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Stand der Technik
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Die Erfindung betrifft ein Steuergerät bzw. ein Verfahren zur Ansteuerung von Personenschutzmitteln für ein Fahrzeug nach der Gattung der unabhängigen Patentansprüche.
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Aus
DE 10 2004 056 415 A1 ist ein integrierter Schaltkreis bekannt, der verschiedene Funktionen für ein Airbagsteuergerät aufweist. Dazu gehören beispielsweise Schnittstellen zur Anbindung von außerhalb des Steuergeräts befindlichen Sensoren. In dem integrierten Schaltkreis kann auch ein sogenannter Safety-Controller vorgesehen sein, der parallel zu einem Mikrocontroller die Sensorwerte auswerte, so dass zwei unterschiedliche hardwaremäßig getrennte Auswertepfade vorliegen.
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Aus der
DE 10 2005 017 218 A1 ist ein Verfahren zur Steuerung einer Sicherheitseinrichtung eines Fahrzeugs bekannt, bei dem ein erster, auf einem neuronalen Netz basierender Auslösealgorithmus mindestens ein Ausgangssignal eines Crashsensors verarbeitet und davon abhängig mindesten sein erstes Steuersignal erzeugt, ferner ein zweiter, herkömmlicher schwellwertbasierter Auslösealgorithmus, der mindestens ein Ausgangssignal eines Crashsensors verarbeitet und davon abhängig mindestens ein zweites Steuersignal erzeugt und Aktivierungsmittel, die aus dem mindestens einen ersten Steuersignal und aus dem mindestens einen zweiten Steuersignal mindestens ein Auslösesignal für mindestens ein Schutzmittel der Sicherheitseinrichtung erzeugen. Ferner offenbart dieses Dokument aus dem Stand der Technik eine entsprechende Vorrichtung zur Steuerung einer Sicherheitseinrichtung in einem Fahrzeug.
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Offenbarung der Erfindung
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Das erfindungsgemäße Steuergerät bzw. das erfindungsgemäße Verfahren zur Ansteuerung von Personenschutzmitteln für ein Fahrzeug mit den Merkmalen der unabhängigen Patentansprüche haben demgegenüber den Vorteil, dass nunmehr sowohl der Safety-Controller, als auch die Auswerteschaltung, beispielsweise ein Mikrocontroller, jeweils Schnittstellen für einen steuergeräteexternen Bus aufweisen. D. h. der steuergeräteexterne Bus wird in das Steuergerät hineingeführt und direkt an den Safety-Controller bzw. die Auswerteschaltung angebunden. Damit werden auch auf diese Daten das Prinzip der unabhängigen Auswertepfade, die auf unterschiedlichen Hardware-Bausteinen realisiert sind, ausgeweitet. Damit kann in Bezug auf diese Busdaten ein nicht mehr funktionstüchtiger Prozessor als Auswerteschaltung keinen negativen Einfluss entfalten, da der Safety-Controller getrennt von dieser Hardware ist und daher unabhängig davon die Busdaten auswertet.
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Vorliegend ist ein Steuergerät ein elektrisches Gerät, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuersignale für die Personenschutzmittel erzeugt. Ansteuern der Personenschutzmittel, wie Airbags, Gurtstraffer, crashaktive Kopfstützen usw. bedeutet dabei das Aktivieren dieser Personenschutzmittel beispielsweise, indem ein sogenannter Zündstrom zum Zünden von Zündelementen für Airbags ausgegeben wird.
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Die Auswerteschaltung kann vorliegend hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein, insbesondere können alle möglichen Prozessortypen wie der oben genannte Mikrocontroller, Mehrkernrechner usw. für die Auswerteschaltung verwendet werden. Dabei können integrierte Schaltungen, aber auch diskrete Schaltungen oder Mischformen davon verwendet werden.
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Die Entscheidung für die Ansteuerung beinhaltet zum einen die Aussage, ob Personenschutzmittel anzusteuern sind, wie diese Personenschutzmittel anzusteuern sind und welche Personenschutzmittel anzusteuern sind. Auch zeitliche Abfolgen können in dieser Entscheidung festgelegt werden.
