Die Erfindung betrifft eine Steueranordnung gemäß Oberbegriff des Patentanspruchs l.

Aus der EP 0 419 455 Bl ist eine Steueranordnung zum Auslösen eines Rückhaltemittels in einem Kraftfahrzeug bekannt, bei der eine Sensoreinrichtung ein Längsbeschleunigungssignal und ein Querbeschleunigungssignal liefert. In Abhängigkeit von dem Längs-und von dem Querbeschleunigungssignal wird von ei- ner nachgeschalteten Auswerteeinrichtung der Steueranordnung ein Auslösesignal für das Rückhaltemittel zum Frontaufprall- schutz generiert.

Eine Steueranordnung zum Auslösen eines Rückhaltemittels in einem Kraftfahrzeug ist zudem aus der US 4 933 570 bekannt.

Hierbei wird in Abhängigkeit eines von einem Beschleunigungs- sensor gelieferten Signals und eines Schaltsignals eines me- chanischen Beschleunigungsschalters ein Auslösesignal für das Rückhaltemittel erzeugt. Derartige als Beschleunigungsschal- ter ausgebildete sogenannte Safing-Sensoren sorgen für eine Verhinderung der Auslösung des Rückhaltemittels, wenn der Be- schleunigungssensor oder die Auswerteeinrichtung fehlerhaft arbeitet und demzufolge ein fehlerhaftes Auslösesignal lie- fern. Ein solcher Beschleunigungsschalter im Zündkreis weist gewöhnlich eine niedrige Ansprechschwelle auf und liefert da- mit ein Zeitfenster, innerhalb dessen eine Auslösung aufgrund einer Bewertung der von dem Beschleunigungssensor gelieferter Signale erfolgen kann.

Bei sogenannten mehrkanaligen Steueranordnungen zum Insassen- schutz, d. h. bei Steueranordnungen mit mehreren unterschied- lich ausgerichteten Beschleunigungssensoren, kann jedem ein- zelnen Sensor ein redundanter Sensor mit den Eigenschaften

eines Safing-Sensors-also z. B. ein mechanischer Beschleuni- gungsschalter-zugeordnet werden. Bei einer Steueranordnung mit zwei Kanälen wären demzufolge vier Beschleunigungssenso- ren/-schalter erforderlich, um den Ausfall eines Kanals fest- stellen zu können. Eine solche Steueranordnung mit vier Be- schleunigungssensoren ist bauteilintensiv und beansprucht aufgrund der nach wie vor relativ großen Abmessungen von Sa- fing-Sensoren großen Bauraum.

Weiterhin ist aus der DE 196 45 952 Al eine Steueranordnung zum Auslösen eines Rückhaltemittels in einem Kraftfahrzeug bekannt, die eine Sensoreinrichtung mit drei Längsbeschleuni- gungssensoren aufweist. Die Beschleunigungssensoren sind der- art sternförmig angeordnet, dass sie jeweils unterschiedlich ausgerichtete Empfindlichkeitsachsen aufweisen. In einer nachgeschalteten Auswerteeinrichtung kann bereits aus den Signalen von nur zwei der drei Beschleunigungssensoren die Richtung und die Stärke einer auf das Fahrzeug einwirkender Beschleunigung ermittelt werden. Das Signal des dritten Be- schleunigungssensors wird hierbei zur Überprüfung einer der beiden errechneten Größen, der Richtung oder der Stärke der auf das Fahrzeug einwirkenden Beschleunigung, herangezogen.

Der dritte Sensor übernimmt somit die Funktion eines Safing- Sensors und kann auf diese Weise die Auslösung des Rückhalte- mittels verhindern, wenn der von ihm zur Verfügung gestellte Wert signifikant von einem zuvor aus den Signalen der beiden anderen Sensoren berechneten Wert abweicht.

Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer mehrkanaligen Steuer- anordnung zum Insassenschutz eine Safing-Funktion zur Erken- nung von Fehlfunktionen zur Verfügung zu stellen, die mittels weniger kostengünstiger Standardbauteile realisiert werden kann.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Pa- tentanspruchs 1 gelöst. Der besondere Vorteil gegenüber einem herkömmlichen Safing-Konzept mit drei Analogsensoren, d. h.

einer Plausibilitätsüberwachung der von zwei Sensoren gelie- ferten Signalen mit dem von einem dritten Sensor erzeugten Signal, liegt in der Vereinfachung der Signalverarbeitung so- wie in der Verringerung des Kostenaufwandes. Es kann ein her- kömmlicher Crashalgorithmus unter Verwendung eines kosten- günstigen und in hohen Stückzahlen hergestellten X-Y- Crashsensors zur Anwendung kommen. Dies stellt eine deutliche Verbilligung gegenüber der Verwendung von mehreren getrennten Analogsensoren dar. Zudem wird dabei der in einer nachge- schalteten Auswerteeinheit vorzugsweise verwendete Mikropro- zessor gegenüber dem bei einer 120°-Sternanordnung von drei Analogsensoren notwendigen Rechenaufwand nur relativ gering belastet.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unter- ansprüchen gekennzeichnet.

Vorteile der Erfindung und ihre Weiterbildungen finden sich in der Figurenbeschreibung.

Die Erfindung und ihre Weiterbildungen werden anhand von Aus- führungsbeispielen in der Zeichnung näher erläutert. Es zei- gen : Figur 1 ein symbolisch angedeutetes Fahrzeug mit einer Sen- soreinrichtung der erfindungsgemäßen Steueranord- nung, Figur 2 ein Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Steueran- ordnung, und Figur 3 ein Blockschaltbild einer Teilfunktion der Steuer- anordnung gemäß Figur 2.

Gleiche Elemente bzw. Signale sind figurenübergreifend durch gleiche Bezugszeichen gekennzeichnet.

Figur 1 zeigt die erfindungsgemäße Steueranordnung in einem symbolisch angedeuteten Kraftfahrzeug. Erkennbar sind eine

Fahrzeuglängsachse A-A'sowie eine Fahrzeugquerachse B-B'. In etwa zentraler Einbauposition im Fahrzeug befindet sich ein Steuergerät 1 zur Ansteuerung von Insassenschutzmitteln. Das Steuergerät 1 enthält einen X-Y-Beschleunigungssensor 11, ei- nen weiteren Beschleunigungssensor 12 sowie Einrichtungen 4, 6,8 zum Erfassen und Auswerten der von den Beschleunigungs- sensoren 11,12 gelieferten Signale und zum Ansteuern der In- sassenschutzmittel. Unter einer zentralen Einbauposition des Steuergeräts 1 im Fahrzeug ist insbesondere eine Einbaulage des X-Y-Beschleunigungssensors 11 sowie des, im folgenden auch als Analogsensor 12 bezeichneten, Beschleunigungssensors 12 im oder nahe am Fahrzeugschwerpunkt zu verstehen. Das Steuergerät 1 kann als zentrale Baueinheit ausgeführt sein ; ebenso möglich ist jedoch eine Ausführung mit voneinander ge- trennten Komponenten 11,12,4,6,8.

In Figur 1 sind als Insassenschutzmittel beispielhaft Fahrer- und Beifahrerairbags 2 angedeutet. Als weitere Insassen- schutzmittel kommen beispielsweise Seiten-und Kopfairbags, Gurtstraffer, sogenannte aktive Kopfstützen (d. h. abhängig von der Kopf-und Körperverlagerung während und nach einem Aufprall den Abstand zum Kopf verringernde Kopfstützen), aus- fahrbare Uberrollbügel, etc. in Frage. Wenn in vorliegendem Zusammenhang von Insassenschutz-oder Rückhaltemitteln die Rede ist, dann sind die genannten Schutzeinrichtungen damit umfasst.

Der X-Y-Beschleunigungssensor 11 weist zwei Empfindlichkeits- achsen x, y auf, die eine Ebene aufspannen, die parallel ist zu der aus Fahrzeuglängsachse A-A'und Fahrzeugquerachse B-B' gebildeten Ebene. Die Empfindlichkeitsachsen x, y des X-Y- Beschleunigungssensors 11 können jeweils parallel zu den Fahrzeuglängsachsen ausgerichtet sein. Ebenso möglich und zweckmäßig ist jedoch jede andere Ausrichtung ; eine Funkti- onseinschränkung ist mit unterschiedlichen Anordnungen nicht verbunden. Alleine aus den vom X-Y-Beschleunigungssensor 11 gelieferten Signalen lässt sich eine Stärke sowie ein Winkel

eines Aufpralles gewinnen. Eine solche beispielhafte Auf- prallrichtung von schräg rechts vorne ist durch den schrägen Pfeil F verdeutlicht, der um einen Winkel a gegen die Fahr- zeuglängsachse A-A'geneigt ist.

