DE4114999A1 - System zur steuerung eines kraftfahrzeuges - Google Patents
System zur steuerung eines kraftfahrzeugesInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein System zur Steuerung eines Kraftfahrzeu
ges gemaß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Ein solches System zur Steuerung eines Kraftfahrzeugs ist aus der
DE-OS-35 31 198 bekannt. Dort wird ein System zur Steuerung einer
Dieselbrennkraftmaschine beschrieben. Dieses System umfaßt einen
Hauptrechner und einen Ersatzrechner. Erkennt eine Überwachungsein
richtung einen Defekt im Hauptrechner, so wird auf den Ersatzrechner
umgeschaltet.
Desweiteren sind Systeme bekannt, bei denen ein erster Mikrorechner
Steuerdaten, die zur Steuerung des Kraftfahrzeuges benötigt werden,
bestimmt. Eine Überwachungseinrichtung überprüft, ob der erste Mik
rorechner korrekt arbeitet. Diese Überwachungseinrichtung kann ent
weder als Mikrorechner oder in der einfachsten Form als festverdrah
teter Baustein ausgeführt sein. Erkennt die Überwachungseinrichtung
einen sicherheitskritischen Betriebszustand, so versetzt die sicher
heitsrelevante Ausgangsgröße über ein entsprechendes Sicherheits
signal in einen sicheren Zustand. Dies bedeutet, daß zum Beispiel
die Kraftstoffeinspritzung unterbunden und/oder die Drosselklappe
geschlossen wird.
Eine solche Überwachungseinrichtung ist zum Beispiel aus der
DE-OS-32 40 707 bekannt. Die dort beschriebende Überwachungseinrich
tung beaufschlagt in regelmäßigen Zeitabständen das Steuergerät mit
einem sogenannten Triggersignal. Ist der Abstand zwischen zwei
Triggerimpulsen größer oder kleiner, als eine in der Überwachungs
einrichtung abgelegte Zeitdauer, so erkennt die Überwachungseinrich
tung auf Fehler und leitet entsprechende Maßnahmen ein. Mit einem
solchen Überwachungskonzept kann im wesentlichen nur ein Totalaus
fall des Rechners erkannt werden. Eine fehlerhafte Signalverarbei
tung erkennt eine solche Watchdog nicht.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, bei einem System zur Über
wachung der Steuerung eines Kraftfahrzeuges der eingangs genannten
Art ein System zur Verfügung zu stellen, das einfacher aufgebaut als
ein System mit zwei Rechnern und gleichzeitig mehr Fehler erfaßt,
als ein System mit Watchdog.
Das beschriebene System zur Überwachung einer Steuereinrichtung eines
Kraftfahrzeugs besitzt den Vorteil, daß es bei einfachem Aufbau ein
hohes Maß an Sicherheit gewährleistet.
Vorteilhafte und zweckmäßige Ausgestaltungen und Weiterbildungen der
Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.
Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung darge
stellten Ausführungsformen erläutert.
So zeigt die Fig. 1 ein grobes Blockdiagramm des erfindungsgemäßen
Systems, die Fig. 2 eine detailliertere Darstellung des Überwa
chungssystems, die Fig. 3 eine Ergänzung des Systems gemäß Fig. 2,
die Fig. 4 und 5 ein Flußdiagramm zur Verdeutlichung der erfin
dungsgemäßen Vorgehensweise, Fig. 6 verschiedene Möglichkeiten der
Kopplung der Überwachungseinrichtung und des Mikrorechners, Fig. 7
ein grobe schematische Darstellung der wesentlichen Elemente, Fig.
8 die wesentlichen Elemente einer weiteren Ausführungsform sowie die
Fig. 9 ein detailliertes Diagramm einer weiteren Ausführungsform.
Dem erfindungsgemäßen System liegt der Grundgedanke zugrunde, daß
ein Mikrorechner und eine Überwachungseinrichtung beide in regel
mäßigen Zeitabständen eine Signalverarbeitung durchführen, wobei die
Überwachungseinrichtung und/oder der Mikrorechner die beiden Ergeb
nisse vergleichen und ausgehend von diesem Vergleich, auf das kor
rekte oder fehlerhafte Arbeiten des Mikrorechners schließen.
