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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung eines Energiereservekondensators eines Steuergeräts eines Sicherheitssystems für ein Kraftfahrzeugs. Die Erfindung betrifft ferner ein Steuergerät eines Sicherheitssystems für ein Kraftahrzeug mit einer Schaltungsanordnung zur Überwachung eines Energiereservekondensators, welche zum Durchführen eines derartigen Verfahrens ausgelegt ist.
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Seit vielen Jahren sind in Fahrzeugen Personenschutzmittel, wie insbesondere ein als Rückhaltesystem ausgestaltetes passives Sicherheitssystem, für den Schutz der Insassen eines Kraftfahrzeugs bei einem Unfall bekannt, wodurch Verletzungen der Insassen möglichst verhindert oder deren Schwere zumindest reduzieret werden sollen. Üblicherweise kommen hierbei Airbags oder Gurtstraffer zum Einsatz. Als Steuereinrichtung für ein solches Sicherheitssystem werden Steuergeräte verwendet.
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An ein solches Steuergerät für ein Sicherheitssystem eines Kraftfahrzeugs sind hohe Anforderung hinsichtlich seiner Funktionssicherheit gestellt, insbesondere im Falle eines zur Auslösung des Sicherheitssystems führenden Unfalles. Hierzu ist es insbesondere erforderlich, dass die Stromversorgung solcher Steuergeräte in allen auftretenden Situationen, wie beispielsweise einem starken Abfall der Batteriespannung der Kraftfahrzeugbatterie, einem Ausfall der Kraftfahrzeugbatterie oder einem Abriss der Verbindung zur Kraftfahrzeugbatterie sichergestellt ist.
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In dem Steuergerät ist daher regelmäßig zumindest ein Energiereservekondensator mit einer gewissen Kapazität vorhanden, der zur Speicherung einer Energiemenge und als Reserveenergiequelle dient, falls die Energieversorgung durch die Kraftfahrzeugbatterie, die unter normalen Betriebszuständen Strom liefert, ausfallen oder eingeschränkt sein sollte. Der Energiereservekondensator wird dabei zunächst von der Kraftfahrzeugbatterie geladen, und das Steuergerät wird dann vom Energiereservekondensator mit Strom versorgt, wenn beispielsweise die Kraftfahrzeugbatterie ausfällt. Bei einem Leistungsausfall der Kraftfahrzeugbatterie, oder generell der primären Energiequelle, wird auf diese Weise sichergestellt, dass das Sicherheitssystem noch seine primären Funktionen ausführen kann.
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Dazu muss in dem Energiereservekondensator eine ausreichend große Energiemenge speicherbar sein. Da die Kapazität in dem Energiereservekondensator aus Platz- und Kostengründen nicht beliebig erhöht werden kann, werden die Energiespeicher auf ein erhöhtes Potential, beispielsweise 22 V - 45 V, aufgeladen, um auf diese Weise eine größere nutzbare Energiemenge in dem Energiereservekondensator speichern zu können, als dies bei den typischen Versorgungspotentialen von beispielsweise 9 V - 18 V der primären Energiequelle möglich wäre.
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Aus dem Stand der Technik ist zudem bekannt, den Energiereservekondensator, insbesondere dessen Kapazität, zu überwachen, um die Funktionsfähigkeit des Energiereservekondensators zu prüfen, d.h., um festzustellen, ob der Energiereservekondensator normal arbeitet oder nicht.
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Vor diesem Hintergrund ist es nun Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zur Überwachung eines Energiereservekondensators eines Steuergeräts eines Sicherheitssystems für ein Kraftfahrzeug sowie ein entsprechendes Steuergerät anzugeben, welches eine zuverlässige Überwachung ermöglicht.
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Die vorstehende Aufgabe wird durch die gesamte Lehre des Anspruchs 1 sowie des nebengeordneten Anspruchs 6 gelöst. Zweckmäßige Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung dargelegt.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Überwachung eines Energiereservekondensators eines Steuergeräts eines Sicherheitssystems für ein Kraftfahrzeug wird der Energiereservekondensator mittels einer von einer Kraftfahrzeugbatteriespannung abgeleiteten Ladespannung für den Betrieb des Sicherheitssystems in einem Autarkiefall aufgeladen und es wird eine Kapazität des Energiereservekondensators basierend auf einem Entladen des Energiereservekondensators über eine Last bestimmt. Dabei wird zu Beginn der Entladung eine erste Energiereservespannung und am Ende der Entladung eine zweite Energiereservespannung an dem Energiereservekondensator gemessen und basierend auf der ersten Energiereservespannung und der zweiten Energiereservespannung wird eine Spannungsdifferenz ermittelt. Während einer Entladungszeit wird ein Entladestrom ermittelt und über die Entladungszeit integriert, wobei die Kapazität anhand des über die Entladungszeit integrierten Entladestroms und der Spannungsdifferenz bestimmt wird.
