DE60124188T2

DE60124188T2 - Vernetztes elektronisches Zündsystem

Info

Publication number: DE60124188T2
Application number: DE60124188T
Authority: DE
Inventors: Steven D. Redondo Beach Nelson; Michael N. Thousand Oaks Diamond
Original assignee: PS EMC West LLC
Current assignee: McCormick Selph Inc
Priority date: 2000-09-06
Filing date: 2001-08-24
Publication date: 2007-08-30
Anticipated expiration: 2021-08-25
Also published as: US7644661B1; EP1186852A1; DE60124188D1; EP1186852B1; ES2273769T3; US20100175574A1; ATE344436T1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Das Gebiet der Erfindung betrifft ein vernetztes System pyrotechnischer Bauelemente.
Pyrotechnische Bauelemente spielen eine zunehmend wichtige Rolle in Luft- und Raumfahrzeugen und Systemen, wie z.B. Raketen, Flugzeugen und Raumfahrzeugen. Die Zahl pyrotechnischer Elemente, die bei einem typischen ferngelenkten Flugkörper verwendet werden, hat sich z.B. während der Jahre von weniger als zehn auf so viele wie zweihundert oder mehr vergrößert. Die zusätzlichen pyrotechnischen Bauelemente können für verschiedene Zwecke verwendet werden. Anstelle eines stärkeren kraftangetriebenen Initiators können z.B. mehrere geringer kraftangetriebene Initiatoren verwendet werden, um im Hinblick auf die Kraftmenge, die an einer einzelnen Stelle des Fahrzeugs erzeugt werden kann, flexibel zu sein. Die Verwendung zusätzlicher pyrotechnischer Bauelemente ist jedoch mit dem Problem einer zusätzlichen Infrastruktur innerhalb des Fahrzeugs oder Systems, das diese Vorrichtungen verwendet, verbunden. Wenn die Zahl pyrotechnischer Elemente in einem Fahrzeug oder System steigt, steigen mehrere andere Dinge auch, wie z.B. die Verkabelungslänge, die Kabelmenge, das Gewicht, die Zahl der Teile, die Leistungsaufnahme, die Systemkomplexität, die Herstellungszeit und die Systemkosten. In einer Rakete oder einem Flugkörper sind Gewicht und Volumen die wichtigsten Faktoren, und ein Ansteigen im Gewicht und Volumen eines pyrotechnischen Systems ergibt Probleme im Hinblick auf das Verpacken und das Gewicht, was zur Lösung eine beträchtliche Planungs- und Konstruktionszeit erfordern kann.
Ein Grund für diese Probleme ist die Kabelgröße und das Gewicht. 1 zeigt eine typische Installierung pyrotechnischer Initiatoren 100 nach dem Stand der Technik, worin jeder pyrotechnischer Initiator 100 mit einer Zündsteuereinheit 102 verbunden ist, die die Zündenergie zu den pyrotechnischen Elementen 100 überträgt, wenn von der Steuerung 104 ein Signal, dies zu tun, empfangen wird. Diese Elemente sind typischerweise in einer ineffizienten verzweigten Konfiguration verbunden. Das heißt, ein getrenntes Kabel 106 verbindet jedes pyrotechnische Element 100 individuell mit einer Zündkontrolleinrichtung 102. Jedes der Kabel 106 ist ein Hochleistungskabel, das abgeschirmt ist, um eine elektromagnetische Interferenz (EMI), elektromagnetischen Impuls (EMP) oder Hochfrequenz(RF)-Interferenz innerhalb des Kabels 106 zu verringern oder zu eliminieren. Wenn das Kabel nicht abgeschirmt wäre, könnten diese Interferenzquellen potentiell den Betrieb eines oder mehrerer der pyrotechnischen Elemente 100 stören. Die verwendeten Kabel 106 weisen typischerweise eine Stärke von 18 Gauge auf, weil die Kabel 106 typischerweise während des Zündens hohe vorübergehende Ströme von ein bis fünf Ampere oder mehr leiten müssen. Im Aggregat ist die für die verzweigte Konfiguration erforderliche große Zahl von abgeschirmten Hochleistungskabel 106 des Standes der Technik schwer, und sie nehmen ein beträchtliches Volumen ein, was zu Gewichts- und Verstauungsschwierigkeiten innerhalb eines Flugzeugs, Raumfahrzeugs, eines ferngelenkten Flugkörpers, einer Trägerrakete oder einer anderen Applikation führt, wo Gewicht und Raum vorrangig sind. In derzeitigen Systemen kann jede Zündsteuerungseinheit 102 typischerweise nur eine relativ kleine Zahl pyrotechnischer Elemente 100 versorgen. Es könnten deshalb mehrere Zündsteuereinheiten 102 erforderlich sein, was wieder das Gewicht und das Volumen des gesamten pyrotechnischen Systems 108 vergrößert.
In Luft- und Raumfahrzeugsystemen verwendete pyrotechnische Systeme erfordern typischerweise auch eine getrennte Zündsystembatterie 112 und getrennten Stromkreis, unabhängig von den Avionikbatterien 110 des Fahrzeugs. Dieses getrennte Energiesystem ist erforderlich, weil in der Hochleistungsverkabelung Stoßströme auftreten, wenn ein pyrotechnisches Element gezündet wird, was möglicherweise das Avioniksystem stört. Typischerweise werden für die Zündung ein oder mehrere getrennte Zündsystembatterien 112 verwendet. Aufgrund des erforderlichen hohen Stroms sind die Zündsystembatterien 112 typischerweise groß und schwer. Eine getrennte Zündsystembatterie 112 und die damit verbundene Verkabelung fügen einem komplexen pyrotechnisches System in einem Luft- und Raumfahrzeug noch mehr Gewicht hinzu. Zündsystem-Stromkreise werden in US 4 674 047 beschrieben.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Das erfindungsgemäße vernetzte elektronische Zündsystem verbindet eine Anzahl pyrotechnischer Elemente mit einer Hauptleitungssteuerung unter Verwendung leichterer und weniger voluminöser Verkabelung, in einer effizienteren Netzwerk-Architektur, als früher möglich. Jedes pyrotechnische Bauelement enthält einen Initiator, der eine pyrotechnische Anordnung und eine elektronische Anordnung enthält. Die Erfindung wird durch die anliegenden Ansprüche definiert.
Ein oder mehrere pyrotechnische Bauelemente enthalten jeweils ein Verknüpfungselement, das das Funktionieren des Initiators kontrolliert. Jedes Verknüpfungselement weist eine eindeutige Identifizierung auf, die vorprogrammiert sein kann oder zugeordnet wird, wenn das vernetzte elektronische Zündsystem angeschlossen wird.
In einem weiteren Aspekt einer bevorzugten Ausführungsform werden zwei oder mehrere pyrotechnische Bauelemente zusammen mit einer Hauptleitungssteuerung vernetzt. Die Netzwerkverbindungen können seriell, parallel, oder in Kombination dieser zwei Arten, durchgeführt werden. Zur Verbindung der pyrotechnischen Bauelemente an die Hauptleitungssteuerung werden dünne Schwachstromkabel verwendet. Die Verkabelung ist, wenn sie mit der Hauptleitungssteuerung verbunden ist, im wesentlichen gegenüber EMI, EMP und RF-Signalen in der Umgebung unempfindlich und wiegt weniger als die im Stand der Technik verwendeten abgeschirmten Hochleistungskabel.
