DE3816588A1 - Einrichtung zur ausloesung einer passiven sicherheitseinrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Auslösung einer passiven Sicherheitseinrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.

Derartige Einrichtungen sind in Fahrzeugen eingebaut und sollen die Fahrzeuginsassen im Falle eines Aufpralls des Fahrzeuges vor Verletzungen schützen. Als passive Sicherheitseinrichtungen werden z.B. aufblasbare Luftkissen oder Vorrichtungen zum Strammen der Sicherheitsgurte verwendet.

Aus der DE-OS 37 17 427 ist eine solche Einrichtung bekannt, die mehrere Beschleunigungsaufnehmer, z.B. piezoelektrische Keramiken, mit unterschiedlich ausgerichteten Empfindlichkeitsachsen aufweist. Üblicherweise werden zwei Beschleunigungsaufnehmer verwendet, deren Empfindlichkeitsachsen in einer horizontalen Ebene symmetrisch zur Fahrzeuglängsachse unter bevorzugt entgegengesetzt gleich großen Winkeln ausgerichtet sind. Für jeden Beschleunigungsaufnehmer ist eine Integratorschaltung vorgesehen, die das Ausgangssignal des zugehörigen Beschleunigungsaufnehmers ab einer bestimmten Schwelle einfach oder doppelt integriert. Die integrierten Signale werden dann mit einem Schwellenwert verglichen, der so gewählt ist, daß bei Überschreiten dieses Schwellenwertes die passive Sicherheitseinrichtung ausgelöst wird. Die Auslösung erfolgt jedoch erst dann, wenn die aufintegrierten Ausgangssignale beider Signalkanäle einen bestimmten minimalen zweiten Schwellenwert aufweisen. Dieser zweite Schwellenwert ist kleiner gewählt als der die Auslösung der Sicherheitseinrichtung bestimmende erste Schwellenwert. Mit einer derartigen Bewertung der für die Auslösung ausreichenden ersten Schwellenwerte mit Hilfe der zweiten Schwellenwerte können ein Heck- bzw. Seitenaufprall von einem Frontal- oder Schrägaufprall eindeutig unterschieden werden. Nur bei den beiden letzten Aufprallarten werden auch die niedrigen zweiten Schwellenwerte in beiden Kanälen überschritten und damit auch dann die Sicherheitseinrichtung ausgelöst. Bei einem Heck- bzw. Seitenaufprall werden die niedrigen zweiten Schwellenwerte zumindest in einem Signalkanal nicht überschritten, so daß dann auch nicht die Sicherheitseinrichtung ausgelöst wird. Es ist offensichtlich, daß in derartigen Einrichtungen mehrere Kriterien vorgesehen sein müssen, um unterschiedliche Aufprallarten unterscheiden zu können, um die gesamte Einrichtung an unterschiedliche Konstruktionen von Fahrzeugen anpassen zu können oder bestimmte Fahrsituationen, in denen hohe Beschleunigungen auf das Fahrzeug wirken, von einem tatsächlichen Aufprall unterscheiden zu können.

Aus der DE-OS 22 22 038 ist eine Einrichtung der in Rede stehenden Art mit einem einzigen Beschleunigungsaufnehmer bekannt, dessen Ausgangssignale ab einer bestimmten Schwelle aufintegriert und anschließend einer Schwellenwertschaltung zugeführt werden, die ein Auslösesignal an die Auslöseschaltung für die passive Sicherheitseinrichtung abgibt. Zusätzlich werden die Ausgangssignale des Beschleunigungsaufnehmers einem parallel zu dem Auswertekanal liegenden Schwellenwertschalter zugeführt, wobei dann die Ausgänge der beiden Schwellenwertschaltungen über ein UND-Gatter verknüpft werden, dessen Ausgang mit der Auslöseschaltung verbunden ist. Hiermit wird sichergestellt, daß zum Zeitpunkt der Auslösung der Sicherheitseinrichtung noch eine bestimmte Beschleunigung auf das Fahrzeug wirken muß, so daß auf einen tatsächlichen Aufprall des Fahrzeuges geschlossen werden kann. Außerdem verhindert diese Schaltung eine Auslösung der passiven Sicherheitseinrichtung bei kurzfristigen hohen mechanischen Belastungen des Beschleunigungsaufnehmers, die z.B. bei Steinschlag, beim Fahren über eine Bordsteinkante oder bei einem Hammerschlag in der Werkstatt auftreten können. In solchen Fällen wird das UND-Gatter durch den zweiten Schwellenwertschalter nur kurzfristig zum Durchschalten bereitgehalten, wobei dann jedoch noch kein Ausgangssignal des ersten Schwellenwertschalters vorliegt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine zuverlässige Bewertung der Ausgangssignale der Beschleunigungsaufnehmer zu ermöglichen, um auf diese Weise die Einrichtung noch besser an unterschiedliche Situationen anpassen zu können.

