DE102007038427B4

DE102007038427B4 - Airbag-System mit einem Schaltmodul zur Umschaltung des Signal- oder Versorgungspfades

Info

Publication number: DE102007038427B4
Application number: DE102007038427.2A
Authority: DE
Inventors: Oliver Heyna
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-08-14
Filing date: 2007-08-14
Publication date: 2017-10-19
Anticipated expiration: 2027-08-15
Also published as: KR101011602B1; KR20090017443A; DE102007038427A1

Abstract

Schaltmodul (6) für ein Airbag-System, enthaltend Schnittstellenwandler (14) mit einem ersten Anschluss (SPI) für wenigstens einen Airbag-Sensor (1, 2), einem zweiten Anschluss für ein Airbag-Steuergerät (17), einem dritten Anschluss für ein zweites Steuergerät (23), sowie einem Steueranschluss (Master), dadurch gekennzeichnet, dass eine Schalteinrichtung (21) vorgesehen ist, mittels derer der Steueranschluss (Master) des Schnittstellenwandlers (14) zwischen dem Airbag-Steuergerät (17) und dem zweiten Steuergerät (23) umgeschaltet werden kann.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Schaltmodul für ein Airbag-System gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1, sowie ein Airbag-System mit einem Airbag-Steuergerät und mehreren Airbag-Sensoren gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 9.
Airbag-Systeme für Kraftfahrzeuge umfassen üblicherweise ein Airbag-Steuergerät und einen oder mehrere Airbag-Sensoren zum Überwachen des Fahrzustands. Die Sensoren enthalten in der Regel einen Längsbeschleunigungssensor und einen Wankratensensor. Bei Auftreten einer hohen Verzögerung, beispielsweise nach einer Kollision, oder in Fahrtsituationen, in denen das Fahrzeug seitlich zu kippen droht, werden die Airbags in bekannter Weise ausgelöst.
Die gleichen Sensoren, wie sie das Airbag-System nutzt, werden üblicherweise auch von einem Fahrdynamikregler FDR (z. B. ESP) oder einer Chassis-Steuerungseinheit (DCU: Domain Control Unit) benötigt. Bekannte Fahrzeuge umfassen daher üblicherweise zwei getrennte Sätze von Sensoren. Die Ausstattung mit nur einem Satz ist i. d. R. nicht möglich, da die vom Airbag-System geforderte Aktualisierungsrate, mit der die Sensorsignale abgefragt werden, wesentlich höher ist als die der anderen Systeme. Dies kann von Standard-Bussystemen, wie z. B. CAN, nicht geleistet werden. Die Airbag-Sensoren sind daher i. d. R. über ein leistungsfähiges Bussystem (z. B. SPI) mit dem Airbag-Steuergerät, und die ESP-Sensoren über einen Standard-Bus (z. B. CAN) mit dem ESP-Steuergerät verbunden. Diese Konfiguration ist relativ aufwendig und teuer.
In der nicht vorveröffentlichten DE 10 2007 005 062 A1 wird ein Verfahren zur Datenübertragung zwischen zumindest einem Sensor und einer Zentraleinheit eines Fahrzeugsteuergeräts vorgestellt, wobei zwischen dem zumindest einen Sensor und der Zentraleinheit zumindest zwei zueinander parallele Datenübertragungskanäle vorgesehen sind und im Normalbetrieb über den ersten Datenübertragungskanal Daten erster Art und über den zweiten Datenübertragungskanal Daten zweiter Art übertragen werden und bei Ausfall eines Kanals die Daten erster und zweiter Art über den noch intakten Kanal übertragen werden.
Die Merkmale der Oberbegriffe der unabhängigen Ansprüche sind der DE 10 2007 005 062 A1 entnommen.
Offenbarung der Erfindung
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Airbag-System zu schaffen, das nur einen Satz Sensoren aufweist, die sowohl vom Airbag-System als auch von einem anderen Fahrzeugsystem, wie z. B. ESP, gemeinsam genutzt werden. Dabei sollen die Anforderungen beider Systeme an die Aktualisierungsrate erfüllt werden.
Gelöst wird diese Aufgabe gemäß der Erfindung durch die im Patenanspruch 1 oder 10 angegebenen Merkmale. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.
