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TECHNISCHES GEBIET
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Die Erfindung betrifft eine Elektronische Steuereinheit für einen Airbag, die oft auch als Airbag ECU („Airbag Electronic Control Unit“) bezeichnet wird, mit einem autarken Ereignisdatenrekorder, oft auch EDR („Event Data Recorder“) genannt.
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HINTERGRUND
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Die Aufzeichnung von Fahrzeug- und Unfalldaten kurz vor, während und nach einem Unfall in einem nicht flüchtigen Speicher im Fahrzeug gewinnt mehr und mehr an Bedeutung. Diese Daten sollen helfen, das Unfallgeschehen und dessen Ursache so genau wie möglich rekonstruieren zu können. In der Publikation
DE 29705400 U1 wird ein Steuergerät beschrieben, bei dem Fahrzeug- und Betriebsdaten im Falle eines Unfalls in einem nichtflüchtigen Speicher gespeichert werden. Die Publikation
DE 3805256 A1 beschreibt eine Reserveschaltung zur Notstromversorgung eines elektronischen Verbrauchers in einem Fahrzeug wie zum Beispiel eines Pkw-Diagnosegerätes oder Pkw-Unfalldatenschreibers. Derartige Systeme sind auch für Versicherungsunternehmen von Interesse, die die Daten zur Feststellung von Versicherungsleistungen im Schadensfall nutzen wollen. Des Weiteren wurden gesetzliche Bestimmungen zur Aufzeichnung von Unfalldaten von diversen Behörden (z.B. National Highway Traffic Safety Administration) und anderen Organisationen angeregt.
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Bestehende Systeme sind nicht für die Speicherung einer größeren Menge von Daten ausgelegt. Gewisse Komponenten eines Fahrzeuges, wie z.B. die Airbags ECUs, müssen eine von der Bordenergieversorgung unabhängige Energieversorgung aufweisen für den Fall, dass auf Grund eines Unfalles die Bordenergieversorgung des Fahrzeuges ausfällt. Bei bekannten Systemen wird zu diesem Zweck eine „Notenergieversorgung“ mit Hilfe von Elektrolytkondensatoren gewährleistet. In der Publikation
DE 19827622 A1 wird ein Videorecorder zum Speichern von Unfalldaten beschrieben, bei dem die Stromversorgung des Speichers in dem die Daten gespeichert sind, bei einer Unterbrechung der Stromversorgung durch das Bordnetz durch unabhängige Energieversorgungseinheiten aufrecht erhalten wird.
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Die Speicherung einer größeren Menge von Daten in einen nicht flüchtigen Speicher kann jedoch relativ viel Zeit in Anspruch nehmen, beispielsweise zwei Sekunden. Zur Aufrechterhaltung der Energieversorgung der Airbag ECUs über einen derart langen Zeitraum wären sehr viele und sehr große Kondensatoren notwendig, was das Gesamtsystem empfindlich verteuern würde.
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Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe besteht unter anderem in der Bereitstellung eines neuen Konzepts für eine Airbag ECU mit einer Datenrekordereinheit (ein so genannter „event data recorder“) die mit einer möglichst geringen Anzahl von Kondensatoren zur Gewährleistung der Stromversorgung im Falle eines Unfalles auskommt.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Die oben genannte Aufgabe wird durch die elektronische Steuereinheit gemäß Anspruch 1 gelöst. Verschiedene Ausführungsbeispiele und Weiterentwicklungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Ein Beispiel der Erfindung betrifft eine elektronische Steuereinheit für einen Airbag, die aufweist: eine Datenrekordereinheit, die einen flüchtigen Speicher, einen nicht flüchtigen Speicher und eine Kopierschaltung aufweist, wobei die Kopierschaltung dazu ausgebildet ist, Daten während einer zweiten Betriebsphase (Rekorderphase) der Steuereinheit von dem flüchtigen Speicher in den nichtflüchtigen Speicher zu kopieren; eine Protokolleinheit, die dazu ausgebildet ist, während einer ersten Betriebsphase (Protokollphase) der Steuereinheit Fahrzeug- und/oder Unfalldaten in dem in der Datenrekordereinheit angeordneten flüchtigen Speicher aufzuzeichnen; eine erste Energieversorgungseinheit, die mit der Steuereinheit verbunden ist und die Protokolleinheit sowie weitere Komponenten der Steuereinheit während eines Teils einer Autarkiezeit unabhängig von einer externen Batterieversorgung mit Energie versorgt; und eine zweite Energieversorgungseinheit, die mit der Datenrekordereinheit verbunden ist und während des verbleibenden Teils der Autarkiezeit nur diese mit Energie versorgt.
