專利名稱：用于驅動車輛的安全系統(tǒng)的控制器和用于驅動這種車輛的安全系統(tǒng)的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種根據(jù)獨立權利要求所述的類型的、用于驅動車輛的安全系統(tǒng)的控制器和方法。
背景技術：
由DE 195 42 085 B4公知一種車輛乘客安全裝置，其中，設置有用于存儲能量的電容器和第一電壓轉換器，所述第一電壓轉換器與車輛蓄電池連接，并且所述第一電壓轉換器將車輛蓄電池的電壓提高至車輛蓄電池電壓的多倍，并且利用該更高的電壓給電容器充電。第二電壓轉換器被設置用于通過其輸出端與電壓穩(wěn)定器的輸入端連接。此外，還設 置有控制所述電壓轉換器的微控制器，并且所述電壓轉換器能夠由微控制器的串口進行控制。由DE 10 2004 057 690 Al公知一種用于給電能存儲器裝置充電的裝置和方法。在此，在主電流路徑中設置有主動的限流器，用于將供應電流限定到確定的最大電流上。電壓轉換器裝置置于限流器裝置下游，用于將電能存儲器裝置的電勢提升到高于電源電勢。

發(fā)明內容
與此相對地，根據(jù)本發(fā)明的用于驅動車輛的安全系統(tǒng)的控制器和方法具有如下優(yōu)點，即現(xiàn)在與升壓轉換器反向地驅動至少一個降壓轉換器，其中，所述降壓轉換器對充電電壓或者由能量存儲器輸出的電壓進行降壓轉換。由此，能夠降低升壓轉換器輸出端上的交流分量即交流電壓，這是因為通過反向驅動在升壓轉換器能量輸出(續(xù)流)的瞬間通過所述至少一個降壓轉換器吸收能量。因此，實現(xiàn)了動態(tài)平衡，所述動態(tài)平衡伴隨著在升壓轉換器輸出端上很小的交流分量。在這里，控制器可以理解為如下電氣裝置，所述電氣裝置處理傳感器信號并且根據(jù)傳感器信號來觸發(fā)安全系統(tǒng)，例如它是帶有安全氣囊和安全帶拉緊器的被動的人員保護系統(tǒng)。所述控制器通常具有由金屬和/或塑料制成的自己的殼體；但是也能夠部分地利用分布式部件構建在不同的裝置上。在此，主動和被動的安全裝置能夠布置在共同的殼體中。驅動安全系統(tǒng)意味著，在與安全相關的情況下(安全系統(tǒng)被設計用于的安全相關的情況)激活所述安全系統(tǒng)。如果例如出現(xiàn)了需要觸發(fā)安全氣囊的事故，那么所述控制器輸出觸發(fā)信號以便觸發(fā)相應的安全氣囊。在這里，將所述安全系統(tǒng)理解為被動的安全系統(tǒng)，例如安全氣囊或者安全帶拉緊器，也可以理解為主動的安全系統(tǒng)，例如車輛的電子穩(wěn)定調節(jié)裝置或者防滑調節(jié)裝置。升壓轉換器是帶有電感的常見電子器件，所述電子器件將輸入電壓轉換成與所述輸入電壓相比提高的輸出電壓。為此，升壓轉換器被構造為開關轉換器。這種升壓轉換器例如具有電感并因此具有線圈，所述線圈與在這里能夠集成地實施的續(xù)流二極管或者續(xù)流晶體管串聯(lián)。在續(xù)流二極管后面設置有充電電容器，所述充電電容器合計出輸出電壓。所述線圈通過開關接地。在所述線圈上，輸入電壓下降，其中，電流通過線圈并因此使得存儲在磁場中的能量升高。如果斷開所述開關，那么所述線圈保持電流。其次級端上的電壓上升得非?？焖?，直到超過電容器上的電壓并且打開二極管。所述電流在第一瞬間繼續(xù)不變地流動并且繼續(xù)給電容器充電。在此，磁場消逝并且通過使得電流通過二極管進入充電電容器并且驅動負載來釋放其能量。一般來說，所述電感在充電過程中充當負載并吸收能量，而在放電過程中所述電感充當能量源，類似于電池。因此，將充電階段與所謂的續(xù)流階段(Freilaufphase)區(qū)分開。在續(xù)流階段中，將能量傳輸給升壓轉換器的輸出端。由車輛蓄電池導出的輸入電壓例如是經(jīng)濾波和反極性保護的電壓，所述電壓直接由車輛蓄電池電壓導出。升壓轉換器輸出端上的充電電壓高于所述輸入電壓，從而解釋了升壓轉換器的概念。所述至少一個蓄能存儲器通常是一個或多個電容器，利用處于升壓轉換器輸出端上的充電電壓為該電容器充電，以用于在自給自足的情況下驅動安全系統(tǒng)。所述自給自足的情況是，車輛蓄電池的供電由于例如事故而發(fā)生中斷。在運行中可編程的充電電流源通 常是指電流調節(jié)器。在此，它是指晶體管電路，所述晶體管電路像電流閥門那樣起作用，其中包含有邏輯電路(Logik)，所述邏輯電路將編程轉化為相應的電流值。由此，在運行期間，也就是說當車輛接通電源并且存在蓄電池電壓的時候，能夠根據(jù)情況調節(jié)充電電流。所述編程能夠例如由控制器中的微控制器來實施?？删幊痰某潆婋娏髟茨軌驅嵤殡娏麋R像或者具有分流電阻的電流調節(jié)器。在這里，編程意味著，在運行中所述充電電流源包含如下信號，所述信號通過表明充電電流的值來解釋所述充電電流源。