DE3639065A1 - Verfahren und vorrichtung zur ueberwachung rechnergesteuerter stellglieder - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung rechnergesteuerter Stellglieder, insbesondere für Sicher­ heitseinrichtungen in Kraftfahrzeugen (z. B. Antiblockier­ systeme, air bags oder Gurtstrammer), bestehend aus einem Prozeßrechner und einem von diesem angesteuerten elektronischen Stellglied.

Stellglieder werden in allen Bereichen der Steuerungs- und Regelungstechnik eingesetzt. Zur Funktionsüber­ wachung waren bisher optische oder akustische Signal­ geber sowie analog anzeigende Instrumente mit beson­ ders markierten Gefahrenbereichen gebräuchlich.

Im Zuge komplizierterer und schnellerer Steuerungs- und Regelungsvorgänge werden zur Ansteuerung von Stell­ gliedern zunehmend Prozeßrechner eingesetzt. Diese sind am ehesten in der Lage, die umfangreichen Daten­ mengen zu verarbeiten, aus denen die Stellgrößen ab­ geleitet werden. Da derartige Rechner auch im Normal­ betrieb äußeren Störungen, wie Funkstörungen durch Sendeanlagen, elektrischen Entladungen oder Schalt­ impulsen auf Leitungsnetzen unterworfen sein können, ist eine Funktionsüberwachung erforderlich.

Gerade bei sicherheitsrelevanten Anlagen aber sind die bekannten Maßnahmen zur Funktionsüberwachung nicht ausreichend. Dies wird besonders am Beispiel passiver Rückhaltesysteme mit aufblasbaren Gaskissen (air bags) für Kraftfahrzeuge deutlich.

Mit diesen Rückhaltesystemen sollen die Fahrzeugin­ sassen beim Aufprall des Fahrzeugs auf ein Hinder­ nis vor Verletzungen geschützt werden, die durch den Aufprall ihrer Körper auf Teile des Fahrgastraums ver­ ursacht werden können. Dies geschieht, indem kurz nach dem Aufprall des Fahrzeugs durch elektrisch ge­ zündete Gaspatronen aufgeblasene Gaskissen schützend zwischen die Fahrzeuginsassen und die Teile des Fahr­ gastraums ausgebreitet werden.

Bei diesem Rückhaltesystem werden von Prozeßrechnern laufend die Verzögerungs- und Beschleunigungswerte des Fahrzeugs erfaßt. Beim Aufprall des Fahrzeugs auf ein Hindernis verlaufen diese Werte in Form einer Minima und Maxima aufweisenden Kurve (Crash Kurve). Der Aus­ lösezeitpunkt für das Rückhaltesystem muß dann in einem durch Versuche vorher bestimmten exakten Zeitpunkt er­ folgen. Der Forderung nach einem wirksamen Ansprechen des Rückhaltesystems steht mit gleicher Gewichtung der sichere Schutz vor einer fehlerhaften Auslösung gegen­ über. Anderenfalls könnten durch Sichtbehinderung oder durch Erschrecken des Fahrers erhebliche Folgeschäden entstehen.

Die bisher gebräuchlichen Überwachungsmaßnahmen sind nicht in der Lage, eine fehlerhafte Auslösung zu ver­ hindern. In demselben Moment, in dem dieser einen Stör­ fall in Form einer fehlerhaften Auslösung anzeigen könnten, wären die Gaspatronen bereits irreversibel gezündet und der Aufblasvorgang könnte nicht mehr unter­ drückt werden.

Auch auf anderen Gebieten, die nicht im sicherheits­ relevanten Bereich liegen, z. B. rechnergesteuerte Werk­ zeugmaschinen, können Störfälle der genannten Art er­ hebliche Schäden verursachen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Überwachung rechnergesteuerter Stellglieder zu schaffen, bei dem Störfälle rechtzeitig vor Abgabe von Stellbefehlen erkannt und so fehlerhafte Stellbe­ fehle verhindert werden können.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Überwachung rechnergesteuerter Stellglieder nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch die im kennzeichnenden Teil an­ gegebenen Merkmale gelöst.

Durch den fortlaufenden Vergleich der Signalproben mit Sollwerten wird die Information über die Richtigkeit der vom Prozeßrechner aus den verarbeiteten Daten er­ mittelten Ergebnisse ständig aktualisiert. Auf diese Weise ist eine Korrektur der Ergebnisse oder eine Unter­ drückung fehlerhafter Steuersignale aufgrund falscher Ergebnisse zum frühestmöglichen Zeitpunkt gegeben.