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Die zweite Energieversorgungseinheit kann ein Kondensator sein. Die Kapazität des Kondensators ist dabei groß genug, um die Energieversorgung der Datenrekordereinheit zumindest für die Dauer des Kopiervorgangs oder zumindest für die Dauer von zwei Sekunden zu gewährleisten zu gewährleisten.
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Die Protokolleinheit kann zumindest einen flüchtigen Speicher aufweisen und dazu ausgebildet sein, Fahrzeug- und/oder Unfalldaten während der ersten Betriebsphase in den flüchtigen Speicher der Protokolleinheit zu speichern und anschließend von diesem Speicher in den flüchtigen Speicher in der Datenrekordereinheit zu kopieren.
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Die elektronische Steuereinheit kann des Weiteren Entkopplereinheiten aufweisen, die zwischen der Datenrekordereinheit und der Protokolleinheit angeordnet sind. Die Entkopplereinheiten können dazu ausgebildet sein, die Datenrekordereinheit von den übrigen Komponenten der Steuereinheit zu entkoppeln für den Fall, dass die zweite Energieversorgungseinheit ausfällt.
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Der nichtflüchtige Speicher kann über eine serielle Busverbindung mit der Kopierschaltung verbunden sein. Die Protokolleinheit kann eine Schnittstelle zu einem Fahrzeugbus aufweisen, über die die Fahrzeug- und/oder Unfalldaten empfangbar sind.
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Figurenliste
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Die folgenden Figuren und die weitere Beschreibung soll helfen, die Erfindung besser zu verstehen. Die Elemente in den Figuren sind nicht unbedingt als Einschränkung zu verstehen, vielmehr wird Wert darauf gelegt, das Prinzip der Erfindung darzustellen. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen korrespondierende Teile.
- 1 zeigt ein Blockschaltbild eines Beispiels der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung.
- 2 zeigt die Schaltungsanordnung aus 1 in größerem Detail.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
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Die elektronische Steuereinheit für Airbags (Airbag ECU) ist das einzige Steuergerät in einem Fahrzeug, das bei fehlender externen Versorgung durch die Autobatterie seine Funktionen für eine bestimmte Zeit (d.h. Autarkiezeit TA) aufrechterhalten können muss. Dies ist vor allem Dann wichtig, wenn aufgrund eines Defekts oder auch wegen des geraden stattfindenden Aufpralls die Batterieversorgung der Airbag ECU zusammengebrochen ist. In manchen Fällen wird bei einem Unfall die Batterie auch bewusst vom Bordnetz getrennt.
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Wie eingangs bereits erläutert ist im Falle eines Unfalls die Speicherung von immer umfangreicheren Datensätzen notwendig, die ebenfalls unabhängig von der externen Batterieversorgung während der Autarkiezeit in einem nichtflüchtigen Speicher abgelegt werden müssen. Die Energieversorgung während der Autarkiezeit wird meist mit Hilfe von Elektrolytkondensatoren gewährleistet, die - um möglichst viel Energie zu speichern - auf eine hohe Spannung (höher als die Batteriespannung) aufgeladen sind. Während der Autarkiezeit TA wird die im Kondensator gespeicherte Energie wieder über einen Spannungswandler an den Airbag ECU abgegeben und so die darin angeordneten Schaltungskomponenten mit Strom versorgt.
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Während der Autarkiezeit TA muss die Airbag ECU die folgenden Funktionen erfüllen: das Auslösen der Airbags, das Protokollieren der zu speichernden Fahrzeug- und Unfalldaten (z.B. Geschwindigkeit, Bremsbeschleunigung, Querbeschleunigung, Bremszeitpunkt, Status der Beleuchtung und der Blinker, etc.), und das Abspeichern der protokollierten Daten in einem nichtflüchtigen Speicher wie z.B. einem EEPROM.
