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Stand der Technik
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Ansteuern eines elektromagnetischen Aktors zum Aktivieren einer Personenschutzeinrichtung für ein Fahrzeug, auf ein entsprechendes Steuergerät, auf eine Aktivierungsvorrichtung zum Aktivieren einer Personenschutzeinrichtung für ein Fahrzeug, auf eine Aktivierungseinheit sowie auf ein entsprechendes Computerprogramm.
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Magnetische Aktuatoren zur Ansteuerung von Sicherheitseinrichtungen in Fahrzeugen können gemäß ihren technischen Daten für eine gewisse Zeit mit einer Spannung beaufschlagt werden, um aktiviert zu werden. Um einen maximal erlaubten Strom, der durch die magnetischen Aktuatoren fließen darf, nicht zu überschreiten, kann der Strom mithilfe elektronischer Komponenten geregelt werden. Während dieser Regelung können hohe Verlustleistungen in den elektronischen Komponenten umgesetzt werden.
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Offenbarung der Erfindung
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Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz ein Verfahren zum Ansteuern eines elektromagnetischen Aktors zum Aktivieren einer Personenschutzeinrichtung für ein Fahrzeug, weiterhin ein Steuergerät, das dieses Verfahren verwendet, eine Aktivierungsvorrichtung zum Aktivieren einer Personenschutzeinrichtung für ein Fahrzeug, eine Aktivierungseinheit sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogramm gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung.
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Der hier vorgestellte Ansatz schafft ein Verfahren zum Ansteuern eines elektromagnetischen Aktors zum Aktivieren einer Personenschutzeinrichtung für ein Fahrzeug, wobei das Verfahren folgende Schritte umfasst:
Einlesen eines ersten Messsignals, das einen ersten Messwert eines durch den Aktor fließenden Stroms repräsentiert, wenn der Aktor mit einer elektrischen Energiequelle verbunden ist;
Trennen des Aktors von der Energiequelle unter Verwendung des ersten Messsignals, wenn der erste Messwert eine vorbestimmte Abschaltschwelle erreicht;
Empfangen eines zweiten Messsignals, das einen zweiten Messwert eines durch den Aktor fließenden Stroms repräsentiert, wenn der Aktor von der Energiequelle getrennt ist; und
Wiederverbinden des Aktors mit der Energiequelle unter Verwendung des zweiten Messsignals, wenn der zweite Messwert eine vorbestimmte Anschaltschwelle erreicht, und/oder nach Ablauf einer vorbestimmten Abschaltdauer.
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Der elektromagnetische Aktor kann beispielsweise eine Spule und ein bewegliches Element aus einem magnetisierbaren Material umfassen. Die Spule kann ausgebildet sein, um durch einen Strompuls ein Magnetfeld zu erzeugen, das eine Kraft auf das bewegliche Element ausübt, durch die das bewegliche Element bewegt wird. Unter einer Personenschutzeinrichtung kann eine Rückhalteeinrichtung wie beispielsweise ein Airbag, ein Gurtstraffer oder eine sonstige Einrichtung in einem Fahrzeug verstanden werden, die geeignet ist, um die Sicherheit von Fahrzeuginsassen oder anderer Verkehrsteilnehmer zu erhöhen. Unter einem Fahrzeug kann ein Kraftfahrzeug verstanden werden. Unter einer elektrischen Energiequelle kann beispielsweise eine Batterie oder ein Kondensator verstanden werden. Insbesondere kann es sich bei der Energiequelle um einen von einer Fahrzeugbatterie getrennten zusätzlichen Energiespeicher handeln. Unter einer Abschaltschwelle kann eine maximal erlaubte Stromstärke verstanden werden. Beispielsweise kann der Aktor von der Energiequelle getrennt werden, wenn der erste Messwert die Abschaltschwelle überschreitet. Das zweite Messsignal kann einen Messwert eines durch Aktor fließenden Induktionsstroms repräsentieren. Unter einer Anschaltschwelle kann eine minimal erlaubte Stromstärke verstanden werden. Beispielsweise kann der Aktor wieder mit der Energiequelle verbunden werden, wenn der zweite Messwert die Anschaltschwelle unterschreitet.
