DE102008014045B4

DE102008014045B4 - Schaltungsanordnung zur Ansteuerung eines elektrischen Sicherheitsgurtaufrollers

Info

Publication number: DE102008014045B4
Application number: DE102008014045.7A
Authority: DE
Inventors: Karl Birk; Wolfgang Holbein; Martin Seyffert; Ega Tschiskale; Marc Arndt; Benjamin Dannecker
Original assignee: TRW Automotive GmbH
Current assignee: ZF Automotive Germany GmbH
Priority date: 2008-03-13
Filing date: 2008-03-13
Publication date: 2018-09-13
Anticipated expiration: 2028-03-14
Also published as: DE102008014045A1

Abstract

Schaltungsanordnung zur Ansteuerung eines elektrischen Sicherheitsgurtaufrollers in einem Fahrzeug, mit einer ersten Steuereinheit (10), die einen Elektromotor des Sicherheitsgurtaufrollers ansteuert, gekennzeichnet durch eine zweite Steuereinheit (22), die Befehle in Form von codierten pulsweitenmodulierten Auslösesignalen an die erste Steuereinheit (10) ausgibt, wobei die erste Steuereinheit (10) die pulsweitenmodulierten Auslösesignale empfängt und decodiert.

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung eines elektrischen Sicherheitsgurtaufrollers in einem Fahrzeug, mit einer ersten Steuereinheit, die einen Elektromotor des Sicherheitsgurtaufrollers ansteuert.
Eine solche Schaltungsanordnung zur Ansteuerung eines Gurtaufrollers mit einem Elektromotor, der neben den Sperrfunktionen weitere Sicherheits- und Komfortfunktionen ermöglicht, ist beispielsweise aus der DE 10 2004 048 258 A1 bekannt. Die darin gezeigte Schaltungsanordnung weist einen Steuerteil mit einem Microcontroller und eine Leistungsstufe auf. Der Microcontroller ist über einen CAN-Bus mit einer Sensorzentrale des Fahrzeugs verbunden. Ein über den CAN-Bus übertragenes Auslösesignal löst im Microcontroller ein dort gespeichertes Ansteuerprogramm aus, wobei das Auslösesignal nur zwischen zwei Zuständen, einem High-Level und einem Low-Level unterscheidet. Dennoch ist eine Unterscheidung verschiedener Auslösesignale möglich, indem die Auslösesignale unterschiedliche Bitplätze im CAN-Bus belegen. Eine solche Unterscheidung ermöglicht es, unterschiedliche Ansteuerprogramme auszulösen. Allerdings ist für diese Art der Ansteuerung ein relativ komplexer Microcontroller erforderlich.
Eine gattungsgemäße Schaltungsanordnung zur Ansteuerung eines elektrischen Sicherheitsgurtaufrollers mit zwei Steuereinheiten ist aus der DE 10 2006 012 935 A1 bekannt. Bei dieser Schaltungsanordnung ist eine Motorsteuerung zur Verbindung mit einem außerhalb des Gurtaufrollers angeordneten zentralen Steuergerät vorgesehen. Nach Erhalt eines Auslösesignals vom Steuergerät für eine bestimmte Funktion des Gurtaufrollers steuert die Motorsteuerung den Motor nach einem durch reine Hardware-Komponenten fest vorgegebenen Ablauf an.
Ziel der Erfindung ist es, die Ansteuerung eines elektrischen Sicherheitsgurtaufrollers zu vereinfachen und mit kostengünstigeren Bauteilen zu realisieren.
Hierzu sieht die Erfindung eine Schaltungsanordnung der eingangs genannten Art mit einer zweiten Steuereinheit vor, die Befehle in Form von codierten pulsweitenmodulierten Auslösesignalen an die erste Steuereinheit ausgibt, wobei die erste Steuereinheit die pulsweitenmodulierten Auslösesignale empfängt und decodiert.
Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß Steuereinheiten bestimmter Steuergeräte im Fahrzeug, insbesondere sicherheitsrelevante Steuergeräte wie z. B. ein ESC-(Electronic Stability Control)-Steuergerät, ohne Hardware-Modifikation in der Lage sind, pulsweitenmodulierte Signale auszugeben. Dies liegt daran, daß eine Steuereinheit (hier als „zweite“ Steuereinheit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung bezeichnet) eines solch komplexen Steuergeräts in der Regel über ein PWM-Modul oder sonstige Bausteine zur Erzeugung pulsweitenmodulierter Signale verfügt. Die Erfindung nutzt diese vorhandene Funktionalität dahingehend aus, daß die Befehle zur Ansteuerung des Elektromotors des elektrischen Sicherheitsgurtaufrollers als pulsweitenmodulierte Signale von der zweiten Steuereinheit an die erste Steuereinheit des elektrischen Sicherheitsgurtaufrollers ausgegeben werden. Dies hat den Vorteil, daß für die Übertragung verschiedener Befehle zur Ansteuerung des elektrischen Sicherheitsgurtaufrollers zwischen der zweiten Steuereinheit und der ersten Steuereinheit im Vergleich zu einem CAN- oder anderem Bus-Protokoll ein relativ einfaches Protokoll ohne unnötige Zusätze vorgesehen werden kann. Dementsprechend kann der Microcontroller der ersten Steuereinheit sehr einfach und damit kostengünstig aufgebaut sein, da er keinen CAN-Eingang aufweisen und keine komplexen Befehle verarbeiten muß. Es ist im wesentlichen lediglich eine Softwareanpassung der zweiten Steuereinheit des (externen) Steuergeräts notwendig, um auch dort das einfache Übertragungsprotokoll zu etablieren.
Die Auslösesignale sind vorzugsweise durch das Tastverhältnis und/oder durch Frequenzumschaltung codiert. Auf diese Weise lassen sich unterschiedliche Befehle einfach, aber eindeutig darstellen.
Für die Übermittlung der Befehle mittels der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung genügt es, daß die erste Steuereinheit und die zweite Steuereinheit durch eine Eindrahtleitung miteinander verbunden sind, über die die Auslösesignale von der zweiten Steuereinheit an die erste Steuereinheit übertragen werden.
Komplexe Befehle können gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung von der zweiten Steuereinheit in Form von Signalfolgen pulsweitenmodulierter Auslösesignale ausgegeben werden.
Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, daß die erste Steuereinheit, vorzugsweise auf einen Befehl der zweiten Steuereinheit, bestimmte Signale an die zweite Steuereinheit ausgibt. Eine so geschaffene bidirektionale Kommunikation zwischen den beiden Steuereinheiten ist insbesondere für Diagnosezwecke sinnvoll. Wenn mehrere Sicherheitsgurtaufroller über eine zweite Steuereinheit angesteuert werden sollen, kann die bidirektionale Kommunikation für eine Unterscheidung genutzt werden, welche der zugehörigen ersten Steuereinheiten geantwortet hat.
Damit die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung durch die Zündung des Fahrzeugs geweckt werden kann, benötigt die erste Steuereinrichtung einen Steckverbinderteil mit lediglich einem KI.-15-, einem KI.-30-, einem KI.-31- und einem Signalleitungsanschluß.
Die Erfindung schafft auch ein Verfahren zur Ansteuerung eines elektrischen Sicherheitsgurtaufrollers in einem Fahrzeug mit Hilfe einer erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung, das durch folgende Schritte gekennzeichnet ist:

- Ausgeben eines Befehls in Form wenigstens eines codierten pulsweitenmodulierten Auslösesignals durch die zweite Steuereinheit;
- Empfangen des Auslösesignals in der ersten Steuereinheit;
- Decodieren des Auslösesignals in der ersten Steuereinheit;
- Ausführen eines Ansteuerprogramms, das dem Befehl zugeordnet ist.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den beigefügten Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den Zeichnungen zeigen:

- 1 ein logisches Schaltbild der ersten Steuereinheit der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung;
- 2 ein Diagramm zur Erläuterung der Auslösesignale und deren Wirkung; und
- 3 eine mögliche Konfiguration der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung in einem Fahrzeug.

Aus 1 geht der grundlegende Aufbau einer Steuereinheit 10 eines elektrischen Sicherheitsgurtaufrollers als Bestandteil der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung hervor. Die Steuereinheit 10 des elektrischen Sicherheitsgurtaufrollers, die nachfolgend als erste Steuereinheit bezeichnet wird, dient zur gezielten Bestromung eines Elektromotors 12 des Gurtaufrollers. Hierzu ist in bekannter Weise eine Brückenschaltung mit einem Brückentreiber 14 und einer Vollbrückenleistungsstufe 16 vorgesehen, mit der sich der Elektromotor in eine oder beide Drehrichtungen drehen läßt. In einem Microcontroller 18 sind verschiedene Ansteuerprogramme abgespeichert, die bestimmten vorgegebenen Bestromungssequenzen für den Elektromotor 12 entsprechen. Eine Bestromungssequenz ruft im Elektromotor 12 eine vorher festgelegte Abfolge von Drehmomentwerten mit vorgegebenen Zeitdauern hervor. Beispiele für solche Sequenzen sind etwa eine Aufrollsequenz, mit der die Gurtbandlose des Sicherheitsgurts aufgerollt wird, oder eine Entriegelungssequenz, mit der gegebenenfalls eine zur Blockierung der Gurtspule des elektrischen Sicherheitsgurtaufrollers eingesteuerte Sperrklinke wieder freigegeben wird.
Die erste Steuereinheit 10 kann noch durch weitere Einheiten ergänzt sein, beispielsweise zur Stromflußerfassung (für Diagnosezwecke) oder zur Erfassung von Umgebungseinflüssen wie etwa der Temperatur der Platine, auf der die erste Steuereinheit 10 aufgebaut ist.
Die erste Steuereinheit 10 weist einen Steckverbinderteil 20 (Stecker oder Buchse) mit lediglich vier Anschlüssen auf: einem KI.-15- (geschaltetes Plus von der Zündung), einem KI.-30- (Dauerplus), einem KI.-31- (Masse) und einem Signalleitungsanschluß (in 1 als „PWC“ bezeichnet, wie später noch erläutert wird). Über den Kl.-15-Anschluß wird die erste Steuereinheit 10 durch die Zündung geweckt. Die Stromversorgung erfolgt über den KI.-30-Anschluß. Alternativ kann die erste Steuereinheit 10 auch über den KI.-15-Anschluß mit Strom versorgt werden, so daß kein KI.-30-Anschluß notwendig ist. Die erste Steuereinheit 10 kann aber auch über den PWC-Anschluß geweckt werden, so daß ein KI.-30-Anschluß, aber kein KI.-15-Anschluß notwendig ist.
Unabhängig von den diskutierten Anschlüssen ist jedenfalls kein Interface für einen CAN-Bus oder einen anderen Fahrzeug-Bus vorgesehen. Da der Microcontroller 18 keine Ressourcen (insbesondere Speicher) für eine Bus-Kompatibilität aufweisen muß, reicht ein einfacher und kostengünstiger 8-Bit-Microcontroller als zentraler Steuerbaustein der ersten Steuereinheit 10 aus.
Der Signalleitungsanschluß (Signaleingang PWC) der ersten Steuereinheit 10 ist über eine Eindrahtleitung mit einer zweiten Steuereinheit 22 (siehe 3) verbunden, die Teil eines anderen Steuergeräts im Fahrzeug ist, vorzugsweise eines ESC-Steuergeräts. Wichtig ist hierbei, daß das Steuergerät diejenigen Signale, die für eine Bewertung einer Auslösung einer Aktion des Sicherheitsgurtaufrollers relevant sind, verfügbar hat.
