EP3697647A1 - Verfahren und steuergerät zum laden eines personenschutzmittel-energiespeichers zum betreiben eines personenschutzmittels eines fahrzeugs - Google Patents

Verfahren und steuergerät zum laden eines personenschutzmittel-energiespeichers zum betreiben eines personenschutzmittels eines fahrzeugs

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Publication number
EP3697647A1
EP3697647A1 EP18785552.3A EP18785552A EP3697647A1 EP 3697647 A1 EP3697647 A1 EP 3697647A1 EP 18785552 A EP18785552 A EP 18785552A EP 3697647 A1 EP3697647 A1 EP 3697647A1
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EP
European Patent Office
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energy storage
current
charging
charging current
voltage
Prior art date
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Pending
Application number
EP18785552.3A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Florian Grasi
Hartmut Schumacher
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
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Pending legal-status Critical Current

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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R21/00—Arrangements or fittings on vehicles for protecting or preventing injuries to occupants or pedestrians in case of accidents or other traffic risks
    • B60R21/01—Electrical circuits for triggering passive safety arrangements, e.g. airbags, safety belt tighteners, in case of vehicle accidents or impending vehicle accidents
    • B60R21/017—Electrical circuits for triggering passive safety arrangements, e.g. airbags, safety belt tighteners, in case of vehicle accidents or impending vehicle accidents including arrangements for providing electric power to safety arrangements or their actuating means, e.g. to pyrotechnic fuses or electro-mechanic valves
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60R—VEHICLES, VEHICLE FITTINGS, OR VEHICLE PARTS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B60R16/00—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for
    • B60R16/02—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements
    • B60R16/03—Electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for; Arrangement of elements of electric or fluid circuits specially adapted for vehicles and not otherwise provided for electric constitutive elements for supply of electrical power to vehicle subsystems or for
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
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    • H02J7/00—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries
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    • H02J7/00041—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries characterised by data exchange using passive battery identification means, e.g. resistors or capacitors in response to measured battery parameters, e.g. voltage, current or temperature profile
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    • H02J7/007—Regulation of charging or discharging current or voltage
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    • H02J7/02—Circuit arrangements for charging or depolarising batteries or for supplying loads from batteries for charging batteries from ac mains by converters
    • H02J7/04—Regulation of charging current or voltage
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the invention is based on a method and a control unit according to the preamble of the independent claims.
  • the subject of the present invention is also a computer program.
  • Airbag systems as an example of personal protective equipment in vehicles store the energy necessary for activating restraint means in energy reserves or energy stores. Likewise, energy for maintaining the airbag system functionality in the event of supply interruption by crash impact is maintained and stored in advance in a personal protection energy storage.
  • Voltage value is carried out and / or determining a supply current of a control unit or its change by specifying the charging current of the personal protective equipment energy storage and using the
  • a vehicle may in the present case be understood to mean a motor vehicle such as, for example, a passenger car, a truck, a bus or the like.
  • a personal protective equipment energy store can be understood to mean an energy store which is provided with energy, in particular electrical energy, directly for supplying a personal protection device, for example an airbag, a belt tensioner, a roll bar or the like.
  • the passenger protection energy storage can be charged with energy from a source energy storage and in the event of a collision of the vehicle and / or a collapse of a
  • Main energy storage of the vehicle in particular a vehicle battery, or be understood by a generator-buffered vehicle battery.
  • Personal protective equipment can be brought into a ready-for-use condition very quickly if a charging current for charging the personal protective equipment
  • Energy storage is determined in dependence on a (current) voltage value of the source energy storage and / or adjusted. This makes it possible to exploit the fact that the voltage value of the source energy store provides a conclusion about the current load of the source energy store and / or the state of charge of this source energy store, so that, depending on current load and / or charge state of this source energy storage of passenger protection energy storage can be charged with a higher or lower charging current. Likewise, the losses are in the
  • Upconverter of the airbag control unit Supply current dependent. Knowing the supply voltage, the increasing output power of the boost converter can be used to increase the charge current of the personal protection storage as the voltage of the source energy storage increases, without overloading the boost converter. As a result, the personal protective equipment energy store no longer has to be charged with a predefined charging current that has already been set at the factory, which would be so low that, in the case of a high load as well as a lower charge state of the source energy storage device
  • Personal protective equipment energy storage can still be charged within the desired commissioning time. Rather, by taking into account the voltage value of the source energy storage in the determination of the charging current for charging the personal protective equipment energy storage, the current actual load and / or the
  • Personal protection for example, after a start of the vehicle.
  • An advantage of embodiments of the invention presented here can be seen in particular in using the higher performance of a boost converter with increasing vehicle voltage for adaptive programming of the charge current regulator for charging the personal protective equipment energy storage as an energy reserve and thus to achieve significantly faster charging times, as well as load requirements of the source energy storage to take into account.
  • an embodiment of the approach proposed here in which the steps of reading and the Ermitteins carried out at least once during a charging process of the personal protection means energy storage be executed repeatedly, in particular cyclically.
  • Such an embodiment offers the advantage of being able to promptly take into account the current load situation of the source energy store, for example the vehicle (main) battery, and the boost converter, which in particular when the vehicle is started and the commissioning caused thereby
  • Reading and the Ermitteins in such a designed time grid represents an optimal solution, on the one hand promptly to changes in the
  • This lookup table may contain a
  • step of determining the charging current with knowledge of a current power requirement of at least one electronic component of the vehicle can be determined. This can also be this knowledge have already been used in advance to determine a relationship between the voltage value of the source energy storage and the charging current in a look-up table.
  • Source energy storage can be obtained when read in the step of reading the voltage value of a voltage divider, in particular wherein a value read in by the voltage divider is analog-to-digital converted.
  • the voltage divider can optionally be equipped with a transistor arranged in series (high or low side). This interrupts the current flow in the idle state (SLEEP)
  • the method may comprise a step of charging the personal protective equipment energy storage using the determined charging current, in particular wherein in the step of charging a programmable current-controlled transistor is used to set the charging current.
  • a programmable current-controlled transistor is used to set the charging current.
  • Source energy storage and the up-converter to make and to allow a rapid reduction of the load (different filter times in the direction of load increase and load reduction) on the one hand to minimize the load on the source energy storage / up-converter cause and on the other hand a quick charge of the
  • the embodiments of the method presented here can be implemented, for example, in software or hardware or in a mixed form of software and hardware, for example in a control unit.
  • the approach presented here also provides a control unit which is designed to implement the steps of a variant of a method presented here
  • control unit can have at least one arithmetic unit for processing signals or data, at least one memory unit for storing signals or data, at least one interface to a sensor or an actuator for reading sensor signals from the sensor or for outputting control signals to the actuator and / or or at least one
  • the arithmetic unit may be, for example, a signal processor, a microcontroller or the like, wherein the memory unit may be a flash memory, an EEPROM or a magnetic memory unit.
  • the communication interface can be designed to read or output data wirelessly and / or by line, wherein a communication interface that can read or output line-bound data, for example, electrically or optically read this data from a corresponding data transmission line or output in a corresponding data transmission line.
  • a control device can be understood as meaning an electrical device which processes sensor signals and outputs control and / or data signals in dependence thereon.
  • the control unit may have an interface, which may be formed in hardware and / or software. In a hardware training, the interfaces, for example, part of a so-called system ASICs, the most diverse functions of the
  • Control unit includes.
  • the interfaces are their own integrated circuits or at least partially consist of discrete components.
  • the interfaces may be software modules that are present, for example, on a microcontroller in addition to other software modules.
  • control device is used to control a personal protection device, for example an airbag of a vehicle.
  • control unit for example, to sensor signals such as
  • Source energy storage access The activation takes place via actuators, such as, for example, a transistor-based adjustable (programmable) current regulator for charging the passenger protection energy storage device with a charging current signal representing the determined charging current.
  • actuators such as, for example, a transistor-based adjustable (programmable) current regulator for charging the passenger protection energy storage device with a charging current signal representing the determined charging current.
