 bezieht, als auch der Informations- bzw. Signalübertragung zwischen dem Sensormodul 11 und dem Steuergerät 5. Wie bereits erwähnt, erfaßt der beschleunigungsempfindliche Sensor 30 die Fahrzeugbeschleunigung und erzeugt ein dieser Fahrzeugbeschleunigung entsprechendes Ausgangssignal. Das Ausgangssignal durchläuft die Filtermittel 31 und steuert sodann die steuerbare Stromquelle 35 derart an, daß dieser eine der Fahrzeugbeschleunigung entsprechende Modulation
aufgeprägt wird. Diese Information wird sodann in Gestalt von Stromschwankungen (siehe Figur 4) auf der Leitung la übertragen. Frequenz und Amplitude der erfaßten Beschleunigungswerte werden somit als analoge Gegentaktsignale an das Steuergerät 5 weitergeleitet. Um diese Stromsignale auszuwerten, muß demzufolge das Steuergerät 5 einen entsprechenden "Stromeingang" haben. Auf besonders einfache Weise kann ein solcher Stromeingang dadurch realisiert werden, daß in jedem Leitungszweig der Leitung la im Eingangsbereich des Steuergeräts 5 ein
Widerstand R37, R38 angeordnet wird, an dem dann infolge eines Stromdurchgangs ein Spannungsabfall entsteht. Dieser Spannungsabfall wird von Verstärkern 36, 37 weiter verarbeitet. Da die in dem Beschleunigungssignal enthaltene Information in Gestalt von Stromflußänderungen weitergegeben wird, ergibt sich eine hohe Stδrsicherheit, da derartige niederohmige Signale weniger störbar sind. Die Störsicherheit wird weiter dadurch vergrößert, daß die Nutzinformation in Gestalt eines Gegentaktsignals erfaßt wird, während Stδrsignale in der Regel stets als
Gleichtaktsignale eingekopppelt werden. Weiterhin ergibt sich eine erhöhte Redundanz in der Auswertung der Nutzsignale, da die Gegentaktsignale auf beiden Leitungszweigen der Leitung la zur Verfügung stehen. Ändert sich nur das Signal auf einem Zweig der Leitung la, so kann dies als Fehlerzustand in dem Sensormodul 11 interpretiert und die weitere Bewertung des Signals unterbunden werden. Dadurch ergibt sich eine erhöhte Sicherheit gegen eine Fehlauslösung der Rückhaltemittel 6 infolge eingekoppelter Störsignale oder eines Defekts des Sensormoduls 11.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann die Erfassung der Stromschwankungen in dem Steuergerät 5 auch mit Hilfe von magnetoresistiven Sensoren durchgeführt werden, die den Stromschwankungen auf den Leitungszügen der Leitung la ausgesetzt sind.
In vorteilhafter weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann auch ein Test der ortsfern von dem Steuergerät 5 angeordneten Sensormodule 11, 12, 13, 14 dadurch durchgeführt werden, daß in dem Steuergerät 5 ein Testsignal-Mustergenerator 38 vorgesehen ist, der beispielsweise in Gestalt eines kodierten
Spannungseinbruchs, eine Aufforderung zur Durchführung eines Funktionstests an das Sensormodul ll überträgt. Dieses Aufforderungssignal wird von dem Operationsverstärker 39 erfaßt und als solches identifiziert. Daraufhin wird ein Funktionstest des Sensormoduls 11, 12, 13, 14 durchgeführt, der sich dann, infolge Ansteuerung der Stromquelle 35, als Stromschwankung auf der Leitung la äußert und von dieser zu dem Steuergerät 5 übertragen wird.