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Der hier vorgeschlagene Ansatz beruht auf der Erkenntnis, dass ein Stromfluss in einem elektromagnetischen Aktor aufgrund einer Selbstinduktion des Aktors auch dann aufrechterhalten werden kann, wenn der Aktor kurzzeitig von seiner Stromquelle getrennt wird. Diese Selbstinduktion kann genutzt werden, um einen Stromverbrauch des Aktors beim Ansteuern einer Personenschutzeinrichtung deutlich zu reduzieren.
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Aktuelle magnetische Aktuatoren zur Ansteuerung von Sicherheitseinrichtungen in einem Fahrzeug werden hauptsächlich aus einer Fahrzeugbatterie gespeist. Da die Fahrzeugbatterie während eines Unfalls jedoch abgerissen oder zerstört werden kann und somit beispielsweise nicht mehr zur Versorgung eines Airbagsteuergeräts zur Verfügung steht, kann das Airbagsteuergerät einen eigenen Energiespeicher aufweisen, der das Airbagsteuergerät auch noch eine gewisse Zeit nach dem Verlust der Batterieversorgung mit Energie versorgt, um eine Aktivierung von Rückhaltemitteln wie etwa Airbags und Gurtstraffern zu ermöglichen. Aufgrund ihres recht hohen Energiebedarfs sind magnetische Aktuatoren in der Regel nicht an den Energiespeicher des Airbagsteuergeräts angeschlossen.
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Der vorliegende Ansatz schafft nun ein Verfahren, durch das magnetische Aktuatoren zur Ansteuerung von Sicherheitseinrichtungen in einem Fahrzeug energieeffizient angesteuert werden können. Dadurch kann verhindert werden, dass im Fall einer Aktivierung ein Großteil der Energie in den elektrischen Komponenten einer Ansteuerschaltung in Form von Verlustleistung umgewandelt wird und so nicht mehr für die Aktivierung weiterer Rückhaltemittel genutzt werden kann. Durch die Reduktion der Verlustleistung ist es möglich, die magnetischen Aktuatoren an einen steuergeräteeigenen Energiespeicher anzuschließen, ohne diesen wesentlich zu vergrößern. Somit stehen die Aktuatoren auch bei Verlust einer Batterieversorgung aus der Fahrzeugbatterie zur Verfügung, um die jeweiligen Sicherheitseinrichtungen zu aktivieren, wodurch die Sicherheit der Insassen erhöht werden kann.
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Das Verfahren kann mit einem Schritt des Ausgebens eines Aktivierungssignals zum Aktivieren der Personenschutzeinrichtung vorgesehen sein. Dabei kann in einem Schritt des Verbindens der Aktor unter Verwendung des Aktivierungssignals mit der Energiequelle verbunden werden. Dadurch, dass der Aktor im deaktivierten Zustand der Personenschutzeinrichtung stromlos geschaltet ist, kann ein durch den Aktor verursachter Stromverbrauch möglichst niedrig gehalten werden.
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Es ist ferner vorteilhaft, wenn im Schritt des Wiederverbindens das Wiederverbinden nach Ablauf einer vorbestimmten Aktivierungsdauer der Personenschutzeinrichtung unterdrückt wird. Unter einer vorbestimmten Aktivierungsdauer kann eine Zeitspanne verstanden werden, die die Personenschutzeinrichtung benötigt, um aktiviert zu werden, d. h., um ihre Schutzwirkung vollständig zu entfalten. Indem nun die Stromversorgung des Aktors nach der Aktivierung unterbrochen wird, kann Energie gespart werden, die somit im Bedarfsfall zur Aktivierung weiterer Personenschutzeinrichtungen oder zur erneuten Aktivierung der Personenschutzeinrichtung genutzt werden kann.
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Nachfolgend auf den Schritt des Wiederverbindens können die Schritte des Einlesens, Trennens, Empfangens und Wiederverbindens wiederholt durchgeführt werden. Dabei können die einzelnen Schritte zeitlich aufeinanderfolgend durchgeführt werden. Dadurch kann mit minimalem Stromverbrauch ein kontinuierlicher Stromfluss durch den Aktor während der Aktivierungsdauer aufrechterhalten werden.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann im Schritt des Trennens der Aktor von der Energiequelle getrennt werden, wenn der erste Messwert mindestens der Abschaltschwelle entspricht. Zusätzlich oder alternativ kann im Schritt des Wiederverbindens der Aktor wieder mit der Energiequelle verbunden werden, wenn der zweite Messwert höchstens der Anschaltschwelle entspricht. Dadurch lässt sich eine zuverlässige Erfassung eines Stromverlaufs in dem Aktor realisieren.
