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Die
Erfindung betrifft ein Steuergerät für ein Insassenschutzsystem
gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.
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Ein
Steuergerät für ein Insassenschutzsystem steuert
heutzutage eine Mehrzahl von Insassenschutzeinrichtungen, die in
mehreren individuell steuerbaren Zündstromkreisen angeordnet
sind.
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Bei
Insassenschutzsystemen werden die Rückhaltemittel (Gurtstraffer,
Airbags, Überrollschutzeinrichtungen, ...) im Regelfall
mittels sogenannten Zündpillen (Squib) aktiviert. Zur sicheren
Aktivierung dieser Zündpillen wird gemäß Zündmittel-Spezifikation
ein definierter Mindeststrom über eine definierte Mindestzeit
benötigt (z. B. 1,2 A @ 2 msec, 1.75 A @ 0.7 msec, oder
1.75 A @ 2 msec), wobei die Werte vom jeweiligen verwendeten – am
Markt verfügbaren unterschiedlichen – Zündmittel
abhängig ist.
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Da
mit zunehmenden Komfort der Fahrzeuge, auch der Ausstattungsgrad
der Fahrzeuge hinsichtlich der Insassenschutzeinrichtungen ständig zunimmt,
müssen bei moderneren Fahrzeugen bei einem Crash-Fall,
jeweils meist eine Vielzahl der Zündmittel aktiviert werden,
wofür natürlich eine gewisse Energie erforderlich
ist.
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Diese
Energie muss aus Gründen der Sicherheit im Insassenschutzsystem
(ECU – Electronic-Control-Unit) vorgehalten bzw. zwischengespeichert
werden, da im Falle eines Unfalls/Crash, das Bordnetz zerstört
werden könnte (→ Autarkiefunktion).
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Zur
Zwischenspeicherung dieser Energie im Insassenschutzsystem werden
im Regelfall Elektrolyt-Kondensatoren verwendet, welche im System/Elektronikeinheit
ein gewisses Bauraumvolumen beanspruchen.
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Um
diese Bauform auf das nötigste zu beschränken
ist man bemüht, den Aktivierungsvorgang der Zündmittel
möglichst effizient zu gestallten, um die Verlustleistung
möglichst gering halten zu können.
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Dieses
Ziel wird umso bedeutender, wenn man berücksichtigt, dass
bei zunehmender Verlustleistung während des Zündvorganges/Aktivierungsvorganges
der Zündmittel, auch die daran beteiligten Halbleiter-Leistungsschalter
diese Verlustleistung zusätzlich (zur benötigten
Zündenergie) schalten bzw. aushalten müssen, um
im Zündfall nicht thermisch zerstört zu werden.
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Um
diesen Anforderungen gerecht zu werden, bzw. näher zu kommen,
sind gemäß dem Stand der Technik bereits mehrere
unterschiedliche Zündendstufen-Konzepte bekannt (1 bis 3).
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1 zeigt
beispielweise eine Lösung, bei dieser der Zündkreis
derart realisiert ist, dass der Zündkreis in Summe aus
3 Schaltern besteht, wobei der Dritte Schalter zwei Aufgaben erfüllt:
- a) Dritter Schalter als „unabhängiges
Silizium" im Zündkreis (Schutz vor ASIC-Einfachfehlern)
- b) Dritter Schalter als Element, um die Verlustleistung vom
ASIC fernzuhalten.
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Die
Schrift
DE 102 55
115 B3 zeigt beispielsweise eine gattungsgemäße
Lösung, bei dieser der Dritte Schalter derart in den Zündkreis
eingebracht ist, dass dieser während der Dauer des Zündimpulses
Verlustleistung aus dem Zündkreis aufnimmt, sodass die
im integriertem Schaltungschip (ASIC) während des Zündimpulses
absorbierte Energie klein gehalten werden kann. Der Dritte Schalter
ist hierfür als Sourcefolger beschaltet, sodass sich an
dessen Ausgang eine konstante Spannung einstellt, welche abhängig
von den Kennwerten der Zündpille und den Einschaltwiderständen
der High-Side- & Low-Side-Schalter
möglichst gering per Programmierung eingestellt werden
kann.
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Die
Schrift
DE 10
2005 008 905 A1 zeigt ähnlich wie die Schrift
DE 102 55 115 B3 ein
Konzept, bei diesem mittels eines Dritten Schalters die Spannung am
Zündkreis-Eingang des ASICs auf einen vorgegebenen Grenzwert
(Umax) begrenzt wird, um die entstehende Verlustleistung im ASIC
zu begrenzen.
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Die
Schrift
EP 1 602 532
B1 zeigt ein Konzept, bei diesem der Dritte Schalter als
steuerbare Spannungsquelle [PA 11] betrieben wird, um während
des Zündvorganges die entstehende Verlustleistung vom ASIC
fernzuhalten.