  • a computer program product or computer program with program code which can be stored on a machine-readable carrier or storage medium such as a semiconductor memory, a hard disk memory or an optical memory and for carrying out, implementing and / or controlling the steps of the method according to one of the above
  • Fig. 1 is a block diagram of a device according to an embodiment
  • FIG. 2 shows a schematic circuit diagram of an embodiment of the approach presented here as a control device
  • FIG. 3 is a flowchart of a method according to a
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a vehicle 100 with a block diagram of a control device 102 for charging a personal protective equipment energy store 104 for operating a personal protection device 106 of the vehicle
  • Vehicle protection means 106 may be, for example, an airbag which, in the event of a collision of vehicle 100 with an object not shown in FIG. 1, unfolds from steering wheel 108 in order to protect a vehicle occupant 110.
  • a large number of further "airbags" which are likewise to be supplied with electrical energy, such as can be supplied, for example, from the personal protective equipment energy storage 104, are provided in a vehicle 100.
  • the personal protective equipment energy storage 104 may, for example, be a capacitor which, when the vehicle 100 is put into operation, is charged with electrical energy from a source energy storage 112, for example the main vehicle battery.
  • the control unit 102 can read in a voltage value 116 of the source energy storage 112 via an interface 114, which
  • the control device 102 represents a current voltage of this source energy storage 112 and the vehicle (main) battery.
  • the read voltage value can in a unit 118 of the control device 102 a
  • Supply current (maximum input power) 120-1 are determined, from which a personal protection means energy storage 104 with (electrical) energy from the source energy storage 112 is to be charged. With the input 116,
  • a suitable setting (programming) 122 with responsive filtering can be generated in the unit 118.
  • the charging current regulator 124 With the adjustment signal 122, the charging current regulator 124 generates the optimum charge current (120) for the personal protective equipment energy store.
  • this unit 124 for charging comprise a programmable current controlled transistor 124_1 which is driven (programmed) with the current signal 122_1.
  • Personal protection energy storage 104 is formed. This loading time should be shortened if possible, without the cost of
  • Airbag systems use energy storage, especially for the
  • SBC System Basis Chip
  • VZP battery voltage corresponding to voltage value 116 of the vehicle battery as source energy storage 112
  • This voltage initially serves the self-supply of the SBC 200 and is the coil inductance L of the boost converter
  • This boost converter 205 includes a current limited n-channel
  • VUP control capacitor C Cathode the VUP control capacitor C is connected.
  • the VUP voltage is supplied to the SBC for voltage regulation (PWM regulator PWM-R).
  • PWM regulator PWM-R voltage regulation
  • the duty cycle of the switching converter frequency is set in a suitable manner by the PWM controller PWM-R as a function of the detected current converter current (detected via Rsb) with the aid of an operational amplifier in the PWM controller PWM-R and / or by knowing the current VZP voltage.
  • the enable logic 220 controls the converter operation in response to a variety of signals. For example, the enable logic 220 turns on or off
  • the sleep mode also called the SLEEP function, in an airbag system is essentially controlled by suitable sleep transceivers 225 and the microcontroller ⁇ .
  • Components of the SCB 200 are switched off so that their power consumption of VZP is kept below 30 ⁇ .
  • the SLEEP input SL of the SBC 's 200 is directly linked to UB (ie, to the
  • Boost Converter 205 that is, a step-up converter
  • the vehicle voltage can be increased from 6V .... 16.5V to 25V ... 45V.
  • the output of the converter 205 is a
  • Personal protection energy storage 104 as energy reserve Elko
  • the charging current level is over the
  • Interface 122 predetermined by programming.
  • the programming values are the unit 118 z. B. via a serial interface (SPI) available.
  • SPI serial interface
  • this charge current regulator 124 according to the following
  • Personal protective equipment energy storage 104 determines. Furthermore, additional loads such as buck converter (step-down converter) to the buck converter (step-down converter).
  • the Boost Converter 205 should be designed so that even in rare voltage situations down to 6 V, caused by weak / defective vehicle batteries 112, the supply of the
  • the advantage of embodiments of the invention presented here is, in particular, the higher performance of the boost converter 205 with increasing vehicle voltage for adaptive programming of the
  • Charge current controller 124 to charge the personal protective energy storage 104 as an energy reserve ER and thus to achieve significantly faster charging times for example, more than 98% of all power-on / wake-up phases, and load requirements of the source energy storage
  • a given Boost Converter 205 of an airbag control unit is in terms of design and cost significantly by the input pin, the efficiency
  • the at least available input power (pin-min) is given by the current limit of the boost converter 205, the minimum allowable input voltage Uboost_min at which the boost converter 205 is still active and the minimum duty cycle of the boost converter 205.
  • lup_min [Uboost_min * lboost_min * Dboost_min * r
  • lup_min IVlmax + IV2max + IVnmax
  • IVlmax is the load current which is available to the charge regulator 124 of the energy reserve ER in the worst case (ie in the worst case)
  • the charge current controller 124 / 124_1 can be programmed to IVl_max greater than or equal to 80 mA, without the boost voltage Vup breaking down.
  • Charging times of the energy reserve ER or of the personal protective equipment energy store 104 of less than 3 s can be achieved in order to achieve an initialization required by the vehicle manufacturers after power on / wake up (readiness for a crash evaluation) within a time window of 4 s to allow.
  • such includes
  • Control unit 102 an energy reserve charging current regulator 124 / 124_1, as described above, an interface 122 for reading in the appropriate charge current programming value (determined in the energy reserve 104 charging speed compliance unit 118,
  • the voltage 116 is supplied via the detection circuit 116_1 / 116_2 (voltage divider, ADC) to the iC, ⁇ with the unit 118 via an interface (SPI).
  • This unit contains in addition to a suitable algorithm and / or use of scalable (via source parameters and / or Boost Converter parameter) mapping tables (charging current 116) to determine the SPI data 114 for programming the charging current 124 via the interface 122.
  • the charging current controller 124 In addition to the analog / digital controller unit contains the control transistor Tch (P-channel MOS FET) with a current detection through the shunt Rsh.
  • the energy reserve charging current 120 is adjusted by means of the (gate signal) current signal 122_1 to the value predetermined by programming or calculation by corresponding activation of the transistor Tch.
  • the charging current regulator can be switched on by the ⁇ , ⁇ via the communication interface SPI to the charging current regulator interface 122.
  • the charging current may be determined by relocating the unit 118 into the SBC 200.
  • the current supply voltage 116 (whose value is designated by the designation UB) of the source energy store 112 (for example the main vehicle battery) is detected in the form of a divided voltage value 116_1 and by one in the SBC integrated analog-to-digital converter ADC digitized.
  • the voltage VREF1 serves as a reference voltage for the analog-to-digital converter ADC.
  • the microcontroller iC asks for the purpose of the adaptive charging of the energy reserve E R or of the personal protection means according to an exemplary embodiment.
  • Energy storage 104 the current voltage values every 0.5 ms ... 10 ms from.
  • the voltage divider 250 for detecting the battery voltage 116 or for supplying the voltage value U B contains, for example
  • Converters 205 known in dependence on the current battery voltage 116 or UB. This allows the programming or setting of the charge current controller 124 / 124_1 to be adapted to the respective performance of the boost converter 205 in a 0.5 ms to 10 ms grid. As a result, much faster charging times of the energy reserve ER or the personal protective equipment
  • Source energy storage 112 is omitted. Similarly, specifications for the permissible load of the source energy storage 112 as a function of the supply voltage (UB) 116 can be taken into account.
  • V supplies a minimum battery voltage of 10.2 V.
  • the microcontroller iC can calculate the charging current 120 orAbge_default_max programmed primarily for the worst case (wc case) in rapid succession (for example in a grid of 0, by calculating the charging current 120 or lcharge_adapt, respectively). 5 ms to 10 ms time slots) by default (ie
  • Charge current regulator 124 / 124_1 by the unit 118 as a component of the SBC or as part of the ⁇ (SW function) in a fast 0.5ms to 10ms raster can be omitted or supplemented by using scalable (depending on Boost Converter hardware, and or permissible
  • Source energy storage load stored tables, which as
  • the microcontroller ⁇ for each measured UB_Airbag- voltage or to each measured voltage value UB assigns a correspondingly to be selected charging current 120 or Icharge_adapt value.