Der Analogsensor 12 weist eine Empfindlichkeitsachse D auf, die parallel zu der aus den Empfindlichkeitsachsen x und y aufgespannten Ebene liegt. Um als Plausibilitätsprüfung, d. h. als sogenannter Safing-Sensor fungieren zu können, muss die Empfindlichkeitsachse D des Analogsensors 12 signifikant win- kelig zur Empfindlichkeitsachse x bzw. zur Achse y des X-Y- Beschleunigungssensors liegen. Vorteilhaft ist beispielsweise ein zwischen den Achsen D und x eingeschlossener Winkel 8 von 45° oder von 135°. Auch andere Winkelwerte beeinträchtigen die Funktion nicht, sofern der Winkel zwischen den Empfind- lichkeitsachsen D und x (oder D und y) nicht weniger als ca.

15° beträgt. Bei noch kleineren Winkeldifferenzen wäre die gewünschte Funktion aufgrund unvermeidlicher Messungenauig- keiten und der daraus resultierenden Gefahr von nicht mehr feststellbaren Messdifferenzen der Ausgangssignale kaum mehr zu gewährleisten.

Figur 2 zeigt ein Blockschaltbild einer ersten Ausführungs- form der Steueranordnung, wobei hier die Empfindlichkeitsach- se x des X-Y-Beschleunigungssensors 11 parallel zur Fahrzeug- längsachse A-A vorgesehen ist. Die dazu senkrechte Empfind- lichkeitsachse y liegt demnach parallel zur-hier nicht ein- gezeichneten-Fahrzeugquerachse B-B. Der X-Y- Beschleunigungssensor 11, vorzugsweise ein zweikanaliger Ana- logsensor, ist elektrisch verbunden mit einer, vorzugsweise als Mikroprozessor ausgebildeten, Auswerteeinrichtung 4, und liefert an diese seine Beschleunigungssignale ax, ay. Je nach Richtung in negativer oder positiver x-und y-Richtung sowie der festgestellten Stärke eines Aufpralles werden positive oder negative Signale erzeugt. Die Auswerteeinrichtung 4 wer- tet die Beschleunigungssignale ax, ay aus und generiert je nach Richtung a und Stärke F der auf das Fahrzeug einwirken-

den Beschleunigung ein Auslösesignal Sa zur Auslösung der In- sassenschutzmittel. Das eingezeichnete einzelne Auslösesignal Sa repräsentiert die Gesamtheit der von der zentralen Auswer- teeinrichtung erzeugten Auslösesignale, die zur Ansteuerung der im jeweiligen Anwendungsfall vorgesehenen verschiedenen Insassenschutzmittel dienen. Das Auslösesignal Sa wird zu ei- ner Schalteinheit 8 übertragen, die ein Zündsignal Z für die Insassenschutzmittel 2 erzeugen kann.

Erkennbar ist weiterhin der weitere Beschleunigungssensor bzw. Analogsensor 12 mit einer Empfindlichkeitsachse D schräg zu den Achsen x und y. Im dargestellten Beispiel beträgt der Winkel 8 zwischen der Empfindlichkeitsachse D und der Fahr- zeuglängsachse A-A und damit auch der dazu parallelen Emp- findlichkeitsachse x ca. 45°. Bei dem beispielhaft gewählten Aufprallwinkel a von ca. 30° bedeutete dies eine relativ starke Auslenkung des Analogsensors 12, welche annähernd der tatsächlichen Aufprallstärke F entspräche. Im gewählten Bei- spielfall ließe sich der Betrag der Auslenkung in Richtung der Fahrzeuglängsachse A-A'aus dem Ausgangssignal as des A- nalogsensors 12 aus <BR> <BR> äs = Ki2 * F * cos (a-8)<BR> <BR> = K12 * F * cos (30°-45°)<BR> <BR> = K12 * F * cos (-15°) bestimmen, wobei K12 eine hardwareabhängige Konstante zur An- passung des Ausgangssignals as des Analogsensors 12 dar- stellt.

Es soll an dieser Stelle betont werden, dass der beispielhaft gewählte oder tatsächliche Aufprallwinkel a für die erfin- dungsgemäße Safing-Funktion der Steueranordnung keinerlei Rolle spielt. Die grundsätzliche Wirkungsweise beruht darauf, einen erwarteten (gewichteten) Wert R für au aus den Signalen

ax und ay zu berechnen und diesen dann mit dem tatsächlich gemessenen Aufgangssignal as des Analogsensors 12 zu verglei- chen. Bei einer Übereinstimmung von R und as innerhalb eines definierten Toleranzfensters wird kein Störfallsignal er- zeugt, bzw. kann ein Freigabesignal erzeugt werden.