通過從屬權利要求中闡述的措施和改進方案，能夠實現(xiàn)在獨立權利要求中給出的、用于驅動車輛的安全系統(tǒng)的控制器或方法的具有優(yōu)點的改進方案。有利地，升壓轉換器和至少一個降壓轉換器彼此直接連接。這意味著，存在至少一根導線，所述導線從升壓轉換器的輸出端引導至降壓轉換器的輸入端。在此，能夠實現(xiàn)的是，將電容器和/或電阻連接到該導線上。此外，具有優(yōu)點的是，在升壓轉換器輸出端上通過續(xù)流二極管或者同步地受控的續(xù)流晶體管連接有電容性負載，以用于合計升壓轉換器所給出的電感性開關電流。這種電容性負載應該盡可能小。這可以通過具有很高時鐘頻率I至IOMHz的轉換器來實現(xiàn)。目標值應該處于I至20uF的范圍內，并且通過所謂的多層陶瓷片式電容器(MLCC)來實現(xiàn)。通過將升壓轉換器的輸出電容降低到該值，不需要其他措施來限制車載電源(Bordnetz)中的起動電流(降低了成本)。所述起動電流限制在幾個微秒(小于30微秒)并且在幅值上在非常大程度上通過車載電源的阻抗來確定。此外，通過這種電容性負載，能夠實現(xiàn)升壓轉換器的穩(wěn)定運行。這能夠通過將調節(jié)器調校至該負載來實現(xiàn)。為此，必須可靠地避免正反饋(不穩(wěn)定性)。這能夠有針對性地通過利用續(xù)流電路與輸出電容之間的不可避免的串聯(lián)電阻/電感(在續(xù)流二極管與輸出電容之間的導線、接線的電阻/電感的定義)無需附加成本地得以改善。此外，具有優(yōu)點的是，控制器具有邏輯電路，所述邏輯電路依賴于至少一個蓄能存儲器上的至少一個電氣參數(shù)在給蓄能器充電期間對至少一個蓄能存儲器的電容進行初始測量，并且緊接著對至少一個蓄能存儲器的等效內阻進行測量。所述邏輯電路通常存在于微控制器中，所述微控制器讀取所需要的關于例如至少一個蓄能存儲器上電壓曲線的數(shù)據(jù)。通過SPI接口并且依賴于所述SPI接口，觸發(fā)對電容的初始測量，并且觸發(fā)對內阻的測量。在這里，給至少一個蓄能器充電的概念是如下意思，即在接通控制器或者使控制器上電(Power-On)之后給所述蓄能器充電。以具有優(yōu)點的方式，邏輯電路具有至少一個比較器，用于將至少一個電氣參數(shù)(通常是電壓，這里例如蓄能存儲器上的電壓)與能預先給定的閾值進行比較，其中，根據(jù)該比較來實施對電容的初始測量和對內阻的測量。也就是說，如果帶有電容器的蓄能存儲器上的電壓達到了預先給定的值，那么實施對電容的測量。通過使用例如兩個比較器值，能夠借助于集成的計數(shù)器例如lObit/lOKHz來確定充電時間，所述充電時間是完成預先給定的測量帶(Messband)所需要的時間。在此，作為測量電流，能夠統(tǒng)一使用90mA。由此，根據(jù)下列公式得出電容=CER =測量電流*充電時間/測量帶。為了對蓄能器并因此對蓄能存儲器的所謂的等效內阻進行測量，也能夠使用兩個比較器值，以便確定蓄能存儲器的內阻是否足夠小。例如在測量電流從90mA變化到930mA 的情況下，在測量電流變化之后IOy s通過比較器閾值詢問實現(xiàn)的例如O. 5V的電壓變化。如果超過了所述比較器閾值，那么所述內阻例如小于O. 6歐姆。在例如電壓變化了 IV的情況下，在加載測量電流之后詢問第二比較器測試部位。如果超過了所述比較器閾值，那么所述內阻大于I. 2歐姆。當然在微控制器中，這種流程控制也能夠通過專用集成電路中的邏輯電路以硬件的方式實現(xiàn)。同樣，測量裝置也能夠通過微控制器的ADC(模數(shù)轉換器)或者系統(tǒng)專用集成電路中的電壓比較器和計數(shù)器來實現(xiàn)。專用集成電路中的微控制器能夠激發(fā)所述測量的啟動，所述微控制器在達到VERjnin的時候通過硬件實現(xiàn)準確的啟動時間點。所述激發(fā)能夠例如通過讀取初始電容的結果寄存器來實現(xiàn)。如果沒有進行測量，所述結果寄存器不會被重寫。此外，具有優(yōu)點的是，以如下方式構造邏輯電路，S卩，在給蓄能存儲器充電之后所述邏輯電路周期性地實施對電容的另外的測量。為此，也能夠使用比較器閾值。在微控制器的讀取過程之后根據(jù)周期性電容測量的結果寄存器啟動所述測量。通過這種過程切斷充電電流源。所述電壓由于例如分壓器上與成本無關的負載而下降。如果蓄能存儲器上的電壓達到了預先給定的值，那么利用所述測量電流再次對蓄能器進行充電，直至達到另一值。通過選擇減小的測量行程(Messhubs)和與其相應地協(xié)調一致的測量電流，使得μ F的分辨率數(shù)字精確地保持在初始電容測量的值上。在改進方案中設置了，避免由于蓄電池電壓下降引起的電容和內阻測量中的測量誤差，方法是利用比較器監(jiān)測輸入電壓。如果所述輸入電壓下降到由比較器預先確定的值之下，那么在測量存儲器中將每個當前進行中的測量標記為不可執(zhí)行。