DE102014210815A1 - Steuergerät für ein Rückhaltemittel in einem Fahrzeug - Google Patents

Steuergerät für ein Rückhaltemittel in einem Fahrzeug Download PDF

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    • B60R2021/01184—Fault detection or diagnostic circuits

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Steuergerät (10A) für ein Rückhaltemittel in einem Fahrzeug mit einer Auswerte- und Steuereinheit (20A) und mindestens einer externen Zündkreisschnittstelle, an welcher eine Zündpille (ZP1, ZPn, ZPF) zum Aktiveren des Rückhaltemittels über eine Hinleitung (Lp1, Lpn, LpF) und eine Rückleitung (Lm1, Lmn, LmF) angeschlossen ist, wobei die Auswerte- und Steuereinheit (20A) zyklisch einen aktuellen ohmschen Schleifenwiderstand des korrespondierenden Zündkreises (ZK1, ZKn, ZKF) durch Messung ermittelt und mit mindestens einem gespeicherten Schwellwert vergleicht. Erfindungsgemäß bestimmt die Auswerte- und Steuereinheit (20A) in zeitlicher Nähe zur Messwerterfassung zur Ermittlung des Zündkreisschleifenwiderstands eine aktuelle Temperatur im Fahrzeuginnenraum, wobei die Auswerte- und Steuereinheit (20A) mit der aktuellen Temperatur im Fahrzeuginnenraum eine Temperaturkompensation des ermittelten Zündkreisschleifenwiderstands für die außerhalb des Steuergeräts (10A) angeordnete Hinleitung (Lp1, Lpn, LpF) und Rückleitung (Lm1, Lmn, LmF) des angeschlossenen Zündkreises (ZK1, ZKn, ZKF) durchführt.

Description

  • Die Erfindung geht aus von einem Steuergerät für ein Rückhaltemittel in einem Fahrzeug nach der Gattung des unabhängigen Patentanspruchs 1.
  • Für die sichere Überwachung von Zündkreisen für Rückhaltemittel in einem Fahrzeug wird zyklisch der Schleifenwiderstand der Zündkreise gemessen und mit oberen und unteren Grenzwerten verglichen. Wird einer der Grenzwerte über- bzw. unterschritten ist ein fehlerhafter Zustand im Zündkreis erkannt. In der Regel erfolgt die Ansteuerung der Airbagwarnlampe erst dann, wenn dieser fehlerhafte Zustand nicht das Produkt einer einmaligen Störung ist, sondern nach geeigneter Filterung bestätigt wird.
  • Aus der DE 44 32 301 B4 ist eine Schaltung zur Ansteuerung und Überwachung von Zündkreisen in Sicherheitseinrichtungen, wie beispielsweise Rückhaltesystemen in Kraftfahrzeugen bekannt. In den Zündkreisen ist jeweils eine von einer Endstufe betätigbare Zündpille vorgesehen, welche zur Durchgangsprüfung mit einem Prüfstrom beaufschlagbar ist.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Das erfindungsgemäße Steuergerät für ein Rückhaltemittel in einem Fahrzeug mit den Merkmalen des unabhängigen Patentanspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, dass durch die Bestimmung und Verwendung der Innenraumtemperatur des Fahrzeugs und optional der Innentemperatur des Steuergeräts der massiven Einfluss der Temperatur auf den temperaturabhängigen Widerstand der Zuführungen zu den Zündpillen kompensiert werden kann.
  • Zudem ermöglichen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Steuergeräts ohne Einbuße an Überwachungsgenauigkeit und Aufweitung der Grenzwerte, kleinere Kupferaderquerschnitte im Zündkreis zu verwenden. So können anstellte der heute als Anschlussadern verwendeten 0,5mm2 Kupferlitzen zukünftig kleinere Querschnitte von beispielsweise 0,35mm2 verwendet werden. Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise eine Gewichtsreduktion.
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen ein Steuergerät für ein Rückhaltemittel in einem Fahrzeug mit einer Auswerte- und Steuereinheit und mindestens einer externen Zündkreisschnittstelle zur Verfügung, an welcher eine Zündpille zum Aktiveren des Rückhaltemittels über eine Hinleitung und eine Rückleitung angeschlossen ist. Die Auswerte- und Steuereinheit ermittelt zyklisch einen aktuellen ohmschen Schleifenwiderstand des korrespondierenden Zündkreises durch Messung und vergleicht diesen mit mindestens einem gespeicherten Schwellwert. Erfindungsgemäß bestimmt die Auswerte- und Steuereinheit in zeitlicher Nähe zur Messwerterfassung zur Ermittlung des Zündkreisschleifenwiderstands eine aktuelle Temperatur im Fahrzeuginnenraum, wobei die Auswerte- und Steuereinheit mit der aktuellen Temperatur im Fahrzeuginnenraum eine Temperaturkompensation des ermittelten Zündkreisschleifenwiderstands für die außerhalb des Steuergeräts angeordnete Hinleitung und Rückleitung des angeschlossenen Zündkreises durchführt.
  • Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen des im unabhängigen Patentanspruch 1 angegebenen Steuergeräts für ein Rückhaltemittel in einem Fahrzeug möglich.
  • Besonders vorteilhaft ist, dass die Auswerte- und Steuereinheit die aktuelle Temperatur im Fahrzeuginnenraum über eine Kommunikationsschnittstelle von einem Temperatursensor einliest. Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise eine einfache und schnelle Temperaturkompensation.