Die durchgeführte Berechnung ist vorzugsweise sehr einfach gestal
tet. Es wird also nicht wie bei Parallelrechnersystemen der Mikro
rechner doppelt ausgelegt und von der Überwachungseinrichtung die
gleiche Berechnung wie vom Mikrorechner ausgeführt. Sondern es wird
so vorgegangen, daß sowohl der Mikrorechner als auch die Überwa
chungseinrichtung ausgehend von denselben Daten gemäß einer vorgege
benen Prüffunktion jeweils Ergebnisdaten berechnen.
Diese Ergebnisdaten werden dann verglichen und aufgrund von diesem
Vergleich ein Fehler erkannt. Die zur Berechnung der Ergebnisdaten
verwendete Prüffunktion ist in der Regel sehr einfach gestaltet, sie
erfordert nur eine sehr geringe Rechenzeit.
Fig. 1 zeigt ein grobes Blockdiagramm des erfindungsgemäßen Sy
stems. Mit 1 ist ein Mikrorechner, der auch als erste Einrichtung
bezeichnet wird, dargestellt. Mit 2 ist eine zweite Einrichtung,
auch als Überwachungseinrichtung bezeichnet, gekennzeichnet. Der
Mikrorechner 1 und die Überwachungseinrichtung 2 sind untereinander
mit einer Datenleitung 5 verbunden. Des weiteren steht der Mikro
rechner mit einer Eingangsdatenleitung 6 in Verbindung. Von dieser
Eingangsdatenleitung 6 zweigt eine zweite Eingangsdatenleitung 65
ab, die zur Überwachungseinrichtung 2 führt.
Sowohl der Mikrorechner 1 als auch die Überwachungseinrichtung 2
sind jeweils mit einer unabhängigen Zeitbasis 3 bzw. 4 verbunden.
Der Mikrorechner gibt über die Ansteuerleitung 9 ein Signal an eine
Verknüpfungseinrichtung 98 ab. Der zweite Eingang der Verknüpfungs
einrichtung 98 wird über eine Sicherheitsleitung 8 mit einem Sicher
heitssignal beaufschlagt. Über die Ausgangsleitung 7 wird dann ein
Stellwerk 94 mit einer Ausgangsgröße beaufschlagt.
Bei einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung stehen
sowohl der Mikrorechner 1 als auch die Überwachungseinrichtung 2 mit
einer weiteren Verknüpfungseinrichtung 99 in Verbundung. Diese zwei
te Verknüpfungseinrichtung gibt über eine Notleitung 92 ein Signal
zur Ansteuerung einer Notvorrichtung 93 ab. Vorzugsweise unterbricht
diese Notvorrichtung die Kraftstoffzufuhr.
Das Stellwerk zur Beeinflussung der Leistungsabgabe der Brennkraft
maschine wird üblicherweise von dem Mikrorechner 1 mit Signalen be
aufschlagt, die eine entsprechende Verstellung des Stellwerks bewir
ken. Die zweite Einrichtung überwacht den Mikrorechner auf seine
korrekte Funktion.
Über die Datenleitung S tauschen der Mikrorechner 1 und die Über
wachungseinrichtung 2 Informationen aus. Vorzugsweise sind dies
impulsförmig kodierte Daten in serieller oder paralleler Form. Die
Übertragung kann entweder nur in einer Richtung vorzugsweise vom
Mikrorechner zur Überwachungseinrichtung oder in beide Richtungen
erfolgen.
Der Mikrorechner berechnet ausgehend von den über die Eingangsdaten
leitung 6 zugeführten Daten bezüglich verschiedener Betriebszustände
Ausgangsgrößen zur Steuerung des Stellwerks der Brennkraftmaschine.
Bei besonders sicherheitsrelevanten Ausgangsgrößen muß die richtige
Funktionsweise des Mikrorechners 1 durch die Überwachungseinrichtung
2 überprüft werden. Solche sicherheitsrelevanten Ausgangsgrößen bzw.
Stellwerke, sind zum Beispiel die Kraftstoffzumessung, insbesondere
bei Dieselbrennkraftmaschinen, die Drosselklappenstellung bei fremd
gezündeten Brennkraftmaschinen, Eingriffe auf die Lenkung, die Brem
sen sowie alle Größen, die das Fahrverhalten der Brennkraftmaschine
beeinflussen.