In einem anderen Aspekt einer bevorzugten Ausführungsform müssen sowohl digitale als auch analoge Zündsteuerbedingungen erfüllt werden, bevor ein pyrotechnisches Bauelement gezündet werden kann.
In einem anderen Aspekt einer bevorzugten Ausführungsform umfasst jedes pyrotechnische Bauelement einen Energiereserve-Kondensator (ERC), der die Zündenergie beim Aufrüsten speichert. Durch das Speichern der Zündenergie innerhalb jedes pyrotechnischen Bauelements werden Stoßströme im Netzwerk verringert oder eliminiert, wodurch die Notwendigkeit für getrennte Zündsystembatterien oder Stromkreise eliminiert wird.
In einem anderen Aspekt einer bevorzugten Ausführungsform ist eine Vielzahl von Initiatoren auf einem einzigen Substrat untergebracht und über dieses Substrat vernetzt.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Darstellung eines pyrotechnischen Systems des Standes der Technik.
2 ist eine schematische Darstellung eines vernetzten elektronischen Zündsystems.
3 ist eine schematische Darstellung eines pyrotechnischen Bauelements zur Verwendung in einem vernetzten elektronischen Zündsystem.
4 ist ein Fließdiagramm, das das Verfahren veranschaulicht, durch das das vernetzte elektronische Zündsystem seine pyrotechnischen Bauelemente testet, rüstet und zündet.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
In 2 wird eine bevorzugte Ausführungsform eines vernetzten elektronischen Zündsystems 200 dargestellt. Das vernetzte elektronische Zündsystem 200 umfasst eine Anzahl pyrotechnischer Bauelemente 202, die mittels des Kabelnetzwerks 204 verbunden sind, das als Hauptleitung (Bus) bezeichnet werden kann. Das Kabelnetzwerk 204 verbindet ebenfalls die pyrotechnischen Bauelemente 202 mit einer Hauptleitungssteuerung 206. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Kabelnetzwerk 204 aus mindestens einem Zweidrahtkabel gebildet, das an die pyrotechnischen Bauelemente 202 niedrige Spannung und niedrige Stromstärke und Kontrollsignale abgibt. Wie hier verwendet, kann das Wort "Kabel" mehrere Stränge eines assoziierten Drahtes bedeuten, einen einzelnen Draht, oder andere geeignete Leiter, wie z.B. flexible gedruckte Schaltungen. Die Kraftstromübertragung und Signalübertragung finden vorzugsweise über das gleiche Kabel im Kabelnetzwerk 204 statt, wodurch die Notwendigkeit, verschiedene Kraftstrom- und Signalkabel bereitzustellen, eliminiert wird. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Kabelnetzwerk 204 aus einem verdrillten abgeschirmten paarverseilten Kabel mit einer so geringen Stärke wie 28 Gauge ausgebildet. Ein solches verdrilltes paarverseiltes Kabel ist für einen Fachmann auf diesem Gebiet bekannt. Die Kabel können jedoch flache Bandkabel sein oder eine andere Art von Kabel, die dazu fähig sind, niedere Spannung und Stromstärke und Signale, wenn gewünscht, zu leiten. Das Kabelnetzwerk 204 kann, abhängig von der Applikation, in der das Kabelnetzwerk 204 verwendet wird, aus Kabeln mit anderen Gauge-Werten bestehen. Die spezifische Art des verwendeten Kabels und sein Gauge-Wert hängt vom Gewicht, dem Stauraum und anderen Beschränkungen, die durch die Applikation, in der das vernetzte elektronische Zündsystem 200 verwendet wird, auferlegt werden, ab. Das Kabelnetzwerk 204 ist vorzugsweise mit abgeschirmten Kabeln aufgebaut. Das Kabelnetzwerk 204 leitet vorzugsweise digitale Signale und Energie zu und von der Hauptleitungssteuerung 206. Das Kabelnetzwerk 204 verteilt vorzugsweise elektrische Energie, die einen Strom in der Größenordnung von Milleampere aufweist. Weil das Kabelnetzwerk 204 Energie und Signale mit niedriger Spannung und niedriger Stromstärke verteilt, können flexible dünne Kabel verwendet werden, was die Integration des vernetzten elektronischen Zündsystems 200 in ein Flugzeug, einen ferngelenkten Flugkörper oder eine andere Vorrichtung erleichtert.
In einer Ausführungsform sind die pyrotechnischen Bauelemente 202 durch das Kabelnetzwerk 204, wie in 2 gezeigt, oder durch andere parallele Verbindungsarten parallel geschaltet. Eine Parallelschaltung verleiht dem vernetzten elektronischen Zündsystem 200 einen zusätzlichen Verlässlichkeitsgrad. Die pyrotechnischen Bauelemente 202 können jedoch durch das Kabelnetzwerk 204 seriell verbunden sein. Eine Serienschaltung kann bei Applikationen von Vorteil sein, bei denen Verstauungs-, Gewichts- und/oder Einfachkeitsgesichtspunkte besonders wichtig sind. Die Serienschaltung kann erzielt werden, indem man jedes der pyrotechnischen Bauelemente 202 zu einer einzelnen seriellen Hauptleitung verbindet, indem man die pyrotechnischen Bauelemente kettenartig verbindet oder durch andere Serienschaltungsmaßnahmen.
