Verfahren und Steuergerät zum Laden eines Personenschutzmittel- Energiespeichers zum Betreiben eines Personenschutzmittels eines Fahrzeugs

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von einem Verfahren und einem Steuergerät nach Gattung der unabhängigen Ansprüche. Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist auch ein Computerprogramm.

Airbag-Systeme als Beispiel für Personenschutzmittel in Fahrzeugen speichern die zur Aktivierung von Rückhaltemitteln notwendige Energie in Energiereserven bzw. Energiespeichern. Ebenso wird Energie zur Aufrechterhaltung der Airbag- System- Funktionalität im Falle der Versorgungsunterbrechung durch Crash- Einwirkung vorgehalten und vorab in einem Personenschutzmittel- Energiespeicher gespeichert.

Offenbarung der Erfindung

Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz ein Verfahren, weiterhin ein Steuergerät, das dieses Verfahren verwendet, sowie schließlich ein entsprechendes Computerprogramm gemäß den Hauptansprüchen vorgestellt. Durch die in den abhängigen Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im unabhängigen

Anspruch angegebenen Vorrichtung möglich.

Der hier vorgestellte Ansatz schafft ein Verfahren zum Laden eines

Personenschutzmittel- Energiespeichers zum Betreiben eines Personenschutzmittels eines Fahrzeugs, wobei das Verfahren die folgenden Schritte aufweist:

Einlesen eines Spannungswertes eines Quellenergiespeichers des

Fahrzeugs; und

- Ermitteln eines Ladestroms zum Aufladen des Personenschutzmittel-

Energiespeichers mit Energie aus dem Quellenergiespeicher, wobei das Ermitteln des Ladestroms unter Verwendung des eingelesenen

Spannungswerts erfolgt und/oder Ermitteln eines Versorgungsstromes eines Steuergerätes oder dessen Veränderung durch Vorgabe des Ladestromes des Personenschutzmittel- Energiespeichers und Verwenden des

Ladestroms zum Aufladen des Personenschutzmittel- Energiespeichers.

Unter einem Fahrzeug kann vorliegend ein Kraftfahrzeug wie beispielsweise ein Personenkraftwagen, ein Lastkraftwagen, ein Omnibus oder dergleichen verstanden werden. Unter einem Personenschutzmittel- Energiespeicher kann vorliegend ein Energiespeicher verstanden werden, der direkt zur Versorgung eines Personenschutzmittels, beispielsweise eines Airbags, eines Gurtstraffers, eines Überrollbügels oder dergleichen mit Energie, insbesondere elektrischer Energie, vorgesehen ist. Hierbei kann der Personenschutzmittel- Energiespeicher mit Energie aus einem Quellenergiespeicher aufgeladen werden und im Falle einer Kollision des Fahrzeugs und/oder einem Zusammenbruch einer

Spannungsversorgung durch das Bordnetz des Fahrzeugs das

Personenschutzmittel (beispielsweise autark) mit (elektrischer) Energie versorgen. Unter einem Quellenergiespeicher kann beispielsweise ein

Hauptenergiespeicher des Fahrzeugs, insbesondere eine Fahrzeugbatterie, oder eine durch einen Generator gepufferte Fahrzeugbatterie verstanden werden.

Der hier vorgeschlagene Ansatz basiert auf der Erkenntnis, dass das

Personenschutzmittel sehr schnell in einen einsatzbereiten Zustand gebracht werden kann, wenn ein Ladestrom zum Aufladen des Personenschutzmittel-

Energiespeichers in Abhängigkeit von einem (aktuellen) Spannungswert des Quellenergiespeichers ermittelt und/oder eingestellt wird. Hierdurch kann ausgenutzt werden, dass der Spannungswert des Quellenergiespeichers einen Rückschluss über die aktuelle Belastung des Quellenergiespeichers und/oder den Ladungszustand dieses Quellenergiespeichers liefert, sodass, je nach aktueller Belastung und/oder Ladungszustand dieses Quellenergiespeichers der Personenschutzmittel- Energiespeicher mit einem höheren oder niedrigeren Ladestrom aufgeladen werden kann. Ebenfalls sind die Verluste im

Aufwärtswandler des Airbag Steuergerätes Versorgungsstromabhängig. Durch Kenntnis der Versorgungsspannung kann die zunehmende Ausgangsleistung des Aufwärtswandlers bei wachsender Spannung des Quellenergiespeichers dazu benutzt werden, um den Ladestrom des Personenschutzmittelspeichers anzuheben, ohne den Aufwärtswandler zu überlasten. Dies führt dazu, dass der Personenschutzmittel- Energiespeicher nicht mehr mit einem vordefinierten und bereits werksseitig eingestellten Ladestrom geladen werden muss, welcher derart niedrig zu wählen wäre, dass bei einer hohen Belastung als auch einem niedrigeren Ladungszustand des Quellenergiespeichers der

Personenschutzmittel- Energiespeicher dennoch innerhalb der gewünschten Inbetriebnahmezeit aufgeladen werden kann. Vielmehr wird nun durch die Berücksichtigung des Spannungswerts des Quellenergiespeichers bei der Ermittlung des Ladestroms zum Aufladen des Personenschutzmittel- Energiespeichers die aktuelle tatsächliche Belastung und/oder der

Ladungszustand des Quelleenergiespeichers / des Aufwärtswandlers

berücksichtigt, so dass nun der Ladestrom gegenüber der herkömmlichen Vorgehensweise deutlich erhöht werden kann, was in einer signifikanten

Reduktion der Zeitdauer resultiert, die zur Inbetriebnahme des

Personenschutzmittels (beispielsweise nach einem Start des Fahrzeugs) erforderlich ist.