Erkennt die Überwachungseinrichtung einen sicherheitskritischen Be
triebszustand, so erzeugt sie ein Sicherheitssignal, das über die
Sicherheitsleitung 8 an die Verknüpfungseinrichtung 98 geleitet
wird. Die Verknüpfungseinrichtung 98 leitet dann Notfahrmaßnahmen
ein. Diese sehen vor, daß bei Vorliegen eines sicherheitskritischen
Zustandes, die Ausgangsgröße zur Ansteuerung des Stellwerks in einen
solchen Wertebereich liegt, daß keine gefährlichen Betriebskenn
größen auftreten. So kann zum Beispiel bei der Steuerung der Kraft
stoffzufuhr vorgesehen werden, daß die einzuspritzende Kraftstoff
menge auf einen maximal zulässigen Höchstwert begrenzt wird.
In Fig. 2 ist eine Realisierung der Überwachungseinrichtung de
taillierter ausgeführt. Elemente, die schon in Fig. 1 enthalten
sind, werden mit entsprechenden Bezugszeichen bezeichnet. Über eine
Lesesteuerleitung 52 ist der Mikrorechner 1 mit einem ersten Zwi
schenspeicher 11 und einer Zeitablaufsteuerung 16 der Überwachungs
einrichtung 2 verbunden.
Über eine erste Datenleitung 51 gelangen die Daten des Zwischen
speichers 11 zum Mikrorechner 1. Die Daten des ersten Zwischenspei
chers werden aus einem freilaufenden Zähler 10 ausgelesen, der mit
der Zeitbasis 4 verbunden ist. Des weiteren ist der Zähler 10 mit
der Zeitablaufsteuerung 16 verbunden. Der erste Zwischenspeicher 11
steht ferner über einen Inverter 14 mit, einem zweiten Zwischenspei
cher 132 in Verbindung. Über eine Schreibsteuerleitung 53 ist der
Mikrorechner mit dem zweiten Zwischenspeicher 132, einem dritten
Zwischenspeicher 131 sowie mit der Zeitablaufsteuerung 16 verbunden.
Über eine zweite Datenleitung 54 beaufschlagt der Mikrorechner den
dritten Zwischenspeicher 131 mit Daten.
Ein Vergleicher 15 ist mit dem zweiten Zwischenspeicher 132 und dem
dritten Zwischenspeicher 131 verbunden. Die Ausgänge des Verglei
chers 15 und der Zeitablaufsteuerung 16 beaufschlagen eine Verknüp
fungseinrichtung 17 mit Signalen. Deren Ausgangssignal stellt das
Sicherheitssignal bereit, mit dem dann die Verknüpfungseinrichtung
98 zur Bildung der Ausgangsgröße zur Ansteuerung des Stellwerks
beaufschlagt wird.
Die Funktionsweise dieser Überwachungseinrichtung ist nun wie folgt.
Der Mikrorechner gibt über die Lesesteuerleitung 52 einen Lesebefehl
an den ersten Zwischenspeicher 11. Daraufhin wird über die Daten
leitung 51 der Inhalt des Zwischenspeichers 11 in den Mikrorechner
eingelesen. Der Inhalt des ersten Zwischenspeichers 11 entspricht
dem Inhalt des freilaufenden Zählers 10. Dieser Zähler 10 zählt die
von der Zeitbasis 4 abgegebenen Impulse. Der Mikrorechner invertiert
die aus dem ersten Zwischenspeicher 11 ausgelesenen Daten. Dies be
deutet er berechnet den inversen Wert. Bei digitalen Signalen bedeu
tet dies, daß alle logischen Werte invertiert werden.
Über die Schreibsteuerleitung 53 wird der dritte Zwischenspeicher
131 dahingehend aktiviert, daß der Mikrorechner in den dritten
Zwischenspeicher 131 den vom Hauptrechner invertierten Zählerstand
einliest. Der vom Mikrorechner gelesene Zählerstand wird beim Lese
vorgang in den ersten Zwischenspeicher 11 abgelegt, während des
Schreibvorgangs wird der Speicherinhalt im Inverter 14 in seine
inverse Form übergeführt und im zweiten Zwischenspeicher 132 abge
legt.
Im zweiten Zwischenspeicher 132 steht also der in der Überwachungs
einrichtung direkt invertierte Wert. In dem dritten Zwischenspeicher
103 steht der von dem Mikrorechner invertierte Wert. Diese beiden
Werte werden in dem Vergleicher 15 verglichen. Stimmen die beiden
Werte nicht überein, so werden Notfahrmaßnahmen eingeleitet. Hierzu
nimmt das Sicherheitssignal einen solchen Wert an, daß das sicher
heitsrelevante Ausgangssignal in den sicheren Betriebszustand ver
setzt wird. Vorzugsweise wird die Brennkraftmaschine ausgeschaltet.