Ein wesentlicher Aspekt der Erfindung besteht darin, ein Schaltmodul mit einem Schnittstellenwandler zu schaffen, an dem die Airbag-Sensoren, das Airbag-Steuergerät und ein zweites Steuergerät angeschlossen sind. Der Schnittstellenwandler hat dabei einen ersten Anschluss für die Sensoren und jeweils einen Anschluss für das Airbag- bzw. das zweite Steuergerät (z. B. ein ESP-Steuergerät), sowie einen Steuereingang. Der Schnittstellenwandler wird erfindungsgemäß so betrieben, dass die Sensordaten mit der vom Airbag-Steuergerät benötigten Aktualisierungsrate ausgelesen und an das Airbag-Steuergerät weiter geleitet, und außerdem mit der vom ESP-Steuergerät benötigten Aktualisierungsrate an das ESP-Steuergerät bzw. ein anderes Steuergerät weiter geleitet werden. Die Airbag-Sensoren können somit sowohl vom Airbag-System als auch vom zweiten Fahrzeugsystem, wie z. B. ESP, genutzt werden.
Gemäß der Erfindung umfasst dabei das Schaltmodul eine Schalteinrichtung, mittels derer der Steuereingang des Schnittstellenwandlers zwischen dem Airbag-Steuergerät und dem anderen Steuergerät umgeschaltet werden kann. Die Schalteinrichtung kann z. B. mit einem Transistor realisiert sein.
Im Normalbetrieb (bei stabilem Fahrzustand) wird der Schnittstellenwandler vorzugsweise vom zweiten Steuergerät gesteuert, das in diesem Fall den Master bildet. Bei einer Kollision oder Vorliegen einer anderen Bedingung, wie z. B. dem Absinken der Netzspannung Vdd, wird die Master-Funktion vorzugsweise auf das Airbag-Steuergerät umgeschaltet. Das Airbag-System arbeitet dann im Notbetrieb.
Die Airbag-Sensoren arbeiten vorzugsweise im Slave-Modus unter Kontrolle eines der Steuergeräte.
Gemäß einer speziellen Ausführungsform der Erfindung umfasst das Schaltmodul eine zweite Schalteinrichtung, mittels derer die Spannungsversorgung der Airbag-Sensoren zwischen einer ersten Quelle und einer zweiten Quelle umgeschaltet werden kann. Im Normalbetrieb werden die Airbag-Sensoren vorzugsweise aus der Fahrzeugbatterie mit Leistung versorgt. Bei einem Zusammenstoß des Fahrzeugs wird die Fahrzeugbatterie häufig beschädigt oder zerstört, so dass die Bordnetzspannung einbricht. Im Extremfall kann es zum Abreißen der Batterieleitung kommen. Um einen Ausfall der Sensoren zu verhindern, wird die Spannungsversorgung vorzugsweise auf eine zweite Spannungsquelle umgeschaltet, die die Versorgung der Airbag-Sensoren wenigstens für eine gewisse Zeit, z. B. 300 ms, weiter aufrechterhalten kann. Die zweite Spannungsquelle kann z. B. einen Kondensator oder eine Batterie, etc. umfassen.
Die Bedingung für das Umschalten der Spannungsversorgung ist im Grunde frei wählbar. Vorzugsweise wird das Umschalten der Spannungsversorgung jedoch mit demselben Signal getriggert wie das Umschalten der Master-Funktion. Beide Schalteinrichtungen schalten in diesem Fall synchron.
Das zweite Steuergerät hat vorzugsweise einen Steuerausgang, der mit einem entsprechenden Steueranschluss der ersten und/oder zweiten Schalteinrichtung verbunden ist. Bei Vorliegen einer Schaltbedingung wird an diesem Steuerausgang ein Triggersignal ausgegeben, das die erste und/oder zweite Schalteinrichtung umschaltet.
Bei den einzelnen Bussen handelt es sich vorzugsweise um SPI-Busse. Das Bussystem kann auch unterschiedliche Bustypen umfassen.
Der genannte Schnittstellenwandler ist vorzugsweise derart ausgelegt, dass das zweite Steuergerät im Notbetrieb vom übrigen Bussystem getrennt wird. Das zweite Steuergerät kann somit die Datenübertragung der Sensordaten zum Airbagsteuergerät nicht stören.
Gemäß einer speziellen Ausführungsform der Erfindung ist wenigstens ein Sensor vorgesehen, der nicht zum Airbag-System bzw. ausschließlich zum zweiten Fahrzeugsystem gehört. Dieser Sensor ist vorzugsweise ebenfalls am Bussystem angeschlossen und wird im Normalbetrieb vom zweiten Steuergerät ausgelesen. Außerdem umfasst der Sensor vorzugsweise einen Steuereingang, über den er im Notbetrieb deaktiviert werden kann.
Das erfindungsgemäße Schaltmodul, die Airbag-Sensoren und das zweite Steuergerät sind vorzugsweise auf einer gemeinsamen Leiterplatte als bauliche Einheit integriert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die Erfindung wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
1 eine schematische Blockdarstellung eines Fahrzeugsystems mit einem Schaltmodul gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung.
Ausführungsformen der Erfindung