Ein Vorteil von Ausführungsformen der hier vorgestellten Erfindung kann insbesondere darin gesehen werden, die höhere Leistungsfähigkeit eines Boost- Converters mit steigender Fahrzeugspannung zur adaptiven Programmierung des Ladestromreglers zur Aufladung des Personenschutzmittel- Energiespeichers als Energiereserve einzusetzen und damit deutlich schnellere Ladezeiten zu erzielen, sowie Belastungsanforderungen des Quellenenergiespeichers zu berücksichtigen.

Günstig ist eine Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes, bei der die Schritte des Einlesens und des Ermitteins während eines Ladevorgangs des Personenschutzmittel- Energiespeichers zumindest einmal wiederholt ausgeführt werden, insbesondere zyklisch wiederholt ausgeführt werden. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, zeitnah die aktuelle Belastungssituation des Quellenergiespeichers, beispielsweise die Fahrzeug(haupt)batterie, und des Aufwärtswandlers berücksichtigen zu können, die sich insbesondere beim Starten des Fahrzeugs und der hierdurch verursachten Inbetriebnahme einer

Vielzahl von Fahrzeugsystemen sehr schnell ändern kann.

Besonders vorteilhaft ist eine Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes, bei der die Schritte des Einlesens und Ermitteins nach einem Zeitintervall von 0,5 ms bis 10 ms wiederholt ausgeführt werden. Die Ausführung der Schritte des

Einlesens und des Ermitteins in einem derart ausgestalteten Zeitraster stellt eine optimale Lösung dar, um einerseits zeitnah auf Änderungen der

Belastungssituation des Quelleenergiespeichers und des Aufwärtswandlers reagieren zu können und andererseits eine unnötige numerische und/oder schaltungstechnische Belastung durch die Abarbeitung der Schritte des hier vorgeschlagenen Verfahrens zu verursachen.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes kann im Schritt des Ermitteins der Ladestrom unter Verwendung einer

Nachschlagetabelle ermittelt werden. In dieser Nachschlagetabelle kann ein

Zusammenhang zwischen dem Spannungswert des Quelleenergiespeichers und dem Ladestrom des Personenschutzmittel- Energiespeichers unter

Berücksichtigung von einem Leistungsbedarf von einem oder mehreren elektronischen Bauelementen des Fahrzeugs, eines Systems des Fahrzeugs und/oder das Steuergerät des Personenschutzmittels abgespeichert sein. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, durch die Verwendung einer vorab bestimmten Nachschlagtabelle einen erforderlichen Berechnungsaufwand zur Ermittlung des Ladestroms zu minimieren. Um eine möglichst geringe Rückwirkung, Störung und/oder Beeinträchtigung von weiteren Komponenten des Fahrzeugs durch das Laden des

Personenschutzmittel- Energiespeichers zu verursachen, kann gemäß einer weiteren Ausführungsform im Schritt des Ermitteins der Ladestrom unter Kenntnis eines aktuellen Leistungsbedarfs von zumindest einem elektronischen Bauelement des Fahrzeugs ermittelt werden. Hierbei kann auch diese Kenntnis bereits vorab genutzt worden sein, um in einer Nachschlagetabelle einen Zusammenhang zwischen dem Spannungswert des Quellenergiespeichers und dem Ladestrom zu bestimmen.

Sehr schnell und zeitnah kann ein aktueller Spannungswert des

Quellenergiespeichers dadurch erhalten werden, wenn im Schritt des Einlesens der Spannungswert von einem Spannungsteiler eingelesen wird, insbesondere wobei ein von dem Spannungsteiler eingelesener Wert analog-digital-gewandelt wird.

Um unnötigen Stromfluss im Spannungsteiler zu vermeiden, insbesondere relevant für dauerversorgte SLEEP-Systeme kann der Spannungsteiler optional mit einem in Reihe (High oder Low-Side) angeordneten Transistor ausgestattet werden. Dieser unterbricht im Ruhezustand (SLEEP) den Stromfluss im

Spannungsteiler.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes kann das Verfahren einen Schritt des Ladens des Personenschutzmittel- Energiespeichers unter Verwendung des ermittelten Ladestroms aufweisen, insbesondere wobei im Schritt des Ladens ein programmierbarer Stromgeregelter Transistor zur Einstellung des Ladestroms verwendet wird. Eine solche Ausführungsform des hier vorgestellten Ansatzes bietet den Vorteil einer besonders schnellen und/oder präzisen Einstellung des Ladestroms zur

Aufladung des Personenschutzmittel- Energiespeichers und somit zur

Realisierung der Vorteile des hier vorgeschlagenen Ansatzes.

Von Vorteil ist ferner eine Ausführungsform des hier vorgeschlagenen Ansatzes, bei der die Schritte des Einlesens und Ermitteins unter Verwendung einer digitalen Recheneinheit ausgeführt und/oder angesteuert werden. Eine solche Ausführungsform bietet den Vorteil, die Schritte des hier vorgestellten Ansatzes mit sinnvollen Filtern zur stufenweisen Anpassung der Belastung des

Quellenergiespeichers sowie des Aufwärtswandlers vorzunehmen, sowie eine schnelle Reduktion der Belastung zu ermöglichen (unterschiedliche Filterzeiten in Richtung Belastungserhöhung sowie Belastungsreduktion) um einerseits eine möglichst geringe Belastung des Quellenergiespeichers / Aufwärtswandlers zu verursachen und andererseits eine schnelle Aufladung des

Personenschutzmittel- Energiespeichers zu bewirken.

