DE10030389C2

DE10030389C2 - Schaltungsanordnung zum Messen der Kapazität des Zündkondensators für ein Insassenschutzmittel

Info

Publication number: DE10030389C2
Application number: DE2000130389
Authority: DE
Inventors: Horst Belau; Marten Swart
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Continental Automotive GmbH
Priority date: 2000-06-21
Filing date: 2000-06-21
Publication date: 2002-07-18
Anticipated expiration: 2020-06-22
Also published as: DE10030389A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltunganordnung zum Messen der Kapazität eines Zündkondensators für ein Insassenschutzmit tel.

Wesentlicher Bestandteil von Insassenrückhaltemitteln wie beispielsweise Airbags sind sogenannte elektrische Zündkrei se. Derartige Zündkreise umfassen im wesentlichen mindestens eine Zündpille, die beim Zünden durch Zufuhr von elektrischer Energie den Airbags-Treibsatz zur Explosion bringt. Weitere Bestandteile sind beispielsweise zwei elektronische Schalter zum Aufschalten der Zündpille auf eine Energiequelle. Die E nergiequelle kann die Fahrzeugbatterie sein oder ein Zündkon densator, der Energie freigibt für den Fall, dass die Fahr zeugbatterie bei einem Unfall zu Schaden gekommen ist. Der Zündkondensator ist dabei derart bemessen, dass er ausrei chend Energie zum Zünden aller Zündpillen trägt. Um sicherzu stellen, dass ein Zündelement tatsächlich gezündet wird, ist es notwendig, dass der Zündkondensator bei näherungsweise konstanter Batteriespannung eine konstante Kapazität auf weist, um ausreichend Energie bereitstellen zu können. Eine Abnahme der Kapazität des Zündkondensators hätte nämlich zur Folge, dass weniger Energie gespeichert wird, so dass unter Umständen ein Zünden der Zündpillen und damit ein Entfalten des Airbags nicht mehr gewährleistet ist. Es ist daher not wendig, möglichst fortlaufend die Kapazität des Zündkondensa tors zu überprüfen. Jedoch sollte bei der Überprüfung des Zündkondensators die Funktionsfähigkeit des gesamten Insas senrückhaltemittels nicht beeinträchtigt werden.

Aus der DE 37 44 524 A1 sind ein Verfahren und eine Einrich tung zur Überprüfung der Kapazität eines Kondensators in ei nem Insassenschutzsystem bekannt. Dabei wird der Kondensator ausgehend von einem ersten Spannungswert mit einem konstanten Entladestrom bis auf einen vorgebbaren zweiten Spannungswert entladen. Die Entladezeit wird gemessen. Bei bekanntem Lade widerstand lässt sich aus den gemessenen Werten die aktuelle Kapazität des Kondensators errechnen.

Aus der DE 196 14 365 C2 ist eine Diagnoseschaltung zur Prü fung einer Kapazität in einem Insassenschutzsystem bekannt. Dabei nimmt eine Messeinrichtung ab einem vorbestimmten Mes sungsstartzeitpunkt die Kondensatorspannung auf. Auf der Ba sis der gemessenen Kondensatorspannung wird die Kapazität des Kondensators ermittelt. Zur Ermittlung der Kapazität wird der Kondensator ab einem Startzeitpunkt aufgeladen. Vor diesem Startzeitpunkt wird die Kondensatorspannung durch eine Stabi lisierungseinrichtung begrenzt.

Aus der DE 195 28 454 C1 sind ein Verfahren und eine Schal tungsanordnung zur Messung einer Kapazität bekannt. Dabei wird die Kapazität periodisch mit einer vorgegebenen Perio dendauer abwechselnd an ein vorgegebenes Referenzpotential geschaltet und anschließend über eine Ohmsche Einrichtung entladen. Der arithmetische Mittelwert der sich einstellenden Entladekurve wird als Maß für die zu bestimmende Kapazität ermittelt.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Schaltungsanordnung zum Messen der Kapazität eines Zündkondensators für ein In sassenschutzmittel anzugeben, bei dem keine Beeinträchtigung der Funktionsfähigkeit des Insassenschutzmittels gegeben ist.

Die Aufgabe wird durch eine Schaltungsanordnung gemäß Patent anspruch 1 gelöst. Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Vorteil der Erfindung ist es, dass neben einer Spannungsaus werte-Einrichtung nur eine einen geringen Aufwand erfordernde Lade- und Entlade-Einrichtung einschließlich der zugehörigen Steuerung benötigt wird, um einerseits eine genaue Feststel lung der Kapazität des Zündkondensators zu ermöglichen und andererseits uneingeschränkt die Funktionsfähigkeit des In sassenschutzmittels zu gewährleisten selbst bei fortlaufender Messung der Kapazität des Zündkondensators.

