DE10306707A1 - Anordnung zum Ansteuern von Rückhaltemitteln - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Steuergerät zum Ansteuern von Auslösemittel von Rückhaltemitteln in einem Fahrzeug, mit dem die Störsicherheit des Insassenschutzsystems des Fahrzeugs kostengünstig erhöht werden kann. Gemäß der Erfindung wird in dem Steuergerät (1), das zumindest einen zentralen Beschleunigungssensor (8) aufweist, der entsprechend zumindest einer Richtung ein analoges Beschleunigungssignal ausgibt, ein Beschleunigungssensor (13), der entsprechend der einen Richtung ein digitales Beschleunigungssignal ausgibt, integriert. Beide Beschleunigungssignale werden zur Auswertung der Steuereinheit (9) des Steuergerätes (1) zugeführt, wobei die Steuereinheit (1) einen A/D-Wandler (19) zum Umsetzen der analogen Signale des zentralen Beschleunigungssensors (8) aufweist.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Anordnung zum Ansteuern von Auslösemitteln von Rückhaltemitteln in einem Fahrzeug, insbesondere eines Gasgenerators für ein Airbag.
• Es ist allgemein bekannt, zum Schutz von Fahrzeuginsassen bei einer Kollision mittels Beschleunigungssensoren an verschiedenen Stellen im Fahrzeug Beschleunigungswerte zu erfassen, und mittels einem Steuergerätes in Abhängigkeit von erfassten Beschleunigungswerten Rückhaltemittel wie Airbag und Gurtstraffer auszulösen.
• Bei einer solchen Anordnung zum Ansteuern von Rückhaltesystemen werden im Allgemeinen in einer zentral im Fahrzeug angeordneten Auslöseschaltung, wie z.B. dem Airbagsteuergerät, von einer oder mehreren Sensoreinrichtungen, z.B. Beschleunigungssensoren, zur Aufprallerkennung gelieferte Signale ausgewertet. Die Auslöseschaltung steuert z.B. mittels einem Stromimpuls bei Bedarf über eine Leitung eine oder mehrere Zündeinrichtungen (Zündpille) an, die den Rückhaltemitteln zugeordnet sind. Die angesteuerte Zündeinrichtung überträgt die von einer Energieversorgung, z.B. einem Zündkondensator der Zündeinrichtung, bereitgestellte Zündenergie auf ein Zündelement des zugeordneten Rückhaltemitteln.
• Um Störungen zu erkennen und sicher zu stellen, dass im Falle eines Unfalls/Crashs das System ordnungsgemäß arbeitet, führt das Steuergerät nach seiner Aktivierung eine kontinuierliche Diagnose des Systems durch. Eine durch eine Störung bedingte unerwünschte Auslösung von Rückhaltemitteln, insbesondere während der Fahrt, kann schlimme Folgen für die Insassen des Fahrzeugs und andere Personen haben.
• Ein Grund für solche Fehlauslösungen können bedingt durch elektromagnetische Einstrahlung, thermische Belastungen oder Störungen der Versorgungsspannung der Sensoren, in dem Steuergerät fehlerhafte empfangene Sensorsignale sein.
• Um zu verhindern, dass bereits ein einfacher Fehler eines Beschleunigungssensors zu einer Fehlauslösung eines Airbags führt, ist es üblich, in einem Airbagsteuergerät zwei Sensoren für jede Sensierungsrichtung (Front und Seite) zu verwenden. Die Sensoren werden hierbei um 180° zueinander verdreht auf der Leiterplatte des zentralen Steuergerätes angeordnet und liefern im Normalbetrieb, abgesehen vom Vorzeichen, ein nahezu identisches Signal. Die Redundanz ist hoch. Da jedoch die von beiden Sensoren abgegebenen Signale über einen Multiplexer von einem A/D-Wandler in den Mikrokontroller des Steuergerätes eingelesen werden, kann es bei einer Störung des A/D-Wandlers und/oder des Multiplexer ebenfalls zu Fehlauslösungen kommen.