Die Ausführungsformen des hier vorgestellten Verfahrens können beispielsweise in Software oder Hardware oder in einer Mischform aus Software und Hardware beispielsweise in einem Steuergerät implementiert sein.

Der hier vorgestellte Ansatz schafft ferner ein Steuergerät, das ausgebildet ist, um die Schritte einer Variante eines hier vorgestellten Verfahrens in

entsprechenden Einrichtungen durchzuführen, anzusteuern bzw. umzusetzen. Auch durch diese Ausführungsvariante der Erfindung in Form eines Steuergeräts kann die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe schnell und effizient gelöst werden.

Hierzu kann das Steuergerät zumindest eine Recheneinheit zum Verarbeiten von Signalen oder Daten, zumindest eine Speichereinheit zum Speichern von Signalen oder Daten, zumindest eine Schnittstelle zu einem Sensor oder einem Aktor zum Einlesen von Sensorsignalen von dem Sensor oder zum Ausgeben von Steuersignalen an den Aktor und/oder zumindest eine

Kommunikationsschnittstelle zum Einlesen oder Ausgeben von Daten aufweisen, die in ein Kommunikationsprotokoll eingebettet sind. Die Recheneinheit kann beispielsweise ein Signalprozessor, ein Mikrocontroller oder dergleichen sein, wobei die Speichereinheit ein Flash-Speicher, ein EEPROM oder eine magnetische Speichereinheit sein kann. Die Kommunikationsschnittstelle kann ausgebildet sein, um Daten drahtlos und/oder leitungsgebunden einzulesen oder auszugeben, wobei eine Kommunikationsschnittstelle, die leitungsgebundene Daten einlesen oder ausgeben kann, diese Daten beispielsweise elektrisch oder optisch aus einer entsprechenden Datenübertragungsleitung einlesen oder in eine entsprechende Datenübertragungsleitung ausgeben kann.

Unter einem Steuergerät kann vorliegend ein elektrisches Gerät verstanden werden, das Sensorsignale verarbeitet und in Abhängigkeit davon Steuer- und/oder Datensignale ausgibt. Das Steuergerät kann eine Schnittstelle aufweisen, die hard- und/oder softwaremäßig ausgebildet sein kann. Bei einer hardwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen beispielsweise Teil eines sogenannten System-ASICs sein, der verschiedenste Funktionen des

Steuergeräts beinhaltet. Es ist jedoch auch möglich, dass die Schnittstellen eigene, integrierte Schaltkreise sind oder zumindest teilweise aus diskreten Bauelementen bestehen. Bei einer softwaremäßigen Ausbildung können die Schnittstellen Softwaremodule sein, die beispielsweise auf einem Mikrocontroller neben anderen Softwaremodulen vorhanden sind.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung erfolgt durch das Steuergerät eine Steuerung eines Personenschutzmittels, beispielsweise eines Airbags eines Fahrzeugs. Hierzu kann das Steuergerät beispielsweise auf Sensorsignale wie ein

Spannungswertsignal, das eine Spannung der Fahrzeugbatterie als

Quellenergiespeicher zugreifen. Die Ansteuerung erfolgt über Aktoren wie beispielsweise einen Transistor basierten einstellbaren (programmierbaren) Stromreglers zur Aufladung des Personenschutzmittel- Energiespeichers mit einem den ermittelten Ladestrom repräsentierten Ladestromsignal.

Von Vorteil ist auch ein Computerprogrammprodukt oder Computerprogramm mit Programmcode, der auf einem maschinenlesbaren Träger oder Speichermedium wie einem Halbleiterspeicher, einem Festplattenspeicher oder einem optischen Speicher gespeichert sein kann und zur Durchführung, Umsetzung und/oder Ansteuerung der Schritte des Verfahrens nach einer der vorstehend

beschriebenen Ausführungsformen verwendet wird, insbesondere wenn das Programmprodukt oder Programm auf einem Computer oder einer Vorrichtung ausgeführt wird.

Ausführungsbeispiele des hier vorgestellten Ansatzes sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 ein Blockschaltbild einer Vorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel;

Fig. 2 ein schematischer Schaltplan eines Ausführungsbeispiels des hier vorgestellten Ansatzes als Steuergerät; und

Fig. 3 ein Ablaufdiagramm eines Verfahrens gemäß einem

Ausführungsbeispiel des hier vorgestellten Ansatzes. In der nachfolgenden Beschreibung günstiger Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden für die in den verschiedenen Figuren

dargestellten und ähnlich wirkenden Elemente gleiche oder ähnliche

Bezugszeichen verwendet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser

Elemente verzichtet wird.

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 100 mit einem Blockschaltbild eines Steuergeräts 102 zum Laden eines Personenschutzmittel- Energiespeichers 104 zum Betreiben eines Personenschutzmittels 106 des

