ВСТРОЕННЫЙ РЕГУЛЯТОР, ПРЕЖДЕ ВСЕГО РЕГУЛЯТОР НАПРЯЖЕНИЯ, И БЛОК УПРАВЛЕНИЯ СРЕДСТВАМИ ЗАЩИТЫ ЛЮДЕЙ Российский патент 2017 года по МПК B60R21/17 G05F5/00 

Уровень техники

Изобретение относится к встроенному регулятору, прежде всего регулятору напряжения для средств защиты людей в транспортном средстве согласно родовому понятию независимого пункта 1 формулы изобретения и к блоку управления средствами защиты людей в транспортном средстве согласно родовому понятию независимого пункта 10 формулы изобретения.

Блоки управления средствами защиты людей в транспортном средстве, известные из уровня техники, отличаются помимо прочего тем, что все питающие напряжения, необходимые для работы системы защиты людей (т.е. водителя и пассажиров), формируются внутри самой системы защиты людей. Это позволяет обеспечить независимость штатного функционирования средств защиты людей от колебаний напряжения аккумуляторной батареи в транспортном средстве. Используемые при этом регуляторы напряжения могут выполняться, например, в виде линейных стабилизаторов напряжения и/или импульсных преобразователей постоянного напряжения (DC-DC) и могут выдавать жестко заданные выходные напряжения, например 6,7В, 5,0В, 3,3В, для непосредственного питания других компонентов системы, например микроконтроллеров, датчиков, коммуникационных интерфейсов, устройств запуска ламповых индикаторов и т.д.

При этом напряжения на выходе регуляторов малых напряжений (5,0 и 3,3В) могут контролироваться самой системной специализированной интегральной схемой (ASIC), причем на основе контроля выдаваемых напряжений может осуществляться разблокирование или выдача сигнала сброса. Сигнал сброса, в свою очередь, может использоваться для приведения в действие системы защиты людей, или ее активации, либо для ее возврата в исходное состояние, т.е. приведения системы защиты людей в безопасное состояние, в котором функциональность системы защиты людей недоступна. Таким образом, для обеспечения полной функциональности системы защиты людей контролируемые напряжения должны регистрироваться и находиться в разрешенном диапазоне значений. Однако в существующих системах защиты людей отсутствует возможность отключения регуляторов напряжения или отмены контроля сигналов, выдаваемых регуляторами напряжения. Таким образом, все регуляторы напряжения всегда должны были подключены к соответствующим внешним компонентам системы, чтобы регулируемые напряжения были стабильны, а их контроль надежно функционировал. Это необходимо и в том случае, если выходное напряжение определенного регулятора, например 5,0 В, в конкретной системе защиты людей вообще не используется в силу требований заказчика. В системах защиты людей, в которых используется несколько системных специализированных интегральных схем, также возможен случай, в котором нужны не все регуляторы напряжения; однако во избежание зависания системы защиты людей в состоянии, отличном от исходного состояния, все имеющиеся регуляторы напряжения должны быть правильно подключены. Общедоступные сравнимые системные специализированные интегральные схемы для систем защиты людей также не дают возможности деактивации отдельных встроенных регуляторов, поскольку они подлежат контролю и используются для генерации сигнала сброса.

В публикации DE 102009047480 A1 описаны, например, блок управления и способ для приведения в действие средств защиты людей в транспортном средстве. Известный блок управления содержит модуль питания, преобразующий входное напряжение для управления средствами защиты людей. Между напряжением питания бортовой сети транспортного средства и входным напряжением модуля питания включен регулятор напряжения, ограничивающий входное напряжение заданным первым значением. Перед регулятором напряжения включена отключающая схема, которая отключает регулятор напряжения в зависимости от напряжения питания бортовой сети, причем отключающая схема проверяет соотношение напряжения питания бортовой сети путем со вторым значением и при превышении этого второго значения отключает регулятор напряжения.

