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Die Erfindung betrifft allgemein das Gebiet der Sicherheit von Fahrzeuginsassen und von Gurtaufrollern für Kraftfahrzeuge. Im Speziellen betrifft die Erfindung ein Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystem und ein Verfahren zur Steuerung mindestens eines Gurtaufrollers eines solchen Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystems.
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Gurtaufroller dienen dazu, Fahrzeuginsassen einen Sicherheitsgurt bereitzustellen, so dass der Fahrzeuginsasse bei einem kritischen Fahrzeugzustand möglichst frühzeitig an der Verzögerung des Fahrzeugs teilnimmt. Zu diesem Zweck kann eine Gurtspule, von der der Sicherheitsgurt abgewickelt bzw. auf die er wieder aufgewickelt werden kann, abhängig von externen Parametern blockiert werden. Dies kann mechanisch erfolgen, beispielsweise durch Trägheitssensoren. Es sind auch elektromechanische Blockiersysteme bekannt, mit denen die Gurtspule auf ein elektrisches Blockiersignal hin blockiert wird.
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Um das Blockiersignal zu erzeugen, ist eine Sensor- und Ansteuerelektronik notwendig, die die Fahrzeugbeschleunigung messen und auswerten kann und bei Bedarf das elektromechanische Blockiersystem ansteuern kann.
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Grundsätzlich ist denkbar, jedem Gurtaufroller eine eigene Sensor- und Ansteuerelektronik zuzuordnen. Allerdings führt dies zu hohen Kosten.
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Es wäre auch denkbar, die Sensorik zu nutzen, die in Airbag- und Bremssteuergeräten mit ESP-Funktion heutzutage in Fahrzeugen vorhanden ist. Diese Sensorik ist hinsichtlich Messbereich, Genauigkeit und Signalbandbreite auch für die Ansteuerung von elektromechanischen Systemen zur Blockierung von Gurtaufrollern geeignet. Es müssten nur die Gurtaufroller angeschlossen werden, über den die Sensorik die Signale für beispielsweise einen Gasgenerator eines Airbag-Systems bereitstellt.
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Allerdings ist die maximale Signallatenz von Bussystemen in Fahrzeugen so, dass die Übertragungszeit der vorhandenen Sensordaten bzw. einer Blockieranforderung nicht für alle Szenarien ausreichend schnell ist, um mit einem elektromechanischen Blockiersystem eine zu mechanischen Systemen vergleichbar kurze Zeitspanne bis zur Blockierung der Gurtspule sicherstellen zu können.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, einem elektromechanischen Blockiersystem eines Gurtaufrollers schnell und mit dennoch akzeptablem Aufwand ein Blockiersignal zu senden, wenn eine Fahrzeugsituation vorliegt, bei der die Gurtspule des Gurtaufrollers blockiert werden soll.
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Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß ein Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystem vorgesehen mit einer zentralen Sensorelektronik, die ein Blockiersignal erzeugen kann, mindestens einem Gurtaufroller, der ein elektromechanisches Blockiersystem aufweist, einer Ansteuerelektronik, die dem Blockiersystem des Gurtaufrollers zugeordnet ist und dieses in Reaktion auf ein Blockiersignal aktivieren kann, einem Bussystem, mit dem die Sensorelektronik und die Ansteuerelektronik verbunden sind, und einer vom Bussystem separaten Leitung, welche die Ansteuerelektronik mit der Sensorelektronik verbindet. Die Erfindung beruht auf dem Grundgedanken, zur Blockierung des Gurtaufrollers ein Blockiersignal zu verwenden, das von einer zentralen Sensorelektronik (also einer Sensorelektronik, die auch von anderen Systemen genutzt wird, insbesondere einem Airbag-System und/oder einem ESP-System) bereitgestellt wird und dieses Signal über einen vom Bussystem getrennten (und damit schnelleren) Kommunikationskanal an die Ansteuerelektronik zu senden. Das Bussystem kann als Rückfall-Ebene für den Fall verwendet werden, dass das Blockiersignal nicht über die dedizierte Signalleitung gesendet werden kann. Mit anderen Worten kann durch die Verwendung eines zweiten, schnellen und vom Bussystem getrennten Kommunikationskanals für die Übertragung des Blockiersignals das Problem der Gesamtübertragungszeit (end-to-end-delay) umgegangen werden, da der größte Teil der latenzverursachenden Einflussfaktoren von Bussystemen (z. B. Botschaftslänge, Wartezeit bis Bus frei ist, max. Baudrate) entfällt. Zusätzlich hat die redundante Übertragung auch den Vorteil der Diagnosefähigkeit.