Die zweite Steuereinheit 22 weist ein PWM-Modul oder in sonstiger Weise Bausteine auf, mit denen pulsweitenmodulierte Signale erzeugt werden können. Die PWM-Funktionalität der zweiten Steuereinheit 22 wird genutzt, um codierte Auslösesignale an die erste Steuereinheit 10 auszugeben. Eine zusätzliche Leistungsstufe ist hierzu nicht erforderlich, da keine elektrische Leistung, sondern nur pulsweitenmodulierte Signale mit gleicher Periodendauer übertragen werden müssen. Falls kein geeigneter Signalausgang der zweiten Steuereinheit 22 für diesen Zweck frei ist, kann ein solcher mit geringem Aufwand und entsprechenden Anpassungen nachgerüstet werden.
Für die Erzeugung, Übertragung und Erkennung der Auslösesignale ist ein sehr einfaches Kommunikationsprotokoll vorgesehen, das im Vergleich zu einem komplexen Bus-Protokoll wenig Ressourcen im Microcontroller 18 benötigt.
Wie zuvor bereits erwähnt, sind bei elektrischen Sicherheitsgurtaufrollern mit erweiterter Funktionalität bestimmte Ansteuerprogramme im Microcontroller 18 der ersten Steuereinheit 10 hinterlegt. Jedem Ansteuerprogramm ist ein bestimmtes Auslösesignal zugeordnet, weshalb zur Darstellung unterschiedlicher Auslösesignale eine Codierung notwendig ist. Die Codierung erfolgt anhand des Tastverhältnisses (Tastgrad, duty cycle) der Signale. Wie dem Fachmann bekannt ist, gibt das Tastverhältnis für ein Rechtecksignal das Verhältnis der Impulsdauer (Spannung hoch) zur gesamten Periodendauer an. Gemäß dieser Codierung, die als Pulsweitencodierung (PWC) bezeichnet werden kann, sind unterschiedlichen Tastverhältnissen unterschiedliche Befehle bzw. Ansteuerprogramme zugeordnet.
Damit jeder Befehl zuverlässig übertragen und erkannt wird, ist ein Mindesttastverhältnis vorgesehen, z. B. 10 %. Außerdem wird jeder Signalzyklus (Periode) wiederholt, also als Block mehrmals nacheinander ausgegeben. Diese Redundanz dient zur Plausibilisierung und zur Abgrenzung von Störungen, die fälschlicherweise als Auslösesignal interpretiert werden könnten.
Ein vereinfachtes Beispiel für die so ermöglichte Ansteuerung des elektrischen Sicherheitsgurtaufrollers ist in 2 schematisch dargestellt. Wenn ein instabiler Fahrzeugzustand erkannt wird, gibt die zweite Steuereinheit 22 des ESC-Steuergeräts einen Block von zehn pulsweitenmodulierten Signalzyklen mit einem Tastverhältnis von 10 % an die erste Steuereinheit 10 des elektrischen Sicherheitsgurtaufrollers aus. Der Microcontroller 18 der ersten Steuereinheit 10 decodiert diese Folge und erkennt, daß es sich um ein bestimmtes Auslösesignal handelt, mit dem eine Aufrollsequenz ausgelöst werden soll. Dementsprechend wird das zugehörige Ansteuerprogramm aufgerufen und in eine entsprechende Bestromungssequenz für den Elektromotor 12 des elektrischen Sicherheitsgurtaufrollers umgesetzt.
Wird nun nach Abschluß oder noch während des Ablaufs dieser Aufrollsequenz festgestellt, daß das Fahrzeug wieder einen stabilen Zustand eingenommen hat, sendet die erste Steuereinheit 10 einen Block von zehn pulsweitenmodulierten Signalzyklen mit einem Tastverhältnis von 20 % an die erste Steuereinheit 10. Dieses Auslösesignal wird wie oben beschrieben verarbeitet und als Signal zum Auslösen einer Entriegelungssequenz erkannt, die dann mittels eines zugehörigen Ansteuerprogramms entsprechend umgesetzt wird. Selbstverständlich sind andere Tastverhältnisse und Wiederholungsraten für diese Befehle möglich.
Um komplexere Befehle zu realisieren, ist gemäß einer Weiterbildung der Erfindung vorgesehen, daß zwei oder mehr Signalblöcke mit unterschiedlichem Tastverhältnis nacheinander ausgegeben und erkannt werden können. Beispielsweise könnte eine Abfolge von zehn Signalzyklen mit einem Tastverhältnis von 10 %, gefolgt von einer Anzahl m Signalzyklen mit einem Tastverhältnis von 95 %, gefolgt von „Stille“ über mehr als zehn Periodendauern folgendermaßen interpretiert werden (nach vorheriger Vereinbarung im Protokoll):

