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Die
Erfindung betrifft eine Anordnung zum Ansteuern eines Personenschutzsystems
eines Kraftfahrzeuges, welche einen Energiespeicherkondensator aufweist,
der parallel zu einer Serienschaltung aus einem Zündelement
und einer steuerbaren Leistungsstufe angeordnet ist. Eine derartige
Anordnung, bei der das Personenschutzsystem als Insassenschutzsystem
ausgebildet ist, ist aus der
DE 197 32 677 A1 bekannt.
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Personenschutzsysteme
in Form eines Airbags oder eines Gurtstraffers oder ähnlichem
werden durch die Aktivierung eines Aktuators ausgelöst. Da die
für manche
Personenschutzsysteme eingesetzten Aktuatoren nach deren Auslösung irreversibel sind,
müssen
Fehlauslösungen
aus Sicherheits- und Kostengründen
vermieden werden. So dürfen
Fehler in der Verkabelung, wie z. B. ein Kurzschluss, nicht zur
Aktivierung des Aktuators führen.
Um eine ausreichende Zuverlässigkeit
des Personenschutzsystems gewährleisten
zu können,
müssen
relevante Fehler, wie z. B. eine Leitungsunterbrechung, ein Fehler
in einer Steuerschaltung zur Auslösung des Aktuators, usw., diagnostizierbar
sein, um insbesondere einen Ausfall des Personenschutzsystems anzuzeigen.
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Eine
Schaltungsanordnung zum Steuern eines Personenschutzsystems eines
Kraftfahrzeuges, bei der ein Energiespeicherkondensator parallel
zu einer Serienschaltung aus einer ersten steuerbaren Leistungsstufe,
einem Zündelement
des Insassenschutzmittels und einer weiteren steuerbaren Leistungsstufe
angeordnet ist, ist aus der
EP
0 684 163 B1 bekannt. Zum Überprüfen der Funktionsfähigkeit einer
jeden Leistungsstufe wird jeweils eine der Leistungsstufen, veranlasst
durch eine Steuerschaltung, zu Prüfzwecken geschlossen, während gleichzeitig die
andere Leistungsstufe in sperrendem Zustand bleibt, so dass bei
einer solchen Routine das Zündelement
nicht gezündet
wird. Jeweils ein Stromsensor misst eine zu Testzwecken leitend
geschaltete Leistungsstufe, so dass der ermittelte Strom einen Rückschluss
auf die Funktionsfähigkeit
der Leistungsstufe zulässt.
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Da
eine solche Serienschaltung, die aus zwei steuerbaren Leistungsstufen
und dem Zündelement
besteht, als integrierter Schaltkreis eine große Fläche beansprucht, wurde in der
DE 197 32 677 A1 eine
verbesserte Schaltungsvorrichtung zum Steuern eines Insassenschutz
mittels eines Kraftfahrzeugs beschrieben, die bei verringerter Bauelementeanzahl der
Schaltungsvorrichtung eine zuverlässige Funktionsüberprüfung der
Leistungsstufe zulässt.
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Bei
dieser kann bei entladenem Energiespeicherkondensator das Schließvermögen der
Leistungsstufe überprüft werden,
wenn die Serienschaltung aus dem Zündelement und der Leistungsstufe mit
einem Strom beaufschlagt wird, der bei Durchfluss durch das Zündelement
noch nicht ein Zünden des
selbigen verursacht. Der von der Energiequelle gelieferte Strom
ist dabei derart bemessen, dass der Energiespeicherkondensator innerhalb
sehr kurzer Zeit auf seine Zündspannung
aufgeladen ist.
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Die
in der
DE 197 32 677
A1 beschriebene Anordnung ist zum Steuern eines Insassenschutzmittels,
mit welchem die Insassen eines Kraftfahrzeuges vor Verletzungen
geschützt
werden sollen, ausgelegt. Bei solchen Insassenschutzmitteln handelt
es sich um die Eingangs erwähnten
Airbags, Gurtstraffer, Überrollbügel oder ähnliche
Einrichtungen. Zur Auslösung
dieser Insassenschutzsysteme werden lediglich geringere Energien
zum Aktivieren des jeweiligen Aktuators benötigt.