Das Stellglied mit dem zur Steuerung vorgesehenen Steuer­ signal, das der Prozeßrechner aufgrund der Ergebnisse der verarbeiteten Daten erzeugt hat, wird nicht sofort an­ gesteuert. Vielmehr wird noch das Ergebnis der Prüfung abgewartet. Nach abgeschlossener Prüfung wird dann eine Entscheidung herbeigeführt, ob eine Korrektur erfor­ derlich ist oder ob das Steuersignal unverändert zur Ansteuerung des Stellgliedes verwendet werden kann. Im ersten Fall wird das Steuersignal nicht zur Ansteu­ erung des Stellgliedes verwendet und stattdessen ein weiterer Rechenzyklus abgewartet. Im zweiten Fall erfolgt die Ansteuerung des Stellgliedes sofort nach der Ent­ scheidung.

Unter der Voraussetzung, daß bei der Prüfung der Sig­ nalproben Abweichungen von Sollwerten festgestellt wer­ den, ist mit diesem Verfahren ein sicherer Schutz vor fehlerhaften Stellbefehlen möglich.

Bei richtigen Steuerbefehlen erfolgt zwar eine ver­ zögerte Ansteuerung des Stellgliedes, durch die stän­ dig aktualisierte Information über die Richtigkeit der Ergebnisse des Prozeßrechners ist die Verzögerung aber sehr gering und kann durch Schaltungs- oder Programm­ maßnahmen so bemessen werden, daß die Funktionsweise einer mit einem Rechner gesteuerten Stellglied ausge­ rüsteten Anlage nicht beeinträchtigt wird.

Die Zuverlässigkeit der Prüfung durch Vergleich der Signalproben des vorgesehenen Steuersignals mit Soll­ werten hängt von der Art der gewonnenen Sollwerte ab. Die höchste Zuverlässigkeit wird erreicht, wenn die gesamte Datenverarbeitung, die im Prozeßrechner er­ folgt, in einem zweiten Rechner nachvollzogen wird. Die Wahrscheinlichkeit, daß äußere Störungen hier zu gleichen Fehlern führen, die sich später gegenseitig aufheben, ist äußerst gering. Außerdem lassen sich Abweichungen sofort ermitteln und die Zeit für die Verzögerung der Ansteuerung der Stellglieder wird klein bemessen.

Weniger Aufwand erfordert die Prüfung von Signalproben mit Sollwerten auf der Basis von Zwischenergebnissen. Allerdings sind hier auch die Zeitspannen zwischen den Prüfzyklen länger, wodurch auch die Verzögerung der Ansteuerung der Stellglieder größer wird.

Am einfachsten ist die Überprüfung der Signalproben mittels mitverarbeiteter Prüfwerte, die auf Plau­ sibilität mit statischen Signalen erfolgen kann.

Wenn die Zeit für einen Rechenzyklus des Prozeßrech­ ners, in der aus den zur Verfügung stehenden Daten jeweils ein Ergebnis ermittelt wird, klein gegenüber einer maximal zulässigen Verzögerungszeit für die An­ steuerung des Stellgliedes ist, kann die Prüfung sich auch auf das Endergebnis beschränken und bei jedem Rechenzyklus wiederholt werden.

Bei einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Ver­ fahrens wird das zur Steuerung des Stellglieds vorge­ sehene Steuersignal zwischengespeichert und nach Ab­ lauf der Prüf- und Korrekturzeitspanne bei Koinzidenz zwischen den Signalproben und den Sollwerten an das Stellglied übermittelt. Mit diesen Verfahrensschritten kann die Verzögerungszeit beliebig gesteuert werden. Damit läßt sie sich auch von Fall zu Fall unterschied­ lich langen Prüf- und Korrekturzeiten anpassen und so auf die jeweils kürzest mögliche Zeitdauer beschränken. Unabhängig von der gewählten Zeitdauer bleiben die Steuersignale unverfälscht.

In einer ersten Abwandlung der vorhergehenden Verfahrens­ schritte werden die zur Steuerung des Stellglieds vor­ gesehenen Steuersignale unter einer um wenigstens den Betrag der Prüf- und Korrekturzeitspanne verlängerten Laufzeit an das Stellglied übermittelt und bei Ab­ weichungen der Signalproben von den Sollwerten unver­ zögert unterdrückt.

Diese Alternative bietet ebenfalls die Möglichkeit, Steuersignale unverändert mit sehr hoher Genauigkeit zeitlich zu verzögern. Gegenüber den vorgenannten Ver­ fahrensschritten kommt die Ausgestaltung mit weniger Steuerbefehlen aus.

In einer zweiten Abwandlung wird ein erstes Steuer­ signal in Form eines Potentialsprungs erzeugt. Die­ ses wird integriert und das Integral kontinuierlich mit einem Referenzwert verglichen. Bei Erreichen des Referenzwertes wird ein zweites Steuersignal in Form eines Potentialsprungs erzeugt und direkt an das Stell­ glied übermittelt. Zur Unterdrückung des zweiten Steuer­ signals wird der Potentialsprung des ersten Steuer­ signals rückgängig gemacht, bevor sein Integral seinen Referenzwert erreicht hat.