Fahrzeugs 100. Das Personenschutzmittel 106 kann beispielsweise ein Airbag sein, welcher sich im Falle einer Kollision des Fahrzeugs 100 mit einem in der Figur 1 nicht dargestellten Objekt aus dem Lenkrad 108 heraus entfaltet, um einen Fahrzeuginsassen 110 zu schützen. Neben dem Airbag im Lenkrad 108 kommen in einem Fahrzeug 100 noch eine Vielzahl von weiteren _Airbags vor, die ebenfalls mit elektrischer Energie zu versorgen sind, wie die beispielsweise aus dem Personenschutzmittel- Energiespeicher 104 geliefert werden kann. Der Personenschutzmittel- Energiespeicher 104 kann beispielsweise ein Kondensator sein, welcher bei der Inbetriebnahme des Fahrzeugs 100 mit elektrischer Energie aus einem Quellenergiespeicher 112, beispielsweise der Fahrzeughauptbatterie, aufgeladen wird. Um das Aufladen des Personenschutzmittel- Energiespeichers 104 möglichst effizient und schnell gemäß dem hier vorgeschlagenen Ansatz auszuführen, kann das Steuergerät 102 über eine Schnittstelle 114 einen Spannungswert 116 des Quellenergiespeichers 112 eingelesen, der

beispielsweise eine aktuelle Spannung dieses Quellenergiespeichers 112 bzw. der Fahrzeug(haupt)batterie repräsentiert. Ansprechend auf den eingelesenen Spannungswert kann in einer Einheit 118 des Steuergeräts 102 ein

Versorgungsstrom (max. Eingangsleistung) 120-1 ermittelt werden, aus der ein Personenschutzmittel- Energiespeicher 104 mit (elektrischer) Energie aus dem Quellenergiespeicher 112 aufgeladen werden soll. Mit der Eingangsgröße 116,

(120-1) in einem Algorithmus und oder Zuordnungstabelle kann eine geeignete Einstellung (Programmierung) 122 mit einsprechender Filterung (z.B. zeitlich gestufter Nachführung) in der Einheit 118 erzeugt werden. Mit dem Einstellsignal 122 erzeugt der Ladestromregler 124 den optimalen Ladestrom (120) für den Personenschutzmittel-Energiespeicher. Beispielsweise kann diese Einheit 124 zum Laden einen programmierbaren Strom geregelten Transistor 124_1 umfassen, der mit dem Stromsignal 122_1 angesteuert (programmiert) wird.

Der hier vorgestellte Ansatz bzw. die Erfindung hat das Ziel, die Anforderungen der Fahrzeughersteller zur Realisierung von Airbag System

Initialisierungsphasen von kleiner gleich 4 s kostengünstig darzustellen und die Rückwirkungen auf den Quellenenergiespeicher zu begrenzen. Zur

Initialisierungsphase nach Power On / oder Wake up gehört als wesentlich zeitbestimmend das Laden der Energiereserve, die hier durch den

Personenschutzmittel- Energiespeicher 104 gebildet ist. Diese Ladezeit sollte nach Möglichkeit verkürzt werden können, ohne die Kosten des

Versorgungssystems zu erhöhen.

Airbag-Systeme nutzen zur Energiespeicherung, insbesondere für die

Aktivierung von Rückhaltemitteln, Aluminium-Elektrolyt-Kondensatoren, die vorliegend den Personenschutzmittel- Energiespeicher 104 bilden, der auch mit dem Bezugszeichen ER versehen ist. Diese Kondensatoren weisen ein Optimum an Kosten, Energiedichte, niedrigem Innenwiderstand, Temperaturbeständigkeit und Lebensdauer auf. Speziell werden Aluminium- Elektrolyt- Kondensatoren mit einer Nennspannung Un von 18 V bis 50 V eingesetzt (Standardwerte sind Un=25 V / 35 V).

Figur 2 zeigt ein Blockdiagramm eines relevanten Teils 200 des SBC-System- Basic-Chips (SBC = System Basis Chip), bei dem ein Boost-Converter 205 dargestellt ist. Er erzeugt aus UB (UB = dem Spannungswert 116 entsprechende aktuelle Batteriespannung der Fahrzeugbatterie als Quellenergiespeicher 112) die durch die Filtereinheit 210 gefilterte und verpolgeschützte Batteriespannung VZP (etwa UB - 1 V). Diese Spannung dient zunächst der Eigenversorgung des SBCs 200 und wird der Spuleninduktivität L des Boost-Converters

(Aufwärtswandler) 205 zugeführt.

Dieser Boost-Converter 205 enthält einen ström begrenzten n- Kanal

Schalttransistor Tb. Die Strombegrenzung des Tb wird über den Komparator COMP Iboost dargestellt. Steigt der Strom durch den Boost-Transistor Tb und den Shunt Rsb (mit einem Widerstadswert RSB) bis auf Iboostjim an, so kippt der Komparator COMP Iboost um (Kippschwelle VREF3 = Iboostjim * RSB) und schaltet über die PWM- Logik PWM-L und Gate-Driver GD den Tb aus.

Über die Diode D erfolgt der Freilauf des Boost-Converters 205 an deren

Kathode der VUP- Regelkondensator C angeschlossen ist. Die VUP-Spannung wird dem SBC zur Spannungsregelung (PWM-Regler PWM-R) zugeführt. Hier erfolgt ein Vergleich mit einer Referenzspannung VREF2 in einer Art und Weise das VUP = M x VREF2 entsteht, wobei M einen Faktor darstellt (z. B. VREF2 =

1,24 V; M = 26.613, VUP = 33 V).

Für den getakteten Betrieb des Boost-Converters wird der PWM-Logik PWM-L ein Schaltwandlertakt Clockb (beispielsweise Clockb = 2,2 MHz) zugeführt.

Der Duty Cycle der Schaltwandlerfrequenz wird in geeigneter Weise durch den PWM-Regler PWM-R in Abhängigkeit des erfassten aktuellen Wandlerstromes (erfasst über Rsb) mit Hilfe eines Operationsverstärkers im PWM-Regler PWM-R und oder durch Kenntnis der aktuellen VZP-Spannung eingestellt.