Die Zeitablaufsteuerung 16 greift über eine weitere Verknüpfungsein
richtung 17 in das Sicherheitssignal ein. Die Zeitablaufsteuerung 16
überwacht, ob das Lesesteuersignal periodisch angelegt wird und ob
zwischen dem Anlegen des Lesesteuersignals und dem nachfolgenden
Schreibsteuersignal eine bestimmte Maximalzeit nicht überschritten
wird. Ist dies der Fall, so wird ebenfalls ein entsprechendes Signal
abgegeben.
Besonders vorteilhaft können bei dem Ausführungsbeispiel auch die
Funktionen der Überwachungseinrichtung und des Mikrorechners ver
tauscht werden. Dies bedeutet zum Beispiel, daß der Zähler sich in
dem Mikrorechner befindet und die Überwachungseinrichtung den Zäh
lerstand vom Mikrorechner übernimmt. Ferner kann auch der Verglei
cher 15 im Mikrorechner enthalten sein. Wesentlich ist nur, daß
sowohl der Mikrorechner als auch die Überwachungseinrichtung die
gleichen Daten verarbeiten (invertieren) und der Mikrorechner
und/oder die Überwachungseinrichtung die beiden Ergebnisse ver
gleicht. Weichen die beiden Ergebnisse voneinander ab und/oder steht
das Ergebnis nicht innerhalb einer vorgegebenen Zeitspanne bereit,
so wird auf einen fehlerhaften Betriebszustand erkannt.
Mit einer weiteren Ausgestaltung des Ausführungsbeispiels ist es
möglich, auch die Überwachungseinrichtung auf Fehlfunktion zu über
prüfen. Dabei wird wie folgt vorgegangen. Der Mikrorechner gibt
gelegentlich ein falsches Ergebnis aus bzw. er überschreitet die
vorgegebene Zeitgrenze. Dies hat zur Folge, daß die Überwachungsein
richtung einen Fehler erkennt. Die Fehlermeldung der Überwachungseinrichtung
wird über die Datenleitung 5 zum Hauptrechner übertra
gen. Der Mikrorechner überprüft, ob die Fehlermeldung auftritt.
Damit innerhalb des Gesamtsystems keine ungewollte Beeinflussung der
Ausgangsgrößen erfolgt, wird das Sicherheitssignal erst nach einer
zusätzlichen Verzögerungszeit wirksam, wenn der Mikrorechner das
Ergebnis nicht innerhalb der Verzögerungszeit korrigiert.
Hierzu ist erforderlich, daß die Einrichtung gemäß der Fig. 2 um
die Einrichtung gemäß der Fig. 3 ergänzt wird. Das Ausgangssignal
der Verknüpfungseinrichtung 17 wird zum einen einem Verzögerungs
glied 18, einem logischen Element 20 und dem Mikrorechner 1 zugelei
tet. Das logische Element verknüpft das Ausgangssignal des Verzöge
rungsglieds 18 und das Ausgangssignal der Verknüpfungseinrichtung
17. Dadurch, daß das Sicherheitssignal zum Mikrorechner zurückge
führt wird, hat dieser die Möglichkeit, zu kontrollieren, ob die
Überwachungseinrichtung korrekt arbeitet. Gibt der Mikrorechner be
wußt ein fehlerhaftes Signal über die Datenverbindung 54 ab, so muß
das Sicherheitssignal einen Fehlerzustand signalisieren. Das Verzö
gerungsglied 18 stellt sicher, daß am zweiten Eingang des logischen
Elements 20 erst nach einer bestimmten Verzögerungszeit ein Feh
lersignal anliegt. Am Ausgang des logischen Elements liegt erst dann
ein Sicherheitssignal an, wenn das Ausgangssignal der Verknüpfungs
einrichtung 17 längere Zeit einen Fehler anzeigt. Dadurch wird be
wirkt, daß ein kurzzeitiges Ansprechen der Überwachungseinrichtung
nicht zu einer Fehlermeldung und damit zu einer Reduktion der Lei
stung der Brennkraftmaschine führt. Erst wenn das Signal längere
Zeit anliegt und sicher davon ausgegangen werden kann, daß der
Mikrorechner nicht bewußt ein fehlerhaftes Signal abgegeben hat,
wird ein entsprechendes Sicherheitssignal abgegeben.