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Ferner ist es günstig, wenn die Abschaltschwelle einen höheren Stromwert repräsentiert als die Anschaltschwelle. Beispielsweise kann der Stromwert der Anschaltschwelle 25, 50 oder 75 Prozent eines Stromwerts der Abschaltschwelle entsprechen. Dadurch, dass die Abschaltschwelle deutlich höher als die Anschaltschwelle ist, können Ansteuerungsfehler infolge von Messschwankungen vermieden werden.
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Der vorgestellte Ansatz schafft ferner ein Steuergerät zum Ansteuern eines elektromagnetischen Aktors zum Aktivieren einer Personenschutzeinrichtung für ein Fahrzeug, wobei das Steuergerät folgende Merkmale aufweist:
eine Einleseeinheit zum Einlesen eines ersten Messsignals, das einen ersten Messwert eines durch den Aktor fließenden Stroms repräsentiert, wenn der Aktor mit einer elektrischen Energiequelle verbunden ist;
eine Trenneinheit zum Trennen des Aktors von der Energiequelle unter Verwendung des ersten Messsignals, wenn der erste Messwert eine vorbestimmte Abschaltschwelle erreicht;
eine Empfangseinheit zum Empfangen eines zweiten Messsignals, das einen zweiten Messwert eines durch den Aktor fließenden Stroms repräsentiert, wenn der Aktor von der Energiequelle getrennt ist; und
eine Wiederverbindungseinheit zum Wiederverbinden des Aktors mit der Energiequelle unter Verwendung des zweiten Messsignals, wenn der zweite Messwert eine vorbestimmte Anschaltschwelle erreicht, und/oder nach Ablauf einer vorbestimmten Abschaltdauer.
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Unter einem Steuergerät kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Das Steuergerät kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen des Steuergeräts beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.
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Dabei können die Trenneinheit und, alternativ oder zusätzlich, die Wiederverbindungseinheit ausgebildet sein, um einen Versorgungsspannungsschalter zum Koppeln des Aktors mit einem Versorgungsspannungsanschluss zu steuern. Ein Versorgungsspannungsschalter kann beispielsweise eine High-Side-Endstufe sein. Der Versorgungsspannungsanschluss kann mit der Energiequelle kontaktiert sein. Ein solcher Versorgungsspannungsschalter kann besonders kostengünstig bereitgestellt werden und ermöglicht eine zuverlässige Bestromung des Aktors.
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Von Vorteil ist auch, wenn die Einleseeinheit gemäß einer weiteren Ausführungsform ausgebildet ist, um das erste Messsignal von einer Strommesseinrichtung zum Messen eines durch den Aktor fließenden Stroms einzulesen. Zusätzlich oder alternativ kann die Empfangseinheit ausgebildet sein, um das zweite Messsignal von der Strommesseinrichtung zu empfangen. Beispielsweise kann die Strommesseinrichtung mit dem Aktor in Reihe geschaltet sein. Eine derartige Messanordnung lässt sich mit geringem Aufwand realisieren und ermöglicht eine präzise Messung eines durch den Aktor fließenden Stroms.
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Des Weiteren schafft der vorgeschlagene Ansatz eine Aktivierungsvorrichtung zum Aktivieren einer Personenschutzeinrichtung für ein Fahrzeug, wobei die Aktivierungsvorrichtung folgende Merkmale aufweist:
ein Steuergerät gemäß einer der hier beschriebenen Ausführungsformen;
einen Aktor;
einen Versorgungsspannungsschalter zum Koppeln des Aktors mit dem Versorgungsspannungsanschluss, wobei der Versorgungsspannungsschalter mit der Trenneinheit und/oder der Wiederverbindungseinheit des Steuergeräts gekoppelt ist; und
eine Strommesseinrichtung zum Messen eines durch den Aktor fließenden Stroms, wobei die Strommesseinrichtung mit der Einleseeinheit und/oder der Empfangseinheit des Steuergeräts gekoppelt ist.
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Eine derartige Aktivierungsvorrichtung ermöglicht die Aktivierung einer Personenschutzeinrichtung mit sehr niedrigen Verlustleistungen.