對此，替代地，充電電流源的電流調節(jié)器在測量應用中產生調節(jié)狀態(tài)。只有當所述調節(jié)狀態(tài)除了起振時間達到與測量時間本身相同的調節(jié)時間時，進行中的測量才不受干擾地進行并因此被視為是有利的。也就是說，所述調節(jié)立即根據(jù)目標電流來實現(xiàn)并且保持在該調節(jié)的狀態(tài)至測量時間的結束。否則的話，測量存儲器中的測量值包含“不可執(zhí)行標志”。同樣，為了獲取所述調節(jié)狀態(tài)，能夠使用時鐘頻率為IOkHz的十比特計數(shù)器。也可以設想更小的分辨率。此外，具有優(yōu)點的是，通過充電電流源在第一時間段和第三時間段內利用第一電流水平、在第二時間段內利用測試電流、并且在第四時間段內利用第二電流水平來實現(xiàn)對至少一個蓄能存儲器的充電，所述第二電流水平低于第一電流水平，其中，第一、第二、第三和第四時間段按該序列彼此相繼，并且在第二時間段中實現(xiàn)對電容和蓄能存儲器內阻的初始測量。第一電流水平與測量電流水平之間以及第一與第二電流水平之間的切換基于蓄能存儲器上的電壓來實現(xiàn)。也就是說，將蓄能存儲器上的電壓與預先給定的閾值進行比較。此外，具有優(yōu)點的是，控制器在節(jié)能模式中運行。因為隨著接通控制器電壓，升壓轉換器能夠近似同步地形成輸出電壓，這是因為沒有給蓄能存儲器充電(充電電流源首先保持阻斷)。通過至少一個連接到升壓轉換器輸出端上的降壓轉換器，向計算器(微控制器)供應電能，也就是說，在這里設置有節(jié)能模式，所述節(jié)能模式降低了對車輛蓄電池的消耗，方法是以具有優(yōu)點的方式將充電電流源用于避免從所述充電電流源給控制器內部的蓄能存儲器充電或者只有當這種情況是所希望的情況的時候才實施(μ C程序、通過CAN、FLEXRAY,LIN的數(shù)據(jù)傳輸)。在降壓轉換器中，將輸入電壓轉換成更小的輸出電壓。降壓轉換器結構的具有優(yōu)點的表現(xiàn)形式是，將兩個降壓轉換器串聯(lián)，這兩個降壓轉換器分步地對電壓進行降壓。這兩個降壓轉換器完全像升壓轉換器那樣被施加電容性負載。所述節(jié)能模式例如用于展臺中的車輛，方法是例如控制器通過診斷測試器收到如下指令，即進入所述節(jié)能模式。節(jié)能模式的其他可能性是無鑰進入(keyless entry),其中無需啟動本來的應用 就能夠接入限定的狀態(tài)。


本發(fā)明的實施例在附圖中示出并且在下面的說明書對它們進行詳細闡述。圖I示出根據(jù)本發(fā)明的控制器的方框圖；圖2示出根據(jù)本發(fā)明的方法的流程圖；圖3示出根據(jù)本發(fā)明的方法的另一流程圖；圖4示出根據(jù)本發(fā)明的控制器的另一方框圖；圖5示出開關轉換器中晶體管的時序圖(Zeitdiagramm)；圖6示出電壓時序圖；圖7示出另一電壓時序圖。
具體實施例方式圖I以方框圖示出控制器的一部分，其包含了本發(fā)明。蓄電池電壓UB例如通過濾波器和/或反極性保護裝置(Verpolschutz)加載到升壓轉換器AW上，更確切地說是加載到其輸入端上，從而升壓轉換器AW將蓄電池電壓UB或者從其導出的電壓提高到預先給定的電平。在通過一段導線在下游與輸出端并聯(lián)連接的電容器Cl上的輸出電壓利用VUP來標示。升壓轉換器AW能夠主要通過SPI接口來控制，在此，主要能夠改變下列參數(shù)接通/斷開、時鐘頻率、晶體管Tl、T2的邊沿坡度(Flankensteilheit)、電流限制Tl、T2、輸出電壓23. . . 25V/31. . . 35V。在這里在輸出端上并聯(lián)的電容器Cl和C2是所謂的多層陶瓷片式電容器(MLCC)，所述多層陶瓷片電容器的大小為I至20 μ F并且保證升壓轉換器穩(wěn)定運行。這些電容器Cl和C2具有很小的阻抗，但是在這里所應用的很高的轉換器頻率即例如1800至2200kHz的情況下，由此可以避免中波范圍內的干擾，仍然實現(xiàn)穩(wěn)定的調節(jié)。通過針對性的限定的設計方法，可以將這些轉換器輸出電容的連接線路(Anbindung)的每厘米為例如5. .. 15m0hm/5-10nH的單位長度電感用于實現(xiàn)足夠的阻抗值。在此，為了連接輸出電容Cl和C2，長度為Icm寬度為O. 5mm厚度為35μπι的O. 1250hm的值已被證實是具有優(yōu)點的。由轉換器輸出的電流在Cl和C2的單位長度電感上無需時間延遲就能夠產生電壓，由此能夠實現(xiàn)穩(wěn)定的調節(jié)。在圖I中緊接著示出了串聯(lián)在升壓轉換器AW的輸出端上的降壓轉換器DCl和DC2，所述降壓轉換器DCl和DC2通過如下方式安置在共同的ASIC(即共同的專用集成電路，其上布置有升壓轉換器、兩個降壓轉換器DCl和DC2以及還有充電電流源LSQ)上，即，所述升壓轉換器AW的轉換器輸出電容能夠與Icm長/0. 