DE102020213638A1

DE102020213638A1 - Method for monitoring an energy reserve capacitor of a control unit

Info

Publication number: DE102020213638A1
Application number: DE102020213638.6A
Authority: DE
Inventors: Horst Schlagenhaufer; Alois Weber
Original assignee: Continental Automotive GmbH
Current assignee: Continental Automotive Technologies GmbH
Priority date: 2020-10-29
Filing date: 2020-10-29
Publication date: 2022-05-05

Abstract

Die Erfindung gibt ein Verfahren (100) zur Überwachung eines Energiereservekondensators (2) eines Steuergeräts eines Sicherheitssystems für ein Kraftfahrzeugs an, bei welchem der Energiereservekondensator (2) mittels einer von einer Kraftfahrzeugbatteriespannung abgeleiteten Ladespannung für den Betrieb des Sicherheitssystems in einem Autarkiefall aufgeladen wird, wobei ein Innenwiederstand des Energiereservekondensators (2) basierend auf einem Entladen des Energiereservekondensators (2) über einen Entladewiderstand (4) bestimmt wird. Zudem gibt die Erfindung ein Steuergerät eines Sicherheitssystems für ein Kraftfahrzeugs mit einer Schaltungsanordnung (1) zur Überwachung eines Energiereservekondensators (2), welche zum Durchführen eines solchen Verfahrens (100) ausgelegt ist, an.The invention specifies a method (100) for monitoring an energy reserve capacitor (2) of a control unit of a safety system for a motor vehicle, in which the energy reserve capacitor (2) is charged using a charging voltage derived from a motor vehicle battery voltage for the operation of the safety system in a self-sufficient situation, wherein an internal resistance of the energy reserve capacitor (2) is determined based on a discharge of the energy reserve capacitor (2) via a discharge resistor (4). The invention also specifies a control device for a safety system for a motor vehicle, having a circuit arrangement (1) for monitoring an energy reserve capacitor (2), which is designed to carry out such a method (100).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung eines Energiereservekondensators eines Steuergeräts eines Sicherheitssystems für ein Kraftfahrzeugs. Die Erfindung betrifft ferner ein Steuergerät eines Sicherheitssystems für ein Kraftahrzeugs mit einer Schaltungsanordnung zur Überwachung eines Energiereservekondensators, welche zum Durchführen eines derartigen Verfahrens ausgelegt ist.The invention relates to a method for monitoring an energy reserve capacitor of a control unit of a safety system for a motor vehicle. The invention also relates to a control unit of a safety system for a motor vehicle with a circuit arrangement for monitoring an energy reserve capacitor, which is designed to carry out such a method.

Seit vielen Jahren sind in Fahrzeugen Personenschutzmittel wie insbesondere ein als Rückhaltesystem ausgestaltetes passives Sicherheitssystem für den Schutz der Insassen eines Kraftfahrzeugs bei einem Unfall bekannt, wodurch Verletzungen der Insassen möglichst verhindert oder deren Schwere zumindest reduzieret werden sollen. Üblicherweise kommen hierbei Airbags oder Gurtstraffer zum Einsatz. Als Steuereinrichtung für ein solches Sicherheitssystem werden Steuergeräte verwendet.Personal protection devices such as a passive safety system designed as a restraint system for protecting the occupants of a motor vehicle in the event of an accident have been known in vehicles for many years, whereby injuries to the occupants are to be prevented as far as possible or the severity thereof should be at least reduced. Usually, airbags or belt tensioners are used here. Control devices are used as the control device for such a safety system.

An ein solches Steuergerät für ein Sicherheitssystem eines Kraftfahrzeugs sind hohe Anforderung hinsichtlich seiner Funktionssicherheit gestellt, insbesondere im Falle eines zur Auslösung des Sicherheitssystems führenden Unfalles. Hierzu ist es insbesondere erforderlich, dass die Stromversorgung solcher Steuergeräte in allen auftretenden Situationen, wie beispielsweise einem starken Abfall der Batteriespannung der Kraftfahrzeugbatterie, einem Ausfall der Kraftfahrzeugbatterie oder einem Abriss der Verbindung zur Kraftfahrzeugbatterie sichergestellt ist.Such a control unit for a safety system of a motor vehicle is subject to high requirements with regard to its functional reliability, particularly in the event of an accident leading to the safety system being triggered. For this purpose, it is particularly necessary that the power supply of such control devices is ensured in all situations that arise, such as a sharp drop in the battery voltage of the vehicle battery, a failure of the vehicle battery or a break in the connection to the vehicle battery.

In dem Steuergerät ist daher regelmäßig zumindest ein Energiereservekondensator mit einer gewissen Kapazität vorhanden, der zur Speicherung einer Energiemenge und als Reserveenergiequelle dient, falls die Energieversorgung durch die Kraftfahrzeugbatterie, die unter normalen Betriebszuständen Strom liefert, ausfallen oder eingeschränkt sein sollte. Der Energiereservekondensator wird dabei zunächst von der Kraftfahrzeugbatterie geladen, und das Steuergerät wird dann vom Energiereservekondensator mit Strom versorgt, wenn beispielsweise die Kraftfahrzeugbatterie ausfällt. Bei einem Leistungsausfall der Kraftfahrzeugbatterie, oder generell der primären Energiequelle, wird auf diese Weise sichergestellt, dass das Sicherheitssystem noch seine primären Funktionen ausführen kann.The control unit therefore regularly has at least one energy reserve capacitor with a certain capacity, which is used to store an amount of energy and as a reserve energy source if the energy supply from the motor vehicle battery, which supplies electricity under normal operating conditions, should fail or be restricted. The energy reserve capacitor is initially charged by the motor vehicle battery, and the control device is then supplied with power from the energy reserve capacitor if, for example, the motor vehicle battery fails. In the event of a power failure of the motor vehicle battery or, in general, of the primary energy source, it is ensured in this way that the safety system can still perform its primary functions.