Die Enable Logik 220 steuert in Abhängigkeit vielfältiger Signale den Wandler- Betrieb. Beispielsweise wird durch die Enable Logic 220 ein Ein- oder

Ausschalten bewirkt, falls die VZP-Spannung zu niedrig ist (VZPmin = 5 V), die Temperatur zu hoch ist, die VUP-Spannung zu hoch ist oder der Ruhemodus SLEEP aktiv / nicht aktiv ist. Der Ruhemodus, auch SLEEP-Funktion genannt, in einem Airbag-System wird im Wesentlichen durch geeignete Sleep-Tranceiver 225 und den Microcontroller μθ gesteuert. Bei Bus-Aktivität ändert der

Tranceiver den Zustand seines SLEEP-Pins SL, d. h., es wird Strom abgegeben und das Potential auf ca. den Spannungspegel VZP angehoben , was zur Folge hat, dass der SBC 200 läuft. Zum Abschalten aller Lasten an UB werden über die Sleep-Logik SL-L gesteuert alle Lasten nach Masse abgeschalten (z. B. Tl aus). Im Fall des aktivierten Ruhemodus (d. h., im SLEEP-Fall) werden die

Komponenten des SCB 200 abgeschaltet damit sein Strombedarf aus VZP unter 30 μΑ gedrückt. Handelt es sich um eine Standard-Airbag-Applikation wird der SLEEP-Eingang SL des SBC ^' s 200 durch den Rcode direkt mit UB (d. h., mit der zur

Fahrzeughauptbatterie 112 führenden Leitung) auf den Signalpegel„High" verbunden, wodurch der SBC 200 mit Einschalten der Versorgungsspannung UB startet.

Durch den Boost Converter 205 (d. h., einen Step-Up-Converter,

Aufwärtswandler) kann die Fahrzeugspannung von 6 V....16.5 V auf 25 V ... 45 V angehoben werden. An den Ausgang des Konverters 205 ist ein

programmierbarer Ladestromregler 124 angeschlossen, der den

Personenschutzmittel- Energiespeicher 104 als Energiereserve Elko,

insbesondere in der Initialisierungsphase nach Power On oder Wake-Up bei einem Start des Fahrzeugs 100 lädt. Die Ladestromhöhe wird über die

Schnittstelle 122 durch Programmierung vorgegeben. Die Programmierwerte stellt die Einheit 118 z. B. über eine serielle Schnittstelle (SPI) zur Verfügung.

Hierbei kann dieser Ladestromregler 124 gemäß der nachfolgenden

Beschreibung als Einheit 124 verwendet werden, der die Regelgröße für den Stromregel-Transistor 124_1 vorgibt, die den Ladestrom für den

Personenschutzmittel- Energiespeicher 104 (bzw. ER) bestimmt. Des Weiteren können zusätzliche Lasten wie Buck-Converter (Step-Down-Converter) an den

Ausgang des Boost Converters 205 angeschlossen sein, um die notwendigen Systemspannungen (z. B. VAS = 6.7 V) für die externen Sensoren nach dem PSI-Standard bereitzustellen. Der Boost Converter 205 sollte so ausgelegt werden, dass er auch bei seltenen Spannungssituationen bis hinunter zu 6 V, verursacht durch schwache / defekte Fahrzeugbatterien 112 die Versorgung des

Steuergerätes 102 und Ladung der Energiereserve als Personenschutzmittel- Energiespeicher 104 ermöglicht; ein Start des Fahrzeugs 100 ist üblicherweise bei diesem Batteriezustand nicht mehr möglich. Der Vorteil von Ausführungsbeispielen der hier vorgestellten Erfindung besteht insbesondere darin, die höhere Leistungsfähigkeit des Boost-Converters 205 mit steigender Fahrzeugspannung zur adaptiven Programmierung des

Ladestromreglers 124 zur Aufladung des Personenschutzmittel- Energiespeichers 104 als Energiereserve ER einzusetzen und damit deutlich schnellere Ladezeiten für beispielsweise mehr als 98 % aller Power-On-/ Wake-up-Phasen zu erzielen, sowie Belastungsanforderungen des Quellenenergiespeichers zu

berücksichtigen.

Ein vorgegebener Boost Converter 205 eines Airbag Steuergerätes ist im Design und Kosten wesentlich durch die Eingangsleistung Pin, den Wirkungsgrad

(Pout/Pin) bei minimaler Eingangsspannung, z. B. 5 V, definiert. In der Regel ist von einer zusätzlichen Drop-spannung von ca. 1 V zwischen der UB- Klemme des Steuergerätes und dem Wandler- Eingang auszugehen. Dieser ist verursacht durch die Einheit 210 zur Sicherstellung des Verpolschutzes und

Filtermaßnahmen gegen Bordnetz- und Boost-Converter- Störungen.

Die mindestens zur Verfügung stehende Eingangsleistung (Pin-min) ist durch die Strombegrenzung des Boost-Converters 205, der mindestens zulässigen Eingangsspannung Uboost_min bei der der Boost-Converter 205 noch aktiv ist und dem minimalen Duty Cycle des Boost-Converters 205 gegeben.