Раскрытие изобретения

Преимущество предлагаемого в изобретении встроенного регулятора для средств защиты людей в транспортном средстве, охарактеризованного в независимом пункте 1 формулы, и соответствующего блока управления средствами защиты людей с таким встроенным регулятором, охарактеризованного в независимом пункте 10 формулы, по сравнению с известным решением заключается в возможности деактивации отдельных встроенных регуляторов, преимущественно регуляторов напряжения, системы защиты людей. Соответственно это также выгодно позволяет отключить контроль соответствующего сигнала и влияние контроля выходных сигналов на выработку сигнала сброса для системы защиты людей. Кроме того, отключенный, т.е. деактивированный, встроенный регулятор не должен быть подключен к внешним компонентам, что позволяет сократить затраты на аппаратное обеспечение. Отключение или деактивация предлагаемого в изобретении встроенного регулятора осуществляется, например, посредством отдельного соответственно управляемого конфигурационного вывода. Кроме того, конфигурацию, распознаваемую на этом конфигурационном выводе, можно сохранять в памяти, а также можно считывать и проверять программными средствами посредством команды считывания.

Сущность изобретения заключается в том, чтобы деактивировать, т.е. отключать отдельные встроенные регуляторы в системной специализированной интегральной схеме системы защиты людей в том случае, если выдаваемый ими регулируемый сигнал либо вообще не нужен в системе в целом, либо обеспечивается другим встроенным регулятором. Тогда деактивированный или отключенный регулятор уже не нужно подключать к внешним компонентам, например регулируемым емкостям, индуктивностям, омическим сопротивлениям или диодам. Это позволяет избежать ненужных затрат. Кроме того, при этом повышается робастность системы защиты людей, поскольку отключенный встроенный регулятор не сможет генерировать недопустимые сигналы. Такое может произойти, если оставить встроенный регулятор активированным, лишь сократив или исключив емкости регулятора или другие внешние компоненты, поскольку это привело бы к появлению сильно колеблющегося напряжения (колебательного процесса), способного повлиять на другие схемные компоненты системы защиты людей. Это может привести, например, к возникновению внутри системных специализированных интегральных схем сверхкритической связи и к выдаче сигнала сброса, поскольку встроенные регуляторы контролируются для генерации сигнала сброса. Еще одно преимущество изобретения заключается в возможности проверки корректности (верификации) текущей конфигурации предлагаемого в изобретении встроенного регулятора путем программного опроса, а соответственно и в возможности обнаружения ошибочно активированного или деактивированного встроенного регулятора, что делает возможной локализацию ошибок.

Одним объектом настоящего изобретения является встроенный регулятор, прежде всего регулятор напряжения для средств защиты людей в транспортном средстве, содержащий регулирующий элемент, который преобразует входной сигнал в выходной сигнал заданного значения, и управляющую схему, которая приводит в действие регулирующий элемент для генерации выходного сигнала заданного значения. В соответствии с изобретением предусмотрена конфигурационная схема, которая принимает и оценивает по меньшей мере один сигнал конфигурации и в зависимости от оценки деактивирует регулирующий элемент.

Также предлагается блок управления средствами защиты людей в транспортном средстве, содержащий систему регулирования, регулирующую по меньшей мере одно напряжение в блоке управления. В соответствии с изобретением система регулирования содержит по меньшей мере один предлагаемый в изобретении встроенный регулятор.

В зависимых пунктах формулы изобретения приведены частные мероприятия по осуществлению изобретения и усовершенствования встроенного регулятора для средств защиты людей в транспортном средстве, охарактеризованного в независимом пункте 1.

