DE112004000083B4

DE112004000083B4 - Schaltungsanordnung zum Überwachen einer Kraftfahrzeug-Sicherheitseinrichtung

Info

Publication number: DE112004000083B4
Application number: DE112004000083T
Authority: DE
Inventors: Dipl.-Ing. Bärenweiler Josef; Dipl.-Ing. Günter (FH) Fendt; Dipl.-Ing. Andreas (FH) Bernitt; Dipl.-Ing. Hermann (FH) Kemmetter; Dipl.-Ing. Ulrich (FH) Haunschild
Original assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Current assignee: Conti Temic Microelectronic GmbH
Priority date: 2003-10-31
Filing date: 2004-07-22
Publication date: 2012-03-08
Anticipated expiration: 2024-07-23
Also published as: DE10350853A1; DE112004000083D2; WO2005044633A1

Abstract

Schaltungsanordnung zum Überwachen einer Kraftfahrzeug-Sicherheitseinrichtung (10) mit
a) einer Steuereinheit (12), die zum Steuern der Sicherheitseinrichtung (10) abhängig von mindestens einem Eingangssignal (52, 54, 56, 58) ausgebildet ist, und
b) einer Überwachungseinheit (18), die zum Überprüfen der Steuereinheit (12) ausgebildet ist,
c) wobei die Überwachungseinheit (18) ebenfalls zum Steuern der Sicherheitseinrichtung (10) abhängig von mindestens einem Eingangssignal (52, 54, 56, 58) ausgebildet ist und
d) Aktivierungsmittel (26, 28, 30, 32) vorgesehen sind, die zum Aktivieren von mindestens einem Aktuator (40, 42, 44, 46, 48, 50) der Sicherheitseinrichtung (10) abhängig von einer Verknüpfung von mindestens einem Steuersignal der Steuereinheit (12) und von mindestens einem Steuersignal der Überwachungseinheit (18) ausgebildet sind,
e) wobei das mindestens eine Eingangssignal (52, 54, 56, 58) an die Sicherheitseinrichtung (10) als auch an die Überwachungseinheit (18) ein Sensorsignal von mindestens einem Beschleunigungs- und/oder Geschwindigkeitssensor ist,
f) dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit...

Description

Die Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zum überwachen einer Kraftfahrzeug-Sicherheitseinrichtung gemäss Anspruch 1.
Im Bereich der Automobiltechnik werden zunehmend Sicherheitseinrichtungen wie Airbag- und Gurtstraffersysteme sowie Überrollsensoren eingesetzt. Zum überprüfen der korrekten Funktion von derartigen Sicherheitseinrichtungen werden in der Regel gesonderte Überwachungseinrichtungen wie beispielsweise Mikroprozessoren oder spezielle Logikschaltungen in Form von ASICs (Application Specific Integrated Circuits) eingesetzt.
Aus der DE 44 24 020 A1 ist eine festverdrahtete Logik (Ablaufsteuerung) bekannt, welche die Funktion eines unabhängigen Überwachungsrechners für eine Sicherheitseinrichtung erfüllt. Die Ablaufsteuerung überwacht die Anlaufphase bzw. den Eigendiagnoseablauf einer Auslösevorrichtung einer Kraftfahrzeug-Sicherheitseinrichtung. Die Endstufen der Auslösevorrichtung werden für eine mögliche Aktivierung der Sicherheitseinrichtung erst freigegeben, wenn der Überwachungsrechner eine ordnungsgemäße Funktion eines Mikroprozessors der Sicherheitseinrichtung festgestellt hat. Dadurch wird bereits eine hohe Sicherheit vor Fehlfunktionen erzielt.
Aus der DE 198 28 432 A1 ist eine Vorrichtung zum Auslösen eines Insassenschutzmittels bekannt, bei dem während des Tests eines Beschleunigungsschalters eine Auslösung verhindert werden soll. Zudem wird eine sogenannte Watchdog-Schaltung offenbart, bei der mittels eines eigenen Taktgebers ein von der Steuerschaltung geliefertes Arbeitstaktsignal geprüft und bei einer erheblichen Abweichung ein Rücksetzsignal ausgelöst wird.
Eine vergleichbare Frequenzüberwachung ist auch aus der DE 39 24 595 A1 zu entnehmen.
Aus der DE 102 52 990 B3 ist darüber hinaus eine Steuereinheit zur Auslösung eines Insassenschutzmittels zu entnehmen, bei dem zwei Recheneinheiten vorgesehen und asynchron zueinander betrieben werden und zwei Pulszahlvergleichereinheiten vorgesehen sind, wobei bei einer unzulässigen Anzahl von Pulsen eine Rücksetzung zumindest einer Recheneinheit erfolgt.
Aus der DE 40 04 709 C2 wie auch DE 101 51 012 A1 ist ebenfalls ein Rechnersystem mit zwei Recheneinheiten und einem Leitungssystem zum Austausch von Steuer- bzw. Kontrollsignalen sowie einem Rücksetzen der Recheneinheiten bei fehlerhaften Zuständen zu entnehmen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es nun, eine Schaltungsanordnung zum Überwachen einer Kraftfahrzeug-Sicherheitseinrichtung vorzuschlagen, welche die Sicherheit gegenüber der oben genannten Sicherheitseinrichtung weiter verbessert.
Diese Aufgabe wird durch eine Schaltungsanordnung zum Überwachen einer Kraftfahrzeug-Sicherheitseinrichtung mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Ein wesentlicher Gedanke der Erfindung besteht darin, eine unabhängige Überwachungseinrichtung für eine Kraftfahrzeug-Sicherheitseinrichtung in zusätzliche Aufgaben und/oder Funktionsabläufe der Sicherheitseinrichtung einzubinden, anstelle sie wie bisher ausschließlich für Überwachungsaufgaben einzusetzen. Durch diese Einbindung bildet die Überwachungseinrichtung sozusagen einen Teil der Sicherheitseinrichtung. Fällt daher die Überwachungseinrichtung aus oder zeigt sie Fehlfunktionen, funktioniert auch die Sicherheitseinrichtung nicht mehr. Ein Ausfall kann unmittelbar erkannt werden. Mittels der Erfindung kann die Systemsicherheit gegenüber Fehlverhalten/Fehlfunktionen, insbesondere im Falle von Einfachfehlern, wesentlich erhöht werden.
Die Erfindung betrifft nun eine Schaltungsanordnung zum Überwachen einer Kraftfahrzeug-Sicherheitseinrichtung mit einer Steuereinheit, die zum Steuern der Sicherheitseinrichtung abhängig von mindestens einem Eingangssignal ausgebildet ist, und einer Überwachungseinheit, die zum Überprüfen der Steuereinheit ausgebildet ist. Erfindungsgemäss ist die Überwachungseinheit ebenfalls zum Steuern der Sicherheitseinrichtung abhängig von mindestens einem Eingangssignal ausgebildet; ferner sind Aktivierungsmittel vorgesehen, die zum Aktivieren von mindestens einem Aktuator der Sicherheitseinrichtung abhängig von einer Verknüpfung von mindestens einem Steuersignal der Steuereinheit und von mindestens einem Steuersignal der Überwachungseinheit ausgebildet sind. Dadurch ist die Überwachungseinheit für die korrekte Funktion der Schaltungsanordnung von wesentlicher Bedeutung. Ein Ausfall der Überwachungseinheit führt zu einem Ausfall der Sicherheitseinrichtung und kann unmittelbar bemerkt werden.
Vorzugsweise umfassen die Aktivierungsmittel mindestens einen Schalter im Aktivierungspfad der Sicherheitseinrichtung.
Ferner können die Aktivierungsmittel mindestens eine Aktivierungsstufe umfassen.
Insbesondere ist die mindestens eine Aktivierungsstufe zum logischen Verknüpfen des mindestens einen Steuersignals der Steuereinheit und des mindestens einen Steuersignals der Überwachungseinheit ausgebildet.
In einer kostengünstigen Ausführungsform weist mindestens eine Aktivierungsstufe vorzugsweise mindestens zwei Schaltelemente im Aktivierungspfad auf, die vom mindestens einem Steuersignal der Steuereinheit und/oder vom mindestens einem Steuersignal der Überwachungseinheit angesteuert sind.
Der mindestens eine Aktuator kann beispielsweise ein Zündmittel, insbesondere eine Zündpille sein.
Das Zündmittel ist vorzugsweise Teil eines Airbags, eines Gurtstrammers oder eines Überrollbügels.
Insbesondere ist das mindestens eine Eingangssignal ein Sensorsignal von mindestens einem Beschleunigungssensor.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weisen die Steuereinheit und die Überwachungseinheit jeweils eine Takt-Kontrolleinheit auf, die zum Überprüfen des Taktes der jeweils anderen Einheit ausgebildet ist.
Die Überwachungseinheit ist vorzugsweise als ein Mikroprozessor mit einem Überwachungsprogramm oder als ein ASIC ausgebildet, das eine Ablaufsteuerung implementiert.
Weitere Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit dem in der einzigen Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel.
In der Beschreibung, in den Ansprüchen, in der Zusammenfassung und in der Zeichnung werden die in der hinten angeführten Liste der Bezugszeichen verwendeten Begriffe und zugeordneten Bezugszeichen verwendet.
Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbindung mit der Zeichnung erläutert. Im Folgenden können für funktional gleiche und/oder gleiche Elemente mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet sein. Die Zeichnung zeigt in der einzigen Fig. ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemässen Schaltungsanordnung zum Überwachen einer Kraftfahrzeug-Sicherheitseinrichtung 10 mit einer Steuereinheit 12, einer Überwachungseinheit 18, einem Netzteil 34 und Schnittstellen 36 und 38.
Das Netzteil 34 erzeugt aus einer Bordnetzspannung UB eine Zündspannung Uignit, die der Sicherheitseinrichtung 10 zugeführt wird. Die Zündspannung Uignit dient zum Zünden eines elektrisch betätigbaren Zündmittels (Aktuator), insbesondere einer Zündpille, die beispielsweise in einem Gurtstrammer, einem Airbag, einem Überrollbügel oder dergleichen Sicherheitseinrichtung eingesetzt sein kann. Ein Kondensator 35 dient zum Puffern der Zündspannung Uignit.
Das Zünden wird von der Steuereinheit 12 gesteuert. Die Steuereinheit 12 kann beispielsweise ein Mikroprozessor oder Mikrokontroller sein, der ein Programm zum Verarbeiten von zugeführten Eingangssignalen ausführt, indem er anhand der Eingangssignale entscheidet, ob ein Zünden erfolgen soll, beispielsweise wenn ein Fahrzeugscrash vorliegt.
Die Steuereinheit 12 wird in an sich bekannter Weise von der Überwachungseinheit 18 derart überwacht, dass nach Inbetriebnahme der dargestellten Schaltungsanordnung, d. h. nach Starten des Kraftfahrzeugs, ein Testprogramm von der Überwachungseinheit 18 ausgeführt wird, das Prüfsignale z. B. in Form von typischen Eingangssignalpattern erzeugt, welche der Steuereinheit 12 zugeführt werden. Die Steuereinheit 12 wiederum sendet Prüfergebnissignale zurück an die Überwachungseinheit 18, die anhand der empfangenen Prüfergebnissignale entscheiden kann, ob die Steuereinheit 12 korrekt arbeitet.
Falls der Test erfolgreich verlaufen ist, d. h. die Steuereinheit 12 korrekt arbeitet, gibt die Überwachungseinheit 18 Zündendstufen 28, 30 und 32, welche die Funktion sowohl von Aktivierungsmitteln als auch -stufen erfüllen, in der Sicherheitseinrichtung 10 im Bedarfsfall frei (die Freigabe kann unmittelbar erfolgen, aber auch erst im Anforderungsfall, wenn eine Crash-Situation vorliegt), indem sie einen Schalter 26 in der Sicherheitseinrichtung 10 schliesst, über den die Zündspannung Uignit den Zündendstufen 28, 30 und 32 zugeführt wird.
Nach Abschluss der Initialisierungsphase empfangen und verarbeiten die Steuereinheit 12 und die Überwachungseinheit 18 Eingangssignale über einen seriellen Bus 16. Der Bus 16 verbindet die Schnittstellen 36 und 38 mit der Steuereinheit 12, der Überwachungseinheit 18 und dem Netzteil 34 kommunikationsmäßig bidirektional. Er ist ein serieller Datenbus. Die Schnittstellen 36 und 38, die Steuereinheit 12, die Überwachungseinheit 18 und das Netzteil 34 weisen zum Ankoppeln an den Bus 16 jeweils ein SPI (Serial-Parallel-Interface) 17 auf, das serielle Daten auf dem Bus 16 in parallele Daten zur internen Weiterverarbeitung umwandelt und umgekehrt.
Die Schnittstellen 36 und 38 haben unter anderem die Aufgabe, Signale wie z. B. Beschleunigungs- und/oder Geschwindigkeitssignale 52 und 54 von Beschleunigungs-, Geschwindigkeitssensoren und/oder Satelliten, die ausgelagerte Crashsensoren darstellen, und/oder Signale 56 und 58 von Sicherheitsgurt-Schaltern pegelgewandelt an die Steuereinheit 12 und die Überwachungseinheit 18 weiterzuleiten, insbesondere die Signale in einer für die beiden Einheiten 12 und 18 geeignet aufbereiteten Form in physikalischer als auch in zeitlicher Hinsicht zur Verfügung zu stellen. Dies ist insbesondere für den Fall von Bedeutung, in dem als Steuer- und/oder Überwachungseinheit 12 bzw. 18 Mikroprozessoren zum Einsatz kommen, die typischerweise bestimmte Eingangsspannungspegel und -Timings erfordern.
Bei der physikalischen Aufbereitung kann es sich beispielsweise um eine Pegelanpassung handeln, wie z. B. die Anpassung von einer spannungsbezogenen Bordnetzspannungsschnittstelle oder einer strommodulierten Schnittstelle auf eine 5-Volt TTL- oder CMOS-Schnittstelle.
Bei der zeitlichen Aufbereitung kann es sich beispielsweise um die Bereitstellung von zwischengespeicherten empfangenen Satellitensignalen handeln, da diese Daten von den Satelliten in der Regel asynchron gegenüber dem Arbeitstakt der Steuereinheit 12 und/oder der Überwachungseinheit 18 zur Verfügung gestellt werden.
Die Sicherheitseinrichtung 10 umfasst die Zündendstufen 28, 30 und 32 sowie die entsprechenden Zündmittel 40, 42, 44, 46, 48 und 50 zum Aktivieren von nicht dargestellten Schutzeinrichtungen wie z. B. Airbags oder Gurtstrammer. Die Zündendstufen 28, 30 und 32 werden über einen seriellen Bus 52 von der Steuereinheit 12 und über eine Enable-Signalleitung 24 von der Überwachungseinheit 18 angesteuert.
Die von der Steuereinheit 12 und der Überwachungseinheit 18 gesendeten logischen Signale werden von den Zündendstufen 28, 30, 32 logisch verknüpft, insbesondere mit einer logischen UND-Funktion. Eine UND-Verknüpfung kann beispielsweise dadurch zu Stande kommen, dass die Steuereinheit 12 Schalter in den Zündendstufen 28, 30 und 32 ansteuern kann, sofern es die Situation erforderlich macht, und die Überwachungseinheit 18 den im Zündpfad befindlichen Schalter 26 und ein Freigabesignal 24 zu den Schaltern in den Zündendstufen 28, 30 und 32 liefern kann (eine Eingriffsmöglichkeit ist im Prinzip ausreichend).
Durch die logische Verknüpfung im Zündendstufenbereich (Aktuatorikbereich) wird erreicht, dass für einen Auslöse- bzw. Aktivierungsvorgang der Zündendstufen 28, 30 und 32 sowohl die Steuereinheit 12 als auch die Überwachungseinheit 18 mindestens ein aktivierendes Signal beitragen muss, was vom Sicherheitskonzept erfordert, dass zum Auslöse- bzw. Einsatzzeitpunkt die Steuereinheit 12 und die Überwachungseinheit 18 funktionell in Ordnung sind.
Die Erfindung stellt eine wesentliche Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik dar, da bei den bisherigen bekannten Applikationen ein Hauptrechner (Master-μP) in Zwischenzeiten von Überwachungsperioden als alleinige Instanz über eine Auslösung einer Sicherheitseinrichtung entscheiden kann. Durch die alleinige Auslöseentscheidung ist eine Fehlfunktion des Hauptrechners (Master-μPs) nicht abzufangen.
Die Überwachungseinheit 18 erhält Signaldaten zum Entscheiden über eine Auslösung bzw. Zündung dadurch, dass sie den ”Signal-Datenverkehr” mitverfolgt, welcher von den Schnittstellen 36 und/oder 38 zur Steuereinheit 12 erfolgt. Mittels dieser ”abgehörten” Signaldaten kann die Überwachungseinheit 18 durch einen Algorithmus eine Plausibilisierungsfunktion für die Funktionstauglichkeit der Steuereinheit 12 bilden. Hierfür weist sie ein Überwachungsprogramm 60 auf, das einen Basisalgorithmus für eine Signalplausibilierung implementiert.
Ein weiterer Vorteil gegenüber dem Stand der Technik kann dadurch erreicht werden, dass sich die Steuereinheit 12 und die Überwachungseinheit 18 gegenseitig bzgl. der korrekten Arbeitsfrequenz bzw. sich gegenseitig im korrekten Ablauf der Programmschritte (Tasks) überwachen können. Dadurch kann eine Art bidirektionale Watchdog-Funktion nachgebildet werden. In der Fig. ist dies durch eine Takt-Kontrolleinheit 62 für das Timing der Überwachungseinheit 18, eine Takt-Kontrolleinheit 64 für das Timing der Steuereinheit 12 und Taktleitungen 20 und 21 verdeutlicht, über die der Takt einer Takt-Kontrolleinheit zur Takt-Kontrolleinheit in der jeweils anderen Einheit übertragen werden kann. Die Kontrolleinheiten 62 und 64 überwachen den empfangenen Takt, indem sie dessen Timing mit dem Timing des Taktes der eigenen Einheit vergleichen. Bei signifikanten Abweichungen kann eine Kontrolleinheit 62 bzw. 64 das Auslösen eines Fehlersignals und/oder das Deaktivieren der Sicherheitseinrichtung 10 veranlassen. Denkbar ist auch, dass Kontrollimpulse abhängig vom Programmablauf in den beiden Einheiten 12 und 18 ausgetauscht werden, mit denen die korrekte Funktion einer Einheit überwacht werden kann. Beispielsweise kann das von beiden Einheiten ausgeführte Programm derart ausgebildet sein, dass es periodisch Kontrollimpulse als Signal über die Taktleitungen 20 bzw. 21 ausgibt oder die Ausgabe abhängig von Programmereignissen erfolgt.
Bezugszeichenliste

10: Sicherheitseinrichtung
12: Steuereinheit
14: serieller Bus
16: serieller Bus
17: Seriell-Parallel Interface
18: Überwachungseinheit
20, 21: Taktleitung
22: Schaltsignal
24: Enable-Signalleitung
26: Schalter
28, 30, 32: Zündendstufe
34: Netzteil
35: Puffer-Kondensator
36, 38: Schnittstellen
40, 42, 44, 46: Zündmittel
48, 50: Zündmittel
52, 54: Satellitensignale
56, 58: Schaltersignale
60: Überwachungsprogramm
62, 64: Takt-Kontrolleinheit

Claims

Schaltungsanordnung zum Überwachen einer Kraftfahrzeug-Sicherheitseinrichtung (10) mit a) einer Steuereinheit (12), die zum Steuern der Sicherheitseinrichtung (10) abhängig von mindestens einem Eingangssignal (52, 54, 56, 58) ausgebildet ist, und b) einer Überwachungseinheit (18), die zum Überprüfen der Steuereinheit (12) ausgebildet ist, c) wobei die Überwachungseinheit (18) ebenfalls zum Steuern der Sicherheitseinrichtung (10) abhängig von mindestens einem Eingangssignal (52, 54, 56, 58) ausgebildet ist und d) Aktivierungsmittel (26, 28, 30, 32) vorgesehen sind, die zum Aktivieren von mindestens einem Aktuator (40, 42, 44, 46, 48, 50) der Sicherheitseinrichtung (10) abhängig von einer Verknüpfung von mindestens einem Steuersignal der Steuereinheit (12) und von mindestens einem Steuersignal der Überwachungseinheit (18) ausgebildet sind, e) wobei das mindestens eine Eingangssignal (52, 54, 56, 58) an die Sicherheitseinrichtung (10) als auch an die Überwachungseinheit (18) ein Sensorsignal von mindestens einem Beschleunigungs- und/oder Geschwindigkeitssensor ist, f) dadurch gekennzeichnet, dass die Steuereinheit (12) und die Überwachungseinheit (18) jeweils eine Takt-Kontrolleinheit (62, 64) aufweisen, die zum Überprüfen des Taktes der jeweils anderen Einheit (12, 18) ausgebildet ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivierungsmittel mindestens einen Schalter (26) im Aktivierungspfad der Sicherheitseinrichtung (10) umfassen.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivierungsmittel mindestens eine Aktivierungsstufe (28, 30, 32) umfassen.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Aktivierungsstufe (28, 30, 32) zum logischen Verknüpfen des mindestens einen Steuersignals der Steuereinheit (12) und des mindestens einen Steuersignals der Überwachungseinheit (18) ausgebildet ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Aktivierungsstufe (28, 30, 32) mindestens zwei Schaltelemente im Aktivierungspfad aufweist, die vom mindestens einem Steuersignal der Steuereinheit (12) und/oder vom mindestens einem Steuersignal der Überwachungseinheit (18) angesteuert sind.
Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Aktuator (40, 42, 44, 46, 48, 50) ein Zündmittel, insbesondere eine Zündpille ist.
Schaltungsanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Zündmittel Teil eines Airbags, eines Gurtstrammers oder eines Überrollbügels ist.
Schaltungsanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachungseinheit (18) als ein Mikroprozessor mit einem Überwachungsprogramm (60) oder als ein ASIC ausgebildet ist, das eine Ablaufsteuerung implementiert.