Der Analogsensor 12 liefert das Beschleunigungssignal as an eine Safing-Auswerteeinheit 6. Da die Safing-Auswerteeinheit 6 zudem noch die Beschleunigungssignale ax und ay verarbei- tet, kann sie aus diesen jeweils einen Referenzwert R bilden, der mit dem erwarteten Safing-Beschleunigungssignal as zu vergleichen ist. Bei einer signifikanten Abweichung der bei- den Signale wird ein Sperrsignal Ss erzeugt und an die Schalteinheit 8 übertragen. So ließe sich im gewählten Aus- führungsbeispiel ein Referenzwert Rx für das Beschleunigungs- signal ax in x-Richtung mit Rx Kll * F * cos a festlegen, wobei hier das Ausgangssignal ax des X-Y- Beschleunigungssensors in Richtung der Fahrzeuglängsachse A- A'positiv gewählt ist bei einer Beschleunigung entgegen der Fahrtrichtung, d. h. bei einem Aufprall von vorne. Der Faktor Kii stellt wiederum eine Konstante zur Anpassung des Refe- renzsignals Rx dar. In gleicher Weise lässt sich ein Refe- renzwert Ry für das Beschleunigungssignal ay in y-Richtung mit Ry Kll * F * sin a festlegen, wobei hier das Ausgangssignal ay des X-Y- Beschleunigungssensor in Richtung der Fahrzeugquerachse B-B positiv gewählt ist bei einer Beschleunigungskomponente von (in Fahrtrichtung) rechts. Die Referenzwerte Rx und Ry lassen sich bei geeigneter Wahl der Konstanten K11 und K12 jeweils mit dem Beschleunigungssignal as für die Auslenkung des Ana- logsensors 12 in Fahrzeuglängsrichtung gleichsetzen, um dar-

aus bei signifikanter Abweichung das Sperrsignal Ss zu erzeu- gen.

In allgemeinerer Form läßt sich die Safing-Funktion folgen- dermaßen formulieren : R=Kn*(ax+äy), wobei R = K1 2 * aO gelten muß, soll eine einwandfreie Funktion der Sensoren er- kannt werden. Daraus wird nochmals die grundsätzliche Wir- kungsweise der Safing-Funktion der Steueranordnung deutlich, nämlich die Bildung eines theoretischen (gewichteten) Wertes R für das Ausgangssignal eines dritten Sensors 12 aus den Ausgangssignalen eines X-Y-Beschleunigungssensors 11 und der anschließende Vergleich des theoretischen Wertes R mit dem tatsächlichen Ausgangssignal as des Sensors 12.

Bei Empfang des Sperrsignals Ss verhindert die Schalteinheit 8 trotz Empfangs eines Auslösesignals Sa die Ausgabe eines Zündsignals Z an das Rückhaltemittel 2. Wie erwähnt, reprä- sentiert die Schalteinheit 8 eine Mehrzahl von Schalteinhei- ten zur Erzeugung von mehreren Zündsignalen, sofern im Fahr- zeug eine Mehrzahl von Insassenschutzmitteln vorgesehen sind.

In einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Steueranordnung werden die von den Beschleunigungssensoren 11,12 an die Safing-Auswerteeinheit 6 gelieferten Beschleu- nigungssignale ax, ay, as gleichzeitig zur Bildung eines Schwellwertes SW verwendet. Diese kann in einer einfachen Schwellwertanalyse von nur einem, von zwei oder auch von al- len drei Beschleunigungssignalen ax, ay, as bestehen. Zweckmä- ßigerweise erfolgt jedoch eine logarithmische Erfassung der Signale und/oder eine Integralbildung über die Zeit mit nach-

folgender Integralauswertung, um auf diese Weise zu zuverläs- sigeren Aussagen über einen Crashverlauf zu gelangen.