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Das erste Sensorsignal, das einen Unfall kennzeichnet, ist beispielsweise ein Drehbewegungssignal oder ein ESP-Signal oder ein ABS-Signal oder andere fahrdynamische Größen.
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Bei dem Safety-Controller handelt es sich üblicherweise um einen Teil eines integrierten Schaltkreises, der unabhängig von den Schaltkreisen für die Auswerteschaltung ist. Der Safety-Controller kann auch als autarker integrierter Schaltkreis bereitgestellt werden. Der Safety-Controller weist die Auswertefunktionen als Hardwareschaltungen auf. Es ist jedoch auch möglich, diese in Software vorzusehen.
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Das Freigabesignal kann sehr einfach gestaltet sein, beispielsweise 0 oder 1. Es kann jedoch auch komplexer sein und insbesondere dann jeweilige Personenschutzmittel einzeln freigeben.
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Bei der Ansteuerschaltung handelt es sich ebenfalls beispielsweise um einen Teil eines integrierten Schaltkreises oder auch um voneinander getrennte elektronische Bauelemente, die zumindest in der Lage sind, die Entscheidung und das Freigabesignal auszuwerten und die Auswerteergebnisse miteinander zu verknüpfen. Nur, wenn sowohl die Entscheidung, als auch das Freigabesignal anzeigen, dass die Personenschutzmittel anzusteuern sind, erfolgt auch diese Ansteuerung.
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Bei der Schnittstelle handelt es sich um eine hard- oder softwaremäßige Ausprägung für die Anbindung des steuergeräteexternen Busses. Die Aufgabe der Schnittstelle ist es, die Daten zu lesen und dann die Nutzdaten in ein für das steuergeräteinternes lesbares Format umzuwandeln, um dann diese Daten in diesem Format an die jeweiligen Auswertebausteine, wie die Auswerteschaltung und den Safety-Controller, weiterzugeben.
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Bei dem Bus, der beispielsweise nach den abhängigen Ansprüchen definiert sein kann, handelt es sich üblicherweise um einen elektrischen, beispielsweise zweiadrigen oder dreiadrigen bzw. einen faseroptischen Bus. Dieser Bus ist als steuergeräteextern definiert, da dieser Bus verschiedene Steuergeräte und ggf. auch andere Komponenten im Fahrzeug miteinander verbindet.
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Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen des in den unabhängigen Patentansprüchen angegebenen Steuergeräts bzw. Verfahrens zur Ansteuerung von Personenschutzmitteln für ein Fahrzeug möglich.
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Vorteilhaft ist dabei, dass die wenigstens eine Schnittstelle einen CAN-Bus und/oder eine Flexray-Schnittstelle ist. Bei diesen Bussen, dem CAN-Bus (Controller Area Network) bzw. dem Flexray-Bus handelt es sich um in der Fahrzeugtechnik geläufige Bustechnologien, die hohe Flexibilität und hohe Übertragungsraten ermöglichen. Um eine Schnittstelle an einem Flexray-Bus zu betreiben, braucht man zwei Komponenten: den Bus-Transceiver und den Communication-Controller. Der Bus-Transceiver stellt die direkte Verbindung zur Datenleitung her. Einerseits schreibt er logische Informationen, die versendet werden sollen, in Form von Spannungspulsen auf den Bus, andererseits liest er die Signale aus, die von anderen Teilnehmern auf den Bus gesendet werden. Diese Ebene wird als physikalische Bitübertragungsschicht oder Physical Layer bezeichnet. Außerdem umfasst Flexray noch das Busprotokoll. Das Busprotokoll regelt, wie ein Netzwerk startet, wie ein Bus etabliert wird und welche Steuergeräte zu welchem Zeitpunkt senden dürfen. Der Communication Controller setzt das Busprotokoll in jedem Steuergerät um, beispielsweise verpackt er die zu übertragenen Informationen in ein Datenpaket und übergibt dieses Datenpaket zum richtigen Zeitpunkt zur Übertragung an den Bus-Transceiver. Beim CAN-Bus läuft das entsprechend.
