Stand der Technik

In der Auslöseschaltung eines Sicherheitsheitssystems für Fahrzeuginsassen wird häufig als beschleunigungsempfindlicher Sensor ein piezoelektrisches Element benutzt. Dieser Sensor ist ein funktionswichtiges Bauelement der Auslöseschaltung -und muß daher ständig auf seine Funktionsfähigkeit überprüft werden. Mindestens ist die Funktionsfähigkeit bei jeder Inbetriebnahme des Fahrzeugs, also beispielsweise beim Startvorgang, zu überprüfen. Zu diesem Zweck wird über einen speziellen Testeingang eine sprungfδrmige Spannung an den Sensor angelegt, was ein entsprechendes Ausgangssignal des Sensors zur Folge hat. Dieses Ausgangssignal des Sensors kann dann Hinweise auf die Funktionsfähigkeit des Sensors geben. Derartige Prüfverfahren für beschleunigungsempfindliche Sensoren sind beispielsweise aus DE 22 22 038 D2, EP-0 011 680 Bl und aus der Zeitschrift 1141 Ingenieurs d'Automobile (1982) No. 6, Seiten 69 - 77, bekannt.

Fehler im anologen Pfad des beschleunigungsempfindlichen Sensors führen meist zu einer extremen Testsignalantwort (beispielsweise keine Veränderung am Sensorausgang, null Volt oder Betriebsspannung am Sensorausgang) und können im allgemeinen sehr gut erkannt werden. Schwieriger hingegen gestaltet sich die Feststellung, ob die Funktionsfähigkeit des beschleunigungsempfindlichen Sensors durch eine mechanische Beschädigung, z. B. einen Bruch oder eine

Ablösung der Elektrode des piezoelektrischen Elements, beeinträchtigt ist. Derartige Fehler lassen sich nur indirekt über eine in der Regel damit einhergehende Kapazitätsänderung des piezoelektrischen Elements feststellen. Die Amplitude der Testsignalantwort des beschleunigungsempfindlichen Sensors auf ein zugeführtes sprungfδrmiges Prüfsignal hängt im wesentlichen von der Kapazität des piezoelektrischen Elementes und dem Verstärkungsfaktor eines in der Regel vorgesehenen Ausgangsverstärkers ab. Eine durch Beschädigung des piezoelektrischen Elementes hervorgerufene Kapazitätsverringerung würde beispielsweise zu einer vergrößerten Amplitude des Ausgangssignals führen. Da sich jedoch die Kapazität des piezoelektrischen Elementes unmittelbar auf die Amplitude des Ausgangssignals des Sensors auswirkt, würden sich auch den Kapazitätswert beeinflussende Größen wie Grund-, Alterungs- und Temperaturtoleranzen unmittelbar auf die Amplitude auswirken. Der Ausgangsverstärker für das Signal des Sensors besitzt in der Regel eine progressive Verstärkung, deren Verstärkungsfaktor meistens nicht genau bekannt ist. Dies hat zur Folge, daß auch das Testsignal mit einem unbek.annten Faktor verstärkt wird. Je nach Größe der Kapazität des piezoelektrischen Elementes kann dies dazu führen, daß das durch ein Prüfsignal angeregte Ausgangssignal des Sensors in die Begrenzung geht. Dies wiederum beeinflußt direkt den Abtastzeitpunkt des Testsignals, da eine Auswertung nur außerhalb der Übersteuerung möglich ist. Um daher eine mechanische Beschädigung des Sensors durch Auswertung der Signalamplitude des Ausgangssignals erkennbar zu machen, müßte ein erheblicher Aufwand getrieben werden, um den Einfluß der zunächst unbekannten Größen, wie beispielsweise Verstärkungsfaktor, Toleranzen usw. auf die Testsignalantwort zu erfassen. In der Regel ist es dazu erforderlich, diese Größen bei der Herstellung des Sensors meßtechnisch zu bestimmen und dementsprechend geeignete Korrekturwerte dauerhaft in einem dem Sensor zugeordneten Speicher der Auslöseschaltung abzuspeichern.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren bietet demgegenüber den Vorteil, daß auch mechanische Defekte des beschleunigungsempfindlichen Sensors, die vornehmlich mit einer Kapazitätsänderung des piezoelektrischen Elements einhergehen, auf besonders einfache Weise festgestellt werden können. Dabei können aufwendige Messungen und eine Speicherung der Meßwerte während des Herstellungsverfahrens des Sensors vermieden werden. Die Erfindung macht sich dabei die Tatsache zu Nutze, daß die Funktionstüchtigkeit des Sensors im wesentlichen durch Kombination einer Zeit- und Amplitudenmessung überprüfbar ist.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen Figur 1 ein Blockschaltbild einer einen beschleunigungsempfindlichen Sensor umfassenden Auslδseschaltung, Figur 2, Figur 3 und Figur 4 in Diagrammen den Verlauf der AusgangsSpannung je eines intakten und defekten Sensors als Funktion der Zeit.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Figur 1 zeigt anhand eines schematischen Blockschaltbilds die Struktur eines Sicherheitssystems für Fahrzeuginsassen. Mit 10 ist ein beschleunigungsempfindlicher Sensor, beispielsweise ein piezoelektrisches Element bezeichnet. Dieser Sensor 10 ist mit einer Auswerte- und Ansteuerschaltung 20 verbunden, die vorzugsweise einen Mikrorechner umfaßt. Der Sensor 10 und die Auswerteschaltung 20 bilden eine Auslδseschaltung eines Sicherheitssystems für Fahrzeuginsassen. Die Auswerteschaltung 20 wiederum ist mit Sicherungsmitteln 30 für Fahrzeuginsassen, wie beispielsweise Airbag und/oder Gurtstraffer verbunden. Mit 40 ist ein

