Fortbewegungsmittel, Anordnung und Vorrichtung zur Evaluierung eines Signals eines

Airbagsteuergerates

Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung, ein Fortbewegungsmittel sowie eine

Vorrichtung zur Evaluierung eines Signals eines Airbagsteuergerates. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einer energetisch und hardwaretechnisch günstige Realisierung einer Zündleitung mit Verpolschutz.

Moderne Fahrzeuge sind mit einer Vielzahl passiver und aktiver Sicherheitssysteme

ausgestattet. Im Falle eines Crashs sprechen Zündpillen an, welche aufblasbare Gasbehälter rasch mit der erforderlichen Gasmenge befüllen.

Elektrisch angetriebene Fahrzeuge mit Hochvoltbordnetzen (Spannungen oberhalb von 50 V, insbesondere oberhalb von 300 V) verfügen darüber hinaus über eine Spannungsfreischaltung des HV-Bordnetzes im Crashfall. Hierzu wird das Crashsignal evaluiert und Trennelemente (Schütze, Halbleiter, pyrotechnische Trennelemente) zur Trennung der Energiequelle vom Traktionsbordnetz angesteuert.

Zur Überprüfung einer intakten Kontaktierung der Zündpillen wird die elektrische Verbindung zwischen dem Airbagsteuergerat und den Zündpillen regelmäßig oder ereignisbasiert überprüft. Hierbei werden elektrische Signale verwendet, welche unterhalb der Auslöseschwelle der Zündpillen liegen. Die Komplexität der zugrundeliegenden Schaltungstopologie bedeutet jedoch nicht nur während der Fertigung, sondern auch bei der Modifikation des Bordnetzes in

Werkstätten oder gar beim Endkunden Fehlerquellen, welche sich nachteilig auf die

Verkehrssicherheit von Fortbewegungsmitteln auswirken können.

DE 10 2005 036 174 A1 offenbart eine Vorrichtung zur Auslösung von Batterieabtrennungen in Kraftfahrzeugen. Im Falle eines Crashs wird ein vom Airbagsteuergerät generiertes Signal zur Ansteuerung bzw. zum Öffnen eines Batterieschützes verwendet. DE 2 000 5012 U1 offenbart eine Topologie eines Fahrzeugbordnetzes, bei welcher ein Trennschalter für die Trennung der Batterie vom Bordnetz in Abhängigkeit eines Sensorsignals vorgesehen ist. Für die Ansteuerung und Auslösung des Trennschalters kann eine eigene Energieversorgung in Form einer Hilfsbatterie vorgesehen werden.

US 201 1/0163884 A1 offenbart einen Notfalldetektor, bei welchem das explosionsartige akustische Signal eines sich aufblasenden Airbags mittels eines Lautsprechers eines

Fortbewegungsmittels empfangen und zum Absetzen eines Notrufsignals verwendet wird. Um das Wechselsignal des sich aufblasenden Airbags gleichzurichten, ist eine

Gleichrichterschaltung vorgesehen.

Ausgehend vom vorgenannten Stand der Technik ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine funktionssichere und kostengünstige Realisierung eines

Batteriemanagementcontrollers (BMC) bereitzustellen, mittels welcher ein Test von Zündpillen erfolgreich und eine Auslösung eines Batterietrennelementes im Crashfall zuverlässig erfolgen können.

Offenbarung der Erfindung

Die vorgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung zur Evaluierung eines Signals eines Airbagsteuergerätes gelöst. Das Airbagsteuergerät kann für ein

Fortbewegungsmittel, insbesondere ein Straßenfahrzeug, vorgesehen sein. Die Vorrichtung umfasst einen ersten Anschluss zur elektrischen Kontaktierung eines Ausgangs des