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Die Ansteuerelektronik kann mehreren Gurtaufrollern deren Blockiersystem zugeordnet sein, insbesondere wenn es sich um Gurtaufroller ohne reversiblen (z.B. elektromotorischem) Gurtstraff-Mechanismus handelt, also um Gurtaufroller, die keine komplexe Ansteuerelektronik erfordern.
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Bei den Gurtaufrollern kann es sich auch um solche handeln, die einen Gurtstraff-Mechanismus aufweisen. In diesem Fall ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Ansteuerelektronik auch zur Ansteuerung des Gurtstraff-Mechanismus dient. Insbesondere kann die Ansteuerung des elektromechanischen Blockiersystems in die Ansteuerelektronik für den Gurtstraff-Mechanismus integriert werden, so dass der Montageaufwand im Wesentlichen unverändert bleibt. Es ist lediglich ein weiterer Signalkontakt an einer Leiterplatte der Ansteuerelektronik erforderlich, um die Leitung anzuschließen, die das Blockiersignal übertragen kann.
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Im Falle von einem reversiblen, elektromechanischen Gurtaufroller bzw. reversiblen, elektromechanischen Gurtstraffer kann die Ansteuerelektronik, welche im Kontext der vorliegenden Offenbarung als Endstufe bezeichnet werden kann, direkt im Gurtaufroller und/oder im Sperrsystem integriert sein. Aktoren des Sperrsystems können direkt - ohne Kabelbaum - am Gurtaufroller mit der Endstufe verbunden sein.
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Hierdurch können sich folgende Vorteile ergeben. Es kann auf eine separate Aktorik-ECU verzichtet werden. Zusätzliche Adern des schnellen Kommunikationskanals können in die vorhandene Steckverbindung der Gurtaufroller- und/oder Gurtstraffer-ECU integriert werden. Mit einem solchen Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystem kann eine Vereinfachung des Kabelbaums im Fahrzeug erreicht werden. Aufgrund der kurzen Leitungslängen zwischen Ansteuerelektronik und Sperrsystem können sich die EMV-Anforderungen leichter erfüllen lassen.
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Die Sensorelektronik, die zur Erzeugung des Blockiersignals verwendet wird, kann auch zur Ansteuerung eines Airbag-Systems und/oder eines ESP-Systems verwendet werden. Generell kann es sich bei der Sensorelektronik um ein Steuergerät handeln, das in Fahrzeugen verwendet wird, um in kritischen Fahrzeugsituation ein Signal für ein Airbag-System, ein ESP-System, Pre-Crash-Systeme, etc. bereitzustellen.
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Zur Lösung der oben genannten Aufgabe ist auch ein Verfahren zur Steuerung mindestens eines Gurtaufrollers eines Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystems vorgesehen, bei dem eine Fahrzeugbeschleunigung durch eine Sensorelektronik erfasst wird. Falls die Fahrzeugbeschleunigung einen vorbestimmten Grenzwert oder Verlauf überschreitet, wird ein Blockiersignal über ein Bussystem und über eine vom Bussystem separate Leitung an eine Ansteuerelektronik gesendet, die einem elektromechanischem Blockiersystem des Gurtaufrollers zugeordnet ist. Das elektromechanische Blockiersystem blockiert daraufhin die Gurtspule. Hinsichtlich der sich ergebenden Vorteile wird auf die obigen Erläuterungen verwiesen, die in gleicher Weise sowohl für das Verfahren als auch das Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystem gelten.