Dazu muss in dem Energiereservekondensator eine ausreichend große Energiemenge speicherbar sein. Da die Kapazität in dem Energiereservekondensator aus Platz- und Kostengründen nicht beliebig erhöht werden kann, werden die Energiespeicher auf ein erhöhtes Potential, beispielsweise 22 V - 45 V, aufgeladen, um auf diese Weise eine größere nutzbare Energiemenge in dem Energiereservekondensator speichern zu können, als dies bei den typischen Versorgungspotentialen von beispielsweise 9 V - 18 V der primären Energiequelle möglich wäre.For this purpose, a sufficiently large amount of energy must be able to be stored in the energy reserve capacitor. Since the capacity in the energy reserve capacitor cannot be increased arbitrarily for reasons of space and cost, the energy stores are charged to an increased potential, for example 22 V - 45 V, in order to be able to store a greater usable amount of energy in the energy reserve capacitor in this way than this would be possible with the typical supply potentials of, for example, 9 V - 18 V of the primary energy source.

Aus dem Stand der Technik ist zudem bekannt, den Energiereservekondensator, insbesondere dessen Innenwiderstand, zu überwachen, um die Funktionsfähigkeit des Energiereservekondensators zu prüfen, d.h., um festzustellen, ob der Energiereservekondensator normal arbeitet oder nicht und beispielsweise für die Zündung von Airbags auch verwendet werden kann.It is also known from the prior art to monitor the energy reserve capacitor, in particular its internal resistance, in order to check the functionality of the energy reserve capacitor, i.e. to determine whether the energy reserve capacitor is working normally or not and can also be used, for example, to ignite airbags .

Dabei weist ein qualitativ guter Energiereservekondensator einen möglichst kleinen Innenwiderstand auf. Ein zu hoher Innenwiderstand führt zu einem erhöhten Spannungsabfall am Energiereservekondensator während der Belastung, wodurch in einem Autarkiefall, also wenn die Versorgung durch die Kraftfahrzeugbatterie, beispielsweise in Folge eines Unfalls, abbricht, die Spannung nicht mehr ausreichen kann, um beispielsweise den erforderlichen Zündstrom für Airbags zur Verfügung zu stellen. Regelmäßig geht mit einer Alterung eines Energiereservekondensators, insbesondere eines häufig als Energiereservekondensators verwendeten Elektrolytkondensators, eine Veränderung des Innenwiderstands einher.A qualitatively good energy reserve capacitor has the lowest possible internal resistance. If the internal resistance is too high, this leads to an increased voltage drop across the energy reserve capacitor during loading, which means that in the event of self-sufficiency, i.e. if the supply from the vehicle battery is interrupted, for example as a result of an accident, the voltage may no longer be sufficient, for example, to provide the required ignition current for airbags to provide. Aging of an energy reserve capacitor, in particular of an electrolytic capacitor that is frequently used as an energy reserve capacitor, is regularly accompanied by a change in the internal resistance.

Vor diesem Hintergrund ist es nun Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Überwachung eines Energiereservekondensators eines Steuergeräts eines Sicherheitssystems für ein Kraftfahrzeugs sowie ein entsprechendes Steuergerät anzugeben, welches eine zuverlässige Überwachung ermöglicht.Against this background, it is now the object of the invention to specify a method for monitoring an energy reserve capacitor of a control unit of a safety system for a motor vehicle and a corresponding control unit which enables reliable monitoring.

Die vorstehende Aufgabe wird durch die gesamte Lehre des Anspruchs 1 sowie des nebengeordneten Anspruchs 11 gelöst. Zweckmäßige Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung dargelegt.The above object is achieved by the entire teaching of claim 1 and the independent claim 11. Expedient embodiments and developments of the invention are set out in the dependent claims and the following description.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Überwachung eines Energiereservekondensators eines Steuergeräts eines Sicherheitssystems für ein Kraftfahrzeugs wird der Energiereservekondensator mittels einer von einer Kraftfahrzeugbatteriespannung abgeleiteten Ladespannung für den Betrieb des Sicherheitssystems in einem Autarkiefall aufgeladen, wobei ein Innenwiederstand des Energiereservekondensators basierend auf einem Entladen des Energiereservekondensators über einen Entladewiderstand bestimmt wird.In the method according to the invention for monitoring an energy reserve capacitor of a control unit of a safety system for a motor vehicle, the energy reserve capacitor is charged by means of a charging voltage derived from a motor vehicle battery voltage for the operation of the safety system in a case of self-sufficiency, with an internal resistance of the energy reserve capacitor being determined based on a discharging of the energy reserve capacitor via a discharge resistor will.

Die Erfindung geht dabei zunächst von der Überlegung aus, dass die Überwachung des Energiereservekondensators bereits innerhalb eines einzigen Power-On-Zyklus des Steuergeräts auf möglichst einfache Weise ermöglicht und abgeschlossen sein muss, um einen eventuell vorliegenden Fehler, insbesondere einen zu hohen Innenwiderstand, bereits frühzeitig erkennen und qualifizieren zu können. Die Erfindung geht weiter von der Überlegung aus, dass für eine derartige Überwachung und Erkennung bzw. Qualifizierung eines eventuellen Fehlers Wiederholungen der entsprechenden Messungen während eines Power-On-Zyklus ermöglicht sein müssen. Daher sieht die Erfindung vor, dass zur Überwachung des Energiereservekondensators der Innenwiderstand des Energiereservekondensators basierend auf dem Entladen des Energiereservekondensators über einen Entladewiderstand bestimmt wird.The invention is initially based on the consideration that the monitoring of the energy reserve capacitor is already within a umpteen power-on cycle of the control unit in the simplest possible way and must be completed in order to be able to detect and qualify any fault that may be present, in particular an internal resistance that is too high, at an early stage. The invention is also based on the consideration that for such a monitoring and detection or qualification of a possible error, it must be possible to repeat the corresponding measurements during a power-on cycle. The invention therefore provides that, for monitoring the energy reserve capacitor, the internal resistance of the energy reserve capacitor is determined based on the discharging of the energy reserve capacitor via a discharge resistor.

Die erfindungsgemäße Ausgestaltung hat den Vorteil, dass dadurch ein Verfahren bereitgestellt wird, das eine zuverlässige Überwachung des Energiereservekondensators ermöglicht. Damit kann insgesamt eine sichere Funktion des Steuergeräts in einem Autarkiefall gewährleistet werden. The configuration according to the invention has the advantage that it provides a method that enables reliable monitoring of the energy reserve capacitor. In this way, a reliable functioning of the control unit can be guaranteed overall in a case of self-sufficiency.