  • In vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Steuergeräts kann die Auswerte- und Steuereinheit eine aktuelle Innentemperatur im Steuergerät bestimmen, wobei die Auswerte- und Steuereinheit mit der aktuellen Innentemperatur im Steuergerät eine Temperaturkompensation des ermittelten Zündkreisschleifenwiderstands für eine innerhalb des Steuergeräts angeordnete erste Leiterbahn, welche die Auswerte- und Steuereinheit mit der Hinleitung verbindet, und eine innerhalb des Steuergeräts angeordnete zweite Leiterbahn durchführen kann, welche die Auswerte- und Steuereinheit mit der Rückleitung verbindet. Dies ermöglicht in vorteilhafter Weise die Temperaturkompensation der gesamten Zuführung zwischen der Auswerte- und Steuereinheit und der Zündpille.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Steuergeräts kann die Auswerte- und Steuereinheit über einen Analog-Digital-Wandler eine aktuelle Versorgungsspannung erfassen. Basierend auf der aktuellen Versorgungsspannung kann die Auswerte- und Steuereinheit Verlustleistungen von innerhalb eines Gehäuses des Steuergeräts angeordneten Komponenten bestimmen. Zudem kann die Auswerte- und Steuereinheit basierend auf der aktuellen Temperatur im Fahrzeuginnenraum und den ermittelten Verlustleistungen und einem Wärmewiderstand des Steuergerätegehäuses die aktuelle Innentemperatur im Steuergerät berechnen.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Steuergeräts kann innerhalb der Auswerte- und Steuereinheit ein Temperatursensor angeordnet werden, welcher eine interne Kontakttemperatur innerhalb der Auswerte- und Steuereinheit erfasst. Basierend auf der internen Kontakttemperatur und der Verlustleistung der Auswerte- und Steuereinheit und einem Wärmewiderstand zwischen dem internen Kontakt der Auswerte- und Steuereinheit und dem Innenraum des Steuergerätes kann die Auswerte- und Steuereinheit in vorteilhafter Weise die aktuelle Innentemperatur im Steuergerät berechnen. Des Weiteren kann die Auswerte- und Steuereinheit basierend auf der aktuelle Innentemperatur im Steuergerät und den ermittelten Verlustleistungen im Steuergerät und einem Wärmewiderstand des Steuergerätegehäuses die aktuelle Temperatur im Fahrzeuginnenraum berechnen, so dass auf einen Temperatursensor im Fahrzeuginnenraum verzichtet werden kann.
  • In weiterer vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Steuergeräts können in einem Festwertspeicher Parameter und/oder Parameterkurven und/oder Parametertabellen gespeichert werden. Diese können in vorteilhafter Weise bei der Temperaturkompensation eingesetzt werden.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen Komponenten bzw. Elemente, die gleiche bzw. analoge Funktionen ausführen.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer Zündkreisanordnung mit einem ersten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Steuergeräts für ein Rückhaltemittel in einem Fahrzeug.
  • 2 zeigt ein schematisches Blockdiagramm einer Zündkreisanordnung mit einem zweiten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Steuergeräts für ein Rückhaltemittel in einem Fahrzeug.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • Wie aus 1 und 2 ersichtlich ist, umfassen die dargestellten Ausführungsbeispiele eines erfindungsgemäßen Steuergeräts 10A, 10B für ein Rückhaltemittel in einem Fahrzeug jeweils eine Auswerte- und Steuereinheit 20A, 20B und mindestens eine externe Zündkreisschnittstelle, an welcher eine Zündpille ZP1, ZPn, ZPF zum Aktiveren des Rückhaltemittels über eine Hinleitung Lp1, Lpn, LpF und eine Rückleitung Lm1, Lmn, LmF angeschlossen ist. Die Auswerte- und Steuereinheit 20A, 20B ermittelt zyklisch einen aktuellen ohmschen Schleifenwiderstand RZK(i)_mess des korrespondierenden Zündkreises ZK1, ZKn, ZKF durch Messung und vergleicht den aktuellen ohmschen Schleifenwiderstand RZK(i)_mess mit mindestens einem gespeicherten Schwellwert Go, Gu. Erfindungsgemäß bestimmt die Auswerte- und Steuereinheit 20A, 20B in zeitlicher Nähe zur Messwerterfassung zur Ermittlung des Zündkreisschleifenwiderstands RZK(i)_mess eine aktuelle Temperatur ⌷I im Fahrzeuginnenraum, wobei die Auswerte- und Steuereinheit 20A, 20B mit der aktuellen Temperatur ⌷I im Fahrzeuginnenraum eine Temperaturkompensation des ermittelten Zündkreisschleifenwiderstands RZK(i)_mess für die außerhalb des Steuergeräts 10A, 10B angeordnete Hinleitung Lp1, Lpn, LpF und Rückleitung Lm1, Lmn, LmF des angeschlossenen Zündkreises ZK1, ZKn, ZKF durchführt.
