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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren bzw. ein Steuergerät zur
Ansteuerung von Personenschutzmitteln für ein Fahrzeug
nach der Gattung der unabhängigen Patentansprüche.
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Aus
DE 37 29 785 C1 ist
es bereits bekannt, dass bei einem Verfahren zur Ansteuerung von
Personenschutzmitteln bezüglich des Zündstroms
entweder die Spannung an einem Energiereservekondensator oder die
Spannung über dem Zündelement bzw. Zündstrom
gemessen wird um festzustellen, wann dem Zündelement genug
Energie zur Verfügung gestellt wurde, so dass für
das jeweilige Zündelement ein vorbestimmter Energiebetrag
maximal verwendet wird. Damit ist es möglich, mit einem
Kondensator mehrere Zündelemente auch nacheinander zu zünden,
auch wenn eines der Zündelemente in Folge der Zündung
einen Kurzschluss aufweist.
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Offenbarung der Erfindung
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Das
erfindungsgemäße Verfahren bzw. das erfindungsgemäße
Steuergerät zur Ansteuerung von Personenschutzmitteln für
ein Fahrzeug mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche
haben demgegenüber den Vorteil, dass nunmehr eine Zündstromregelung
zumindest teilweise unabhängig von einer Zündstrommessung
durchgeführt wird. Damit ist eine autarke Zündstrommessung
möglich, mit der die Dauer des real gelieferten Zündstroms
detektiert werden kann, so dass ein besserer Nachweis für den
bereitgestellten Zündstrom vorliegt. Folglich werden der
Zündstromregler, der den geforderten Zündstrom
regelt, und die Zündstrommessung, die die Aussage trifft,
ob ein minimal ausreichender Zündstrom fließt
unabhängig voneinander ausgeführt. Damit wird
vermieden, dass Einzelfehler in der Zündstromregelung zu
nicht gerechtfertigten Ergebnissen im Nachweis führen.
Die autarke Zündstrommessung wird demnach vorzugsweise
für eine Dokumentation des Zündstromflusses genutzt.
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Vorliegend
bedeutet die Ansteuerung von Personenschutzmitteln die Aktivierung
solchen Personenschutzmittel wie ein Airbag, Gurtstraffer, crashaktive
Kopfstützen usw.
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Die
Erzeugung des Zündstroms kann aus einer Batteriespannung
oder aber insbesondere aus einer Energiereserve bspw. einem oder
mehreren Kondensatoren erfolgen. Die darin üblicherweise
bei Spannungen von ungefähr 40 V gespeicherte Energie wird
spannungsmäßig abwärts gewandelt und
ist dann für die Verwendung als Zündstrom bereit.
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Die
Einflussnahme auf den Zündstrom kann sich in unterschiedlichster
Art und Weise ausprägen. Wie es aus dem kennzeichnenden
Teil hervorgeht, kann diese Einflussnahme durch eine Regelung erfolgen,
es ist jedoch auch möglich, eine Steuerung vorzusehen und
insbesondere eine Abschaltung des Zündstroms.
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Die
Zündstromregelung kann aus allen möglichen Reglern
aufgebaut sein. Dazu zählen insbesondere die in den abhängigen
Ansprüchen aufgeführten Regler. Zumindest teilweise
unabhängig davon wird die Zündstrommessung ausgeführt.
Damit wird eine Einflussnahme der Zündstromregelung auf die
Zündstrommessung vermieden. Dennoch können Schaltungsstrukturen
sowohl von der Zündstromregelung als auch von der Zündstrommessung
gemeinsam verwendet werden. Die Zündstromregelung regelt
den Zündstrom, der für die Ansteuerung der Personenschutzmittel
verwendet wird auf einen vorbestimmten Wert ein, während
die Zündstrommessung lediglich zur Erfassung des aktuellen
Strommesswerts dient.
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Ein
Steuergerät ist vorliegend ein elektrisches Gerät,
das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon
an Steuersignale, vorliegend den Zündstrom, ausgibt. Dies
ist insbesondere für eine Vielzahl von Personenschutzmitteln
vorteilhaft.
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Unter
der Zündstrombereitstellungsschaltung ist die Schaltung
zu verstehen, die den Zündstrom bereitstellt, also beispielsweise
der Energiereservekondensator mit einem Abwärtswandler.
Auch ein Leistungsschalter, wie es ein Transistor ist, kann hierunter
verstanden werden.
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Der
Zündstromregler führt die Funktion der Zündstromregelung
aus. Dafür weist der Zündstromregler eine Rückkopplung
auf, um einen Regelmechanismus zu installieren. Auch hierbei wird
zunächst ein Messwert erfasst und in Abhängigkeit
von einem Vergleich dieses Messwerts mit einem vorgegebenen Wert
erfolgt dann die Ansteuerung im Regelkreis.