5mm寬/35 μ m厚的導線相連，由此形成單位長度電阻與電感比例為5. . . 15m0hm/5-10nH，并因此所述轉換器一般是穩(wěn)定的。但是，同時，如果將所述同一電容以O至5_的較短的導線長度耦接至后面的轉換器級的輸入端上的話，利用同一電容，也能夠實現(xiàn)隨后的轉換器即DCl和DC2的輸入緩沖電容的功能。由此，降低了電壓干擾并且減小了輻射。這種方法也能夠相應地用于耦接兩個降壓轉換器DCl和DC2。 所述充電電流源LSQ利用輸出電壓VUP也就是根據(jù)權利要求所述的充電電壓給連接到充電電流源的輸出端上的蓄能器CER充電，以便針對自給自足的情況做好準備，所述蓄能器CER是蓄能存儲器。但是,觸發(fā)(Ziindung)在大多數(shù)情況下總是通過所述電容CER也·就是說也在非自給自足情況下實施。在這里，目標電壓用VER來標示。充電電流源LSQ以及降壓轉換器DCl和DC2都能夠通過串口 SPI優(yōu)選通過微處理器(這里未示出)來操控和進行編程。在充電電流源LSQ方面，進行如下編程是必要的，即將電流用于給電容器CER充電。所述電容器CER通常是指電解電容器；但是，也其他的電容器類型也是可能的。同樣，也能夠調整電容和ESR測量電流的大小，同樣也可以調整時間測量的時鐘頻率。充電電流源LSQ具有電流調節(jié)器。這種電流調節(jié)器將電流調節(jié)到程序設定的電流上，所述程序設定的電流由控制器的微控制器來確定。利用這種對電流的編程可以實現(xiàn)的是，在接通控制器之后在充電階段就已經(jīng)執(zhí)行對電容器CER的電容和等效內阻的初始測量。這種測量對于檢測所述電容器的功能性來說是必要的，從而使蓄能器能夠用于觸發(fā)例如安全氣囊或者安全帶拉緊器。有利地，測量結果存儲在控制器中，以便用于稍后的功能性證明。在這里，為了簡化，略去了對理解本發(fā)明來說不必要的但是從屬于控制器的運行的那些部件。通過調整充電電流，也可以調整將電容CER充電到其預先給定的電壓的上升速度。此外，也可以實現(xiàn)像省電模式那樣的運行方式，方法是充電電流源在這種省電模式中不給電容器CER充電。在這種省電模式中(也被稱為Eco模式)應該運行的微控制器通過與升壓轉換器直接耦接的降壓轉換器DCl和DC2獲取必要的能量。通過調整蓄能器CER的充電速度，可以實現(xiàn)的是，調整預先給定的系統(tǒng)準備時間。在蓄能器CER上連接有觸發(fā)電路，從而蓄能器CER在觸發(fā)情況下能夠給它們供應能量。通過降壓轉換器DCl和DC2，在自給自足情況下給控制器的其余部件供電。降壓轉換器DCl和DC2至少部分地與升壓轉換器AW反向地得以驅動。所述降壓轉換器還分別具有電感，并且承擔如下任務，即相應地對電壓進行降壓轉換。在降壓轉換器上連接有接口，以便向控制器中的電子機構提供相應的電壓水平。對于這種電壓水平，下面會加以詳述。可以實現(xiàn)的是，所述降壓轉換器DCl不實施這種供電，而是將所述電壓降壓轉換到如下第一水平上，即第二電壓轉換器DC2使用所述第一水平，以便繼續(xù)對其進行降壓轉換。此外，降壓轉換器DCl和DC2至少部分地與升壓轉換器AV反向地得以驅動。當至少一個降壓轉換器連接到升壓轉換器AW的輸出端上時，降低了電壓VUP，并因此同樣降低了電壓VER。在蓄能器CER發(fā)生故障或者升壓轉換器發(fā)生故障的情況下，將蓄電池電壓降低到所述降壓轉換器的輸出電壓。升壓和降壓轉換器的這種反向運行意味著，在升壓轉換器中開始充電階段，而在降壓轉換器中開始所謂的續(xù)流階段。所述充電階段意味著給電感充電，而所述續(xù)流階段意味著將電能從電感中放出。在這兩種階段之間連接有開關轉換器。如果升壓轉換器AW處于續(xù)流階段也就是處于將電能傳送給輸出端VUP的階段，那么利用降壓轉換器DCl的確定的相位重疊立即再次從輸出端VUP中吸收電能。由此，降低了 VUP調節(jié)電壓的交流分量并因此以盡可能小、低成本的陶瓷電容器控制在輸出端VUP上提供的量。所述陶瓷電容器是電容器Cl和C2，以及處于兩個降壓轉換器DCl與DC2之間的C3和C4。在降壓轉換器DCl輸出電壓上連接有另一用于產生I. 2至3. 3V電壓的降壓轉換器，其可以通過硬件來編程。該第二降壓轉換器DC2同樣像第一降壓轉換器DCl那樣與升壓轉換器反向地得以驅動。由此，在第一降壓轉換器的輸出端上通過經(jīng)由第二降壓轉換器進行的能量提取而精確地在輸出電壓升高的瞬間相反作用。由此，同樣降低了所述第一降壓轉換器DCl的輸出電壓的交流分量，并因此支持將第一降壓轉換器輸出端上的電容從例·如150 μ F降低到大約30 μ F。根據(jù)圖2的流程圖詳細闡述了根據(jù)本發(fā)明的方法。在方法步驟200中，例如對所述蓄電池電壓UB進行濾波或者反極性保護，但是至少在升壓轉換器AW輸入端上提供所述蓄電池電壓UB。