Im folgenden wird ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Figur 5 zeigt dazu zunächst einen Stromlaufplan einer in dem Steuergerät 5 angeordneten Schnittstelle für die Kommunikation mit einem Sensormodul ll, 12, 13, 14. Die Beschreibung beschränkt sich dabei auf die Verbindung und die Kommunikation zwischen dem Steuergerät 5 und dem entfernt angeordneten Sensormodul 11. Die weiteren Sensormodule 12,13, 14 sind in Figur 5 lediglich als Block dargestellt. Die Verbindung und die Kommunikation zwischen diesen Sensormodulen und dem Steuergerät 5 erfolgt entsprechend. Das Steuergerät 5 ist mit dem Anschluß U+ mit dem positiven Pol der Fahrzeugbatterie verbunden. Zwischen diesem Anschluß U+ und Masse ist ein veränderbarer Widerstand RV geschaltet. Von dem Anschluß U+ führt eine in Flußrichtung gepolte Diode Dl zu dem positiven Anschluß des Kondensators Cl dessen negativer Anschluß mit Masse verbunden ist. Der Ausgangsanschluß eines Spannungswandlers 51 ist über ein Schaltelement 52 mit dem Verbindungspunkt der Diode Dl und des Kondensators Cl verbunden. Der Eingangsanschluß des
Spannungswandlers 51 ist mit dem Ausgangsanschluß einer Energiereserve 50 verbunden, deren Eingangsanschluß ebenfalls mit dem Anschluß U+ verbunden ist. Im Stromlaufplan folgen drei weitere Baugruppen 5/1, 5/2, 5/3, deren Aufbau im folgenden erläutert wird. Der
Verbindungspunkt zwischen der Diode Dl und dem Kondensator Cl ist mit dem ersten Anschluß des Widerstands Rl der Baugruppe 5/1 verbunden. Der erste Anschluß des Widerstands Rl ist weiterhin mit dem ersten Pol der Schaltstrecke eines ersten Schaltelements 53 verbunden, dessen zweiter Pol über den Widerstand R4 an Masse liegt. Der Steueranschluß des Schaltelements 53 ist über den Widerstand R2 mit dem zweiten Anschluß des Widerstands Rl verbunden. Der erste Anschluß eines weiteren Widerstandes R3 ist mit dem massefernen Anschluß des Widerstands R4 verbunden. Die Baugruppe 5/2 umfaßt zwei Schaltelemente 54 und 55. Der Verbindungspunkt der Widerstände Rl und R2 ist mit einem Pol der Schaltstrecke des Schaltelements 55 und mit einem Anschluß eines Widerstands R5 verbunden. Der zweite Pol der Schaltstrecke des Schaltelements 55 ist mit dem
Ausgangsanschluß All verbunden, der zu dem Sensormodul 11 (Figur 13) führt. Der Steueranschluß des Schaltelements 55 ist über einen Widerstand R5 mit dem Verbindungspunkt der Widerstände Rl und R2 verbunden. Weiterhin ist der Steueranschluß des Schaltelements 55 über einen Widerstand R6 mit einem Pol der Schaltstrecke des Schaltelements 54 verbunden, deren zweiter Pol an Masse liegt. Der Steueranschluß des Schaltelements 54 ist einerseits über einen Widerstand R8 mit dem Masseanschluß und andererseits mit einem Anschluß eines Widerstands R7 verbunden. Der erste Pol der Schaltstrecke des Schaltelements 56 der Baugruppe 5/3 ist über einen Widerstand R9 mit dem Ausgang All verbunden. Der zweite Pol der Schaltstrecke des Schaltelements 56 ist mit dem Masseanschluß verbunden. Der Steueranschluß des Schaltelements 56 ist über einen