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Das Auslösen der Airbags erfolgt während eines „Zündintervalls“ TF („fire interval“) von ca. 2 ms bis 30ms, während dessen der Strombedarf rund 20 A beträgt. Gleichzeitig oder anschließend beginnt ein sogenanntes „Protokollintervall“ TP, während dessen die oben erwähnte Protokollierung der Fahrzeug- und Unfalldaten erfolgt. Der Strombedarf beträgt dabei rund 300 mA für ein Protokollintervall von beispielsweise 250 ms. Die maximale Autarkiezeit TA resultiert aus der Summe von Zündintervall TF und Protokollintervall TP.
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Das Abspeichern der protokollierten Daten in einem nichtflüchtigen Speicher kann bei den geforderten Datenmengen sehr viel Zeit, z.B. rund 2 Sekunden oder auch mehr, in Anspruch nehmen. Durch das Abspeichern umfangreicher Fahrzeug- und Unfalldaten wird die benötigte Autarkiezeit erheblich verlängert (im vorliegenden Beispiel verachtfacht), wodurch auch eine erhebliche Vergrößerung der Kapazität der Elektrolytkondensatoren notwendig wird, die die Energieversorgung während der Autarkiezeit gewährleisten.
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Die 1 zeigt anhand eines ersten Beispiels der Erfindung ein neues Konzept einer Airbag ECU, bei der trotz einer langen Autarkiezeit von z.B. zwei Sekunden, dennoch nur eine geringfügige Erhöhung der Kapazität der Elektrolytkondensatoren notwendig ist, was einen nicht unbeachtlichen Kostenvorteil für den Hersteller bringt.
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Die Schaltungsanordnung umfasst eine elektronischen Steuereinheit für einen Airbag (Airbag ECU 1) und zwei Energieversorgungseinheiten 30, 40. Die elektronische Steuereinheit 1 umfasst eine Datenrekordereinheit 20, die einen flüchtigen Speicher 21, einen nicht flüchtigen Speicher 22 und eine Kopierschaltung 23 aufweist. Die Airbag ECU weist mehrere Betriebsphasen, nämlich die oben erwähnte Zündphase, die Protokollphase und eine Rekorderphase auf. Die Kopierschaltung 23 ist dazu ausgebildet, Daten während einer zweiten Betriebsphase (Rekorderphase) der Steuereinheit 1 von dem flüchtigen Speicher 21 in den nicht flüchtigen Speicher 22 zu kopieren.
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Die elektronische Airbag ECU 1 umfasst des Weiteren eine Protokolleinheit 10, die dazu ausgebildet ist, während einer ersten Betriebsphase (Protokollphase) der Steuereinheit 1 Fahrzeug- und/oder Unfalldaten über eine Schnittstelle (z.B. CAN Bus-Interface) zu empfangen in den flüchtigen Speicher 21 der Datenrekordereinheit 20 zu speichern. Eine erste Energieversorgungseinheit 30 ist mit der Steuereinheit 1 verbunden, um die Protokolleinheit 10 sowie weitere Komponenten der Steuereinheit 1 mit Energie zu versorgen. Eine zweite Energieversorgungseinheit 40 ist mit der Datenrekordereinheit 20 verbunden, um diese mit Energie zu versorgen, insbesondere dann, wenn die Energiereserven der ersten Energieversorgungseinheit z.B. aufgrund eines Unfallschadens aufgebraucht ist, d.h. während der Autarkiezeit TA.
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Der flüchtige Speicher 21 ist beispielsweise ein RAM-Modul, der nicht flüchtige Speicher 22 beispielsweise ein EPROM oder EEPROM. Die zweite Energieversorgungseinheit 40 umfasst einen Kondensator CLER. Als Kondensator kann beispielsweise ein Elektrolytkondensator verwendet werden, dessen Kapazität groß genug ist, um die Energieversorgung der Datenrekordereinheit 20 zumindest für die Dauer des Kopiervorgangs der Daten von dem flüchtigen Speicher 21 in den nicht flüchtigen Speicher 22 zu gewährleisten. Je nachdem, wie viele Daten gespeichert werden müssen, kann dieser Kopiervorgang zwei Sekunden oder länger dauern. Es ist wichtig, zu bemerken, dass die zweite Energieversorgungseinheit 40 während der Autarkiezeit TA nur die Rekordereinheit 20 mit Energie versorgt, während alle anderen Komponenten - je nach Zustand der ersten Energieversorgungseinheit 30 - abgeschaltet werden können. Für die Energieversorgung der Airbag ECU 1 während des Zünd- und Protokollintervalls muss die erste Energieversorgungseinheit 30 sorgen. Diese muss jedoch nicht für die gesamte Autarkiezeit inklusive Rekorderintervall TR ausgelegt sein.