In Fig. 4 ist die erfindungsgemäße Vorgehensweise anhand eines
Flußdiagrammes verdeutlicht. In Schritt 400 wird ein zweiter Zeit
zähler T2 und im Schritt 405 ein erster Zeitzähler T1 auf Null ge
setzt. In Schritt 410 erfolgt eine Erhöhung des ersten Zeitzählers
T1. Erkennt die Abfrage 420, daß eine vorgegebene Zeitschwelle TS
noch nicht überschritten wird, so wird der Schritt 410 wiederholt.
Dies geschieht solange, bis der Zeitzähler den Schwellwert über
schreitet. Ist eine vorgegebene Zeitschwelle überschritten, so liest
der Mikrorechner im Schritt 430 aus dem Zähler 10 der Überwachungs
einrichtung den aktuellen Zählerstand Z aus.
Im abschließenden Schritt 440 bildet der Mikrorechner und die Über
wachungseinrichtung 2 die invertierten Werte Z1 und Z2. Bei einem
digitalen Signal sieht eine einfache Realisierung vor, daß die Nul
len durch Einsen und die Einsen durch Nullen ersetzt werden. Diese
Invertierung findet in dem Mikrorechner und der Überwachungseinrichtung
gleichzeitig statt. Im Schritt 450 überprüft der Vergleicher
15, ob die beiden invertierten Werte übereinstimmen.
Anstelle eines Vergleichs kann auch lediglich ein Wert im Mikrorech
ner invertiert werden. Werden dann anschließend der invertierte und
der ursprüngliche Wert addiert, so muß sich ein Additionsergebnis
ergeben, das nur Einsen enthält. Erkennt die Anfrage 450, daß die
Werte gleich sind, so startet mit dem Schritt 405 ein neuer Pro
grammdurchlauf, in dem der erste Zeitzähler T1 wieder zurückgesetzt
wird. Erkennt die Anfrage 450 dagegen daß die Werte ungleich sind,
so bedeutet dies, daß der Mikrorechner fehlerhaft arbeitet. Im ein
fachsten Fall wird daher im Schritt 480 ein Fehlersignal ausgegeben.
Dies ist gestrichelt dargestellt.
Eine vorteilhafte Weiterbildung sieht vor, daß im Schritt 460 der
zweite Zeitzähler erhöht wird. Erst wenn die zweite Abfrageeinheit
470 erkennt, daß der zweite Zeitzähler T2 größer als ein Schwellwert
S ist, wird ein Fehler ausgegeben. Ist dieser Schwellwert noch nicht
erreicht, so setzt das Programm mit dem Schritt 410 in dem der erste
Zeitzähler erhöht wird, fort. Durch diese Vorgehensweise wird ge
währleistet, daß nur dann auf Fehler erkannt wird, wenn die Anfrage
einheit 450 mehrmals eine Unplausibilität der Signale erkennt. Hier
durch können einmalig auftretende Fehler unterbunden werden.
Eine weitere Ausgestaltung sieht folgende Vorgehensweise vor. Die
Überwachungseinrichtung 2 gibt zu einem vorgegebenen Zeitpunkt Daten
in Form eines Prüfwerts an den Mikrorechner 1 ab. Der Mikrorechner
bearbeitet diesen Prüfwert entsprechend wenigstens einer vorgegebe
nen Prüffunktion. Parallel hierzu bearbeitet die Überwachungsein
richtung den Prüfwert mit einer entsprechenden Prüffunktion. Die
Überwachungseinrichtung gibt einen Zeitbereich zwischen TMIN und
TMAX vor, innerhalb von dem der Mikrorechner der Überwachungsein
richtung ein Ergebnis übermitteln muß. Trift innerhalb dieser vorge
gebenen Zeitgrenzen das Ergebnis nicht oder falsch ein, so erkennt
die Überwachungseinrichtung auf Fehler.