Im Rahmen der Erfindung wird unter einem Steuergerät ein elektrisches Gerät verstanden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon ein Sicherheitssystem ansteuert. Unter einem Sicherheitssystem ist vorliegend sowohl ein passives Sicherheitssystem, wie beispielsweise Airbags oder Gurtstraffer, als auch ein aktives Sicherheitssystem, wie beispielsweise eine elektronische Stabilitätsregelung oder einer Antischlupfregelung, zu verstehen.In the context of the invention, a control unit is understood to be an electrical device that processes sensor signals and, depending on them, controls a safety system. In the present case, a safety system is to be understood as meaning both a passive safety system, such as airbags or belt tensioners, and an active safety system, such as electronic stability control or anti-slip control.

Unter einer von einer Kraftfahrzeugbatteriespannung abgeleiteten Ladespannung wird vorliegend eine Spannung, die sich direkt von der Kraftfahrzeugbatterie ableitet, verstanden. Dabei wird die Ausgangsspannung der Kraftfahrzeugbatterie insbesondere mittels eines Spannungsaufwärtswandlers auf eine Ladespannung mit einem gegenüber dem Spannungswert der Ausgangsspannung erhöhten Spannungswert, beispielsweise auf einen Spannungswert im Bereich von 22 V - 45 V, angehoben.In the present case, a charging voltage derived from a motor vehicle battery voltage is understood to mean a voltage that is derived directly from the motor vehicle battery. The output voltage of the motor vehicle battery is increased, in particular by means of a voltage step-up converter, to a charging voltage with a voltage value that is higher than the voltage value of the output voltage, for example to a voltage value in the range of 22 V-45 V.

Der Energiereservekondensator ist ein Kondensator, der mit der Ladespannung, die am Ausgang des Spannungsaufwärtswandlers anliegt, für den Betrieb des Sicherheitssystems in einem Autarkiefall aufgeladen wird, wobei unter einem Autarkiefall ein Fall verstanden wird, wenn die Versorgung durch die Kraftfahrzeugbatterie, beispielsweise in Folge eines Unfalls, abbricht. Bei dem Kondensator kann es sich insbesondere um einen Elektrolytkondensator handeln, wobei auch ein anderer Kondensatortyp möglich ist.The energy reserve capacitor is a capacitor that is charged with the charging voltage that is present at the output of the voltage step-up converter for the operation of the safety system in a case of self-sufficiency, whereby a case of self-sufficiency is understood to mean a case when the supply is supplied by the motor vehicle battery, for example as a result of an accident , aborts. The capacitor can in particular be an electrolytic capacitor, although another type of capacitor is also possible.

Im Rahmen der Erfindung wird unter dem Innenwiderstand des Energiereservekondensators der auch als Equivalent Series Resistance (ESR) bezeichnete innere Verlustwiderstand des Energiereservekondensators verstanden.Within the scope of the invention, the internal resistance of the energy reserve capacitor is understood to mean the internal loss resistance of the energy reserve capacitor, also referred to as equivalent series resistance (ESR).

Das Verfahren kann angewendet werden zur Überwachung eines Energiereservekondensators, aber auch zur Überwachung mehrerer Energiereservekondensatoren, d.h. wenn das Steuergerät einen Energiereservekondensator aufweist, aber auch, wenn das Steuergerät mehrere Energiereservekondensatoren aufweist.The method can be used to monitor one energy reserve capacitor, but also to monitor a number of energy reserve capacitors, i.e. if the control device has one energy reserve capacitor, but also if the control device has a number of energy reserve capacitors.

Bei dem Entladen kann es sich um eine vollständige oder nur teilweise Entladung des Energiereservekondensators handeln. Vorzugsweise wird zur Entladung der Entladewiderstand über einen MOSFET gegen Masse geschaltet.The discharging can be a complete or only a partial discharge of the energy reserve capacitor. For discharging, the discharging resistor is preferably connected to ground via a MOSFET.

Die Bestimmung des Innenwiderstands des Energiereservekondensators und die dafür zugrundeliegenden Messungen und Ermittlungen können während eines Power-On-Zyklus (beliebig oft) wiederholt, also mehrmals durchgeführt, werden.The determination of the internal resistance of the energy reserve capacitor and the measurements and determinations on which it is based can be repeated (as often as required) during a power-on cycle, ie carried out several times.

