DE102007055123A1

DE102007055123A1 - Steuergerät und Verfahren zur Ansteuerung von Personenschutzmitteln für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102007055123A1
Application number: DE102007055123A
Authority: DE
Inventors: Alain Jousse
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2007-11-19
Filing date: 2007-11-19
Publication date: 2009-05-20
Anticipated expiration: 2027-11-20
Also published as: US8489285B2; US20100262340A1; DE102007055123B4; EP2222512A1; WO2009065655A1; CN101868379B; CN101868379A

Abstract

Es werden ein Steuergerät und ein Verfahren zur Ansteuerung von Personenschutzmitteln für ein Fahrzeug vorgeschlagen, wobei eine Energiereserve elektrische Energie für die Ansteuerung bereitstellt. Es ist eine Steuerschaltung vorgesehen, die in Abhängigkeit von den anzusteuernden Personenschutzmitteln wenigstens einen jeweiligen Zündimpuls für die Ansteuerung der jeweiligen Personenschutzmittel aus der elektrischen Energie bezüglich einer ersten Zündimpulshöhe und einer ersten Zündimpulsdauer formt.

Description

Stand der Technik
Die Erfindung betrifft ein Steuergerät bzw. ein Verfahren zur Ansteuerung von Personenschutzmitteln für ein Fahrzeug nach der Gattung der unabhängigen Patentansprüche.
Aus US-5,631,834 A ist es bekannt, eine Zeitsteuerung der Energiezufuhr zu einem Zündelement vorzusehen. Dafür wird die Energiereservespannung abgetastet, die Abtastwerte aufaddiert und mit einem Grenzwert verglichen. Wird der Grenzwert überschritten, dann bedeutet der Zeitpunkt zu dieser Grenzwertüberschreitung die Zeit, mit der das Zündelement mit Zündenergie beaufschlagt wird.
Offenbarung der Erfindung
Das erfindungsgemäße Steuergerät bzw. das erfindungsgemäße Verfahren zur Ansteuerung von Personenschutzmitteln mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche haben demgegenüber den Vorteil, dass nunmehr der Zündimpuls in Abhängigkeit von den anzusteuernden Personenschutzmitteln bezüglich der Zündimpulshöhe und der Zündimpulsdauer geformt wird. Damit ist es möglich, die Energiereservekapazität zu reduzieren, da die Zündenergie erfindungsgemäß effizienter genutzt wird. Welche Personenschutzmittel beispielsweise zu welcher Zeit infolge der Ansteuerentscheidung aufgrund der Crashschwere und Crashart anzusteuern sind, bestimmt das Crashszenario. Dieses Crashszenario wird erfindungsgemäß dazu verwendet, die jeweiligen Zündimpulse für die jeweiligen Personenschutzmittel so zu formen, dass eine optimale Ausnutzung der Energie zum jeweiligen Zeitpunkt der Zündung erreicht wird. Damit kann beispielsweise zu Beginn der Zündung enerigeeffizient ein großer aber kurzer Spannungsimpuls und bei den nachfolgenden Personenschutzmitteln ein niedrigerer aber breiterer und dafür spannungseffizienter Spannungsimpuls als Zündimpuls verwendet werden. Dies trägt der Entladung der Energiereserve während der Ansteuerung der Personenschutzmittel optimal Rechnung.
In Steuergeräten ist es üblich, die Zündung aus einer Energiereserve, das sind ein oder mehr Kondensatoren, zu realisieren. Die Energiereservespannung, d. h. die Spannung an der Energiereserve, fällt während dem Zündungsbetrieb, da Energie für die Zündung der Personenschutzmittel wie Airbags, auch mehrstufig, Gurtstraffer, crashaktive Kopfstützen oder Fußgängerschutzmittel entnommen wird. Die Erfindung passt sich in idealer Weise an dieses Verhalten an und nutzt so die Energie in der Energiereserve optimal.
Das Steuergerät ist vorliegend beispielsweise ein Airbagsteuergerät oder ein Sicherheitssteuergerät, das üblicherweise ein Gehäuse aus Metall und/oder Kunststoff aufweist. In dem Gehäuse sind dann die Komponenten des Steuergeräts enthalten. Es ist möglich, eine gehäuselose Variante eines Steuergeräts vorzusehen.
Ansteuern bedeutet vorliegend die Aktivierung der Personenschutzmittel.
