DE19813955A1 - Verfahren zur Energie- und Datenübertragung in einem Bussystem für Insassenschutzeinrichtungen - Google Patents
Verfahren zur Energie- und Datenübertragung in einem Bussystem für InsassenschutzeinrichtungenInfo
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Energie- und Datenübertragung in einem Bussystem für Insassenschutzeinrichtungen, wobei mittels des Bussystems digitale Daten ausgetauscht werden zwischen einer Zentraleinheit und mehreren mit dieser kommunikationsfähig verbundenen Steuermodulen von auslösbaren Insassenschutzeinrichtungen, insbesondere in Kraftfahrzeugen, und bei dem auch eine Energieversorgung der Steuermodule über das Bussystem erfolgt. Die in peripheren Steuermodulen von Insassenschutzeinrichtungen vorgesehenen Energiespeicher werden bei der Auslösung der Insassenschutzeinrichtung entladen und müssen daher nachfolgend wieder aufgeladen werden. Erfolgt des jedoch sofort nach der Auslösung, wird das auch zur Datenübertragung erforderliche Bussystem stark belastet. DOLLAR A Durch Unterdrückung der Wiederaufladung der Energiespeicher der ausgelösten Insasssenschutzeinrichtungen, vorzugsweise bis zu einem Reset-Befehl, kann die dynamische Bussystembelastung vermieden und so die Datenübertragung an andere Steuermodule weiter sichergestellt werden. DOLLAR A Verwendung insbesondere in einem Bussystem für Insassenschutzeinrichtungen in Kraftfahrzeugen.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Energie- und Datenübertragung in
einem Bussystem für Insassenschutzeinrichtungen gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Über
prüfen einer nach einem Auslösebefehl erfolgten Auslösung gemäß dem
Anspruch 4. Außerdem betrifft die Erfindung ein Steuermodul zur Durch
führung der Verfahren.
Aus der DE 44 41 184 sowie den zum Zeitpunkt der Anmeldung noch nicht
offengelegten Patentanmeldungen DE 196 43 013 sowie DE 197 51 910 sind
Verfahren und Vorrichtungen zur Durchführung derartiger Verfahren
bekannt. Ziel ist jeweils die Absicherung der sicherheitsrelevanten peri
pheren Steuermodule gegen kurzzeitige Störungen, bspw. Unterbrech
ungen oder Überlastungen der für die Energieversorgung erforderlichen
Gleichspannung aus einem Bussystem. Außerdem werden bei den gattungs
gemäßen Verfahren über den selben Leitungsabschnitt neben der Energie
versorgung auch die digitalen Daten durch Spannungsmodulation der
Gleichspannung übertragen. Diese gleichspannungsmodulierte Datenüber
tragung kann des weiteren bspw. auch aus der US 4,736,367 sowie der
Motorola Semiconductor Application Note AN475/D von Burri/Renard:
"Single wire MI Bus controlling stepper motors", 1993 entnommen werden.
Insbesondere in den noch nicht offengelegten Patentanmeldungen
DE 196 43 013 sowie DE 197 51 910 wurde das besondere Problem der Strom
belastung des Bussystems bei gleichzeitiger Energie- und Datenübertragung
beschrieben. So besteht die Gefahr, daß eine Verarbeitung der Daten
unmöglich wird.
Beispielsweise wird bei Bussystemen in Kraftfahrzeugen zur Energie
versorgung meist eine Gleichspannung verwendet, auf die die Daten auf
moduliert werden können. Durch eine zu hohe Stromentnahme oder
andere auf die Gleichspannung wirkende Faktoren können die auf
modulierten Daten nicht mehr erkannt werden.
Gerade für sicherheitsrelevante Bussysteme zur Energie- und Daten
übertragung mit mehreren im Bussystem angeordneten Steuermodulen,
die auch zeitlich versetzt nacheinander ausgelöst werden sollen, darf die
Datenübertragung, bspw. durch eine Zündung erster Insassenschutz
einrichtungen, nicht gefährdet werden. Dazu werden neben den in den
peripheren Steuermodulen zusätzlich vorgesehenen Energiespeichern
(Autarkiekondensatoren) auch Verfahren zur Bereitstellung dieser Energie,
die bspw. auch zur Zündung der Insassenschutzeinrichtungen erforderlich
sein kann, auf einem für das Bussystem nicht belastenden Wege dargestellt,
indem die Energiespeicher vorzugsweise in den Sendepausen oder aber mit
sehr geringer Stromentnahme aus dem Bussystem aufgeladen werden.
Als problematisch erweist sich dabei, daß die Energiespeicher bei einer Aus
lösung der Insassenschutzeinrichtung stark entladen werden und folglich
somit unmittelbar danach eine Wiederaufladung aus dem Bussystem ein
setzt. Selbst bei vorgesehenen Strombegrenzungsschaltungen kann diese
Wiederaufladung zu einer hohen Belastung des Datenübertragungssystems
führen, wenn mehrere Insassenschutzeinrichtungen gleichzeitig ausgelöst
und folglich deren Energiespeicher nachgeladen werden. Steuermodule
später auszulösender Insassenschutzsystem können eventuell nicht recht
zeitig wieder angesteuert werden oder eventuell vorgesehene Abfrage
routinen nicht durchgeführt werden.
Als Verfahren zum Überprüfen einer nach einem Auslösebefehl erfolgten
Auslösung ist bisher nur die Widerstandsprüfung bei einem pyrotech
nischen Zünder einer Insassenschutzeinrichtung bekannt. Ein intakter, noch
nicht ausgelöster pyrotechnischer Zünder weist einen niedrigen Widerstand
auf. Bei der Auslösung des pyrotechnischen Zünders wird der Zünddraht
entweder unterbrochen, oder aber in Einzelfällen auch kurzgeschlossen.
Eine Überprüfung kann somit fehlerbehaftet sein. Außerdem ist sie für
andere Zündkonzepte, bspw. bei Kaltgasgeneratoren nicht anwendbar.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein Verfahren der eingangs
beschriebenen Art anzugeben, bei dem eine zusätzliche Belastung des Bus
systems nach der Auslösung einzelner Insassenschutzeinrichtungen wirksam
vermieden wird. Außerdem wird ein Verfahren zum Überprüfen einer nach
einem Auslösebefehl erfolgten Auslösung gezeigt, welches auf Basis eines
der vorangehenden Verfahren sehr einfach und zuverlässig realisierbar ist.
Außerdem soll ein Steuermodul zur Durchführung des Verfahrens ange
geben werden.
Diese Aufgaben werden durch die kennzeichnenden Merkmale des Patent
anspruchs 1 sowie der Ansprüche 4 und 5 gelöst. Vorteilhafte Weiter
bildungen sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Wesentlicher Erfindungsgedanke ist, daß die Aufladung bzw. Nachladung
des Energiespeichers der bereits ausgelösten Insassenschutzeinrichtungen
bzw. der zugehörigen Steuermodule unterbrochen wird. Damit kann das
Bussystem die digitalen Daten weiterhin ungestört übertragen und die
Steuermodule der noch nicht ausgelösten Insassenschutzeinrichtungen ihre
Daten empfangen. Durch eine hochohmige Trennung kann diese
Unterdrückung besonders sicher und verlustfrei realisiert werden.
Besonders bevorzugt ist, diese Wiederaufladung zumindest bis zu einem
Reset-Befehl hin zu unterbrechen, durch den die peripheren Steuermodule
wieder zurückgesetzt werden und nachfolgend mit dem Wiederaufladen
ihrer Energiespeicher beginnen. Die nach dem Auslösen einer Insassen
schutzeinrichtungen in dem ihr zugeordneten Energiespeicher befindliche
Energie kann vorteilhaft auch zur Überprüfung und Erkennung einer
erfolgreichen Auslösung verwendet werden. Kann bspw. aufgrund eines
Leitungsbruchs zum Zünder der Insassenschutzeinrichtung hin diese nicht
ausgelöst werden, so fließt die Energie nicht aus dem Energiespeicher ab.
Mittels des Vergleichs mit einem Sollwert kann dies erkannt und zur Anzeige
gebracht oder andere Maßnahmen eingeleitet werden.
Die Erfindung soll nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen und
Figuren näher erläutert werden.
Kurze Beschreibung der Figuren:
Fig. 1 Prinzipskizze eines Daten Übertragungssystems
Fig. 2 Skizze von Details einer Insassenschutzeinrichtung mit Steuer
modul und Energiespeicher.
Die Fig. 1 zeigt eine Prinzipskizze eines Bussystems zur Energie- und
Datenübertragung. Dieses besteht aus einer Zentraleinheit 7, welche über
das Bussystem 5 mit einer Vielzahl von peripheren Steuermodulen 6
verbunden ist. Ebenfalls in Fig. 1 schematisch angedeutet ist die beispielhaft
ausgewählte spannungsmodulierte Energie- und Datenübertragung. Die von
der Zentraleinheit 7 erzeugte Gleichspannung U(t) dient zur Energie
versorgung. Auf diese werden die zu übertragenden digitalen Daten mittels
Spannungsmodulation aufmoduliert. Dazu wird die an sich konstante Gleich
spannungsamplitude jeweils verändert. Die dabei verwendeten
Modulations- und Codierungsarten, bspw. Pulsweitenmodulation, sind aus
dem Stand der Technik bekannt. Die Zentraleinheit 7 ist meist als eine
Microcontrollerschaltung ausgebildet, die von Sensoren, bspw. Beschleuni
gungssensoren, sicherheitsrelevante Signale erhält, diese verarbeitet und
die Insassenschutzeinrichtungen entsprechend über das Bussystem 5
ansteuert. Den Steuermodulen 6 ist jeweils eine Insassenschutzeinrichtung
1.1 zugeordnet, die von dieser angesteuert und ggfs. auch ausgelöst wird.
Die Steuermodule 6 empfangen und verarbeiten also die von der Zentral
einheit 7 übertragenen Daten, bewirken interne Prozesse, bspw. Kon
troll- oder Programmierschritte und lösen ggfs. auch die Insassenschutzein
richtung, bspw. den Airbag, aus. Außerdem können sie auch Daten zurück
an die Zentraleinheit 7 senden.
Beispielhaft sind für ein peripheres Steuermodul (6.x) die zur Durchführung
des Verfahrens wesentlichen Komponenten detaillierter dargestellt. Hier
sollen nur deren Funktionen im Zusammenhang mit dem Verfahren
erläutert werden. So weist jedes periphere Steuermodul 6 einen Energie
speicher 1.4 auf, der als Autarkie- oder/und Zündkondensator und/oder
Akkumulator als Zwischenenergiespeicher ausgebildet werden kann. Es ist
auch denkbar, daß mehrere Energiespeicher in einem Steuermodul
vorgesehen sind, wie bereits aus der noch nicht offengelegten Patent
anmeldungen DE 197 51 910 zu entnehmen ist. Es ist zur Entlastung des
Bussystems (5) daher sinnvoll, die Wiederaufladung aller im betreffenden
Steuermodul (6.x) vorhandenen Energiespeicher (1.4) nach einer Auslösung
der zugehörigen Insassenschutzeinrichtung (1.1) zunächst zu unterbrechen.
Diese Unterbrechung der Wiederaufladung erfolgt bspw. durch ein steuer
bares Schaltmittel 1.8, welches in der mikroelektronischen Umsetzung meist
aus einer Transistoranordnung gebildet wird und, wie in Fig. 2 noch
erläutert wird, auch als eine steuerbare Ladeeinheit ausgebildet sein kann.
Das Schaltmittel 1.8 wird von einer Steuereinheit 10 über ein Signal s3
angesteuert. Die Steuereinheit 10 ist vorzugsweise ein Microcontroller und
erfüllt alle Steuerungsaufgaben innerhalb des Steuermoduls 6.x. Die
Steuereinheit 10 empfängt und verarbeitet die auf dem Bussystem 5
übertragenen Daten, ordnet zu, welche für das jeweilige Steuermodul (6.x)
relevant oder bestimmt sind und löst entsprechende Funktionen im
Steuermodul 6.x aus. Zur Durchführung des Verfahrens muß die Steuer
einheit 10 zumindest den Auslösebefehl an das Steuermodul 6.x erkennen.
Sie unterbricht nach der Auslösung der Insassenschutzeinrichtung 1.1
mittels des Signals s3 an das steuerbare Schaltmittel 1.8 die Wieder
aufladung des Energiespeichers 1.4. Vorzugsweise kann die Steuereinheit 10
darüber hinaus auch einen Reset-Befehl von der Zentraleinheit 7 über das
Bussystem 5 empfangen bzw. ableiten und wird danach die Unterbrechung
der Wiederaufladung lösen, das Schaltmittel 1.8 über das Signal s3 also
wieder schließen. Die Steuereinheit 10 ist dazu parallel zum Schaltmittel 1.8
mit dem Bussystem 5 verbunden.
Als Reset-Befehl bietet sich neben einem vorgegebenen code-Wort
insbesondere ein Spannungs-Reset an, also ein Abfall des Gleich
spannungspegels um ein definiertes Maß, bspw. für eine gewisse Zeit bis
annähernd Null Volt. Dieser ist sehr leicht realisier- und erkennbar.
Außerdem kann ein Spannungs-Reset eine Vielzahl anderer über das
Verfahren hinausgehender, jedoch logisch zeitlich zusammengehörender
Prozesse auslösen, bspw. daß Löschen von Speichern, Reset des
Microcontrollers des Steuermoduls etc.
Das Verfahren ist neben dem in Fig. 1 dargestellten parallelen Anschluß der
Steuermodul 6 an das Bussystem 5 auch für serielle Bussysteme geeignet.
Wird hierbei das durch noch nicht offen gelegte Patentanmeldung
DE 196 43 014 beschriebene Bussystem verwandt, bei dem die einzelnen
Steuermodule in Reihe hintereinander angeordnet sind und jeweils eine
eingangsseitige Prüfeinrichtung aufweisen, die vor der Spannungs
weiterschaltung zunächst den elektrischen Widerstand des in Reihe nach
folgenden Teils des Bussystems prüft und die Spannung nur dann weiter
schaltet, wenn dieser einen vorgegebenen Wertebereich nicht verläßt und
außerdem die Spannung im Steuermodul, bspw. im Energiespeicher, erst
einen für den Betrieb ausreichenden Wert erreicht hat, kann der Reset
außerdem jedes Steuermodul nacheinander reaktivieren und die dyna
mische Belastung für das Bussystem dabei nochmals reduziert werden.
Die Fig. 2 zeigt eine gegenüber Fig. 1 weitergebildete und an der
DE 197 51 910 angelehnte Form einer Insassenschutzeinrichtung und deren
Steuermodul mit einem Zündstromkreis, der besteht aus einem Zünd
energiespeicher 2, einem Schaltmittel 3 und dem elektrischen Zünder 1. Der
Zündstrom 14 wird mittels des Schaltmittels 3 in Abhängigkeit von einem
ersten Signal s1 der Steuereinheit 10 vom Zündenergiespeicher 2 an den
Zünder 1 verbunden und dieser somit ausgelöst. Zwischen dem Bussystem 5
und dem Zündenergiespeicher 2 ist der Zwischenspeicher 4 angeordnet,
der als Akkumulator ausgeführt ist. An dem Bussystem 5 befinden sich
weitere Steuermodule 6, bspw. andere Insassenschutzeinrichtungen, Crash
sensoren oder andere Kfz-Elektronik-Steuermodule, sowie am Strangende
eine Zentraleinheit 7, welches die datenmodulierte Spannungseinspeisung
in das Bussystem 5 steuert. Der Zwischenspeicher 4 wird mittels einer
Ladeeinheit 8 aufgeladen, die den Ladestrom 11 auf einen vorgegebenen
Maximalwert beschränkt und somit zusätzlich den Zwischenspeicher 4 vom
Bussystem 5 elektrisch entkoppelt. Zwischen dem Zwischenspeicher 4 und
dem Zündenergiespeicher 2 ist ein Wandler 9 angeordnet. Dieser ist mittels
eines zweiten Signals s2 von der Steuereinheit 10 in Abhängigkeit vom
Betriebszustand und Auslösebefehl ansteuerbar. Die Steuereinheit 10 erfaßt
die auf die Spannung des Bussystemes 5 aufmodulierten Daten und erkennt
daraus den Betriebszustand sowie ggfs. einen Auslösebefehl und erzeugt
die entsprechenden Signale s1 zur Ansteuerung des Schaltmittels 3, s2 an
den Wandler 9 und s3 an die Ladeeinheit 8.
Wieder wird über die Steuereinheit 10 das nunmehr als Ladeeinheit 8
ausgebildete Schaltmittel 1.8 mittels des Signals s3 angesteuert. So wird
nach der Auslösung der Insassenschutzeinrichtung mittels des Zünders 1
durch das Signal s1 von der Steuereinheit 10 die Ladeeinheit 8 über das
Signal s3 gesperrt, die Wiederaufladung also unterbrochen. Erkennt die
Steuereinheit 10 einen Reset vom Bussystem 5, so wird über das Signal s3
die Ladeeinheit 8 wieder aktiviert.
Als Weiterbildung für beide vorangehend beschriebenen Ausführungs
beispiele bietet sich ein Verfahren zum Überprüfen einer nach einem
Auslösebefehl erfolgten Auslösung eines Insassenschutzsystems an, bei dem
kurzfristig nach der Unterdrückung der Aufladung des Energiespeichers
dessen Energiegehalt mit einem Sollwert verglichen wird, und falls der
Energiegehalt größer oder gleich dem Sollwert ist, die Auslösung als nicht
erfolgt erkannt wird. Eine entsprechende Prüfeinrichtung erfaßt bspw. die
Spannung des Energiespeichers (4,1.4) und meldet dies an die Steuereinheit
(10), die ihrerseits ein entsprechendes Signal über das Bussystem (5 an die
Zentraleinheit (7) sendet.
Claims (5)
1. Verfahren zur Energie- und Datenübertragung in einem Bussystem (5) für
Insassenschutzeinrichtungen (1.1), wobei mittels des Bussystems (5) digitale
Daten ausgetauscht werden zwischen einer Zentraleinheit (7) und mehreren
mit dieser kommunikationsfähig verbundenen Steuermodulen (6) von
auslösbaren Insassenschutzeinrichtungen, insbesondere in Kraftfahrzeugen,
und bei dem auch eine Energieversorgung der Steuermodule (6) über das
Bussystem (5) erfolgt,
bei dem die Steuermodule (6.x) mit je einem Energiespeicher (1.4, 2) versehen sind, dessen Energieinhalt für eine begrenzte Zeitspanne für einen bestimmungsgemäßen Betrieb des jeweiligen Steuermoduls (6.x) und der von diesem Steuermodul (6.x) gesteuerten Insassenschutzeinrichtung (1.1) ausreicht, wobei der Energiespeicher (1.4, 2) über das Bussystem (5) aufge laden bzw. im aufgeladenen Zustand gehalten wird,
dadurch gekennzeichnet, daß nach erfolgter Auslösung einer Insassen schutzeinrichtung (1.1) die Aufladung des Energiespeichers (1.4, 2) des zugehörigen Steuermoduls (6.x) unterbrochen wird.
bei dem die Steuermodule (6.x) mit je einem Energiespeicher (1.4, 2) versehen sind, dessen Energieinhalt für eine begrenzte Zeitspanne für einen bestimmungsgemäßen Betrieb des jeweiligen Steuermoduls (6.x) und der von diesem Steuermodul (6.x) gesteuerten Insassenschutzeinrichtung (1.1) ausreicht, wobei der Energiespeicher (1.4, 2) über das Bussystem (5) aufge laden bzw. im aufgeladenen Zustand gehalten wird,
dadurch gekennzeichnet, daß nach erfolgter Auslösung einer Insassen schutzeinrichtung (1.1) die Aufladung des Energiespeichers (1.4, 2) des zugehörigen Steuermoduls (6.x) unterbrochen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach einem
Auslösebefehl an eines oder mehrere Steuermodule (6) und erfolgter
Auslösung der zugehörigen Insassenschutzeinrichtungen (1.1) die Aufladung
der Energiespeicher (1.4, 2) unterbrochen und der Energiespeicher (1.4, 2)
jeweils hochohmig vom Bussystem (5) getrennt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die
Aufladung bis zu einem Reset-Befehl an die den ausgelösten Insassenschutz
einrichtungen (1.1) zugeordneten Steuermodule (6.x) unterbrochen wird.
4. Verfahren zum Überprüfen einer nach einem Auslösebefehl erfolgten
Auslösung eines Insassenschutzsystems nach einem der vorangehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß nach einer vorgegebenen Zeit
nach der Unterbrechung der Aufladung des Energiespeichers (1.4, 2) dessen
Energiegehalt mit einem Sollwert verglichen wird, und falls der
Energiegehalt größer oder gleich dem Sollwert ist, die Auslösung als nicht
erfolgt erkannt wird, anderenfalls als erfolgt.
5. Steuermodul einer Insassenschutzeinrichtung zur Durchführung des
Verfahrens nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß Mittel, insbesondere eine mittels einer Steuereinheit
(10) steuerbare Ladeeinheit (8), zum Unterbrechen der Aufladung des
Energiespeichers (2) nach einem Auslösebefehl an das dem Energiespeicher
(2) zugeordnete Steuermodul (6) vorgesehen sind.
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