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Darüber hinaus ist es vorteilhaft, dass die Auswerteschaltung mit der jeweils wenigstens einen Schnittstelle auf einem ersten integrierten Schaltkreis angeordnet ist. D. h. die Auswerteschaltung, beispielsweise ein Prozessor, ist mit der Schnittstelle auf einem IC integriert. Dies gilt entsprechend für den Safety-Controller und dessen Schnittstelle.
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In einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass sowohl die Auswerteschaltung, als auch der Safety-Controller eine sogenannte SPI (Serial Peripherial Interface)-Schnittstelle aufweisen, wobei die jeweilige SPI-Schnittstelle wenigstens ein zweites Sensorsignal bereitstellt, das in Kombination mit dem wenigstens einen ersten Sensorsignal für die Bildung der Entscheidung und für die Erzeugung des Freigabesignals jeweils von der Auswerteschaltung und dem Safety-Controller ausgewertet wird. Das bedeutet, über die SPI-Schnittstelle werden auch Unfallsensorsignale bereitgestellt, wie beispielsweise ein Beschleunigungssignal, ein pragmatisch integriertes Beschleunigungssignal, ein Luftdrucksignal oder andere Sensorsignale. Auch beliebige Formen der Verarbeitung, wie Integrationen und Ableitungen, Faktorisierungen usw. sind vorliegend möglich.
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Als vorteilhafte Variante hat es sich ergeben, dass die jeweiligen Sensorsignale, nämlich das vom Bus und das vom SPI jeweils Schwellwertvergleichen unterzogen werden und diese Schwellwertvergleiche bezüglich ihres Ergebnisses dann miteinander verknüpft werden. So gelingt dann die Ansteuerentscheidung.
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Alternativ dazu ist es möglich, nur eine Schwellwertentscheidung vorzusehen und das andere Signal für die Beeinflussung wenigstens eines Schwellwerts in dieser einen Schwellwertentscheidung vornehmen zu können. Ist nämlich beispielsweise das zweite Sensorsignal sehr hoch, dann ist eine starke Absenkung des Schwellwerts angezeigt.
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Bei dem Arbeitssignal handelt es sich um einen vom Sensorsignal abgeleitetes Signal, das beispielsweise integriert abgeleitet, mehrfach abgeleitet oder mehrfach integriert eine Mittelwertbildung, einer Nummierung usw. unterzogen werden kann. Bei dem Arbeitssignal kann es sich auch um das Sensorsignal, beispielsweise nach einer Tiefpassfilterung selbst handeln.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung 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 angeschlossenen Komponenten,
- 2 ein erstes Blockschaltbild,
- 3 ein zweites Blockschaltbild und
- 4 ein Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1 zeigt in einem Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Steuergeräts SG in einem Fahrzeug FZ mit den angeschlossenen Komponenten: ein Sensorsteuergerät DCU, einer Luftdrucksensorik für die Seitenaufprallsensierung PPS, sowie den Personenschutzmitteln PS. Weitere angeschlossene Komponenten, die für den Betrieb notwendig sind, bzw. auch solche Komponenten innerhalb des Steuergeräts SG, die für den Betrieb notwendig sind, aber nicht für das Verständnis der Erfindung, sind der Einfachheit halber weggelassen worden.
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Das Sensorsteuergerät DCU weist eine Sensorik S auf, beispielsweise eine Drehraten- und/oder Beschleunigungs- und/oder Körperschallsensorik, die ihr Messsignal an eine Schnittstelle IF1 innerhalb des Steuergeräts DCU überträgt, wobei die Schnittstelle IF1 vorliegend als CAN-Busschnittstelle ausgebildet ist und über den CAN-Bus BUS die Daten an das Steuergerät SG und damit das erste Sensorsignal überträgt. Dieser steuergeräteexterne Bus ist in das Steuergerät SG, vorliegend ein Airbagsteuergerät, hineingeführt und dabei direkt an die Schnittstellen 10 und 11 des Mikrocontrollers µC als der Auswerteschaltung, sowie des Safety-Controllers SCON als redundanten Hardwareauswertepfad.