Die Hauptleitungssteuerung 206 führt vorzugsweise ein Testen der, und steuert das Rüsten und Zünden von pyrotechnischen Bauelementen 202 über das Netzwerk 204. Vorzugsweise umfasst oder besteht die Hauptleitungssteuerung 206 aus einem Verknüpfungselement (Schaltelement), das mit Instruktionen zur Steuerung des Tests und des Betriebs der pyrotechnischen Bauelemente 202 und des daran angeschlossenen Kabelnetzwerks 204 programmiert ist. Die Hauptleitungssteuerung 206 kann ein ASIC, ein Mikroprozessor, ein gebietsprogrammierbares Gate-Array (FPGA), ein diskretes Logikelement, oder eine andere Art eines logischen Bauelements oder eine Kombination davon sein. Abhängig von der Applikation, in der die Hauptleitungssteuerung 206 verwendet wird, kann die Hauptleitungssteuerung 206 selbst mit einem Zündsteuersystem oder einem Informationsverarbeitungssystem, das mit dem Fahrzeug oder der Vorrichtung, in dem (der) das vernetzte elektronische Zündsystem 200 verwendet wird, assoziiert ist. Alternativ kann die Hauptleitungssteuerung 206 in einem oder mehreren Prozessoren oder Informationsverarbeitungssystem im Fahrzeug oder der Vorrichtung, in der das vernetzte elektronische Zündsystem 200 verwendet wird, eingebaut oder auf andere Weise damit kombiniert sein. Die Hauptleitungssteuerung 206 kann alleine vorhanden sein und empfängt Eingabesignale aus einer menschlichen oder mechanischen Quelle. Die Hauptleitungssteuerung 206 ist vorzugsweise elektrisch mit einer Avionikbatterie 110 verbunden, aus der Energie abgenommen wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform kann jedes pyrotechnische Bauelement 202 irgendein Bauelement sein, das zu einer pyrotechnischen Initiierung fähig ist, wie z.B., ohne darauf beschränkt zu sein, ein Raketenmotorzünder, thermischen Batteriezünder, Bolzencutter, Gabelcutter und Sprengbolzen. Die mit einer einzigen Hauptleitungssteuerung 206 verbundenen pyrotechnischen Bauelemente 202 müssen nicht von der gleichen Art sein, sondern können vielmehr aus verschiedenen Arten pyrotechnischer Bauelemente 202 bestehen, die über das Kabelnetzwerk 204 mit einander verbunden sind. Ein Sprengbolzen und ein Kabelcutter können z.B. zusammen über das gleiche Kabelnetzwerk 204 verbunden sein. Nach 3 weist das pyrotechnische Bauelement 202 mehrere Subkomponenten auf. Die Hauptleitungs-Schnittstelle 312 ist eine elektronische Komponente, die vorzugsweise Signale aus dem Kabelnetzwerk 204 annimmt, bevor diese Signale weiter in das pyrotechnische Bauelement 202 geleitet werden. Hauptleitungs-Schnittstellen sind für einen Fachmann auf diesem Gebiet allgemein bekannt. Das pyrotechnische Bauelement 202 umfasst ein Verknüpfungselement 300, das mit der Hauptleitungs-Schnittstelle 312 elektrisch verbunden ist. Wenn die Hauptleitungs-Schnittstelle nicht verwendet wird, ist das Verknüpfungselement 300 vorzugsweise direkt mit dem Kabelnetzwerk 204 verbunden. Ein Initiator 304 inner halb des pyrotechnischen Bauelements 202 umfasst vorzugsweise eine elektronische Anordnung 308 und eine pyrotechnische Anordnung 310. Die pyrotechnische Anordnung 310 enthält pyrotechnisches Material, und die elektronische Anordnung 308 empfängt Zündenergie und führt sie zur pyrotechnischen Anordnung 310 zum Zünden. Die elektronische Anordnung 308 weist vorzugsweise einen Energiereserve-Kondensator (ERC) 302 auf. Wie in dem Dokument verwendet, bezieht sich der Ausdruck "Initiator" auf die Kombination eines pyrotechnischen Anordnung 310 und einer elektronischen Anordnung 308 innerhalb eines pyrotechnischen Bauelements 202. Ein pyrotechnisches Bauelement 202, wie z.B. ein Bolzencutter oder ein Kabelcutter, umfasst einen Initiator 304, der beim Zünden Kraft auf eine oder mehrere Komponenten des pyrotechnischen Bauelements 202 ausübt, um eine Bolzencutter- oder Kabelcutter-Wirkung hervorzurufen.
Der ERC 302 ist vorzugsweise innerhalb der elektronischen Anordnung 308 enthalten. Der ERC 302 kann jedoch, wenn erwünscht, irgendwo im pyrotechnischen Bauelement 202 lokalisiert sein. Beispielhaft und ohne Beschränkung darauf, kann der ERC 302 benachbart zur elektronischen Anordnung 308 lokalisiert sein oder innerhalb des Verknüpfungselements 300. Ferner kann mehr als ein Energiereserve-Kondensator 302 innerhalb der elektronischen Anordnung 308 oder innerhalb eines einzelnen pyrotechnischen Bauelements 202 vorgesehen sein. Nach Empfang einer Rüstanweisung beginnt der ERC 302 zu laden, indem er Strom vom Kabelnetzwerk 204 verwendet. In einer bevorzugten Ausführungsform weist der ERC 302 eine Kapazität von 2 Mikrofarad auf und kann in 5 Millisekunden oder weniger laden. Der ERC 302 kann jedoch, basierend auf der besonderen Applikation des pyrotechnischen Bauelements 202 und der Art des verwendeten Initiators 304 eine größere oder kleinere Kapazität oder eine größere oder kleinere Ladungszeit aufweisen.
Die Art des verwendeten Initiators 304 variiert abhängig von der Applikation, für die das vernetzte elektronische Zündsystem 200 verwendet wird. In einer bevorzugten Ausführungsform ist ein Dünnfilm-Brückeninitiator 304 direkt auf einem Substrat angebracht, auf dem das Verknüpfungselement 300 montiert ist. Diese Dünnfilm-Brückeninitiatoren sind zur Zeit für einen Fachmann auf diesem Gebiet allgemein bekannt. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Substrat flexibel und mindestens teilweise aus KAPTON^® Brand Polyamidfilm, hergestellte von DuPont Corporation, aufgebaut. Es können jedoch auch anderen isolierende Materialien für das Substrat verwendet werden. In einer bevorzugten Ausführungsform verbinden Leitungen auf dem Substrat das Verknüpfungselement 302 mit dem Initiator 304. Unter Verwendung von Leitungen zur Verbindung des Verknüpfungselements 300 mit dem Initiator 304 wird die Notwendigkeit für eine Drahtverbindung zum Dünnfilm-Brückeninitiator 304 eliminiert, was das Verstauen erleichtert und die Verlässlichkeit erhöht. Eine Drahtverbindung oder andere Arten einer Verbindung können jedoch verwendet werden, um das Verknüpfungselement 300, wenn erwünscht, mit dem Dünnfilm-Brückeninitiator 304 zu verbinden. Wenn gewünscht, können mehrere Initiatoren 304 auf einem einzigen Substrat kombiniert sein, was bei Applikationen vorteilhaft sein kann, wo zwei oder mehrere Initiatoren 304 in enger Nachbarschaft zu einander lokalisiert sind. Das pyrotechnische Bauelement 202 kann auch überhaupt kein Substrat verwenden, und tatsächlich kann es von Vorteil sein, das Substrat wegzulassen, wenn einige andere Initiatorarten 304 verwendet werden. Der Initiator 304 muss ferner nicht ein Dünnfilm-Brückeninitiator sein und kann irgendeine andere Art eines Initiators 304 sein, wie z.B., ohne darauf beschränkt zu sein, ein traditioneller Initiator, in dem ein Brückendraht durch ein pyrotechnisches Material führt, oder eine Halbleiterbrücke, wo eine dünne Brücke zwei größere Kontakte verbindet.