Widerstand Rll mit dem Masseanschluß verbunden. Weiterhin
ist der Steueranschluß des Schaltelements 56 mit dem ersten Anschluß eines Widerstandes RIO verbunden. Das Steuergerät 5 umfaßt weiter einen mehrere Ports aufweisenden Mikrorechner 57. Der Port Pl ist dabei mit dem zweiten Anschluß des Widerstands R3 der Baugruppe 5/1 verbunden. Der Port P2 ist mit dem zweiten Anschluß des Widerstands R7 der Baugruppe 5/2 verbunden. Der Port P3 ist mit dem zweiten Anschluß des Widerstands RIO der Baugruppe 5/3 verbunden. Der Port P4 ist mit dem Steueranschluß des Schaltelements 52 verbunden. Die Ausgänge A12, A13 und A14 des Steuergerätes 5 sind mit den entfernt angeordneten Sensormodulen 12, 13, 14 verbunden. Wie schon aus in dem Stromlaufplan gemäß Figur 5 verwendeten Schaltsymbolen hervorgeht, werden für die Schaltelemente 53, 54, 55, 56 vorzugsweise Halbleiterschaltelemente in Gestalt von Transistoren eingesetzt. Der Mikrorechner 57 ist ein handelsüblicher Mikrorechner, beispielsweise ein Mikrorechner des Typs 68HC11 der Firma Motorola oder ein vergleichbarer Typ. Die Funktionsweise der in Figur 5 dargestellten Schnittstelle wird später in ihrem Zusammenwirken mit dem entfernt angeordneten Sensormodul 11 beschrieben. Zunächst wird im folgenden anhand des in Figur 13 dargestellten Blockschaltbildes der prinzipielle Aufbau eines Sensormoduls 11, 12, 13, 14 erläutert. Im folgenden wird nur ein Sensormodul 11 beschrieben. Die anderen Sensormodule 12, 13, 14 sind analog aufgebaut. Das
Sensormodul 11 verfügt über Eingangsanschlüsse E10 und Eil. Diese Eingangsanschlüsse sind über eine verdrillte Zweidrahtleitung mit den entsprechenden Ausgangsanschlüssen A10 und All des Steuergeräts 5 (vergleiche Figur 5) verbunden. Der Eingangsanschluß Eil ist mit dem ersten Pol der Schaltstrecke eines ersten Schaltelements 60 verbunden. Der zweite Pol der Schaltstrecke des Schaltelements 60 ist über einen Widerstand R12 mit dem Eingangsanschluß E10 verbunden, der gleichzeitig den Masseanschluß darstellt. Der Eingangsanschluß Eil ist weiterhin mit dem nicht invertierenden Eingangsanschluß eines Komparators 61
verbunden, dessen invertierender Eingangsanschluß mit dem einen Pol einer Referenzspannungsquelle 63 verbunden ist, deren zweiter Pol an Masse liegt. Der Eingangsanschluß Eil ist weiterhin mit dem Eingangsanschluß eines Stabilisators 62 verbunden, dessen Ausgangsanschluß an den positiven Pol eines Kondensators C2 geführt ist, dessen negativer Pol mit dem Masseanschluß verbunden ist. Mit dem Ausgangsanschluß des Stabilisators 62 sind weiterhin ein Mikrorechner 64 und ein Sensor 30 verbunden, die mit entsprechenden Masseanschlüssen ebenfalls auf Masse liegen. Der
Mikrorechner 64 weist mehrere Ports P10, P20 auf. Dabei ist Port P10 mit dem Steueranschluß des Schaltelements 60 verbunden, während der Port P20 mit dem Ausgangsanschluß des Komparators 61 verbunden ist. Als Mikrorechner wird zweckmäßig ein Mikrorechner des Typs 68HC05 oder 68HC06 der Firma Motorola oder ein vergleichbarer Typ eingesetzt.