In einer vorteilhaften Ausführungsform wird zum Zeitpunkt einer Deaktivierung des Entladens eine Abschaltspannung, vorzugsweise ein Abschaltspannungssprung, an dem Energiereservekondensator gemessen und es wird basierend auf der Abschaltspannung, vorzugsweise des Abschaltspannungssprungs, der Innenwiderstand bestimmt. Bei der Deaktivierung der Entladung des Energiereservekondensators, also beim „Abschalten“ des Entladestroms, entsteht an dem Energiereservekondensator ein detektierbarer Abschaltspannungssprung. Diese Abschaltspannung bzw. dieser Abschaltspannungssprung resultiert durch den Innenwiderstand des Energiereservekondensators und wird zur Bestimmung des Innenwiderstands verwendet. Vorzugsweise wird zur Deaktivierung der Entladung der Entladewiderstand über einen MOSFET von Masse getrennt.In an advantageous embodiment, at the time discharging is deactivated, a turn-off voltage, preferably a turn-off voltage jump, is measured at the energy reserve capacitor and the internal resistance is determined based on the turn-off voltage, preferably the turn-off voltage jump. When the discharge of the energy reserve capacitor is deactivated, ie when the discharge current is “switched off”, a detectable switch-off voltage jump occurs at the energy reserve capacitor. This cut-off voltage or this cut-off voltage jump results from the internal resistance of the energy reserve capacitor and is used to determine the internal resistance. To deactivate the discharge, the discharge resistor is preferably isolated from ground via a MOSFET.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird die Abschaltspannung, vorzugsweise ein Abschaltspannungssprung, über einen Spitzenwertdetektor bestimmt.In a further advantageous embodiment, the turn-off voltage, preferably a turn-off voltage jump, is determined using a peak value detector.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform weist der Spitzenwertdetektor einen Differenzverstärker, einen Kondensator sowie einen ersten Schalter und einen zweiten Schalter auf. Auf diese Weise kann verhältnismäßig einfach und kostengünstig ein Detektor zur Erfassung der zum Zeitpunkt der Deaktivierung des Entladens auftretenden Abschaltspannung, vorzugsweise Abschaltspannungssprung, realisiert werden.In a further advantageous embodiment, the peak value detector has a differential amplifier, a capacitor and a first switch and a second switch. In this way, a detector for detecting the turn-off voltage occurring at the point in time at which discharging is deactivated, preferably a sudden turn-off voltage, can be realized in a relatively simple and cost-effective manner.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird während einer Entladungszeit ein Spannungsabfall an dem Entladewiderstand, vorzugsweise zyklisch, gemessen und basierend darauf wird ein Entladestrom ermittelt, wobei der Innenwiderstand basierend auf dem Entladestrom bestimmt wird. Durch die Entladung über den, vorteilhafterweise eng tolerierten, Entladewiderstand und eine Messung des Spannungsabfalls am Entladewiderstand können der Entladestrom und letztlich Innenwiderstand des Energiereservekondensators sehr genau bestimmt werden. Die Entladungszeit ist die Zeit vom Beginn der Entladung bis zum Ende, also bis zu einer Deaktivierung, der vollständigen oder teilweisen Entladung.In a further advantageous embodiment, a voltage drop across the discharge resistor is measured, preferably cyclically, during a discharge time and a discharge current is determined based thereon, with the internal resistance being determined based on the discharge current. The discharge current and ultimately the internal resistance of the energy reserve capacitor can be determined very precisely by discharging via the discharge resistor, which advantageously has narrow tolerances, and measuring the voltage drop across the discharge resistor. The discharge time is the time from the start of discharge to the end, i.e. to deactivation, complete or partial discharge.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird dabei der Spannungsabfall über einen Differenzverstärker, vorteilhafterweise unter Verwendung eines dem Differenzverstärker nachgeschalteten Analog-Digitalwandlers, gemessen. Sofern zum Zeitpunkt einer Deaktivierung des Entladens eine Abschaltspannung, vorzugsweise ein Abschaltspannungssprung, an dem Energiereservekondensator über einen Spitzenwertdetektor, welcher einen Differenzverstärker, einen Kondensator und zwei Schalter umfasst, gemessen und basierend auf der Abschaltspannung, vorzugsweise auf dem Abschaltspannungssprung, der Innenwiderstand bestimmt wird, so ist vorteilhafterweise der Differenzverstärker zur Messung des Spannungsabfalls an dem Entladewiderstand derselbe Differenzverstärker, der auch zur Messung der Abschaltspannung, vorzugsweise des Abschaltspannungssprungs, verwendet wird. Mit anderen Worten wird hier nur ein einziger Differenzverstärker verwendet, mit dem sowohl die Messung des Spannungsabfalls an dem Entladewiderstand als auch die Messung der Abschaltspannung, vorzugsweise des Abschaltspannungssprungs, durchgeführt wird. Bevorzugt wird dabei die Messung des Spannungsabfalls an dem Entladewiderstand zeitlich vor der Messung der Abschaltspannung, vorzugsweise des Abschaltspannungssprungs, durchgeführt.In a further advantageous embodiment, the voltage drop is measured via a differential amplifier, advantageously using an analog/digital converter connected downstream of the differential amplifier. If, at the time discharging is deactivated, a cut-off voltage, preferably a cut-off voltage jump, is measured at the energy reserve capacitor via a peak value detector, which comprises a differential amplifier, a capacitor and two switches, and the internal resistance is determined based on the cut-off voltage, preferably on the cut-off voltage jump the differential amplifier for measuring the voltage drop across the discharge resistor is advantageously the same differential amplifier that is also used for measuring the cut-off voltage, preferably the cut-off voltage jump. In other words, only a single differential amplifier is used here, with which both the measurement of the voltage drop across the discharge resistor and the measurement of the turn-off voltage, preferably the turn-off voltage jump, are carried out. In this case, the measurement of the voltage drop across the discharge resistor is preferably carried out before the measurement of the cut-off voltage, preferably the cut-off voltage jump.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Ladespannung während der Entladung deaktiviert. Es findet also während einer Entladungszeit insbesondere keine Aufladung des Energiereservekondensators statt. Die Entladungszeit ist die Zeit vom Beginn der Entladung bis zum Ende, also bis zur Deaktivierung, der vollständigen oder teilweisen Entladung.In a further advantageous embodiment, the charging voltage is deactivated during discharging. In particular, the energy reserve capacitor is not charged during a discharge time. The discharge time is the time from the beginning of the discharge to the end, i.e. until deactivation, complete or partial discharge.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird Innenwiderstand mit einen vorgegebenen Schwellenwert verglichen, wobei vorzugsweise der Energiereservekondensator als funktionsfähig klassifiziert wird, wenn der Innenwiderstand unterhalb des Schwellenwerts liegt, und wobei vorzugsweise der Energiereservekondensator als nicht funktionsfähig oder als fehlerhaft klassifiziert wird, wenn der Innenwiderstand oberhalb des Schwellenwerts liegt. Dabei ist der Schwellenwert vorteilhafterweise in Abhängigkeit der im Autarkiefall von dem Energiereservekondensator zur Verfügung zu stellenden Spannung vorbestimmt.In a further advantageous embodiment, the internal resistance is compared to a predetermined threshold value, with the energy reserve capacitor preferably being classified as functional if the internal resistance is below the threshold value, and with the energy reserve capacitor preferably being classified as non-functional or faulty if the internal resistance is above the threshold value located. In this case, the threshold value is advantageously predetermined as a function of the voltage to be made available by the energy reserve capacitor in the case of self-sufficiency.

