DE3334603A1

DE3334603A1 - Verstaerkeranordnung fuer einen beschleunigungsaufnehmer

Info

Publication number: DE3334603A1
Application number: DE19833334603
Authority: DE
Inventors: Darko Dipl.-Ing. Brodarac; Wolfram Dr.-Ing. 7410 Reutlingen Glauert; Bernahrd Dipl.-Ing. 7123 Sachsenheim Mattes; Eberhard Dipl.-Ing. 7140 Ludwigsburg Mausner; Winfried Dipl.-Ing. 7410 Reutlingen Speidel
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1983-09-24
Filing date: 1983-09-24
Publication date: 1985-04-04
Also published as: FR2552551A3; FR2552551B3; DE3334603C2

Description

ROBERT BOSCH GMBH, 7OOO STUTTGART 1

Verstärkeranordnung für einen Beschleunigungsaufnehmer Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einer Verstärkeranordnung für einen Beschleunigungsaufnehmer nach der Gattung des Hauptanspruchs. Solche Beschleunigungsaufnehmer weiden im Kraftfahrzeug z.B. für sogenannte Airbags oder Gurtstrammer benötigt und sind aus ATZ Automobiltechnische Zeitschrift 8^ (1982) 2, Seiten 77 bis 83 bekannt. Ein Beschleunigungsaufnehmer erfaßt die Verzögerungen des Fahrzeugs, verstärkt sie und gibt sie an ein Steuergerät weiter, das ein Auslösesignal dann erzeugt, wenn eine Verzögerungscharakteristik vorliegt, die der eines Aufpralls des Fahrzeugs auf ein Hindernis entspricht. Durch diese Auslöseeinrichtung werden Zündkreise elektrisch ausgelöst, die über eine chemische Reaktion entweder das plötzliche Aufblasen des Airbags (Luftsacks) oder das plötzliche Anspannen von Sicherheitsgurten bewirken.

Solche Anordnungen müssen naturgemäß sehr zuverlässig arbeiten, da die Gefahr besteht, daß Fehlauslösungen infolge 4er Offsetdrift des Verstärkers über Zeit und Temperatur erfolgen. 3ei der Verwendung von billigen Bauteilen, insbesondere billigen Beschleunigungsaufnehmern ist die Gefahr besonders groß.

Vorteile der Erfindung

Die erfißdungsgemäße Verstärkeranordnung mit den kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat demgegen- ' über den" Vorteil, daß auch bei Verwendung einfacher und

billiger Beschleunigungsaufnehmer keine Offsetdrift über der Zeit, und der Temperatur auftritt, wobei darüber hinaus jeglicher Temperatureinfluß ausgeschaltet wird. Ein Abgleich der Bauteile kann entfallen.

Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im Hauptanspruch angegebenen Verstärkeranordnung möglich. Besonders vorteilhaft ist die Einschaltung eines !Comparators mit eigener Offsetkompensation in den Offsetkompensationskreis des Verstärkers, wobei in. einem vorgegebenen Zeittakt in Abhängigkeit der Ausgangsspannung des !Comparators der Ausgangsstrom der Stromquelle stufenweise erhöht oder erniedrigt wird. Dies kann in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorteilhaft über einen Zähler erfolgen, dessen Zählrichtung durch das Ausgangssignal des !Comparators festgelegt wird.

Weiterhin ist es besonders vorteilhaft, zur Dämpfung der Resonanzüberhöhung Tiefpässe vor der Verstärkeranordnung oder zwischen einzelnen Stufen der Verstärkeranordnung anzuordnen.

Vorteilhaft wird die Frequenz des Zeittakts dabei so niedrig gewählt, daß die Anordnung als Hochpaß wirkt, d.h., daß der Ausgang der Verstärkeranorndung zwar immer auf einem festen Wert, insbesondere dem Wert Null geregelt wird, kurzzeitige Beschleunigungswerte jedoch ungehindert zum Ausgang gelangen können.

Zeichnung

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Die einzige Figur zeigt eine schaltungsmäßige Ausgestaltung des Ausführungsbeispiels.