Beispielsweise weist ein Fest-Frequenz-Boost-Converter als Boost-Converter 205 mit 2,2 MHz Schaltfrequenz (= Zykluszeit (Cycle Time) 455 ns) einen Minimalwert der Strombegrenzung (lboost_min) des Schalttransistors Tb

(Quertransistors) von 2 A und einem minimalen duty cycle Dboost_min =

Ladephase / cycle time = 410 ns / 455 ns = 0,9 auf. Hieraus resultiert für die minimale Eingangsleistung Pin_min des Boost-Converters 205:

Pin_min = Uboost_min * lboost_min * Dboost_min (z. B. = (5 V * 2 A*0,9) = 9W)

Bei einem minimalen Wirkungsgrad des Boost-Converters n.boost_min von 70 % ergibt sich eine minimal zu Verfügung stehende Ausgangsleitung des Boost- Converters 205 von

Pout_min = Pin_min * nboost_min (z. B. = 9 W * 0,7= 6.3 W)

Beträgt die geregelte Ausgangsspannung Vup des Boost-Converters 205 beispielsweise 33 V, so kann der Boost-Converter 205 im schlechtesten Fall (schlechtester Fall = engl, worst case = w. c. = wc) den minimalen Ausgangsstrom lup_min = Pout_min / VUP (z. B. 6,3 W / 33 V = 191 mA) bereitstellen. Insgesamt gilt damit lup_min = [ Uboost_min * lboost_min *Dboost_min * r|boost_nnin ] / VUP

Sieht das Design des Airbag-Steuergerätes im Wesentlichen zwei Verbraucher an der Spannungsklemme VUP vor, so ist zu wählen: lup_min = IVlmax + IV2max um die Funktion des Airbag-Steuergerätes auch bei widrigen

Eingangsspannungen bis zu einem Spannungswert von UB = 6 V

sicherzustellen.

Sind n Verbraucher vorgesehen gilt: lup_min = IVlmax + IV2max + IVnmax

Ist IVlmax der Verbraucherstrom, der dem Laderegler 124 der Energiereserve ER im schlechtesten Fall (d. h., im worst-case) zu Verfügung steht, so wird in bisherigen Airbag-Systemen der Strom des Ladestromreglers 124/124_1 durch den System- Microcontroller μθ über eine Kommunikations-Schnittstelle zum Baustein welcher den Ladestromregler 124 enthält (in der Regel der System- Basis-Chip), so programmiert, das für den Ladestrom 120 bzw. lcharge_prog gilt: lcharge_prog <= IVlmax.

Beträgt beispielsweise lup_min = 191 mA und sind zwei Verbraucher an der VUP- Klemme angeschlossen [hier beispielsweise der Ladestromregler (IVl) und ein Buck-Converter (IV2)], so steht dem Ladestromregler 124/124_1 der

Stromwert IVl_max = lup_min - IV2_max zur Verfügung.

Beträgt IV2_max = 111 mA, so kann der Ladestromregler 124/124_1 auf IVl_max größer oder gleich 80 mA programmiert werden, ohne das die Boost- Spannung Vup einbricht.

Damit lässt sich eine Energiereservekapazität von maximal 10 mF in 4,125 s laden. Da die Initialisierungsphase eines Airbag-Systems neben dem wichtigen Zeitabschnitt des Ladens der Energiereserve ER für das Personenschutzmittel, d. h., des Personenschutzmittel- Energiespeichers 104, noch weitere zeitaufwändige Aufgaben enthält (beispielsweise einen Test des RES ET, μθ I NIT, NVM init; CAN / FLexRay Inil Gurtschloss / Sitzposition / Beifahrer- Airbag

On/Off Status Erfassung; Test Safety Path ) die mit ca. 1 bis 2 s

veranschlagt werden können, sind Ladezeiten der Energiereserve ER bzw. des Personenschutzmittel- Energiespeichers 104 von unter 3 s zu erreichen, um eine von den Fahrzeugherstellern geforderte Initialisierung nach Power on / Wake up (= Bereitschaft für eine für Crash-Auswertung) innerhalb eines Zeitfensters von 4 s zu ermöglichen.

Um nun den Personenschutzmittel - Energiespeicher 104 bzw. die

Energiereserve E R möglichst schnell aufzuladen, wird nun ein Steuergerät 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel des hier vorgestellten Ansatzes

vorgeschlagen. Gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst ein solches

Steuergerät 102 einen Energiereserve-Ladestrom-Regler 124/124_1, der wie vorstehend dargestellt, eine Schnittstelle 122 zum Einlesen des geeigneten Ladestrom Programmierwertes (ermittelt in der Einheit 118 zur Einhaltung von Ladegeschwindigkeitsanforderungen der Energiereserve 104,

Belastungsgrenzen des Quellenergiespeichers 112 und Belastungsgrenzen des Boost - Converters 205) enthält. Eine Einheit 118 zum Ermitteln und bereitstellen der notwendigen Programmier- Daten. Hierzu wird die Spannung 116 über die Erfassungsschaltung 116_1/116_2 (Spannungsteiler, ADC) dem iC, μΡ mit der Einheit 118 über eine Schnittstelle (SPI) zugeführt. Diese Einheit enthält neben einem geeigneten Algorithmus und / oder Verwendung von skalierbaren (über Quellenparameter und /oder Boost-Converter parameter) Zuordnungstabellen (116 Ladestrom) zu Ermittlung der SPI-Daten 114 für die Programmierung des Ladestromregles 124 über die Schnittstelle 122. Der Ladestromregler 124 enthält neben der analogen / digitalen Regler-Einheit den Regel-Transistor Tch (P- Kanal-MOS FET) mit einer Stromerfassung über den Shunt Rsh.

Durch Vergleich mit einer programmierbaren Referenzspannung 122 oder Referenzstrom wird der Energiereserve- Ladestrom 120 mittels des (Gate- Signals) Stromsignals 122_1 auf den durch Programmierung bzw. Berechnung vorgegebenen Wert durch entsprechende Ansteuerung des Transistors Tch eingeregelt. Ebenso kann das Einschalten des Ladestromreglers durch den μθ, μΡ über die Kommunikationsschnittstelle SPI zum Ladestromregler Interface 122 erfolgen.