Das Verknüpfungselement 300 in jedem pyrotechnischen Bauelement 202 ist vorzugsweise eine applikationsspezifische integrierte Schaltung (ASIC). Das Verknüpfungselement 300 kann jedoch irgendein anderes geeignetes Verknüpfungselement 300 sein, wie z.B., ohne darauf beschränkt zu sein, ein Mikroprozessor, ein gebietsprogrammierbares Gate-Array (FPGA), eine diskrete Verknüpfungsstelle (Logikschaltkreis) oder eine Kombination davon. Jedes Verknüpfungselement 300 weist eine unikale (eindeutige) Identifizierung auf. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die unikale Identifizierung innerhalb des Verknüpfungselements 300 als Datenobjekt permanent gespeichert. Eine eindeutige Identifizierung kann jedoch über die Hauptleitungssteuerung 206 jedem Verknüpfungselement 300 jedes Mal, wenn das vernetzte elektronische Zündsystem 200 geladen wird, zugeordnet sein, kann permanent in die Hardware des Verknüpfungselements 300 kodiert sein, oder kann auf andere Weise jedem Verknüpfungselement 300 eindeutig zugeordnet sein. Die eindeutige Identifizierung ist vorzugsweise digital und kann unter Verwendung eines gewünschten Adressierschemas kodiert sein. Beispielhaft und ohne Beschränkung darauf kann die unikale Identifizierung als einzelner Bit innerhalb eines Datenworts definiert sein, das zumindest so viele Bits aufweist, wie die Zahl der pyrotechnischen Bauelemente 202 in dem vernetzten elektronischen Zündsystem 200. Alle Bits in dem Wort außer einem Bit, das hochgestellt ist, sind tiefgestellt. Die Position des hohen Bits innerhalb des Worts dient dazu, um ein einzelnes Verknüpfungselement 300 eindeutig zu identifizieren. Andere eindeutige Identifizierungen können, wenn erwünscht, verwendet werden, wie z.B., ohne darauf beschränkt zu sein, numerische Codes oder alphanumerische Datenreihen.
Von der Hauptleitungssteuerung 206 wird ein digitales Anweisungssignal an ein spezifisches Verknüpfungselement 300 übertragen, indem man ein Datenübertragungsfeld, Datenübertragungsblock oder eine andere Identifizierung in dem Anweisungssignal einbaut, das das spezifische zu adressierende Verknüpfungselement 300 identifiziert. Beispielhaft und ohne darauf beschränkt zu sein, kann unter Rückbezug auf das obige Beispiel einer eindeutigen Identifizierung ein Anweisungssignal einen Datenübertragungsblock umfassen, der die gleiche Zahl von Bits wie das Identifizierungswort aufweist. Alle Bits im Datenübertragungsblock sind niedergestellt, ausgenommen eines hochgestellten Bits. Die Position des hohen Bits innerhalb des Datenübertragungsblocks entspricht der eindeutigen Identifizierung eines einzelnen pyrotechnischen Bauelements 202. Diese beispielhafte Anweisung würde deshalb durch das Verknüpfungselement 300, das die entsprechende eindeutige Identifizierung aufweist, erkannt. Wie die eindeutige Identifizierung können auch, wenn erwünscht, andere Adressierschemata verwendet werden, solange das gewählte Adressierschema mit den verwendeten eindeutigen Identifizierungen kompatibel ist.
Vorzugsweise kann das Adressierschema ausgewertet sein, um es der Hauptleitungssteuerung 206 zu ermöglichen, eine Gruppe von pyrotechnischen Bauelementen 202 auf einmal zu adressieren, wobei diese Gruppe von zwei pyrotechnischen Bauelementen 202 bis zu allen pyrotechnischen Bauelementen 202 reicht. Beispielhaft und ohne Beschränkung darauf kann, indem man mehr als ein Bit im Datenübertragungsblock hoch setzt, eine Gruppe pyrotechnischer Bauelemente 202 gezündet werden, wobei das Ver knüpfungselement 300 in jedem pyrotechnischen Bauelement 200 in dieser Gruppe eine eindeutige Identifizierung aufweist, die einem in dem Datenübertragungsblock hochgesetzten Bit entspricht. Als anderes Beispiel kann ein Datenübertragungsblock, der alle Bits tiefgestellt und keine Bits hochgestellt aufweist, eine "Gesamtzünden (all fire)"-Identifizierung aufweisen, worin jedes Verknüpfungselement 300 so programmiert ist, um eine mit der All Fire-Identifizierung assoziierte Anweisung zu erkennen und ihr assoziiertes pyrotechnisches Bauelement 202 zündet. Wenn erwünscht, können auch anderen Zündschemata und All Fire-Signale verwendet werden.
Die Ausgestaltung und Verwendung eines Verknüpfungselements 300 sind für einen Fachmann auf diesem Gebiet bekannt. Unter anderen Funktionen ist das Verknüpfungselement 300 so ausgestaltet, um das pyrotechnische Bauelement 202 zu testen, zu rüsten, abzurüsten und zu zünden, wenn dies, wie nachstehend beschrieben, durch die Hauptleitungssteuerung 206 angewiesen wird. In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Verknüpfungselement 300 mit anderen elektronischen Teilen im pyrotechnischen Bauelement 202 für ein Energiemanagement, Sicherheit und elektrostatischen Entladungs-(ESD)-Schutz kombiniert. Solche elektronische Teile sind für einen Fachmann auf diesem Gebiet bekannt. Wenn gewünscht, können in einem pyrotechnischen Bauelement 202 zwei oder mehrere getrennte Verknüpfungselemente 300 vorgesehen sein. Wenn mehrere Verknüpfungselemente 300 verwendet werden, kann die Funktionalität zwischen verschiedenen Verknüpfungselementen 300 aufgeteilt sein, oder kann in getrennten Verknüpfungselementen 300 redundant dupliziert sein.
Die Zahl pyrotechnischer Bauelemente 202, die an einer einzelnen Hauptleitungssteuerung 206 angebracht sein können, variiert abhängig von der Zahl der verfügbaren eindeutigen Identifizierung, der Konstruktion der Hauptleitungssteuerung 206, der Energiekapazitäten des Kabelnetzwerks 204, der durch das Kabelnetzwerk 204 überspannten Distanz und der Umgebung, in der das vernetzte elektronische Zündsystem 200 verwendet werden soll. Beispielhaft und ohne darauf beschränkt zu sein, sind, wenn das Identiftzierungsschema dazu fähig ist, sechszehn eindeutige Identifizierungen auszubilden, nicht mehr als sechszehn pyrotechnische Bauelemente 202 mit einer einzigen Hauptleitungssteuerung 206 verbunden, wodurch die Hauptleitungssteuerung 206 jedes der daran angeschlossenen pyrotechnischen Bauelemente 202 eindeutig adressieren kann.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst jedes pyrotechnische Bauelement 202 einen Faradayschen Käfig 306, um das Verknüpfungselement 300 und irgendwelche andere elektronische Komponenten darin, sowie den Initiator 304 abzuschirmen. Ein Faraday'scher Käfig 306 ist eine leitfähige Schale um ein Volumen, die das Volumen von den Wirkungen externer elektrischer Felder und statischer Ladungen abschirmt. Die Konstruktion und Verwendung eines Faraday'schen Käfigs 306 ist für einen Fachmann auf diesem Gebiet bekannt. Durch Einbau eines Faraday'schen Käfigs 306 um mindestens einen Teil des pyrotechnischen Bauelements 202 kann eine unbeabsichtigte Zündung in einer Umgebung mit starker elektromagnetischer Strahlung verhindert werden. Der Faraday'sche Käfig 306 kann jedoch aus einem oder mehreren der pyrotechnischen Bauelemente 202 weggelassen werden, insbesondere bei Applikationen, wo die erwartete Umgebung mit elektromagnetischer Strahlung mild ist, oder wo das pyrotechnische Bauelement 202 selbst in einer größeren Struktur platziert ist, die durch einen Faradayschen Käfig oder eine andere Abschirmvorrichtung abgeschirmt ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform erfordert das vernetzte elektronische Zündsystem 200 keine getrennte Stromquelle, sondern teilt vielmehr die gleichen Stromquellen mit den anderen elektronischen Systemen im Fahrzeug oder System. Typischerweise wird eine Avionik-Batterie (nicht dargestellt) zum Antrieb der Avionik innerhalb eines Luft- oder Raumfahrzeugs vorgesehen, und ein vernetztes elektronisches Zündsystem 200, das in einem solchen Luft- und Raumfahrzeug verwendet wird, bezieht den Strom vorzugsweise von dieser Avionik-Batterie. Weil die Aktivierungsenergie für jedes pyrotechnische Bauelement 202 im ERC 302 gespeichert ist, tritt im Kabelnetzwerk 204, wenn ein pyrotechnisches Bauelement gezündet wird, nur ein minimaler oder kein Stoßstrom auf. Das vernetzte elektronische Zündsystem 200 kann deshalb ohne die Notwendigkeit einer getrennten Batterie und eines Stromverteilungsnetzwerks betrieben werden.