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In
jüngster
Zeit werden jedoch Personenschutzsysteme entwickelt, welche einen
mit dem Kraftfahrzeug kollidierenden Fußgänger vor schweren Verletzungen
schützen
sollen. Bei diesen Personenschutzsystemen handelt es sich beispielsweise um
eine sogenannte „aktive
Motorhaube", welche nach
Detektion eines Fußgängeraufpralls
unter Verwendung von Aktuatoren aufgestellt wird, so dass durch
die Deformation der aufgestellten Motorhaube ein Raum zur Energieabsorption
des aufprallenden Fußgängers bereit
gestellt werden kann. Es hat sich dabei herausgestellt, dass bereits
ein Anheben der Motorhaube um ca. 10 cm Fußgänger vor schwereren Verletzungen
schützen
kann. Als Aktuatoren kommen Airbags oder aufwendige Hebelmechaniken zum
Einsatz. Um ein solches Personenschutzsystem rechtzeitig aktivieren
zu können,
sind kurzfristig große
Energiemengen notwendig. Einer derartigen Anforderung wird die in
der
DE 197 32 677
A1 beschriebene Schaltungsanordnung – auch unter dem Aspekt geringer
Herstellungskosten – nicht
gerecht.
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Aus
der
EP 0 471 871 A1 ist
eine Anordnung zum Ansteuern eines Insassenschutzsystems eines Kraftfahrzeugs
bekannt, welche dezentral von einem Steuergerät angeordnete Zündeinheiten
aufweist. Das Steuergerät
umfasst dabei die zur Erfassung und Auswertung einer Kollision notwendigen
Sensoren und Bauelemente. Die Zündeinheiten
weisen den Zündkondensator,
das Zündelement
sowie Schaltelemente zum Auslösen
des Zündelements
auf. Das Ansteuersignal erhalten Zündeinheiten von dem Steuergerät, wobei
diese über
eine optische oder elektrische Datenleitung miteinander verbunden sind.
Das Anbringen der in den Zündgeräten enthaltenen
Zündkondensatoren
ermöglicht
kurze und relativ dünne
Zündleitungen
zwischen den Kondensatoren und dem Zündelementen, wodurch ein niedriger ohmscher
und induktiver Zündleitungswiderstand
erzielt wird. Dadurch können
hohe Stromimpulse mit steilem Anstiegsflanken realisiert werden.
Die in dieser Druckschrift beschriebene Schaltungsanordnung weist
den Nachteil auf, dass eine Überprüfung der Zündeinheiten
durch das Steuergerät
nicht realisierbar ist, da Steuergerät und Zündeinheiten jeweils lediglich über eine
Datenleitung verbunden sind.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht deshalb darin, eine Anordnung
zum Ansteuern eines Personenschutzsystems eines Kraftfahrzeugs anzugeben,
die eine Funktionsüberprüfung der
Leistungsstufe in der Anordnung zulässt und gleichzeitig die Ansteuerung
von Aktuatoren mit hohem Energiebedarf ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird mit einer Anordnung mit den Merkmalen des Patentanspruches
1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Patentansprüchen.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen,
dass der Energiespeicherkondensator und das Zündelement zusammen in einer
Zündeinheit
angeordnet sind, die räumlich
getrennt von einem die steuerbare Leistungsstufe enthaltenden Steuergerät angeordnet sind.
Der Erfindung liegt damit der Gedanke zugrunde, den Energiespeicherkondensator
von dem Steuergerät
in die das Zündelement
enthaltende Zündeinheit
zu verlagern. Die Verlagerung bringt erhebliche wirtschaftliche
Vorteile mit sich, da Energiespeicherkondensatoren, die bei einer
Aktivierung eines Aktuators bis zu 25 Ampere Ansteuerstrom erzeugen müssen, eine
solche Größe aufweisen,
dass sie sich wirtschaftlich nicht sinnvoll in dem Steuergerät integrieren
lassen. Nichtsdestotrotz erlaubt es die erfindungsgemäße Anordnung
weiterhin, die Leitungsstufe auf ihre Funktionsfähigkeit hin zu überprüfen.