在方法步驟201中，所述升壓轉換器AW執(zhí)行升壓變換，方法是使它作為開關轉換器運行。由此，可以在升壓轉換器AW的輸出端上測量電壓VUP。通過串口 SPI對充電電流源SLQ進行編程，從而所述充電電流源根據(jù)充電電壓VUP利用相應的電流給電容器CER充電，所述電容器是蓄能存儲器或者蓄能器或者蓄能電容器，更確切的是，使其充電到所述電壓VER。這在方法步驟203中實現(xiàn)。圖3以另一流程圖改進了上述流程圖，其中，所述方法步驟203在方法步驟300中執(zhí)行，并且圖2中前面所述的方法步驟現(xiàn)在不再詳述。在方法步驟300中給電容器充電，而在方法步驟301中測量電容器上的電壓，例如通過包含轉換器本身的微控制器或者系統(tǒng)專用集成電路。在方法步驟302中檢驗所述電壓電容器上的電壓是否已經(jīng)達到閾值VER_min。如果不是這種情況，那么跳回至方法步驟300。但是，如果是這種情況的話，那么可以直接前進至方法步驟303，或者一直等待直到通過SPI發(fā)送測試指令，以便對電容器CER的電容和其等效的內阻ESR進行初始測量。此后，在方法步驟304中又進行所述充電。對電容的測量或者對內阻ESR的測量利用測量電流來執(zhí)行，所述測量電流可以不同于充電電流。在方法步驟304中，再次實施方法步驟300中的充電電流，自動地或者根據(jù)要求地通過微控制器μ C經(jīng)由串口 SPI進行。在第二充電階段中，在方法步驟305中檢驗電容器CER上的充電電壓是否已經(jīng)達到數(shù)值VUP_low，該數(shù)值高于電壓VERjnin。如果不是這種情況，那么繼續(xù)用充電電流進行充電。但是，如果是這種情況，那么在方法步驟306中通過如下方式改變對充電電流源LSQ的編程，即，現(xiàn)在使用維持電流，所述維持電流小于方法步驟300和304中的充電電流。所述維持電流用于實現(xiàn)目標電壓VUP并且將電容器保持在該電壓上。利用這樣高的頻率來使升壓轉換器運行，并且通過輸出端電容器來進行濾波，以使充電電流源表現(xiàn)為直流電。
圖4示出包含本發(fā)明的控制器部件的詳細方框圖?？梢跃哂?6V數(shù)值的蓄電池電壓UB在電流方向上連接到二極管Dl上，所述二極管Dl充當反極性保護裝置。在二極管Dl上連接有V型濾波器V-F，其通過導線接地，這參考電容器V-F和C40。在二極管和電容器V-F上連接有鐵氧體FA，所述鐵氧體連接到輸入端電容器C40 (該電容器C40接地)、升壓轉換器AW的電感LI以及升壓轉換器AW在其電子機構方面的輸入端。升壓轉換器AW連同降壓轉換器DCl和DC2以及線性調節(jié)器LR和充電電流源都集成在共同的系統(tǒng)專用集成電路上，所述專用集成電路也可以還包含其它部件。所述系統(tǒng)專用集成電路能夠在唯一基底或者多個基底上包含這些部件。升壓轉換器AW具有N通道充電晶體管Tl，所述N通道充電晶體管通過漏極接頭 連接到電感LI上，并且通過其源極接頭經(jīng)由電阻Rl接地。此外，存在續(xù)流型P通道晶體管T2，所述P通道晶體管T2通過其源極接頭連接到所述電感和所述晶體管Tl (漏極)上，并且通過其漏極接頭與升壓轉換器-調節(jié)器的輸入端VUPr連接。代替同步地受控的晶體管T2，也能夠使用簡單的超快速的續(xù)流二極管(肖特基二極管)。所述續(xù)流二極管以陽極連接到電感和Tl (漏極)上，而以陰極連接到VUPr上。在VUPr上連接有電容器Cl和C2的并聯(lián)電路。在所述并聯(lián)電路中量取電壓VUP，所述電壓處于22V與34V之間。所述電壓例如由微控制器μ C來測量。充電電壓VUP與充電電流源LSQ的輸入端連接，所述充電電流源具有電流閥門SV以及與電流方向反向地連接的二極管D2的并聯(lián)電路，以便能夠實現(xiàn)從電容器CER的回流，所述電容器連接在充電電流源LSQ的輸出端上。用作電流閥門SV的是晶體管Τ5。二極管D2 —般是晶體管Τ5的組件。在此，電流在O至930毫安之間可以通過SPI接口來編程。連接到充電電流源LSQ的輸出端上的電容器CER接地并且還連接到觸發(fā)電路(未示出)上。但是，所述電壓VUP不僅被充電電流源LSQ獲取，而且也由降壓轉換器DCl獲取，所述降壓轉換器將所述電壓VUP轉換成電壓VASjP 7. 2V。降壓轉換器DCl反向地連接到升壓轉換器AW上，以便降低調整電壓VUP上的交流分量。所述電壓VUP通過降壓轉換器DCl中的分流器R2與下游連接的充電晶體管Τ3 (P通道)在源極上相連接，并且通過其漏極連接到降壓轉換器的電感L2上。另一同步的續(xù)流晶體管Τ4 (N通道)通過源極接頭接地，并且通過漏極接頭連接到電感L2上并與Τ3的漏極連接。代替Τ4，也可以使用簡單超快速的續(xù)流二極管(肖特基二極管)。