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Gemäß einer Ausführungsform kann der Aktor eine Induktivität mit einem ersten Anschluss und einem zweiten Anschluss aufweisen. Dabei können der erste Anschluss und der zweite Anschluss über eine Diode miteinander gekoppelt sein. Eine Diode kann beispielsweise eine zu dem Aktor parallel geschaltete Freilaufdiode sein. Durch die Diode können Schaltkreise des Steuergeräts vor Spannungsspitzen geschützt werden, die beim Ausschalten des Aktors aufgrund einer Induktivität des Aktors auftreten können.
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Ferner schafft der vorgeschlagene Ansatz eine Aktivierungseinheit, die ausgebildet ist, um ein Aktivierungssignal zum Aktivieren der Personenschutzeinrichtung an ein Steuergerät gemäß einer der hier beschriebenen Ausführungsformen auszugeben.
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Vorteilhafterweise kann die Aktivierungseinheit ausgebildet sein, um einen Massepotenzialschalter zum Koppeln des Aktors mit einem Massepotenzialanschluss zu steuern. Unter einem Massepotenzialschalter kann beispielsweise eine Low-Side-Endstufe verstanden werden. Dabei kann der Massepotenzialanschluss mit der Energiequelle kontaktiert sein. Dadurch kann ein Stromfluss durch den Aktor flexibel gesteuert werden.
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Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.
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Der hier vorgestellte Ansatz wird nachstehend anhand der beigefügten Zeichnungen beispielhaft näher erläutert. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer Aktivierungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
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2 ein Diagramm zur Darstellung verschiedener Signalverläufe während einer Ansteuerung eines elektromagnetischen Aktors in einem Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
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3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente verzichtet wird.
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1 zeigt eine schematische Darstellung einer Aktivierungsvorrichtung 100 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Aktivierungsvorrichtung 100 zum Aktivieren einer Personenschutzeinrichtung für ein Fahrzeug umfasst ein Steuergerät 102 mit einer Einleseeinheit 104, einer Trenneinheit 106, einer Empfangseinheit 108 und einer Wiederverbindungseinheit 110. Eine die Einheiten 104, 106, 108, 110 aufweisende Ansteuerschaltung kann auch als Logik für eine Auslöseentscheidung bezeichnet werden. Die Aktivierungsvorrichtung 100 weist ferner eine Strommesseinrichtung 112 auf, die ausgebildet ist, um einen durch einen elektromagnetischen Aktor 114 fließenden Strom zu messen. Der Aktor 114, auch Aktuator genannt, ist ausgebildet, um eine hier nicht gezeigte Personenschutzeinrichtung eines Fahrzeugs zu betätigen. Eine elektrische Energiequelle 115, hier ein Energiespeicher, ist ausgebildet, um eine zur Ansteuerung des Aktors 114 benötigte elektrische Energie bereitzustellen. Die Energiequelle 115 kann auch zur Energieversorgung des Steuergeräts 102 dienen. Beispielhaft ist die Strommesseinrichtung 112 zwischen dem Aktor 114 und der Energiequelle 115 angeordnet.
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Die Einleseeinheit 104 ist ausgebildet, um von der Strommesseinrichtung 112 ein erstes Messsignal 116 einzulesen. Das erste Messsignal 116 repräsentiert einen Messwert eines Stroms, der durch den Aktor 114 fließt, wenn der Aktor 114 elektrisch leitfähig mit der Energiequelle 115 verbunden ist. Die Trenneinheit 106 ist ausgebildet, um von der Einleseeinheit 104 das erste Messsignal 116 zu empfangen und unter Verwendung des ersten Messsignals 116 ein Trennsignal 118 bereitzustellen, wenn der Messwert des durch den eingeschalteten Aktor 114 fließenden Stroms eine vorbestimmte Abschaltschwelle erreicht. Die Abschaltschwelle kann beispielsweise in dem Steuergerät 102 eingespeichert sein. Je nach Ausführungsform ist die Trenneinheit 106 alternativ oder zusätzlich mit einer Zeitsteuerung realisiert, die dazu dient, das Trennsignal 118 nach Ablauf einer vorbestimmten Abschaltdauer bereitzustellen, während der der Aktor 114 mindestens ausgeschaltet sein muss, bevor er wieder eingeschaltet werden kann.
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Die Aktivierungsvorrichtung 100 ist ferner mit einem Versorgungsspannungsschalter 120, hier einer High-Side-Endstufe, ausgeführt, der mit einem Versorgungsspannungsanschluss 121 kontaktiert ist. Beispielhaft ist der Versorgungsspannungsschalter 120 zwischen der Energiequelle 115 und der Strommesseinrichtung 112 angeordnet ist, wobei der Versorgungsspannungsanschluss 121 von der Energiequelle 115 gespeist ist.