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Die Luftdrucksensorik PPS, die üblicherweise in den Seitenteilen des Fahrzeugs für die Seitenaufprallsensierung angeordnet ist, ist an die Schnittstelle IF2 angebunden. Die Luftdrucksensorik PPS überträgt ihre Daten mittels des sogenannten PSI5-Protokolls, das im Internet unter www.psi5.org abrufbar ist.
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Die Schnittstelle IF2 wandelt dann die Daten in ein für das Steuergerät SG lesbares Format um, vorliegend das Serial Peripherial Interface (SPI). Auch hierfür weisen der Mikrocontroller µC eine eigene Schnittstelle 12 bzw. der Safety-Controller eine Schnittstelle 13 auf.
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Weitere, nicht dargestellte Sensorsignale können zusätzlich verarbeitet werden.
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Der Mikrocontroller µC benutzt nun sein Auswertealgorithmus, um die Sensorsignale zu verarbeiten. Dafür werden üblicherweise Schwellwertvergleiche, Klassifizierungen, Mustererkennungen usw. ausgeführt.
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Der Safety-Controller ist üblicherweise Teil eines integrierten Schaltkreises, bei dem hardwaremäßig Auswerteroutinen vorliegen, die beispielsweise einfache Schwellwertvergleiche lediglich ausführen. Der Safety-Controller erzeugt ein Freigabesignal, wenn die Sensorsignale einen Unfall anzeigen. Dieses Freigabesignal wird der Ansteuerschaltung FLIC, die ebenfalls Teil eines integrierten Schaltkreises sein kann, übertragen und wird dort als Freigabe einer Ansteuerungsentscheidung, die vom Mikrocontroller µC übertragen wird, interpretiert. Auch diese Übertragung kann beispielsweise im sogenannten SPI-Format erfolgen.
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Die Ansteuerschaltung FLIC weist eine Logik auf, um die beiden Signale, nämlich die Entscheidung und das Freigabesignal verarbeiten zu können und die entsprechenden Ansteuerungen von Leistungsschaltern vornehmen zu können. Die Leistungsschalter sind dabei üblicherweise als MOSFET's oder andere Leistungstransistoren ausgeführt. Schalten diese Leistungsschalter durch, dann wird die entsprechende Zündenergie, beispielsweise zu einem Zündelement eines Airbags außerhalb des Steuergeräts SG geleitet und führt dort zur Explosion und damit zur Aufblähung des Airbags. Auf der gleichen Weise können pyrotechnische Gurtstraffer angesteuert werden, auch andere pyrotechnischen Elemente können so angesteuert werden. Aber auch eine elektromagnetische Aktuatorik kann auf diese Weise aktiviert werden.
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2 zeigt in einem Blockschaltbild, wie die Sensorsignale, die zum einen über den Bus, und zum anderen von der Luftdrucksensorik PPS stammen, jeweils im Mikrocontroller µC und/oder dem Safety-Controller SCON verarbeitet werden können. Anstatt des Luftdrucksignals kann auch ein anderes Sensorsignal, wie das eines Beschleunigungssensors, Körperschallsensors, Umfeldsensors (Radar-, Ultraschall-, Video) oder Sitzbelegungssensors ausgewertet werden. Auch ESP-Signale usw. können berücksichtigt werden. Das Sensorsignal S1, das über den Bus in das Steuergerät SG gelangt, wird im Block 200 vorverarbeitet, um das Arbeitssignal A1 zu erzeugen. Die Vorverarbeitung 200 kann eine Filterung, Integration, Mittelwertbildung, gewichtete Integration usw. sein. Auch die Identifikation von Maxima, Minima, Ableitung usw. können als Vorverarbeitung auch in Kombination verwendet werden. Das Arbeitssignal A1 wird dann dem Schwellwertentscheider 201 zugeführt, um festzustellen, ob das Arbeitssignal A1 einen vorgegebenen Schwellwert übertrifft oder nicht. In Abhängigkeit davon wird das Ergebnissignal E1 ausgegeben, das in ein Und-Gatter 202 geführt wird.