Die Energiereserve ist, wie oben dargestellt, für den Autarkiebetrieb des Steuergeräts notwendig, d. h. wenn die Batteriespannung beispielsweise infolge eines Unfalls abreißt. Die Energiereserve besteht aus einem oder mehreren Kondensatoren oder anderen geeigneten Energiespeichern. Die Energiereserve hat demnach die Funktion, die elektrische Energie für die Ansteuerung bereitzustellen. Es ist im Autarkiebetrieb jedoch notwendig, auch andere Funktionen, wie die Ansteuerung der Personenschutzmittel, mit der Restenergie zu versorgen, die dann auch aus dieser Energiereserve stammt. Es ist auch möglich, im normalen Betrieb das Steuergerät aus der Energiereserve zu versorgen.
Die elektrische Energie ist, wie bekannt, beispielsweise beim Kondensator beim Energiespeicher oder einem induktiven Energiespeicher oder beispielsweise auch indirekt in einer Brennstoffzelle vorhanden.
Die Steuerschaltung ist eine elektrische Schaltung, die beispielsweise auf einem integrierten Schaltkreis und/oder mittels diskreter Bauelemente realisiert sein kann. Die Steuerschaltung kann auch zum Teil oder ganz als Software in Verbindung mit einem Prozessor ausgebildet sein.
Die Zeit ist vorliegend die abgelaufene Zeit, beispielsweise hier die Zeit von Beginn des Zündvorgangs der Personenschutzmittel. Die Spannung wird an der Energiereserve gemessen, mittels dem Fachmann bekannter Methoden zur Spannungsmessung.
Der wenigstens eine Zündimpuls wird auf das Zündelement, also die Sprengladung, beaufschlagt und soll dieses Zündelement zur Explosion bringen, damit durch die nachfolgende Gasentwicklung der Airbag sich aufblähen kann. Der Zündimpuls dient demnach zur Ansteuerung. Er wird vorliegend aus der elektrischen Energie bezüglich seiner Zündimpulshöhe und seiner Zündimpulsdauer geformt. Die Zündimpulshöhe kann durch eine entsprechende Belastung der Energiereserve als Energiequelle festgelegt werden, aber auch durch andere Methoden, wie Clipping usw.
Die Zündimpulsdauer wird durch die Betätigung eines elektronischen Schalters, beispielsweise eines Transistorschalters, festgelegt.
Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen des in den unabhängigen Patentansprüchen angegebenen Steuergeräts bzw. Verfahrens zur Ansteuerung von Personenschutzmitteln für ein Fahrzeug möglich.
Es ist vorteilhaft, dass zu Beginn, also in einem ersten Zeitabschnitt des Ansteuerungsvorgangs, die Zündimpulshöhe hoch ist und die Zündimpulsdauer dafür kurz. In einem zweiten Zeitabschnitt ist dann die Zündimpulshöhe niedriger und die Zündimpulsdauer länger. Damit kann besonders die Energie aus der Energiereserve ausgenutzt werden. Im ersten Abschnitt können ein oder mehrere Personenschutzmittel angesteuert werden. Auch der zweite Abschnitt kann ein oder mehrere Personenschutzmittel ansteuern. Der Begriff Zeitabschnitt ist demnach sehr allgemein zu verstehen, wobei die Begriffe Zündimpulshöhe und Zündimpulsdauer selbsterklärend sind.
Es ist weiterhin vorteilhaft, dass die Steuerschaltung Daten aufweist, die die erste und die zweite Zeitdauer festlegen. Solche Daten sind fest abgespeichert, beispielsweise in einem EEPROM-Speicher der Steuerschaltung. Die Steuerschaltung kann jedoch diese Daten auch von einem Rechner erhalten und demnach nur Zwischenspeichern, wobei der dauerhafte Speicher diesem Rechner zugeordnet ist. Mit diesen Daten kann damit eine Programmierung der Ansteuerung apriori erfolgen. Die Daten können jedoch auch weiterhin vorteilhafter Weise die erste und die zweite Zeitdauer jeweils unterschiedlichen Personenschutzmitteln apriori zuordnen. Die Daten können insbesondere in Abhängigkeit von der Ansteuerungsentscheidung erzeugt werden, denn die Ansteuerungsentscheidung gibt an, welche Personenschutzmittel beim vorliegenden Crash wann anzusteuern sind. Das ist das Crashszenario. Für die jeweiligen Crashszenarien können dann beispielsweise abgespeicherte Kombinationen von Zündimpulsen als die Daten verwendet werden.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen
1 ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Steuergeräts,
2 eine Kombination von Zündimpulsen für ein Crashszenario,
3 ein Signalablaufdiagramm für die Steuerschaltung,
4 ein Spannungszeitdiagramm und
5 ein Flussdiagramm für das erfindungsgemäße Verfahren.