Особенно целесообразно вырабатывать по меньшей мере один сигнал конфигурации посредством конфигурации выводов. Для получения первого логического уровня по меньшей мере одного сигнала конфигурации соответствующий вывод постоянно соединен с массой. Для получения второго логического уровня по меньшей мере одного сигнала конфигурации соответствующий вывод оставлен разомкнутым. Кроме того, доводить сигнал на оставленном разомкнутым выводе до второго логического уровня может подтягивающая (нагрузочная) схема, расположенная внутри или вне встроенного регулятора. Такая подтягивающая схема предпочтительно содержит омическое сопротивление, связанное с заданным потенциалом, предпочтительно представляющим второй логический уровень сигнала. Выработка по меньшей мере одного сигнала конфигурации посредством конфигурации выводов выгодно обеспечивает возможность простой и недорогой реализации предлагаемого в изобретении встроенного регулятора. Если в блок управления встроено несколько регуляторов, то для каждого регулятора может быть предусмотрен отдельный конфигурационный вывод, позволяющий деактивировать соответствующий встроенный регулятор.

В предпочтительном варианте выполнения предлагаемого в изобретении встроенного регулятора конфигурационная схема для оценки по меньшей мере одного сигнала конфигурации может содержать компаратор, сравнивающий по меньшей мере один сигнал конфигурации с опорным напряжением. В зависимости от результата сравнения компаратор может приводить в действие переключающий элемент, предпочтительно ключевой транзистор, для деактивации или отключения регулирующего элемента.

В еще одном предпочтительном варианте выполнения предлагаемого в изобретении встроенного регулятора конфигурационная схема может выполнять оценку по меньшей мере одного сигнала конфигурации во время инициализации системы. Благодаря этому корректный выходной сигнал имеется в наличии гораздо раньше, чем при программировании посредством программного обеспечения. Для улучшения диагностики ошибок конфигурационная схема может фиксировать распознанную конфигурацию (предписывающую деактивировать, т.е. отключить регулирующий элемент либо оставить регулирующий элемент активированным, т.е. работоспособным) и сохранять ее в памяти состояний. Благодаря фиксации распознанной конфигурации можно исключить вероятность изменения конфигурации вследствие появления во время работы ошибок, обусловленных, например, электромагнитными помехами.

В еще одном предпочтительном варианте выполнения предлагаемого в изобретении встроенного регулятора управляющая схема для генерации выходного сигнала заданного значения может приводить в действие регулирующий элемент в зависимости от сигнала обратной связи. Сигнал обратной связи предпочтительно генерировать на основе выходного сигнала посредством по меньшей мере одного встроенного делителя напряжения с заданным коэффициентом деления.

Осуществление изобретения поясняется ниже на примере, поясняемом чертежом. На чертеже одинаковыми номерами позиций обозначены компоненты или элементы, выполняющие одни и те же или аналогичные функции.

Краткое описание чертежей

На чертеже приведена блок-схема фрагмента блока управления средствами защиты людей, содержащего предлагаемый в изобретении встроенный регулятор в одном варианте его выполнения.

Известные из уровня техники встроенные регуляторы напряжения позволяют генерировать различные жестко заданные выходные напряжения. Так, у многих регуляторов напряжения есть разные варианты, различающиеся лишь стабилизируемым выходным напряжением, причем для каждого значения напряжения необходимо использовать отдельный регулятор. Также есть регуляторы напряжения, напряжение на выходе которых может регулироваться переменным образом путем настройки внешнего делителя напряжения. При этом регулирование выполняется по жестко заданному напряжению обратной связи, например величиной 1,2 В, которое используется для того, чтобы посредством внешнего делителя напряжения, имеющего по меньшей мере два сопротивления, получать меньшее напряжение путем деления выходного напряжения регулятора. Изменяя параметры этого делителя напряжения, можно настраивать выходное напряжение регулятора, которое всегда больше напряжения обратной связи. При этом существующие изменяемые схемы, как правило, в значительной мере подвержены ошибкам. Одиночная ошибка на одном из сопротивлений внешнего делителя напряжения может непосредственно привести к выдаче ошибочного, а порой и опасного выходного напряжения. Распознавать ошибки, как правило, довольно сложно, поскольку сам регулятор не может провести различие между ошибочно слишком высоким или низким значением сопротивления и специально выбранным слишком высоким или низким значением сопротивления.