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2 zeigt
beispielsweise eine Lösung, bei dieser mittels eines speziellen
Abwärtswandlers, aus einer hohen Spannung eine niedrigere
konstante Spannung für mehrere Zündkreise erzeugt
wird, sodass der Zündkreis derart realisiert ist, dass
die Spannung an den Zündkreis-Eingängen des/der
ASICs auf einen vorgegebenen Grenzwert (Umax) eingestellt werden
kann, um auf diese Art die entstehende Verlustleistung im ASIC zu
begrenzen. Bei der Vorgabe der Spannung ist hierbei eine Spannung
zu wählen, mittels dieser der maximale erlaubte Zündkreis-Widerstand
noch mit einen ausreichenden Zündstrom – mit dem
gefordertem bzw. erforderlichem Mindeststrom der Zündpille – gewährleistet werden
kann, sodass mittels Vorgabe einer einzigen Spannung für
mehrere Zündkreise nur für die Zündkreise
mit maximalem Zündkreiswiderstand eine optimierte Leistungsanpassung
möglich ist, wohingegen bei Zündkreisen mit einem
niedrigerem Zündkreiswiderstand die Verlustleistung in
den beiden Schaltern im ASIC (HSS, LSS) aufgenommen werden muss.
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3 zeigt
beispielsweise eine Lösung, bei dieser der High-Side-Schalter
eines jeden Zündkreises, in Verbindung mit je einer Induktivität,
als Abwärtswandler ausgelegt ist, um als Stromquelle einen definierten
Strom in den Zündkreis einzubringen, um auf diese Art die
entstehende Verlustleistung im ASIC zu begrenzen.
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Eine
derartige Lösung ist beispielsweise in der Schrift
EP 0 813 998 B1 näher
erörtert.
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All
diese Lösungen weisen damit jedoch gewisse Nachteil auf.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Steuergerät
vorzustellen, welches eine gute Ausnutzung der bereitgestellten
Energie zu vertretbaren Kosten ermöglicht.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Ansprüche
gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben
sind aus den Unteransprüchen, wobei auch Kombinationen
und Weiterbildungen einzelner Merkmale miteinander denkbar sind.
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Ein
wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, dass für
zumindest einen, vorzugweise alle Zündstromkreis(e) zumindest
ein eigener, separater Zündenergiespeicher vorgesehen ist
und die in diesem Zündenergiespeicher bereitgestellte Zündenergie
und/oder Zündspannung in Abhängigkeit von der
zumindest einen an diesen Zündstromkreis anzuschließenden
oder angeschlossenen Insassenschutzeinrichtung bestimmt ist, also
insbesondere individuell und unabhängig von den anderen
Zündstromkreisen festgelegt wird.
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So
kann für den Zündstromkreis beispielsweise ein
programmierbarer Speicher vorgesehen und in diesem Speicher ein
Kennwert für die anzuschließenden oder angeschlossenen
Insassenschutzeinrichtung oder die bereitgestellte Zündenergie und/oder
Zündspannung abgespeichert und bei Inbetriebnahme des Steuergeräts
aus dem Speicher ausgelesen und der Zündenergiespeicher
entsprechend aufgeladen werden.
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In
einer besonders bevorzugten Weiterbildung wird sogar zumindest bei
Inbetriebnahme, vorzugsweise auch in zeitlichen Abständen
während des Betriebs des Steuergeräts zumindest
ein elektrischer Parameter dieses Zündstromkreises erfasst und
die im Zündenergiespeicher bereitgestellte Zündenergie
und/oder Zündspannung entsprechend angepasst. Dadurch kann
sogar eine Anpassung an sich verändernde elektrische Eigenschaften
im Zündkreis, sei es durch Alterung oder die aktuelle Umgebungstemperatur
erreicht werden.
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In
einer Ausgestaltung sind für zumindest einen Zündstromkreis
zumindest zwei eigene, separate Zündenergiespeicher vorgesehen,
wobei die Zündenergiespeicher voneinander unabhängig
mit dem Zündstromkreis verbindbar sind und die in diesen Zündenergiespeichern
jeweils bereitgestellte Zündenergie und/oder Zündspannung
in Abhängigkeit von der zumindest einen an diesen Zündstromkreis
anzuschließenden oder angeschlossenen Insassenschutzeinrichtung
bestimmt ist.
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In
einer weiteren Ausgestaltung ist neben den separat für
genau einen Zündkreis vorgesehenen Zündenergiespeichern
ein weiterer gemeinsamer Zündenergiespeicher vorgesehen
und für zumindest einen Zündstromkreis Mittel
zum teilweisen Laden des separaten Zündenergiespeichers
aus dem gemeinsamen Zündenergiespeicher vorgesehen sind.