Vorteilhafterweise wird bei einer Überschreitung des Schwellenwerts auf einen Fehler oder eine Fehlfunktion des Energiereservekondensators erkannt. Bevorzugt wird solch ein Fehler bzw. solch eine Fehlfunktion zur Anzeige gebracht, damit insbesondere ein Austausch des Steuergeräts oder zumindest einzelner elektronischer Komponenten des Steuergeräts erreicht wird, wobei ein entsprechendes Warnsignal einem Fahrer des Kraftfahrzeugs beispielsweise visuell und/oder akustisch zur Anzeige gebracht und/oder einer Werkstatt oder Serviceeinrichtung mittels einer Sendeeinrichtung des Kraftfahrzeugs drahtlos übersandt werden kann.When the threshold value is exceeded, an error or a malfunction of the energy reserve capacitor is advantageously identified. Such an error or such a malfunction is preferably displayed so that in particular the control unit or at least individual electronic components of the control unit can be replaced, with a corresponding warning signal being displayed to the driver of the motor vehicle, for example visually and/or acoustically and/or can be sent wirelessly to a workshop or service facility by means of a transmission device in the motor vehicle.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird zusätzlich eine Kapazität des Energiereservekondensators basierend auf dem Entladen des Energiereservekondensators über den Entladewiderstand bestimmt, wobei zu Beginn der Entladung eine erste Energiereservespannung und am Ende der Entladung eine zweite Energiereservespannung an dem Energiereservekondensator gemessen und basierend auf der ersten Energiereservespannung und der zweiten Energiereservespannung eine Spannungsdifferenz ermittelt wird, wobei der während der Entladungszeit ermittelte Entladestrom über die Entladungszeit integriert wird, und wobei die Kapazität anhand des über die Entladungszeit integrierten Entladestroms und der Spannungsdifferenz bestimmt wird. Durch eine solche auf einfache Weise ermöglichte Ermittlung der Kapazität des Energiereservekondensators kann somit auch die Kapazität des Energiereservekondensators überprüft und so eine zuverlässige Überwachung des Energiereservekondensators weiter gefördert werden. Es kann damit insbesondere eine zu geringe Kapazität einfach und zuverlässig erkannt und qualifiziert und ggf. zur Anzeige gebracht werden.In a further advantageous embodiment, a capacitance of the energy reserve capacitor is additionally determined based on the discharging of the energy reserve capacitor via the discharge resistor, a first energy reserve voltage being measured at the energy reserve capacitor at the beginning of the discharge and a second energy reserve voltage being measured at the energy reserve capacitor at the end of the discharge and based on the first energy reserve voltage and the second energy reserve voltage, a voltage difference is determined, the discharge current determined during the discharge time being integrated over the discharge time, and the capacity being determined on the basis of the discharge current integrated over the discharge time and the voltage difference. By determining the capacitance of the energy reserve capacitor, which is made possible in a simple manner, the capacitance of the energy reserve capacitor can thus also be checked and reliable monitoring of the energy reserve capacitor can thus be further promoted. In particular, a capacity that is too low can be easily and reliably recognized and qualified and possibly displayed.

Dabei wird in einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform die erste Energiereservespannung und die zweite Energiereservespannung über einen dem Energiereservekondensator parallel geschalteten Spannungsteiler gemessen.In a further advantageous embodiment, the first energy reserve voltage and the second energy reserve voltage are measured via a voltage divider connected in parallel with the energy reserve capacitor.

Ferner umfasst die vorliegende Erfindung ein Steuergerät eines Sicherheitssystems für ein Kraftfahrzeugs mit einer Schaltungsanordnung zur Überwachung eines Energiereservekondensators. Dabei ist die Schaltungsanordnung zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgelegt ist.Furthermore, the present invention includes a control unit of a safety system for a motor vehicle with a circuit arrangement for monitoring an energy reserve capacitor. In this case, the circuit arrangement is designed to carry out a method according to the invention.

Die für das erfindungsgemäße Verfahren beschriebenen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen gelten entsprechend auch für das erfindungsgemäße Steuergerät.The advantages and preferred embodiments described for the method according to the invention also apply correspondingly to the control device according to the invention.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

1 in einer schematischen Darstellung eine Schaltungsanordnung zur Überwachung eines Energiereservekondensators eines Steuergeräts eines Sicherheitssystems eines Kraftfahrzeugs, und
2 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben der Schaltungsanordnung aus 1.

Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to a drawing. Show in it:

1 in a schematic representation of a circuit arrangement for monitoring an energy reserve capacitor of a control unit of a safety system of a motor vehicle, and
2 a flowchart of a method for operating the circuit arrangement 1 .

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren stets mit gleichen Bezugszeichen versehen.Corresponding parts are always provided with the same reference symbols in all figures.

1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Schaltungsanordnung 1 zur Überwachung eines Energiereservekondensators 2 eines Steuergeräts eines als Airbagsystem ausgestalteten Sicherheitssystems eines Kraftfahrzeugs. Die Schaltungsanordnung 1 umfasst einen Spannungsaufwärtswandler 3 mittels dem eine Ausgangsspannung einer Kraftfahrzeugbatterie, beispielsweise 12 V, angehoben werden kann. Der Energiereservekondensator 2, der als Elektrolytkondensator ausgebildet ist, kann mit der durch den Spannungsaufwärtswandler 3 angehobenen Ausgangsspannung in Form einer Ladespannung aufgeladen werden. Auf diese Weise ist die Energieversorgung bzw. der Betrieb des Sicherheitssystems in einem Autarkiefall, also wenn die Versorgung durch die Kraftfahrzeugbatterie, beispielsweise in Folge eines Unfalls, abbricht, zumindest für einen gewissen Zeitraum gewährleistet. 1 shows a schematic representation of a circuit arrangement 1 for monitoring an energy reserve capacitor 2 of a control unit of a safety system of a motor vehicle configured as an airbag system. The circuit arrangement 1 includes a voltage step-up converter 3 by means of which an output voltage of a motor vehicle battery, for example 12 V, can be increased. The energy reserve capacitor 2, which is designed as an electrolytic capacitor, can be charged with the output voltage raised by the voltage step-up converter 3 in the form of a charging voltage. In this way, the energy supply or the operation of the safety system is guaranteed at least for a certain period of time in a case of self-sufficiency, ie if the supply from the motor vehicle battery is interrupted, for example as a result of an accident.