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Der Versorgungsspannungsschalter 120 dient der Steuerung eines Stromflusses zwischen der Energiequelle 115 und dem Aktor 114. Dazu ist der Versorgungsspannungsschalter 120 ausgebildet, um das Trennsignal 118 von der Trenneinheit 106 zu empfangen und ansprechend auf das Empfangen des Trennsignals 118 die Energiequelle 115 von dem Aktor 114 trennen.
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Aufgrund einer Selbstinduktion des Aktors 114 fließt bei geöffnetem Versorgungsspannungsschalter 120 weiterhin ein Induktionsstrom durch den Aktor 114. Gemäß diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Aktivierungsvorrichtung 100 eine Diode 122, etwa eine Freilaufdiode, die einen ersten Anschluss 123 mit einem zweiten Anschluss 124 des Aktors 114 elektrisch leitfähig verbindet und dazu dient, Spannungsspitzen im ausgeschalteten Zustand des Aktors 114 infolge der Selbstinduktion zu vermeiden.
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Die Strommesseinrichtung 112 ist ausgebildet, um während des ausgeschalteten Zustands des Aktors 114 ein zweites Messsignal 126 auszugeben. Das zweite Messsignal 126 repräsentiert somit einen Messwert des durch den Aktor 114 Induktionsstroms. Die Empfangseinheit 108 ist ausgebildet, um das zweite Messsignal 126 zu empfangen und an die Wiederverbindungseinheit 110 zu übertragen. Die Wiederverbindungseinheit 110 ist ausgebildet, um unter Verwendung des zweiten Messsignals 126 ein Wiederverbindungssignal 128 an den Versorgungsspannungsschalter 120 zu senden, sofern der durch das zweite Messsignal 126 repräsentierte Messwert eine vorbestimmte Anschaltschwelle erreicht, der wie die Abschaltschwelle in dem Steuergerät 102 hinterlegt sein kann. Entsprechend ist der Versorgungsspannungsschalter 120 ausgebildet, um unter Verwendung des Wiederverbindungssignals 128 die elektrische Verbindung zwischen der Energiequelle 115 und dem Aktor 114 wiederherzustellen. Dadurch steigt der an dem Aktor 114 anliegende Strom erneut an. Wird nun mittels der Strommesseinrichtung 112 festgestellt, dass erneut die Abschaltschwelle erreicht ist, so kann der Versorgungsspannungsschalter 120 über die Einleseeinheit 104 und die Trenneinheit 106 ein weiteres Mal auf die vorangehend beschriebene Weise angesteuert werden, um die Energiequelle 115 wieder von dem Aktor 114 zu trennen.
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Zusätzlich ist in 1 eine Aktivierungseinheit 130 dargestellt. Die Aktivierungseinheit 130 ist ausgebildet, um im Fall einer Aktivierung der Personenschutzeinrichtung, etwa bei einem drohenden Aufprall des Fahrzeugs, ein eine Auslöseentscheidung repräsentierendes Aktivierungssignal 132 bereitzustellen. Dazu kann die Aktivierungseinheit 130 beispielsweise mit entsprechenden Umfeld- und Beschleunigungssensoren des Fahrzeugs gekoppelt sein. Die Aktivierungseinheit 130 kann alternativ als Komponente des Steuergeräts 102 realisiert sein. Eine Verbindungseinheit 134 des Steuergeräts 102 ist ausgebildet, um unter Verwendung des Aktivierungssignals 132 ein Verbindungssignal 136 zu erzeugen und an den Versorgungsspannungsschalter 120 bereitzustellen. Der Versorgungsspannungsschalter 120 ist ausgebildet, um unter Verwendung des Verbindungssignals 136 erstmalig eine Versorgungsspannung an den Aktor 114 anzulegen. Hierauf wird der Aktor 114 auf die weiter oben beschriebene Weise angesteuert, um die Personenschutzeinrichtung möglichst energiesparend zu aktivieren.
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Die Aktivierungseinheit 130 ist gemäß diesem Ausführungsbeispiel ausgebildet, um zusätzlichen einen Massepotenzialschalter 141 anzusteuern, der mit einem Massepotenzialanschluss 142 kontaktiert ist. Ebenso ist die Energiequelle 115 mit dem Massepotenzialanschluss 142 verbunden. Der Massepotenzialschalter 140 ist ausgebildet, um den Aktor 114 mit dem Massepotenzialanschluss 142 zu koppeln.