Beschreibung des Ausführungsbeispieles

Das Signal eines einseitig an Masse liegenden piezoelektrischen Beschleunigungsaufnehmers 10 ist über die Reihenschaltung zweier Widerstände 11, 12 dem nicht invertierenden Eingang eines eine Vorverstärkerstufe bildenden Operationsverstärkers 13 zugeführt. Parallel zur Reihenschaltung des Beschleunigungsaufnehmers 10 mit dem Widerstand 11 liegt die Reihenschaltung eines Kondensators 1k mit einem weiteren Widerstand 15· Wiederum parallel dazu ist ein Stromableitwiderstand 16 geschaltet. Der nichtinvertierende Eingang des Komparators 13 ist über einen Kondensator 17 mit Masse verbunden. Der Widerstand 11 zusammen mit dem Kondensator 1h sowie der Widerstand 12 zusammen mit dem Kondensator 17 bilden zwei Tiefpässe zur Dämpfung der bei piezoelektrischen Elementen ausgeprägten Resonanzüberhöhung, die deshalb notwendig sind, um den Eingang des Operationsverstärkers 13 nicht zu übersteuern. Der Kondensator 11+ dient dabei gleichseitig zur Temperaturkompensation des Beschleunigungsaufnehmers. Der Widerstand 15.dient zu Testzwecken, d.h., über eine mit ihm verbundene

Klemme 18 können Testsignale in den Vorverstärker eingespeist werden, um auf diese Weise vorteilhaft die elektrische Schaltung zu prüfen.

Der Ausgang des Operationsverstärkers 13 ist über einen Widerstand 19 auf seinen invertierenden Eingang rückgekoppelt und bildet dadurch die Vorverstärkerstufe. Das Ausgangs signal des Operationsverstärkers 13 ist über einen weitere^ aus einem Widerstand 20 und einem Kondensator 21 bestehenden Tiefpaß zur Dämpfung der Resonanzüberhöhung mit dem nichtinvertierenden Eingang eines weiteren Operationsverstärkers 22 verbunden, dessen Ausgang über einen Widerstand 23 auf den invertierenden Eingang rückgekoppelt ist, wobei dieser invertierende Eingang über einen weiteren Widerstand 2k an Masse gelegt ist. Dadurch entsteht ein Endverstärker 22 bis 2k, dessen Verstärkung V=1+R23/R2U ist. Dieser Verstärkungsfaktor wird dabei vorteilhaft auf einen Wert zwischen 5 und 20 festgelegt. Der Ausgang des Operationsverstärkers 22 ist mit einer Ausgangsklemme 25 verbunden, die das verstärkte Beschleunigungssignal einer weiteren Auswerteschaltung zuführt, wie sie beispielsweise im angegebenen Stand der Technik gezeigt ist.

Zur Offsetkompensation der beschriebenen Anordnung ist der Ausgang des Operationsverstärkers 22 über einen CMOS-Transistorschalter 26 mit dem nichtinvertierenden Eingang eines als Komparator 27 geschalteten Operationsverstärkers verbunden. Der invertierende Eingang ist über einen Kondensator 28 mit Masse und über einen weiteren Transistorschalter 29 mit seinem Ausgang verbunden. Ein weiterer Transistorschalter 30 verbindet den nichtinvertierenden Eingang des Komparators 27

mit Masse. Ein Zeittaktgeber 31 ist mit den Steuereingängen der beiden Transistorschalter 29, 30 sowie über einen Inverter 32 mit dem Steuereingang des Transistorschaltsrs 26 verbunden. Weiterhin erzeugt dieser Zeittaktgeber 31 Zähltakt signale für einen Zähler 33 dessen Zählrichtungseingang U/D durch den Ausgang des Komparators 27 gesteuert ist. Die Zahlenausgänge dieses Zählers 33 steuern über einen Digital/Analog-Wandler 3^ eine Stromquelle 35 deren Ausgangs strom dem invertierenden Eingang des Operationsverstärkers 13 zugeführt wird.

Die Wirkungsweise der dargestellten Anordnung besteht darin, daß das Ausgangssignal des Endverstärkers 22 bis 2U durch die Offsetkompensationsschaltung 26 bis 35 auf den Wert Null geregelt wird. Da diese Offsetkompensationsschaltung durch entsprechende Wahl des Zeittakts (Signallänge des Zeittaktgebers z.B. 300 ms) als Hochpaß wirkt, können kurzzeitige Beschleunigungssignale ungehindert zur Augangsklemme 25 gelangen. Im einzelnen wird dazu zunächst während einer ersten Zeittaktperiode (0-Signal am Ausgang des Zeittaktgebers 31) über den Inverter 32 der Transistorschalter 26 geschlossen, wodurch die Ausgangsspannung an der Klemme 25 mit der Spannung des Kondensators 28 verglichen wird. In Abhängigkeit der Differensspannung entsteht am Ausgang des Komparators 27 ein 1-Signal oder ein 0-Signal, durch das der Zähler 33 auf einen Aufwärtszählvorgang oder einen Abwar"szählvorgang geschaltet wird. Über ein Zeit-•caktsignal am Zähltakteingang des Zählers 33 erfolgt der entsprechende Zählschritt, durch den der Zählerstand des Zählers 33 um den Wert 1 erhöht oder erniedrigt wird. Ein diesem Zählerstand entsprechendes

analoges Steuersignal wird über den D/A-Wandler 3^ erzeugt und steuert die Strompelle 35, die einen entsprechend erhöhten oder erniedrigten Ausgangsstroin erzeugt. Dieser greift in den Vorverstärker 13, 19 ein und wirkt dadurch einer festgestellten zu hohen (positiv) oder zu niedrigen (negativen) Ausgangsspannung an der Klemme 25 entgegen, wodurch die erwünschte Kompensation jeweils stufenweise eintritt.