Die Schaltungsanordnung 1 weist ferner einen Entladewiderstand 4 auf, über den der Energiereservekondensator 2 entladen werden kann. Dazu ist der Entladewiderstand 4 über einen MOSFET 5 gegen Masse schaltbar. Mittels eines Differenzverstärkers 6 kann insbesondere der Spannungsabfall über den Entladewiderstand 4 während der Entladung des Energiereservekondensators 2 gemessen werden.The circuit arrangement 1 also has a discharge resistor 4, via which the energy reserve capacitor 2 can be discharged. For this purpose, the discharge resistor 4 can be connected to ground via a MOSFET 5 . In particular, the voltage drop across the discharge resistor 4 during the discharge of the energy reserve capacitor 2 can be measured by means of a differential amplifier 6 .

Der Differenzverstärker 6 bildet zusammen mit einem Kondensator 7 sowie einem ersten Schalter 8 und einem zweiten Schalter 9 zudem einen Spitzenwertdetektor, welcher zur Messung eines bei einer Deaktivierung der Entladung an dem Energiereservekondensator 2 auftretenden Abschaltspannungssprungs dient. Dabei dient der Kondensator 7 als ein Sample-and-Hold-Kondensator, welcher bei Deaktivierung der Entladung und bei geschlossenem ersten Schalter 8 und geöffnetem zweiten Schalter 9 den über den Differenzverstärker 6 verstärkten Abschaltspannungssprung bzw. den entsprechenden Spannungsimpuls quasi speichert.Together with a capacitor 7 and a first switch 8 and a second switch 9, the differential amplifier 6 also forms a peak value detector which is used to measure a switch-off voltage jump occurring when the discharge at the energy reserve capacitor 2 is deactivated. The capacitor 7 serves as a sample-and-hold capacitor which, when the discharge is deactivated and the first switch 8 is closed and the second switch 9 is open, quasi stores the switch-off voltage jump amplified by the differential amplifier 6 or the corresponding voltage pulse.

Einem dem zweiten Schalter 2 nachgeschalteten Analog-Digital-Wandler 10 können entsprechende Messdaten zur Auswertung und/oder weiteren Verarbeitung zugeführt werden. Insbesondere kann durch ein Öffnen des ersten Schalters 8 und ein Schließen des zweiten Schalters 9 dem Analog-Digital-Wandler 10 ein in dem Kondensator 7 „gespeicherter“ Spannungsimpuls zur Auswertung weitergegeben werden.Corresponding measurement data for evaluation and/or further processing can be supplied to an analog/digital converter 10 connected downstream of the second switch 2 . In particular, by opening the first switch 8 and closing the second switch 9, a voltage pulse “stored” in the capacitor 7 can be passed on to the analog/digital converter 10 for evaluation.

Der Differenzverstärker 6 kann hier also zum einen zur Messung des Spannungsabfalls über den Entladewiderstand 4 während der Entladung des Energiereservekondensators 2 verwendet werden. Hierfür ist ein dritter Schalter 11 geschlossen und es sind ein vierter Schalter 12 und ein fünfter Schalter 13 geöffnet. Zum anderen kann dieser Differenzverstärker 6 zusammen mit dem Kondensator 7 sowie dem ersten Schalter 8 und dem zweiten Schalter 9 auch zur Messung des bei einer Deaktivierung der Entladung an dem Energiereservekondensator 2 auftretenden Abschaltspannungssprungs verwendet werden. Hierfür ist der dritte Schalter 11 geöffnet und es sind der vierte Schalter 12 und der fünfte Schalter 13 geschlossen.The differential amplifier 6 can thus be used here on the one hand to measure the voltage drop across the discharge resistor 4 during the discharge of the energy reserve capacitor 2 . For this purpose, a third switch 11 is closed and a fourth switch 12 and a fifth switch 13 are open. On the other hand, this differential amplifier 6 can also be used together with the capacitor 7 and the first switch 8 and the second switch 9 to measure the switch-off voltage jump that occurs when the discharge at the energy reserve capacitor 2 is deactivated. For this purpose, the third switch 11 is open and the fourth switch 12 and the fifth switch 13 are closed.

In 2 ist ein Ablaufdiagramm des Verfahrens 100 zum Betreiben der Schaltungsanordnung 1 aus 1 dargestellt.In 2 1 is a flow chart of the method 100 for operating the circuit arrangement 1 from FIG 1 shown.

Für die Erläuterung der nachfolgenden Schritte wird die Annahme getroffen, dass der Energiereservekondensator 2 mittels einer Ladespannung aufgeladen wurde. Dabei wurde der Energiereservekondensator 2 über den Spannungsaufwärtswandler 3, der die von der Kraftfahrzeugbatterie zur Verfügung gestellte Kraftfahrzeugbatteriespannung auf eine Ladespannung anhebt, aufgeladen.For the explanation of the following steps, the assumption is made that the energy reserve capacitor 2 was charged using a charging voltage. In this case, the energy reserve capacitor 2 was charged via the voltage step-up converter 3, which raises the motor vehicle battery voltage provided by the motor vehicle battery to a charging voltage.

Nach dem Aufladen des Energiereservekondensators 2 wird in einem Schritt 101 nun die Ladespannung bzw. der Spannungsaufwärtswandler 3 deaktiviert, d.h. es findet keine Aufladung des Energiereservekondensators 2 mehr statt.After the energy reserve capacitor 2 has been charged, the charging voltage or the voltage step-up converter 3 is now deactivated in a step 101, i.e. the energy reserve capacitor 2 is no longer charged.

In einem nächsten Schritt 102 wird der Entladewiderstand 4 über den MOSFET 5 gegen Masse geschaltet und damit ein Entladen des Energiereservekondensators 2 aktiviert. Der dritte Schalter 11 ist geschlossen, der vierte Schalter 12 und der fünfte Schalter 13 sind beide geöffnet. Bei dem Entladen kann es sich um eine vollständige oder nur teilweise Entladung des Energiereservekondensators 2 handeln.In a next step 102, the discharge resistor 4 is connected to ground via the MOSFET 5 and a discharge of the energy reserve capacitor 2 is thus activated. The third switch 11 is closed, the fourth switch 12 and the fifth switch 13 are both open. The discharging can involve a complete or only partial discharging of the energy reserve capacitor 2 .