• Es ist auch üblich, einen Beschleunigungssensor in dem zentralen Steuergerät und einen aus dem zentralen Steuergerät ausgelagerten Beschleunigungssensor zu verwenden. Dieses Sicherheitskonzept ist seit einigen Jahren für die Seitenairbagsensierung und seit kurzem auch für die Frontairbagsensierung üblich und erlaubt eine genauere Sensierung des Crash-Typs und eine schnelle und robuste Sensierung der Crash-Schwere, wobei bei einem ersten Ansprechen der ausgelagerten Beschleunigungssensoren z.B. die Auslöseschwelle herabgesetzt wird.
• Die ausgelagerten Beschleunigungssensoren bestehen im Allgemeinen aus einem kapazitiven Sensorelement (G-Zelle) und einem anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis ASIC (application specific integrated circuits), der die von dem Sensorelement abgegebenen Signal aufbereitet und ein entsprechendes digitales Beschleunigungssignal über eine digitale Datenübertragungsverbindung an das zentrale Steuergerät ausgibt. Mit den im zentralen Steuergerät befindlichen Sensoren ergeben sich somit zwei getrennte Signalwege für eine Sensierungsrichtung, da die ausgelagerten Beschleunigungssensoren eigene A/D-Wandler besitzen.
• Aufgrund der unterschiedlichen Einbauorte/Positionen liefern die Sensoren jedoch sehr unterschiedliche Signale, wobei die ausgelagerten Beschleunigunssensoren speziell im Frontbereich aufgrund der Einbaulage und der dynamischen Beschleunigungsbeaufschlagung stark streuende Signale detektieren können, so dass die Signale der Sensoren zur Überwachung und Vermeidung von Fehlauslösungen nicht direkt miteinander im zentralen Steuergerät verglichen werden können. Somit liegt in diesem Fall keine echte Redundanz, sondern vielmehr eine Plausibilitätsprüfung vor. Des weiteren bilden die elektrischen Leitungen der ausgelagerten Beschleunigungssensoren einen weiteren Angriffspunkt für Störungen, wobei diese selbst bei einem Crash zerstört werden können, bevor die Sensoren die notwendigen Signale zur Auslösung der Rückhaltemittel gesendet haben. Die Kosten sind wegen des zusätzlichen Montage- und Materialaufwands bei diesem Konzept hoch.
• Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Steuergerät zum Ansteuern von Auslösemitteln von Rückhaltemitteln in einem Fahrzeug zu schaffen, mit dem die Störsicherheit eines Insassenschutzsystems kostengünstig erhöht werden kann.
• Diese Aufgabe wird gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Somit wird in dem Steuergerät, das zumindest einen zentralen Beschleunigungssensor aufweist, der entsprechend zumindest einer Bewegungsrichtung des Fahrzeugs ein analoges Beschleunigungssignal ausgibt, ein Beschleunigungssensor, der entsprechend der einen Richtung ein digitales Beschleunigungssignal ausgibt, integriert. Beide Signale werden zur Auswertung der Steuereinheit des Steuergerätes zugeführt, wobei die Steuereinheit einen A/D-Wandler zum umsetzen der analogen Signale des zentralen Beschleunigungssensors aufweist. Somit stehen zwei Signalwege mit getrennten A/D-Wandlern für die Erfassung von Beschleunigungen einer Richtung zur Verfügung. Eine Störung eines Beschleunigungssensors im Steuergerät kann erkannt und eine Fehlauslösung von Rückhaltemitteln verhindert werden.
• Zur Reduzierung der Herstellungskosten des Steuergerätes wird zu dem in einem Steuergerät im Allgemeinen bereits vorhandenen analogen Beschleunigungssensor ein digitaler Beschleunigungssensor, der normalerweise als ausgelagerter Sensor verwendet wird, hinzugefügt. Bei solchen ausgelagerten Beschleunigungssensoren sind im allgemeinen in einem Gehäuse ein Sensorelement zur Aufnahme einer Beschleunigung und ein anwendungsspezifischer integrierter Schaltkreis, der die von dem Sensorelement abgegebenen Signale aufbereitet und ein entsprechendes digitales Beschleunigungssignal ausgibt, integriert. Da die Steuereinheit der Steuergeräte üblicherweise zur Aufnahme von Signalen von ausgelagerten Beschleunigungssensoren ausgelegt ist, z.B. mittels einer synchronen oder asynchronen seriellen Peripherieschnittstelle, sind keine zusätzlichen Schnittstellen bzw. keine Softwareänderungen zum Anschluß des zu integrierenden Sensors notwendig. Dies reduziert den Montageaufwand und die Herstellungskosten.