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Die
Zündstrommessschaltung dient nun dazu, den Zündstrom
zu messen, wobei der Zündstromregler zumindest teilweise
unabhängig von der Zündstrommessung ausgeführt
ist. Durch diese Unabhängigkeit wird vermieden, dass ein
Zündstromregler Einfluss auf die Zündstrommessung
nimmt.
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Durch
die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten
Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen
des in den unabhängigen Patentansprüchen angegebenen
Verfahrens bzw. Steuergeräts zur Ansteuerung von Personenschutzmitteln
möglich.
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Es
ist dabei vorteilhaft, dass die Zündstromregelung und die
Zündstrommessung jeweils mittels unterschiedlichen Schwellwertvergleichen
ausgeführt werden. D. h. sowohl die Zündstromregelung
als auch die Zündstrommessung weisen jeweils voneinander
unabhängige Schwellwertvergleiche auf, um einmal die Regelung
und zum anderen die Messung durchzuführen. Die Schwellwertvergleiche
können hard- und/oder softwaremäßig ausgeführt
werden.
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Es
ist weiterhin vorteilhaft, dass die Zündstromregelung dadurch
ausgeführt wird, dass der wenigstens eine Zündstrom
in zwei Pfade aufgeteilt wird, wobei ein erster Spannungsabfall
an einem Widerstand im ersten Pfad mit einem zweiten Spannungsabfall
an einem ersten Referenzwiderstands in Folge eines ersten Referenzstroms
verglichen wird und die Zündstromregelung in Abhängigkeit
von diesem ersten Vergleich erfolgt. Die Aufteilung in zwei Pfade
kann beispielsweise dazu verwendet werden, einen Pfad mit einem
hohen Anteil und einen mit einem niedrigen Anteil des Zündstroms
vorzusehen. D. h. unter den Pfaden werden üblicherweise
parallele Stromzweige verstanden. Die Messung erfolgt dann in dem
Teil mit dem niedrigeren Strom. Der Referenzwiderstand ist vorgegeben
und der Referenzstrom wird bspw. von einer Stromquelle oder einem
anderen vorhandenen Strom im System abgeleitet.
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Darüber
hinaus ist vorteilhaft, dass im ersten Pfad weniger Strom als im
zweiten Pfad fließt, vorzugsweise im Verhältnis
1:40. Dies gibt ein Beispiel dafür wieder, wie die Aufteilung
auf die beiden Pfade geschehen kann, so dass im ersten Pfad ein
geringer Strom für die Messung fließt und im zweiten
Pfad der große Anteil des Zündstroms für
die Ansteuerung der Personenschutzmittel.
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Weiterhin
ist es vorteilhaft, dass die Zündstrommessung dadurch ausgeführt
wird, dass der erste Spannungsabfall mit einem dritten Spannungsabfall
an einem zweiten Referenzwiderstand in Folge eines zweiten Referenzstroms
verglichen wird, wobei in Abhängigkeit von dem zweiten
Vergleich ein Zähler gestartet wird. Vorliegend wird der
erste Pfad mit dem ersten Spannungsabfall an dem Widerstand gemeinsam
sowohl von der Zündstromregelung als auch von der Zündstrommesung
verwendet. Die Unabhängigkeit besteht jedoch im dritten
Spannungsabfall an dem zweiten Referenzwiderstand der ungleich dem ersten
Referenzwiderstand ist in Folge eines zweiten Referenzstroms der
ungleich des ersten Referenzstroms ist. Dabei können die
Größen gleich sein, aber es handelt sich um unterschiedliche
Referenzwiderstände und unterschiedliche Ströme.
In Abhängigkeit von diesem zweiten Vergleich wird ein Zähler gestartet.
Der Zähler zählt die Zeit für die der
mindestens eine Zündstrom über einer vorgegebenen Schwelle
die durch den zweiten Referenzwiderstand definiert wird, liegt.
Dies ist für Dokumentationszwecke und eine Crashanalyse
von Nutzen. Vorteilhafter Weise erfolgt eine Dokumentation in Abhängigkeit von
diesem zweiten Vergleich und dem Stand des Zählers.
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Es
ist weiterhin von Vorteil, dass für die Zündstromregelung
ein Zündstromtreiber verwendet wird, der vorzugsweise als
Sense FET Struktur vorliegt.
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Vorteilhafter
Weise weisen der Zündstromregler und die Zündstrommessschaltung
jeweilige Schwellwertvergleiche für ihre jeweilige Funktion
auf. Die Funktion bedeutet dabei die Regelung und zum anderen die
Strommessung.