In 4 adressiert in Stufe 400 in einer bevorzugten Ausführungsform die Hauptleitungssteuerung 206 periodisch jedes pyrotechnische Bauelement 202, um zu bestimmen, ob die Zündbrücke in jedem pyrotechnischen Bauelement 202 intakt ist. Die Häufigkeit solcher periodischer Anfragen hängt von der spezifischen Applikation ab, in der das vernetzte elektronische Zündsystem 200 verwendet wird. Die Hauptleitungsschaltung 206 kann z.B. jedes pyrotechnische Bauelement 202 bei einer Applikation in einem ferngelenkten Flugkörper jeweils in einem Abstand von wenigen Millisekunden abfragen, wo sich der Flugkörper zum Ziel befindet, oder jede Stunde bei einer Applikation in einem ferngelenkten Flugkörper, in der der Flugkörper auf dem Flügel eines Flugzeugs angebracht ist. Vorzugsweise führt die Hauptleitungssteuerung 206 diese Anfrage durch, indem sie an jedes pyrotechnische Bauelement 202 eine Element-Testanweisung überträgt. In einer bevorzugten Ausführungsform besteht das Testsignal aus einer Testanweisung und einem Datenübertragungsblock. Der Datenübertragungsblock ist ein solcher wie vorstehend beschrieben und ermöglicht es, eine Vorrichtungs-Testanweisung an ein oder mehrere spezifische pyrotechnische Bauelemente 202 zu übertragen. Jedes Verknüpfungselement 300, an das das Testsignal adressiert wird, empfängt somit das Testsignal, erkennt den Datenübertragungsblock und die Testanweisung und führt den geforderten Test durch. Nach Durchführung des Tests in einem pyrotechnischen Bauelement 202 antwortet das Verknüpfungselement 300 in dem pyrotechnischen Bauelement 202 vorzugsweise an die Hauptleitungssteuerung 206 durch Übertragen der Testergebnisse über das Netzwerk 204. Die Hauptleitungssteuerung 206 kann dann ihrerseits Testergebnisse an einen zentralen Fahrzeug-Steuerprozessor (nicht dargestellt) senden, oder kann einfach diese Daten intern speichern oder auf eine bestimmte Weise einem Operator oder Anwender des vernetzten elektronischen Zündsystems 200 anzeigen.
Vorzugsweise ist ein Test, der durchgeführt wird, ein Test auf die Integrität des Zündelements innerhalb jedes Initiators 304. Das Zündelement ist die Brücke, der Draht oder eine andere Struktur in Kontakt mit dem pyrotechnischen Material in der pyrotechnischen Anordnung 310. Die Bestimmung, ob das Zündelement in jedem Initiator 304 intakt ist, ist wichtig, um die kontinuierliche Betreibbarkeit des vernetzten elektronischen Zündsystems 200 zu bestätigen. Durch Bestimmen, welches spezifische Zündelement oder elemente in einem pyrotechnischen System versagten, kann ferner eine Reparatur der pyrotechnischen Bauelemente 202, die Initiatoren 304 mit solchen beschädigten Zündelementen aufweisen, erleichtert werden. Die Hauptleitungssteuerung 206 gibt ein Testsignal an ein oder mehrere spezifische pyrotechni sche Bauelemente 202 ab, wobei das Testsignal jedes empfangende pyrotechnische Bauelement 202 instruiert, die Integrität des Zündelements zu testen. Das Verknüpfungselement 300 innerhalb jedes pyrotechnischen Bauelements, an das das Testsignal adressiert wird, empfängt das Testsignal, erkennt den Datenübertragungsblock und die Testanweisung und testet die Integrität des Zündelements. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Integrität des Zündelements getestet, indem man einen sehr kleinen gesteuerten Strom hindurch laufen lässt. Nach Durchführung des Tests in einem pyrotechnischen Bauelement 202 antwortet das Verknüpfungselement 300 in diesem pyrotechnischen Bauelement 202 der Hauptleitungssteuerung 206 durch Übertragung der Testergebnisse über das Netzwerk 204. In einer bevorzugten Ausführungsform sind die möglichen Ergebnisse des Tests: zu hoher Widerstand, zu geringer Widerstand und Widerstand im richtigen Bereich. Wenn der Widerstand zu hoch ist, folgert die Hauptleitungssteuerung 206, dass das Zündelement so beschädigt ist, dass der Strom, wenn überhaupt, nicht leicht hindurch fließt. Wenn der Widerstand zu niedrig ist, folgert die Hauptleitungssteuerung 206, dass das Zündelement kurzgeschlossen ist. Wenn der Widerstand im richtigen Bereich ist, schließt die Hauptleitungssteuerung 206, dass das Zündelement intakt ist. Die Hauptleitungssteuerung 206 kann dann die Testergebnisse wieder an einen zentralen Fahrzeug-Kontrollprozessor (nicht dargestellt) übertragen oder kann einfach die Daten intern aufzeichnen oder auf irgendeine Weise einem Operator oder Anwender des vernetzten elektronischen Zündsystems 200 anzeigen.
Eine andere eingebaute Testfunktion, die vorzugsweise durch die Hauptleitungssteuerung 206 durchgeführt wird, ist die Bestimmung des Status des Netzwerks 204. In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Netzwerkstatus bestimmt, indem ein Signal über das Netzwerk 206 an ein oder mehrere der pyrotechnischen Bauelemente 202 gesendet wird, das dann die Anweisung zurück zur Hauptleitungssteuerung 206 gibt, oder eine Antwort an die Hauptleitungssteuerung 206 überträgt. Das heißt, die Hauptleitungssteuerung 206 kann ein oder mehrere der pyrotechnischen Bauelemente 202 adressieren. Wenn die Hauptleitungssteuerung 206 die erwartete Antwort innerhalb der erwarteten Zeit erhält, kann geschlossen werden, dass das Netzwerk 204 betriebsbereit ist, und dass über das Netzwerk 204 normale Bedingungen herrschen. Wenn eine solche Antwort nicht erhalten wird, kann geschlossen werden, dass entweder das pyrotechnische Bauelement 202, das adressiert wurde, nicht richtig funktioniert, oder dass im Netzwerk 204 abnormale Bedingungen bestehen. Die Hauptleitungssteuerung 206 kann auch durch die Hauptleitung abgezogenen Strom abtasten oder die Hauptleitungsspannung, um zu bestimmen, ob die Hauptleitungsintegrität beeinträchtigt wurde. Andere Methoden zum Testen des Status des Netzwerks 204 sind für den Fachmann auf diesem Gebiet bekannt.