1) zehn Signalzyklen mit Tastverhältnis 10 %: Starte Aufrollsequenz,
2) m Signalzyklen mit Tastverhältnis 95 %: Bestrome Elektromotor 12 mit Tastverhältnis 95 % (Leistungsübertragung),
3) Stille: Ende des Befehls.

Wäre anstelle der m Signalzyklen mit einem Tastverhältnis von 95 % ein Block mit m Signalzyklen mit einem Tastverhältnis von 20 % ausgegeben worden, hätte dies eine Bestromung des Elektromotors 12 mit nur 20 % Tastverhältnis bedeuten können.
Aus diesen Beispielen ist ersichtlich, daß mit einfachen Mitteln eine Vielzahl verschiedener Befehle von der zweiten Steuereinheit 22 ausgegeben und von der ersten Steuereinheit 10 erkannt werden kann, solange sender- und empfängerseitig eine entsprechende Codierung über das Tastverhältnis der pulsweitenmodulierten Signalzyklen vereinbart ist.
In technisch üblicher Weise ist das PWM-Modul der zweiten Steuereinheit 22 auch dann aktiv, wenn keine Aktion des Sicherheitsgurtaufrollers gefordert wird. Die zweite Steuereinheit 22 gibt also ständig ein Signal aus. Die erste Steuereinheit 10 kann selbstverständlich zwischen einem solchen Signal und einem codierten Befehl unterscheiden.
Für Diagnosezwecke kann eine bidirektionale Kommunikation zwischen den beiden Steuereinheiten 10 und 22 vorgesehen sein. Beispielsweise kann im Sinne einer Master-Slave-Kommunikation auf einen Befehl der zweiten Steuereinheit 22 die erste Steuereinheit 10 bestimmte Informationen über den Zustand des Elektromotors 12 (z. B. ob er stromführend ist oder nicht) an die erste Steuereinheit 10 ausgeben. Die Codierung und Decodierung der Signalfolgen erfolgt dann umgekehrt, aber in gleicher Weise wie oben beschrieben.
3 zeigt eine mögliche Einbindung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung (fahrer- und beifahrerseitig) in eine Fahrzeugelektronik. Es ist grundsätzlich möglich, daß mehrere erste Steuereinheiten 10 mit einem einzigen PWM-Ausgang einer zweiten Steuereinheit 22 eines Steuergeräts im Fahrzeug verbunden sind. Die ersten Steuereinheiten 10 sind dann entsprechend dem Einbauort des zugehörigen Sicherheitsgurtaufrollers codiert. Rückmeldungssignale der ersten Steuereinheiten 10 unterscheiden sich z. B. bezüglich Zeit bzw. Länge, so daß die zweite Steuereinheit 22 erkennen kann, welche erste Steuereinheit 10 geantwortet hat.

Claims

Schaltungsanordnung zur Ansteuerung eines elektrischen Sicherheitsgurtaufrollers in einem Fahrzeug, mit einer ersten Steuereinheit (10), die einen Elektromotor des Sicherheitsgurtaufrollers ansteuert, gekennzeichnet durch eine zweite Steuereinheit (22), die Befehle in Form von codierten pulsweitenmodulierten Auslösesignalen an die erste Steuereinheit (10) ausgibt, wobei die erste Steuereinheit (10) die pulsweitenmodulierten Auslösesignale empfängt und decodiert.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Steuereinheit (22) Teil eines Steuergeräts außerhalb des elektrischen Sicherheitsgurtaufrollers ist, vorzugsweise eines ESC-Steuergeräts, und pulsweitenmodulierte Signale erzeugen kann.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Auslösesignale durch das Tastverhältnis und/oder durch Frequenzumschaltung codiert sind.
Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Steuereinheit (10) und die zweite Steuereinheit (22) durch eine Eindrahtleitung miteinander verbunden sind, über die die Auslösesignale von der zweiten Steuereinheit (22) an die erste Steuereinheit (10) übertragen werden.
Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß einem Befehl ein bestimmtes, in der ersten Steuereinheit gespeichertes Programm zur Ansteuerung des Elektromotors (12) zugeordnet ist.
Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Steuereinheit (10), vorzugsweise auf einen Befehl der zweiten Steuereinheit (22), bestimmte Signale an die zweite Steuereinheit (22) ausgibt.
Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Befehl als Block mehrerer unmittelbar aufeinanderfolgender Signalzyklen mit gleicher Periodendauer ausgegeben wird.
Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Steuereinheit (22) komplexe Befehle in Form von Signalfolgen pulsweitenmodulierter Auslösesignale ausgibt.
Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Steuereinheit (10) einen Steckverbinderteil (20) mit einem KI.-15-, einem KI.-30-, einem KI.-31- und einem Signalleitungsanschluß aufweist.
Verfahren zur Ansteuerung eines elektrischen Sicherheitsgurtaufrollers in einem Fahrzeug mit Hilfe einer Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch folgende Schritte: - Ausgeben eines Befehls in Form wenigstens eines codierten pulsweitenmodulierten Auslösesignals durch die zweite Steuereinheit (22); - Empfangen des Auslösesignals in der ersten Steuereinheit (10); - Decodieren des Auslösesignals in der ersten Steuereinheit (10); - Ausführen eines Ansteuerprogramms, das dem Befehl zugeordnet ist.