Während der Entladung bzw. während der Entladungszeit, also ab Beginn der Entladung bis zum Ende der Entladung, wird in einem Schritt 103 ein Spannungsabfall an dem Entladewiderstand 4 über den Differenzverstärker 6 gemessen und basierend darauf der Entladestrom ermittelt. Durch die Entladung über den Entladewiderstand 4 und eine Messung des Spannungsabfalls am Entladewiderstand 4 kann der Entladestrom sehr genau bestimmt werden.During the discharge or during the discharge time, ie from the beginning of the discharge to the end of the discharge, a voltage drop across the discharge resistor 4 is measured in a step 103 via the differential amplifier 6 and the discharge current is determined based thereon. By discharging via the discharge resistor 4 and measuring the voltage drop across the discharge resistor 4, the discharge current can be determined very precisely.

Vorteilhafterweise können hier optional zusätzlich folgende Schritte durchgeführt werden: Zu Beginn der Entladung wird eine erste Energiereservespannung als absolute Spannung an dem Energiereservekondensator 2 über einen dem Energiereservekondensator 2 parallel geschalteten Spannungsteiler (in 1 nicht dargestellt) gemessen und es wird am Ende der Entladung eine zweite Energiereservespannung als absolute Spannung an dem Energiereservekondensator 2 über den dem Energiereservekondensator 2 parallel geschalteten Spannungsteiler gemessen. Basierend auf der ersten Energiereservespannung und der zweiten Energiereservespannung wird eine Spannungsdifferenz ermittelt. Darüber hinaus wird der ermittelte Entladestrom über die Entladungszeit integriert, wodurch eine elektrische Ladung, genauer eine elektrische Ladungsänderung, bestimmt wird. Anschließend wird eine Kapazität des Energiereservekondensators 2 basierend auf der ermittelten elektrischen Ladung bzw. Ladungsänderung und der ermittelten Spannungsdifferenz über die Beziehung C = ΔQ / ΔUd, wobei C die Kapazität, ΔQ die elektrische Ladungsänderung und ΔUd die Spannungsdifferenz ist, bestimmt. Durch eine solche durch die Schaltungsanordnung 1 auf einfache Weise ermöglichte Ermittlung der Kapazität des Energiereservekondensators 2 kann somit zunächst die Kapazität des Energiereservekondensators 2 überprüft und so eine zuverlässige Überwachung des Energiereservekondensators 2 weiter gefördert werden. Es kann damit eine zu geringe Kapazität einfach und zuverlässig erkannt und qualifiziert und ggf. zur Anzeige gebracht werden.Advantageously, the following additional steps can also be carried out here: At the start of the discharge, a first energy reserve voltage is measured as an absolute voltage across the energy reserve capacitor 2 via a voltage divider connected in parallel with the energy reserve capacitor 2 (in 1 not shown) is measured and at the end of the discharge a second energy reserve voltage is measured as an absolute voltage across the energy reserve capacitor 2 via the voltage divider connected in parallel with the energy reserve capacitor 2 . A voltage difference is determined based on the first power reserve voltage and the second power reserve voltage. In addition, the discharge current determined is integrated over the discharge time, as a result of which an electrical charge, more precisely a change in electrical charge, is determined. A capacitance of the energy reserve capacitor 2 is then determined based on the determined electrical charge or change in charge and the determined voltage difference via the relationship C=ΔQ/ΔUd, where C is the capacitance, ΔQ is the change in electrical charge and ΔUd is the voltage difference. Such a determination of the capacitance of the energy reserve capacitor 2 made possible in a simple manner by the circuit arrangement 1 can thus initially check the capacitance of the energy reserve capacitor 2 and thus further promote reliable monitoring of the energy reserve capacitor 2 . A capacity that is too low can thus be easily and reliably recognized and qualified and, if necessary, displayed.

In einem nächsten Schritt 104 wird der Entladewiderstand 4 über den MOSFET 5 von Masse getrennt, wodurch die Entladung deaktiviert wird. Der dritte Schalter 11 ist geöffnet, der vierte Schalter 12 und der fünfte Schalter 13 sind beide geschlossen. Es wird dabei der bei der Deaktivierung der Entladung, also beim „Abschalten“ des Entladestroms, an dem Energiereservekondensator 2 entstehende Abschaltspannungssprung, welcher durch den Innenwiderstand des Energiereservekondensators 2 resultiert, durch den Spitzenwertdetektor gemessen.In a next step 104, the discharge resistor 4 is isolated from ground via the MOSFET 5, as a result of which the discharge is deactivated. The third switch 11 is open, the fourth switch 12 and the fifth switch 13 are both closed. The switch-off voltage jump occurring at the energy reserve capacitor 2 when the discharge is deactivated, i.e. when the discharge current is “switched off”, which results from the internal resistance of the energy reserve capacitor 2, is measured by the peak value detector.

In einem Schritt 105 wird basierend auf dem Entladestrom und dem Abschaltspannungssprung über die Beziehung R = ΔU/I, wobei R der Innenwiderstand, ΔU der Abschaltspannungssprung und I der Entladestrom ist, der Innenwiderstand bestimmt.In a step 105, the internal resistance is determined based on the discharge current and the switch-off voltage jump via the relationship R=ΔU/I, where R is the internal resistance, ΔU is the switch-off voltage jump and I is the discharge current.