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Das Blockiersignal, das über die vom Bussystem getrennte Leitung übertragen wird, kann spannungs- und/oder stromcodiert sein. Es ist auch möglich, dass das Blockiersignal pulsbreitenmoduliert wird. Dies ermöglicht es, ein Blockiersignal zu senden, das von der Ansteuerelektronik eindeutig erkannt werden kann.
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Vorzugsweise wird über die Leitung permanent ein Signal gesendet, wobei sich das Nicht-Blockiersignal vom Blockiersignal hinsichtlich der Pulsbreite unterscheidet. Auf diese Weise kann problemlos geprüft werden, ob die Leitung grundsätzlich zur Signalübertragung zur Verfügung steht.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird das Signal permanent überwacht, wobei abhängig vom erfassten Signal keine Aktion ergriffen wird, ein Warnsignal ausgegeben wird oder sicherheitshalber das Signal als Blockiersignal interpretiert wird. Hierdurch kann eine besonders hohe Funktionssicherheit erzielt werden. Insbesondere ist es möglich, dass die Ansteuerelektronik das elektromechanische Blockiersystem aktiviert, wenn ein Signalzustand erfasst wird, der nicht eindeutig als „kein Blockiersignal“ identifiziert wird.
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Die Ansteuerelektronik kann ferner dazu eingerichtet sein, für spannungs- oder stromcodierte Signaleunterschiedliche Signalamplituden des Signals zu erkennen. Unterschiedliche Signalamplituden können unterschiedlichen Anforderungen entsprechen: etwa für „Sperrung angefordert“ und für „keine Sperrung angefordert“. Es können zudem Toleranzbänder definiert werden. In den Amplitudenbereichen wird zwischen zwei Toleranzbändern, d. h. zwischen den Amplitudenbereichen „Sperrung angefordert“ und „keine Sperrung angefordert, unterschieden.
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Das Signal kann den Verlauf einer abschnittsweise definierten Funktion annehmen. Das Signal kann über die Zeit von einem höheren Spannungs- und/oder Stromwert zu einem niedrigeren Spannungs- und/oder Stromwert stufenartig wechseln.
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Gemäß einer Ausführungsform ist die Ansteuerelektronik ferner dazu eingerichtet, basierend auf einem Tastgrad des Signals sowie zumindest einem vordefinierten Toleranzbereich das elektrische Sperrsystem des mindestens einen Gurtaufrollers anzusteuern.
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Der Tastgrad des Signals kann wie folgt definiert werden:
wobei t der Nominalwert des Signals, d. h. die Zeit, in welcher das Signal eine höhere Spannung und/oder einen höheren Strom aufweist, ist und wobei T die Periodendauer des Signals definieren kann. Die Definition des Tastgrades kann anhand der Figuren wie nachfolgend beschrieben näher erläutert werden.
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Die Ansteuerelektronik kann somit dazu eingerichtet sein, in einem Toleranzbereich des Tastgrades eine Sperrung des Gurtaufrollers anzufordern. Bei einem Toleranzbereich des Tastgrades von etwa 60 % bis 80 % kann zum Beispiel eine Sperrung angefordert werden. Bei einem Toleranzbereich des Tastgrades von etwa 30 % bis 60 % kann die Ansteuerelektronik dazu eingerichtet sein, keine Sperrung anzufordern.
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Es ist auch möglich, dass die Ansteuerelektronik über das Bussystem Statusinformationen bekommt. Der Ansteuerelektronik kann übermittelt werden welcher Gurtaufroller eines Fahrzeugs benutzt wird, beispielsweise basierend auf einem Stecksignal des dem Gurtaufroller zugeordneten Gurtschlosses. So kann zum Beispiel das Blockiersystem eine Blockierung nur dann auslösen, wenn der entsprechende Sitzplatz belegt ist. Auf Basis der Statusinformationen kann die Aktivierung des Sperrsystems auf belegte Sitzplätze begrenzt werden.