  • the numerical load of the microcontroller ⁇ can be reduced and / or the table according to the detail capabilities of the boost converter circuit 205 (nboost is a complex size), the charge current controller 124 / 124_1, whose current step size of the charging currents to be programmed 120th etc. even better adapted or determined.
  • FIG. 3 shows a flow chart of an embodiment of the present invention
  • the Invention as a method 300 for charging a passenger protection energy storage device for operating a personal protection device of a vehicle.
  • the method 300 includes a step 310 of reading a
  • the method 300 includes a step 320 of determining a charging current for Charging the passenger protection energy storage with energy from the source energy storage, wherein the charging current is determined using the read voltage value and / or using the performance of the boost converter (minimal input power at minimum voltage UB, efficiency, the allowable load of the source memory, current depending on the voltage) and using the charging current for charging the passenger protection energy storage.
  • method 300 includes a step 330 of charging the personal protective equipment energy storage using the determined charging current.
  • an exemplary embodiment comprises an "and / or" link between a first feature and a second feature, then this is to be read so that the embodiment according to one embodiment, both the first feature and the second feature and according to another embodiment either only first feature or only the second feature.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Charge And Discharge Circuits For Batteries Or The Like (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (300) zum Laden eines Personenschutzmittel-Energiespeichers (104) zum Betreiben eines Personenschutzmittels (106) eines Fahrzeugs (100). Das Verfahren (300) umfasst einen Schritt des Einlesens (310) eines Spannungswertes (116) eines Quellenergiespeichers (112) des Fahrzeugs (100). Ferner umfasst das Verfahren (300) einen Schritt des Ermitteins (320) eines Ladestroms (120) zum Aufladen des Personenschutzmittel-Energiespeichers (104) mit Energie aus dem Quellenergiespeicher (112), wobei das Ermitteln (320) des Ladestroms (120) unter Verwendung des eingelesenen Spannungswerts (116) erfolgt und Verwenden des Ladestroms (120) zum Aufladen des Personenschutzmittel-Energiespeichers (104).

Description

Beschreibung Titel
Verfahren und Steuergerät zum Laden eines Personenschutzmittel- Energiespeichers zum Betreiben eines Personenschutzmittels eines Fahrzeugs
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren und einem Steuergerät nach Gattung der unabhängigen Ansprüche. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Computerprogramm.
Airbag-Systeme als Beispiel für Personenschutzmittel in Fahrzeugen speichern die zur Aktivierung von Rückhaltemitteln notwendige Energie in Energiereserven bzw. Energiespeichern. Ebenso wird Energie zur Aufrechterhaltung der Airbag- System- Funktionalität im Falle der Versorgungsunterbrechung durch Crash- Einwirkung vorgehalten und vorab in einem Personenschutzmittel- Energiespeicher gespeichert.
Offenbarung der Erfindung
Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz ein Verfahren, weiterhin ein Steuergerät, das dieses Verfahren verwendet, sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogramm gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen
Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.
Der hier vorgestellte Ansatz schafft ein Verfahren zum Laden eines
Personenschutzmittel- Energiespeichers zum Betreiben eines Personenschutzmittels eines Fahrzeugs, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:
Einlesen eines Spannungswertes eines Quellenergiespeichers des
Fahrzeugs; und
- Ermitteln eines Ladestroms zum Aufladen des Personenschutzmittel-
Energiespeichers mit Energie aus dem Quellenergiespeicher, wobei das Ermitteln des Ladestroms unter Verwendung des eingelesenen
Spannungswerts erfolgt und/oder Ermitteln eines Versorgungsstromes eines Steuergerätes oder dessen Veränderung durch Vorgabe des Ladestromes des Personenschutzmittel- Energiespeichers und Verwenden des
Ladestroms zum Aufladen des Personenschutzmittel- Energiespeichers.
Unter einem Fahrzeug kann vorliegend ein Kraftfahrzeug wie beispielsweise ein Personenkraftwagen, ein Lastkraftwagen, ein Omnibus oder dergleichen verstanden werden. Unter einem Personenschutzmittel- Energiespeicher kann vorliegend ein Energiespeicher verstanden werden, der direkt zur Versorgung eines Personenschutzmittels, beispielsweise eines Airbags, eines Gurtstraffers, eines Überrollbügels oder dergleichen mit Energie, insbesondere elektrischer Energie, vorgesehen ist. Hierbei kann der Personenschutzmittel- Energiespeicher mit Energie aus einem Quellenergiespeicher aufgeladen werden und im Falle einer Kollision des Fahrzeugs und/oder einem Zusammenbruch einer
Spannungsversorgung durch das Bordnetz des Fahrzeugs das
Personenschutzmittel (beispielsweise autark) mit (elektrischer) Energie versorgen. Unter einem Quellenergiespeicher kann beispielsweise ein
Hauptenergiespeicher des Fahrzeugs, insbesondere eine Fahrzeugbatterie, oder eine durch einen Generator gepufferte Fahrzeugbatterie verstanden werden.
Der hier vorgeschlagene Ansatz basiert auf der Erkenntnis, dass das
Personenschutzmittel sehr schnell in einen einsatzbereiten Zustand gebracht werden kann, wenn ein Ladestrom zum Aufladen des Personenschutzmittel-
Energiespeichers in Abhängigkeit von einem (aktuellen) Spannungswert des Quellenergiespeichers ermittelt und/oder eingestellt wird. Hierdurch kann ausgenutzt werden, dass der Spannungswert des Quellenergiespeichers einen Rückschluss über die aktuelle Belastung des Quellenergiespeichers und/oder den Ladungszustand dieses Quellenergiespeichers liefert, sodass, je nach aktueller Belastung und/oder Ladungszustand dieses Quellenergiespeichers der Personenschutzmittel- Energiespeicher mit einem höheren oder niedrigeren Ladestrom aufgeladen werden kann. Ebenfalls sind die Verluste im
Aufwärtswandler des Airbag Steuergerätes Versorgungsstromabhängig. Durch Kenntnis der Versorgungsspannung kann die zunehmende Ausgangsleistung des Aufwärtswandlers bei wachsender Spannung des Quellenergiespeichers dazu benutzt werden, um den Ladestrom des Personenschutzmittelspeichers anzuheben, ohne den Aufwärtswandler zu überlasten. Dies führt dazu, dass der Personenschutzmittel- Energiespeicher nicht mehr mit einem vordefinierten und bereits werksseitig eingestellten Ladestrom geladen werden muss, welcher derart niedrig zu wählen wäre, dass bei einer hohen Belastung als auch einem niedrigeren Ladungszustand des Quellenergiespeichers der
Personenschutzmittel- Energiespeicher dennoch innerhalb der gewünschten Inbetriebnahmezeit aufgeladen werden kann. Vielmehr wird nun durch die Berücksichtigung des Spannungswerts des Quellenergiespeichers bei der Ermittlung des Ladestroms zum Aufladen des Personenschutzmittel- Energiespeichers die aktuelle tatsächliche Belastung und/oder der
Ladungszustand des Quelleenergiespeichers / des Aufwärtswandlers
berücksichtigt, so dass nun der Ladestrom gegenüber der herkömmlichen Vorgehensweise deutlich erhöht werden kann, was in einer signifikanten
Reduktion der Zeitdauer resultiert, die zur Inbetriebnahme des
Personenschutzmittels (beispielsweise nach einem Start des Fahrzeugs) erforderlich ist.
Ein Vorteil von Ausführungsformen der hier vorgestellten Erfindung kann insbesondere darin gesehen werden, die höhere Leistungsfähigkeit eines Boost- Converters mit steigender Fahrzeugspannung zur adaptiven Programmierung des Ladestromreglers zur Aufladung des Personenschutzmittel- Energiespeichers als Energiereserve einzusetzen und damit deutlich schnellere Ladezeiten zu erzielen, sowie Belastungsanforderungen des Quellenenergiespeichers zu berücksichtigen.