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Erfindungsgemäß wird
also vorgeschlagen, dass zumindest einer von mehreren Zündkreisen (vorzugsweise
ein jeder Zündkreis) mit einem eigenen „Energie-Vorrat/Energiespeicher-Reservoir"
versehen wird, dessen Lade-Spannungs-Potential, individuell an die
Erfordernisse (Umin ≥ RS·IS) des jeweiligen Zündkreises
angepasst wird.
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Dadurch
wird der Vorteil erlangt, dass in Abhängigkeit der Zündkreisparameter
(Kennwerten der Zündpille und den Einschaltwiderständen
der High-Side- & Low-Side-Schalter)
mittels Hilfe der individuellen vorgebbaren Zündkreisspannung
ggfs. sogar im Echtzeitbetrieb eine gemäß den
Zündkreisparametern optimierte Leistungsanpassung vorgenommen
werden kann, indem im Energiespeicher des jeweiligen Zündkreises
durch Variation der Spannung nur die zur Zündung erforderliche
Energie vorgehalten wird.
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Ein
wesentlicher Vorteil der optimierten Leistungsanpassung ist darin
zu sehen, dass die Halbleiterschalter des Zündkreises nur
dafür ausgelegt werden müssen, um die zur Zündung
erforderliche Energie zu schalten (Durchschaltebetrieb), wobei in
den Halbleiterschaltern keine zusätzlichen Leistungsreserven
vorgehalten werden müssen, da in den Halbleiterschaltern
keine Verlustleistung, infolge einer zu hohen Spannungsreserve und
der damit verbundenen erforderlichen Leistungsanpassung, erzeugt werden
muss.
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Des
weiteren wird vorgeschlagen, dass zumindest für einen Zündkreis
die Energie aus dem Energie-Vorrat im Energiespeicher-Reservoir,
zumindest aus zwei (vorzugsweise auf einer Vielzahl n) Energiespeicher
verteilt bereitgestellt wird, wobei die zumindest zwei Energiespeicher
voneinander unabhängig ihre gespeicherte Energie dem Zündkreis
mittels unabhängigen Schaltern zuführen können.
Dadurch wird der Vorteil erlangt, dass der für die Aktivierung
der Zündpille erforderliche Zündimpuls (vorzugsweise
als Rechteck ausgebildet – Strom für eine bestimmte
Zeit), in dessen Form annähernd nachgebildet werden kann,
da eine Bereitstellung der Zündenergie aus einem einzigen
Kondensator, eine exponentielle Form im Stromverlauf annehmen würde.
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Je
nach Realisierungskonzept bzw. in Abhängigkeit der Anzahl
der Energiespeicher lässt sich der Verlauf des daraus resultierenden
Zündimpulses gestallten, da mit zunehmender Zahl von Energiespeichern
ein zunehmender Glättungseffekt erzielt wird, wobei es
darüber hinaus alternativ bei der Realisierung zu entscheiden
gilt, ob die resultierenden verbleibenden Energiespitzen im Zündkreis,
vorzugsweise der Zündpille (in Form eines höheren Stroms)
zugeführt werden, oder diese Energiespitzen vorzugsweise
in den Halbleiterschaltern abgebaut werden.
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Als
weitere optionale Maßnahme zur Erlangung eines Zündimpulses
mit weitgehend konstantem Strom bzw. mit geringen Energiespitzen
im Zündstromverlauf, könnte die Bereitstellung
der Zündenergie derart realisiert werden, dass ergänzend
zu den vorangehend beschriebenen Maßnahmen zur verlustleistungsarmen
Bereitstellung der Zündenergie, zumindest zeitweise während
der Dauer der Zündung der Energie-Vorrat im Energiespeicher-Reservoir
beispielsweise aus einer anderen Energiequelle wie dem Autarkiekondensator
(geringfügig) nachgeladen wird, um eine zusätzlichen
Glättungseffekt zu erlangen.
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Die
Erfindung wird nun nachfolgend anhand von Ausführungsbeispiele
unter Zuhilfenahme der 4–6 näher
erläutert. Im Folgenden können für funktional
gleiche und/oder gleiche Elemente mit den gleichen Bezugsziffern
bezeichnet sein. Es zeigen
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1–3 verschiedene
Lösungen gemäß dem Stand der Technik
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4:
Eine Prinzipdarstellung, bei der zumindest einer von mehreren Zündkreisen
mit einem eigenen Zündenergiespeicher versehen ist, dessen Lade-Spannungs-Potential,
individuell an die Erfordernisse (Umin ≥ RS·IS) des
jeweiligen Zündkreises angepasst ist
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5:
Eine Detaildarstellung, aus dieser ersichtlich ist, wie dem Zündkreis
die Energie aus dem Energie-Vorrat im Energiespeicher-Reservoir,
zumindest aus zwei Energiespeicher verteilt bereitgestellt wird,
wobei die zumindest zwei Energiespeicher voneinander unabhängig
ihre gespeicherte Energie dem Zündkreis mittels unabhängigen
Schaltern zuführen können.