In einem Schritt 106 wird der Innenwiderstand dann mit einen vorgegebenen Schwellenwert verglichen. Dabei wird der Energiereservekondensator 2 als funktionsfähig klassifiziert, wenn der Innenwiderstand unterhalb des Schwellenwerts liegt, und es wird der Energiereservekondensator 2 als nicht funktionsfähig oder als fehlerhaft klassifiziert, wenn der Innenwiderstand oberhalb des Schwellenwerts liegt. Der Schwellenwert wurde vorab in Abhängigkeit der im Autarkiefall von dem Energiereservekondensator 2 zur Verfügung zu stellenden Spannung vorbestimmt. Sofern eine Überschreitung des Schwellenwerts vorliegt, wird auf einen Fehler oder eine Fehlfunktion des Energiereservekondensators 2 erkannt und es wird der Fehler bzw. die Fehlfunktion zur Anzeige gebracht, damit insbesondere ein Austausch des Steuergeräts oder zumindest einzelner elektronischer Komponenten des Steuergeräts erreicht wird, wobei ein entsprechendes Warnsignal einem Fahrer des Kraftfahrzeugs beispielsweise visuell und/oder akustisch zur Anzeige gebracht und/oder einer Werkstatt oder Serviceeinrichtung mittels einer Sendeeinrichtung des Kraftfahrzeugs drahtlos übersandt werden kann.In a step 106, the internal resistance is then compared with a predetermined threshold value. In this case, the energy reserve capacitor 2 is classified as functional if the internal resistance is below the threshold value, and the energy reserve capacitor 2 is classified as nonfunctional or defective if the internal resistance is above the threshold value. The threshold value was previously determined as a function of the voltage to be made available by the energy reserve capacitor 2 in the case of self-sufficiency. If the threshold value is exceeded, an error or a malfunction of the energy reserve capacitor 2 is detected and the error or the malfunction is displayed, so that in particular the control unit or at least individual electronic components of the control unit can be replaced, with a corresponding Warning signal to a driver of the motor vehicle, for example, displayed visually and/or acoustically and/or can be sent wirelessly to a workshop or service facility by means of a transmitter of the motor vehicle.

Die Bestimmung des Innenwiderstands des Energiereservekondensators 2 und der Vergleich mit dem Schwellenwert, und vorteilhafterweise die Bestimmung der Kapazität des Energiereservekondensators 2, sowie die dafür zugrundeliegenden Schritte bzw. Messungen und Ermittlungen können während eines Power-On-Zyklus (beliebig oft) wiederholt, also mehrmals durchgeführt, werden.The determination of the internal resistance of the energy reserve capacitor 2 and the comparison with the threshold value, and advantageously the determination of the capacitance of the energy reserve capacitor 2, as well as the underlying steps or measurements and determinations can be repeated (any number of times) during a power-on cycle, i.e. several times be performed.

Auf diese Weise kann bereits während eines Power-On-Zyklus auf einfache Weise eine zuverlässige Überwachung des Energiereservekondensators 2 realisiert und ein zu hoher Innenwiderstand, sowie vorteilhafterweise eine zu geringe Kapazität, bereits frühzeitig erkannt und qualifiziert werden. Damit wird insgesamt eine sichere Funktion des Steuergeräts in einem Autarkiefall gewährleistet. Dabei kann bei einer Ermittlung des Innenwiderstands sowie vorteilhafterweise zusätzlich der Kapazität des Energiereservekondensators 2 für die Ermittlung beider Paramater dieselbe dieselbe Schaltungsanordnung 1 verwendet werden.In this way, a reliable monitoring of the energy reserve capacitor 2 can already be implemented in a simple manner during a power-on cycle, and an excessively high internal resistance and, advantageously, an insufficient capacitance can be recognized and qualified at an early stage. Overall, this ensures that the control unit functions reliably in the event of self-sufficiency. When determining the internal resistance and advantageously also the capacitance of the energy reserve capacitor 2, the same circuit arrangement 1 can be used for determining both parameters.

BezugszeichenlisteReference List

11: Schaltungsanordnungcircuit arrangement
22: Energiereservekondensatorenergy reserve capacitor
33: SpannungsaufwärtswandlerVoltage Boost Converter
44: Entladewiderstanddischarge resistance
55: MOSFETMOSFET
66: Differenzverstärkerdifferential amplifier
77: Kondensatorcapacitor
88th: erster Schalterfirst switch
99: zweiter Schaltersecond switch
1010: Analog-Digital-WandlerAnalog to digital converter
1111: dritter Schalterthird switch
1212: vierter Schalterfourth switch
1313: fünfter Schalterfifth switch

Claims

Method (100) for monitoring an energy reserve capacitor (2) of a control device of a safety system for a motor vehicle, in which the energy reserve capacitor (2) is charged by means of a charging voltage derived from a motor vehicle battery voltage for the operation of the safety system in a self-sufficient situation, with an internal resistance of the energy reserve capacitor ( 2) is determined based on discharging the energy reserve capacitor (2) via a discharge resistor (4).

Method (100) according to claim 1 , wherein at the time of a deactivation of the discharge, a cut-off voltage, preferably a cut-off voltage jump, is measured at the energy reserve capacitor (2) and the internal resistance is determined based on the cut-off voltage, preferably the cut-off voltage jump.

Method (100) according to claim 2 , The turn-off voltage, preferably a turn-off voltage jump, is determined via a peak value detector.

Method (100) according to claim 3 , wherein the peak value detector comprises a differential amplifier (6), a capacitor (7) and a first switch (8) and a second switch (9).

Method (100) according to one of the preceding claims, wherein during a discharge time a voltage drop across the discharge resistor (4), preferably cyclically, measured and based thereon a discharge current is determined, and wherein the internal resistance is determined based on the discharge current.

Method (100) according to claim 5 , The voltage drop across the discharge resistor (4) being measured via a differential amplifier (6).

Method (100) according to one of the preceding claims, wherein the charging voltage is deactivated during the discharging.

Method (100) according to one of the preceding claims, wherein the internal resistance is compared with a predetermined threshold value, and wherein preferably the energy reserve capacitor (2) is classified as functional if the internal resistance is below the threshold value.

Method (100) according to any one of Claims 5 until 8th , wherein a capacitance of the energy reserve capacitor (2) is additionally determined based on the discharging of the energy reserve capacitor (2) via the discharge resistor (4), a first energy reserve voltage being measured at the beginning of the discharge and a second energy reserve voltage being measured at the energy reserve capacitor (2) at the end of the discharge. measured and a voltage difference is determined based on the first energy reserve voltage and the second energy reserve voltage, the discharge current determined during the discharge time being integrated over the discharge time, and the capacity being determined on the basis of the discharge current integrated over the discharge time and the voltage difference.

Method (100) according to claim 9 , wherein the first energy reserve voltage and the second energy reserve voltage are measured via a voltage divider connected in parallel with the energy reserve capacitor (2).

Control unit of a safety system for a motor vehicle with a circuit arrangement (1) for monitoring an energy reserve capacitor (2), which is designed to carry out a method (100) according to one of the preceding claims.