  • Wie aus 1 und 2 weiter ersichtlich ist, umfassen die dargestellten Zündkreisanordnungen 1A, 1B jeweils eine vorgegebene Anzahl n von Zündkreisen ZK1 bis ZKn für verschiedene im Fahrzeug angeordnete Rückhaltemittel, wie beispielsweise Überrollbügel, Kopfstützen, Seitenairbags, Beifahrerairbag, Gurtstraffer usw., von welchen beispielhaft zwei Zündkreise ZK1, ZKn dargestellt sind, und einen Zündkreis ZKF für einen Fahrerairbag. Die einzelnen Zündkreise ZK1, ZKn, ZKF sind jeweils über eine Zündkreisschnittstelle, welche jeweils einen Zündkreisplusanschluss (+) und einen Zündkreisminusanschluss (–) aufweisen, mit dem Steuergerät 10A, 10B verbunden und umfassen jeweils eine Zündpille ZP1, ZPn, ZPF. Die einzelnen Zündpillen ZP1, ZPn, ZPF sind jeweils über eine Hinleitung Lp1, Lpn, LpF mit dem Zündkreisplusanschluss (+) und über eine Rückleitung Lm1, Lmn, LmF mit dem Zündkreisminusanschluss (–) des Steuergeräts 10A, 10B verbunden. Innerhalb des Steuergeräts 10A, 10B umfassen die Zündkreise ZK1, ZKn, ZKF jeweils eine erste Leiterbahn Tp1, Tp2, TpF, welche die Auswerte- und Steuereinheit 20A, 20B mit der korrespondierenden Hinleitung Lp1, Lpn, LpF bzw. dem korrespondierenden Zündkreisplusanschluss (+) verbindet, und eine zweite Leiterbahn Tm1, Tm2, TmF, welche die Auswerte- und Steuereinheit 20A, 20B mit der korrespondierenden Rückleitung Lm1, Lmn, LmF bzw. dem korrespondierenden Zündkreisminusanschluss (–) verbindet. Der Zündkreis ZKF für den Fahrerairbag weist im Unterschied zu den anderen Zündkreisen ZK1, ZKn eine im Lenkrad angeordnete Wickelfeder 7 auf.
  • Wie aus 1 und 2 weiter ersichtlich ist, umfasst in den dargestellten Ausführungsbeispielen das jeweilige Steuergerät 10A, 10B einen Mikrocontroller 12, eine Kommunikationsschnittstelle 14, zwei Sensoren 16.1, 16.2 zur Erfassung von crashrelevanten Informationen, welche von dem Mikrocontroller 12 zur Erzeugung von Auslösesignalen ausgewertet werden, und einen Festwertspeicher 17, welcher Parameter und/oder Parameterkurven und/oder Parametertabellen speichert, welche zur Überwachung der Zündkreise ZK1, ZKn, ZKF verwendet werden. Zudem können auch ein oberer Schwellwert Go und ein unterer Schwellwert Gu im Festwertspeicher 17 gespeichert werden. Zudem erfasst die Auswerte- und Steuereinheit 20A, 20B über einen Analog-Digital-Wandler 22 eine aktuelle Versorgungsspannung UB einer Energiequelle 3 des Steuergeräts 10A, 10B. Des Weiteren weist das Steuergerät 10A, 20A einen Datenbus 18, vorzugsweise ein SPI-Bus, zur internen Kommunikation auf.
  • Der zu überwachende ohmsche Schleifenwiderstand RZK(i)_mess eines Zündkreises ZK1, ZKn, ZKF setzt sich aus mehreren Teilkomponenten zusammen. Der ohmsche Schleifenwiderstand RZK(i)_mess umfasst in der Regel Bondwiderstände der Anschlussdrähte der vorzugsweise als ASIC (Anwendungsspezifischer integrierter Schaltungschip) ausgeführten Auswerte- und Steuereinheit 20A, 20B, Kontaktwiderstände der Bondverbindungen, Lötstellenverbindungen, Airbagsteckverbindungen, Zwischenstecker, Zündpillenstecker usw., Leitungswiderstände der Leiterbahnen Tp1, Tp2, TpF, Tm1, Tm2, TmF, welche die Auswerte- und Steuereinheit 20A, 20B mit den Zündkreisplusanschlüssen (+) und Zündkreisminusanschlüssen (–) der externen Schnittstellen des Steuergeräts 10a, 10B verbinden, und der Zündkreishinleitungen Lp1, Lpn, LpF und der Zündkreisrückleitungen Lm1, Lmn, LmF, welche die Zündkreisplusanschlüssen (+) und Zündkreisminusanschlüssen (–) der externen Schnittstellen mit den korrespondierenden Zündpillen ZP1, ZPn, ZPF verbinden, der ohmsche Widerstand der Wickelfeder 7, welche im Fahrerlenkrad angeordnet ist, und ein ohmscher Widerstand der jeweiligen Zündpille ZP1, ZPn, ZPF. Der Wickelfederwiderstand ist nur im Zündkreis ZKF des Fahrerairbags vorhanden.
  • Die Grenzwertvorgabe kann für jeden Zündkreis ZK1, ZKn, ZKF individuell erfolgen oder in drei bis vier Gruppen aufgeteilt werden. So können beispielsweise Grenzwerte für den Fahrerairbagzündkreis, Zündkreise für weitere Frontinsassen, Zündkreise für Fondinsassen, Sonderzündkreise (z.B. Batterieabtrennung) usw. individuell vorgegeben werden. In den dargestellten Ausführungsbeispielen beträgt der oberer Grenzwert Go für die Zündkreise ZK1, ZKn beispielsweise 6Ω und der unterer Grenzwert Gu beispielsweise 1Ω. Der obere Grenzwert GFo und der untere Grenzwert GFu für den Fahrerairbagzündkreis ZKF unterscheiden sich aufgrund der Wickelfeder 7 von den Grenzwerten Go, Gu der anderen Zündkreise ZK1, ZKn. So beträgt in den dargestellten Ausführungsbeispielen der obere Grenzwert GFo für den Fahrerairbagzündkreis ZKF beispielsweise 6,5Ω und der untere Grenzwert GFu beträgt beispielsweise 1,5Ω.