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Die Erfindung geht dabei zunächst von der Überlegung aus, dass die Überwachung des Energiereservekondensators bereits innerhalb eines einzigen Power-On-Zyklus des Steuergeräts ermöglicht und abgeschlossen sein muss, um einen eventuell vorliegenden Fehler, insbesondere eine zu geringe Kapazität, bereits frühzeitig erkennen und qualifizieren zu können. Die Erfindung geht weiter von der Überlegung aus, dass für eine derartige Überwachung und Erkennung bzw. Qualifizierung eines eventuellen Fehlers Wiederholungen der entsprechenden Messungen während eines Power-On-Zyklus ermöglicht sein müssen. Daher sieht die Erfindung vor, dass zur Überwachung des Energiereservekondensators die Kapazität des Energiereservekondensators basierend auf dem Entladen des Energiereservekondensators über eine Last bestimmt wird, wobei zu Beginn der Entladung eine erste Energiereservespannung und am Ende der Entladung eine zweite Energiereservespannung an dem Energiereservekondensator gemessen und basierend auf der ersten Energiereservespannung und der zweiten Energiereservespannung eine Spannungsdifferenz ermittelt wird, wobei während einer Entladungszeit ein Entladestrom ermittelt und über die Entladungszeit integriert wird, und wobei die Kapazität anhand des über die Entladungszeit integrierten Entladestroms und der Spannungsdifferenz bestimmt wird.
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Die erfindungsgemäße Ausgestaltung hat den Vorteil, dass dadurch ein Verfahren bereitgestellt wird, das eine zuverlässige Überwachung des Energiereservekondensators ermöglicht. Damit kann insgesamt eine sichere Funktion des Steuergeräts in einem Autarkiefall gewährleistet werden.
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Im Rahmen der Erfindung ist unter einem Steuergerät ein elektrisches Gerät zu verstehen, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon ein Sicherheitssystem ansteuert. Unter einem Sicherheitssystem ist vorliegend sowohl ein passives Sicherheitssystem, wie beispielsweise Airbags oder Gurtstraffer, als auch ein aktives Sicherheitssystem, wie beispielsweise eine elektronische Stabilitätsregelung oder einer Antischlupfregelung, zu verstehen.
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Unter einer von einer Kraftfahrzeugbatteriespannung abgeleiteten Ladespannung wird vorliegend eine Spannung, die sich direkt von der Kraftfahrzeugbatterie ableitet, verstanden. Dabei wird die Ausgangsspannung der Kraftfahrzeugbatterie insbesondere mittels eines Spannungsaufwärtswandlers auf eine Ladespannung mit einem gegenüber dem Spannungswert der Ausgangsspannung erhöhten Spannungswert, beispielsweise auf einen Spannungswert im Bereich von 22 V - 45 V, angehoben.
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Der Energiereservekondensator ist ein Kondensator, der mit der Ladespannung, die am Ausgang des Spannungsaufwärtswandlers anliegt, für den Betrieb des Sicherheitssystems in einem Autarkiefall aufgeladen wird, wobei unter einem Autarkiefall ein Fall verstanden wird, wenn die Versorgung durch die Kraftfahrzeugbatterie, beispielsweise in Folge eines Unfalls, abbricht. Bei dem Kondensator kann es sich insbesondere um einen Elektrolytkondensator handeln, wobei auch ein anderer Kondensatortyp möglich ist.
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Das Verfahren kann angewendet werden zur Überwachung eines Energiereservekondensators, aber auch zur Überwachung mehrerer Energiereservekondensatoren, d.h. wenn das Steuergerät einen Energiereservekondensator aufweist, aber auch, wenn das Steuergerät mehrere Energiereservekondensatoren aufweist.
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Bei dem Entladen kann es sich um eine vollständige oder nur teilweise Entladung des Energiereservekondensators handeln. Bei einer vollständigen Entladung wird somit die zweite Energiereservespannung am Ende der (vollständigen) Entladung gemessen und bei einer lediglich teilweisen Entladung am Ende der teilweisen Entladung. Die Entladungszeit ist die Zeit vom Beginn der Entladung bis zum Ende der vollständigen oder teilweisen Entladung. Vorzugsweise wird zur Entladung die Last über einen MOSFET gegen Masse geschaltet.