1 zeigt in einem vereinfachten Blockschaltbild das erfindungsgemäße Steuergerät. Vorliegend sind nur die für das Verständnis der Erfindung notwendigen Komponenten dargestellt. Andere für den Betrieb des Steuergeräts erforderliche Komponenten, aber nicht zum Verständnis der Erfindung beitragenden Elemente sind der Einfachheit halber weggelassen worden.
Ein Mikrocontroller μC erhält von einer Unfallsensorik US Unfallsensorsignale. Die Unfallsensorik US kann sich innerhalb und/oder außerhalb des Steuergeräts befinden und weist beispielsweise Beschleunigungssensoren, Körperschallsensoren, Luftdrucksensoren und/oder Umfeldsensoren auf. Die Unfallsensorsignale werden jedoch parallel zum Mikrocontroller μC, der einen komplexen Auswertealgorithmus errechnet, auch von einem Sicherheitsbaustein SCON ausgewertet. Dieser Baustein wertet die Unfallsensorsignale in einer einfacheren Art und Weise aus, aber der Sicherheitsbaustein SCON dient als unabhängiger Hardwarepfad für die Auswertung der Unfallsensorsignale im Vergleich zum Mikrocontroller μC.
Der Mikrocontroller μC und der Sicherheitsbaustein SCON geben ihre Ergebnisse ihrer Auswertung an einen Logikbaustein L weiter, der bereits Teil der Zündkreisansteuerung ist. Die Übertragung vom Mikrocontroller μC zum Logikbaustein L kann beispielsweise über den sogenannten SPI-Bus (Serial Peripherial Interface Bus) erfolgen. Neben dem Mikrocontroller können auch noch andere Prozessortypen Anwendung finden.
Der Logikbaustein L verknüpft nun die Ergebnisse des Mikrocontrollers μC und des Sicherheitsbausteins SCON derart, dass dadurch festgelegt wird, ob, wann und welche Personenschutzmittel anzusteuern sind. Der Logikbaustein L kann Teil eines integrierten Schaltkreises sein, bei dem auch die Endstufen HS und LS integriert sein können. Die Endstufe HS oder Highside ist ein Leistungstransistor, der durchgeschaltet wird, um Zündenergie dem Zündelement ZP zuzuführen. Bei dem Zündelement ZP handelt es sich um eine Sprengladung, die einem Personenschutzmittel wie einem Airbag zugeordnet ist.
Die Endstufe LS oder auch Lowside wird durchgeschaltet, damit diese Zündenergie nach Masse abfließen kann. Die Zündenergie wird jedoch von der Energiereserve ER bereitgestellt, die vorliegend ein Elektrolytkondensator ist. Die Energiereserve ER wird beispielsweise über nicht dargestellte Komponenten aus der Autobatterie aufgeladen, und zwar auf ein hohes Spannungsniveau zwischen 20 und 40 V.
Die Steuerschaltung ST, die auch Teil eines ICs sein kann, formt aus der Zündenergie in der erfindungsgemäßen Art und Weise einen Zündimpuls, wobei sie Zündimpulsdauer und Zündimpulshöhe festlegt. Dafür nutzt die Steuerschaltung ST Daten von dem Logikbaustein L. Die Daten geben für das jeweilige Crashszenario an, wann mit welchem Zündimpuls das jeweilige Personenschutzmittel anzusteuern ist. Die Steuerschaltung ST ist über einen Shunt-Widerstand Sh mit dem Zündkreis direkt verbunden, um die Zündenergie auch messen zu können.
Die so geformten Zündimpulse oder der so geformte Zündimpuls werden dann über die Highside zum Zündelement ZP geleitet und bewirkt dort die Zündung, wobei der Strom über die Lowside LS nach Masse abgeleitet wird.