Günstig ist eine Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes, bei der die Schritte des Einlesens und des Ermitteins während eines Ladevorgangs des Personenschutzmittel- Energiespeichers zumindest einmal wiederholt ausgeführt werden, insbesondere zyklisch wiederholt ausgeführt werden. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, zeitnah die aktuelle Belastungssituation des Quellenergiespeichers, beispielsweise die Fahrzeug(haupt)batterie, und des Aufwärtswandlers berücksichtigen zu können, die sich insbesondere beim Starten des Fahrzeugs und der hierdurch verursachten Inbetriebnahme einer
Vielzahl von Fahrzeugsystemen sehr schnell ändern kann.
Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes, bei der die Schritte des Einlesens und Ermitteins nach einem Zeitintervall von 0,5 ms bis 10 ms wiederholt ausgeführt werden. Die Ausführung der Schritte des
Einlesens und des Ermitteins in einem derart ausgestalteten Zeitraster stellt eine optimale Lösung dar, um einerseits zeitnah auf Änderungen der
Belastungssituation des Quelleenergiespeichers und des Aufwärtswandlers reagieren zu können und andererseits eine unnötige numerische und/oder schaltungstechnische Belastung durch die Abarbeitung der Schritte des hier vorgeschlagenen Verfahrens zu verursachen.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes kann im Schritt des Ermitteins der Ladestrom unter Verwendung einer
Nachschlagetabelle ermittelt werden. In dieser Nachschlagetabelle kann ein
Zusammenhang zwischen dem Spannungswert des Quelleenergiespeichers und dem Ladestrom des Personenschutzmittel- Energiespeichers unter
Berücksichtigung von einem Leistungsbedarf von einem oder mehreren elektronischen Bauelementen des Fahrzeugs, eines Systems des Fahrzeugs und/oder das Steuergerät des Personenschutzmittels abgespeichert sein. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, durch die Verwendung einer vorab bestimmten Nachschlagtabelle einen erforderlichen Berechnungsaufwand zur Ermittlung des Ladestroms zu minimieren. Um eine möglichst geringe Rückwirkung, Störung und/oder Beeinträchtigung von weiteren Komponenten des Fahrzeugs durch das Laden des
Personenschutzmittel- Energiespeichers zu verursachen, kann gemäß einer weiteren Ausführungsform im Schritt des Ermitteins der Ladestrom unter Kenntnis eines aktuellen Leistungsbedarfs von zumindest einem elektronischen Bauelement des Fahrzeugs ermittelt werden. Hierbei kann auch diese Kenntnis bereits vorab genutzt worden sein, um in einer Nachschlagetabelle einen Zusammenhang zwischen dem Spannungswert des Quellenergiespeichers und dem Ladestrom zu bestimmen.
Sehr schnell und zeitnah kann ein aktueller Spannungswert des
Quellenergiespeichers dadurch erhalten werden, wenn im Schritt des Einlesens der Spannungswert von einem Spannungsteiler eingelesen wird, insbesondere wobei ein von dem Spannungsteiler eingelesener Wert analog-digital-gewandelt wird.
Um unnötigen Stromfluss im Spannungsteiler zu vermeiden, insbesondere relevant für dauerversorgte SLEEP-Systeme kann der Spannungsteiler optional mit einem in Reihe (High oder Low-Side) angeordneten Transistor ausgestattet werden. Dieser unterbricht im Ruhezustand (SLEEP) den Stromfluss im
Spannungsteiler.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes kann das Verfahren einen Schritt des Ladens des Personenschutzmittel- Energiespeichers unter Verwendung des ermittelten Ladestroms aufweisen, insbesondere wobei im Schritt des Ladens ein programmierbarer Stromgeregelter Transistor zur Einstellung des Ladestroms verwendet wird. Eine solche Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes bietet den Vorteil einer besonders schnellen und/oder präzisen Einstellung des Ladestroms zur
Aufladung des Personenschutzmittel- Energiespeichers und somit zur
Realisierung der Vorteile des hier vorgeschlagenen Ansatzes.
Von Vorteil ist ferner eine Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes, bei der die Schritte des Einlesens und Ermitteins unter Verwendung einer digitalen Recheneinheit ausgeführt und/oder angesteuert werden. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, die Schritte des hier vorgestellten Ansatzes mit sinnvollen Filtern zur stufenweisen Anpassung der Belastung des
Quellenergiespeichers sowie des Aufwärtswandlers vorzunehmen, sowie eine schnelle Reduktion der Belastung zu ermöglichen (unterschiedliche Filterzeiten in Richtung Belastungserhöhung sowie Belastungsreduktion) um einerseits eine möglichst geringe Belastung des Quellenergiespeichers / Aufwärtswandlers zu verursachen und andererseits eine schnelle Aufladung des
Personenschutzmittel- Energiespeichers zu bewirken.
Die Ausführungsformen des hier vorgestellten Verfahrens können beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät implementiert sein.
Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner ein Steuergerät, das ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in
entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form eines Steuergeräts kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.
Hierzu kann das Steuergerät zumindest eine Recheneinheit zum Verarbeiten von Signalen oder Daten, zumindest eine Speichereinheit zum Speichern von Signalen oder Daten, zumindest eine Schnittstelle zu einem Sensor oder einem Aktor zum Einlesen von Sensorsignalen von dem Sensor oder zum Ausgeben von Steuersignalen an den Aktor und/oder zumindest eine
Kommunikationsschnittstelle zum Einlesen oder Ausgeben von Daten aufweisen, die in ein Kommunikationsprotokoll eingebettet sind. Die Recheneinheit kann beispielsweise ein Signalprozessor, ein Mikrocontroller oder dergleichen sein, wobei die Speichereinheit ein Flash-Speicher, ein EEPROM oder eine magnetische Speichereinheit sein kann. Die Kommunikationsschnittstelle kann ausgebildet sein, um Daten drahtlos und/oder leitungsgebunden einzulesen oder auszugeben, wobei eine Kommunikationsschnittstelle, die leitungsgebundene Daten einlesen oder ausgeben kann, diese Daten beispielsweise elektrisch oder optisch aus einer entsprechenden Datenübertragungsleitung einlesen oder in eine entsprechende Datenübertragungsleitung ausgeben kann.
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.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt durch das Steuergerät eine Steuerung eines Personenschutzmittels, beispielsweise eines Airbags eines Fahrzeugs. Hierzu kann das Steuergerät beispielsweise auf Sensorsignale wie ein
Spannungswertsignal, das eine Spannung der Fahrzeugbatterie als
Quellenergiespeicher zugreifen. Die Ansteuerung erfolgt über Aktoren wie beispielsweise einen Transistor basierten einstellbaren (programmierbaren) Stromreglers zur Aufladung des Personenschutzmittel- Energiespeichers mit einem den ermittelten Ladestrom repräsentierten Ladestromsignal.
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.
Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
Fig. 2 ein schematischer Schaltplan eines Ausführungsbeispiels des hier vorgestellten Ansatzes als Steuergerät; und
Fig. 3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einem
Ausführungsbeispiel des hier vorgestellten Ansatzes. 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.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 100 mit einem Blockschaltbild eines Steuergeräts 102 zum Laden eines Personenschutzmittel- Energiespeichers 104 zum Betreiben eines Personenschutzmittels 106 des
Fahrzeugs 100. Das Personenschutzmittel 106 kann beispielsweise ein Airbag sein, welcher sich im Falle einer Kollision des Fahrzeugs 100 mit einem in der Figur 1 nicht dargestellten Objekt aus dem Lenkrad 108 heraus entfaltet, um einen Fahrzeuginsassen 110 zu schützen. Neben dem Airbag im Lenkrad 108 kommen in einem Fahrzeug 100 noch eine Vielzahl von weiteren _Airbags vor, die ebenfalls mit elektrischer Energie zu versorgen sind, wie die beispielsweise aus dem Personenschutzmittel- Energiespeicher 104 geliefert werden kann. Der Personenschutzmittel- Energiespeicher 104 kann beispielsweise ein Kondensator sein, welcher bei der Inbetriebnahme des Fahrzeugs 100 mit elektrischer Energie aus einem Quellenergiespeicher 112, beispielsweise der Fahrzeughauptbatterie, aufgeladen wird. Um das Aufladen des Personenschutzmittel- Energiespeichers 104 möglichst effizient und schnell gemäß dem hier vorgeschlagenen Ansatz auszuführen, kann das Steuergerät 102 über eine Schnittstelle 114 einen Spannungswert 116 des Quellenergiespeichers 112 eingelesen, der
beispielsweise eine aktuelle Spannung dieses Quellenergiespeichers 112 bzw. der Fahrzeug(haupt)batterie repräsentiert. Ansprechend auf den eingelesenen Spannungswert kann in einer Einheit 118 des Steuergeräts 102 ein
Versorgungsstrom (max. Eingangsleistung) 120-1 ermittelt werden, aus der ein Personenschutzmittel- Energiespeicher 104 mit (elektrischer) Energie aus dem Quellenergiespeicher 112 aufgeladen werden soll. Mit der Eingangsgröße 116,
(120-1) in einem Algorithmus und oder Zuordnungstabelle kann eine geeignete Einstellung (Programmierung) 122 mit einsprechender Filterung (z.B. zeitlich gestufter Nachführung) in der Einheit 118 erzeugt werden. Mit dem Einstellsignal 122 erzeugt der Ladestromregler 124 den optimalen Ladestrom (120) für den Personenschutzmittel-Energiespeicher. Beispielsweise kann diese Einheit 124 zum Laden einen programmierbaren Strom geregelten Transistor 124_1 umfassen, der mit dem Stromsignal 122_1 angesteuert (programmiert) wird.
Der hier vorgestellte Ansatz bzw. die Erfindung hat das Ziel, die Anforderungen der Fahrzeughersteller zur Realisierung von Airbag System
Initialisierungsphasen von kleiner gleich 4 s kostengünstig darzustellen und die Rückwirkungen auf den Quellenenergiespeicher zu begrenzen. Zur
Initialisierungsphase nach Power On / oder Wake up gehört als wesentlich zeitbestimmend das Laden der Energiereserve, die hier durch den
Personenschutzmittel- Energiespeicher 104 gebildet ist. Diese Ladezeit sollte nach Möglichkeit verkürzt werden können, ohne die Kosten des
Versorgungssystems zu erhöhen.
Airbag-Systeme nutzen zur Energiespeicherung, insbesondere für die
Aktivierung von Rückhaltemitteln, Aluminium-Elektrolyt-Kondensatoren, die vorliegend den Personenschutzmittel- Energiespeicher 104 bilden, der auch mit dem Bezugszeichen ER versehen ist. Diese Kondensatoren weisen ein Optimum an Kosten, Energiedichte, niedrigem Innenwiderstand, Temperaturbeständigkeit und Lebensdauer auf. Speziell werden Aluminium- Elektrolyt- Kondensatoren mit einer Nennspannung Un von 18 V bis 50 V eingesetzt (Standardwerte sind Un=25 V / 35 V).
Figur 2 zeigt ein Blockdiagramm eines relevanten Teils 200 des SBC-System- Basic-Chips (SBC = System Basis Chip), bei dem ein Boost-Converter 205 dargestellt ist. Er erzeugt aus UB (UB = dem Spannungswert 116 entsprechende aktuelle Batteriespannung der Fahrzeugbatterie als Quellenergiespeicher 112) die durch die Filtereinheit 210 gefilterte und verpolgeschützte Batteriespannung VZP (etwa UB - 1 V). Diese Spannung dient zunächst der Eigenversorgung des SBCs 200 und wird der Spuleninduktivität L des Boost-Converters
(Aufwärtswandler) 205 zugeführt.
Dieser Boost-Converter 205 enthält einen ström begrenzten n- Kanal
Schalttransistor Tb. Die Strombegrenzung des Tb wird über den Komparator COMP Iboost dargestellt. Steigt der Strom durch den Boost-Transistor Tb und den Shunt Rsb (mit einem Widerstadswert RSB) bis auf Iboostjim an, so kippt der Komparator COMP Iboost um (Kippschwelle VREF3 = Iboostjim * RSB) und schaltet über die PWM- Logik PWM-L und Gate-Driver GD den Tb aus.
Über die Diode D erfolgt der Freilauf des Boost-Converters 205 an deren
Kathode der VUP- Regelkondensator C angeschlossen ist. Die VUP-Spannung wird dem SBC zur Spannungsregelung (PWM-Regler PWM-R) zugeführt. Hier erfolgt ein Vergleich mit einer Referenzspannung VREF2 in einer Art und Weise das VUP = M x VREF2 entsteht, wobei M einen Faktor darstellt (z. B. VREF2 =
1,24 V; M = 26.613, VUP = 33 V).
Für den getakteten Betrieb des Boost-Converters wird der PWM-Logik PWM-L ein Schaltwandlertakt Clockb (beispielsweise Clockb = 2,2 MHz) zugeführt.
Der Duty Cycle der Schaltwandlerfrequenz wird in geeigneter Weise durch den PWM-Regler PWM-R in Abhängigkeit des erfassten aktuellen Wandlerstromes (erfasst über Rsb) mit Hilfe eines Operationsverstärkers im PWM-Regler PWM-R und oder durch Kenntnis der aktuellen VZP-Spannung eingestellt.
Die Enable Logik 220 steuert in Abhängigkeit vielfältiger Signale den Wandler- Betrieb. Beispielsweise wird durch die Enable Logic 220 ein Ein- oder
Ausschalten bewirkt, falls die VZP-Spannung zu niedrig ist (VZPmin = 5 V), die Temperatur zu hoch ist, die VUP-Spannung zu hoch ist oder der Ruhemodus SLEEP aktiv / nicht aktiv ist. Der Ruhemodus, auch SLEEP-Funktion genannt, in einem Airbag-System wird im Wesentlichen durch geeignete Sleep-Tranceiver 225 und den Microcontroller μθ gesteuert. Bei Bus-Aktivität ändert der
Tranceiver den Zustand seines SLEEP-Pins SL, d. h., es wird Strom abgegeben und das Potential auf ca. den Spannungspegel VZP angehoben , was zur Folge hat, dass der SBC 200 läuft. Zum Abschalten aller Lasten an UB werden über die Sleep-Logik SL-L gesteuert alle Lasten nach Masse abgeschalten (z. B. Tl aus). Im Fall des aktivierten Ruhemodus (d. h., im SLEEP-Fall) werden die
Komponenten des SCB 200 abgeschaltet damit sein Strombedarf aus VZP unter 30 μΑ gedrückt. Handelt es sich um eine Standard-Airbag-Applikation wird der SLEEP-Eingang SL des SBC's 200 durch den Rcode direkt mit UB (d. h., mit der zur
Fahrzeughauptbatterie 112 führenden Leitung) auf den Signalpegel„High" verbunden, wodurch der SBC 200 mit Einschalten der Versorgungsspannung UB startet.
Durch den Boost Converter 205 (d. h., einen Step-Up-Converter,
Aufwärtswandler) kann die Fahrzeugspannung von 6 V....16.5 V auf 25 V ... 45 V angehoben werden. An den Ausgang des Konverters 205 ist ein
programmierbarer Ladestromregler 124 angeschlossen, der den
Personenschutzmittel- Energiespeicher 104 als Energiereserve Elko,
insbesondere in der Initialisierungsphase nach Power On oder Wake-Up bei einem Start des Fahrzeugs 100 lädt. Die Ladestromhöhe wird über die
Schnittstelle 122 durch Programmierung vorgegeben. Die Programmierwerte stellt die Einheit 118 z. B. über eine serielle Schnittstelle (SPI) zur Verfügung.