Wenn es gewünscht wird, ein oder mehrere pyrotechnische Bauelemente 202 für ein späteres Zünden zu rüsten, geht das Verfahren in die Stufe 402 über, in der die Hauptleitungssteuerung 206 ein Rüstsignal empfängt. In einer bevorzugten Ausführungsform kommt das Rüstsignal aus einem getrennten innerhalb des Fahrzeugs oder der Vorrichtung, die das vernetzte elektronische Zündsystem 200 verwendet, lokalisierten getrennten Prozessor. Ein Fahrzeugsteuerungsprozessor innerhalb eines ferngelenkten Flugkörpers kann z.B. das Rüstsignal an die Hauptleitungssteuerung 206 übertragen. Die Hauptleitungssteuerung 206 kann jedoch, wenn erwünscht, das Steuersignal selbst ausbilden. Die Hauptleitungssteuerung 206 kann dies als Antwort auf ein von außerhalb der Hauptleitungssteuerung 206 empfangenes Signal tun oder kann dieses Signal auf der Basis einer Eingabe eines Anwenders, z.B. durch Feststellung eines Knopfdruckes, ausbilden. Ein solches Schema kann in Situationen nützlich sein, bei denen eine menschliche Eingabe wünschenswert ist als Stufe der Feststellung der Sicherheit des Betriebs des vernetzten elektronischen Zündsystems 200. Wenn z.B. die pyrotechnischen Bauelemente 202 innerhalb eines bemannten Fahrzeugs lokalisiert sind, wie z.B. einem Luft- oder Raumfahrzeug, kann die Verwendung einer manuellen menschlichen Eingabe zur Initiierung der Rüstung wünschenswert sein, um sicherzustellen, dass das System durch automatische Elemente nicht unabsichtlich gerüstet wird.
Als nächstes gibt die Hauptleitungssteuerung 206 in Stufe 404 eine Rüstanweisung an ein oder mehrere pyrotechnische Bauelemente 202 ab. In einer bevorzugten Ausführungsform besteht das Rüstsignal aus einer Rüstanweisung und einem Datenübertragungsblock. Der Datenübertragungsblock ist ein solcher wie vorstehend beschrieben und ermöglicht es, eine Rüstanweisung an ein oder mehrere spezifische pyrotechnische Bauelemente 202 zu übertragen. Jedes Verknüpfungselement 300, an das das Rüstsignal adressiert wird, empfängt das Rüstsignal und erkennt den Datenübertragungsblock und das Rüstsignal. Das Rüstsignal verursacht, dass jedes pyrotechnische Bauelement 202 seinen ERC 302 lädt. Der ERC 302 entnimmt zur Ladung Strom aus dem Kabelnetzwerk 204. Wie vorstehend beschrieben, leitet das Kabelnetzwerk 204 vorzugsweise elektrische Energie, die einen Strom im Milliampere-Bereich aufweist. In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Rüstvorgang aufgrund der elektrischen Strombegrenzungen über das Netzwerk 204 und der physikalischen Eigenschaften des ERC 302 nicht plötzlich. Das heißt, er benötigt einen endlichen Zeitraum, um Energie über das Netzwerk 204 zu übertragen, und zur Aufladung der Energiereserve-Kondensatoren 302 unter Verwendung dieser Energie. In einer bevorzugten Ausführungsform benötigt der ERC 302 im wesentlichen 5 Millisekunden, um sich vollständig aufzuladen. Die Rüstanweisung wird somit vorzugsweise vor der Zündanweisung ausgegeben, um es dem ERC 302 jedes ausgewählten pyrotechnischen Bauelements 202 zu ermöglichen, sich richtig aufzuladen. Nachdem sich die Rüstanweisung in einem pyrotechnischen Bauelement 202 ausgewirkt hat, antwortet das Verknüpfungselement 300 in jedem gerüsteten pyrotechnischen Bauelement 202 vorzugsweise an die Hauptleitungssteuerung 206, indem sie ihren gerüsteten Status über das Netzwerk 204 überträgt. Die Hauptleitungssteuerung 206 kann dann den Rüststatus dieser pyrotechnischen Bauelemente ihrerseits an einen zentralen Fahrzeug-Kontrollprozessor (nicht dargestellt) senden oder kann die Daten einfach intern speichern oder auf irgendeine Weise einem Operator oder Anwender des vernetzten elektronischen Zündsystems 200 anzeigen.
In Stufe 406 ist es, nachdem ein oder mehrere pyrotechnische Bauelemente 202 gerüstet wurden, möglich, ein oder mehrere dieser gerüsteten pyrotechnischen Bauelemente 202 abzurüsten. Das Abrüsten ist in Situationen wünschenswert, in denen Umstände, die ein Rüsten der pyrotechnischen Bauelemente 202 erforderlich machten, nicht mehr existieren. Die Bestimmung, ob ein oder mehrere der gerüsteten pyrotechnischen Bauelemente 202 abzurüsten sind oder nicht, kann aus einer Quelle außerhalb der Hauptleitungssteuerung 206 kommen, wie z.B. als Signal von einem externen Prozessor oder einer manuellen Eingabe, wie z.B. durch Knopfdruck oder Drehen eines Schlüssels durch einen menschlichen Operator. Es ist auch möglich, dass das Abrüstsignal durch die Hauptleitungssteuerung 206 selbst ausgebildet wird, die so ausgestaltet sein kann, dass sie Umstände überwacht und dann bestimmt, ob eine Abrüstanweisung ausgegeben werden soll.