Im folgenden wird das Zusammenwirken der in Figur 5 dargestellten Schnittstelle des Steuergerätes 5 mit den entfernt angeordneten Sensormodulen 11, 12, 13, 14 beschrieben. Um eine besonders große Betriebssicherheit zu ermöglichen, wird die in Figur 5 dargestellte Schnittstelle des Steuergerätes 5 einerseits, also im Normalbetrieb des Fahrzeugs, von über den mit dem positiven Pol der Fahrzeugbatterie verbundenen Anschluß U+ mit Energie versorgt. Andererseits ist sichergestellt, daß auch bei Abriß der Fahrzeugbatterie infolge eines Unfalls die Schnittstelle des Steuergerätes 5 und die Verbindung zu den entfernt angeordneten Sensormodulen 11, 12, 13, 14 noch über eine hinreichend lange Dauer aufrechterhalten werden kann. Dazu ist eine Energiereserve 50, vorzugsweise in Gestalt eines gegebenenfalls mit einem Spannungswandler zusammenwirkenden Kondensators großer Kapazität vorgesehen, der auf eine vergleichsweise hohe Spannung aufgeladen wird, die ein Mehrfaches der Sollspannung der Fahrzeugbatterie beträgt. Beispielsweise kann die Energiereserve 50 auf eine
Spannung zwischen etwa 40 und 50 Volt aufgeladen werden. Die Energiereserve 50 ist dazu ebenfalls ständig mit dem Anschluß U+ verbunden. Im Bedarfsfall wandelt ein zweiter Spannungswandler 51 diese hohe Spannung der Energiereserve 50 in eine für den Betrieb der Schnittstelle vorgesehene niedrigere Spannung um. Diese niedrigere Spannung wird durch das Schaltelement 52 an den Verbindungspunkt der Diode Dl und des Kondensators Cl gelegt. Das Schaltelement 52 wird dazu über den Port P4 von dem Mikrorechner 57 angesteuert. Die Baugruppe 5/1 der in Figur 5 dargestellten Schnittstelle des Steuergerätes 5 ermöglicht eine digitale Messung des Stromflusses in der zu dem entfernt angeordneten Sensormodul 11 führenden Leitung A10, All, E10, Eil. Die Strommessung wird dabei zurückgeführt auf eine Messung des Spannungsabfalls auf den in dem Leitungszug angeordneten
Widerstand Rl. Fallen über diesen Widerstand Rl weniger als etwa 400 Millivolt ab, so ist das Schaltelement 53 sicher in seinem gesperrten Zustand. Damit liegt an dem Port Pl der Pegel "LOW" an. Sofern ein Stromanstieg zu verzeichnen ist, der zu einem Spannungsabfall an dem Widerstand Rl von etwas mehr als 900 Millivolt führt, wird das Schaltelement 53 in den leitenden Zustand versetzt, mit der Folge, daß an dem Port Pl der Pegel "HIGH" ansteht. Damit können mit dieser vergleichsweise einfachen Schaltung zwei unterschiedliche Strompegel unterschieden werden. Alternativ kann, wie in
Figur 12 dargestellt, in einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung der Spannungsabfall an dem Widerstand Rl auch mittels eines Komparators 65 erfaßt werden, dessen Eingangsanschlüsse jeweils mit den Anschlüssen des Widerstands Rl und dessen Ausgangsanschluß mit dem Port Pl des Mikrorechners 57 verbunden sind. Mit der Baugruppe 5/2 der Schnittstelle gemäß Figur 5 kann die Energieversorgung zu den entfernt angeordneten Sensormodulen 11, 12, 13, 14 geschaltet und beispielsweise auch, durch Wegnahme der Versorgungsspannung, definiert resetiert werden.
Insbesondere kann auch im Fall eines Kurzschlusses innerhalb