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Gemäß einem Ausführungsbeispiel ist der Aktor 114 wie ein Elektromagnet, d. h. mit einer Spule, ausgeführt. Bei einer Ansteuerung des Aktors 114 wird durch einen Strompuls ein Magnetfeld in der Spule erzeugt. Dieses Magnetfeld übt eine Kraft auf ein magnetisierbares Material aus, das sich hierauf in dem Magnetfeld bewegt. Durch die Bewegung kann beispielsweise eine Haltevorrichtung entsichert werden, durch die eine unter mechanischer Spannung stehende Sicherheitseinrichtung im Fahrzeug ausgelöst wird. Die Spule der Elektromagneten kann mit der Freilaufdiode 122 parallel geschaltet sein.
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Nachdem das Steuergerät 102, basierend auf Sensordaten, eine Aktivierungsentscheidung getroffen hat, werden sowohl die High-Side-Endstufe 120 als auch die Low-Side-Endstufe 141 angesteuert. Dabei ist eine auf der High Side befindliche Logik, die die Einheiten 104, 106, 108, 110, 134 umfassen kann, ausgebildet, um die High-Side-Endstufe 120 anzusteuern, wenn verschiedene Startbedingungen wie beispielsweise „Auslöseentscheidung getroffen“ oder „gemessener Strom kleiner als maximal erlaubter Strom“ erfüllt sind. Diese Startbedingungen können je nach Ausführungsform variieren.
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Hierdurch wird ein Stromfluss durch den Aktor 114 mit induktivem Charakter gestartet. Eine aktuell anliegende Stromstärke wird mithilfe einer Einrichtung 112 zum Messen von Strom ermittelt, weiter oben auch Strommesseinrichtung genannt. Bei Erreichen einer maximalen Stromstärke wird dies der Logik gemeldet, die daraufhin die High-Side-Endstufe 120 wieder abschaltet. Aufgrund der Induktivität und der Freilaufdiode 122 im Aktor, die alternativ auch im Steuergerät 102 angeordnet sein kann, wird der Stromfluss durch den Aktor 114 aufrechterhalten. In diesem Betriebsmodus wird keine Energie aus dem Energiespeicher 115 des Steuergeräts 102 entnommen. Bei Unterschreiten einer Stromschwelle bzw. nach Ablauf einer definierten Zeit wird die High-Side-Endstufe 120 durch die Logik wieder eingeschaltet, sodass der Aktor 114 wieder Strom aus dem Energiespeicher 115 bezieht, bis erneut die Abschaltstromschwelle erreicht wird. Die Sequenz kann nun von Neuem beginnen.
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Nach Ablauf der in Abhängigkeit von einem Aktortyp definierten Zeit, die zum Aktivieren benötigt wird, wird die Auslöseentscheidung für die High-Side-Endstufe 120 wieder zurückgenommen. Aufgrund der Logik wird die High-Side-Endstufe 120 jetzt auch bei Unterschreiten der Stromschwelle nicht mehr eingeschaltet, wie nachfolgend anhand von 2 näher erläutert. Der Strom geht aufgrund der Induktivität, der Freilaufdiode 122 und der immer noch geöffneten Low-Side-Endstufe 141 auf null zurück. Wenn kein Strom mehr fließt, wird auch die Auslöseentscheidung für die Low-Side-Endstufe 141 zurückgenommen.
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Auf diese Weise wird nur so viel Energie aus dem Energiespeicher 115 entnommen, wie der Aktor 114 zur Aktivierung der Sicherheitseinrichtung benötigt. Die dabei entstehenden Verluste sind minimal, da nur sehr wenig Energie in Wärme umgewandelt wird. Somit steht dem System ausreichend Energie zur Aktivierung anderer Rückhaltemittel zur Verfügung.
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Aufgrund des sehr effizienten Umgangs mit der im Energiespeicher 115 gespeicherten Energie ist es wiederum möglich, einen entsprechend kleineren Energiespeicher zur Ansteuerung des Aktors 114 zu verwenden. Dadurch können Herstellungskosten eingespart werden.
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2 zeigt ein Diagramm zur Darstellung verschiedener Signalverläufe während einer Ansteuerung eines elektromagnetischen Aktors in einem Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die jeweiligen x-Achsen der Signalverläufe sind übereinander angeordnet und einer Zeit t zugeordnet. Bei dem Verfahren handelt es sich beispielsweise um ein Verfahren, wie es nachfolgend anhand von 3 näher beschrieben ist.