Vorzugsweise wird in einem ersten Zeitabschnitt der Zündimpuls mit einer hohen Zündimpulshöhe und einer kurzen Zündimpulsdauer und in einem zweiten Zeitabschnitt, der auf den ersten Zeitabschnitt folgt, eine niedrigere Zündimpulshöhe, aber dafür eine längere Zündimpulsdauer vorgegeben.
Vorliegend ist nur symbolisch ein einziger Zündkreis dargestellt. Gemäß der Erfindung ist eine Mehrzahl von Zündkreisen vorzusehen, was auch der Normalfall ist, um unterschiedliche Personenschutzmittel anzusteuern. Unterschiedliche Personenschutzmittel sind auch mehrere Stufen eines Airbags oder Gurtstraffers. Ebenso ist es möglich, mehr Endstufen vorzusehen, als die dargestellten zwei. Auch andere Varianten, die dem Fachmann bekannt sind, sind vorliegend möglich.
2 erläutert in einem Zeitdiagramm für mehrere Zündkreise 200–203, die Abfolge der Zündimpulse in der erfindungsgemäßen Art. Die Ansteuerungsentscheidung oder Daten, die fest vorgegeben sind, bestimmen, welche Zündimpulse wann auf die jeweiligen Zündelemente der jeweiligen Zündkreise zu geben sind. In den Zündkreisen 200 und 201 werden zu einem ersten Zeitpunkt die Zündimpulse Z1 und Z2 erzeugt. Diese Zündkreise 200 und 201 sind beispielsweise für pyrotechnische Gurtstraffer vorgesehen. Die Zündimpulse Z1 und Z2 sind energieeffizient ausgeführt, d. h. vorliegend die Zündimpulshöhe ist hoch, aber die Zündimpulsbreite kurz. In einem zweiten Zeitabschnitt wird im Zündkreis 202 wiederum ein den Zündimpulsen Z1 und Z2 gleicher Zündimpuls Z3 erzeugt, wobei dieser Zündkreis beispielsweise die erste Airbagstufe eines Airbags ist. In einem dritten Zeitabschnitt wird im Zündkreis 203 der Zündimpuls Z4 erzeugt, der breiter aber niedriger als die Zündimpulse Z1–Z3 ist. Dieser Zündimpuls Z4 ist spannungseffizient, um der gesunkenen Spannung an der Energiereserve ER Rechnung zu tragen.
3 erläutert in einem Signalablaufdiagramm die Funktion der Steuerschaltung ST. Die elektrische Energie E geht in den Block 30 hinein, in dem die Dauer festgelegt wird, mit der der Zündimpuls auf das Zündelement gegeben wird. Die Zündimpulsdauer wird über den Block 32 festgelegt, der als Eingangsdaten die Zeit t und die Daten Da Einfluss nehmen. Die Daten Da geben an, welche Zündimpulse zu welcher Zeit auf die jeweiligen Zündkreise zu geben sind. Die Daten Da sind entweder im Speicher 33 abgelegt und apriori festgelegt, die Daten Da werden in Abhängigkeit von der Ansteuerentscheidung erzeugt. Die Impulsformen sind beispielsweise in der Steuerschaltung ST abgespeichert. Nach der Festlegung der Zündimpulsdauer wird die Zündimpulshöhe im Block 31 festgelegt. Auch hier beeinflusst der Block 32 anhand seiner eben genannten Eingangsgrößen diesen Wert.
Die Impulshöhe liegt zwischen 1 und 2 A, während die Impulsbreite zwischen 0,5 ms und 2 ms liegt.
4 zeigt ein Spannungszeitdiagramm, wobei die Spannung an der Energiereserve gemessen wird. Die Kurve 40 beschreibt den langsamen Abfall der Spannung an der Energiereserve über der Zeit, wobei dieser Abfall durch eine Energieentnahme aus der Energiereserve bedingt ist. Dieses Verhalten nutzt die vorliegende Erfindung effizient, um die Energie optimal auszunutzen.
5 zeigt ein Flussdiagramm mit dem erfindungsgemäßen Verfahren. In Verfahrensschritt 500 wird anhand der Ansteuerentscheidung oder apriori das Crashszenario bestimmt. Das Crashszenario gibt an, welche Personenschutzmitteln zu welchen Zeiten anszusteuern sind. Aus diesem Crashszenario ergibt sich, welche Form die jeweiligen Zündimpulse für die jeweiligen Zündkreise haben müssen. Die Bestimmung dieser Zündimpulse wird in Verfahrensschritt 501 vorgenommen, wobei das Aussehen der Zündimpulse apriori bestimmt wurde, so dass die Energiereserve bezüglich Ihrer Kapazität optimal ausgelegt ist.