Airbagsteuergerätes. Mit anderen Worten ist eine informationstechnische, insbesondere elektrische, Schnittstelle vorgesehen, mittels welcher ein Ausgangssignal, insbesondere ein Test-Signal und/oder ein Crash-Signal, des Airbagsteuergerätes aufgenommen werden kann. Weiter ist ein Gleichrichter mit dem ersten Anschluss elektrisch verbunden, um ein mögliches verpolen der Anschlussleitungen kompensieren zu können. Am Ausgang des Gleichrichters ist ein temperaturkompensierter Treiber angeschlossen. Das Ausgangssignal des Gleichrichters wird somit hinsichtlich eines Einflusses einer aktuellen Umgebungstemperatur kompensiert, um die Umgebungstemperatureinflüsse zu kompensieren. Zudem erfolgt im

temperaturkompensierten Treiber eine Schwellenwertbetrachtung des Crash-Signals. Mit anderen Worten wird das gleichgerichtete Ausgangssignal des Airbagsteuergerätes dahingehend untersucht, ob es sich um ein Test-Signal oder um ein Zündsignal handelt. Der Ausgang des temperaturkompensierten Treibers ist mit einem Glied zur galvanischen Entkopplung verbunden. Über das Glied zur galvanischen Entkopplung kann ein vom Potential der Vorrichtung unabhängiges elektrisches und/oder magnetisches und/oder optisches Signal an eine Ausgabeeinheit weitergeleitet werden, von wo aus es beispielsweise zum Öffnen eines Schützes verwendet werden kann. Durch die Verwendung des Gleichrichters zwischen dem Airbagsteuergerät und dem temperaturkompensierten Treiber kann ein Ausgangssignal des Airbagsteuergerätes unabhängig von seiner Polarität durch den Treiber ausgewertet und vom Glied zur galvanischen Entkopplung weitergeleitet werden. Mit anderen Worten stellt der Gleichrichter einen Verpolschutz für den ersten Anschluss bereit, so dass ein Ausgangssignal des Airbag Steuergerätes unabhängig von seiner Polarität im Wesentlichen identisch von dem Treiber empfangen wird. Mittels der Schwellenwertbeurteilung und Temperaturkompensation können sowohl die Beurteilung der vom Airbagsteuergerät empfangenen Signale als auch deren Temperaturkompensation in der galvanisch isolierten Zündleitung innerhalb der

Vorrichtung durchgeführt werden. Eine falsche Polarität zwischen dem Airbagsteuergerät und der erfindungsgemäßen Vorrichtung/Zündleitung kann durch die erfindungsgemäße

Verwendung des Gleichrichters keine Fehlfunktion mehr verursachen. Arbeiten am Kabelbaum, falsch angeschlossene Steckverbindungen oder gar mutwillige Sabotage können somit kein Sicherheitsrisiko bewirken.

Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.

Die Ausgabeeinheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann eine Crash-Out-Leitung aufweisen. Mit anderen Worten kann eine Leitung aus der erfindungsgemäßen Vorrichtung herausführen, welche dem Fahrzeugbordnetz einen Crash signalisiert. Durch die galvanische Entkopplung kann die Crash-Out-Leitung ein gänzlich anderes elektrisches Potential aufweisen, als die jenseits des Gliedes zur galvanischen Entkopplung gelegenen Komponenten sowie das Airbagsteuergerät.

Weiter bevorzugt kann die Vorrichtung eine Strombegrenzungsfunktion aufweisen, über welche das Glied zur galvanischen Entkopplung geschützt wird. Die Strombegrenzungsfunktion kann beispielsweise im temperaturkompensierten Treiber enthalten sein. Die

Strombegrenzungsfunktion kann einen Transistor und einen Widerstand umfassen, mittels welcher ein Überangebot elektrischer Energie vor Ankunft an einem Eingang des Gliedes zur galvanischen Entkopplung abgeleitet wird. Hierbei kann insbesondere eine nicht-lineare Kennlinie eines elektrischen Widerstandes realisiert werden, welcher dem Eingang des Gliedes zur galvanischen Entkopplung parallel geschaltet ist. Je höher das Überangebot elektrischer Energie, desto überproportional geringer wird der dem Eingang parallel geschaltete elektrische Widerstand.