Erreicht wird dies im einzelnen durch eine an den Zündkonden sator angeschlossene steuerbare Ladeschaltung zum Laden des Zündkondensators, einer an den Zündkondensator angeschlosse nen steuerbaren Entladeschaltung zum Entladen des Zündkonden sators, einer an den Zündkondensator angeschlossenen Auswer teschaltung zur Messung und Auswertung der Spannung über dem Kondensator sowie eine mit der Auswerteschaltung, der Lade schaltung und der Entladeschaltung gekoppelten Steuerschal tung zum Steuern der Ladeschaltung und der Entladeschaltung. Die Steuerung ist dabei derart, dass der Zündkondensator zu nächst bis zu einer ersten Spannung aufgeladen wird und an schließend der Zündkondensator bis zu einer gegenüber der ersten Spannung kleineren zweiten Spannung entladen wird. Die Auswerteschaltung mißt die Spannung über den Zündkondensator beim Laden und/oder Entladen und ermittelt daraus die Kapazi tät des Zündkondensators. Dabei ist die zweite Spannung der art bemessen, dass sie für ein Zünden eines Insassenrückhal temittels ausreichend ist.

Eine neben der Kapazitätsmessung zusätzliche Möglichkeit, die Funktionsfähigkeit des Zündkondensators sowie der an ihn an geschlossenen Schaltungsteile zu überprüfen, besteht darin, den Leckstrom aus dem Zündkondensator, d. h. den durch den Zündkondensator selbst oder die ihn umgebenden Schaltungstei le hervorgerufenen Leckstrom zu bestimmen.

Die Entladeschaltung weist bevorzugt einen ersten Widerstand und einen durch die Steuerschaltung gesteuerten ersten Schal ter in Reihe dazu auf, wobei diese Reihenschaltung dem Zünd kondensator parallel geschaltet ist.

Dem entsprechend kann die Ladeschaltung eine Spannungsquelle, einen zweiten Widerstand und eine durch die Steuerschaltung gesteuerten zweiten Schalter in Reihe aufweisen, wobei diese Reihenschaltung ebenfalls dem Zündkondensator parallel ge schaltet ist.

Derartige Lade- und Entladeschaltungen zeichnen sich durch einen äußerst geringen schaltungstechnischen Aufwand aus.

Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist die Ladeschaltung mit Ausnahme der Messzeit permanent auf den Zündkondensator aufgeschaltet. Die Entladeschaltung wird zum Entladen zu nächst alleine auf den Zündkondensator aufgeschaltet, wobei bei Erreichen der zweiten Spannung die Ladeschaltung wieder zugeschaltet wird. Zur Bestimmung des Leckstromes aus dem Zündkondensator sind sowohl Lade- als auch Entladeschaltung vom Zündkondensator getrennt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand des in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Es zeigt:

Fig. 1 das Schaltbild einer bevorzugten Ausführungsform ei ner erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung und

Fig. 2 den Signalverlauf der Schaltungsanordnung nach Fig. 1.

Bei der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform ist ein Zündkon densator 1 durch eine Energiequelle 2 wie beispielsweise ei nen aus einer Fahrzeugbatterie gespeisten Hochsetzsteller, zu laden. Der Zündkondensator 1 dient dabei zur Speisung eines in der Zeichnung nicht näher dargestellten Zündkreises 3. Die Ladung des Zündkondensators 1 aus der Energiequelle 2 erfolgt mittels eines Ladewiderstands 4 sowie eines über seine ge steuerte Strecke in Reihe zum Widerstand 4 geschalteten Tran sistors 5. Als Transistor 5 ist ein MOS-Feldeffekt-Transistor vom N-Kanal-Enhancement-Typ vorgesehen. Mit einer Energie quelle 2, bei der der negative Pol das Bezugspotential und der positive Pol das Versorgungspotential darstellt, ist dem nach der Drainanschluß des Transistors 5 über den Widerstand 4 mit dem positiven Pol der Energiequelle 2 und der Source- Anschluß des Transistors 5 mit einem dem Bezugspotential ab gewandten Anschluß des Kondensators 1 verbunden. Von diesem Knotenpunkt weg führt ein Entladewiderstand 6, welcher in Reihe zur gesteuerten Strecke eines Transistors 7 liegend mit dem an dem Bezugspotential angeschlossenen Anschluß des Zünd kondensators 1 verbunden ist. Bei dem Transistor 7 handelt sich wiederum um einen MOS-Feldeffekt-Transistor vom N-Kanal- Typ, so dass der Source-Anschluß des Transistors 7 mit dem negativen Pol der Energiequelle 2 und der Drain-Anschluß über den Entladewiderstand 6 mit dem dem Bezugspotential abgewand ten Anschluß des Zündkondensators 1 verbunden ist.