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Die Ansteuerung des Aktors beginnt zu einem Zeitpunkt t0, zu dem ein erstes Auslösesignal 200 erzeugt wird, das eine Auslöseentscheidung zum Auslösen einer Low-Side-Endstufe, etwa eines Massepotenzialschalters, wie er anhand von 1 beschrieben ist, repräsentiert. Dabei steigt ein Pegel des ersten Auslösesignals 200 sprunghaft von null auf einen konstanten Wert an.
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Zu einem dem Zeitpunkt t0 nachfolgenden Zeitpunkt t1 wird ein zweites Auslösesignal 202 erzeugt, das eine Auslöseentscheidung zum Auslösen einer High-Side-Endstufe, etwa eines Versorgungsspannungsschalters, wie er anhand von 1 beschrieben ist, repräsentiert. Beispielsweise handelt es sich bei dem zweiten Auslösesignal 202 um ein anhand von 1 beschriebenes Aktivierungssignal.
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Zwischen dem Zeitpunkt t1 und einem dem Zeitpunkt t1 nachfolgenden Zeitpunkt t2 liegt das Verbindungssignal 136 an, um den Aktor mittels der High-Side-Endstufe erstmalig mit der Energiequelle zu verbinden. Während eines Zeitraums zwischen den Zeitpunkten t1, t2 steigt ein Stromverlauf 204 durch den Aktor stark an, bis er zum Zeitpunkt t2 eine maximale Stromschwelle 205 erreicht, auch Abschaltschwelle genannt. Bei Erreichen der maximalen Stromschwelle 205 wird der Aktor abgeschaltet. Dabei fällt ein Pegel des Verbindungssignals 136 sprunghaft auf null ab.
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Ansprechend auf das Erreichen der maximalen Stromschwelle 205 wird zum Zeitpunkt t2 das zweite Messsignal 126 als Ausgangssignal zu einer Strommessung im Aktor erzeugt, um einen durch den ausgeschalteten Aktor fließenden Induktionsstrom zu messen. Ein Pegel des zweiten Messsignals 126 ist während eines Zeitraums zwischen dem Zeitpunkt t2 und einem dem Zeitpunkt t2 nachfolgenden Zeitpunkt t3 konstant. Während dieses Zeitraums sinkt der Stromverlauf 204 allmählich ab, bis er zum Zeitpunkt t3 eine minimale Stromschwelle 206 erreicht, auch Anschaltschwelle genannt. Ansprechend auf das Erreichen der minimalen Stromschwelle 206 fällt der Pegel des zweiten Messsignals 126 sprunghaft auf null ab und bleibt bis zu einem dem Zeitpunkt t3 nachfolgenden Zeitpunkt t4 auf null.
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Zum Zeitpunkt t3 wird das Wiederverbindungssignal 128 erzeugt, um den Aktor wieder mit der Energiequelle zu verbinden. Ein Pegel des Wiederverbindungssignals 128 ist während eines Zeitraums zwischen den Zeitpunkten t3, t4 konstant. Während dieses Zeitraums erfolgt eine Energieentnahme aus der Energiequelle. Alternativ wird das Wiederverbindungssignal 128 nach Ablauf einer vorgegebenen Zeitspanne Δt erzeugt, die hier einem zeitlichen Abstand zwischen den Zeitpunkten t2, t3 entspricht. Bei Anliegen des Wiederverbindungssignals 128 steigt der Stromverlauf 204 deutlich schneller an, als er zuvor gesunken ist, bis er zum Zeitpunkt t4 erneut die maximale Stromschwelle 205 erreicht. Bei Erreichen der maximalen Stromschwelle 205 zum Zeitpunkt t4 fällt der Pegel des Wiederverbindungssignals 128 sprunghaft auf null ab. Dabei wird der Aktor von der Energiequelle getrennt. Gleichzeitig steigt der Pegel des zweiten Messsignals 126 erneut sprunghaft an. Dabei wird wiederum der durch den Aktor fließende Induktionsstrom gemessen.