Empfängt die Überwachungseinrichtung das Ergebnis vom Mikrorechner,
so gibt sie wieder ein neuen Prüfwert an den Mikrorechner ab. Beson
ders vorteilhaft werden die Prüfwerte durch eine Zufallsauswahl
ermittelt. Hierzu zählt ein unabhängiger Zähler laufend von Null bis
zu einem Endwert bzw. von einem Endwert auf Null. Zu vorgegebenen
Zeitpunkten wird der Zählerstand des freilaufenden Zählers ausgele
sen und als Prüfwert verwendet. Solche bevorzugten Zeitpunkte sind
gegeben, wenn die Überwachungseinrichtung Daten vom Mikrorechner
übermittelt bekommt oder wenn die Überwachungseinrichtung die kor
rekte Funktion des Mikrorechners erkannt hat.
Besonders vorteilhaft wird für den Zähler ein 4-Bit Zähler mit einer
Frequenz von einem MHz gewählt. So können 16 unterschiedliche Prüf
werte vorgegeben werden. Erhält die Überwachungseinrichtung den
Ergebniswert übermittelt, so wird der Zählerstand ausgelesen und als
neuer Prüfwert an den Mikrorechner übergeben. Ein neuer Prüfwert
wird immer dann gebildet, wenn die Überwachungseinrichtung den Er
gebniswert übermittelt bekommt oder wenn die Überwachungseinrichtung
das korrekte Arbeiten des Mikrorechners erkannt hat. Die Zufallsaus
wahl der Prüfwerte erfolgt dadurch, daß der jeweilige Zählerstand
bei einem definierten Zeitpunkt als neuer Prüfwert verwendet wird.
Der neue Prüfwert hängt vom Auftreten des alten Ergebniswerts ab.
Der definierte Zeitpunkt liegt vorzugsweise zwischen dem Einlesen
des Ergebniswerts oder dem Erkennen der korrekten Funktion des
Mikrorechners.
Zur Verdeutlichung dieses Verfahrens sei noch auf das Flußdiagramm
Fig. 5a verwiesen. In der linken Hälfte ist der Ablauf des Pro
gramms in der Überwachungseinrichtung und in der rechten Hälfte das
Programm in dem Mikrorechner aufgezeigt. Im Schritt 500 startet das
Programm in der Überwachungseinrichtung damit, daß der Zählerstand
eines Zählers ausgelesen wird. Dieser Zählerstand wird als Prüfwert
X verwendet.
Im Schritt 505 wird der Prüfwert an den Mikrorechner übergeben. An
schließend gibt die Überwachungseinrichtung im Schritt 510 eine
untere Zeitschranke TMIN und eine obere Zeitschranke TMAX vor. Im
Schritt 515 wird aus einem Prüfwert X gemäß der Prüffunktion F ein
Ergebniswert Y berechnet. Im Schritt 535 erhält der Mikrorechner den
Prüfwert X übermittelt. Im Laufe des üblichen Programmablaufs zur
Berechnung der Steuerdaten sind einzelne Berechnungsschritte einge
fügt, in denen der Ergebniswert Y1 gemäß der Figur F ausgehend von
dem Prüfwert X berechnet wird. Diese Berechnungen sind in dem
Schritt 540 zusammengefaßt.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn jedem Funktionsblock des Mikro
rechners eine Prüffunktion zugeordnet ist. Im Schritt 545 wird das
Ergebnis Y1 der Überwachungseinrichtung übergeben. Diese erfaßt den
Wert im Schritt 520. Der Abfrageblock 525 überprüft, ob das von der
Überwachungseinrichtung vorgegebene Ergebnis Y mit dem von dem
Mikrorechner bestimmten Ergebnis Y1 übereinstimmt. Ist dies nicht
der Fall, so erkennt der Block 550 auf Fehler. Ist das Ergebnis kor
rekt, so überprüft die Zeitabfrage 530, ob das Ergebnis in dem vor
definierten Zeitintervall zwischen TMIN und TMAX eingegangen ist.
Trifft dies ebenfalls zu, so wird in Schritt 500 ein neuer Zähler
stand als Prüfwert ausgelesen.
Auch hier kann vorgesehen werden, daß der Mikrorechner in vorgege
benen Zeitabständen falsche Ergebniswerte an die Überwachungsein
richtung abgibt um deren Funktionsfähigkeit zu überwachen.
Die Prüffunktion wird wohl während des üblichen Steuerprogramms ab
gearbeitet. Die Prüffunktion wird aber nicht zur Berechnung der
Steuerdaten benötigt. Die Berechnung der Prüffunktion ist so auf die
einzelnen Komponenten des Mikrorechners und seiner peripheren Bau
gruppen aufgeteilt, daß auch externe Bauteile wie Speicher und der
Daten- und Adressbus überprüft werden können.