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Die
erfindungsgemäße Anordnung
ist derart ausgebildet, dass bei zumindest weitgehend entladenem
Energiespeicherkondensator und bei leitend geschaltener Leistungsstufe
eine in der Serienschaltung abfallende Prüfspannung aufnehmbar und auswertbar
ist, indem die Parallelschaltung mit einem Teststrom beaufschlagt
wird. Die Prüfspannung
wird dabei durch einen Knotenpunkt, der zwischen dem Energiespeicherelement
und dem Zündelement
gebildet ist, und einer Klemme der die Anordnung versorgenden Energiequelle
gebildet. Trotz der Verwendung nur einer einzigen steuerbaren Leistungsstufe in
einem Zündkreis für das Personenschutzsystem kann
die Leistungsstufe sowohl auf Öffenbarkeit
als auch auf Schließbarkeit
getestet werden, ohne dass das in Serie zur Leistungsstufe angeordnete
Zündelement
gezündet
wird. Anhand eines Spannungsabfalls an dem Energiespeicherkondensator
ist überprüfbar, ob
der Energiespeicherkondensator zumindest weitgehend entladen ist,
wobei erst dann die Leistungsstufe durch die Steuerschaltung zu
Prüfzwecken
leitend schaltbar ist, wenn festgestellt ist, dass der Energiespeicherkondensator
zumindest weitgehend entladen ist. Die Leistungsstufe ist nach ihrem
leitend Schalten zu Prüfzwecken
sperrend schaltbar, woraufhin die Prüfspannung von dem Steuergerät aufnehmbar
und auswertbar ist.
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Bevorzugt
ist für
die Ladung und Entladung des Energiespeicherkondensators eine zwischen
der Zündeinheit
und dem Steuergerät
verlaufende Leitung vorgesehen. Die Leitung muss in der Lage sein, den
zur Auslösung
des Aktuators notwendigen Zündstrom
zu übertragen.
Im Falle der eingangs erwähnten
Fußgängerschutzsysteme
müssen
hierbei Ströme
im Bereiche von bis zu 25 Ampere übertragen werden. Notwendig
ist dies deshalb, da die zur Aktivierung notwendige Leistungsstufe
räumlich
getrennt von der Zündeinheit
in dem Steuergerät
angeordnet ist.
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Zweckmäßiger Weise
wird die für
die Ladung und Entladung des Energiespeicherkondensators notwendige
Spannung durch eine Energiequelle des Steuergeräts bereitgestellt. Mit anderen
Worten bedeutet dies, dass das Steuergerät über eine entsprechende Energiequelle
zum Laden des Energiespeicherkondensators aufweist.
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Weiter
bevorzugt weist das Steuergerät
zur Ansteuerung des steuerbaren Schalters eine Steuerschaltung auf,
wobei eine Ansteuerung in Reaktion auf ein von einer Sensoreinrichtung
ausgewertetes Signal erfolgt. Die Sensoreinrichtung kann in dem Steuergerät integriert
sein. Denkbar ist auch, dass die Sensorik und die Auswertung der
von der Sensorik gelieferten Signale in einem anderen Gerät vorgenommen
werden lediglich das Ergebnis an das Steuergerät bzw. die Steuerschaltung übermittelt
wird.
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Zur
Erzielung einer Kurzschluss-Festigkeit ist es weiter bevorzugt,
wenn in Serie zu der Parallelschaltung aus dem Energiespeicherkondensator
und der Serienschaltung aus dem Zündelement und der Leistungsstufe,
ein Entkoppelwiderstand in Reihe geschalten ist.
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Die
Prüfspannung
kann dabei durch eine Einrichtung des Steuergeräts aufgenommen werden. Der
Teststrom kann ebenso durch eine Energiequelle in dem Steuergerät geliefert
werden.
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Zweckmäßiger Weise
ist der Teststrom kleiner als ein zum Zünden des Zündelements erforderlicher Zündstrom.
Die Festlegung des Teststroms erfolgt durch das Steuergerät, so dass
ein unbeabsichtigtes Zünden
des Zündelements
zuverlässig
verhindert werden kann.