Des Weiteren erfolgt die zeitliche Anpassung der Ladestromregler

Programmierung nach einer geeigneten Filter- Strategie (z. B. langsam, in kleinen

Stromanpassungsstufen, steigend und schnell mit großen

Stromanpassungsstufen fallend)

Alternativ kann das Ermitteln des Ladestroms durch verlagern der Einheit 118 in den SBC 200 erfolgen.

Über den Spannungsteiler 250 mit den Widerständen Rsl, Rs2, Rl, R2 wird beispielsweise die aktuelle Versorgungsspannung 116 (deren Wert mit der Bezeichnung U B benannt wird) des Quellenergiespeichers 112 (beispielsweise der Fahrzeughauptbatterie) in Form eines geteilten Spannungswertes 116_1 erfasst und durch einen im SBC integrierten Analog-Digital-Wandler ADC digitalisiert. Die Spannung VREF1 dient hierbei als Referenzspannung für den Analog-Digital-Wandler ADC. Über die SPI- Kommunikationsschnittstelle SPI frägt der Microcontroller iC gemäß einem Ausführungsbeispiel zum Zwecke der adaptiven Ladung der Energiereserve E R bzw. des Personenschutzmittel-

Energiespeichers 104 die aktuellen Spannungswerte alle 0.5 ms ... 10 ms ab.

Der Spannungsteiler 250 zur Erfassung der Batteriespannung 116 bzw. zur Lieferung des Spannungswertes U B enthält beispielsweise aus

Robustheitsgründen die redundant ausgeführten Schutzwiderstände Rsl, Rs2.

Diese limitieren den Strom auch im Falle negativer Werte der Spannung des Quellenergiespeichers 112 bzw. der Fahrzeughauptbatterie, insbesondere falls der SBC 200 am Eingang Ubm eine ESD-Diode nach Masse aufweist (Anode an Masse). Beispielsweise durch Kenntnis dieses Spannungswertes U B, der zulässigen Belastung des Quellenenergiespeichers 112 der (relevanten) Boost-

Converter Performance, sowie der weiteren Strombelastung des Boost- Converters 205 beispielsweise an der VU P- Klemme, erfolgt die geeignete Programmierung des Ziel- Regelstromes bzw. des Ladestromes 120 des E R- Chargers 124/124_1 bzw. durch die Einheit 118 zum Laden durch Echtzeit- Berechnung oder durch Echtzeit-Zugriff auf eine entsprechende Zuordnungstabelle (die als Nachschlagetabelle ausgeführt sein kann) mit dem Spannungswert UB als Eingangsgröße und dem Ziel- Regelstrom 120 als

Ausgangsgröße. Mit anderen Worten ausgedrückt kann der hier vorgestellt Ansatz nochmals zusammengefasst werden. Durch eine schnelle Erfassung der Spannung des Quellenergiespeichers 112, hier der Batteriespannung des Fahrzeugs 100 beispielsweise im 0.5 ms- bis 10 ms- Raster und der damit bei gegebenem Boost- Converter 205 bekannten minimalen Eingangsleistung in Abhängigkeit der Batteriespannung 116 (UB) ist auch die minimale Ausgangsleistung des Boost-

Converters 205 in Abhängigkeit zur aktuellen Batteriespannung 116 bzw. UB bekannt. Damit lässt sich im 0.5 ms- bis 10 ms- Raster die Programmierung bzw. Einstellung des Ladestromreglers 124/124_1 an die jeweilige Performance des Boost-Converters 205 anpassen. Hierdurch können wesentlich schnellere Ladezeiten der Energiereserve ER bzw. des Personenschutzmittel-

Energiespeichers 104 erreicht werden, sofern beispielsweise von dem Fall eines statischen Spannungswertes UB = 6 V bei defekter Batterie als

Quellenergiespeicher 112 abgesehen wird. Ebenso können Vorgaben zur zulässigen Belastung des Quellenenergiespeichers 112 in Abhängigkeit der Versorgungsspannung (UB) 116 berücksichtigt werden.

Als Beispiel für die Leistungsfähigkeit des hier vorgestellten Ansatzes kann folgendes Szenario angeführt werden: Eine Fahrzeugbatterie mit einer

Energiekapazität von 80 Ah und 740 A Kurzschluss-Stromstärke (bei einem Innenwiderstand von Ri = 19 mOhm) und einer minimalen Zellspannung von 1,7

V liefert eine minimale Batteriespannung von 10,2 V. Eine solche

Fahrzeugbatterie liefert in Radio-Stellung an die Fahrzeugelektrik maximal 50 A so folgt: UBmin = 6 * 1,7 V - 50 A * 19 mOhm = 9,25 V.

Beträgt die Leitungslänge der Airbag-Versorgungsleitung 7 m bei einem

Leistungsquerschnitt von 0,5 mm ² , so ergibt sich bei einem Versorgungsstrom von ca. 2 A ein weiterer Spannungsabfall von 0,5 V bis zu den

Versorgungsklemmen des Steuergerätes, wodurch resultiert: UBmin_Airbag = 8,75 V !