所述續(xù)流二極管陽極接地，并且陰極連接電感L2和晶體管Τ3的漏極。電感L2連接在降壓轉換器DCl的調節(jié)輸入端上，并且在這里形成調節(jié)電壓VAS-在這里，像升壓轉換器中的那樣，所述調節(jié)輸入端與L2的電流輸入一起連接到電容性負載上，即電容器C3和C4，它們形成降壓轉換器的輸出端。在C3/C4(+)與接地足點之間，可以量取降壓轉換后的電壓VAS。6.4V至7.2V的所述電壓VAS在這里由降壓轉換器DC2獲取，所述降壓轉換器為此具有分流器R3、開關晶體管T7和T8，以及電感L3。DC2與DCl類似地構造。由此形成輸出電壓VST，所述輸出電壓VST處于I. 2至3. 3V之間，并且由控制器中的部件來獲取。通過連接到降壓轉換器DCl上的線性調節(jié)器LR，在分流器R4和調節(jié)晶體管T6之后輸出5V的電壓。該電壓可以給CAN總線或FLEXRAY總線供電。在線性調節(jié)器LR的該輸出端上也設置有帶有電容器C41和C44的電容性負載，出于冗余的原因所述電容器并聯(lián)地連接。降壓轉換器DC2也具有P通道充電晶體管T7和N通道續(xù)流晶體管T8或者代替T8而具有續(xù)流二極管。所述電壓VAS通過降壓轉換器DC2中的分流器R3與下游連接的充電晶體管T7 (P通道)在源極上相連接，并且通過其漏極連接到降壓轉換器的電感L3上。另一同步的續(xù)流晶體管T8 (N通道)通過源極接頭接地，并且通過其漏極接頭連接到電感L3上并與T7的漏極連接。代替T8，也可以使用簡單超快速的續(xù)流二極管(肖特基二極管)。所述續(xù)流二極管陽極接地，并且陰極連接電感L3和晶體管T7的漏極。降壓轉換器DC2的輸出端通過電容器C43和C44的并聯(lián)電路而被施加電容性負載。因此，存在降壓轉換器DCl和DC2的串聯(lián)電路，所述降壓轉換器分別在輸出端上功能性地與升壓轉換器AW相同地接線，即電容性地接線。此外，通過如下方式驅動全部所述轉換器，即，使得所述轉換器輸出端上的交流分量降低。這導致較高的穩(wěn)定性。圖5示出開關轉換器AW、DC1和D2的晶體管的調制。圖5尤其示出帶有部分相位重疊的反向運行。在此，上面的圖指示出通過升壓轉換器AW的晶體管Tl和T2的脈寬調制進行的調制，并且然后顯示出晶體管接通和斷開。在第一階段，可以看到的是充電階段，而在第二階段，可以看到的是續(xù)流階段。在中間的圖中，可以看到的是降壓轉換器DCl的晶體 管T3和T4的脈寬調制，所述圖顯示了充電和續(xù)流階段的部分重疊。在這里，正好顛倒過來的是首先可以看到續(xù)流階段，然后才是充電階段。因此，在升壓轉換器AW的續(xù)流階段中，也能夠看到通過降壓轉換器DCl的能量消耗。相應的還有兩個降壓轉換器DCl與DC2的關系，這通過中間的和下面的時序圖可以看到。轉換器的時鐘在這里為500ns。時鐘包括充電和續(xù)流階段。在下面的兩個電壓時序圖即圖6和圖7中，詳細闡述了根據(jù)圖4的電路的工作原理。圖6示出從接通蓄電池電壓UB到測量蓄能器CER的等效內阻的電壓。圖7示出從蓄能器CER的充電階段開始直至通過蓄能器CER達到調節(jié)電壓的電壓時序圖。圖6示出接通電壓供應的時間點TC。這是例如達到12V蓄電池電壓UB0開關轉換器在600啟動并且在其輸出端上輸出所述電壓VUP。上升相應于車輛的電源阻抗、V型濾波器V-F、電感LI和電容性負載Cl和C2。在這里所述上升非?？焖?。在TO之后大約30至70微秒的時間點Tl上，在形成至少兩個穩(wěn)定的專用集成電路內部參考電壓和一個限定的等待時間之后啟動所述開關轉換器AW，所述限定的等待時間通過濾波器給出。檢驗所述參考電壓的差異，也就是如果存在差別，則存在誤差。所述等待時間借助于計數(shù)器來測量。現(xiàn)在，在時間點T2上開始運行降壓轉換器DC1，這用601來標示。只要升壓轉換器的輸出電壓VUP大于預先給定的值VUP_low，就發(fā)生上述情況。這能夠由降壓轉換器DCl本身識別?，F(xiàn)在，在時間點T3上只要第一降壓轉換器DCl的輸出電壓超過預先給定的閾值VAS_low，則也啟動開關調節(jié)器DC2，這利用602來標示，并且也啟動線性調節(jié)器LR。在時間點T4上，通過實現(xiàn)穩(wěn)定的電壓之后的續(xù)流來進行上電復位。Vint是內部電壓，由所述內部電壓形成參考電壓，并且所述內部電壓例如由齊納電壓形成。VRefl是所謂的帶隙電壓，所述帶隙電壓由晶體管發(fā)射極電壓和用于溫度補償?shù)母郊臃至恳黄鸾M成。所述帶隙電壓相應于硅的帶間隙。第一降壓轉換器的輸出電壓VAS處于一調節(jié)帶中，并且線性調節(jié)器LR和第二降壓轉換器DC2的電壓也處于相應的調節(jié)帶中，更確切地說是，在2至20毫秒的限定的充電時間之后，所述充電時間通過計數(shù)器來確定。