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Weitere
Vorteile und Ausgestaltungen der Erfindung werden nachfolgend anhand
der Zeichnung näher
erläutert.
Es zeigen:
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1 eine
Anordnung zum Ansteuern eines Personenschutzsystems gemäß einer
ersten Variante, und
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2 eine
Anordnung zum Ansteuern eines Personenschutzsystems gemäß einer
zweiten Variante.
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1 zeigt
den Aufbau einer erfindungsgemäßen Anordnung
zum Ansteuern eines Personenschutzsystems eines Kraftfahrzeugs in
einer ersten Variante. Die Anordnung weist eine Zündeinheit 10 und
ein Steuergerät 20 auf,
welche voneinander räumlich
getrennt in einem Kraftfahrzeug angeordnet sind. Zündeinheiten 10 und
Steuergerät 20 sind über eine
Leitung 9 miteinander verbunden, über welche das Steuergerät 20 die
Zündeinheit
mit einem Ladestrom versorgen kann und über welche andererseits im
Falle einer Aktivierung der Zündeinheit
ein entsprechend hoher Ansteuerstrom fließen kann.
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Die
Zündeinheit 10 weist
ein Zündelement 2 sowie
einen damit verbundenen Energiespeicherkondensator 1 auf.
Der Energiespeicherkondensator 1 beinhaltet die zur Auslösung des
Zündelements 2 notwendige
Energie. Die Ansteuerung der Zündeinheit 10 erfolgt
durch das Steuergerät 20.
Dieses weist eine Leistungsstufe 3 auf, wobei dieser in
einer Serienschaltung mit dem Zündelement 2 dem
Energiespeicherkondensator 1 parallel geschalten ist. Zur Ansteuerung
der Leistungsstufe 3 ist in dem Steuergerät 20 eine
Steuerschaltung 4 vorgesehen, welche mit einem Steuersignal
ST die Leistungsstufe 3 öffnen oder schließen kann.
Die Spannung zur Ladung des Energiespeicherkondensators 1 wird über einen Ladewiderstand 5,
welcher zur Begrenzung des Ladestroms dient, und eine Ladediode 6 bereitgestellt. Die
Auslösung
des Zündelements
wird von dem Steuergerät 20 durch
Aktivieren des Auslösesignals ST
veranlasst. Der Energiespeicherkondensator 1 wird dann
durch das Zündelement 2 und
die Leistungsstufe 3 niederohmig entladen.
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Die
in 2 dargestellte zweite Variante der erfindungsgemäßen Anordnung
weist darüber
hinaus noch einen Entkoppelwiderstand 8 auf, welcher in
Serie zur Parallelschaltung von Energiespeicherkondensator 1 mit
der Serienschaltung aus Zündelement 2 und
Leistungsstufe 3 angeordnet ist.
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Die
oben beschriebenen Varianten ermöglichen
beide die Ansteuerung eines Fußgängerschutzsystems,
welches Aktuatoren benötigt,
die mit sehr hohen Strömen
betrieben werden müssen.
Gleichzeitig können
die zur Ansteuerung der in der Zündeinheit 10 integrierten
Elemente in integrierter Form ausgebil det werden, wobei das Steuergerät 20 klein
gehalten werden kann. Durch die Auslagerung des Energiespeicherkondensators
vom Steuergerät zur
Zündeinheit
kann das Steuergerät
flexibler aufgebaut werden. Die Anpassung des Energiespeicherkondensators
an die Anforderungen des Zündelements
kann – unabhängig von
dem Steuergerät – in der
Zündeinheit
selbst durchgeführt
werden, wobei mit einem einzigen Steuergerät eine Mehrzahl an Zündeinheiten
ansteuerbar sind. Vorteilhafter Weise kann das Steuergerät dabei,
unabhängig
von der Anzahl der anzusteuernden Zündeinheiten, immer gleich groß ausgeführt werden.
Der wesentliche Vorteil der Erfindung besteht somit darin, dass
im Steuergerät
kein Platz für
den Energiespeicherkondensator vorzuhalten ist. Hierdurch ergibt
sich eine signifikante Kostenreduktion.