Wird durch den Microcontroller mit Hilfe einer schnellen Messung der Batteriespannung 116 an den Eingangsklemmen des Airbag-Steuergerätes ein Spannungswert UB von beispielsweise UBmin_Airbag = 8,75 V gemessen, so gilt: lcharge_default_max = {[(UB_min_wc - 1 V) * lboost_min * Dboost_min * nboost_min] / VUP} - IV2_max = 80 mA bei UB_min_wc = 6 V lcharge_adapt = {[(UB_Airbag - 1 V) * lboost_min * Dboost_min * qboost_min] / VUP} - IV2_max = 185 mA bei UB_Airbag_min = 8,75 V

Beispielsweise können somit die folgenden Werte erhalten werden:

lboost_min = 2 A; Dboost_min = 0,9; r|boost_min = 0,7; VUP = 33 V; IV2_max = 111 mA

Wie das vorstehende Beispiel gezeigt hat, kann der Microcontroller iC durch entsprechende Berechnung des Ladestroms 120 bzw. lcharge_adapt den für den schlechtesten Fall (wc-Fall) primär programmierten Energiereserve-Ladestrom 120 bzw. Icharge_default_max in schneller Folge (beispielsweise in einem Raster von 0,5 ms- bis 10 ms-Zeitfenstern) durch Vorgabe (d. h.,

Programmierung bzw. Veränderung oder Anpassung) neuer lcharge_adapt- Werte für den Ladestrom 120 durch den Ladestromregler 124/124_1 bzw. die Einheit 118 zum Ermitteln bestimmen oder anpassen und damit die Ladezeit der Energiereserve ER bzw. des Personenschutzmittel-Energiespeichers 104 drastisch verkürzen.

Beispielsweise kann bei einer Speicherkapazität der Energiereserve ER bzw. des Personenschutzmittle-Energiespeichers 104 von CERmax = 10 mF, und einer Ladespannung = VUP = 33 V ein Ladestrom 120 bzw. Icharge_adapt von 185 mA bei einem Spannungswert UB bzw. UB_Airbag_min von 8,75 V erreicht werden. Dies führt zu einer Ladezeit von Tcharge_adapt = 10 mF * 33 V / 185 mA = 1,78 s !!

Dies ist bereits ein Wert der nur unter widrigen Bedingungen (d. h., stark entladene Batterie und hohe Stromentnahme durch Verbraucher im Stillstand (z. b. in Radiostellung)) entsteht. Gut geladene oder weniger belastete Batterien bzw. Quellenergiespeicher 112 ergeben noch höhere minimale Spannungswerte UB bzw. UB_Airbag_min und können entsprechend der obigen Berechnung durch den Microcontroller μθ oder die Einheit 118 zum Ermitteln zur Vorgabe bzw. Ermittlung noch höherer Ladeströme 120 bzw. Icharge_adapt-Werte genutzt werden.

Die Berechnung der Icharge_adapt-Werte bzw. Ladeströme 120 für den

Ladestromregler 124/124_1 durch die Einheit 118 als Bestandteil des SBC oder als Bestandteil des μθ (SW- Funktion) in einem schnellen 0.5ms- bis 10ms- Raster kann unterbleiben oder ergänzt werden durch Nutzung skalierbarer (je nach Boost-Converter Hardware, und oder zulässiger

Quellenenergiespeicherbelastung) gespeicherten Tabellen, die als

Nachschlagetabelle dem Microcontroller μθ zur jeweils gemessenen UB_Airbag- Spannung bzw. zum jeweils gemessenen Spanungswert UB einen entsprechend zu wählenden Ladestrom 120 bzw. Icharge_adapt-Wert zuordnet. Damit kann die numerische Belastung des Microcontrollers μθ reduziert werden und/oder die Tabelle kann entsprechend den Detailfähigkeiten der Boost-Converter-Schaltung 205 (nboost ist eine komplexe Größe), dem Ladestromregler 124/124_1, dessen einzustellender Strom-Schrittweite der zu programmierenden Ladeströmen 120 etc. noch besser angepasst bzw. ermittelt werden. Die Geschwindigkeit der

Ladestromanpassung lässt sich ferner in Einklang mit der dynamischen

Strombelastbarkeit der Komponenten im Versorgungspfad ermitteln und/oder einstellen (Filteralgorithmus). Figur 3 zeigt ein Ablaufdiagramm eines Ausführungsbeispiels der vorliegenden

Erfindung als Verfahren 300 zum Laden eines Personenschutzmittel- Energiespeichers zum Betreiben eines Personenschutzmittels eines Fahrzeugs. Das Verfahren 300 umfasst einen Schritt 310 des Einlesens eines

Spannungswertes eines Quellenergiespeichers des Fahrzeugs. Ferner umfasst das Verfahren 300 einen Schritt 320 des Ermitteins eines Ladestroms zum Aufladen des Personenschutzmittel- Energiespeichers mit Energie aus dem Quellenergiespeicher, wobei das Ermitteln des Ladestroms unter Verwendung des eingelesenen Spannungswerts erfolgt und/oder unter Verwendung der Performance des Boost-Converters (minimale Eingangsleistung bei minimaler Spannung UB; Wirkungsgrad, der zulässigen Belastung des Quellenspeichers, Strom in Abhängigkeit der Spannung) und Verwenden des Ladestroms zum Aufladen des Personenschutzmittel-Energiespeichers. Schließlich umfasst das Verfahren 300 einen Schritt 330 des Ladens des Personenschutzmittel- Energiespeichers unter Verwendung des ermittelten Ladestroms.

Umfasst ein Ausführungsbeispiel eine„und/oder"- Verknüpfung zwischen einem ersten Merkmal und einem zweiten Merkmal, so ist dies so zu lesen, dass das Ausführungsbeispiel gemäß einer Ausführungsform sowohl das erste Merkmal als auch das zweite Merkmal und gemäß einer weiteren Ausführungsform entweder nur das erste Merkmal oder nur das zweite Merkmal aufweist.