In Verfahrensschritt 502 erfolgt die Ansteuerung des Highside-Schalters, wobei die entsprechende Formung der Zündimpulse durch diese Ansteuerung bewirkt wird. Dadurch werden dann die entsprechenden Zündimpulse in Verfahrensschritt 503 in den einzelnen Zündkreisen erzeugt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- US 5631834 A [0002]

Claims

Steuergerät zur Ansteuerung von Personenschutzmitteln für ein Fahrzeug mit: – einer Energiereserve (ER), die elektrische Energie für die Ansteuerung bereitstellt, gekennzeichnet, durch: – eine Steuerschaltung (ST), die in Abhängigkeit von den anzusteuernden Personenschutzmitteln wenigstens einen jeweiligen Zündimpuls (Z1, Z2) für die Ansteuerung der jeweiligen Personenschutzmittel aus der elektrischen Energie bezüglich einer ersten Zündimpulshöhe und einer ersten Zündimpulsdauer formt.
Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung (ST) den wenigstens einen Zündimpuls (Z1, Z2) in einem ersten Zeitabschnitt mit einer zweiten Zündimpulshöhe und einer zweiten Zündimpulsdauer und in einem zweiten Zeitabschnitt, der auf den ersten Zeitabschnitt folgt, mit einer dritten Zündimpulshöhe und einer dritten Zündimpulsdauer festlegt, wobei die zweite Zündimpulshöhe größer als die dritte Zündimpulshöhe und einer dritten Zündimpulsdauer festlegt, wobei die zweite Zündimpulshöhe größer als die dritte Zündimpulshöhe und die zweite Zündimpulsdauer kürzer als die dritte Zündimpulsdauer sind, wobei der erste Zeitabschnitt zur Ansteuerung erster Personenschutzmittel und der zweite Zeitabschnitt zur Ansteuerung zweiter Personenschutzmittel dient.
Steuergerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung (ST) Daten (Da) aufweist, die die erste und die zweite Zeitdauer festlegen.
Steuergerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten (D, Da) die erste Zeitdauer den ersten Personenschutzmitteln und die zweite Zeitdauer den zweiten Personenschutzmitteln zuordnen.
Steuergerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten (Da) fest abgespeichert sind oder in Abhängigkeit von einer Ansteuerungsentscheidung erzeugt werden.
Verfahren zur Ansteuerung von ersten Personenschutzmitteln für ein Fahrzeug, wobei eine Energiereserve (ER) elektrische Energie (E) für die Ansteuerung bereitstellt, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerschaltung (ST) in Abhängigkeit von den anzusteuernden Personenschutzmitteln wenigstens einen jeweiligen Zündimpuls für die Ansteuerung der jeweiligen Personenschutzmittel aus der elektrischen Energie bezüglich einer ersten Zündimpulshöhe und einer ersten Zündimpulsdauer formt.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerschaltung (ST) den wenigstens einen Zündimpuls in einem ersten Zeitabschnitt mit einer zweiten Zündimpulshöhe und einer zweiten Zündimpulsdauer und in einem zweiten Zeitabschnitt der auf den ersten Zeitabschnitt folgt, mit einer dritten Zündimpulshöhe und einer dritten Zündimpulsdauer festlegt, wobei die zweite Zündimpulshöhe größer als die dritte Zündimpulshöhe und die zweite Zündimpulsdauer kürzer als die dritte Zündimpulsdauer sind, wobei der erste Zeitabschnitt zur Ansteuerung erster Personenschutzmittel und der zweite Zeitabschnitt zur Ansteuerung zweiter Personenschutzmittel dient.
Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mittels Daten (Da) die erste und die zweite Zeitdauer festgelegt werden.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten (D, Da) die erste Zeitdauer den ersten Personenschutzmitteln und die zweite Zeitdauer den zweiten Personenschutzmitteln zuordnet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Daten (Da) fest abgespeichert sind oder in Abhängigkeit von einer Ansteuerentscheidung erzeugt werden.