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In gleicher Art und Weise wird das Sensorsignal S2 vorliegend von der Sensorik PPS verarbeitet, wobei die Vorverarbeitung 203 zur Erzeugung des Arbeitssignals A2 unterschiedlich von dem Block 200 aber auch gleich sein kann. Das Arbeitssignal A2 wird dann dem Schwellwertentscheider 204 zugeführt, um auch hier einen Schwellwertvergleich entsprechend durchzuführen. In Abhängigkeit von diesem Schwellwertvergleich wird das Ergebnissignal E2 erzeugt, das ebenfalls in das UND-Gatter 202 geführt wird. In Abhängigkeit von der Und-Verknüpfung des Gatters 202 der Signale E1 und E2 wird das Ausgangssignal 205 erzeugt, das dann beispielsweise das Freigabesignal des Safety-Controllers SCON ist oder die Entscheidung zur Ansteuerung durch den Mikrocontroller µC.
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Diese Verarbeitung der Sensorsignale ist die Grundstruktur. Sie kann in verschiedenster Art und Weise variiert werden. Insbesondere können Schwellwerte abhängig von Zeit oder anderen Sensorsignalen, wie Körperschallsignalen, Umfeldsignalen usw. gestaltet sein. Alternativ sind auch Klassifizierungsansätze, Mustervergleiche usw. möglich.
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3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Verarbeitung der Sensorsignale S1 und S2. Das Signal S1 wird wiederum in einem Vorverarbeitungsblock 300 zu einem Arbeitssignal A3 verarbeitet, das dem Schwellwertentscheider 301 für einen Schwellwertvergleich zugeführt wird. Der Schwellwert des Schwellwertentscheiders 301 wird vorliegend veränderlich in Abhängigkeit vom Sensorsignal S2 ausgestaltet, in dem das Sensorsignal S2 durch einen Vorverarbeitungsblock 302 zu einem Arbeitssignal A4, beispielsweise durch Integration oder Ableitung oder Filterung umgewandelt wird. Das Signal A4 bestimmt dann die Höhe des Schwellwerts über eine Abbildungsvorschrift. Das Ausgangssignal 303 des Schwellwertentscheiders 301 ist dann die Entscheidung zur Ansteuerung bzw. das Freigabesignal.
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Die Ausführungsformen gemäß 2 bzw. 3 können miteinander kombiniert werden oder eine Ausführungsform wird in der Auswerteschaltung und die andere Ausführungsform im Safety-Controller implementiert.
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4 zeigt in einem Flussdiagramm das erfindungsgemäße Verfahren, In Verfahrensschritt 400 wird die Entscheidung für die Ansteuerung der Personenschutzmittel durch den Mikrocontroller µC als der Auswerteschaltung gebildet. In Verfahrensschritt 401 wird anhand der Sensorsignale das Freigabesignal durch den Safety-Controller SCON erzeugt. In Verfahrensschritt 402 wird in der Ansteuerschaltung FLIC die Entscheidung für die Ansteuerung sowie das Freigabesignal miteinander verknüpft, beispielsweise logisch. In Abhängigkeit von dieser Verknüpfung wird in Verfahrensschritt 403 geprüft, ob die Verknüpfung aussagt, dass eine Ansteuerung der Personenschutzmittel PS erfolgen soll. Dies ist dann der Fall, wenn sowohl das Freigabesignal, als auch die Entscheidung für die Ansteuerung dies anzeigen. Sobald zumindest eines dieser Ausgangssignale, nämlich das Freigabesignal und/oder die Entscheidung für die Ansteuerung negativ sind, erfolgt keine Ansteuerung und das Verfahren endet in Verfahrensschritt 404. Soll die Ansteuerung jedoch erfolgen, wird in Verfahrensschritt 405 die Ansteuerung durch die Bestromung, beispielsweise von Zündelementen durch die Ansteuerschaltung FLIC durchgeführt.
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Die Entscheidung für die Ansteuerung kann nicht nur enthalten die Entscheidung überhaupt Personenschutzmittel anzusteuern, sondern auch wie und welche und wann. Diese Angaben können auch nur jeweils einzeln der Entscheidung hinzugefügt werden, so dass andere Angaben sich aus anderen Gegebenheiten des Steuergeräts ergeben.