Um auch kleine Energiemengen, welche als Crash-Signal oder Test-Signal vom

Airbagsteuergerat empfangen werden, erfindungsgemäß verarbeiten zu können, kann der Gleichrichter Transistoren umfassen, welche insbesondere als Feld-Effekt-Transistoren (FETs) ausgestaltet sein können. Gegenüber einer Verwendung von Dioden, welche für eine erfindungsgemäße Verwendung als Gleichrichterelemente eine vergleichsweise hohe

Flussspannung aufweisen, ist die an geschlossenen/leitenden FETs abfallende Spannung deutlich geringer, wodurch die Zuverlässigkeit der Schaltung weiter erhöht werden kann.

Das Glied zur galvanischen Entkopplung kann beispielsweise einen Optokoppler und alternativ oder zusätzlich einen Übertrager aufweisen. Der Übertrager kann beispielsweise eine kapazitive oder induktive Energieübertragung ohne galvanische Verbindung unterstützen.

Die Temperaturkompensation mittels des temperaturkompensierten Treibers ist aufgrund des Automotive-Temperaturbereiches im Zusammenhang mit den geforderten Auslöseschwellen vorteilhaft und kann als Kernbestandteil einen Transistor aufweisen. Dieser kann optional durch eine Diode ersetzt werden. Da vom Airbagsteuergerät zyklisch Testimpulse ausgesendet werden können, sollte ein vorzeitiges Auslösen eines Batterieschützes und/oder eines Airbags und/oder reiner Pyro-Fuse unbedingt verhindert werden. Den Einfluss der

Umgebungstemperatur bzw. der Temperatur der erfindungsgemäßen Vorrichtung auf die Schaltschwellen wird durch die erfindungsgemäß vorgesehene Temperaturkompensation vermindert oder gänzlich eliminiert.

Bei der Auswertung der vom Airbagsteuergerät generierten Stromimpulse ist vorzugsweise eine galvanische Trennung gegenüber dem Bordnetz vorzusehen. Aus diesem Grund ist die

Auswertung des Stromimpulses über ein Glied zur galvanischen Entkopplung, insbesondere einen Optokoppler, einen kapazitiven oder induktiven Übertrager o.Ä. an den Mikrocontroller, welcher die Auswertung des Stromimpulses und/oder die Ansteuerung nachfolgender

Komponenten vornimmt, zu übergeben. Die kostengünstigste Alternative stellt beispielsweise ein Optokoppler dar. Dieser zieht im Crashfall das Potential am Ausgang der

erfindungsgemäßen Vorrichtung auf Massepotential und der nachgeschaltete Mikrocontroller kann entsprechend darauf das Öffnen der Batterieschütze veranlassen. Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Anordnung vorgeschlagen, welche ein Airbagsteuergerät, eine Zündpillennachbildung und eine Vorrichtung gemäß dem erstgenannten Erfindungsaspekt umfasst. Der erste Anschluss der Vorrichtung ist an eine Parallelschaltung aus dem Ausgang des Airbagsteuergerätes und der Zündpillennachbildung angeschlossen. Mittels der Zündpillennachbildung kann das Airbagsteuergerät eine

ordnungsgemäße Verkabelung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung sicherstellen. Mit anderen Worten werden Testimpulse durch das Airbagsteuergerät ausgesandt und führen an der Zündpillennachbildung zu einem vordefinierten Spannungsabfall bzw. Stromfluss (je nach Auswertung). Hierdurch kann das Airbagsteuergerät eine ordnungsgemäße Verkabelung mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung überprüfen. Die im Crashfall an der Zündpillennachbildung abfallende elektrische Spannung dient zeitgleich als Eingangssignal der erfindungsgemäßen Vorrichtung (nämlich deren Gleichrichters). Die Zündpillennachbildung kann im einfachsten Fall aus einem Ohm'schen Widerstand bestehen. Die Merkmale, Merkmalskombinationen und die sich aus diesen ergebenden Vorteile der erfindungsgemäßen Anordnung entsprechen derart ersichtlich denjenigen der erfindungsgemäßen Vorrichtung, dass zur Vermeidung von

Wiederholungen auf die obigen Ausführungen verwiesen wird.