• Ist der zentrale Beschleunigungssensor ein Zweikanalsensor, der entsprechend der einen und einer anderen Richtung ein analoges Beschleunigungssignal ausgibt, kann in dem Steuergerät ein dritter Beschleunigungssensor, der entsprechend der anderen Richtung ein digitales Beschleunigungssignal an die Steuereinheit ausgibt, integriert werden, so dass zu jeder Erfassungsrichtung ein redundanter Signalweg vorhanden ist.
• Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
• Die vorliegende Erfindung wird unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert, in denen zeigen:
• 1 ein Blockschaltbild eines Steuergerätes gemäß einer Ausführung der Erfindung,
• 2 die Steuereinheit des in 1 gezeigten Steuergerätes und
• 3 den in das in 1 gezeigte Steuergerät integrierte digitale Beschleunigungssensor.
• 1 zeigt ein Steuergerät 1, z.B. ein zentrales Airbag-Steuergerät (ZSG), zur Ansteuerung von Auslösemitteln von an sich bekannten Rückhaltemitteln, wie Fahrerairbag 2, Beifahrerairbag 3, Fahrerseitenairbag 4, Beifahrerseitenairbag 5 und Gurtstraffer 6, 7 für Fahrer bzw. Beifahrer. Das Steuergerät 1 wird gewöhnlich zentral im Fahrzeug, beispielsweise am Fahrzeugtunnel befestigt. Die ausgelagerten Beschleunigungssensoren 14, 15 dienen zur frühzeitigen Erkennung eines Seitenaufpralls, vorwiegend im Frontbereich. Anzustreben ist jedoch eine Lösung ohne ausgelagerter Sensoren bei gleichbleibenden niedrigen Auslösezeiten.
• In dem Steuergerät 1 befinden sich ein zentraler Zweirichtungsbeschleunigungssensor 8, der ein Sensorelement 8a aufweist, dessen Signale eine Verstärkereinheit 8b verstärkt und anschließend von einer Filterschaltung 8c von Störimpulsen befreit werden, sowie ein digitaler Beschleunigungssensor 13, der typischerweise als ausgelagerter Sensor verwendet wird.
• Die Signale aller Sensoren 13, 14, 15, 8 werden der Steuereinheit 9, einem Mikrokontroller, zugeführt, wobei die Signale des Zweirichtungsbeschleunigungssensor 8, wie bei internen Sensoren üblich, der Steuereinheit 9 direkt zugeführt werden. Dagegen erfolgt die Ankopplung der ausgelagerten Beschleunigungssensoren 14, 15 an die Steuereinheit 9, da in der Regel die Signale von den ausgelagerten Beschleunigungssensoren 14, 15 über ungeschirmte Kabel übertragen werden, mittels einem anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (ASIC), der eine besonders störsichere Schnittstelle 29 (Stromschnittstelle) enthält. Über die für die ausgelagerten Beschleunigungssensoren 14, 15 zuständige Schnittstelle 29 werden auch die Signale des in das Steuergerät 1 integrierten Beschleunigungssensors 13 der Steuereinheit 9 zugeführt.
• Die Steuereinheit 9 wertet die Beschleunigungssignale der Sensoren 13, 14, 15, 8 aus und steuert im Bedarfsfall die entsprechenden Auslösemittel der Rückhaltemittel 2 bis 7 über eine Endstufen-/Schnittstellenschaltung 11 an. Da das System während der gesamten Betriebsdauer des Kraftfahrzeuges funktionsfähig sein muß, enthält das Steuergerät 1 eine Überwachungseinheit 10, die Prüf- und Referenzimpulse zur Überprüfung der Beschleunigungssensoren 8, 13, 14, 15 sowie der Steuereinheit 9 erzeugt. Ferner weist das Steuergerät 1 eine Energiereserve 12 zur Notversorgung des gesamten Insassenschutzsystems für den Autarkiefall auf.