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Durch die Trennung der Rekordereinheit 20 von der Protokolleinheit 10 kann die Stromaufnahme der Airbag ECU 1 während des langen Rekorderintervalls deutlich reduziert werden, weil lediglich die Rekordereinheit 20 in Betrieb sein muss und sämtliche anderen Komponenten der Airbag ECU 1 abgeschaltet werden können. Die Rekordereinheit enthält nur die wesentlichen Schaltungselemente, die für eine dauerhafte Speicherung der relevanten Fahrzeug- und Unfalldaten notwendig sind. Folglich ist für die Aufrechterhaltung der Rekorderfunktion eine deutlich geringere Anzahl von Elektrolytkondensatoren nötig, als wenn die Speicherung der Daten direkt von der Protokolleinheit durchgeführt werden würde.
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Die Protokolleinheit 10 umfasst beispielsweise einen Mikroprozessorkern und eine Datenschnittstelle, über die die zu speichernden Daten D empfangen werden. Die Schnittstelle kann beispielsweise ein CAN-Bus-Interface sein, über das sämtliche relevanten Fahrzeug- und Unfalldaten empfangen werden. Bei diesen Daten handelt es sich beispielsweise um die Geschwindigkeit des Fahrzeuges, Beschleunigungswerte, Bremszeit, etc.
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2 zeigt als weiteres Beispiel der Erfindung eine detailliertere Ausführungsform des Beispiels aus 1. Die erste Energieversorgungseinheit 30 wird durch einen mit der Autobatterie verbundenen Tiefsetzsteller 31 gebildet, wobei zwischen dem Eingang des Tiefsetzstellers 31 (buck converter) und der Autobatterie eine Diode D1 und ein Hochsetzsteller 32 (boost converter) geschaltet sein können. Des weiteren ist die Spannung am Eingang des Tiefsetzstellers 31 durch einen Pufferkondensator CER gepuffert. Im Falle eines Zusammenbruchs der Batteriespannung VBAT verhindert die Diode Di ein ungewolltes Entladen des Pufferkondensators CER. Über den Tiefsetzsteller 31 muss der Pufferkondensator CER die gesamte Airbag ECU für den Airbag (Airbag ECU) noch eine gewisse Zeitlang mit Energie versorgen. Diese Zeit beträgt rund 250 Millisekunden für das Zünden der Airbags und die Protokollierung der relevanten Fahrzeug- und/oder Unfalldaten in einem RAM. Bei einem typischen Stromverbrauch von rund 300 mA über das Protokollintervall TP von 250 Millisekunden und einem benötigten Strom von 20 Ampere zum Zünden der Airbags über das Zündintervall TF von 2 Millisekunden muss die Kapazität des Pufferkondensators CER rund 12000 µP betragen. In der Praxis kann diese Kapazität beispielsweise durch ein Kapazitätsfeld von drei parallel geschalteten Elektrolytkondensatoren mit einer Kapazität von 4700 µP gebildet werden. Am Ausgang des Tiefsetzstellers 31 stellt die erste Energieversorgungseinheit 30 eine Versorgungsspannung VDD von z.B. 5 Volt für die Airbag ECU zur Verfügung.
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Gemäß dem Beispiel aus 2 umfasst die Protokolleinheit 10 einen Mikroprozessorkern 11 und ein RAM-Modul 12, die beide über einen Datenbus 13 in Verbindung stehen. Im Falle eines Unfalls empfängt der Mikroprozessorkern 11 während der Protokollphase die relevanten Fahrzeug- und Unfalldaten D über eine Schnittstelle, beispielsweise ein CAN-Bus-Interface, und legt diese Daten in dem RAM-Modul 12 ab. Am Ende der Protokollphase werden die Daten von dem RAM-Modul 12 in der Protokolleinheit 10 in das RAM-Modul 21 der Datenrekordereinheit 20 kopiert. Alternativ können die empfangenen Daten D auch direkt in das RAM-Modul 21 der Rekordereinheit 20 gespeichert werden.