Осуществление изобретения

Как показано на чертеже, предлагаемый в изобретении встроенный регулятор 10, который в рассматриваемом примере выполнен в виде регулятора напряжения для средств защиты людей в транспортном средстве, содержит регулирующий элемент Т, который преобразует входной сигнал V_in в выходной сигнал V_out заданного значения, и управляющую схему 12, которая приводит в действие регулирующий элемент Т в зависимости от сигнала V_fb обратной связи для генерации выходного сигнала V_out заданного значения. В соответствии с изобретением предусмотрена конфигурационная схема 14, которая принимает и оценивает по меньшей мере один сигнал CF конфигурации и в зависимости от оценки деактивирует или отключает регулирующий элемент Т.

Кроме того, как показано на чертеже, встроенный делитель 18 напряжения, имеющий два сопротивления R₁, R₂, обеспечивающие заданный коэффициент R₁/R₂ деления, генерирует на основе выходного сигнала V_out сигнал V_fb обратной связи.

Далее, как показано на чертеже, встроенный регулятор 10 в рассматриваемом варианте осуществления изобретения выполнен в виде модуля, представляющего собой специализированную интегральную схему (ASIC), и входит в состав системы 3 регулирования в блоке 1 управления средствами защиты людей. В рассматриваемом варианте осуществления изобретения встроенный регулятор 10 содержит конфигурационный вывод К1, входной вывод, на который подается входной сигнал V_in, и выходной вывод для выдачи выходного сигнала V_out, причем на выходном выводе предусмотрено подключение к внешним схемным элементам 5, которые в рассматриваемом варианте осуществления изобретения включают в себя емкость С. В дополнение к емкости или в качестве альтернативы ей внешние схемные элементы 5 могут включать в себя соответственно дополнительные или другие внешние компоненты, например индуктивности, омические сопротивления или диоды. В качестве альтернативы предлагаемый в изобретении регулятор 10 также может быть встроен (интегрирован) в модуль системной специализированной интегральной схемы блока 1 управления системы защиты людей.

Предлагаемый в изобретении регулятор 10, реализованный в виде регулятора напряжения, дает возможность деактивации, т.е. отключения регулирующего элемента Т либо оставления регулирующего элемента Т активированным, т.е. работоспособным. Выбор требуемой конфигурации осуществляется посредством конфигурационного вывода К1. Состоянием конфигурационного вывода К1 является либо логический низкий уровень (L), реализуемый внешним коротким замыканием конфигурационного вывода К1 на массу, либо логический высокий уровень (Н), реализуемый разомкнутым конфигурационным выводом К1. В рассматриваемом варианте осуществления изобретения подтягивающая схема 11, расположенная внутри встроенного регулятора 10, доводит оставленный разомкнутым конфигурационный вывод К1 до логического высокого уровня (Н). Подтягивающая схема 11 включает в себя подтягивающее (нагрузочное) сопротивление (резистор) R_pu, которое одним контактным выводом соединено с соответствующим конфигурационным выводом К1, а другим контактным выводом - с подтягивающим напряжением V_pu, уровень которого примерно соответствует логическому высокому уровню (Н). Уровень конфигурационного вывода К1 считывается и оценивается конфигурационной схемой 14 как сигнал CF конфигурации. При этом распознавание состояния выполняется, например, с помощью компаратора напряжений 14.1, сравнивающего сигнал CF конфигурации с опорным напряжением V_ref. В рассматриваемом варианте осуществления изобретения логический низкий уровень (L) используется для деактивации или отключения регулирующего элемента Т, а логический высокий уровень (Н) используется для оставления регулирующего элемента Т активированным или работоспособным.

Распознанный логический низкий уровень (L) используется для того, чтобы в случае деактивации регулирующего транзистора Т постоянно блокировать или деактивировать его. В рассматриваемом варианте осуществления изобретения это достигается с помощью входящего в состав конфигурационной схемы 14 переключающего элемента T_off, который предпочтительно выполнен в виде полевого транзистора и управляется компаратором 14.1 через инвертор 14.2. Переключающий элемент T_off накоротко замыкает на массу управляющий вход регулирующего элемента Т, предпочтительно выполненного в виде полевого транзистора, вследствие чего регулирующий элемент Т становится постоянно деактивированным. Благодаря этому можно отказаться от внешних схемных элементов 5, которые во время работы необходимы для стабилизации и функционирования встроенного регулятора 10. В случае представленного на чертеже линейного регулятора 10 в качестве внешнего схемного элемента требуется только емкость С. В альтернативных вариантах осуществления изобретения, на чертеже не представленных, например в случае импульсных преобразователей постоянного напряжения для преобразования постоянного тока в постоянный, в дополнение к емкости или в качестве альтернативы ей также могут быть требоваться индуктивности, омические сопротивления и диоды. Распознанная текущая конфигурация встроенного регулятора 10 может сохраняться в соответствующих запоминающих средствах 16, которые в рассматриваемом варианте осуществления изобретения встроены в регулятор 10. В качестве альтернативы запоминающие средства 16 также могут быть расположены в блоке 1 управления вне регулятора 10.

В блоке 1 управления происходит отключение контроля выходного сигнала V_out деактивированного регулятора 10, вследствие чего выходной сигнал V_out деактивированного регулятора 10 уже не учитывается при выработке сигнала сброса. Сохраненную в памяти конфигурацию затем можно считывать путем программного опроса с возможностью сигнализации об обнаруживаемых ошибках. Оценка сигнала CF конфигурации на конфигурационном выводе К1 и связанная с ней активация и деактивация регулирующего элемента Т выполняется из соображений робастности в начале фазы инициализации системы, как только питание внутренних логических схем предлагаемого в изобретении встроенного регулятора 10 станет достаточным и прежде чем вся система разблокируется сигналом сброса. После первоначального считывания сигнала CF конфигурации на конфигурационном выводе К1 распознанная конфигурация фиксируется, чтобы любое дальнейшее изменение состояния вывода уже не влияло на регулятор 10. Таким образом, в нормальном режиме работы блока 1 управления нежелательная активация и деактивация регулирующего элемента Т, например, под действием электромагнитных помех произойти не сможет. Кроме того, распознанное состояние конфигурационного вывода можно сохранять в запоминающем средстве 16, предпочтительно выполненном в виде регистра. Тогда во время работы содержимое запоминающего средства 16 можно считывать, например, путем программного опроса. Это позволяет выявлять неправильно распознанное состояние и сигнализировать об ошибке.

В альтернативных вариантах выполнения предлагаемого в изобретении встроенного регулятора, на чертеже не представленных, пороги обнаружения на конфигурационных выводах и вид подачи напряжения могут отличаться от рассмотренного варианта осуществления изобретения. В рассмотренном варианте выполнения предлагаемого в изобретении встроенного регулятора используется встроенная подтягивающая схема с внутренним подтягивающим напряжением. В качестве альтернативы также может использоваться внешняя подтягивающая схема, т.е. подтягивающая схема, расположенная вне встроенного регулятора, и соответствующее внешнее подтягивающее напряжение для получения на разомкнутом конфигурационном выводе высокого уровня (Н). Также для распознавания различных логических состояний можно использовать различные уровни напряжения, например соединение с массой GND или с различными потенциалами, например 5,0 В, 3,3 В и т.д. Аналогичным образом в дополнение к одному логическому высокому и одному логическому низкому уровню также можно обнаруживать посредством дополнительных компараторов напряжений промежуточные уровни. В различных вариантах осуществления изобретения предлагаемый встроенный регулятор может быть выполнен, например, в виде линейного стабилизатора или импульсного преобразователя постоянного напряжения.