Hierbei kann dieser Ladestromregler 124 gemäß der nachfolgenden
Beschreibung als Einheit 124 verwendet werden, der die Regelgröße für den Stromregel-Transistor 124_1 vorgibt, die den Ladestrom für den
Personenschutzmittel- Energiespeicher 104 (bzw. ER) bestimmt. Des Weiteren können zusätzliche Lasten wie Buck-Converter (Step-Down-Converter) an den
Ausgang des Boost Converters 205 angeschlossen sein, um die notwendigen Systemspannungen (z. B. VAS = 6.7 V) für die externen Sensoren nach dem PSI-Standard bereitzustellen. Der Boost Converter 205 sollte so ausgelegt werden, dass er auch bei seltenen Spannungssituationen bis hinunter zu 6 V, verursacht durch schwache / defekte Fahrzeugbatterien 112 die Versorgung des
Steuergerätes 102 und Ladung der Energiereserve als Personenschutzmittel- Energiespeicher 104 ermöglicht; ein Start des Fahrzeugs 100 ist üblicherweise bei diesem Batteriezustand nicht mehr möglich. Der Vorteil von Ausführungsbeispielen der hier vorgestellten Erfindung besteht insbesondere darin, die höhere Leistungsfähigkeit des Boost-Converters 205 mit steigender Fahrzeugspannung zur adaptiven Programmierung des
Ladestromreglers 124 zur Aufladung des Personenschutzmittel- Energiespeichers 104 als Energiereserve ER einzusetzen und damit deutlich schnellere Ladezeiten für beispielsweise mehr als 98 % aller Power-On-/ Wake-up-Phasen zu erzielen, sowie Belastungsanforderungen des Quellenenergiespeichers zu
berücksichtigen.
Ein vorgegebener Boost Converter 205 eines Airbag Steuergerätes ist im Design und Kosten wesentlich durch die Eingangsleistung Pin, den Wirkungsgrad
(Pout/Pin) bei minimaler Eingangsspannung, z. B. 5 V, definiert. In der Regel ist von einer zusätzlichen Drop-spannung von ca. 1 V zwischen der UB- Klemme des Steuergerätes und dem Wandler- Eingang auszugehen. Dieser ist verursacht durch die Einheit 210 zur Sicherstellung des Verpolschutzes und
Filtermaßnahmen gegen Bordnetz- und Boost-Converter- Störungen.
Die mindestens zur Verfügung stehende Eingangsleistung (Pin-min) ist durch die Strombegrenzung des Boost-Converters 205, der mindestens zulässigen Eingangsspannung Uboost_min bei der der Boost-Converter 205 noch aktiv ist und dem minimalen Duty Cycle des Boost-Converters 205 gegeben.
Beispielsweise weist ein Fest-Frequenz-Boost-Converter als Boost-Converter 205 mit 2,2 MHz Schaltfrequenz (= Zykluszeit (Cycle Time) 455 ns) einen Minimalwert der Strombegrenzung (lboost_min) des Schalttransistors Tb
(Quertransistors) von 2 A und einem minimalen duty cycle Dboost_min =
Ladephase / cycle time = 410 ns / 455 ns = 0,9 auf. Hieraus resultiert für die minimale Eingangsleistung Pin_min des Boost-Converters 205:
Pin_min = Uboost_min * lboost_min * Dboost_min (z. B. = (5 V * 2 A*0,9) = 9W)
Bei einem minimalen Wirkungsgrad des Boost-Converters n.boost_min von 70 % ergibt sich eine minimal zu Verfügung stehende Ausgangsleitung des Boost- Converters 205 von
Pout_min = Pin_min * nboost_min (z. B. = 9 W * 0,7= 6.3 W)
Beträgt die geregelte Ausgangsspannung Vup des Boost-Converters 205 beispielsweise 33 V, so kann der Boost-Converter 205 im schlechtesten Fall (schlechtester Fall = engl, worst case = w. c. = wc) den minimalen Ausgangsstrom lup_min = Pout_min / VUP (z. B. 6,3 W / 33 V = 191 mA) bereitstellen. Insgesamt gilt damit lup_min = [ Uboost_min * lboost_min *Dboost_min * r|boost_nnin ] / VUP
Sieht das Design des Airbag-Steuergerätes im Wesentlichen zwei Verbraucher an der Spannungsklemme VUP vor, so ist zu wählen: lup_min = IVlmax + IV2max um die Funktion des Airbag-Steuergerätes auch bei widrigen
Eingangsspannungen bis zu einem Spannungswert von UB = 6 V
sicherzustellen.
Sind n Verbraucher vorgesehen gilt: lup_min = IVlmax + IV2max + IVnmax
Ist IVlmax der Verbraucherstrom, der dem Laderegler 124 der Energiereserve ER im schlechtesten Fall (d. h., im worst-case) zu Verfügung steht, so wird in bisherigen Airbag-Systemen der Strom des Ladestromreglers 124/124_1 durch den System- Microcontroller μθ über eine Kommunikations-Schnittstelle zum Baustein welcher den Ladestromregler 124 enthält (in der Regel der System- Basis-Chip), so programmiert, das für den Ladestrom 120 bzw. lcharge_prog gilt: lcharge_prog <= IVlmax.
Beträgt beispielsweise lup_min = 191 mA und sind zwei Verbraucher an der VUP- Klemme angeschlossen [hier beispielsweise der Ladestromregler (IVl) und ein Buck-Converter (IV2)], so steht dem Ladestromregler 124/124_1 der
Stromwert IVl_max = lup_min - IV2_max zur Verfügung.
Beträgt IV2_max = 111 mA, so kann der Ladestromregler 124/124_1 auf IVl_max größer oder gleich 80 mA programmiert werden, ohne das die Boost- Spannung Vup einbricht.
Damit lässt sich eine Energiereservekapazität von maximal 10 mF in 4,125 s laden. Da die Initialisierungsphase eines Airbag-Systems neben dem wichtigen Zeitabschnitt des Ladens der Energiereserve ER für das Personenschutzmittel, d. h., des Personenschutzmittel- Energiespeichers 104, noch weitere zeitaufwändige Aufgaben enthält (beispielsweise einen Test des RES ET, μθ I NIT, NVM init; CAN / FLexRay Inil Gurtschloss / Sitzposition / Beifahrer- Airbag
On/Off Status Erfassung; Test Safety Path ) die mit ca. 1 bis 2 s
veranschlagt werden können, sind Ladezeiten der Energiereserve ER bzw. des Personenschutzmittel- Energiespeichers 104 von unter 3 s zu erreichen, um eine von den Fahrzeugherstellern geforderte Initialisierung nach Power on / Wake up (= Bereitschaft für eine für Crash-Auswertung) innerhalb eines Zeitfensters von 4 s zu ermöglichen.
Um nun den Personenschutzmittel - Energiespeicher 104 bzw. die
Energiereserve E R möglichst schnell aufzuladen, wird nun ein Steuergerät 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel des hier vorgestellten Ansatzes
vorgeschlagen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst ein solches
Steuergerät 102 einen Energiereserve-Ladestrom-Regler 124/124_1, der wie vorstehend dargestellt, eine Schnittstelle 122 zum Einlesen des geeigneten Ladestrom Programmierwertes (ermittelt in der Einheit 118 zur Einhaltung von Ladegeschwindigkeitsanforderungen der Energiereserve 104,
Belastungsgrenzen des Quellenergiespeichers 112 und Belastungsgrenzen des Boost - Converters 205) enthält. Eine Einheit 118 zum Ermitteln und bereitstellen der notwendigen Programmier- Daten. Hierzu wird die Spannung 116 über die Erfassungsschaltung 116_1/116_2 (Spannungsteiler, ADC) dem iC, μΡ mit der Einheit 118 über eine Schnittstelle (SPI) zugeführt. Diese Einheit enthält neben einem geeigneten Algorithmus und / oder Verwendung von skalierbaren (über Quellenparameter und /oder Boost-Converter parameter) Zuordnungstabellen (116 Ladestrom) zu Ermittlung der SPI-Daten 114 für die Programmierung des Ladestromregles 124 über die Schnittstelle 122. Der Ladestromregler 124 enthält neben der analogen / digitalen Regler-Einheit den Regel-Transistor Tch (P- Kanal-MOS FET) mit einer Stromerfassung über den Shunt Rsh.