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Darüber
hinaus ist es von Vorteil, dass der Zündstromregler an
einen Zündstromtreiber für die Regelung des wenigstens
einen Zündstroms angeschlossen ist. Damit wird die Rückführung
beschrieben, nämlich der Regler nimmt Einfluss auf den
Treiber, der selbst den Zündstrom bereitstellt. Dies kann durch
geschickte Schaltungsmaßnahmen einfach vorgesehen sein.
Dieser Anschluss kann beispielsweise bei dem sogenannten Sense FET
Treiber an die Verbindungsleitung für die beiden Gates
vorgesehen sein. Ein solcher Abtastfeldeffekttransistor oder Sense
FET ist gemäß der
DE 198 23 140 A1 beschrieben. Alternative
wäre noch ein ΔUBE Regler zur Regelung bzw. zur
Strombegrenzung möglich. Diese Schaltung begrenzt den Strom,
wenn die Spannung über den Shunt zu groß wird,
indem ein NPN-Transistorpaar einem Feldeffekttransistor die Gatespannung
abschnürt.
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Ausführungsbeispiele
sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden
Beschreibung näher erläutert.
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Es
zeigen 1 ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen
Steuergeräts mit einer geschlossenen Komponenten, 2 ein
Schaltbild der Erfindung, 3 ein ersten
Flussdiagramm und 4 ein zweites Flussdiagramm.
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1 zeigt
in einem Blockschaltbild das erfindungsgemäße
Steuergerät SG mit angeschlossenen Komponenten DCU und
PS in einem Fahrzeug FZ. Das Sensorsteuergerät DCU überträgt
Sensorsignale die Unfallrelevant sind an das Steuergerät
SG und dabei an die Schnittstelle IF. Die Schnittstelle IF kann
hard- und/oder softwaremäßig ausgeführt
sein. Vorliegend ist sie beispielsweise Teil eines so genannten
System-ASICs, der verschiedenste Funktionen des Steuergeräts
SG beherbergt. Die Schnittstelle IF überträgt
die Sensordaten über einen SPI-BUS (serial periferial interface)
an einen Mikrocontroller μC. Der Mikrocontroller μC
wendet einen oder mehrere Auslösealgorithmus auf die Sensordaten
an um herauszufinden, ob die Personenschutzmittel PS anzusteuern
sind oder nicht. Trifft der Mikrocontroller μC eine Ansteuerungsentscheidung dann überträgt
er ein Ansteuerungssignal ebenfalls über den SPI-BUS an
die Ansteuerschaltung FLIC, die erfindungsgemäß ausgebildet
ist. Die Ansteuerschaltung FLIC sorgt für eine Bestromung
der Personenschutzmittel PC um diese zu aktivieren.
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Vorliegend
sind nur die Komponenten dargestellt, die zum Verständnis
der Erfindung notwendig sind. Andere für den Betrieb notwendige
Komponenten sind der Einfachhalt halber weggelassen worden.
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Wie
oben angegeben, liegt die Erfindung vorliegend im Halbleiterbaustein
FLIC. Dieser Baustein kann aus einem oder mehreren integrierten
Schaltkreisen bestehen, insbesondere kann er auch Teil des System-ASICs
sein. Teile der Erfindung können sich auch außerhalb
der integrierten Schaltkreise befinden.
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Die
Erfindung besteht aus einer Zündstromregelung, die dafür
gedacht ist, den Zündstrom auf einen vorgegebenen Wert
einzustellen. Diese Vorgabe kann aus einem Speicher entnommen werden
oder sie kann sich auch adaptiv aus der Situation ergeben. Die autarke
Zündstrommessung dient vorzugsweise für den Nachweis,
dass der Zündstrom für die gemessene Zeit über
einem bestimmten Niveau vorgelegen hat. Dies dient als Nachweis
dafür, dass das Steuergerät korrekt funktioniert
hat.
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Sowohl
für die Zündstromregelung als auch für
die Zündstrommessung ist letztlich ein jeweiliger Schwellwertvergleich
kennzeichnend, um einen Messwert qualifizieren zu können.
Dies wird vorliegend mit unterschiedlichem Schwellwertvergleich durchgeführt,
die unabhängig voneinander aufgebaut sind.