Diese Verfahrensschritte lassen sich mit geringen schal­ tungstechnischen Maßnahmen realisieren. Bei kurzen Ver­ zögerungszeiten, wie sie angesichts der hohen Rechen­ geschwindigkeiten üblicher Prozeßrechner ausreichend sind, läßt sich auch eine vorgegebene Verzögerungs­ zeit ausreichend genau einhalten. Gegenüber den vorge­ nannten Alternativen kommt dieses Verfahren ohne Steuer­ leitung zur Beeinflussung der Verzögerungsschaltung aus. Es genügt vielmehr, den Potentialsprung des ersten Steuersignals rechtzeitig rückgängig zu machen. Im Hinblick auf die Störanfälligkeit von Prozeßrechnern ist die Anzahl von Daten und Steuerleitungen so ge­ ring wie möglich zu halten. Diese Ausgestaltung ist deshalb besonders unempfindlich gegen Störungen.

Die Erfindung betrifft ferner eine Schaltungsanordnung zur Überwachung rechnergesteuerter Stellglieder, ins­ besondere für Sicherheitseinrichtungen in Kraftfahr­ zeugen (z. B. Antblockiersysteme, air bags oder Gurt­ strammer), bestehend aus einem Prozeßrechner und einem von diesem angesteuerten elektronischen Stellglied.

Diesbezüglich liegt hier die Aufgabe zugrunde, eine Schaltungsanordnung zur Überwachung rechnergesteuerter Stellglieder zu schaffen, mit der Störfälle rechtzei­ tig vor Abgabe von Stellbefehlen erkannt und so fehler­ hafte Stellbefehle verhindert werden können.

Gelöst wird diese Aufgabe bei einer Schaltungsanordnung zur Überwachung rechnergesteuerter Stellglieder nach dem Oberbegriff des Anspruchs 5 mit dem im kennzeich­ nenden Teil angegebenen Merkmal.

Die Auswerteschaltung dient dem fortlaufenden Vergleich der Signalproben des vorgesehenen Steuersignals mit Sollwerten. Dazu ist in der Auswerteschaltung ein Ver­ gleicher vorgesehen, dem sowohl Signalproben vom Aus­ gang des Rechners als auch Sollwerte eines Sollwert­ gebers zugeführt werden. Der Sollwertgeber kann seine Sollwerte aus denselben Daten gewinnen, die dem Prozeß­ rechner zur Verfügung stehen, ferner aus Zwischener­ gebnissen oder aus fest vorgegebenen Plausibilitäts­ beziehungen mit Prüfsignalen.

Bei Abweichung der Signalproben von den Sollwerten wird ein Schaltsignalgenerator erregt, der am Ausgang der Auswerteschaltung ein Korrektursignal und/oder Freigabe- oder Rücksetzsignale erzeugt. Diese Signale gelangen zum Prozeßrechner und gegebenenfalls zu einer Zeitverzögerungsschaltung.

Diese Zeitverzögerungsschaltung zwischen dem Ausgang des Prozeßrechners und dem Eingang des Stellgliedes dient dazu, Steuersignale erst dann an den Eingang des Stellgliedes anzulegen, wenn feststeht, daß die Aus­ werteschaltung eine Übereinstimmung der Signalproben mit den Sollwerten (Koinzidenz) ermittelt hat.

Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung vereinigt die Gewährleistung einer sicheren Verhinderung von fehlerhaften Stellbefehlen mit einer möglichst geringen Signalverzögerung, da die Möglichkeit besteht, auf­ grund der ständig aktualisierten Informationen über die Richtigkeit der Ergebnisse, den Rechner zum schnellst­ möglichen Zeitpunkt zu korrigieren und so auf unnötige Zeitreserven zu verzichten.

Bei einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Schaltungs­ anordnung ist die Zeitverzögerungsschaltung ein Schreib- Lesespeicher und der Ausgang der Auswerteschaltung ist mit dem Korrektursteuereingang des Rechners und mit dem Freigabe- und Rücksetzeingang des Speichers ver­ bunden.

Diese Maßnahme gestattet eine beliebige Steuerung der Länge der Verzögerungszeit. Diese läßt sich somit von Fall zu Fall unterschiedlich langen Prüf- und Korrek­ turzeiten anpassen. Ferner bleiben die Steuersignale unverfälscht.

Bei einer ersten Abwandlung der vor erwähnten Schaltungs­ anordnung ist die Zeitverzögerungsschaltung ein Schiebe­ register und der Ausgang der Auswerteschaltung ist mit dem Korrektursteuereingang des Rechners und dem Rück­ setzeingang des Schieberegisters verbunden.

Auch hier bleiben die Steuersignale unverfälscht. Die Verzögerungszeiten lassen sich durch exakte Taktsteuerung sehr genau einhalten. Durch vorgeschaltete Frequenz­ teiler sind auch stufige Änderungen der Verzögerungs­ zeit realisierbar. Außerdem wird eine einfachere An­ steuerung ermöglicht, da eine Freigabesteuerleitung entfallen kann.