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Sämtliche vorstehenden Ausführungen zum Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystem gelten gleichermaßen auch für ein Verfahren zur Steuerung mindestens eines Gurtaufrollers eines Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystems.
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Im Folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben.
- 1 zeigt ein Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystem gemäß einem Ausführungsbeispiel.
- 2 zeigt ein Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystem gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel.
- Die 3a und 3b zeigen einen Signalverlauf eines Signals gemäß einem Ausführungsbeispiel.
- Die 4a und 4b zeigen einen Signalverlauf eines Signals gemäß einem Ausführungsbeispiel.
- Die 5a und 5b zeigen einen Signalverlauf eines Signals gemäß einem Ausführungsbeispiel.
- 6 zeigt einen Signalverlauf eines Signals gemäß einem Ausführungsbeispiel.
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Ähnliche, ähnlich wirkende, gleiche oder gleichwirkende Elemente sind in den Figuren mit ähnlichen oder gleichen Bezugszeichen versehen. Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu.
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1 zeigt ein Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystem 10 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Das Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystem 10 der 1 weist mehrere (hier nur schematisch dargestellte) Gurtaufroller 12, eine Sensorelektronik 14, ein Bussystem 16 und eine vom Bussystem 16 separate Leitung 18 auf.
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Die Gurtaufroller 12 dienen dazu, einem Fahrzeuginsassen eines Kraftfahrzeugs einen Sicherheitsgurt bereitzustellen, der von einer Gurtspule abgewickelt und auf diese aufgewickelt werden kann.
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Der Gurtaufroller 12 weist ein elektromechanisches Blockiersystem 20 auf, das ansprechend auf ein externes Blockiersignal die Gurtspule so verriegeln kann, dass kein Sicherheitsgurt abgezogen werden kann.
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Details des Aufbaus des Blockiersystems 20 und auch des Gurtaufrollers 12 sind für das Verständnis der Erfindung nicht relevant, so dass sie hier nicht weiter erläutert werden.
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Der Gurtaufroller 12 weist auch einen Gurtstraff-Mechanismus auf, mit dem die Gurtspule bei Bedarf in der Aufwickelrichtung des Sicherheitsgurts gedreht werden kann. Der Gurtstraff-Mechanismus kann ein sogenannter Leistungsstraffer sein, der vor einer Kollision eine hohe Gurtkraft erzeugt, oder ein sogenannter Komfortstraffer, der beispielsweise bei einer starken Bremsung den Sicherheitsgurt mit moderaten Kräften vorspannt. Ein Leistungsstraffer arbeitet meist irreversibel, wohingegen ein Komfortstraffer reversibel arbeitet. Ein Leistungsstraffer verwendet als Energiequelle meist einen Gasgenerator, während ein Komfortstraffer meist einen Elektromotor als Antrieb verwendet. Auch hier sind Details des Aufbaus des Gurtstraff-Mechanismus nicht weiter relevant, so dass sie hier nicht weiter erläutert werden.
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Im Rahmen der Erfindung ist lediglich relevant, dass der Gurtaufroller 12 mit einer Ansteuerelektronik 22 versehen ist, die zur Ansteuerung des Gurtstraff-Mechanismus dient. Diese ist an das Bussystem 16 angeschlossen.
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Bei der Sensorelektronik 14 handelt es sich um ein Steuergerät, wie es insbesondere zur Ansteuerung von Airbag-Systemen und ESP-Systemen verwendet wird. Es überwacht die auf das Fahrzeug einwirkenden Beschleunigungen (positiver und negativer Art) und erzeugt, wenn diese eine vorbestimmte Grenze oder einen vorbestimmten Verlauf überschreiten, ein Blockiersignal, das angibt, dass der Gurtaufroller 12 blockiert werden sollte. Auch die Sensorelektronik 14 ist an das Bussystem 16 angeschlossen.