Die Steuerung der Transistoren 5 und 7 erfolgt dabei mittels einer Steuereinrichtung 8, wobei die Steuerung des Transis tors 5 unter Zwischenschaltung eines Transistors 9 erfolgt. Als Transistor 9 ist ein Bipolartransistor vom NPN-Typ vorge sehen, dessen Emitter mit dem negativen Pol der Energiequelle 2 verbunden ist und dessen Kollektor über einen Widerstand 10 mit dem Gate-Anschluß des Transistors 5 verbunden ist. Die Basis des Transistors 9 ist zum einen über einen Widerstand 11 mit seinem Emitter und zum anderen über einen Widerstand 12 mit der Steuereinrichtung 8 verbunden. Um ein vollständi ges Entladen des Zündkondensators 1 zu verhindern, wird der Gate-Anschluß des Transistors 5 mittels eines Widerstands 13 an eine Spannungsquelle 14 angeschlossen. Schließlich ist noch ein Kondensator 15 zwischen den Gate-Anschluß und den Source-Anschluß des Transistors 5 geschaltet.

Die Spannung über dem Zündkondensator 1 wird mittels einer die Lade- und/oder Entladekurve des Zündkondensators 1 aus wertende Auswerteschaltung 16, die dazu eingangsseitig dem Zündkondensator 1 parallel geschaltet ist, vorgenommen.

Die Funktionsweise der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 wird durch die in Fig. 2 gezeigten Signalverläufe deutlich. Der Zündkondensator 1 wird durch das Durchschalten des Transis tors 5 aufgeladen. Die entsprechende Ladekurve ergibt sich in Fig. 2A, wobei der Verlauf A die Spannung über dem Zündkon densator 1 bei Ladung und Entladung sowie bei Leckstrommes sung abbildet. Zum Messen des Leckstroms und der Entladung wird der Transistor 5 durch eine entsprechende Gatespannung (D), wie in Fig. 2D dargestellt, gesperrt, in dem der Tran sistor 9 für die Messzeit durchgeschaltet wird. Nach dem an fänglichen, nicht linearen Anstieg nach dem Entladen folgt somit eine kurze Phase der Entladung, welche durch einen Leckstrom bestimmt wird (Fig. 2A). Die eigentliche Entladung folgend einem exponentionellen Verlauf erfolgt anschließend aufgrund des Durchschaltens des Transistors 7. Der Entlade strom wird dabei im wesentlichen durch den Widerstand 6 fest gelegt. Durch den aus den Widerständen 10 und 13 gebildeten Spannungsteiler in Verbindung mit der Spannungsquelle 14 wird die minimal zulässige Spannung am Zündkondensator 1 festge legt (Fig. 2D). Unterschreitet die Spannung am Zündkondensa tor 1 diese Spannung abzüglich eines Schwellenwertes, dann wird der Transistor 5 wieder leitend und der Zündkondensator 1 wird wieder geladen, so dass dieser nicht unter die vorge gebene Grenze hinaus entladen werden kann. In Fig. 2B und 2C sind dabei die entsprechenden Steuersignale B und C für die Transistoren 9 und 7 dargestellt, die ein Durchschalten des Transistors 9 zur Einleitung der Ladephase bzw. der Leck strommessung (strichpunktiert) sowie ein Durchschalten des Transistors 7 während der gesamten Entladephase bewirkt.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung realisiert eine Ka pazitätsmessung des Zündkondensators 1 durch Auswertung von Auf- und/oder Entladung. Die Entlade-Endspannung des Zündkon densator 1 wird durch die Spannung am Gate des Transistors 5 eingestellt. Zur Ansteuerung des Transistors 5 wird eine Hilfsspannung erzeugt, durch die die Zuschaltung des Transis tors 5 ermöglicht wird. Die Hilfsspannung ist dabei um einen vorgebbaren Betrag höher als die am Zündkondensator 1 maximal anliegende Spannung.

Die Messung der Spannung über dem Zündkondensator 1 erfolgt bevorzugt durch einen Mikrocontroller beispielsweise in Ver bindung mit einem Analog-Digital-Umsetzer. Die einzelnen Messwerte der Lade- und Entladekurve werden dabei bevorzugt im Rahmen eines entsprechenden Controllerprogramms ausgewer tet. Eine vollständige Entladung des Zündkondensators 1 er folgt nur durch den Zündkreis 3.