Durch eine solche Schwellwertanalyse wird verhindert, daß auch im Stillstand des Fahrzeuges oder bei sehr langsamer Fahrt eine Freigabe eines Zündsignals Z in der Schalteinheit 8 erfolgen kann. Vielmehr wird immer dann ein Sperrsignal Ss von der Safing-Auswerteeinheit 6 generiert, solange der vor- bestimmte Schwellwert SW nicht durch das Signal wenigstens einer Empfindlichkeitsachse der Beschleunigungssensoren 11, 12 überschritten wird. Erst wenn mindestens ein Wert eines Beschleunigungssignals ax, ay, as den vorgestimmten Schwell- wert SW (als Einzelwert oder als zeitliches Integral) über- steigt, wird die Safingfunktion freigegeben.

Weiterhin ist eine optional vorzusehende Warneinrichtung 61 erkennbar, die beispielsweise als optischer Signalgeber oder als sonstige Anzeigeeinheit ausgestaltet sein kann. Auch ist die Ausgabe eines Störsignals an eine Speicher-bzw. eine Di- agnoseeinrichtung denkbar, so dass eine schnelle Erkennung und Behebung der Störung durch Servicekräfte möglich ist.

Der Vorteil dieser Anordnung liegt in der schnellen und zu- verlässigen Signalverarbeitung im Mikroprozessor der Auswer- teeinrichtung 4 ; dort werden lediglich die Beschleunigungs- signale ax, ay des X-Y-Beschleunigungssensors verarbeitet.

Die Sicherheitsüberwachung des von der Auswerteeinrichtung erzeugten Auslösesignals Sa erfolgt hierbei ausschließlich in der von der Auswerteeinrichtung 4 getrennten Safing- Auswerteeinheit 6. Während also der Prozessor in der Auswer- teeinrichtung sich nur um die Signale vom X-Y-Sensor kümmern muss, prüft die Safingauswertung diese Sensorsignale auf Plausibilität. Weiterhin werden Kriterien festgelegt, die die Sensorsignale erfüllen müssen, damit eine Zündbereitschaft erzeugt werden kann. Gibt zudem der Prozessor auch noch ein Freigabesignal, so können die Auslöser für die Rückhaltemit- tel gezündet werden. Die Safing-Auswerteeinheit 6 kann entwe-

der getrennt vom Analogsensor 12 oder in einer Baueinheit mit diesem ausgeführt sein.

Figur 3 zeigt eine beispielhafte Anordnung der Schalteinheit 8, bestehend aus einem zwischen zwei Schaltern 81 und 82 im Bordnetz befindlichen Zündelement 21. Die Schalter 81 und 82 sind vorzugsweise als Transistorschalter ausgeführt. Die Spannungsversorgung im Fahrzeug Ubat sorgt für einen geladenen Zündkondensator C, der sich bei geschlossenen Schaltern 81 und 82 gegen die Masse entladen kann und dabei für eine Er- hitzung des durch einen Widerstand symbolisierten Zündelemen- tes 21 sorgt. Wenn die Auswerteeinrichtung 4 einen Aufprall erkannt hat, liefert sie ein Auslösesignal Sa, welches für ein Schließen des (Transistor-) Schalters 82 sorgt. Eine Zün- dung kann allerdings erst dann erfolgen, wenn die Plausibili- tätskontrolle in der Safing-Auswerteeinheit 6 keinen Fehler erkannt hat und kein Sperrsignal Ss an den Schalter 81 lie- fert. Ist dies der Fall, bleibt der (Transistor-) Schalter 81 offen, d. h. es erfolgt keine Zündung.

Die erfindungsgemäße Steueranordnung weist gegenüber herkömm- lichen Safingkonzepten, die üblicherweise drei in Sternanord- nung mit einem Winkelverhältnis von jeweils 120° zueinander stehende Analogsensoren aufweisen, insbesondere den Vorteil auf, dass die herkömmlichen Algorithmen zur Crashdetektion und davon abhängigen Auslösung von Insassenschutzmitteln ohne weiteres Verwendung finden können, die die Beschleunigungs- signale ax, ay des X-Y-Beschleunigungssensors 11 direkt zur Verfügung stehen.

Auch ist auf diese Weise eine geringere Belastung des in der Auswerteeinrichtung 4 üblicherweise vorgesehenen Mikroprozes- sors sichergestellt, da nur die beiden Signale ax, ay des X- Y-Beschleunigungssensors 11 verarbeitet werden, anstatt die Signale dreier Analogsensoren. Weiterhin ist von Vorteil, dass anstatt zwei separater Analogsensoren ein integrierter

X-Y-Beschleunigungssensor 11 zur Anwendung kommt, wodurch die Steueranordnung kostengünstiger zu realisieren ist.