eines entfernt angeordneten Sensormoduls 11, 12, 13, 14, bzw. auf den Verbindungsleitungen von dem Steuergerät 5 zu den vorgenannten Sensormodulen die Spannungsversorgung mittels der Baugruppe 5/2 abgeschaltet werden, um die Energiereserve zu schonen und den Betrieb der anderen, gegebenenfalls noch funktionsfähigen Sensormodule sicherzustellen. Dies ist insbesondere dann wichtig, wenn bereits ein Abriß der Fahrzeugbatterie erfolgt ist und sowohl die in Figur 5 dargestellte Schnittstelle als auch die Sensormodule nur noch aus der Energiereserve 50 versorgt werden können. Die Steuerung der Baugruppe 5/2 erfolgt dabei über den Port P2 des Mikrorechners 57. Mittels der Baugruppe 5/3 der in Figur 5 dargestellten Schnittstelle kann, gesteuert über den Port P3 des Mikrorechners 57, die Spannung auf der Verbindungsleitung A10, All, E10, Eil zwischen dem Steuergerät 5 und einem entfernt angeordneten Sensormodul, insbesondere dem Sensormodul 11 verändert und auf diese Weise zu dem Sensormodul 11 gesendet werden. Die Kommunikation von dem Steuergerät 5 zu den Sensormodulen 11, 12, 13, 14 basiert damit auf Spannungspegeln, die
Kommunikation von den Sensormodulen 11, 12, 13, 14 zu dem Steuergerät 5 auf Strompegeln. In dem Sensormodul 11, 12, 13, 14 gemäß Figur 13 besteht die Schnittstelle aus den Hauptkomponenten Sender, Empfänger und KonstantSpannungsregler. Als Sender funktioniert die Baugruppe 13/1, die im wesentlichen eine schaltbare Stromsenke darstellt. Über diese schaltbare Stromsenke kann additiv zu dem Versorgungsstrom des Sensormoduls 11 ein definierter zweiter Strompegel eingestellt und damit eine binäre Kodierung in Strompegeln realisiert werden. Die Einstellung dieses Strompegels erfolgt dabei mittels Steuerung durch den Mikrorechner 64 über den Port P10, der an den Steueranschluß des Schaltelements 60 geführt ist. Die Baugruppe 13/2 in dem Sensormodul 11 fungiert demgegenüber als "Empfänger" für die von Steuergerät 5 zu dem Sensormodul 11 übermittelten Spannungspegel. Die Spannungspegel werden
vermittels des Komparators 61 erfaßt und über den Port P20 dem Mikrorechner 64 zugeleitet, der diese Spannungspegel auswertet. Zur Erzeugung der für den Mikrorechner 64 und den Sensor 30 notwendigen konstanten VersorgungsSpannung in der Größenordnung von typischerweise etwa 5 Volt, ist in dem
Sensormodul 11 ein Spannungsstabilisator 62 vorgesehen. Da die am Eingang, also auf den Leitungsanschlüssen E10 und Eil des Sensormoduls 11 anliegende EingangsSpannung aufgrund der Kommunikation zwischen dem Steuergerät 5 und dem Sensormodul 11 ständig und schnell schwankt, muß der Stabilisator 62 diese aus Sicht der Spannungsversorgung als Störspannung wirkenden Spannungsänderungen gut und schnell ausregeln. Auf diese Weise ist sichergestellt, daß für die Spannungsversorgung des Mikrorechners 64 und des Sensors 30 eine ausreichend stabilisierte VersorgungsSpannung zur Verfügung steht.
Im folgenden wird die Kommunikation zwischen dem Steuergerät 5 und den entfernt angeordneten Sensormodulen 11, 12, 13, 14 noch beispielhaft anhand einiger Funktionsdiagramme erläutert. Für den vorgesehenen Anwendungsfall des Schutzes von Fahrzeuginsassen ist es notwendig, daß möglichst aktuelle Informationen zur Verfügung stehen. In der Praxis hat es sich als zweckmäßig erwiesen, die Information zwischen Steuergerät und Sensormodul und umgekehrt in Zyklen auszutauschen, die einen Abstand von rund 200 bis 800 Mikrosekunden, insbesondere 500 MikroSekunden haben. Wie das Funktionsdiagramm gemäß Figur 6 zeigt, kann die Kommunikation zwischen dem Steuergerät 5 und dem Sensormodul 11 vorzugsweise durch eine Absenkung des Spannungswertes auf der Verbindungsleitung zwischen dem Steuergerät 5 und dem Sensormodul 11 von einem zunächst höheren Wert U2 auf eine niedrigeren Wert Ul bewirkt werden. Die Spannungsabsenkung erfolgt dabei zu einem Zeitpunkt Tl, ca. 500 Mikrosekunden nach dem Einschalten des Steuergerätes und dauert bis zum Zeitpunkt T2 an. Zu diesem Zeitpunkt T2 wird die Spannung