Testimpulsgenerator bezeichnet, der sowohl mit der Auswerteschaltung 20 als auch mit dem Sensor 10 verbunden ist. Die Auswerteschaltung 10, 20 aktiviert bei einem Unfall die Sicherungsmittel 30, um die Fahrzeuginsassen zu schützen. Dazu erfaßt der beschleunigungsempfindliche Sensor 10 die Fahrzeugbeschleunigung und wandelt diese ein in entsprechendes elektrisches Ausgangssignal um, das von der Auswerteschaltung 20 ausgewertet wird. Die Auswerteschaltung 20 überprüft dabei die Größe der von dem Sensor 10 gemessenen Beschleunigungswerte und steuert die Rückhaltemittel 30 dann an, wenn die Beschleunigungswerte vorgebbare Schwellwerte überschreiten. Vorzugsweise umfaßt die Auswerteschaltung 20 dazu einen Mikrorechner, der die Funktionsabläufe steuert. Um die Betriebsfähigkeit der Auslöseschaltung ständig überwachen zu können, gibt der Testimpulsgenerator 40, von der Auswerteschaltung 20 gesteuert, Testimpulse ab, mit denen der beschleunigungsempfindliche Sensor 10 beaufschlagt wird. Als Testimpulse werden zweckmäßig sprungfδrmig verlaufende Spannungswerte in der Größenordnung einiger Volt vorgesehen. Beispielsweise kann ein von dem Testimpulsgenerator 40 abgegebener Prüfimpuls eine zwischen etwa 4,0 und 4,5 Volt liegende Spannung haben. In dem Diagramm gemäß Figur 2 ist der Spannungsverlauf des AusgangsSignals je eines intakten und defekten beschleunigungsempfindlichen Sensors 10 als Funktion der Zeit nach Anregung durch einen derartigen Prüfungsimpuls des Testimpulsgenerators 40 dargestellt. Kurve 1 repräsentiert dabei das Ausgangssignal eines intakten Sensors 10, während Kurve 2 das Ausgangssignal eines defekten Sensors 10 dargestellt. Der Kapazitätswert eines intakten Sensors in Form eines piezoelektrischen Elements liegt in der Größenordnung einiger 100 Pikofarad. Durch eine mechanische Beschädigung, wie beispielsweise einen Elektrodenabriß bei dem piezoelektrischen Element, kann jedoch der Kapazitätswert des Sensors derart verringert werden, daß die Kapazität eines defekten Sensors 10 nur noch etwa die Hälfte der Kapazität eines intakten Sensors beträgt. Da, wie eingangs bereits erwähnt, jedoch zahlreiche andere Größen die Amplitude des