Diese Aufgabe ist gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 angegebenen Merkmale gelöst.

Demgemäß werden bei einer Einrichtung mindestens zwei Beschleunigungsaufnehmer verwendet, die bevorzugt auf einen Aufprall aus unterschiedlichen Richtungen ansprechen. Üblicherweise sind hierfür zwei Beschleunigungsaufnehmer ausreichend. Die Ausgangssignale der Beschleunigungsaufnehmer werden nach Verstärkung und Filterung in herkömmlicher Weise einer Auswerteschaltung, z.B. einer Integratorschaltung mit nachgeschalteter Schwellenwertschaltung zugeführt, zusätzlich jedoch noch ohne oder mit zusätzlicher Filterung weiterer Schwellenwertschaltungen mit unterschiedlichen Schwellenwerten. Diese weiteren Schwellenwertschaltungen, die demnach ein einer Beschleunigung zuzuordnendes Ausgangssignal abgeben, werden durch UND- und ODER-Schaltungen miteinander verknüpft, wobei jeweils Schwellenwertschaltungen unterschiedlicher Beschleunigungsaufnehmer auf diese Weise verknüpft werden. Bevorzugt werden Schwellenwertschaltungen unterschiedlicher Beschleunigungsaufnehmer mit niedrigen Schwellenwerten durch eine UND-Schaltung und Schwellenwertschaltungen mit höheren Schwellenwerten durch eine ODER-Schaltung miteinander verknüpft. Die Ausgänge der UND- und ODER-Schaltungen werden z.B. über eine ODER-Schaltung zusammengefaßt und einer Steuerschaltung zugeführt. Hierdurch wird eine Bewertung der Beschleunigung erreicht.

Eine solche Bewertungsschaltung für die Amplituden der Ausgangssignale der Beschleunigungsaufnehmer ist hilfreich bei der Erkennung des jeweiligen Fahrzustandes und gewährleistet, daß bei einem Aufprall des Fahrzeuges, bei dem die Sicherheitseinrichtung zum Schutz der Fahrzeuginsassen ausgelöst werden muß, diese zum frühest möglichen Zeitpunkt ausgelöst wird, in anderen Situationen jedoch gesperrt gehalten wird. Die Anpassungsfähigkeit der Einrichtung an unterschiedliche Fahrzeugtypen, unterschiedliche Fahrsituationen und unterschiedliche Aufprallarten kann durch Bemessung der Filterung der Beschleunigungsaufnehmersignale der einzelnen Schwellenwerte und der Verknüpfung der Schwellenwertschaltungen optimiert werden. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung gehen aus den Unteransprüchen hervor.

Die Erfindung ist in einem Ausführungsbeispiel anhand der einzigen Figur näher erläutert, in der ein Blockschaltdiagramm einer Einrichtung gemäß der Erfindung zur Auslösung einer passiven Sicherheitseinrichtung dargestellt ist.