von dem abgesenkten Wert Ul wieder auf den ursprünglichen Wert U2 angehoben. Die SpannungsSteuerung erfolgt dabei, wie oben schon beschrieben, durch Ansteuerung der Baugruppe 5/3 über den Port P3 durch den Mikrorechner 57. Nach weiteren 500 Mikrosekunden könnte dieser Zyklus wiederholt werden. Bei einer Spannungsabsenkung gemäß der in dem Funktionsdiagramm nach Figur 6 dargestellten Art, könnte das Sensormodul 11 anhand der Zeitdauer, also anhand der zeitlichen Differenz zwischen den Zeitpunkten T2 und Tl, erkennen, ob ein für das Sensormodul 11 bestimmtes
Steuersignal des Steuergerätes 5 vorliegt oder nicht. In einer alternativen Ansteuerungsform, die anhand des Funktionsdiagramms nach Figur 7 verdeutlicht wird, könnte das Steuersignal 5 ein aus mehreren SpannungsSchwankungen bestehendes Steuersignal absenden, das, in kodierter Form, eine Information für das Sensormodul 11 enthält. Die Breite eines Impulses des aus mehreren Impulsen bestehenden Impulszuges beträgt dabei zwischen 10 und 20 Mikrosekunden, vorzugsweise 15 Mikrosekunden. Anhand der Funktionsdiagramme in Figur 8 und Figur 9, die jeweils den Spannungsverlauf am Ausgang der Schnittstelle des Steuergerätes 5 bzw. den Spannungsverlauf am Eingangsanschluß des Sensormoduls 11 darstellen, wird deutlich, daß bevorzugt Spannungswerte zwischen etwa 7 Volt und 16 Volt als ursprüngliche Spannungswerte U2 für die Übertragung zu dem Sensormodul in Betracht kommen.
Wie bereits oben erwähnt, dient die Baugruppe 5/1 des Steuergerätes 5 der Messung von Stromwerten, die auf eine Messung des Spannungsabfalls an dem Widerstand Rl zurückgeführt werden. Die gemessenen Spannungsabfälle werden über den Port Pl von dem Mikrorechner 57 ausgewertet. In besonders vorteilhafter Weise kann dadurch auch festgestellt werden, ob ein unzulässig hoher Strom fließt und gegebenenfalls ein Kurzschluß vorliegt. Gemäß
Funktionsdiagramm in Figur 10 wird dazu der Spannungsabfall
an dem Widerstand Rl erfaßt und festgestellt, wie lange ein bestimmter Spannungswert vorhanden ist. Im Beispielsfall gemäß Funktionsdiagramm in Figur 10 liegt ein niedriger Spannungsabfall UL zwischen t = 0 und dem Zeitpunkt T3 an, zum Zeitpunkt T3 liegt ein, einen hohen Strom bzw. den
Kurzschlußfall kennzeichnender hoher Spannungswert UH an, der bis zum Zeitpunkt T5 ansteht. Als Entscheidungskriterium wird abgefragt, ob der Spannungswert UH noch bis zum Zeitpunkt T4 ansteht. Sollte dies der Fall sein, wird eine Kurzschlußsituation erkannt. Zweckmäßig wird das für die
Kurzschlußerkennung vorgesehene Zeitintervall T3 bis T4 auf 5 bis 20 Millisekunden, vorzugsweise 10 Millisekunden bemessen. Als Abhilfemaßnahme wird im Kurzschluß die zu dem Sensormodul 11 führende Leitung potentialfrei gemacht, wie dies anhand des Funktionsdiagramms in Figur 11 erläutert wird. Dazu wird von dem Mikrorechner 57 der Port P2 derart angesteuert, daß er zum Zeitpunkt T4 den Pegel "LOW" annimmt. Als Folge dieser Ansteuerung sperrt das Schaltelement 55 mit der Folge, daß die Leitung All zu dem Sensormodul 11 potentialfrei wird. Dieser Ansteuerzustand wird bis zum Zeitpunkt T6 aufrechterhalten. Zum Zeitpunkt T6 wird von dem Mikrorechner 57 der Port P2 versuchsweise in den Zustand "HIGH" versetzt, was zur Folge hat, daß das Schaltelement 55 wieder leitend geschaltet wird. Sollte der gestörte Zustand, der sich in einem Kurzschluß äußert, weiter anhalten, kann das Schaltelement 55 umgehend wieder gesperrt werden. Zweckmäßig beträgt das Zeitintervall T4 , T6 zwischen 50 und 300, insbesondere 100 Millisekunden.