Durch Vergleich mit einer programmierbaren Referenzspannung 122 oder Referenzstrom wird der Energiereserve- Ladestrom 120 mittels des (Gate- Signals) Stromsignals 122_1 auf den durch Programmierung bzw. Berechnung vorgegebenen Wert durch entsprechende Ansteuerung des Transistors Tch eingeregelt. Ebenso kann das Einschalten des Ladestromreglers durch den μθ, μΡ über die Kommunikationsschnittstelle SPI zum Ladestromregler Interface 122 erfolgen.
Des Weiteren erfolgt die zeitliche Anpassung der Ladestromregler
Programmierung nach einer geeigneten Filter- Strategie (z. B. langsam, in kleinen
Stromanpassungsstufen, steigend und schnell mit großen
Stromanpassungsstufen fallend)
Alternativ kann das Ermitteln des Ladestroms durch verlagern der Einheit 118 in den SBC 200 erfolgen.
Über den Spannungsteiler 250 mit den Widerständen Rsl, Rs2, Rl, R2 wird beispielsweise die aktuelle Versorgungsspannung 116 (deren Wert mit der Bezeichnung U B benannt wird) des Quellenergiespeichers 112 (beispielsweise der Fahrzeughauptbatterie) in Form eines geteilten Spannungswertes 116_1 erfasst und durch einen im SBC integrierten Analog-Digital-Wandler ADC digitalisiert. Die Spannung VREF1 dient hierbei als Referenzspannung für den Analog-Digital-Wandler ADC. Über die SPI- Kommunikationsschnittstelle SPI frägt der Microcontroller iC gemäß einem Ausführungsbeispiel zum Zwecke der adaptiven Ladung der Energiereserve E R bzw. des Personenschutzmittel-
Energiespeichers 104 die aktuellen Spannungswerte alle 0.5 ms ... 10 ms ab.
Der Spannungsteiler 250 zur Erfassung der Batteriespannung 116 bzw. zur Lieferung des Spannungswertes U B enthält beispielsweise aus
Robustheitsgründen die redundant ausgeführten Schutzwiderstände Rsl, Rs2.
Diese limitieren den Strom auch im Falle negativer Werte der Spannung des Quellenergiespeichers 112 bzw. der Fahrzeughauptbatterie, insbesondere falls der SBC 200 am Eingang Ubm eine ESD-Diode nach Masse aufweist (Anode an Masse). Beispielsweise durch Kenntnis dieses Spannungswertes U B, der zulässigen Belastung des Quellenenergiespeichers 112 der (relevanten) Boost-
Converter Performance, sowie der weiteren Strombelastung des Boost- Converters 205 beispielsweise an der VU P- Klemme, erfolgt die geeignete Programmierung des Ziel- Regelstromes bzw. des Ladestromes 120 des E R- Chargers 124/124_1 bzw. durch die Einheit 118 zum Laden durch Echtzeit- Berechnung oder durch Echtzeit-Zugriff auf eine entsprechende Zuordnungstabelle (die als Nachschlagetabelle ausgeführt sein kann) mit dem Spannungswert UB als Eingangsgröße und dem Ziel- Regelstrom 120 als
Ausgangsgröße. Mit anderen Worten ausgedrückt kann der hier vorgestellt Ansatz nochmals zusammengefasst werden. Durch eine schnelle Erfassung der Spannung des Quellenergiespeichers 112, hier der Batteriespannung des Fahrzeugs 100 beispielsweise im 0.5 ms- bis 10 ms- Raster und der damit bei gegebenem Boost- Converter 205 bekannten minimalen Eingangsleistung in Abhängigkeit der Batteriespannung 116 (UB) ist auch die minimale Ausgangsleistung des Boost-
Converters 205 in Abhängigkeit zur aktuellen Batteriespannung 116 bzw. UB bekannt. Damit lässt sich im 0.5 ms- bis 10 ms- Raster die Programmierung bzw. Einstellung des Ladestromreglers 124/124_1 an die jeweilige Performance des Boost-Converters 205 anpassen. Hierdurch können wesentlich schnellere Ladezeiten der Energiereserve ER bzw. des Personenschutzmittel-
Energiespeichers 104 erreicht werden, sofern beispielsweise von dem Fall eines statischen Spannungswertes UB = 6 V bei defekter Batterie als
Quellenergiespeicher 112 abgesehen wird. Ebenso können Vorgaben zur zulässigen Belastung des Quellenenergiespeichers 112 in Abhängigkeit der Versorgungsspannung (UB) 116 berücksichtigt werden.
Als Beispiel für die Leistungsfähigkeit des hier vorgestellten Ansatzes kann folgendes Szenario angeführt werden: Eine Fahrzeugbatterie mit einer
Energiekapazität von 80 Ah und 740 A Kurzschluss-Stromstärke (bei einem Innenwiderstand von Ri = 19 mOhm) und einer minimalen Zellspannung von 1,7
V liefert eine minimale Batteriespannung von 10,2 V. Eine solche
Fahrzeugbatterie liefert in Radio-Stellung an die Fahrzeugelektrik maximal 50 A so folgt: UBmin = 6 * 1,7 V - 50 A * 19 mOhm = 9,25 V.
Beträgt die Leitungslänge der Airbag-Versorgungsleitung 7 m bei einem
Leistungsquerschnitt von 0,5 mm2, so ergibt sich bei einem Versorgungsstrom von ca. 2 A ein weiterer Spannungsabfall von 0,5 V bis zu den
Versorgungsklemmen des Steuergerätes, wodurch resultiert: UBmin_Airbag = 8,75 V !
Wird durch den Microcontroller mit Hilfe einer schnellen Messung der Batteriespannung 116 an den Eingangsklemmen des Airbag-Steuergerätes ein Spannungswert UB von beispielsweise UBmin_Airbag = 8,75 V gemessen, so gilt: lcharge_default_max = {[(UB_min_wc - 1 V) * lboost_min * Dboost_min * nboost_min] / VUP} - IV2_max = 80 mA bei UB_min_wc = 6 V lcharge_adapt = {[(UB_Airbag - 1 V) * lboost_min * Dboost_min * qboost_min] / VUP} - IV2_max = 185 mA bei UB_Airbag_min = 8,75 V
Beispielsweise können somit die folgenden Werte erhalten werden:
lboost_min = 2 A; Dboost_min = 0,9; r|boost_min = 0,7; VUP = 33 V; IV2_max = 111 mA
Wie das vorstehende Beispiel gezeigt hat, kann der Microcontroller iC durch entsprechende Berechnung des Ladestroms 120 bzw. lcharge_adapt den für den schlechtesten Fall (wc-Fall) primär programmierten Energiereserve-Ladestrom 120 bzw. Icharge_default_max in schneller Folge (beispielsweise in einem Raster von 0,5 ms- bis 10 ms-Zeitfenstern) durch Vorgabe (d. h.,
Programmierung bzw. Veränderung oder Anpassung) neuer lcharge_adapt- Werte für den Ladestrom 120 durch den Ladestromregler 124/124_1 bzw. die Einheit 118 zum Ermitteln bestimmen oder anpassen und damit die Ladezeit der Energiereserve ER bzw. des Personenschutzmittel-Energiespeichers 104 drastisch verkürzen.
Beispielsweise kann bei einer Speicherkapazität der Energiereserve ER bzw. des Personenschutzmittle-Energiespeichers 104 von CERmax = 10 mF, und einer Ladespannung = VUP = 33 V ein Ladestrom 120 bzw. Icharge_adapt von 185 mA bei einem Spannungswert UB bzw. UB_Airbag_min von 8,75 V erreicht werden. Dies führt zu einer Ladezeit von Tcharge_adapt = 10 mF * 33 V / 185 mA = 1,78 s !!
Dies ist bereits ein Wert der nur unter widrigen Bedingungen (d. h., stark entladene Batterie und hohe Stromentnahme durch Verbraucher im Stillstand (z. b. in Radiostellung)) entsteht. Gut geladene oder weniger belastete Batterien bzw. Quellenergiespeicher 112 ergeben noch höhere minimale Spannungswerte UB bzw. UB_Airbag_min und können entsprechend der obigen Berechnung durch den Microcontroller μθ oder die Einheit 118 zum Ermitteln zur Vorgabe bzw. Ermittlung noch höherer Ladeströme 120 bzw. Icharge_adapt-Werte genutzt werden.