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Bei der ersten Energiereservespannung und der zweiten Energiereservespannung handelt es sich vorzugsweise jeweils um eine absolute Spannung.
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Vorteilhafterweise wird über den über die Entladungszeit integrierten Entladestrom die elektrische Ladung, genauer die elektrische Ladungsänderung, ermittelt und basierend auf der elektrischen Ladung bzw. Ladungsänderung und der ermittelten Spannungsdifferenz wird über die Beziehung C = ΔQ / ΔU, wobei C die Kapazität, ΔQ die elektrische Ladungsänderung und ΔU die Spannungsdifferenz ist, die Kapazität des Energiereservekondensators bestimmt.
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Die Bestimmung der Kapazität des Energiereservekondensators und die dafür zugrundeliegenden Messungen und Ermittlungen können während eines Power-On-Zyklus (beliebig oft) wiederholt, also mehrmals durchgeführt, werden.
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In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Last als ein Entladewiderstand ausgebildet, wobei während der Entladungszeit ein Spannungsabfall an dem Entladewiderstand, vorzugsweise zyklisch, gemessen und basierend darauf der Entladestrom ermittelt wird. Durch die Entladung über einen, vorteilhafterweise eng tolerierten, Entladewiderstand und eine Messung des Spannungsabfalls am Entladewiderstand können der Entladestrom und folglich die Kapazität des Energiereservekondensators sehr genau bestimmt werden.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird dabei der Spannungsabfall über einen Differenzverstärker, vorteilhafterweise unter Verwendung eines dem Differenzverstärker nachgeschalteten Analog-Digitalwandlers, gemessen.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform ist die Ladespannung während der Entladungszeit deaktiviert, d.h. es findet während der Entladungszeit insbesondere keine Aufladung des Energiereservekondensators statt.
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In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform werden die erste Energiereservespannung und die zweite Energiereservespannung über einen dem Energiereservekondensator parallel geschalteten Spannungsteiler gemessen. Bei Verwendung eines Differenzverstärkers mit einer geeigneten Differenzverstärkung und eines nachgeschalteten Analog-Digital-Wandlers kann die Spannungsdifferenz auch am Analog-Digital-Wandler gemessen werden.
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Ferner umfasst die vorliegende Erfindung ein Steuergerät eines Sicherheitssystems für ein Kraftfahrzeugs mit einer Schaltungsanordnung zur Überwachung eines Energiereservekondensators. Dabei ist die Schaltungsanordnung zum Durchführen eines erfindungsgemäßen Verfahrens ausgelegt ist.
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Die für das erfindungsgemäße Verfahren beschriebenen Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen gelten entsprechend auch für das erfindungsgemäße Steuergerät.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
- 1 in einer schematischen Darstellung eine Schaltungsanordnung zur Überwachung eines Energiereservekondensators eines Steuergeräts eines Sicherheitssystems eines Kraftfahrzeugs, und
- 2 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens zum Betreiben der Schaltungsanordnung aus 1.
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Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren stets mit gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Schaltungsanordnung 1 zur Überwachung eines Energiereservekondensators 2 eines Steuergeräts eines als Airbagsystem ausgestalteten Sicherheitssystems eines Kraftfahrzeugs. Die Schaltungsanordnung 1 umfasst einen Spannungsaufwärtswandler 3 mittels dem eine Ausgangsspannung einer Kraftfahrzeugbatterie, beispielsweise 12 V, angehoben werden kann. Der Energiereservekondensator 2, der als Elektrolytkondensator ausgebildet ist, ist parallel zum Spannungsaufwärtswandler 3 angeschlossen und kann mit der durch den Spannungsaufwärtswandler 3 angehobenen Ausgangsspannung in Form einer Ladespannung aufgeladen werden. Auf diese Weise ist die Energieversorgung bzw. der Betrieb des Sicherheitssystems in einem Autarkiefall, also wenn die Versorgung durch die Kraftfahrzeugbatterie, beispielsweise in Folge eines Unfalls, abbricht, zumindest für einen gewissen Zeitraum gewährleistet.
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Die Schaltungsanordnung 1 weist ferner einen Entladewiderstand 4 auf, über den der Energiereservekondensator 2 entladen werden kann. Dazu wird der Entladewiderstand 4 über einen MOSFET 5 gegen Masse geschaltet. Mittels eines Differenzverstärkers 6 kann insbesondere der Spannungsabfall über den Entladewiderstand 4 während der Entladung des Energiereservekondensators 2 gemessen werden.