• 2 zeigt die wesentlichen Bestandteile der Steuereinheit 2. Die Steuereinheit 2 enthält einen flüchtigen Speicher 16 und einen nicht flüchtigen Speicher 17, in dem u.a. Kenndaten und ein Auslöseralgorithmus abgelegt sind. Die analogen Beschleunigungssignale des zentralen Beschleunigungssensors 8 werden in der Steuereinheit 2 über einen Multiplexer 18 dem A/D-Wandler 19 zugeführt, der das analoge Signal digitalisiert und an den Mikroprozessor 20 bzw. dem Speicher 16 ausgibt. Das bereits digitalisierte Signal des Beschleunigungssensor 13 wird dagegen mit den Signalen der ausgelagerten Beschleunigungssensoren 10 und 15 dem Mikroprozessor 20 mittels einer synchronen seriellen Peripherieschnittstelle (SPI) 21 zugeführt. Somit stehen, da die Signale des Beschleunigungssensors 13 nicht wie sonst üblich über den Multiplexer 18 und den A/D-Wandler 19 geführt werden, zwei getrennte Signalwege vom Sensorelement 8a bis zum Mikroprozessor 20 zur Verfügung.
• Wie in 3 gezeigt, weist der Beschleunigungssensor 13 ein Sensorelement 22 und einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis 23 (ASIC) in einem gemeinsamen Gehäuse 28 auf. Im ASIC 23 wird das von dem Sensorelement 22 abgegebene Beschleunigungssignal in einem Verstärker 24 verstärkt und in einem Filter 25 gefiltert. Ein A/D-Wandler 26 setzt das Analogsignal in ein digitales Signal um und gibt es an die synchrone serielle Peripherieschnittstelle 27 zur Übertragung zu der Steuereinheit 9 aus.

Claims (6)

1. Steuergerät zum Ansteuern von Auslösemittel von Rückhaltemitteln (2..7) in einem Fahrzeug mit zumindest einem zentralen Beschleunigungssensor (8), der entsprechend zumindest einer Richtung ein analoges Beschleunigungssignal ausgibt und einer Steuereinheit (9), die Signale von Beschleunigungssensoren (8, 13, 15) empfängt und auswertet und im Bedarfsfall entsprechende Rückhaltemittel (2..7) ansteuert, wobei die Steuereinheit (9) einen A/D-Wandler (19) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuergerät (9) zumindest einen zweiten Beschleunigungssensor (13) aufweist, der entsprechend der einen Richtung ein digitales Beschleunigungssignal an die Steuereinheit (9) ausgibt.
2. Steuergerät nach Anspruch 1, wobei der zweite Beschleunigungssensor (13) und die Steuereinheit (9) mittels einer Peripherieschnittstelle (21, 27, 29) miteinander verbunden sind.
3. Steuergerät nach Anspruch 2, wobei mittels der Peripherieschnittstelle (21, 27, 29) dem Steuergerät digitale Signale von ausgelagerten Beschleunigungssensoren (14, 15) zuführbar sind.
4. Steuergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3 dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Beschleunigungssensor (13) ein Sensor zur Erfassung von Beschleunigungen außerhalb des Steuergeräts ist, bei dem in einem Gehäuse (28) ein Sensorelement (22) und einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (23), der das von dem Sensorelement (22) abgegebene Beschleunigungssignal verstärkt (24), filtert (25), das gefilterte analoge Signal in ein digitales Signal um setzt, aufbereitet und an die Steuereinheit (9) ausgibt, angeordnet ist.
5. Steuergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4 dadurch gekennzeichnet, dass der zentrale Beschleunigungssensor (8) ein Zweikanal-Sensor ist, der entsprechend der einen und einer anderen Richtung ein analoges Beschleunigungssignal ausgibt und das Steuergerät (1) einen dritten Beschleunigungssensor aufweist, der entsprechend der anderen Richtung ein digitales Beschleunigungssignal an die Steuereinheit (9) ausgibt.
6. Steuergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5 dadurch gekennzeichnet, dass der zweite und/oder der dritte Beschleunigungssensor in einem Gehäuse ein Sensorelement (22) zur Aufnahme einer Beschleunigung, einen anwendungsspezifischen integrierten Schaltkreis (23), der die von dem Sensorelement (22) abgegeben Signale aufbereitet und ein entsprechendes digitales Beschleunigungssignal an eine Peripherieschnittstelle (27) ausgibt, aufweist.