Die Kommunikation zwischen den Sensormodulen 11, 12, 13, 14 und dem Steuergerät 5 wird jetzt anhand der
Funktionsdiagramme gemäß Figur 14, Figur 15, Figur 16, Figur 17 und Figur 18 erläutert. Zunächst wird von dem Mikrorechner 64 in dem Sensormodul 11 (Figur 13) über den Port P10 der Steueranschluß des Schaltelements 60 derart angesteuert (Figur 15) , daß dem Versorgungsstrom 10 (Figur
14) ein zusätzlicher Strom DI derart aufgeprägt wird, daß sich gemäß Ansteuerung über Port P10 ein Gesamtstrom II ergibt. Dieser Strom II erzeugt an dem Widerstand Rl in dem Steuergerät 5 (Figur 5) einen Spannungsabfall (Figur 16) , der über den Port Pl dem Mikrorechner 57 zugeleitet und von diesem ausgewertet wird.
Die Sensormodule reagieren auf einen Steuerimpuls des Steuergerätes und antworten ihrerseits sychron und quasi zeitgleich durch einen Hamming Code (Figur 17) , der in dem
Steuergerät 5 abgetastet und ausgewertet werden kann. Sind 8 Informationen in einem 6 Bit Hamming Code codiert, so können Einbitfehler korrigiert oder Zweibitfehler erkannt werden. Besonders geeignete Codeworter sind in Figur 18 dargestellt. Durch die Möglichkeit bis zu 8 Informationen zu übertragen, kann der Crashverlauf von dem Steuergerät 5 protokolliert und auf seine Plausibilität geprüft werden.
Claims
1. Airbagsystem zum Schutz von Fahrzeuginsassen, mit mindestens einem, einen beschleunigungsempfindlichen Sensor umfassenden Sensormodul, mit einem mit dem mindestens einen Sensormodul verbundenen Steuergerät, sowie mit mindestens einem Rückhaltemittel für die Fahrzeuginsassen, wie insbesondere Gassack und/oder Gurtstraffer oder dergleichen, dadurch gekennzeichnet, daß das Sensormodul (11, 12, 13, 14) eine von dem Ausgangssignal des beschleunigungsempfindlichen Sensors (30) steuerbare Stromquelle (35) umfaßt.
2. Airbagsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Sensormodul (11, 12, 13, 14) Filtermittel (31) für die Filterung des Ausgangssignales des Sensors (30) vorgesehen sind.
3. Airbagsystem nach einem der Ansprüche 1, 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Filtermittel (31) ein Bandpaßfilter vorgesehen ist.
4. Airbagsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Bandbreite des Bandpaßfilters etwa zwischen 2 Hz und 500 Hz, insbesondere zwischen 5 Hz und 400 Hz, liegt.
5. Airbagsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß an dem Ausgang jedes Sensormodules (11, 12, 13, 14) ein mit der Beschleunigungsinformation moduliertes analoges Gegentaktsignal verfügbar ist.
6. Airbagsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jedes Sensormodul (11, 12, 13, 14) über eine verdrillte Zweidrahtleitung (la, 2a, 3a, 4a) mit dem Steuergerät (5) verbunden ist.
7. Airbagsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuergerät (5) jeweils eine einem Sensormodul (11, 12, 13, 14) zugeordnete, mehrere Schaltelemente (52, 53, 54, 55, 56) umfassende Schnittstelle (Sil, S12, S13, S14) aufweist, wobei die Schaltelemente folgende Funktion haben:
• ein erstes Schaltelement (53) erfaßt, in Verbindung mit einem in der Leitung angeordneten Widerstand (Rl) , den Strom auf der Verbindungsleitung (A10, All, E10, Eil)
(zwischen dem Steuergerät (5) und dem Sensormodul (11,12,13,14) ;
• ein zweites Schaltelement (55) sperrt oder verbindet die Zuleitung (All, E10) zu dem Sensormodul (11,12,13,14) ;
• ein drittes Schaltelement (56) beaufschlagt die
Verbindungsleitung zwischen dem Steuergerät (5) und den Sensormodulen (11,12,13,14) mit unterschiedlichen Spannungspegeln (Ul, U2) .
8. Airbagsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltelemente (52,53,54,55,56) von einem in dem Steuergerät (5) angeordneten Mikrorechner (57) steuerbar sind.
9. Airbagsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Sensormodul (11,12,13,14) ein Schaltelement (60) vorgesehen ist, durch das, je nach seinem Schaltzustand, die Stromstärke auf der Verbindungsleitung zwischen dem Sensormodul (11,12,13,14) und dem Steuergerät (5) steuerbar ist.
10. Airbagsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement (60) von einem in dem Sensormodul (11,12.13,14) angeordneten Mikrorechner (64) steuerbar ist.
11. Airbagsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Sensormodul (11,12,13,14) ein Spannungsstabilisator (62) angeordnet ist, der zumindest für den Mikrorechner (64) und den Sensor (60) eine stabilisierte Ausgangsspannung erzeugt.
12. Airbagsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß, zumindest für die Energieversorgung der Schnittstellen (Sil, S12, S13, S14) , eine auf eine hohe Spannung aufladbare Energiereserve (50) mit nachgeschaltetem Spannungswandler (51) vorgesehen ist.
13. Airbagsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Energiereserve (50) vermittels eines Schaltmittels (52) an ihre Verbraucher anschaltbar ist. 14. Airbagsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kommunikation zwischen dem Steuergerät (5) und den entfernt angeordneten Sensormodulen (11, 12, 13,
14) der jeweiligen Verbindungsleitung (la, 2a, 3a, 4a) zwischen dem Steuergerät (5) und den Sensormodulen unterschiedliche Spannungswerte (Ul, U2) aufprägbar sind.
15. Airbagsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungswerte (Ul, U2) zwischen 0 Volt und 16 Volt, insbesondere zwischen 0 Volt und 12 Volt liegen.
16. Airbagsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kommunikation zwischen dem Steuergerät (5) und den Sensormodulen (11, 12, 13, 14) alle 200 bis 800 Mikrosekunden, vorzugsweise alle 500 Mikrosekunden stattfindet.
17. Airbagsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Kommunikation zwischen dem
Steuergerät (5) und den Sensormodulen durch einen Spannungsimpuls eingeleitet wird, dessen Zeitdauer (Tl, T2) von den Sensormodulen ausgewertet wird.
18. Airbagsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitdauer (Tl, T2) des Spannungsimpulses zwischen 5 und 30 Mikrosekunden, vorzugsweise 15 Mikrosekunden beträgt.
19. Airbagsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Signalübertragung zwischen dem Steuergerät (5) und den Sensormodulen (11, 12, 13, 14) über eine, gegebenenfalls codierte, Impulsfolge eingeleitet wird.
20. Airbagsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Erkennung eines überhöhten Stromwertes auf der Leitung zwischen dem Steuergerät und den Sensormodulen der Spannungsabfall an einem dem Stromfluß ausgesetzten Widerstand (Rl) erfaßt und ein den Stromfluß zumindest verringernder Schaltvorgang (Schaltmittel 55 ) dann durchgeführt wird, wenn ein Grenzwert (UH) des Spannungsabfalls länger als eine vorgebbare Maximaldauer (T3,T4) andauert.
21. Airbagsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Maximaldauer zwischen 5 und 20 Millisekunden, vorzugsweise 10 Millisekunden beträgt.
22. Airbagsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß periodisch nach Ablauf einer vorgebbaren Zeitdauer von 50 bis 300 Millisekunden, insbesondere von 100 Millisekunden, erneut geprüft wird, ob ein erhöhter Stromfluß gegeben ist oder nicht.
23. Airbagsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß für die Signalübertragung zwischen dem Steuergerät (5) und den Sensormodulen (11, 12, 13, 14) ein Hamming Code verwendet wird.
24. Airbagsystem nach einem der Ansprüche 1 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Sensormodulen (11, 12, 13, 14) und dem Steuergerät (5) mindestens acht Zustandswerke übertragbar sind.
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