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Beim Bussystem 16 handelt es sich um ein übliches Fahrzeug-Bussystem, beispielsweise einen CAN-Bus.
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Bei der Leitung 18 handelt es sich um eine vorzugsweise einadrige Leitung, die separat vom Bussystem 16 ist. Die Leitung ist an einen Signalausgang der Sensorelektronik 14 und an einen Signaleingang der Ansteuerelektronik 22 angeschlossen.
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2 zeigt ein Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystem 10 gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Sofern nicht anders beschrieben, weist das System der 2 dieselben Elemente und/oder Komponenten wie das Fahrzeuginsassen-Rückhaltesystem 10 der 1 auf.
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Im Ausführungsbeispiel von 2 sind zusätzlich zu den Gurtaufrollern 12 zwei Gurtaufroller 24 gezeigt, die keinen reversiblen Gurtstraff-Mechanismus haben. Diese Gurtaufroller 24 benötigen keine eigene Ansteuerelektronik, die die komplexeren Aufgaben der Ansteuerung eines Gurtstraff-Mechanismus übernehmen. Stattdessen ist eine externe Ansteuerelektronik 26 vorgesehen, die mehreren Gurtaufrollern 26 gemeinsam zugeordnet ist und deren Aufgabe darin besteht, den elektromechanischen Blockiermechanismus der Gurtaufroller 26 anzusteuern.
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Die Ansteuerelektronik 26 ist in derselben Weise an die Leitung 18 und das Bussystem 16 angeschlossen wie die in die Gurtaufroller 12 integrierten Ansteuerelektroniken 26.
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Falls die Sensorelektronik 14 einen Fahrzeugzustand erfasst, der es angezeigt erscheinen lässt, die Gurtspulen der Gurtaufroller 12, 24 zu blockieren, stellt die Sensorelektronik 14 ein Blockiersignal bereit. Dieses wird sowohl über die Leitung 18 als auch über das Bussystem 16 gesendet. Das über die Leitung 18 gesendete Blockiersignal kommt ohne Verzögerung an den Ansteuerelektroniken 26 an, während das über das Bussystem 16 gesendete Blockiersignal mit der bei einem Bussystem unvermeidbaren Verzögerung an den Ansteuerelektroniken 26 ankommt.
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In den 3a und 3b ist beispielhaft ein spannungs- oder stromcodiertes Blockiersignal dargestellt, das von der Sensorelektronik 14 erzeugt wird. Das entsprechende Signal kann über das Bussystem 16 und spannungs- oder stromcodiert die Leitung 18 übertragen werden.
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Auf der vertikalen Achse der 3b, d. h. der y-Achse, ist die Spannung U oder der Strom I des Signals über der Zeit (x-Achse) aufgetragen. Auf der horizontalen Achse der 3b, d. h. der x-Achse, ist die Zeit t wiedergegeben. Der zeitliche Verlauf des Signals kann in drei Abschnitte unterteilt werden. In einem ersten und letzten Abschnitt Δtk weist das Signal eine niedrigere Spannung oder einen niedrigeren Strom als im Abschnitt Δts, welcher einen Abschnitt mit höherer Spannung oder höherem Strom bezeichnet, auf. Die Ansteuerelektronik 22 ist dazu eingerichtet, das Signal basierend auf der Amplitude der Spannung oder dem Strom zu interpretieren.
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Insbesondere kann die Ansteuerelektronik 22 den Abschnitt Δts als Blockiersignal interpretieren bzw. auswerten. Die Abschnitte Δtk können derart interpretiert werden, dass keine Sperrung des Gurtaufrollers angefordert wird.