Diese Einrichtung, auch als Aufprallsensor 1 zu bezeichnen, weist zwei Beschleunigungsaufnehmer mit Verstärker und Filter 2 a und 2 b auf, z.B. zwei piezoelektrische Keramiken mit jeweils gerichteten Empfindlichkeitsachsen, die in der Figur durch Pfeile angedeutet sind. Diese Empfindlichkeitsachsen sind mit entgegengesetzt gleichen Winkeln gegen die Längsachse eines Kraftfahrzeuges angestellt, wobei dieser Winkel etwa zwischen 30 und 45° liegt. Die Beschleunigungsaufnehmer sprechen jeweils in einem Bereich um diese Empfindlichkeitsachsen entsprechend einer Kosinus-Charakteristik an, so daß eine Beschleunigung senkrecht zu den Empfindlichkeitsachsen kein Ausgangssignal ergibt. Von dem verstärkten und gefilterten Ausgangssignal der Beschleunigungsaufnehmer wird in jeweils einem Differenzglied 3 a bzw. 3 b ein durch eine Schwellenwertschaltung 4 vorgegebener Wert abgezogen, der z.B. einer Beschleunigung von drei g entspricht, wobei g die Erdbeschleunigung ist. Das Ausgangssignal der Differenzglieder 3 a und 3 b wird jeweils in einer Integratorschaltung 4 a bzw. 4 b aufintegriert; anschließend wird dieses aufintegrierte Signal jeweils einer steuerbaren Schwellenwertschaltung 5 a bzw. 5 b zugeleitet, deren Ausgange mit einer Auslöseschaltung 6 für eine passive Sicherheitseinrichtung verbunden sind. In dieser Auslöseschaltung können die Ausgangssignale der Schwellenwertschaltungen noch miteinander verknüpft werden, um definierte Auslösekriterien für die passive Sicherheitseinrichtung zu bestimmen.

Die Ausgänge der Differenzglieder 3 a und 3 b werden außerdem mit zwei Beschleunigungsbewertungsschaltungen mit ggf. vorgeschalteten Filtern 11 und 12 verbunden.

Die Beschleunigungsbewertungsschaltung 11 weist neben ggf. vorgeschaltetem Filter zwei Schwellenwertschaltungen 13 a und 13 b auf, deren Eingänge mit den Ausgängen 3 a bzw. 3 b verbunden sind. Die durch diese Schwellenwertschaltungen 13 a und 13 b vorgegebenen Schwellenwerte, die wiederum Beschleunigungen entsprechen, werden so gewählt, daß sie praktisch bei einem Aufprall des Fahrzeuges erreicht werden. Den Schwellenwertschaltern 13 a und 13 b ist jeweils ein Impulsverlängerer 14 a bzw. 14 b nachgeschaltet, die z.B. als retriggerbare Mono-Flops ausgebildet werden und einen Impuls definierter Länge abgeben. Die Impulslänge beträgt z.B. 20 bis 40 Millisekunden. Die Ausgange dieser Impulsverlängerer 14 a und 14 b sind mit den beiden Eingängen eines UND-Gatters 15 verbunden, dessen Ausgang den Ausgang dieser ersten Beschleunigungsbewertungsschaltung 11 bildet.

Die zweite Beschleunigungsbewertungsschaltung 12 weist neben ggf. vorgeschaltetem Filter zwei Schwellenwertschaltungen 16 a und 16 b auf, deren Eingänge mit dem Ausgang des Differenzgliedes 3 a bzw. demjenigen des Differenzgliedes 3 b verbunden sind. Die durch diese Schwellenwertschaltungen 16 a und 16 b vorgegebenen Schwellenwerte sind wiederum so gewählt, daß sie praktisch nur bei einem Aufprall erreicht werden, sind jedoch größer gewählt als die Schwellenwerte der Schwellenwertschaltungen 13 a und 13 b. Die Ausgänge der Schwellenwertschaltungen 16 a und 16 b werden über ein ODER-Gatter 17 geleitet, dessen Ausgang mit dem Eingang eines Impulsverlängerers 18 verbunden ist, der wie die Impulsverlängerer 14 a und 14 b ebenfalls einen Impuls definierter Länge etwa in der gleichen Größenordnung zwischen zwanzig und vierzig Millisekunden abgibt. Der Ausgang dieses Impulsverlängerers bildet den Ausgang der zweiten Beschleunigungsbewertungsschaltung 12.

Die Ausgänge der Beschleunigungsbewertungsschaltungen 11 und 12 werden den beiden Eingängen eines ODER-Gatters 19 zugeführt.