Bei einer zweiten Abwandlung ist die Zeitverzögerungs­ schaltung eine Laufzeitleitung und der Ausgang der Auswerteschaltung ist mit dem Korrektursteuereingang des Rechners und dem Rücksetzeingang der Laufzeitleitung verbunden.

Auch hier bleiben bei kurzen Verzögerungszeiten die Steuersignale praktisch unverfälscht. Es lassen sich auch die Zeitverzögerungen sehr präzise einhalten. Aller­ dings besteht die Möglichkeit einer Steuerung der Ver­ zögerungszeit nicht ohne zusätzliche Maßnahme. Auch hier wird die Ansteuerung vereinfacht, da eine Frei­ gabesteuerleitung entfallen kann. Die erforderliche Rücksetzleitung dient hier dazu, ein am Ende der Lauf­ zeitleitung angelangtes, unerwünschtes Steuersignal durch Steuerbefehl zu unterdrücken, z. B. durch Öffnen eines Schalters zwischen dem Ausgang der Verzögerungs­ leitung und dem Eingang des Stellgliedes.

Schließlich ist bei einer dritten Abwandlung der Aus­ gestaltung der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung vorgesehen, daß die Zeitverzögerungsschaltung aus einem Sollwertgeber, einem Integrator und einem mit dem Soll­ wertgeber und dem Integrator verbundenen Vergleicher besteht, und daß der Ausgang der Auswerteschaltung mit dem Korrektursteuereingang des Rechners verbunden ist.

Der erforderliche schaltungstechnische Aufwand ist hier­ bei sehr gering. Damit ist auch der benötigte Bauraum klein, was für bestimmte Anwendungsfälle ein wesent­ liches Kriterium sein kann. Aufgrund der geringen An­ zal der benötigten Bauelemente ist auch die gesamte Ausfallwahrscheinlichkeit gering. Dies kommt besonders rechnergesteuerten Stellgliedern für sicherheitsrele­ vante Anlagen zugute.

Für kleine Verzögerungszeiten, wie sie bei üblichen Prozeßrechnern genügen, bietet die Alternativlösung eine ausreichende Genauigkeit der Zeitverzögerung. Diese ergibt sich aus der Zeitkonstanten des Differen­ ziergliedes in Verbindung mit dem Sollwert und dem Pegel des vorgesehenen Steuersignals. Ein besonderer Vorteil besteht darin, daß keine gesonderte Steuer­ leitung von der Auswerteschaltung benötigt wird. Viel­ mehr reicht es aus, das Steuersignal abzuschalten oder zu unterdrücken ehe das Integral des Steuersignals den Sollwert des Sollwertgebers erreicht hat.

Vorzugsweise ist der Sollwertgeber ein zwischen einer Referenzspannungsquelle und Bezugspotential liegender Spannungsteiler aus zwei Widerständen, der Integrator ein in Reihe zwischen dem Ausgang der Zeitverzögerungs­ schaltung und dem einen Eingang des Vergleichers lie­ gender Tiefpaß aus einem Widerstand und einem Konden­ sator, wobei der Kondensator mit einem Anschluß an der Referenzspannungsquelle liegt. Der Vergleicher ist vor­ zugsweise ein Operationsverstärker, dessen nichtinver­ tierender Eingang mit dem Tiefpaß und dessen inver­ tierender Eingang mit dem Teilerabgriff des Spannungs­ teilers verbunden ist.

Die Ausgestaltung des Sollwertgebers bietet die Mög­ lichkeit, vorhandene Referenzspannungsquellen auszu­ nutzen. Die Anordnung des Integrators ermöglicht die Ausnutzung des steilsten Bereichs der als Sprungant­ wort auf einen Pegelwechsel abgegebenen Spannungsver­ lauf für den Vergleich zwischen dem Sollwert und dem Istwert. Dadurch ist eine ausreichend genaue Ver­ zögerungszeit einstellbar.

Die Ausbildung des Vergleichers als Operationsverstärker gestattet bei hoher Verstärkung eine niedrige Belastung der äußeren Schaltelemente. Außerdem läßt sich ein ein­ deutiges zweites Steuersignal erzeugen, sobald das In­ tegral des ersten Steuersignals den Sollwert erreicht hat.

Bei einer praktischen Ausführungsform weist der Ver­ gleicher einen offenen Kollektorausgang (Open Col­ lektor Ausgang) auf.

Diese Ausführung schafft günstige Voraussetzungen für die Kopplungsmöglichkeit der Zeitverzögerungsschaltung mit einem nachfolgenden Stellglied. Im Zustand vor Er­ reichen der Schaltschwelle, d. h. solange das Integral des ersten Steuersignals noch nicht den Sollwert er­ reicht hat, kann das Potential des Ausgangs der Zeit­ verzögerungsschaltung den Wert des Ruhepotentials des nachfolgenden Eingangs annehmen. Dadurch wird sicher­ gestellt, daß das nachfolgende Stellglied nicht auf einen undefinierten Zwischenwert durchgesteuert wird, was sonst zusätzliche Maßnahmen zu seiner Beseitigung erfordert.