  • Der zu überwachende ohmsche Widerstand RZKe der einzelnen Zündkreise ZK1, ZKn außerhalb des Steuergerätes setzt sich gemäß Gleichung (1) wie folgt zusammen: RZKe = RLp + RLm + RK + RZP (1)
  • Für den ohmschen Widerstand RZKFe des Zündkreises ZKF des Fahrerairbags gilt Gleichung (2): RZKFe = RLp + RLm + RWF + RK + RZP (2)
    • RZKe:
    externer Zündkreiswiderstand (außerhalb des Steuergeräts)
    RZKFe:
    externer Fahrerzündkreiswiderstand (außerhalb des Steuergeräts)
    RLp:
    Kupferwiderstand aller Hinleitungen des Zündkreises
    RLm:
    Kupferwiderstand aller Rückleitungen des Zündkreises
    RK:
    Summe aller Kontaktwiderstände
    RZP:
    Zündpillenwiderstand
    RWF:
    Kupferwiderstand der Wickelfeder (Hin- und Rückleitung)
  • Die physikalischen Eigenschaften des Kupferwiderstands in Abhängigkeit von der Temperatur sind für die gebräuchliche Kupferlegierung E-CU57 (DIN 1787) nach Gleichung (3) vorgegeben: RCu(ϑ) = RCu(20°C) + (RCu(20°C) × (ϑ – 20°C) × α) (3)
    • RCu(ϑ):
    Kupferwiderstand in Abhängigkeit von der Temperatur
    RCu(20°C):
    Kupferwiderstand bei 20°C
    ϑ:
    Temperatur des Kupfers in °Celsius
    α:
    Temperaturkoeffizient des Kupferwiderstandes = +0,0039/°C
  • Gemäß Gleichung (3) erhöht sich der Kupferwiderstand bei einer Erhöhung der Umgebungstemperatur von 20°C auf 85°C um (85°C – 20°C) × 0,0039/°C = 25.35%. Bei einer Temperaturabnahme von 20°C auf –40°C verringert sich der Kupferwiderstand um (–40°C – 20°C) × 0,0039/°C = 23.40%.
  • Für einen Zündkreis mit einer Hin- und Rückleitung der Gesamtlänge „l" und dem Querschnitt „A" aus Kupfer folgt für den Leitungswiderstand gemäß Gleichung (4): RL(ϑ) = p(20°C) × (l/A) × (1 + (ϑ – 20°C) × α) (4)
    • RL(ϑ):
    Leitungswiderstand in Abhängigkeit der Temperatur
    p(20°C):
    spez. Widerstand = 17.54mΩ × mm2/m
    l:
    Länge der Hin und Rückleitung
    α:
    Temperaturkoeffizient des Kupferwiderstandes = +0,0039/°C
    ϑ:
    Temperatur des Kupfers in °Celsius
  • Für eine übliche Länge der Zündkreisleitung von 20m Kupfervolldraht (10m Hinleitung Lp1, Lpn, LpF und 10m Rückleitung Lm1, Lmn, LmF) ergibt sich mit dem heutigen Standardquerschnitt von 0,5mm2 ein typischer ohmscher Widerstand RL von 702mΩ bei 20°C und eine Temperaturtoleranz von +177mΩ/–165mΩ im Fahrzeugtemperaturbereich von –40°C bis 85°C.
  • Für die übliche Länge der Zündkreisleitung von 20m Kupfervolldraht (10m Hinleitung Lp1, Lpn, LpF und 10m Rückleitung Lm1, Lmn, LmF) ergibt sich für einen zukünftigen Standardquerschnitt von 0,35mm2 ein typischer ohmscher Widerstand RL von 1002mΩ bei 20°C und eine Temperaturtoleranz von +254mΩ/–234mΩ im Fahrzeugtemperaturbereich von –40°C bis 85°C.
  • Da es sich in der Regel um flexible Zündkreisleitungen handelt und Kupferlitze zum Einsatz kommt, ist auch noch der Litzenfüllfaktor zu berücksichtigen. Er beträgt ca. 90%.
  • Für die übliche Länge der Zündkreisleitung von 20m Kupferlitze (10m Hinleitung Lp1, Lpn, LpF und 10m Rückleitung Lm1, Lmn, LmF) ergibt sich mit dem heutigen Standardquerschnitt von 0,5mm2 ein typischer ohmscher Widerstand RL von 780mΩ bei 20°C und eine Temperaturtoleranz von +197mΩ/–183mΩ im Fahrzeugtemperaturbereich von –40°C bis 85°C.
  • Für die übliche Länge der Zündkreisleitung von 20m Kupferlitze (10m Hinleitung Lp1, Lpn, LpF und 10m Rückleitung Lm1, Lmn, LmF) ergibt sich für den zukünftigen Standardquerschnitt von 0,35m2m ein typischer ohmscher Widerstand RL von 1114mΩ bei 20°C und eine Temperaturtoleranz von +282mΩ/–261mΩ im Fahrzeugtemperaturbereich von –40°C bis 85°C.