所述電壓通過系統(tǒng)專用集成電路本身來監(jiān)測，所述系統(tǒng)專用集成電路包含所述轉換器。在時間點T5上，通過微控制器來實現(xiàn)對充電電流源LSQ的編程。通過例如210毫安的基本電流水平來啟動所述蓄能器充電。由此，蓄能器VER上的電壓線性上升。在時間點T6上，蓄能器VER上的電壓達到例如IlV的VER_min值?；倦娏魉阶詣拥厍袚Q到例如90毫安的測量電流水平，并且啟動具有至少IObit的計數(shù)器。在時間點T7上，所述電壓達到值VER_min+0.5V。于是，計數(shù)器停止。計數(shù)器狀態(tài)被保存為電容測量值直至下一次上電復位，并且也將其切換到用于測試等效內阻的電流水平上。所述電流水平為930毫安。在T7+10 μ s的時間點Τ8上檢驗蓄能器CER上的所述電壓是否小于等于VER_min+lV以及所述電壓是否小于等于VER_min+l. 5V。保存決策標志位直至下一次上電復位，此后將其切換到經(jīng)過編程的基本電流水平上。 這也在圖7中示出。所述基本電流水平引起時間點T5與T6之間的第一次上升700，電容與等效內阻之間的測量在T6與T8之間實現(xiàn)。第二充電階段在T8與T9之間實現(xiàn)，其利用703來標示。在時間點T9上，蓄能器CER上的電壓達到值VER_low = 22. 8V。所述電流水平自動地被設置到經(jīng)過編程的維持值上，例如60毫安。蓄能器上的電壓現(xiàn)在以降低的速度被帶到所述電壓的調節(jié)值VUP = 22. 4V上。這利用上升704來標示。通過將蓄能器CER與升壓轉換器AW分開，在時間點T4上就已經(jīng)準備好了安全氣囊電源系統(tǒng)。T4處于3至21ms之間，視等待時間的確定而定。由此，可以實現(xiàn)像所謂的Eco模式那樣的新的功能。所述系統(tǒng)實施期望的功能例如診斷通信，而無需啟動安全氣囊應用并且無需通過給蓄能器充電而準備好觸發(fā)。這可以例如用于服務或者車輛導航。通過對適合的基本電流水平(即充電電流)進行編程，一方面可以在實現(xiàn)點火預備期間達到對最大控制器輸入電流的要求(所述點火預備期間是蓄能器的充電階段)，另一方面可以在選擇需要的蓄能器大小之后實現(xiàn)期望的充電時間。所述充電階段中的電容測試不需要其他測量源充當已經(jīng)存在的可編程的充電電流源LSQ。通過使用兩個比較器值VERjnind和VER_min+0. 5V，能夠借助于集成的計數(shù)器來確定如下充電時間，所述充電時間是完成O. 5V的測量帶所需要的時間。作為測量電流，統(tǒng)一使用例如90毫安。因此，所述電容CER通過((90mA*測量時間T)/0. 5V)在測量時間為102. 3ms的情況下確定,這得出18. 4mF。所謂的ESR測試是對蓄能器的等效內阻的測試，在該充電階段中，所述ESR測試同樣不需要其他測量源充當已經(jīng)存在的可編程的充電電流源LSQ。通過使用兩個其他的比較器值，即VER_min+lV和VER_min+l. 5V，能夠確定蓄能器的內阻是否足夠小。在測量電流從90毫安變化到930毫安的時候，在加載測量電流10 μ s之后詢問比較器閾值VER_min+lV。所述μ s是可以選擇的，并且在這里通過如下方式來選擇，以平衡衰減的電感效應而不用進行明顯的電容性后續(xù)充電。如果超過了所述比較器閾值，那么內阻的值大于O. 6Ω。同樣，在加載測量電流10 μ S之后詢問比較器閾值VER_min+l. 5V。如果超過了所述比較器閾值，那么內阻的值大于I. 2Ω。就這樣像點亮的燈那樣顯示過高的值和警報。通過反向運行的特征，相應于圖4，串聯(lián)的轉換器使得在升壓轉換器AW的阻斷階段中將所連接的降壓轉換器DCl至少在時間上引入能量提取。這種措施降低了升壓轉換器AW的輸出端上的交流分量。在降壓轉換器DCl和DC2的連接方面能夠采用相同的方法。通過電感式地分離的轉換器輸出端電容的特征通過相應供電線路(LeitungsstUcke),可以導出對電流變化的穩(wěn)定的轉換器-調節(jié)器信息。
通過給蓄能器充電之后的另一比較器閾值的特征，其中所述比較器閾值用VUP_low+0. 33V來標示，可以實施對蓄能器的周期性的電容測量。在微控制器的讀取過程之后根據(jù)周期性電容測量的結果寄存器來啟動所述測量。所述結果寄存器同樣布置在系統(tǒng)專用集成電路上。通過所述過程，切斷充電電流源LSQ。通過存在于所述電壓VER上的負載，像分壓器、安全開關等等，來降低所述電壓。如果所述電壓VER達到了值VER_low，那么利用測量電流例如60毫安再次給蓄能器充電，直至達到VUP+0. 33V。通過選擇減小的測量行程和與其相應地協(xié)調一致的測量電流，使得分辨率精確地保持在初始電容測量的值上。如果達到了所述值VER(即蓄能器上的電壓達到值VER_low+0. 