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Die
Vorgehensweise bei der Durchführung einer
Funktionsprüfung
entspricht der in der
DE
197 32 677 A1 beschriebenen Vorgehensweise, dessen Inhalt
hiermit ausdrücklich
Bestandteil der vorliegenden Anmeldung sein soll. Im Folgenden wird
lediglich die grobe Vorgehensweise skizziert, während hinsichtlich genauer
Details auf die genannte Druckschrift verwiesen wird.
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Beim
Einschalten der Anordnung wird zunächst überprüft, ob der Energiespeicherkondensator 1 entladen
ist. Ist dies der Fall, so wird die Leistungsstufe 3 leitend
geschalten und eine Spannung an den Anschluss V angelegt. Bei funktionsfähiger Leistungsstufe 3 muss
die Spannung an der Klemme K1 dem Potential entsprechen, welches
an der Klemme 7 anliegt (im vorliegenden Beispiel Bezugspotential).
Wird an der Klemme K1 jedoch eine Spannung detektiert, die oberhalb
der an der Klemme 7 liegenden Spannung liegt, so deutet
dies auf einen Defekt der Leistungsstufe 3 hin.
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Bei
Feststellung einer funktionsfähigen
Leitungsstufe 3 wird diese sperrend geschalten, wodurch
aufgrund der weiterhin an der Klemme V anliegenden Spannung die
Spannung an der Klemme K1 langsam ansteigt. Die Steigung ist hierbei
abhängig von
der Dimensionierung des Energiespeicherkondensators 1 sowie
der Dimensionierung des Ladewiderstandes 5. Durch die Überwachung
dieser Spannung kann geprüft
werden, ob die Leistungsstufe 3 deaktiviert ist und ob
sich die Kapazität
des Energiespeicherkondensators innerhalb, vorher definierter, erlaubter
Grenzen befindet. Aus diesen von dem Steuergerät ermittelten Messgrößen kann
eine Aussage über
den Energiespeicherkondensator 1, über gegebenenfalls vorhandene
Leckströme
sowie über die
Leistungsstufe 3 getroffen werden.
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Im
Falle der zweiten Variante gemäß 2 kann
weiterhin eine zwischen der Klemme K1 und einer Klemme K2 anliegende
Differenzspannung überwacht
und überprüft werden.
Hierdurch kann der Zündkreiswiderstand
ermittelt und diagnostiziert werden.
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Durch
die Überwachung
der Spannung an der Klemme K1 nach Beenden des Ladevorgangs des
Energiespeicherkondensators 1 können weiterhin Leckströme zum Bezugspotential
oder der Versorgungsspannung erkannt werden.
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Die
in 2 gezeigte Variante weist gegenüber der
ersten Variante der 1 den Vorteil auf, dass diese
nicht nur auf ihre Funktionsfähigkeit
testbar ist, sondern auch kurzschlussfest gegenüber Versorgungs- bzw. Bezugspotential
ist. Die gemäß 2 gezeigte
Variante eignet sich deshalb besonders bevorzugt für Aktuatoren
die nicht reversibel sind und bei denen besondere Sicherheitsmaßnahmen
getroffen werden müssen.
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Bei
einem Kurzschluss der Klemme K2 zur Klemme 7 resultiert
die in 1 gezeigte Schaltungsanordnung. Ein derartiger
Fehler führt
deshalb zu keiner Fehlauslösung
des Aktuators. Ein Kurzschluss der Klemme K1 zur Klemme 7 führt zwar
zu einem Strom durch das Zündelement 2,
der jedoch durch den Widerstand 8 begrenzt wird. Bei geeigneter
Dimensionierung des Widerstandes 8 wird der Strom derart
eingestellt, dass keine Zündung
erfolgt.
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In
entsprechender Weise wird die Systemzuverlässigkeit nicht beeinträchtigt,
wenn die Klemme K1 einen Kurzschluss zur Versorgungsspannung des Steuergeräts 20 aufweist.
Bei einem Kurzschluss der Klemme K2 mit Versorgungsspannung des
Steuergeräts 20 wird
am Energiespeicherkondensator 1 – je nach vorheriger Spannung – eine Auf-
oder Entladung zur Batteriespannung erfolgen.