  • Für den Fahrerairbagzündkreis ZKF mit der Kupferwickelfeder 7 mit einem ohmschen Widerstand RWF von 0,6 Ω bei 20°C ergibt sich eine zusätzliche Temperaturtoleranz von +152m Ω/–140m Ω im Fahrzeugtemperaturbereich von –40°C bis 85°C.
  • Durch die Kenntnis der Längen der Zündkreisleitungen (Hinleitung Lp1, Lpn, LpF und Rückleitung Lm1, Lmn, LmF) lassen sich die, durch Temperaturänderung hervorgerufenen Widerstandsschwankungen kompensieren. Der Messwert RZK(i)_mess wird durch Gleichung (A1) in den kompensierten Widerstandswert RZK(i)_KA überführt. RZK(i)_KA1 = RZK(i)_mess – (RL(i)(20°C) × (ϑL_mess – 20°C) × α) (A1)
    • RZK(i)_mess:
    Messwert
    RZK(i)_KA1:
    kompensierter Widerstandswert
    RL(i)(20°C):
    Kupferwiderstand der Zündkreisleitung bei 20°C
    ϑL_mess:
    Temperatur der Kupferleitung in °Celsius
    α:
    Temperaturkoeffizient des Kupferwiderstandes = +0,0039/°C
  • Weist die Zündkreisleitung (Hin- und Rückleitung) für den zu messenden Zündkreis (i) eine Gesamtlänge l von 10m und einen Querschnitt A von 0,35mm2 auf, so folgt ein Leitungswiderstand RL(i)(20°C) von 557m Ω. Mit der zu jeweiligen Messung erfassten Temperatur ϑI im Fahrzeuginnenraum, welche etwa der Leitungstemperatur ϑL_mess entspricht, kann der Airbagsystemcontroller den Korrekturterm ((ϑL_mess – 20°C) × α) berechnen. Ist im Beispiel ϑL_mess = 50°C so folgt: 557m Ω × 30°C × 0,0039/°C = 65mΩ.
  • Wie aus 1 weiter ersichtlich ist, liest die Auswerte- und Steuereinheit 20A im ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Steuergeräts 10A die aktuelle Temperatur ⌷I im Fahrzeuginnenraum über die Kommunikationsschnittstelle 14 von einem externen Temperatursensor 5 ein. Durch Einlesen der Fahrzeuginnenraumtemperatur ⌷I steht die Innenraumtemperatur ⌷I als Einflussgröße der Zündkreiswiderstandsmessung zur Verfügung. Die Kommunikationsschnittstelle 14 kann beispielsweise eine LIN-, CAN-, FlexRay- und/oder Ethernet-Anbindung aufweisen.
  • Im ersten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Steuergeräts 10A schickt die Auswerte- und Steuereinheit 20A einen zeitlich begrenzten Messstrom zwischen 20mA und 100mA durch den jeweils zu überwachenden Zündkreis ZK1, ZKn und wertet eine Differenzspannung nach Signalaufbereitung, in der Regel Verstärkung, Filterung und Offsetkompensation aus. Der erhaltene Messwert RZK(i)_mess ist dem gesamten Schleifenwiderstand des Zündkreises ZK1, ZKn, ZKF proportional. Durch Einlesen der Fahrzeuginnenraumtemperatur ϑI, welche im Wesentlichen der Leitungstemperatur ϑL_mess entspricht, über die Kommunikationsschnittstelle 14 in zeitlicher Nähe zur Erfassung des Messwerts RZK(i)_mess, d.h. kurz vor oder kurz nach der Messwerterfassung, wird die Temperaturkompensation der Zündkreisleitungen entsprechend Gleichung (A1) ermöglicht. Die Nominalwerte RL(i)(20°C) der Leitungen sind beispielsweise im Festwertdatenspeicher 17 des Steuergeräts 10A abgelegt. Der Festwertspeicher 17 kann beispielsweise als EEPROM; FLASH usw. ausgeführt werden.
  • Die Methodik kann auch auf den Fahrerairbagzündkreis ZKF ausgeweitet werden. Dieser umfasst zusätzlich die Wickelfeder 7. Die Temperaturkompensation erfolgt dann gemäß Gleichung (A2): RZK(i)_KA2 = RZK(i)_mess – ((RL(i)(20°C) + RWF(20°)) × (ϑL_mess – 20°C) × α) (A2)
    • RZK(i)_mess:
    Messwert
    RZK(i)_KA2:
    kompensierter Widerstandswert
    RL(i)(20°C):
    Kupferwiderstand der Zündkreisleitung bei 20°C
    RWF(20°)
    Kupferwiderstand der Wickelfeder bei 20°C
    ϑL_mess:
    Temperatur der Kupferleitung in °Celsius
    α:
    Temperaturkoeffizient des Kupferwiderstandes = +0,0039/°C
  • Für den Fahrerairbagzündkreis ZKF wird im Festwertspeicher 17 der Summenwiderstand aus der Zündkreisleitung (Hinleitung ZKpF und Rückleitung ZKmF) und der Wickelfeder 7 bei 20°C gespeichert.