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Ferner sind in 2 die Signalverläufe jeweils zu weiteren Zeitpunkten t6 bis t13 dargestellt, die den Zeitpunkten t0 bis t5 nachfolgen. Dabei entsprechen die Signalverläufe zwischen den Zeitpunkten t6, t7, zwischen den Zeitpunkten t8, t9, zwischen den Zeitpunkten t10, t11 sowie zwischen den Zeitpunkten t12, t13 jeweils den Signalverläufen, wie sie weiter oben beispielhaft anhand des Zeitraums zwischen den Zeitpunkten t4, t5 beschrieben sind. Die Signalverläufe zwischen den Zeitpunkten t5, t6, zwischen den Zeitpunkten t7, t8, zwischen den Zeitpunkten t9, t10 sowie zwischen den Zeitpunkten t11, t12 entsprechen hingegen jeweils den Signalverläufen, wie sie weiter oben beispielhaft anhand des Zeitraums zwischen den Zeitpunkten t3, t4 beschrieben sind.
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Zu einem Zeitpunkt, der in 2 beispielhaft zwischen den Zeitpunkten t12, t13 liegt, ist die Personenschutzeinrichtung vollständig aktiviert. Zu diesem Zeitpunkt fällt der Pegel des zweiten Auslösesignals 202 sprunghaft auf null ab. Dadurch wird ein erneutes Ausgeben des Wiederverbindungssignals 128 nachfolgend auf den Zeitpunkt t12 unterdrückt. Somit sinkt der Stromverlauf 204 auch nach Erreichen der minimalen Stromschwelle 206 zum Zeitpunkt t13 weiter unter die minimale Stromschwelle 206 ab.
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Zu einem dem Zeitpunkt t13 nachfolgenden Zeitpunkt tn fällt auch der Pegel des ersten Auslösesignals 200 sprunghaft auf null ab. Der Stromverlauf 204 ist zum Zeitpunkt tn ebenfalls auf null abgesunken.
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3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens 300 gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Das Verfahren 300 zum Ansteuern eines elektromagnetischen Aktors zum Aktivieren einer Personenschutzeinrichtung für ein Fahrzeug wird beispielsweise von den Einheiten eines Steuergeräts, wie es anhand der 1 und 2 beschrieben ist, durchgeführt. Dabei wird in einem Schritt 302 ein erstes Messsignal eingelesen, das einen ersten Messwert eines durch den Aktor fließenden Stroms repräsentiert, wenn der Aktor mit einer elektrischen Energiequelle verbunden ist. Nachfolgend auf den Schritt 302 wird in einem weiteren Schritt 304 der Aktor von der Energiequelle unter Verwendung des ersten Messsignals getrennt, wenn der erste Messwert eine vorbestimmte Abschaltschwelle erreicht. Gemäß einem Ausführungsbeispiel wird der Aktor getrennt, wenn der erste Messwert mindestens der Abschaltschwelle entspricht. In einem Schritt 306 wird nun ein zweites Messsignal empfangen, das einen zweiten Messwert eines durch den Aktor fließenden Stroms repräsentiert, wenn der Aktor von der Energiequelle getrennt ist. Wenn der zweite Messwert eine vorbestimmte Anschaltschwelle erreicht, wird der Aktor in einem Schritt 308 unter Verwendung des zweiten Messsignals erneut mit der Energiequelle verbunden. Zusätzlich oder alternativ zum Erreichen der Anschaltschwelle erfolgt das Wiederverbinden des Aktors nach Ablauf einer vorbestimmten Abschaltdauer des Aktors. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel wird der Aktor wieder verbunden, wenn der zweite Messwert höchstens der Anschaltschwelle entspricht.
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Die Schritte 302, 304, 306, 308 können so lange nacheinander wiederholt werden, bis eine vorbestimmte Aktivierungsdauer der Personenschutzeinrichtung abgelaufen ist. Beispielsweise wird nach Ablauf der Aktivierungsdauer im Schritt 308 das Wiederverbinden des Aktors mit der Energiequelle unterdrückt.
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Die beschriebenen und in den Figuren gezeigten Ausführungsbeispiele sind nur beispielhaft gewählt. Unterschiedliche Ausführungsbeispiele können vollständig oder in Bezug auf einzelne Merkmale miteinander kombiniert werden. Auch kann ein Ausführungsbeispiel durch Merkmale eines weiteren Ausführungsbeispiels ergänzt werden.
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Ferner können die hier vorgestellten Verfahrensschritte wiederholt sowie in einer anderen als in der beschriebenen Reihenfolge ausgeführt werden.
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Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine „und/oder“ -Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.