Das Airbagsteuergerät kann eingerichtet sein, zyklisch Testimpulse an die

Zündpillennachbildung anzulegen. Mit anderen Worten können nach Ablauf einer vordefinierten Zeit und/oder im Ansprechen auf das Vorliegen eines vordefinierten Ereignisses Testimpulse generiert werden, welche eine von einem Crash-Signal unterschiedliche

Spannungslage/Stromstärke aufweisen. Auf diese Weise können Test-Signale vom Ernstfall /Crash-Signal sicher unterschieden werden.

Weiter kann eine Auswerteeinheit (z.B. ein Mikrocontroller, ein elektronisches Steuergerät o.Ä.) an einen Ausgang des Gliedes zur galvanischen Entkopplung angeschlossen sein. Die

Auswerteeinheit ist eingerichtet, im Falle eines Ausgangssignals des Gliedes zur galvanischen Entkopplung einer vordefinierten Intensität (Crash-Fall) ein Schütz eines Traktionsbordnetzes zu öffnen. Auf diese Weise wird im Crash-Fall die Spannungsquelle vom Traktionsbordnetz getrennt und die Verletzungs-/Brandgefahr verringert/gebannt.

Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Fortbewegungsmittel vorgeschlagen, welches insbesondere ein Traktionsbordnetz aufweisen kann, welches eine Spannungslage jenseits der 50 V, insbesondere jenseits der 300 V, aufweisen kann. Hierzu kann das Fortbewegungsmittel, welches beispielsweise als Pkw, Transporter, Lkw, Motorrad o.Ä. ausgestaltet sein kann, eine elektrische und/oder elektrochemische Traktionsenergiequelle aufweisen, welche es im Falle eines Crashs vom Traktionsbordnetz zu trennen gilt. Hierzu ist als essentielles Merkmal des Fortbewegungsmittels eine Vorrichtung gemäß dem

erstgenannten Erfindungsaspekt und alternativ oder zusätzlich einer Anordnung gemäß dem zweitgenannten Erfindungsaspekt vorgesehen. Auch die Merkmale, Merkmalskombinationen und Vorteile des erfindungsgemäßen Fortbewegungsmittels ergeben sich derart ersichtlich entsprechend denjenigen der oben genannten Erfindungsaspekte, dass zur Vermeidung von Wiederholungen auf die obigen Ausführungen verwiesen wird.

Gemäß einem Kerngedanken der vorliegenden Erfindung wird eine Zündleitung mit

Verpolschutz vorgeschlagen, welche eine Gleichrichtung (z.B. mittels einer Brückenschaltung) in der Zündleitung vorsieht. Auf diese Weise wird eine inhärente Sicherung gegen ein

Anschließen der Zündleitung mit falscher Polarität hergestellt. Die Brückenschaltung kann - um die Flussspannungen zu minieren - durch Verwendung von Feld-Effekt-Transistoren ohne Dioden ausgeführt werden. Zudem wird alternativ oder zusätzlich vorgeschlagen, eine

Zündleitung mit Schwellenwertbeurteilung und Temperaturkompensation vorzusehen, durch welche sowohl die Beurteilung der Höhe des empfangenen Signalpegels als auch dessen Temperaturkompensation auf der galvanisch isolierten Zündleitung durchgeführt werden. Auf diese Weise kann eine elektrische Isolation gegenüber dem Traktionsenergiebordnetz bzw. den Schützen der Traktionsbatterie realisiert werden.

Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung im Detail beschrieben. In der Zeichnung ist:

Figur 1 ein Schaltplan eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung in der Schaltung eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen

Anordnung zur Evaluierung eines Signals eines Airbagsteuergerätes; und

Figur 2 ein Strom-Zeit-Diagramm veranschaulichend Crash-Fall-Signalbereiche und

Signalbereiche ohne Crash-Fall-Erkennung.