Um eine besonders aussagekräftige Überwachung durchführen zu können,
wird folgendes Verfahren angewandt. Betrachtet man die Menge der
sicherheitsrelevanten Funktion, die durch die Überwachungseinrich
tung überwacht werden sollen, so kann der zeitliche Funktionsablauf
als gerichteter zyklenfreier Graph dargestellt werden. Ein Beispiel
für einen solchen Graph ist in Fig. 5b dargestellt. Am Startknoten
S des Graphen wird der Prüfwert der Überwachungseinrichtung einge
speist, am Zielknoten Z soll das Ergebnis an die Überwachungsein
richtung geliefert werden.
Jeder Knoten hat eine Menge von Kanten, die zu ihm hinführen, jede
dieser Kanten liefert eine Eingangsgröße. Der Knoten berechnet aus
gehend von der Eingangsgrößen gemäß einer Funktion F1, F2, . . . F6
die Ausgangsgröße, der an alle, direkt erreichbaren Knoten weiter
geleitet wird. Der Zielknoten erhält ebenfalls eine Menge von Ein
gängen. Ist der Funktionsablauf fehlerfrei, so liefert der Zielkno
ten das Ergebnis an die Überwachungseinrichtung. Parallele Pfade im
Grapfen stellen den parallelen Ablauf des Programms dar, sequentiel
le Pfade stellen den seriellen Ablauf des Programms dar.
Die Berechnung der Steuergrößen im Mikrorechner erfolgt ebenfalls
gemäß eines solchen Graphen. Der zur Berechnung der Steuergrößen
verwendete Grapf hat die gleiche Struktur, das heißt er besitzt die
gleiche Knoten und Kanten mit gleicher Anordnung. Die Berechnung des
Ergebisses erfolgt gemäß anderen Funktionen. Jeder Funktion zur Be
rechnung der Steuergröße ist eine Prüffunktion zugeordnet die wäh
rend, vor oder nach der Steuerfunktion abgearbeitet wird. Bei geeig
neter Wahl der einzelnen Prüffunktionen F1, F2, . . . F6 kann auch ein
Ausfall einer Teilfunktion des Mikrorechners zuverlässig erkannt
werden. In der Überwachungseinrichtung erfolgt die Berechnung des
Ergebnisses ebenfalls mit diesem Graph und der Prüffunktionen. Wenn
der Mikrorechner korrekt arbeitet stimmen diese beiden Ergebnisse
überein.
Der Mikrorechner 1 und die Überwachungseinrichtung 2 können auf ver
schiedene Arten miteinander verbunden sein. Drei verschiedene Mög
lichkeiten der Kopplung der Überwachungseinrichtung und des Mikro
rechners sind in Fig. 6 dargestellt.
Die verschiedenen Komponenten wie ein Speicherbaustein 50, ein
Gate-Array 40 und der Mikrorechner 1 sind über einen Daten-/Adress
bus untereinander verbunden. Bei dem Gate-Array handelt es sich um
einen integrierten elektronischen Schaltkreis mit dem sich verschie
dene logische Schaltungen realisieren lassen. Das Gate-Array wird
vorzugsweise zu Adressdekodierung und zur reduntanten Signalerfas
sung eingesetzt. Bei der Variante gemäß Fig. 6a ist die Überwa
chungseinrichtung 2 über eine serielle Schnittstelle 45 direkt mit
dem Mikrorechner gekoppelt. Diese Anordnung bietet den Vorteil, daß
bei der Überprüfung der Daten-/Adressbus nicht benutzt wird.
Bei der Variante gemäß Fig. 6b ist die Überwachungseinrichtung
ebenfalls mit dem Daten-/Adressbus verbunden und tauscht über diesen
die Daten mit dem Mikrorechner aus. Hieraus ergibt sich der Vorteil,
daß keine langsame mit hohem Hardwareaufwand behaftete serielle
Schnittstelle erforderlich ist. Auch ist keine zusätzliche serielle
Schnittstelle am Mikrorechner erforderlich.
Bei einer weiteren Variante gemäß Fig. 6c bilden Gate-Array und
Überwachungseinrichtung 1 eine bauliche Einheit. Hieraus ergibt sich
gegenüber der Variante gemäß Fig. 6b der zusätzliche Vorteil, daß
die Ausfallrate reduziert wird, da die Zahl der Bauteile geringer
ist.