Der Ausgang des ODER-Gatters 19 wird mit einer Steuerschaltung 30 verbunden, deren Funktion weiter unten erläutert wird.

Die Funktion der beschriebenen Schaltung ist folgende:

Prallt das Fahrzeug frontal auf ein Hindernis, so geben beide Beschleunigungsaufnehmer 2 a und 2 b ein vergleichbares Ausgangssignal ab. In einem solchen Fall wird die Beschleunigungsbewertungsschaltung 11 wirksam, da der Schwellenwert der beiden Schwellenwertschaltungen 13 a und 13 b so eingestellt ist, daß er in diesem Falle in beiden Schwellenwertschaltungen überschritten wird. Infolgedessen erscheint am Ausgang des UND-Gatters 15 ein Signal, das über das ODER-Gatter 19 an den Eingang der Steuerschaltung 30 geführt wird.

Prallt das Fahrzeug schräg auf ein Hindernis, so wird das Ausgangssignal desjenigen Beschleunigungsaufnehmers 2 a oder 2 b besonders hoch sein, dessen Empfindlichkeitsachse etwa in Richtung des Aufpralls zeigt. Dieses Ausgangssignal ist größer als dasjenige bei dem vorher erwähnten Frontalaufprall. Das Ausgangssignal des anderen Beschleunigungsaufnehmers wird dagegen bei einem Schrägaufprall wesentlich kleiner sein. Sind die Empfindlichkeitsachsen der beiden Beschleunigungsaufnehmer 2 a und 2 b etwa mit ±30° gegenüber der Fahrzeuglängsachse angestellt und erfolgt der Aufprall direkt in Richtung der Empfindlichkeitsachse eines der Beschleunigungsaufnehmer, so erreicht das Ausgangssignal des anderen Beschleunigungsaufnehmers lediglich eine Amplitude, die etwa ein Drittel der Amplitude des ersten Beschleunigungsaufnehmers ist. In diesem Falle wird die zweite Beschleunigungsbewertungsschaltung 12 wirksam, da durch das Ausgangssignal des einen Beschleunigungsaufnehmers der größere Schwellenwert einer der Schwellenwertschaltungen 16 a und 16 b überschritten wird. Die jeweils andere Schwellenwertschaltung schaltet nicht durch; gleichwohl wird jedoch das Signal der durchgeschalteten Schwellenwertschaltungen über das ODER-Glied 17, den Impulsverlängerer 18 und das ODER-Glied 19 an den Eingang der Steuerschaltung 30 geführt.

Durch entsprechende Dimensionierung der Filter und Wahl der einzelnen Schwellenwerte, die in den einzelnen Beschleunigungsbewertungsschaltungen bevorzugt jeweils gleich sind, können eindeutige Aufprallsituationen von anderen Situationen unterschieden werden, so daß die Auslöseschaltung bei einem tatsächlichen Aufprall zuverlässig angesteuert und in anderen Situationen gesperrt gehalten wird.

Mit der erwähnten Steuerschaltung 30 werden die Schwellenwerte der Schwellenwertschaltungen 5 a und 5 b beeinflußt. Die Schwellenwerte dieser Schwellenwertschaltungen sind relativ hoch gewählt, falls am Ausgang der ODER-Schaltung 19 kein Signal anliegt, so daß eine Auslösung der passiven Sicherheitseinrichtung z.B. dann nicht erfolgt, wenn das Fahrzeug über eine ausgesprochen schlechte Wegstrecke fährt, bei der auf die Beschleunigungsaufnehmer 2 a und 2 b geringe Beschleunigungsstöße wirken, die über eine lange Zeit anhalten. Erscheint jedoch am Ausgang des ODER-Gatters 19 ein Signal, so liegt ein tatsächlicher Aufprall vor, da bei einem Aufprall höhere Beschleunigungen auftreten. Um die Insassen des Fahrzeuges zuverlässig zu schützen, muß die Auslösung der passiven Sicherheitseinrichtung möglichst frühzeitig erfolgen. Mit der Steuerschaltung 30 werden aus diesem Grunde die Schwellenwerte der Schwellenwertschaltungen 5 a und 5 b entsprechend abgesenkt.