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2 erläutert
dies anhand eines Schaltbildes der Zündkreisschaltung FLIC,
wobei nur der erfindungsrelevante Teil dargestellt ist. Von einer
Versorgung VER wird die Energie für den Zündstrom
bereitgestellt. Dies kann bspw. aus einem Energiereservekondensator
bspw. einem Elektrolytkondensator und einem Abwärtswandler
ausgeführt werden. Der Strom verteilt sich hierbei auf
die vier Zweige, nämlich die beiden Referenzzweige (Pfade),
die durch die Referenzwiderstände R1 und R2 gekennzeichnet sind,
den Shunt-Widerstand RS, der zum Stromtreiber ZT gehört
und dem ersten Zweig, der keinen Widerstand aufweist. Auch dieser
erste Zweig oder Pfad gehört, wie der zweite Pfad mit dem
Shunt RS zum Zündstromtreiber ZT. Vorliegend wird der Zündstromtreiber
ZT als sogenannter Sense FET ausgeführt mit den zwei Pfaden,
die im Verhältnis den Strom mit 1:x aufteilen. Die beiden
Transistoren T1 und T2 dienen hierbei als Treiber, sie werden über
die Zündstromregelung angesteuert. Über die Sourceausgänge
der Transistoren T1 und T2, die vorliegend als Feldeffekttransistoren
ausgebildet sind, wird der Zündstrom den Personenschutzmitteln
PS zugeführt.
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U1
und U2 sind Stromquellen. Die Stromquellen U1 und U2 haben einen
fest definierten Stromwert und erzeugen über den Widerständen
R1 und R2 je einen festen Spannungsabfall. Diese Spannungsabfälle
werden in den Komparatoren K1 und K2 mit dem Spannungsabfall über
RS verglichen und regeln entsprechend den Zündstrom oder
detektieren einen ausreichenden Zündstrom.
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Die
Zündstromregelung steuert dann in Abhängigkeit
von dem Vergleich die Transistoren T1 und T2 über deren
Basis bzw. Gate an und beeinflusst so die Höhe des Zündstroms.
Dabei ist nur der erste Pfad relevant, da beispielsweise das Verhältnis 1:40
zwischen den beiden Pfaden ist.
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Der
zweite Vergleich am Komparator K2 dient zur Initialisierung eines
Zählers Z der dann mit dem Takt TA bspw. des Steuergeräts
von 500 ms hoch zählt. Der Zähler wird beispielsweise
wieder gestoppt, wenn der Zündstrom unter ein gewisses
Niveau fällt, was durch den Widerstand R2 und die Stromquelle
U2 festgelegt ist. Damit kann dann die Zeit gemessen werden, für
die der Zündstrom über einer vorgegebenen Schwelle
liegt. Dies wird dann in einen Crashrekorder oder einen anderen
Speicher eingeschrieben, um für die Crashanalyse zur Verfügung
zu stehen.
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Die
Komparatoren K1 und K2 werden in der dem Fachmann bekannten Art
und Weise aufgebaut.
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3 erläutert
in einem Flussdiagramm das erfindungsgemäße Verfahren.
Im Verfahrensschritt 300 wird der Zündstrom von
der Zündstrombereitstellungsschaltung bereitgestellt bzw.
erzeugt. In den Verfahrensschritten 301 bzw. 302 erfolgt
unabhängig voneinander die Regelung bzw. Messung des Zündstroms.
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In 4 wird
in einem weiteren Flussdiagramm das erfindungsgemäße
Verfahren beschrieben. Im Verfahrensschritt 400 erfolgt
die Ansteuerungsentscheidung durch den Mikrocontroller μC
auf Basis der Unfallsensorsignale. Im Verfahrensschritt 401 wird
der Zündstrom auf zwei Pfade abgespalten. Im Verfahrensschritt 402 erfolgt
die Messung am Shunt-Widerstand RS. Diese Messung wird zum einen
im Verfahrensschritt 403 vom Komparator K1 mit einem durch
den Widerstand R1 und die Stromquelle U1 vorgegebenen Wert verglichen.
In Abhängigkeit davon erfolgt im Verfahrensschritt 404 eine
Regelung. Es kann sein, dass keine Regelung erfolgt und zurück
zum Verfahrensschritt 402 gesprungen wird. Parallel dazu
läuft die Zündstrommessung in dem der Spannungsabfall
am Widerstand RS vom Komparator K2 mit einem vorgegebenen Wert verglichen
wird. Liegt der Wert darunter, dann wird zu Verfahrensschritt 402 zurückgesprungen.
Liegt der Wert über dem vorgegebenen Wert, dann wird zu
Verfahrensschritt 406 gesprungen und ein Zähler
wird initialisiert. Dieser Zähler läuft solange
der Zündstrom über dem vorgegebenen Wert ist.
Danach erfolgt die Dokumentation im Verfahrensschritt 407 wie
lange der Zündstrom über dem Schwellwert gelegen
hat.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - DE 3729785
C1 [0002]
- - DE 19823140 A1 [0019]