  • Eine weitere wichtige Größe stellt der ohmsche Widerstand der auf einer Leiterplatte des Steuergeräts 10A angeordneten Leiterbahnen Tp1, Tpn, TpF, Tm1, Tmn, TmF (Kupfertracks) in der Zündkreisplusanbindung und der Zündkreisminusanbindung dar. Auch die Temperaturabhängigkeit dieser Widerstände kann kompensiert werden und erhöht damit ebenso die Messgenauigkeit, bzw. lässt schmälere Leiterbahnanbindungen bei gleicher Genauigkeit zu. Hierzu wird die Steuergeräteinnentemperatur ⌷i(UB) ermittelt. Aus der Verlustleistung Pv_SG(UB) aller Komponenten und dem Wärmewiderstand RthSG_i_e eines Gehäuses des Steuergeräts 10A lässt sich auf die Innentemperatur ⌷i(UB) des Steuergeräts schließen. Insbesondere ist hierzu die Kenntnis der Versorgungsspannung UB wichtig, da die Verlustleistung Pv_SG(UB) im Steuergerät 10A eine Funktion dieser Spannung UB ist. Diese Funktion kann als Tabelle im Festwertspeicher 17 des Steuergeräts 10A oder als Datensatz abgelegt werden oder mit Kenntnis des Gehäusewärmewiderstands RthSG_i_e kann auch gleich die Funktion Temperaturdifferenz dϑi_e(SG) Steuergeräteinnenraum zu Außenraum in Abhängigkeit von der Steuergeräteversorgungspannung UB abgelegt werden.
  • Wie oben bereits ausgeführt ist, misst die Auswerte- und Steuereinheit 20A über den Analog-Digital-Wandler 22 die Versorgungsspannung UB in zeitlicher Nähe zur Erfassung des Messwerts RZK(i)_mess, d.h. kurz vor oder kurz nach der Messwerterfassung, und bestimmt mit Hilfe über eine im Festwertspeicher 17 abgelegte Tabelle für das jeweilige Steuergerät 10A die herrschende Temperaturdifferenz dϑi_e(UB) zur Steuergeräteumgebung. Zusammen mit der bereits bekannten Fahrzeuginnenraumtemperatur ϑI erfolgt dann die Kompensation der Temperatureffekte des Kupfers auf die Zündkreisleiterbahnen Tp1, Tpn, TpF, Tm1, Tmn, TmF im Steuergerät 10A und den externen Zündkreisleitungen Lp1, Lpn, LpF, Lm1, Lmn, LmF zur Zündpille ZP1, ZPn, ZPF ohne Kupferwickelfeder 7 nach Gleichung (B1) und mit Kupferwickelfeder 7 nach Gleichung (B2). RZK(i)_KB1 = RZK(i)_mess – (RL(i)(20°C) × (ϑL_mess – 20°C) × α) – (RT(i)(20°C) × (dϑi_e(UB) + ϑL_mess – 20°C) × α) (B1) RZK(i)_KB2 = RZK(i)_mess – ((RL(i)(20°C) + RWF(20°)) × (ϑL_mess – 20°C) × α) – (RT(i)(20°C) × (dϑi_e(UB) + ϑL_mess – 20°C) × α) (B2)
    • RZK(i)_mess:
    Messwert
    RZK(i)_KB1:
    kompensierter Widerstandswert
    RZK(i)_KB2:
    kompensierter Widerstandswert
    RL(i)(20°C):
    Kupferwiderstand der Zündkreisleitung bei 20°C
    RWF(20°)
    Kupferwiderstand der Wickelfeder bei 20°C
    ϑL_mess:
    Temperatur der Kupferleitung in °Celsius
    α:
    Temperaturkoeffizient des Kupferwiderstandes = +0,0039/°C
    RT(i)(20°C)
    Kupferwiderstand der Zündkreisleiterbahnen bei 20°C
    dϑi_e(UB)
    Temperaturdifferenz zur Steuergeräteumgebung
  • Wie aus 2 weiter ersichtlich ist, kann die Auswerte- und Steuereinheit 20B im zweiten Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Steuergeräts 10B die aktuelle Temperatur ⌷I im Fahrzeuginnenraum nicht über die Kommunikationsschnittstelle 14 von einem externen Temperatursensor 5 einlesen. D.h. es ist keine direkte Erfassung der Fahrzeuginnenraumtemperatur ⌷I möglich. In diesem Fall verwendet die Auswerte- und Steuereinheit 20B einen integrierten Temperatursensor 24, welcher eine interne Temperatur ϑj_mess an einem internen Anschluss („Die“) der Auswerte- und Steuereinheit 20B misst. In aller Regel verfügen System-ASICS aus Robustheitsgründen über solche Temperatursensoren 24. Mit der Kenntnis eines Wärmewiderstandes Rthj_A zwischen dem internen Anschluss („Die") der als ASIC ausgeführten Auswerte- und Steuereinheit 20B und der Umgebung der Auswerte- und Steuereinheit 20B sowie der Verlustleitung Pv_ASIC(UB) der Auswerte- und Steuereinheit 20b, kann die Auswerte- und Steuereinheit 20B durch die Messung der internen Temperatur ϑj_mess auf die Steuergeräteinnentemperatur ϑi(UB) gemäß Gleichung (C1) schließen. ϑi(UB) = ϑj_mess + (Pv_ASIC(UB) × RthJ_A) (C1) z.B. Rthj_A = 16K/W (für ein 128 Pin TQFPepad Package)