Bei einer praktischen Ausführung weist der Vergleicher eine Mitkopplung über ein Differenzierglied auf.

Diese Maßnahme sorgt dafür, daß der Vergleicher nach Überschreiten der Schaltschwelle voll durchschaltet und damit ein eindeutiges zweites Steuersignal an das nachfolgende Stellglied liefert. Ein dem Prellen von Kontakten ähnliches Hin- und Her-Schaltverhalten wird auf diese Weise verhindert.

Vorzugsweise umfaßt der Differenzierer einen zwischen dem Ausgang und dem nichtinvertierenden Eingang des Vergleichers angeordneten Kondensator und einen zwischen dem nichtinvertierenden Eingang und der Referenzspannungs­ quelle angeordneten Widerstand.

Auf diese Weise wird erreicht, daß das zweite Steuer­ signal auch dann noch ausreichend lange den Steuerein­ gang des Stellgliedes ansteuert, wenn zwischenzeitlich z. B. Teile des Prozeßrechners ausgefallen sind, wie es im Anwendungsbeispiel der passiven Rückhaltesysteme in Folge eines Aufpralls des Fahrzeugs auf ein Hinder­ nis geschehen kann.

Bei einer praktischen Ausführung ist das Stellglied ein mit einer komplimentären Treiberstufe aufgebauter Emitterfolger.

Das Stellglied ist hier zur Ansteuerung niederohmiger Lasten ausgelegt. Die Ansteuerung in Verbindung mit der Treiberstufe kommt dabei mit geringen schaltungs­ technischem Aufwand aus, was sich auch wieder günstig auf die Baugröße und die Zuverlässigkeit auswirkt.

Weiterbildungen und vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, der weiteren Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung, anhand der das erfindungsgemäße Verfahren und die Schaltungs­ anordnung erläutert werden. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Blockschaltbild eines rechnergesteuerten Stellgliedes mit einer erfindungsgemäßen Auswerteschaltung und einer Zeitverzögerungsschaltung,

Fig. 2 eine praktische Ausgestaltung einer Zeitverzögerungsschaltung und eines Stellgliedes.

Fig. 1 zeigt ein rechnergesteuertes Stellglied, das einen Prozeßrechner 10, ein Stellglied 12, eine Aus­ werteschaltung 18 und eine Zeitverzögerungsschaltung 30 umfaßt.

Das Stellglied 12 eignet sich zur Ansteuerung eines passiven Rückhaltesystems für Kraftfahrzeuge, bei dem aufblasbare Gaskissen durch Zünden von Gaspatronen auf­ geblasen und zwischen die Insassen und Teile des Fahr­ gastraums geschoben werden. Dementsprechend wird die vom Stellglied 12 erregte Last durch eine elektrische Zündvorrichtung einer Gaspatrone realisiert.

In dem dargestellten Blockschaltbild erhält der Prozeß­ rechner 10 seine Daten über ein Dateneingang 14. Ein Ausgang 16 ist sowohl mit einem Eingang 44 der Zeit­ verzögerungsschaltung 30 als auch mit einem Eingang 26 der Auswerteschaltung 18 verbunden. Der Ausgang 46 der Zeitverzögerungsschaltung 30 ist mit einem Eingang 28 des Stellgliedes 12 verbunden. Am Ausgang 48 des Stell­ gliedes 12 wiederum ist die Last 14 angeschlossen.

Der Eingang 26 der Auswerteschaltung 18 führt intern zu einem Vergleicher 22, dem außerdem ein Sollwert von einem Sollwertgeber 20 zugeführt wird. Ein Ausganssig­ nal des Vergleichers gelangt intern zu einem Schalt­ signalgenerator 24. Die erzeugten Schaltsignale ge­ langen über einen Eingang 32, der mehrkanalig ausge­ führt sein kann an einen Korrektursteuereingang 34 des Rechners 10 und gegebenenfalls an einen Freigabe­ eingang 36 und einen Rücksetzeingang 38 der Zeitver­ zögerungsschaltung 30.

Der Sollwertgeber erhält gegebenenfalls Signale über einen Sollwerteingang 42, der mit der gleichen Daten­ leitung wie der Dateneingang 40 des Rechners verbunden ist.

Bei einer praktischen Ausführung kann die Auswerteschal­ tung durch einen weiteren Prozeßrechner gebildet sein, in welchem die hier aufgeführten Funktionsblöcke 20, 22 und 24 durch Programmschritte realisiert sind.