В системной специализированной интегральной схеме или в блоке управления системы защиты людей с возможностью отключения может быть выполнено любое число регуляторов.

Группа изобретений относится к области транспортного машиностроения. Встроенный регулятор напряжения для средств защиты людей в транспортном средстве содержит регулирующий элемент и управляющую схему. Регулирующий элемент преобразует входной сигнал в выходной сигнал заданного значения. Управляющая схема приводит в действие регулирующий элемент для генерации выходного сигнала заданного значения. В регуляторе предусмотрена конфигурационная схема, которая принимает и оценивает сигнал конфигурации и в зависимости от оценки деактивирует регулирующий элемент. Блок управления средствами защиты людей в транспортном средстве содержит систему регулирования, регулирующую напряжение в блоке управления и содержащую упомянутый встроенный регулятор. Достигается повышение надежности регулирующего элемента. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Встроенный регулятор, прежде всего регулятор напряжения для средств защиты людей в транспортном средстве, содержащий регулирующий элемент (T), который преобразует входной сигнал (V_in) в выходной сигнал (V_out) заданного значения, и управляющую схему (12), которая приводит в действие регулирующий элемент (T) для генерации выходного сигнала (V_out) заданного значения, отличающийся тем, что предусмотрена конфигурационная схема (14), которая принимает и оценивает по меньшей мере один сигнал (CF) конфигурации и в зависимости от оценки деактивирует регулирующий элемент (T).

2. Встроенный регулятор по п.1, отличающийся тем, что по меньшей мере один сигнал (CF) конфигурации вырабатывается посредством конфигурации выводов, причем для получения первого логического уровня (L) по меньшей мере одного сигнала (CF) конфигурации соответствующий вывод (K1) постоянно соединен с массой, а для получения второго логического уровня (H) по меньшей мере одного сигнала (CF) конфигурации соответствующий вывод (K1) оставлен разомкнутым.

3. Встроенный регулятор по п.2, отличающийся тем, что внутри или вне встроенного регулятора (10) расположена подтягивающая схема (11), которая доводит сигнал на оставленном разомкнутым выводе (K1) до второго логического уровня (H).

4. Встроенный регулятор по п.1, отличающийся тем, что конфигурационная схема (14) для оценки по меньшей мере одного сигнала (CF) конфигурации содержит компаратор (14.1), сравнивающий по меньшей мере один сигнал (CF) конфигурации с опорным напряжением (V_ref).

5. Встроенный регулятор по п.4, отличающийся тем, что в зависимости от результата сравнения компаратор (14.1) приводит в действие переключающий элемент, предпочтительно ключевой транзистор (T_off), для деактивации регулирующего элемента (T).

6. Встроенный регулятор по одному из пп.1-5, отличающийся тем, что конфигурационная схема (14) выполняет оценку по меньшей мере одного сигнала (CF) конфигурации во время инициализации системы.

7. Встроенный регулятор по одному из пп.1-5, отличающийся тем, что конфигурационная схема (14) фиксирует и сохраняет в памяти (16) состояний распознанное логическое состояние по меньшей мере одного сигнала (CF) конфигурации.

8. Встроенный регулятор по одному из пп.1-5, отличающийся тем, что для генерации выходного сигнала (V_out) заданного значения управляющая схема (12) приводит в действие регулирующий элемент (T) в зависимости от сигнала (V_FB) обратной связи.

9. Встроенный регулятор по п.8, отличающийся тем, что по меньшей мере один встроенный делитель (18) напряжения с заданным коэффициентом деления (R₁/R₂) генерирует сигнал (V_FB) обратной связи на основе выходного сигнала (V_out).

10. Блок управления средствами защиты людей в транспортном средстве, содержащий систему (3) регулирования, регулирующую по меньшей мере одно напряжение в блоке (1) управления, отличающийся тем, что система (3) регулирования содержит по меньшей мере один встроенный регулятор (10) по одному из пп.1-9.