Wenn es gewünscht ist, ein oder mehrere der gerüsteten pyrotechnischen Bauelemente 202 abzurüsten, geht das Verfahren von Stufe 406 zu Stufe 408 über. Die Hauptleitungssteuerung 206 gibt eine Abrüstanweisung an ein oder mehrere der pyrotechnischen Bauelemente 202 ab. In einer bevorzugten Ausführungsform besteht das Abrüstsignal aus einer Abrüstanweisung und einem Datenübertragungsblock. Der Datenübertragungsblock ist ein solcher wie vorstehend beschrieben, und ermöglicht es, eine Abrüstanweisung an einen oder mehrere spezifische pyrotechnische Bauelemente 202 zu übertragen. Jedes Verknüpfungselement 300, an das das Abrüstsignal adressiert wird, empfängt das Abrüstsignal und erkennt den Datenübertragungsblock und die Abrüstanweisung. Die Abrüstanweisung verursacht, dass jedes ausgewählte pyrotechnische Bauelement 202 seinen ERC 302 entlädt. Vorzugsweise ist ein Ableitungswiderstand (nicht dargestellt) über ERC 302 verbunden, und der ERC 302 entlädt während des Abrüstprozesses seine Energie in diesen Ableitungswiderstand. Wenn erwünscht, kann auch eine von einem Ableitungswiderstand verschiedene geschaltete Ableitungsvorrichtung verwendet werden. Die Verwendung eines Ableitungswiderstands oder einer anderen geschalteten Ableitungsvorrichtung, um in einem Kondensator gespeicherte Energie zu dissipieren, ist für einen Fachmann auf diesem Gebiet allgemein bekannt. Nach Wirken der Abrüstanweisung in einem pyrotechnischen Bauelement 202 antwortet das Verknüpfungselement 300 in jedem abgerüsteten pyrotechnischen Bauelement 202 vorzugsweise an die Hauptleitungssteuerung 206, indem es seinen abgerüsteten Zustand über das Netzwerk 204 überträgt. Die Hauptleitungssteuerung 206 kann dann den abgerüsteten Status dieser pyrotechnischen Bauelemente ihrerseits an einen zentralen Fahrzeug-Kontrollprozessor (nicht dargestellt) berichten oder kann die Daten einfach intern speichern oder auf irgendeine Weise einem Operator oder Anwender des vernetzten elektronischen Zündsystems 200 anzeigen. Das Verfahren endet dann in Stufe 410. Das vernetzte elektronische Zündsystem 200 ist dann dazu fähig, zu einem späteren Zeitpunkt, wenn dies so gewünscht ist, wieder gerüstet zu werden. Wenn dies so ist, beginnt das Verfahren wieder, wie vorstehend beschrieben, bei Stufe 402.
Wenn es nicht gewünscht ist, die gerüsteten pyrotechnischen Bauelemente 202 in Stufe 406 abzurüsten, geht das Verfahren in Stufe 412 über. In einer bevorzugten Ausführungsform muss ein gerüstetes pyrotechnisches Bauelement zum Zünden eine digitale Zündanweisung empfangen, und geeignete analoge Bedingungen am Kabelnetzwerk 204 abtasten. Das heißt, es müssen sowohl digitale als auch analoge Zündsteuerbedingungen erfüllt werden, bevor ein pyrotechnisches Bauelement gezündet werden kann. Die Daten und die Energie werden beide über das Kabelnetzwerk 204 übertragen. In Stufe 412 wird bei oder kurz vor dem Übertragen eines Zündsignals an ein oder mehrere gerüstete pyrotechnische Bauelemente 202 die analoge Bedingung für die Hauptleitung in eine Zündbedingung geändert. Vorzugsweise ändert die Hauptleitungssteuerung 206 die analoge Bedingung des Kabelnetzwerks 204 in eine Zündbedingung. Es können jedoch andere mit dem pyrotechnischen System 200 elektrisch verbundene Vorrichtungen verwendet werden, um den analogen Zustand des Kabelnetzwerks 204 in einen Zündzustand zu ändern. Der analoge Zustand des Kabelnetzwerks 204 ist vorzugsweise eine Eigenschaft der über das Kabelnetzwerk 204 übertragenen elektrischen Energie. Beispielhaft und nicht darauf beschränkt kann der analoge Zustand des Kabelnetzwerks 204 eine Spannung am Kabelnetzwerk 204 sein, ein Modulationsgrad oder eine Frequenz. Wenn erwünscht, können jedoch andere analoge Zustände verwendet werden. Vorzugsweise tastet die Hauptleitungs-Schnittstelle 312 den analogen Zustand des Kabelnetzwerks 312 ab.
Die Hauptleitungssteuerung 206 gibt dann ein Zündsignal an ein oder mehrere der gerüsteten pyrotechnischen Bauelemente 202 ab. Das Zündsignal kann einige Zeit nach der Rüstanweisung ausgegeben werden, weil die Rüstanweisung ein oder mehrere der pyrotechnischen Bauelemente 202 in eine Bereitschaft zum Zünden versetzt. Als Sicherheitsmaßstab werden die pyrotechnischen Bauelemente 202 vorzugsweise erst kurz vor dem Zeitpunkt, zu dem sie gezündet werden, gerüstet. Abhängig von der Applikation, in der die pyrotechnischen Bauelemente verwendet werden, können die pyrotechnischen Bauelemente 202 jedoch, wenn dies so gefordert wird, unbestimmt lang gerüstet bleiben. In einer bevorzugten Ausführungsform besteht das Feuersignal aus einer Feueranweisung und einem Datenübertragungsblock. Der Datenübertragungsblock ist ein solcher wie vorstehend beschrieben und ermöglicht die Übertragung einer Zündanweisung an ein oder mehrere spezifische gerüstete pyrotechnische Bauelemente 202.
In Stufe 414 empfängt jedes Verknüpfungselement 300, an die das Zündsignal adressiert wird, das Zündsignal und erkennt den Datenübertragungsblock und die Zündanweisung. Wenn ein bestimmtes Verknüpfungselement 300 das Zündsignal empfängt, kommuniziert es mit der Hauptleitungs-Schnittstelle 312, um zu bestimmen, ob die Hauptleitungs-Schnittstelle 312 den der Zündanweisung entsprechenden analogen Zustand erkennt. Indem man es erforderlich macht, dass das pyrotechnische Bauelement 202 ein digitales Zündsignal und einen entsprechenden analogen Hauptleitungszustand vor dem Zünden des Initiators 304 feststellt, wird die Sicherheit erhöht. Wenn das Verknüpfungselement 300 z.B. irrtümlich ein digitales Zündsignal an einem Zeitpunkt, bei dem das pyrotechnische Bauelement 302 nicht gerüstet ist, abliest, kann es den Initiator 304 nicht zünden, weil der analoge Hauptleitungszustand nicht dem für das Zünden erforderlichen Zustand entspricht.
Wenn die Hauptleitungs-Schnittstelle 312 den der Zündanweisung entsprechenden analogen Zustand erkennt, setzt vorzugsweise das Verknüpfungselement 300 den Initiator 304 in Betrieb. Das Verknüpfungselement 300 schließt einen Stromkreis zwischen dem ERC 302 und dem Initiator 304. Der ERC 302 setzt dann seine Ladung in den Initiator 304 frei und zündet, wie gewünscht, den Initiator 304. In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Verknüpfungselement 300 zerstört oder beschädigt, wenn der Initiator 304 gezündet wird. Das Verknüpfungselement 300 kann jedoch weit genug vom Initiator 304 entfernt sein, damit das Verknüpfungselement 300 ein Signal übertragen kann, das der Hauptleitungssteuerung 206 den gezündeten Status des pyrotechnischen Bauelements 202 nach dem Zünden bestätigt. In einer bevorzugten Ausführungsform werden entlang des Kabelnetzwerks 204 gesendete Signale multiplexiert, um es einer Anzahl verschiedener Signal zu ermöglichen, durch das gesamte Kabel zur gleichen Zeit geleitet zu werden. Das Multiplexen zwei oder mehrerer elektronischer Signale über ein einziges Kabel zur Verringerung der für eine Signalübertragung erforderlichen Zahl der Kabel ist für einen Fachmann auf diesem Gebiet allgemein bekannt. Die Hauptleitungssteuerung 206 multiplexiert von der Hauptleitungssteuerung 206 an die pyrotechnischen Bauelemente 202 übertragene Signale, und demultiplexiert an der Hauptleitungssteuerung 206 von den pyrotechnischen Bauelementen 202 empfangene Signale. Jedes pyrotechnische Bauelement 202 überträgt Signale an die Hauptleitungssteuerung 206 vorzugsweise mit getrennten Frequenzen oder mit einer anderen getrennten Eigenschaft, damit diese Signale zusammen über das Kabelnetzwerk 204 zur Hauptleitungssteuerung 206 laufen können. Die Übertragung von Signalen aus einem pyrotechnischen Bauelement 202 wird vorzugsweise durch das Verknüpfungselement 300 innerhalb des pyrotechnischen Bauelements gesteuert. Wenn gewünscht, sind jedoch an oder von der Hauptleitungssteuerung 206 übertragene Signale, oder beide, nicht multiplexiert und werden stattdessen auf eine andere Weise übertragen, die eine Interferenz zwischen verschiedenen Signalen im Kabelnetzwerk verhindert.