Die Zeitverzögerungsschaltung kann wahlweise als Schreib- Lese-Speicher, Schieberegister, Laufzeitleitung oder als Vergleicher mit Integrator und Sollwertgeber aus­ gebildet sein. Je nach Ausbildung sind entweder beide Steuereingänge 36, 38, z. B. beim Schreib-Lese-Speicher, nur der Rücksetzeingang 38 beim Schieberegister und der Laufzeitleitung oder kein Steuereingang bei der Ver­ gleicherlösung erforderlich.

Im normalen Betrieb der Anordnung werden dem Rechner über einen Dateneingang 40 laufend Daten zugeführt, aus denen er Steuersignale zur Ansteuerung des Stellgliedes 12 ermittelt. Erscheint am Ausgang 16 ein solches Steuer­ signal, so gelangt es zum Eingang 44 der Zeitverzögerungs­ schaltung 30, wo es zunächst gespeichert wird.

Gleichzeitig gelangt das Steuersignal auch an den Ein­ gang 26 der Auswerteschaltung 18. Hier wird es im Ver­ gleicher 22 mit einem vom Sollwertgeber 20 bereitge­ haltenen Sollwert verglichen. Der Sollwertgeber kann z. B. die Rechenoperationen des Prozeßrechners 10 voll­ ständig nachvollziehen. Dazu werden ihm die gleichen Daten wie dem Rechner 10 zugeführt. Dies ist durch die gestrichelte Linie zum Sollwerteingang 42 angedeutet.

Alternativ kann er aber auch Festwerte ausgeben, die nach Plausibilitätskriterien mit den Signalproben ver­ glichen werden. In diesem Fall könnte die Leitung zum Sollwerteingang 42 entfallen.

Wird durch den Vergleicher 22 die Übereinstimmung der Signale festgestellt, so gibt der Schaltsignalgenerator an den Ausgang 32 gegebenenfalls ein Freigabesignal an den Freigabeeingang 36. Dieses Signal ist bei einem Schreib-Lese-Speicher als Verzögerungsschaltung er­ forderlich. Daraufhin wird das Steuersignal auf den Eingang 28 des Stellglieds 12 übertragen, worauf der Stellbefehl ausgeführt wird.

Handelt es sich bei der Zeitverzögerungsschaltung 30 um ein Schieberegister, eine Laufzeitleitung oder einen Vergleicher mit Sollwertgeber und Integrator, so ist kein Freigabesignal erforderlich. Das Steuersignal durch­ läuft vielmehr die Schaltung 30 während die Auswerte­ schaltung 18 die Koinzidenz der Signalproben mit den Sollwerten prüft. Die Zeitverzögerung ist dabei so be­ messen, daß sie mindestens so groß ist, wie die für die Prüfung und gegebenenfalls Korrektur benötigte Zeit­ spanne. Nach Abschluß der Prüfung gelangt das Steuer­ signal dann automatisch an den Eingang 28 des Stell­ gliedes 12.

Wird eine Abweichung zwischen den Signalproben und dem Sollwert ermittelt, so erzeugt der Schaltsignalgene­ rator am Ausgang 32 ein Korrektursignal, z. B. in Form eines Rücksetzbefehls, das den Korrektursteuereingang 34 des Rechners 10 zugeführt wird. Das Steuersignal am Ausgang 16 des Rechners 10 wird daraufhin gelöscht. Ist die Zeitverzögerungsschaltung ein Schreib-Lese-Speicher, ein Schieberegister oder eine Laufzeitleitung, so wird auch ein Rücksetzsignal an den Rücksetzeingang 38 ge­ geben, worauf das Steuersignal vor Erreichen des Ein­ gangs 28 gelöscht oder unterdrückt wird.

Ist die Zeitverzögerungsschaltung 30 ein Vergleicher mit einem Sollwertgeber und einem Integrator, so reicht die Löschung des Steuersignals am Ausgang 16 des Rechners 10 aus, die zeitverzögerte Ansteuerung des Eingang 28 des Stellglieds 12 zu verhindern.

Fig. 2 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Zeitverzögerungs­ schaltung 30 und des Stellglieds 12.

Die Zeitverzögerungsschaltung besteht aus einem Soll­ wertgeber 50 einem Integrator 52 und einem Vergleicher 54. Schließlich ist noch ein Differenzierer 74 vorge­ sehen.

Der Sollwertgeber 50 seinerseits besteht aus einem Span­ nungsteiler mit den Widerständen 60 und 62. Diese liegen zwischen einer Referenzspannungsquelle 56 und Bezugs­ potential 58. An einem Teilerabgriff 72 wird der Soll­ wert abgegriffen und dem invertierenden Eingang 70 des als Operationsverstärker 54 ausgeführten Vergleicher zugeführt.

Der Integrator 52 besteht aus einem Tiefpaß aus dem Wider­ stand 66, der zwischen dem Eingang 44 und dem nicht­ invertierenden Eingang 64 des Operationsverstärkers 54 liegt sowie aus einem Kondensator 68 zwischen dem nichtinvertierenden Eingang 64 und der Referenzspannungs­ quelle 56.