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In einem vordefinierten Toleranzbereich A für die Spannung und/oder für den Strom kann die Ansteuerelektronik 22 das Signal als Anforderung zur Sperrung interpretieren. In einem weiteren vordefinierten Toleranzbereich B für die Spannung und/oder den Strom des Signals kann die Ansteuerelektronik 22 das Signal als Anforderung, keine Sperrung vorzunehmen, interpretieren. Befindet sich die Spannung oder der Strom des Signals außerhalb der zwei Toleranzbereiche A und B, so kann die Ansteuerelektronik 22 das Signal als Fehler interpretieren.
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Die 4a und 4b zeigen einen Signalverlauf eines Signals gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel, bei dem das Blockiersignal pulsbreitenmoduliert übertragen wird.
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Das Signal des Signalverlaufs der
4a und
4b kann digital übertragen sein. Unterschiedliche Tastgrade können als Anforderung einer Sperrung oder Anforderung keiner Sperrung interpretiert werden. Auch hier können Toleranzbänder für beide Tastgrade definiert werden. Alle Werte außerhalb dieser Toleranzbänder können als Fehler interpretiert werden. Der Tastgrad des Signals kann wie folgt definiert werden:
wobei t der Nominalwert des Signals, d. h. die Zeit, in welcher das Signal eine höhere Spannung und/oder einen höheren Strom aufweist, ist und wobei T die Periodendauer des Signals definieren kann.
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Ähnlich wie bei der 3b können in 4b auch Abschnitte definiert werden, welche als Anforderung einer Sperrung interpretiert werden können oder eben nicht als Anforderung einer Sperrung interpretiert werden können. In den Abschnitten Δtk wird keine Sperrung des Gurtaufrollers angefordert, wobei im Abschnitt Δts eine Sperrung des Gurtaufrollers angefordert wird.
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Die 5a und 5b zeigen einen Signalverlauf eines Signals gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel. Auch hier wird das Signal pulsbreitenmoduliert übertragen. Zusätzlich ist eine erweiterte Absicherung vorgesehen.
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Die Integrität des Signals „keine Sperrung“ ist hier dadurch weiter abgesichert, dass der Signalbereich in zwei Bereiche aufgeteilt wird und das Signal in zyklischen Abständen zwischen diesen beiden Signalbereichen wechseln muss. Erfolgt innerhalb einer gewissen Zeit kein Wechseln in den anderen Signalbereich, wird dies als Fehler interpretiert. Es können daher mehrere Toleranzbereiche für „keine Sperrung“ definiert werden. 5a zeigt beispielsweise zwei Toleranzbereiche B und C, welche nicht mit einer Anforderung einer Sperrung des Gurtaufrollers verbunden sind. Der Zeitabschnitt ΔtF, in welchem kein Wechseln in den anderen Signalbereich erfolgt, wird als Fehler interpretiert.
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Hierdurch lassen sich zum Beispiel Fehler diagnostizieren, bei denen die Ausgabefunktion in der Sensorelektronik 14 oder die Eingabefunktion in der Ansteuerelektronik 22 nicht zyklisch aufgerufen und der Signalwert infolgedessen nicht aktualisiert wurde.
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6 zeigt einen Signalverlauf eines Signals gemäß einem wiederum weiteren Ausführungsbeispiel. Hier wird von der Sensorelektronik 14 permanent ein pulsbreitenmoduliertes Signal übertragen, wobei ein Tastgrad von 70% als Blockiersignal erkannt wird.
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Auch beim Signal von 6 ist eine erweiterte Absicherung vorhanden. Diese besteht darin, dass die Tastgrade in den Zeitabschnitten außerhalb des Blockiersignals, als im „Normalzustand“, die Tastgrade zwischen zwei Werten wechseln. Im Beispiel wird zwischen 35% und 45% gewechselt.
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Auch hier können Toleranzbereiche definiert werden. Die Toleranzbereiche können wie folgt definiert werden. Tabelle 1
| | Tastgrad mit Toleranzbereich |
| Toleranzbereich A | 60-80 % |
| Toleranzbereich B | 40-50 % |
| Toleranzbereich C | 30-40 % |