Ausführungsformen der Erfindung

Figur 1 zeigt ein Schaltdiagramm veranschaulichend Baugruppen und Bauelemente eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden Erfindung. Die dargestellte Schaltung ist ausdrücklich als„Prinzip Schaltung" zur Realisierung der vorliegenden Erfindung zu verstehen, so dass der Schutzbereich der beigefügten Ansprüche nicht auf die dargestellte Anordnung oder Teile derselben beschränkt wird. Die Vorrichtung 1 weist einen ersten Anschluss 3 auf, über welchen die Vorrichtung 1 an ein Airbagsteuergerät 2 in Form einer Stromquelle angeschlossen werden kann. Der erste Anschluss 3 bildet sozusagen den Eingang der erfindungsgemäßen Vorrichtung

1 , an welchem ein Widerstand R4 parallel liest. Zur erfindungsgemäßen Gleichrichtung des Eingangssignals schließt sich an den Anschluss 3 ein auf Feld-Effekt-Transistoren T51 , T52, T53 und T54 basierender Gleichrichter 5 an. Die geringen Flussspannungen leitfähiger Feld- Effekt-Transistoren stellen eine funktionssichere nachfolgende Auswertung der vom

Airbagsteuergerät 2 stammenden Ströme sicher. Der Ausgang des Gleichrichters 5 ist an einen zweiten Anschluss 12 eines temperaturkompensierten Treibers 6 angeschlossen. Der temperaturkompensierte Treiber 6 erhält die gleichgerichteten Signale des Airbagsteuergerätes

2, so dass die Polarität des Airbagsteuergerätes 2 gegenüber dem Anschluss 3 des

Gleichrichters 5 unerheblich ist. Der temperaturkompensierte Treiber 6 realisiert die

Temperaturkompensation, eine aus dem Widerstand R61 und dem Transistor T61 aufgebaute Strombegrenzungsfunktion und die Schwellenwertüberwachung. Sofern der Schwellenwert für die Ermittlung eines Crash-Falls bzw. eines Crash-Signals positiv ausfällt, wird der Eingang des im Glied 7 zur galvanischen Entkopplung vorgesehenen Optokopplers 10 über den Anschluss 13 mit einem entsprechenden elektrischen Signal beaufschlagt, woraufhin sich an seinem Ausgang ein zur Batterie bzw. zum Batteriesteuergerät geleiteter Spannungspegel einstellt. Das Batteriesteuergerät kann einen Mikrocontroller aufweisen, welcher seinerseits eingerichtet ist, die Schütze des Traktionsbordnetzes im Crash-Fall zu öffnen und somit Folgeschäden des Crashereignisses zu vermeiden. Der Ausgang 1 1 des Optokopplers 10 ist hierzu mit einer Ausgabeeinheit 8 verknüpft, welche bei bestimmungsgemäßem Anschluss der

erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgangsseitig mit der entsprechenden Bordnetzperipherie verbunden ist.

Figur 2 zeigt ein Strom-Zeit-Diagramm, in welchem ein Bereich 14, welcher sich zwischen 1 ,2 A und 5 A bzw. zwischen 0,5 ms und 2 ms befindet, schraffiert hervorgehoben ist. Dieser Bereich kennzeichnet Signalbereiche, welche als Crash-Fall erkannt werden. Ein schraffierter Bereich 15 kennzeichnet Signalbereiche, welche mit Sicherheit als„kein Crash-Fall" zu klassifizieren sind. Eine entsprechende Unterscheidung wird erfindungsgemäß im temperaturkompensierten Treiber der vorliegenden Erfindung vorgenommen. Bezugszeichenliste

1 Vorrichtung

2 Airbagsteuergerät

3 erster Anschluss

5 Gleichrichter

6 temperaturkompensierter Treiber

7 Glied zur galvanischen Entkopplung

8 Ausgabeeinheit

9 Crash-Out-Leitung

10 Optokoppler

1 1 Ausgang

12, 13 Anschluss

14 Crash-Signal-Bereich

15 „kein Crash-Signal-Bereich"

BAT Leitung zum Batteriemanagementsteuergerät

C Kapazität

GND elektrische Masse

D Diode

R elektrischer Widerstand

t Zeit

T Transistor