1 zeigt ein Schaltmodul 6 zum Umschalten des Signal- und Versorgungspfades zwischen einem Airbag- und einem Fahrdynamikregelungssystem (ESP). Das Airbag-System umfasst im Wesentlichen ein Airbag-Steuergerät 17 und zwei Airbag-Sensoren 1, 2. Bei den Sensoren kann es sich beispielsweise um einen Längsbeschleunigungssensor 1 und einen Wankratensensor 2 handeln. Das ESP-System umfasst ein ESP-Steuergerät 23 und die Sensoren 1–3. Die Sensoren 1 und 2 werden hier von beiden Systemen gemeinsam genutzt. Der Sensor 3, bei dem es sich beispielsweise um einen Gierratensensor handeln kann, wird ausschließlich vom ESP-Steuergerät 23 genutzt.
Die Sensoren 1–3 sind über einen Bus (z. B. einen SPI-Bus) mit einem Schnittstellenwandler 14 verbunden. Der Schnittstellenwandler 14 hat drei Anschlüsse und ist über einen zweiten Bus 13 mit dem ESP-Steuergerät 23 und einen dritten Bus 24 mit dem Airbag-Steuergerät 17 verbunden.
Die Sensoren 1–3 arbeiten im Slave-Modus und werden im Normalbetrieb unter Kontrolle des ESP-Steuergeräts 23 abgefragt. Das ESP-Steuergerät 23 umfasst hierzu einen Steuerausgang (Master), der im Normalbetrieb – das Fahrzeug befindet sich in einem stabilen, kontrollierten Fahrzustand – mit einem entsprechenden Steuereingang (Master) des Schnittstellenwandlers 14 verbunden ist. Der Schalter 21 befindet sich im Normalbetrieb in der anderen Schaltstellung.
Da das Airbag-Steuergerät 17 innerhalb weniger Millisekunden auf einen Zusammenstoß reagieren muss, werden die Daten mit einer vom Airbag-System geforderten hohen Aktualisierungsrate über den SPI-Bus 7 gelesen. Der Schnittstellenwandler 14 setzt die Sensordaten auf den Bus 24 um. Die vom ESP-Steuergerät 23 benötigten Sensordaten werden außerdem auf den Bus 13 umgesetzt.
Bei einem Unfall kann es vorkommen, dass die Batterie des Bordnetzes beschädigt oder zerstört wird und die Bordnetzspannung Vdd einbricht. Das ESP-Steuergerät erzeugt in diesem Fall ein Schaltsignal RST, das am Steuereingang 10 des Schaltmoduls 6 eingespeist wird. Der Schalter 21 schaltet dann in die dargestellte Schaltstellung um, wodurch die Funktion des Masters vom ESP-Steuergerät 23 auf das Airbag-Steuergerät 17 übergeben wird. Das Airbag-Steuergerät 17 ist nun über die Steuerleitung 16 und den Schalter 21 mit dem Steuereingang (Master) des Schnittstellenwandlers 14 verbunden.
Das Airbag-Steuergerät 17 wird über eine gepufferte Spannungsversorgung mit elektrischer Leistung versorgt. Die Spannungsversorgung umfasst einen Kondensator 22, der in der Lage ist, die Betriebsspannung zumindest noch einige hundert Millisekunden nach Einbruch der Netzspannung Vdd aufrecht zu erhalten.
Die Sensoren 1–3 hängen im Normalbetrieb ebenfalls an der Fahrzeugbatterie bzw. Versorgungsspannung Vdd. Um die Versorgung der Airbag relevanten Sensoren 1, 2 auch bei einem Unfall sicher zu stellen, ist eine zweite Schalteinrichtung 20 vorgesehen, mittels derer zumindest die Sensoren 1, 2 auf die gepufferte Spannungsversorgung 22 umgeschaltet werden können. Die Sensoren 1, 2 sind im Normalbetrieb über einen schaltbaren Versorgungspfad 11 direkt mit der Bordnetzspannung Vdd verbunden. Im Notbetrieb sind sie dagegen – wie gezeigt – über den Versorgungspfad 11, den Schalter 20 und die Leitung 19 mit dem Kondensator 22 verbunden. Der Schalter 20 wird ebenfalls durch das Steuersignal RST getriggert. Ein im Versorgungspfad 19 angeordneter Spannungsstabilisator ist mit dem Bezugszeichen 18 bezeichnet.
Der Sensor 3, der für das Airbag-Steuergerät 17 nicht relevant ist, ist direkt mit der Netzspannung Vdd verbunden und somit nicht umschaltbar. Der Sensor 3 hat einen Steuereingang 8, an dem das Steuersignal RST zugeführt wird. Wenn der Zustand des Steuersignals RST beispielsweise von „Low” auf „High” springt, wird der Datenausgang 4 hochohmig gesetzt. Dadurch kann erreicht werden, dass, wenn die Versorgungsspannung Vdd unter einen vorgegebenen Schwellenwert sinkt, die Datenverbindung über den SPI-Bus 7 deaktiviert wird.
Das Schaltmodul 6 mit den Sensoren 1–3 und das ESP-Steuergerät 23 sind auf einer gemeinsamen Leiterplatte 25 angeordnet.