  • Da die Verlustleistung der Auswerte- und Steuereinheit 20B in der Regel eine Funktion der Versorgungspannung UB ist, kann der Term (Pv_ASIC(UB) × RthJ_A) als Tabelle im Festwertspeicher 17 des Steuergeräts 10B applikationsspezifisch abgelegt werden. Ist die Steuergeräteinnentemperatur ϑi(UB) ermittelt, lässt sich bei bekannter Verlustleistung Pv_SG(UB) aller Komponenten im Inneren des Steuergeräts 10B die herrschende Umgebungstemperatur ϑe über Gleichung (C2) bestimmen. Diese entspricht in etwa der Fahrzeuginnentemperatur ϑI bzw. lässt sich in diese überführen. Die Fahrzeuginnentemperatur ϑI entspricht wiederum der Leitungstemperatur ϑL. Hierzu benötigt man den Wärmewiderstand RthSG_i_e von der Steuergeräteinnenlufttemperatur zur Außenlufttemperatur für das gewählte Gehäuse des Steuergeräts 10B. Die Verlustleistung Pv_SG(UB) des Steuergerätes ist ebenfalls eine Funktion der Versorgungspannung UB des Steuergeräts. Daher lässt sich der Term (Pv_SG(UB) × RthSG_i_e) ebenso als Datensatz im Festwertspeicher 17 des Steuergeräts 10B ablegen. ϑe ≈ ϑI ≈ ϑL ≈ ϑi(UB) + (Pv_SG(UB)) × RthSG_i_e) (C2)
  • Zur jeweiligen Messwerterfassung RZK(i)_mess eines Zündkreiswiderstandes wird die Steuergeräteinnentemperatur ϑi(UB) entsprechend Gleichung (C1) unter Zuhilfenahme der im Festwertspeicher 17 gespeicherten Datensätze für den Term (Pv_ASIC(UB) × RthJ_A) bestimmt und zusätzlich über die Gleichung (C2) unter Zuhilfenahme der im Festwertspeicher 17 gespeicherten Datensätze für den Term (Pv_SG(UB) × RthSG_i_e) die Umgebungstemperatur des Steuergerätes 10B bestimmt. Damit lässt sich der Einfluss der Temperatur auf alle Kupferverbindungen in den Zündkreisen ZK1, ZKn ohne Wickelfeder 7 nach Gleichung (D1) und im Fahrerairbagzündkreis ZKF mit Wickelfeder 7 nach Gleichung (D2) kompensieren. RZK(i)_KD = RZK(i)_mess – (RL(i)(20°C) × (ϑL – 20°C) × α) – (RT(i)(20°C) × (ϑi(UB) × α) (D1) RZK(i)_KD = RZK(i)_mess – ((RL(i)(20°C) + RWF(20°)) × (ϑL – 20°C) × α) – (RT(i)(20°C) × (ϑi(UB) × α) (D2)
  • Auch eine vollständige Herausnahme der Kupferwiderstände aus dem Schleifenwiderstand RZK(i)_mess bei jeder Temperatur ist möglich. Dadurch konzentriert sich der Messwert nur noch auf die wichtigen Kontaktwiderstände und den Zündpillenwiderstand selbst. Hierfür sind aber andere obere und untere Grenzwerte seitens der Automobilhersteller erforderlich. Ein neuer oberer Grenzwert GNo kann beispielsweise mit 4Ω und ein neuer unterer Grenzwert GNu kann beispielsweise mit 1,2Ω vorgegeben werden. Diese wären aber einheitlich für jeden Zündkreis.
  • Unter Benutzung des Fahrzeuginnentemperatursensors 5 gilt mit Gleichung (D2) die nachfolgende Gleichung (E1): RZK(i)_KE1 = RZK(i)_mess – RL(i)(20°C) – ((RL(i)(20°C) + RWF(20°)) × (ϑL_mess – 20°C) × α) – RT(i)(20°C) – ((RT(i)(20°C) × (ϑi(UB) × α) (E1)
  • Unter Benutzung des internen Temperatursensors 24 gilt mit Gleichung (D2) die nachfolgende Gleichung (E2): RZK(i)_KE2 = RZK(i)_mess – RL(i)(20°C) – ((RL(i)(20°C) + RWF(20°)) × (ϑL – 20°C) × α) – RT(i)(20°C) – ((RT(i)(20°C) × (ϑi(UB) × α) (E2)
  • Hierbei wird der Kupferwiderstand RWF(20°C) bei den Zündkreisen ZK1, ZKn ohne Wickelfeder 7 auf den Wert „0“ gesetzt.
  • In den beschriebenen Ausführungsbeispielen wurde „Kupfer“ als Material für die Zuleitungen und Leiterbahnen verwendet. Die Ausführungen gelten mit angepassten materialspezifischen Parametern analog auch für andere geeignete Materialien, wie beispielsweise Aluminium oder Silber.
  • Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung stellen Steuergeräte für ein Rückhaltemittel in einem Fahrzeug zur Verfügung, welche in vorteilhafter Weise durch Bestimmung oder Verwendung der Innenraumtemperatur des Fahrzeugs und optional der Innentemperatur des Steuergeräts den massiven Einfluss der Temperatur auf den wichtigen Kupferwiderstand der Zuführungen zu den Zündpillen kompensieren. Durch Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Steuergeräte ist es möglich, ohne Einbuße an Überwachungsgenauigkeit und Aufweitung der Grenzwerte, kleinere Kupferaderquerschnitte im Zündkreis zu verwenden.