33V)，那么附加地將測量值存儲器中的電壓標志位設定為良好，所述測量值存儲器也布置在系統(tǒng)專用集成電路上。電源電壓監(jiān)測通過多路復用器、系統(tǒng)專用集成電路的模數(shù)轉換器得出電壓VUP、VER、VAS、VST50、VST，從而這些值可以串行地由微控制器通過SPI接口讀取?，F(xiàn)在也可以設置，在測量電容和測量蓄能器等效內阻的時候避免測量誤差。應該 在蓄電池電壓擾動的情況下避免測量誤差。為此，現(xiàn)在提供有如下兩種可供選擇的方法a)利用比較器來監(jiān)視輸入端電壓UB，如果所述輸入端電壓在進行測量期間至少一次地下降到閾值之下，則在測量存儲器中將每個正在運行的測量標記為不可執(zhí)行。b)充電電流源LSQ的電流調節(jié)器在測量應用中產生調節(jié)狀態(tài)。僅僅當所述調節(jié)狀態(tài)除了起振時間達到與測量時間本身相同的調節(jié)時間的時候，所述進行中的測量才不受干擾地進行，并因此被視為是有利的，否則的話，測量存儲器中的測量值包含不可執(zhí)行標識。同樣，為了獲取所述調節(jié)狀態(tài)，能夠使用時鐘頻率為5kHz的十比特計數(shù)器，也可以設想更小的分辨率。
權利要求
1.用于驅動車輛的安全系統(tǒng)的控制器，所述控制器具有 -升壓轉換器(AW)，所述升壓轉換器被構造為開關轉換器，并且所述升壓轉換器將從車輛蓄電池電壓中導出的輸入電壓(UB)轉換成其輸出端上的較高的充電電壓(VUP)； -至少一個蓄能存儲器(CER)，借助于所述充電電壓(VUP)給所述蓄能存儲器充電，以用于在自給自足情況下驅動所述安全系統(tǒng)，其特征在于，與所述升壓轉換器(AW)反向地驅動至少一個降壓轉換器(DC1、DC2)，其中，所述至少一個降壓轉換器(DC I、DC2)對所述充電電壓(VUP)進行降壓轉換或者對從所述至少一個蓄能存儲器(CER)中輸出的電壓進行降壓轉換。
2.根據(jù)權利要求I所述的控制器，其特征在于，所述至少一個降壓轉換器(DC1、DC2)直接連接在所述升壓轉換器上。
3.根據(jù)權利要求I或2所述的控制器，其特征在于，在所述升壓轉換器(AW)的輸出端上連接有電容性負載(Cl、C2)，用于調節(jié)所述充電電壓(VUP)的上升時間。
4.根據(jù)前述權利要求之一所述的控制器，其特征在于，所述控制器具有邏輯電路，所述邏輯電路依賴于在所述蓄能存儲器(CER)上的至少一個電氣參數(shù)在給所述蓄能存儲器(CER)充電期間實施對所述蓄能存儲器(CER)電容的初始測量，并且緊接著實施對所述蓄能存儲器(CER)的等效內阻的測量。
5.根據(jù)權利要求4所述的控制器，其特征在于，所述邏輯電路具有至少一個用于將所述至少一個電氣參數(shù)與預先給定的閾值相比較的比較器，其中，根據(jù)所述比較來實施對所述電容的所述初始測量和對所述內阻的所述測量。
6.根據(jù)權利要求4或5所述的控制器，其特征在于，以如下方式構造所述邏輯電路，即在給所述蓄能器充電之后所述邏輯電路周期性地實施對所述電容的另外的測量。
7.用于驅動車輛的安全系統(tǒng)的方法，所述方法具有如下方法步驟 -將從車輛蓄電池電壓中導出的輸入電壓(UB)轉換成升壓轉換器(AW)輸出端上的較高的充電電壓(VUP)，所述升壓轉換器被構造為開關轉換器； -借助于所述充電電壓(VUP)給至少一個蓄能存儲器(CER)充電，以用于在自給自足情況下驅動所述安全系統(tǒng)，其特征在于，與所述升壓轉換器(AW)反向地驅動至少一個降壓轉換器(DC1、DC2)，其中，所述至少一個降壓轉換器(DC1、DC2)對所述充電電壓(VUP)進行降壓轉換或者對從所述至少一個蓄能存儲器(CER)中輸出的電壓進行降壓轉換。
8.根據(jù)權利要求7所述的方法，其特征在于，所述至少一個降壓轉換器(DC1、DC2)與所述升壓轉換器(AW)直接連接。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于驅動車輛的安全系統(tǒng)的控制器和方法，其中，設置有升壓轉換器(AW)，所述升壓轉換器被構造為接通轉換器。所述升壓轉換器將從車輛蓄電池電壓中導出的輸入電壓(UB)轉換成其輸出端上的較高的充電電壓(VUP)。此外，設置有至少一個蓄能存儲器(CER)，借助于所述充電電壓(VUP)給所述蓄能存儲器充電，以用于在自給自足情況下驅動所述安全系統(tǒng)。與所述升壓轉換器反向地驅動至少一個降壓轉換器，其中，所述至少一個降壓轉換器(DC1、DC2)對所述充電電壓或者從至少一個蓄能存儲器中輸出的電壓進行降壓轉換。
文檔編號H02J7/14GK102883920SQ201180022240
公開日2013年1月16日 申請日期2011年3月10日 優(yōu)先權日2010年5月4日
發(fā)明者F·西弗斯, H·舒馬赫, C·利斯特 申請人:羅伯特·博世有限公司