Wenn der Transistorschalter 26 anschließend geöffnet wird, dann schließen lie Transistorschalter 29 und 30, wodurch der nichtinvertierende Eingang an Masse gelegt wird und die gemeinsame Spannung des invertierenden Eingangs, und des Ausgangs dem Kondensator 28 zugeführt wird. Dieser stellt sich dadurch auf den negativen Wert der augenblicklichen Offset spannung des Komparators 27 ein, so daß sich auch diese nicht fehlerhaft auswirken kann.

Es sei noch festgehalten, daß für diese Schaltung in vorteilhafter und an sich bekannter Weise eine Initialisierungsschaltung (Power-on-Reset) vorgesehen sein kann, um bei jedem Einschaltvorgang oder bei Unterspannung definierte Anfangsbedingungen zu schaffen. Dies ist durch die beiden mit R bezeichneten Pfeilen gekennzeichnet. Der Zähler 33 wird auf einen festgelegten Zahlenwert gesetzt und der Zeittaktgeber 31 wird für eine definierte Zeit auf eine höhere Frequenz gesetzt. Dadurch entsteht ein beschleunigter Offsetausregelvorgang, der Einschaltabweichungen rascher ausregelt.

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Claims

T.9.1983 Ve/Hm

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ROBERT BOSCH GMBH, TOOO STUTTGART 1

Ansprüche

/ 1 . )Verstärlceranordnung für einen Beschleunigungsaufnehmer, insbesondere einen piezoelektrischen Beschleuniigungsauf nehmer , mit Of f setkompensation , dadurch -"gekennzeichnat, daß das Ausgangssignal der Ver stärkerano'rdnung in einem Komparator (2T) mit einer V^rgleichsspannung in einem festen oder variablen Zeittakt; verglichen wird, daß in Abhängigkeit des Ausgang^signals des !Comparators (2T) der Ausgangsstrom einer Stromquelle (35) im Zeittakt erhöht oder erniedrigt - wird, und daß dieser Ausgangsstrom einem Verstärkereingang zugeführt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,, daß die Ausgangsoffset-Spannung auf den Wert Null geregelt wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsspannung die Offsetspannung des Komparators (2T) ist.

h. Verstärkeranordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Eingang des Komparators (2T) über einen Transistorschalter (26) mit dem Ausgang der Verstärkeranordnung verbunden ist, daß ein Vergleichseingang¹ des Komparators (2T) mit einem Kondensator (25)

/on - 2 -

verbunden ist, daß im Zeittakt der Transistorschalter geöffnet und geschlossen wird, wobei jeweils im geöffneten Zustand der damit verbundene Eingang des Komparator s (27) an Masse und die Ausgangsspannung an den Kondensator (28) gelegt wird, und wobei im geschlossenen Zustand die Komparatorausgangsspannung auf die Stromquelle (35) einwirkt.

5. Verstärkeranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Ausgangsspannung des Komparators (27) die Zählrichtung eines im Zeittakt zählenden Zählers gesteuert wird, und daß durch den Zählerstand der Ausgangs strom der Stromquelle (35) gesteuert wird.

6. Verstärkeranordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des Zeittakts so niedrig gewählt ist, daß die Anordnung als Hochpaß wirkt.

7. Verstärkeranordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß bei jedem Einschaltvorgang und/oder bei Unterspannung die Frequenz für eine vorgebbare Zeit erhöht wird.

8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Verstärkeranordnung wenigstens ein Tiefpaß (11, 1U bzw. 12, 17) vorgeschaltet ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Tiefpaßkondensator (1k) zur Temperaturkompensation des Beschleunigungsaufnehmers (1O) vorgesehen ist.

-ΒΙΟ. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß zur elektrischen einspeisung eines Prüfimpulses ein mit dem Tiefpaßkondensator (1U) verbundener Widerstand (15) vorgesehen ist.

11. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkeranordnung aus wenigstens zwei Verstärkerstufen (13, 19 "bzw. 22 bis 2U) besteht, wobei der Ausgangsstrom der Stromquelle (35) einem Eingang der ersten Verstärkerstufe (13, 19) zugeführt wird.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Verstärkerstufen wenigstens ein Tiefpaß (20, 21) vorgesehen ist.