Die Berechnung der Icharge_adapt-Werte bzw. Ladeströme 120 für den
Ladestromregler 124/124_1 durch die Einheit 118 als Bestandteil des SBC oder als Bestandteil des μθ (SW- Funktion) in einem schnellen 0.5ms- bis 10ms- Raster kann unterbleiben oder ergänzt werden durch Nutzung skalierbarer (je nach Boost-Converter Hardware, und oder zulässiger
Quellenenergiespeicherbelastung) gespeicherten Tabellen, die als
Nachschlagetabelle dem Microcontroller μθ zur jeweils gemessenen UB_Airbag- Spannung bzw. zum jeweils gemessenen Spanungswert UB einen entsprechend zu wählenden Ladestrom 120 bzw. Icharge_adapt-Wert zuordnet. Damit kann die numerische Belastung des Microcontrollers μθ reduziert werden und/oder die Tabelle kann entsprechend den Detailfähigkeiten der Boost-Converter-Schaltung 205 (nboost ist eine komplexe Größe), dem Ladestromregler 124/124_1, dessen einzustellender Strom-Schrittweite der zu programmierenden Ladeströmen 120 etc. noch besser angepasst bzw. ermittelt werden. Die Geschwindigkeit der
Ladestromanpassung lässt sich ferner in Einklang mit der dynamischen
Strombelastbarkeit der Komponenten im Versorgungspfad ermitteln und/oder einstellen (Filteralgorithmus). Figur 3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden
Erfindung als Verfahren 300 zum Laden eines Personenschutzmittel- Energiespeichers zum Betreiben eines Personenschutzmittels eines Fahrzeugs. Das Verfahren 300 umfasst einen Schritt 310 des Einlesens eines
Spannungswertes eines Quellenergiespeichers des Fahrzeugs. Ferner umfasst das Verfahren 300 einen Schritt 320 des Ermitteins eines Ladestroms zum Aufladen des Personenschutzmittel- Energiespeichers mit Energie aus dem Quellenergiespeicher, wobei das Ermitteln des Ladestroms unter Verwendung des eingelesenen Spannungswerts erfolgt und/oder unter Verwendung der Performance des Boost-Converters (minimale Eingangsleistung bei minimaler Spannung UB; Wirkungsgrad, der zulässigen Belastung des Quellenspeichers, Strom in Abhängigkeit der Spannung) und Verwenden des Ladestroms zum Aufladen des Personenschutzmittel-Energiespeichers. Schließlich umfasst das Verfahren 300 einen Schritt 330 des Ladens des Personenschutzmittel- Energiespeichers unter Verwendung des ermittelten Ladestroms.
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.

Claims

Verfahren (300) zum Laden eines Personenschutzmittel- Energiespeichers (104) zum Betreiben eines Personenschutzmittels (106) eines Fahrzeugs (100), wobei das Verfahren (300) die folgenden Schritte aufweist:
Einlesen (310) eines Spannungswertes (116) eines
Quellenergiespeichers (112) des Fahrzeugs (100) und/oder Einlesen eines aktuellen über einen Shunt-Widerstand (Rsh) erfassten Ladestrom (120) des Personenschutzmittel- Energiespeichers (104); und
Ermitteln (320) eines Ladestroms (120) zum Aufladen des
Personenschutzmittel- Energiespeichers (104) mit Energie aus dem Quellenergiespeicher (112), wobei das Ermitteln (320) des
Ladestroms (120) unter Verwendung des eingelesenen
Spannungswerts (116) erfolgt und/oder Ermitteln (320) eines Versorgungsstromes (120_1) eines Steuergerätes oder dessen Veränderung (delta 120_1) durch Vorgabe des Ladestromes (120) des Personenschutzmittel- Energiespeichers (104) und Verwenden des Ladestroms (120) zum Landen des Personenschutzmittel- Energiespeichers (104).
Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Schritt des Abschaltens eines Ladestrom reglers oder des Einstellens eines Erhaltungsladestromes vorgesehen ist, wenn ein rückgelesener Ladestrom kleiner als ein vordefinierter Ladestrom (122) ist und einen Endzustand der Ladung des Personenschutzmittel- Energiespeichers (104) signalisiert, insbesondere bei einer Spannung (VEP) am
Personenschutzmittel- Energiespeicher, die innerhalb eines
Toleranzbereichs einer Versorgungsspannung (VUP) des Steuergerätes entspricht. Verfahren (300) gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte des Einlesens (310) und des Ermittelns (320) während eines Ladevorgangs des Personenschutzmittel- Energiespeichers (104) zumindest einmal wiederholt ausgeführt werden, insbesondere zyklisch wiederholt ausgeführt werden.
Verfahren (300) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte des Einlesens (310) und Ermittelns (320) nach einem Zeitintervall von 0,5 ms bis 10 ms wiederholt ausgeführt werden.
Verfahren (300) gemäß Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass zyklischen Ladestromvorgaben (122,120) in definierten
Zeitschritten mit definierten kleinen Strom-Schritten steigend und/oder mit definiert großen Stromschritten fallend durch einen Filteralgorithmus vorgegeben werden, damit eine Überlastung der Boost-Converter Schaltung (205) und/oder der Quellenergiespeicher (112) vermieden wird.
Verfahren (300) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt des Ermittelns (320) der Ladestrom (120) unter Verwendung einer Nachschlagetabelle ermittelt wird.
Verfahren (300) gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt des Ermittelns (320) eine Nachschlagetabelle verwendet wird, die die eine Performance eines Boost-Converters unter Last der angeschlossenen Verbraucher in Abhängigkeit der Spannung (116) abbildet und/oder die von einer zulässigen Strombelastung (120_1) des Quellenenergiespeichers abhängig ist und/oder die skalierbar an verschiedene Boost-Converter und/oder Quellenspeicher anpassbar ist.
Verfahren (300) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt des Ermittelns (320) der Ladestrom (120) unter Kenntnis eines aktuellen Leistungsbedarfs von zumindest einem elektronischen Bauelement (μθ, SPI) des Fahrzeugs (100) ermittelt wird.
Verfahren (300) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt des Einlesens (310) der Spannungswert (116) von einem Spannungsteiler (Rsl, Rs2, Rl, R2) eingelesen wird, insbesondere wobei ein von dem Spannungsteiler (Rsl, Rs2, Rl, R2) eingelesener Wert (116) analog-digital-gewandelt wird.
Verfahren (300) gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt des Einlesens (310) der Spannungswert (116) von einem Spannungsteiler (Rsl, Rs2, Rl, R2) eingelesen wird, der in Reihe mit einem Schalter (Tl), der insbesondere in High-Side-Schaltung oder in Low-Side-Schaltung verschaltet ist, und/oder der im Ruhezustand eines Steuergerätes (102) des Personenschutzmittels (106) sperrt und/oder hochohmig geschaltet ist.
Verfahren (300) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, gekennzeichnet durch einen Schritt (330) des Ladens des
Personenschutzmittel- Energiespeichers (104) unter Verwendung des ermittelten Ladestroms (120), insbesondere wobei im Schritt (330) des Ladens ein stromgeregelter Transistor (Tch) (124_1) zur Bereitstellung des Ladestroms (120) verwendet wird.
Verfahren (300) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte des Einlesens (310) und Ermitteins (320) unter Verwendung einer digitalen Recheneinheit (230, μΟ/μΡ) ausgeführt und/oder angesteuert werden.
Steuergerät (102, 200), das eingerichtet ist, um die Schritte (310, 320, 330) des Verfahrens (300) gemäß einem der vorangegangenen Ansprüche in entsprechenden Einheiten (230, 118, 114, 116, 122,124) auszuführen und/oder anzusteuern.
14. Computerprogramm, das dazu eingerichtet ist, das Verfahren (300) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 auszuführen.
Maschinenlesbares Speichermedium, auf dem das Computerprog nach Anspruch 14 gespeichert ist.
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