Der zusätzlich vorgesehene Differenzierer 74 ist ein Hochpaß, bestehend aus einem Kondensator 78 zwischen dem Ausgang 76 des Operationsverstärkers 54 und dem nichtinvertierenden Eingang 64 und aus einem Wider­ stand 80, welcher zwischen dem nichtinvertierenden Eingang 64 und der Referenzspannungsquelle 56 liegt.

Das Stellglied umfaßt einen Emitterfolger 84, bestehend aus einem Transistor, dessen Kollektor an einer Ver­ sorgungsspannungsquelle 86 angeschaltet ist und dessen Emitter mit dem Ausgang 48 verbunden ist. Die Basis des Emitterfolgers 84 ist mit dem Kollektor einer Trei­ berstufe 82 verbunden. Der Emitter liegt an der Ver­ sorgungsspannungsquelle 86. Die Basis liegt über einen Widerstand 88 ebenfalls an der Versorgungsspannung­ quelle 86 und über einen Widerstand 90 am Eingang 28.

Gelangt auf den Eingang 44 der Verzögerungsschaltung 30 ein erstes Steuersignal in Form eines Potential­ sprungs, so wird über den Widerstand 66 der Konden­ densator 68 aufgeladen. Entsprechend der Zeitkonstanten dieser Widerstand-Kondensator-Kombination wird nach einem bestimmten Zeitraum am nichtinvertierenden Ein­ gang 64 ein solches Potential erreicht, das dem Po­ tential des am Abgriff 72 entnommenen und dem inver­ tierenden Eingang 70 zugeführten entspricht. Nach Überschreiten dieser Schwelle ändert sich das Potential am Ausgang 76 des Operationsverstärkers 54 und eben­ falls am Ausgang 46 der Zeitverzögerungsschaltung 30 in Gestalt eines zweiten Steuersignals.

Da der Ausgang 76 des Operationsverstärkers 54 als offener Kollektor ausgebildet ist, konnte vor Ein­ tritt dieses Ereignisses das Potential an der Basis des Treibers 82 durch den Widerstand 88 auf das Po­ tential der Versorgungsspannungsquelle 86 gezogen werden.

Durch das zweite Steuersignal wird die Basis nun über den Widerstand 90 angesteuert und schaltet den Treiber 82 sowie anschließend den Emitterfolger 84 durch.

Duch den Kondensator 78 des Differenzierers 74 wird bei Potentialwechsel am Ausgang 76 ein gleiches Potential auf den nichtinvertierenden Eingang 64 angelegt. Dieses beschleunigt den Schaltvorgang. Der Widerstand 80 ist so bemessen, daß nach Umschalten noch ein ausreichend langes zweites Steuersignal erzeugt wird, selbst wenn sich das erste Steuersignal aufgrund besonderer Um­ stände ändert.

Ändert sich das Steuersignal am Eingang 44 ehe sein Integral den Sollwert am invertierenden Eingang 70 erreicht hat, so schaltet der Operationsverstärker 54 das Ausgangspotential nicht um. Auf diese Weise wird die Erzeugung eines zweiten Steuersignals und da­ mit die Ansteuerung des Stellgliedes unterdrückt.

Claims (14)

1. Verfahren zur Überwachung rechnergesteuerter Stellglieder, insbesondere für Sicherheitseinrichtungen in Kraftfahrzeugen (z. B. Antiblockiersysteme, air bags oder Gurtstrammer), bestehend aus einem Prozeßrechner und eine von diesem angesteuerten elektronischen Stell­ glied, dadurch gekennzeichnet, daß am Ausgang des Rech­ ners Signalproben eines zur Steuerung des Stellgliedes vorgesehenen Steuersignals entnommen und einer Aus­ werteschaltung zugeführt werden, daß die Signalproben fortlaufend innerhalb vorgegebener Zeitspannen mit Sollwerten verglichen und bei Abweichungen das Aus­ gangssignal des Rechners korrigiert wird, und daß das zur Steuerung vorgesehene Steuersignal nur bei Koin­ zidenz zwischen den Signalproben und den Sollwerten an das Stellglied übermittelt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das zur Steuerung des Stellgliedes vor­ gesehene Steuersignal zwischengespeichert und nach Ablauf der Prüf- und Korrekturzeitspanne bei Koinzi­ denz zwischen den Signalproben und den Sollwerten an das Stellglied übermittelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das zur Steuerung des Stellgliedes vor­ gesehene Steuersignal unter einer um wenigstens den Betrag der Prüf- und Korrekturzeitspanne verlängerten Laufzeit an das Stellglied übermittelt wird und bei Abweichungen der Signalproben von den Sollwerten un­ verzögert unterdrückt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß ein erstes Steuersignal in Form eines Potentialsprungs erzeugt wird, das Steuersignal in­ tegriert und das Integral kontinuierlich mit einem Referenzwert verglichen wird und das bei Erreichen des Referenzwertes ein zweites Steuersignal in Form eines Potentialsprungs erzeugt und direkt an das Stell­ glied übermittelt wird und das zur Unterdrückung des zweiten Steuersignals der Potentialsprung des ersten Steuersignals rückgängig gemacht wird, bevor sein Integral den Referenzwert erreicht hat.