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Über einen Controller 7 kann ein Verfahren 100 zur Überwachung des Energiereservekondensators 2 aktiviert werden, wobei während der Durchführung des Verfahrens 100 die Messdaten dem Controller 7 über einen Analog-Digital-Wandler 8 zugeführt werden.
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In 2 ist ein Ablaufdiagramm des Verfahrens 100 zum Betreiben der Schaltungsanordnung 1 aus 1 dargestellt.
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Für die Erläuterung der nachfolgenden Schritte wird die Annahme getroffen, dass der Energiereservekondensator 2 mittels einer Ladespannung aufgeladen wurde. Dabei wurde der Energiereservekondensator 2 über den Spannungsaufwärtswandler 3, der die von der Kraftfahrzeugbatterie zur Verfügung gestellte Kraftfahrzeugbatteriespannung auf eine Ladespannung anhebt, aufgeladen.
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Nach dem Aufladen des Energiereservekondensators 2 wird in einem Schritt 101 nun die Ladespannung bzw. der Spannungsaufwärtswandler 3 deaktiviert, d.h. es findet keine Aufladung des Energiereservekondensators 2 mehr statt.
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In einem nächsten Schritt 102 wird der Entladewiderstand 4 über den MOSFET 5 gegen Masse geschaltet und damit ein Entladen des Energiereservekondensators 2 aktiviert. Bei dem Entladen kann es sich um eine vollständige oder nur teilweise Entladung des Energiereservekondensators 2 handeln.
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Zu Beginn der Entladung wird in einem Schritt 103 eine erste Energiereservespannung als absolute Spannung an dem Energiereservekondensator 2 über einen dem Energiereservekondensator parallel geschalteten Spannungsteiler (in 1 nicht dargestellt) gemessen.
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Während der Entladungszeit, also ab Beginn der Entladung bis zum Ende der Entladung, wird in einem Schritt 104 permanent ein Spannungsabfall an dem Entladewiderstand über den Differenzverstärker 6 zyklisch gemessen und basierend darauf der Entladestrom ermittelt. Durch die Entladung über den Entladewiderstand und eine Messung des Spannungsabfalls am Entladewiderstand kann der Entladestrom sehr genau bestimmt werden. Der Entladestrom wird zudem über die Entladungszeit integriert, wodurch eine elektrische Ladung, genauer eine elektrische Ladungsänderung, bestimmt wird.
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Am Ende des Entladungsvorgangs wird in einem Schritt 105 eine zweite Energiereservespannung als absolute Spannung an dem Energiereservekondensator 2 über den dem Energiereservekondensator parallel geschalteten Spannungsteiler gemessen. Zudem wird basierend auf der ersten Energiereservespannung und der zweiten Energiereservespannung eine Spannungsdifferenz ermittelt.
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Der Schritt 104 kann, abweichend von der schematischen Darstellung des Ablaufdiagramms, auch zeitgleich mit dem Schritt 103 beginnen und gleichzeitig mit dem Schritt 105 enden, d.h. es kann sich der Beginn des Schritts 104 mit den Schritt 103 und es kann sich das Ende des Schritts 104 mit dem Schritt 105 jeweils zeitlich zumindest teilweise überschneiden.
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In einem Schritt 106 wird die Kapazität des Energiereservekondensators 2 basierend auf der ermittelten elektrischen Ladung bzw. Ladungsänderung und der ermittelten Spannungsdifferenz über die Beziehung C = ΔQ / ΔU, wobei C die Kapazität, ΔQ die elektrische Ladungsänderung und ΔU die Spannungsdifferenz ist, bestimmt.
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Die Bestimmung der Kapazität des Energiereservekondensators 2 und die dafür zugrundeliegenden Schritte bzw. Messungen und Ermittlungen können während eines Power-On-Zyklus (beliebig oft) wiederholt, also mehrmals durchgeführt, werden.
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Auf diese Weise kann bereits während eines Power-On-Zyklus eine zuverlässige Überwachung des Energiereservekondensators 2 realisiert und insbesondere eine zu geringe Kapazität bereits frühzeitig erkannt und qualifiziert werden. Damit wird insgesamt eine sichere Funktion des Steuergeräts in einem Autarkiefall gewährleistet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Schaltungsanordnung
- 2
- Energiereservekondensator
- 3
- Spannungsaufwärtswandler
- 4
- Entladewiderstand
- 5
- MOSFET
- 6
- Differenzverstärker
- 7
- Controller
- 8
- Analog-Digital-Wandler