AusgangsSignals des Sensors beeinflussen können, ist es außerordentlich schwierig, die Funktionsfähigkeit des Sensors lediglich mittels der Auswertung der Amplitude des Ausgangssignals zu überprüfen. Erfindungsgemäß werden daher Verfahren vorgeschlagen, die diese Überprüfung wesentlich einfacher und mit größerer Zuverlässigkeit ermöglichen. Dies wird im folgenden anhand von Figur 3 und Figur 4 erläutert. Figur 3 zeigt wiederum ein Diagramm mit Darstellung des Amplitudenverlaufs der Ausgangssignale je eines defekten und eines intakten Sensors 10 als Funktion der Zeit T. Mit 1 ist wiederum das Ausgangssignal eines intakten Sensors und mit 2 das Ausgangssignal eines defekten Sensors bezeichnet. Diese Ausgangssignale ergeben sich wiederum als Antwort auf einen Prüfimpuls des Testimpulsgenerators 40, der eine etwas über 4,0 Volt liegende Amplitude hat. Erfindungsgemäß wird sozusagen als Nullinie ein Spannungsgrundwert UG vorgegeben, der in dem in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel bei etwa 2,15 Volt liegt. Weiterhin wird ein Zeitgrenzwert TGRENZ festgelegt, der in dem dargestellten Ausführungsbeispiel bei etwa 140 Millisekunden liegt. Nach Anlegen eines Testimpulses an den Eingang des Sensors 10 wird dessen Ausgangssignal erfaßt und festgestellt, wann dieses Ausgangssignal die "Nullinie", also den vorgegebenen Spannungsgrundwert UG unterschreitet. Bei einem defekten Sensor, dessen Ausgangssignal durch die Kurve 2 repräsentiert wird, ist dies bei einem Zeitpunkt Tl, etwa 107 Millisekunden nach Anlegen des Prüfimpulses, der Fall. Der Zeitpunkt Tl liegt zeitlich vor dem Zeitgrenzwert TGRENZ. Bei einem intakten Sensor dagegen, dessen Ausgangssignal durch die Kurve 1 repräsentiert wird, wird die durch den Spannungsgrundwert UG dargestellte Nullinie erst zu einem Zeitpunkt T2 unterschritten, der ca. 162 Millisekunden nach dem Anlegen des Prüfimpulses an den Sensor folgt und der damit zeitlich nach dem Zeitgrenzwert TGRENZ liegt. Durch Messung der Zeitpunkte Tl bzw. T2 und Vergleich dieser Zeitpunkte mit dem Zeitwert TGRENZ kann somit auf einfache Weise festgestellt werden, ob der Sensor 10 funktionsfähig oder defekt ist. Eine

Abwandlung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird anhand von Figur 4 erläutert. Bei diesem Verfahren wird ein Testzeitintervall TINV vorgegeben, das mit dem Anlegen des Prüfumpulses an den Sensor 10 beginnt. Die Länge dieses Testzeitintervalls TINV beträgt bei dem durch das Diagramm gemäß Figur 4 erläuterten Ausführungsbeispiel etwa 140 Millisekunden. Weiterhin wird festgestellt, ob innerhalb dieses Intervalls das Ausgangssignal des beschleunigungsempfindlichen Sensors 10, repräsentiert durch die Kurven 1 bzw. 2, die durch den Grenzwert UG vorgegebene "Nullinie" unterschreitet oder nicht. Falls dies innerhalb dieses Testzeitintervalls TINV vorkommt, im angegebenen Beispiel ist dies bei der Kurve 2 der Fall, wird auf die Funktionsunfähigkeit des Sensors 10 geschlossen und zweckmäßig eine Warnanzeige 50 aktiviert. Bei einem funktionsfähigen Sensor 10 dagegen, dessen Ausgangssignal durch Kurve 1 repräsentiert ist, wird die Nullinie des Grenzwertes UG erst nach Ablauf des Zeitinvertalls TINV erreicht. Die Werte TGRENZ und TINV sind vom Typ des beschleunigungsempfindlichen Sensors abhängig und werden empirisch festgelegt.