Es wurde ein bevorzugtes vernetztes elektronisches Zündsystem und viele seiner vorteilhaften Eigenschaften beschrieben. Es ist jedoch ersichtlich, dass verschiedene Veränderungen in der Form, Konstruktion und Anordnung der Teile gemacht werden können, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen, und die vorstehend beschriebene Ausführungsform ist bloß eine bevorzugte oder beispielhafte Ausführungsform davon. Die Erfindung wird deshalb dadurch nicht eingeschränkt oder beschränkt, solange sie in Übereinstimmung mit den nachfolgenden Ansprüchen steht.

Claims

Vernetztes elektronisches Zündsystem, umfassend (i) eine Vielzahl von durch ein Netzwerk verbundene pyrotechnische Bauelemente, wobei jedes pyrotechnische Bauelement ein Verknüpfungselement umfasst, das eine eindeutige Identifizierung aufweist, und (ii) eine mit der Vielzahl der pyrotechnischen Bauelemente über das Netzwerk verbundene Hauptleitungssteuerung, dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptleitungssteuerung selektiv mit einer einzigen Anweisung, die eine solche einer Rüst-, Zünd- und Testzündanweisung umfasst, ein oder mehrere der pyrotechnischen Bauelemente unter Verwendung der eindeutigen Identifizierung adressieren kann, wobei eine einzige Anweisung verwendet werden kann, um so wenige wie eine, so viel wie alle, und irgendeine Kombination der pyrotechnischen Bauelemente, die an das Netzwerk angeschlossen sind, zu adressieren.
Vernetztes elektronisches Zündsystem nach Anspruch 1, worin die Hauptleitungssteuerung multiplexe digitale Signale über das Netzwerk überträgt und empfängt.
Vernetztes elektronisches Zündsystem nach Anspruch 1, worin mindestens eines der pyrotechnischen Bauelemente ferner einen Energiereserve-Kondensator umfasst, der mit dem Verknüpfungselement elektrisch verbunden ist.
Vernetztes elektronisches Zündsystem nach Anspruch 3, das ferner einen mit dem Energiereserve-Kondensator elektrische verbundenen Ableitungswiderstand umfasst.
Vernetztes elektronisches Zündsystem nach Anspruch 1, worin jedes pyrotechnische Bauelement ferner einen Initiator umfasst, der eine pyrotechnische Anordnung und eine benachbarte elektronische Anordnung, die mit dem Verknüpfungselement elektrisch verbunden ist, umfasst.
Vernetztes elektronisches Zündsystem nach Anspruch 5, worin die elektronische Anordnung einen Energiereserve-Kondensator umfasst.
Vernetztes elektronisches Zündsystem nach Anspruch 6, das ferner einen mit dem Energiereserve-Kondensator elektrisch verbundenen Ableitungswiderstand umfasst.
Vernetztes elektronisches Zündsystem nach Anspruch 1, worin jedes pyrotechnische Bauelement eine Hauptleitungs-Schnittstelle umfasst, die mit dem Verknüpfungselement elektrische verbunden ist.
Vernetztes elektronisches Zündsystem nach Anspruch 1, worin die Vernetzung seriell ist.
Vernetztes elektronisches Zündsystem nach Anspruch 1, worin die Vernetzung parallel ist.
Vernetztes elektronisches Zündsystem nach Anspruch 1, worin die Vernetzung mindestens ein verdrilltes abgeschirmtes paarverseiltes Kabel umfasst.
Methode zum Betrieb eines mit einer Hauptleitungssteuerung über ein Netzwerk verbundenes pyrotechnisches Bauelements, wobei das pyrotechnische Bauelement ein mit einer eindeutigen Identifizierung assoziiertes Verknüpfungselement, eine Hauptleitungs-Schnittstelle und einen Initiator aufweist, umfassend: (a) Übertragen einer digitalen Rüstungsanweisung von der Hauptleitungssteuerung zum pyrotechnischen Bauelement, wobei die digitale Rüstungsanweisung die eindeutige Identifizierung des mit dem pyrotechnischen Bauelement assoziiertem Verknüpfungselements verwendet; (b) Ändern des analogen Zustandes des Netzwerks in einen Zündzustand; und (c) Übertragen einer digitalen Zündanweisung, die einen Datenübertragungsblock aufweist, von der Hauptleitungssteuerung zum gerüsteten pyrotechnischen Bauelement.
Methode nach Anspruch 12, worin der Datenübertragungsblock die eindeutige Identifizierung des mit dem pyrotechnischen Bauelement assoziierten Verknüpfungselements umfasst.
Methode nach Anspruch 12, worin der Datenübertragungsblock eine Gesamtfeuer-Kennzeichnung umfasst.
Methode nach Anspruch 12, worin die Rüstungsstufe ferner umfasst das Speichern von Aktivierungsenergie in dem pyrotechnischen Bauelement als Reaktion auf die digitale Rüstanweisung.
Methode nach Anspruch 15, worin die Zündstufe ferner umfasst das Freisetzen der Aktivierungsenergie in den Initiator in Reaktion auf die digitale Zündanweisung.
Methode nach Anspruch 12, die ferner umfasst: Übertragung einer digitalen Abrüstanweisung von der Hauptleitungssteuerung an das gerüstete pyrotechnische Bauelement, wobei die digitale Abrüstanweisung die eindeutige Identifizierung des mit dem pyrotechnischen Bauelement assoziierten Verknüpfungselements verwendet; und Dissipieren der in dem gerüsteten pyrotechnischen Bauelement gespeicherten Aktivierungsenergie als Reaktion auf die digitale Abrüstanweisung.
Methode nach Anspruch 12, die ferner umfasst: Übertragen einer digitalen Testanweisung von der Hauptleitungssteuerung zum pyrotechnischen Bauelement, wobei die digitale Testanweisung die eindeutige Identifizierung des mit dem pyrotechnischen Bauelement assoziierten Verknüpfungselements verwendet, und Empfangen einer Antwort auf die digitale Testanweisung vom pyrotechnischen Bauelement.