  • 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
    • DE 4432301 B4 [0003]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • DIN 1787 [0023]

Claims (10)

  1. Steuergerät für ein Rückhaltemittel in einem Fahrzeug mit einer Auswerte- und Steuereinheit (20A, 20B) und mindestens einer externen Zündkreisschnittstelle, an welcher eine Zündpille (ZP1, ZPn, ZPF) zum Aktiveren des Rückhaltemittels über eine Hinleitung (Lp1, Lpn, LpF) und eine Rückleitung (Lm1, Lmn, LmF) angeschlossen ist, wobei die Auswerte- und Steuereinheit (20A, 20B) zyklisch einen aktuellen ohmschen Schleifenwiderstand (RZK(i)_mess) des korrespondierenden Zündkreises (ZK1, ZKn, ZKF) durch Messung ermittelt und mit mindestens einem gespeicherten Schwellwert (G_o, G_u) vergleicht, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte- und Steuereinheit (20A, 20B) in zeitlicher Nähe zur Messwerterfassung zur Ermittlung des Zündkreisschleifenwiderstands (RZK(i)_mess) eine aktuelle Temperatur (ϑI) im Fahrzeuginnenraum bestimmt, wobei die Auswerte- und Steuereinheit (20A, 20B) mit der aktuellen Temperatur (ϑI) im Fahrzeuginnenraum eine Temperaturkompensation des ermittelten Zündkreisschleifenwiderstands (RZK(i)_mess) für die außerhalb des Steuergeräts (10A, 10B) angeordnete Hinleitung (Lp1, Lpn, LpF) und Rückleitung (Lm1, Lmn, LmF) des angeschlossenen Zündkreises (ZK1, ZKn, ZKF) durchführt.
  2. Steuergerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte- und Steuereinheit (20A) die aktuelle Temperatur (ϑI) im Fahrzeuginnenraum über eine Kommunikationsschnittstelle (14) von einem Temperatursensor (5) einliest.
  3. Steuergerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte- und Steuereinheit (20A, 20B) eine aktuelle Innentemperatur (ϑi(UB)) im Steuergerät (10A, 10B) bestimmt, wobei die Auswerte- und Steuereinheit (20A, 20B) mit der aktuellen Innentemperatur (ϑi(UB)) im Steuergerät (10A, 10B) eine Temperaturkompensation des ermittelten Zündkreisschleifenwiderstands (RZK(i)_mess) für eine innerhalb des Steuergeräts (10A, 10B) angeordnete erste Leiterbahn (Tp1, Tp2, TpF), welche die Auswerte- und Steuereinheit (20A, 20B) mit der Hinleitung (Lp1, Lpn, LpF) verbindet, und eine innerhalb des Steuergeräts (20A, 20B) angeordnete zweite Leiterbahn (Tm1, Tm2, TmF) durchführt, welche die Auswerte- und Steuereinheit (20A, 20B) mit der Rückleitung (Lm1, Lmn, LmF) verbindet.
  4. Steuergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte- und Steuereinheit (20A, 20B) über einen Analog-Digital-Wandler (22) eine aktuelle Versorgungsspannung erfasst.
  5. Steuergerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte- und Steuereinheit (20A, 20B) basierend auf der aktuellen Versorgungsspannung Verlustleistungen (Pv_SG(UB)) von innerhalb eines Gehäuses des Steuergeräts (10A, 10B) angeordneten Komponenten bestimmt.
  6. Steuergerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte- und Steuereinheit (20A, 20B) basierend auf der aktuellen Temperatur (ϑI) im Fahrzeuginnenraum und den ermittelten Verlustleistungen (Pv_SG(UB)) und einem Wärmewiderstand (RthSG_i_e) des Steuergerätegehäuses die aktuelle Innentemperatur (ϑi(UB)) im Steuergerät (10A, 10B) berechnet.
  7. Steuergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Auswerte- und Steuereinheit (20B) ein Temperatursensor (24) angeordnet ist, welcher eine interne Kontakttemperatur (ϑj_mess) innerhalb der Auswerte- und Steuereinheit (20B) erfasst.
  8. Steuergerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte- und Steuereinheit (20B) basierend auf der internen Kontakttemperatur (ϑj_mess) und der Verlustleistung (Pv_ASIC(UB)) der Auswerte- und Steuereinheit (20B) und einem Wärmewiderstand (RthJ_A) zwischen dem internen Kontakt der Auswerte- und Steuereinheit (20B) und dem Innenraum des Steuergerätes (10B) die aktuelle Innentemperatur (ϑi(UB)) im Steuergerät (10B) berechnet.
  9. Steuergerät nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Auswerte- und Steuereinheit (20B) basierend auf der aktuelle Innentemperatur (ϑi(UB)) im Steuergerät (10B) und den ermittelten Verlustleistungen (Pv_SG(UB)) und einem Wärmewiderstand (RthSG_i_e) des Steuergerätegehäuses die aktuelle Temperatur (ϑi) im Fahrzeuginnenraum berechnet.
  10. Steuergerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Festwertspeicher (17) Parameter und/oder Parameterkurven und/oder Parametertabellen gespeichert sind.
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