In dem vorher beschriebenen Ausführungsbeispiel sind lediglich zwei Beschleunigungsaufnehmer und zwei Beschleunigungsbewertungsschaltungen erwähnt worden. Diese Anzahl ist nur beispielhaft genannt. Es können neben mehreren Beschleunigungsaufnehmern auch mehrere Beschleunigungsbewertungsschaltungen vorgesehen werden, bei denen gegebenenfalls die durch die einzelnen Schwellenwertschaltungen vorgegebenen Schwellenwerte kleiner liegen als die bei einem Aufprall des Fahrzeuges erreichten.

Ebenso ist die hier aus diskreten Elementen aufgebaute Bewertungsschaltung beispielhaft. Möglich ist eine digitale wie analoge Ausführung. Bei Nutzung eines Mikroprozessors kann die Realisierung der Funktion zum großen Teil auch in Software erfolgen.

Claims (4)

1. Einrichtung zur Auslösung einer passiven Sicherheitseinrichtung, die in einem Fahrzeug eingebaut ist und im Falle eines Aufpralles ausgelöst wird, mit mindestens zwei Beschleunigungsaufnehmern mit Verstärker und Filter, denen jeweils eine Auswerteschaltung für deren Ausgangssignale nachgeschaltet ist, sowie mit einer Auslöseschaltung, die die Sicherheitseinrichtung zur Auslösung freigibt, wenn die ausgewerteten Ausgangssignale der Beschleunigungsaufnehmer einen vorgegebenen Schwellenwert erreichen, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest zwei Beschleunigungsaufnehmer (2 a, 2 b) zusätzlich mit einer oder mehreren Beschleunigungsbewertungsschaltungen (11, 12) für die Amplituden der Ausgangssignale der zugehörigen Beschleunigungsaufnehmer (2 a, 2 b) verbunden sind, daß die Beschleunigungsbewertungsschaltungen (11, 12) unterschiedliche Schwellenwerte für die Ausgangssignale der Beschleunigungsaufnehmer mit Verstärker und Filter (2 a, 2 b) aufweisen und zumindest zwei Beschleunigungsbewertungsschaltungen (11, 12) vorgesehen sind, deren Schwellenwerte bei einem Aufprall des Fahrzeuges erreicht werden, und daß die Ausgänge dieser Beschleunigungsbewertungsschaltungen (11, 12) über ein Oder-Gatter (19) mit einer Steuerschaltung (30) verbunden sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschleunigungsbewertungsschaltungen (11, 12, 41) für jeden angeschlossenen Beschleunigungsaufnehmer (2 a, 2 b) eine Schwellenwertschaltung (13 a, 13 b) und nachgeschaltete Impulsverlängerer (14 a, 14 b) aufweisen, und daß die Ausgänge der Schwellenwertschaltungen logisch miteinander verknüpft sind (15, 17).

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge der Schwellenwertschaltungen (13 a, 13 b, 14 a, 14 b) in einer ersten Beschleunigungsbewertungsschaltung (11) mit niedrigerem Schwellenwert, der jedoch bei einem Aufprall erreicht wird, durch eine UND-Schaltung (15) und die Ausgänge der Schwellenwertschaltungen (16 a, 16 b) in einer zweiten Beschleunigungsbewertungsschaltung (12) mit höheren Schwellenwerten, die ebenfalls bei einem Aufprall erreicht werden, durch eine ODER-Schaltung (17) miteinander verknüpft sind, wobei der ODER-Schaltung (17) ein Impulsverlängerer (19) nachgeschaltet ist, und daß der Ausgang des Impulsverlängerers (18) und der Ausgang der UND-Schaltung (15) in der ersten Beschleunigungsbewertungsschaltung (11) einer ODER-Schaltung (17) zugeführt sind.

4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge der Beschleunigungsbewertungsschaltungen (11, 12) ferner mit einer Steuerschaltung (30) zum Anheben oder Absenken der in den Auswerteschaltungen (4 a, 5 a, 4 b, 5 b) für die Beschleunigungsaufnehmer (2 a, 2 b) vorgegebenen Schwellenwerte (Schwellenwertschaltungen 5 a, 5 b) verbunden sind.