5. Schaltungsanordnung zur Überwachung rechner­ gesteuerter Stellglieder, insbesondere für Sicherheits­ einrichtungen in Kraftfahrzeugen (z. B. Antiblockier­ systeme, air bags oder Gurtstrammer), bestehend aus einem Prozeßrechner (10) und einem von diesem ange­ steuerten elektronischen Stellglied (12) dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine mit dem Ausgang (16) des Rech­ ners (10) verbundene Auswerteschaltung (18) vorgesehen ist, die einen Sollwertgeber (20), einen vom Soll­ wertgeber (29) und dem Prozeßrechner (10) ansteuer­ baren Vergleicher (22) sowie einen von dem Vergleicher (22) angesteuerten Schaltsignalgenerator (24) umfaßt, daß zwischen dem Ausgang (16) des Rechners (10) und dem Steuereingang (28) des Stellgliedes (12) eine Zeit­ verzögerungsschaltung (30) angeordnet ist und daß ein Ausgang (32) der Auswerteschaltung (18) mit einem Kor­ rektursteuereingang (34) des Rechners (10) und/oder mit einem Freigabe- (36) und/oder Rücksetzeingang (38) der Zeitverzögerungsschaltung (30) verbunden ist.

6. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitverzögerungsschaltung ein Schreib-Lesespeicher (30) ist und der Ausgang (32) der Auswerteschaltung (18) mit dem Korrektursteuer­ eingang (34) des Rechners (10) und mit dem Freigabe­ eingang (36) und Rücksetzeingang (38) des Speichers (30) verbunden ist.

7. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die Zeitverzögerungsschaltung ein Schieberegister (30) ist und der Ausgang (32) der Auswerteschaltung (18) mit dem Korrektursteuereingang (34) des Rechners (10) und dem Rücksetzeingang (36) des Schieberegisters (30) verbunden ist.

8. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die Zeitverzögerungsschaltung eine Laufzeitleitung (30) ist und der Ausgang (32) der Auswerteschaltung (18) mit dem Korrektursteuer­ eingang (34) des Rechners (10) und dem Rücksetzein­ gang (36) der Laufzeitleitung (30) verbunden ist.

9. Schaltungsanordnung nach Anspruch 5, da­ durch gekennzeichnet, daß die Zeitverzögerungsschaltung (30) einen Sollwertgeber (50), einen Integrator (52) und einen mit dem Sollwertgeber (50) und dem Inte­ grator (52) verbundenen Vergleicher (54) umfaßt und der Ausgang (32) der Auswerteschaltung (18) mit dem Korrektursteuereingang (34) des Rechners (10) ver­ bunden ist.

10. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9, da­ durch gekennzeichnet, daß der Sollwertgeber (50) ein zwischen einer Referenzspannungsquelle (56) und Be­ zugspotential (58) liegender Spannungsteiler aus zwei in Reihe geschalteten Widerständen (60, 62), daß der Integrator (52) ein in Reihe zwischen dem Eingang (44) der Zeitverzögerungsschaltung (30) und dem einen Ein­ gang (64) des Vergleichers (54) liegender Tiefpaß aus einem Widerstand (66) und einem Kondensator (68) ist, wobei der Kondensator (68) mit einem Anschluß an der Referenzspannungsquelle (56) liegt, und daß der Ver­ gleicher ein Operationsverstärker (54) ist, dessen nichtinvertierender Eingang (64) mit dem Tiefpaß (52) und dessen invertierender Eingang (70) mit dem Teiler­ abgriff (72) des Spannungsteilers (60, 62) verbunden ist.

11. Schaltungsanordnung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Vergleicher (54) einen offenen Kollektorausgang (76) (Open Collektor) aufweist.

12. Schaltungsanordnung nach einem der An­ sprüche 9-11, dadurch gekennzeichnet, daß der Ver­ gleicher (54) eine Mitkopplung über ein Differenzier­ glied (74) aufweist.

13. Schaltungsanordnung nach Anspruch 12, da­ durch gekennzeichnet, daß das Differenzierglied (74) aus einem zwischen dem Ausgang (76) und dem nichtin­ vertierenden Eingang (64) des Vergleichers (54) ange­ ordneten Kondensator (78) und einem zwischen dem nicht­ invertierenden Eingang (64) und der Referenzspannungs­ quelle (56) angeordneten Widerstand (80) besteht.

14. Schaltungsanordnung nach einem der An­ sprüche 5-13, dadurch gekennzeichnet, daß das Stell­ glied (12) ein mit einer komplementären Treiberstufe (82) aufgebauter Emitterfolger (84) ist.