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6:
Eine Detaildarstellung, welche resultierend aus der erfindungsgemäßen
Lösung gemäß 5, ein Einspar-Potential
zeigt.
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Die 4 zeigt
eine Prinzipdarstellung eines Steuergeräts, bei dem zumindest
der erste von mehreren Zündkreisen (1) einen eigenen,
separaten Zündenergiespeicher (C1) mit einer entsprechend
separat und individuell steuerbaren Ladeeinrichtung (1.1) versehen
ist, so dass der Zündenergiespeicher mit einem individuellen
Lade-Spannungs-Potential, individuell an die Erfordernisse (Umin ≥ RS.1·IS.1)
des jeweiligen Zündkreises, beispielsweise mittels einer „PWM-Regelung"
angepasst werden kann.
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Die
Spannung für den Energiespeicher wird hierbei derart gewählt,
bzw. der Energiespeicher wird mittels der symbolisch (als Pulsfolge
am Gate des MOSFET der Ladeeinrichtung 1.1) dargestellten „PWM-Regelung"
auf eine entsprechende Spannung geladen, damit in Abhängigkeit
der Zündkreisparameter (Kennwerten der Zündpille
und den Einschaltwiderständen der High-Side- & Low-Side-Schalter), der
für die Aktivierung der Zündpille erforderliche Strom, über
die geforderte Zeit, sicher fließen kann.
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Durch
Schließen der High-Side- (HSS.1) und Low-Side-Schalter
(LSS.1) wird die Insassenschutzeinrichtung (RS.1) mit der genau
auf sie und den Zündkreis abgestimmten Zündspannung
und Zündenergie aus dem Zündenergiespeicher C.1
beaufschlagt.
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Zudem
zeigt 4 neben dem separat für genau einen Zündkreis
vorgesehenen Zündenergiespeicher C.1 einen weiteren gemeinsamen
Zündenergiespeicher C.A als gemeinsamer Autarkiekondensator
vorgesehen ist und für zumindest einen Zündstromkreis
Mittel zum teilweisen Laden des separaten Zündenergiespeichers
aus dem gemeinsamen Zündenergiespeicher vorgesehen sind.
Dieses Laden aus dem gemeinsamen Autarkiekondensator erfolgt sowohl
im Sinne eines zyklischen Nachladens der einzelnen Zündenergiespeicher
während des normalen Betriebs als auch in besonders bevorzugter
Weiterbildung noch im Zündvorgang zeitlich versetzt zum
ersten Aktivieren, insbesondere wenn die Spannung am individuellen
Zündenergiespeicher unter ein vorgegebenes Niveau abgefallen,
der Zündvorgang aber noch nicht abgeschlossen ist.
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Die 5 zeigt
ergänzend zur 4 in einer Detaildarstellung,
wie dem Zündkreis die Energie aus dem Energie-Vorrat zumindest
aus zwei Energiespeichern C.1.1 und C.1.2 verteilt bereitgestellt
wird, wobei die zumindest zwei Energiespeicher voneinander unabhängig
ihre gespeicherte Energie dem Zündkreis mittels unabhängigen
Schaltern zuführen können. Wie unter 4 bereits
erörtert, werden die Kondensatoren wieder unter Zuhilfenahme
einer steuerbaren Ladeeinrichtung (1.1, R) auf den gewünschten
erforderlichen Wert geladen. Wie aus der Figur weiter ersichtlich
ist, werden zur Erlangung des angestrebten rechteckigen Zündimpulses
(IS-Soll), die Teilenergien aus den einzelnen Kondensatoren dem
Zündkreis zeitversetzt durch zeitversetztes Schließen
der Schalter HSS1.1, HSS1.2 ... zugeführt.
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Die 6 zeigt
eine Detaildarstellung einer Weiterbildung zu 5,
bei welcher der Zündkreis ohne einen gemeinsamen Highside-Schalter
(HSS.1 in 5) realisiert wird. Bei dem
in 6 vorgeschlagenen Lösungskonzept erfolgt
eine zweipolige Trennung der Zündpille Rs.1 bereits durch
den Schalter „LSS" sowie den Schaltern zu den einzelnen
im Energiespeicher-Reservoir (1) gewährleistet
wird, bzw. die Schalter HSS1.1, HSS1.2 ... die „HSS"-Schalterfunktion
mit abbilden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 10255115
B3 [0011, 0012]
- - DE 102005008905 A1 [0012]
- - EP 1602532 B1 [0013]
- - DE 102005034294 A1 [0015]
- - EP 0813998 B1 [0017]