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Diese Protokollphase wird von dem Mikroprozessorkern 11 in Gang gesetzt, wenn ein Unfall von den Airbagsensoren (nicht dargestellt) detektiert wird. Das Speichern der Fahrzeug- und Unfalldaten in dem RAM-Modul 12 bzw. in dem RAM-Modul 21 kann sehr viel schneller erfolgen als das Speichern in ein EEPROM. Eine Protokollphase ist typischerweise innerhalb von rund 250 Millisekunden abgeschlossen. Während dieser Zeit muss bei einem Zusammenbruch der Batteriespannung die erste Energieversorgungseinheit 30 die Spannungsversorgung der Airbag ECU gewährleisten. Nach Abschluss der Protokollphase können sämtliche Komponenten der Airbag ECU, insbesondere die Protokolleinheit 10 mit dem Mikroprozessorkern 11 abgeschalten werden. Der Abschaltvorgang kann beispielsweise durch eine Unterspannungsdetektionseinrichtung 60 vorgenommen werden. Eine solche ist, je nach Anwendungsfall, jedoch nicht zwingend notwendig.
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Die Rekordereinheit 20 umfasst neben den bereits in der 1 dargestellten Komponenten (flüchtiger Speicher 21, nicht flüchtiger Speicher 22, Kopierschaltung 23) auch eine Ladungspumpe 25, einen weiteren Tiefsetzsteller 26 und zumindest einen Entkoppler 24. Die Ladungspumpe 25 verbindet die erste Energieversorgungseinheit 30 mit der zweiten Energieversorgungseinheit 40, die im Wesentlichen einen weiteren Pufferkondensator CLER umfasst. Der Pufferkondensator CLER wird über die Ladungspumpe 25 außerhalb der Autarkiezeit TA auf eine Spannung aufgeladen, die größer ist als die Batteriespannung, um möglichst viel Energie in dem Kondensator zu speichern. Während der Rekorderphase der Autarkiezeit wird die Rekordereinheit 20 aus dem Pufferkondensator CLER versorgt. Der weitere Tiefsetzsteller 26 wandelt dafür die Kondensatorspannung in eine adäquate Versorgungsspannung VDDx für die Rekordereinheit 20 um.
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Der bzw. die Entkoppler 24 sind in den Signalpfaden zwischen der Rekordereinheit 20 und den übrigen Komponenten der Airbag ECU 1 angeordnet, um während der Rekorderphase der Autarkiezeit unerwünschte Rückwirkungen von der Rekordereinheit 20 z.B. auf die Protokolleinheit 10 zu vermeiden. Die Entkoppler 24 können z.B. dazu ausgebildet sein, die Signalpfade zwischen der Rekordereinheit 20 und der Protokolleinheit 10 zu unterbrechen, wenn die Versorgungsspannung VDD der ersten Energieversorgungseinheit 30 einen bestimmten Grenzwert unterschreitet, also eine Unterspannung von der Unterspannungsdetektionseinrichtung 60 erkannt wird.
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Wie bereits erwähnt ist die Kopierschaltung 23 dazu ausgebildet, während der Rekorderphase der Autarkiezeit TA Daten von dem RAM 21 in den nicht flüchtigen Speicher 22 zu kopieren. Dieser nicht flüchtige Speicher 22 kann alternativ auch als externe Komponente über einen seriellen Bus 50, beispielsweise einen SPI Bus oder einen I2C Bus, mit der Kopierschaltung 23 verbunden sein. In diesem Falle wird auch der externe, nicht flüchtige Speicher 22 durch die Versorgungsspannung VDDx versorgt. Unabhängig davon können alle Schaltungskomponenten der Airbag ECU 1 mit Ausnahme der Elektrolytkondensatoren in einer einzigen anwendungsspezifischen integrierten Schaltung (ASIC) integriert sein.