Claims

Schaltmodul (6) für ein Airbag-System, enthaltend Schnittstellenwandler (14) mit einem ersten Anschluss (SPI) für wenigstens einen Airbag-Sensor (1, 2), einem zweiten Anschluss für ein Airbag-Steuergerät (17), einem dritten Anschluss für ein zweites Steuergerät (23), sowie einem Steueranschluss (Master), dadurch gekennzeichnet, dass eine Schalteinrichtung (21) vorgesehen ist, mittels derer der Steueranschluss (Master) des Schnittstellenwandlers (14) zwischen dem Airbag-Steuergerät (17) und dem zweiten Steuergerät (23) umgeschaltet werden kann.
Schaltmodul (6) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Schalteinrichtung (20) vorgesehen ist, mittels derer die Spannungsversorgung der Airbag-Sensoren (1, 2) zwischen einer ersten Quelle (Vdd) und einer zweiten Quelle (22) umgeschaltet werden kann
Schaltmodul (6) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Airbag-Sensor (1, 2) im Normalbetrieb mit der ersten Quelle (Vdd) verbunden ist und auf die zweite Quelle (22) umgeschaltet wird, wenn die Betriebsspannung (Vdd) einen vorgegebenen Schwellenwert unterschreitet oder eine andere Bedingung eintritt (Notbetrieb).
Schaltmodul (6) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Quelle einen Kondensator (22) oder einen anderen Energiespeicher umfasst.
Schaltmodul (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Airbag-Sensoren (1, 2) im Normalbetrieb im Slave-Modus und das zweite Steuergerät (23) im Master-Modus arbeiten.
Schaltmodul (6) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Steuergerät (23) einen Steuerausgang aufweist, der mit einem Steueranschluss der ersten und/oder zweiten Schalteinrichtung (20, 21) verbunden ist und ein Schaltsignal (RST) erzeugt, mit dem die erste und/oder zweite Schalteinrichtung (20, 21) umgeschaltet wird.
Schaltmodul (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schnittstellenwandler (14) derart ausgelegt ist, dass das zweite Steuergerät (23) im Notbetrieb vom übrigen Bussystem (7, 24) getrennt wird.
Schaltmodul (6) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Sensor (3) vorgesehen ist, der im Normalbetrieb mit dem Bussystem (7, 13, 24) verbunden ist und im Notbetrieb vom Bussystem signaltechnisch abgekoppelt wird.
Airbag-System mit einem Steuergerät (23), wenigstens einem Airbag-Sensor (1, 2) und einem Schaltmodul (6) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche.