DE19813955A1 - Verfahren zur Energie- und Datenübertragung in einem Bussystem für Insassenschutzeinrichtungen - Google Patents

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.

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.