Bei der Auswertung der Lade- und/oder Entladekurven wird ins besondere davon ausgegangen, dass der Ladevorgang des Zünd kondensators 1 der Beziehung

U₁ - U₂ = 1 - e^-( ^Δ ^t/RC) (mit R = Wert des Ladewiderstands 4)

und der Entladevorgang durch die Beziehung

U₁ - U₂ = e^-( ^Δ ^t/RC) (mit R = Wert des Entladewiderstands 6)

gehorcht. Da die Widerstände beim Laden bzw. Entladen (Lade widerstand 4, Entladewiderstand 6) bekannt sind, sind zur Be stimmung der Kapazität lediglich zu zwei unterschiedlichen Zeitpunkten t1, t2 die jeweiligen Spannungswerte zu ermitteln (U₁ - U₂) sowie die Zeitspanne Δt zwischen den beiden Zeit punkten festzustellen. Durch Anwenden auf die Gleichung für den Lade- bzw. Entladevorgang unter Berücksichtigung des je weiligen Lade- bzw. Entladewiderstands läßt sich dann durch Umformen der entsprechenden Gleichung der zugehörige Kapazi tätswert C des Zündkondensators 1 berechnen. Dabei können La deverlauf und Entladeverlauf jeweils für sich oder aber beide zusammen ausgewertet werden. Darüber hinaus kann der Einfach heit halber mit einer konstanten Spannungsdifferenz U₁ - U₂ o der einer konstanten Zeitspanne Δt gearbeitet werden und je weils die zugehörige Zeitspanne Δt bzw. Spannungsdifferenz U₁ - U₂ ermittelt werden.

Bei den im Ausführungsbeispiel gezeigten Lade- und Entlade zyklen kann auch wie in Fig. 2 (strichpunktiert angedeutet) vorgesehen werden, dass die Ladeeinrichtung einen bestimmten Zeitraum vor dem Aufschalten der Entladeeinrichtung vom Zünd kondensator 1 abgetrennt wird, so daß für eine bestimmte Zeit weder Ladeschaltung noch Entladeschaltung auf den Zündkonden sator aufgeschaltet sind. In dieser Zeit kann beispielsweise der Leckstrom am Zündkondensator 1 bestimmt werden.

Bezugszeichenliste

1

Zündkondensator

2

Energiequelle

3

Zündkreis

4

Ladewiderstand

5

Transistor

6

Entladewiderstand

7

Transistor

8

Steuereinrichtung

9

Transistor

10

Widerstand

11

Widerstand

12

Widerstand

13

Widerstand

14

Spannungsquelle

15

Kondensator

16

Auswerteschaltung

17

Prüfsignal

Claims

1. Schaltungsanordnung zum Messen der Kapazität eines Zünd kondensators (1) für ein Insassenschutzmittel mit
einer an den Zündkondensator (1) angeschlossenen steuerbaren Ladeschaltung (2, 4, 5) zum Laden des Zündkondensators,
einer an den Zündkondensator angeschlossenen steuerbaren Ent ladeschaltung (6, 7) zum Entladen des Zündkondensators (1),
einer an den Zündkondensator (1) angeschlossenen Auswerte schaltung (16) zur Messung und Auswertung der Spannung über dem Zündkondensator (1) und
einer mit der Auswerteschaltung (16), der Ladeschaltung (2, 4, 5) und der Entladeschaltung (6, 7) gekoppelten Steuer schaltung (8) zum Steuern der Ladeschaltung (2, 4, 5) und der Entladeschaltung (6, 7) derart, dass der Zündkondensator (1) zunächst bis zu einer ersten Spannung aufgeladen wird und an schließend der Zündkondensator (1) bis zu einer gegenüber der ersten Spannung kleineren zweiten Spannung entladen wird, wo bei
die Auswerteschaltung (16) die Spannung über dem Zündkonden sator (1) beim Laden und/oder Entladen auswertet und daraus die Kapazität des Zündkondensators (1) ermittelt und
die zweite Spannung derart bemessen ist, dass sie für ein Zünden eines Zündelements des Insassenschutzmittels ausrei chend ist.

2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, bei der das Entla den des Zündkondensators (1) nach Ablauf einer Verzögerungs zeit nach dem Laden erfolgt, wobei während der Verzögerungs zeit der Leckstrom aus dem Zündkondensator (1) bestimmt wird.

3. Schaltungsanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der die Entladeschaltung (6, 7) einen ersten Widerstand (6) und einen durch die Steuerschaltung (8) gesteuerten ers ten Schalter (7) in Reihenschaltung aufweist, wobei diese Reihenschaltung dem Zündkondensator (1) parallel geschaltet ist.

4. Schaltungsanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der die Ladeschaltung (2, 4, 5) eine Spannungsquelle (2), einen zweiten Widerstand (4) und einen durch die Steuerschal tung (8) gesteuerten zweiten Schalter (5) in Reihenschaltung aufweist, wobei diese Reihenschaltung dem Zündkondensator (1) parallel geschaltet ist.

5. Schaltungsanordnung nach einem der vorherigen Ansprüche, bei der die Entladeschaltung (6, 7) zum Entladen auf den Zündkondensator (1) aufgeschaltet wird, wobei bei Erreichen der zweiten Spannung die Ladeschaltung (2, 4, 5) zugeschaltet wird.