In Fig. 7 sind grob schematisch wesentliche Elemente der erfin
dungsgemäßen Einrichtung dargestellt. Wie in Fig. 7a dargestellt,
steht der Mikrorechner über je eine Leitung mit der Überwachungsein
richtung 2 der Notvorrichtung 93 in Verbindung. Die Überwachungsein
richtung 2 ist mit zwei Leitungen mit einer Verknüpfungseinrichtung
98 verbunden, die über die Ausgangsleitung 7 das Stellwerk 94 mit
der Ausgangsgröße beaufschlagt.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ermitteln der Mikrorechner und die
Überwachungseinrichtung zeitabhängig welcher Programmschritt vom
Mikrorechner gerade abgearbeitet wird. Der Mikrorechner gibt die
Ausgangsgröße an die Überwachungseinrichtung, die diese direkt an
die Verknüpfungseinrichtung 98 weiterleitet. Erkennt die Überwa
chungseinrichtung 2, daß der Mikrorechner nicht korrekt arbeitet, so
gibt sie ein entsprechendes Signal, daß ein Fehlerzustand vorliegt
an die Verknüpfungseinrichtung 98 ab. Liegt dieser Signal vor, so
werden Notfahrmaßnahmen eingeleitet. Über die Notvorrichtung kann
der Mikrorechner unabhängig von den übrigen Komponenten eine Ab
schaltung der Brennkraftmaschine veranlassen. Die Notvorrichtung
unterbindet vorzugsweise die Kraftstoffzufuhr.
Die Einrichtung gemäß Fig. 7b unterscheidet sich von der gemäß Fig. 7a
darin, daß hier in die Ausgangsleitung 8 der Überwachungseinrichtung
2, die mögliche Fehlerzustände an die Verknüpfungseinrichtung über
mittelt, eine Zähleinrichtung 97 eingeschaltet ist. Dieser Zähler 97
zählt wie oft ein Fehlerzustand auftritt. Die Zähleinrichtung gibt
das Signal bezüglich des Fehlerzustandes erst dann weiter, wenn ein
vorgegebener Zahlerstand erreicht ist.
Notfahrmaßnahmen werden erst eingeleitet, wenn die Überwachungsein
richtung mehrmals einen Fehlerzustand der ersten Einrichtung erkannt
hat.
Die Ausführungsform gemäß Fig. 7c unterscheidet sich von der Aus
führungsform gemäß Fig. 7b darin, daß der Zähler 97 in die Über
wachungseinrichtung integriert ist, und mit dieser eine bauliche
Einheit bildet.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel sieht vor, daß der Mikrorechner der
Überwachungseinrichtung in vordefinierten Zeitabständen bestimmte
Daten zum Beispiel die aktuelle Stellung des Programmzählers über
mittelt. Die Überwachungseinrichtung überprüft, ob die Daten mit
vorgegebenen Solldaten übereinstimmen, und ob sie zum vorgegebenen
Zeitpunkt vorliegen.
Die Solldaten und die Zeitpunkte können in der Überwachungseinrich
tung entweder fest vorgegeben sein, oder während einer sogenannten
Grundinitialisierung von dem Mikrorechner vorbelegt werden. Des wei
teren können ereignisorientierte Aktionen überwacht werden, wenn die
Überwachungseinrichtung Informationen zugeführt werden, die diese
Ereignisse kennzeichnen, und der Zeitabstand auf das entsprechende
Ereignis bezogen ist. Dies bedeutet, daß der Mikrorechner abhängig
von einem Programmzähler bestimmte Funktionen ausübt. Die Überwa
chungseinrichtung überprüft, ob der Mikrorechner zum richtigen Zeit
punkt die richtige Funktion abarbeitet und ob er die Funktion inner
halb einer vorgegebenen Zeit abgearbeitet ist.
In einem Speicher 72 der Überwachungseinrichtung ist wie in Fig. 8
dargestellt, eine Tabelle mit Solldaten und zugehörigen Zeitdauern
abgelegt. Der Mikrorechner muß zu dem im Speicher abgelegten Zeit
punkt über die Datenverbindung 54 Testdaten in die Überwachungsein
richtung einschreiben. Die Soll- und Testdaten werden in einem Ver
gleicher 21 miteinander verglichen. Ein Zeitgeber 22 überwacht den
Zeitpunkt des Auftretens der Testdaten. Der Zeitgeber überprüft, ob
die Testdaten innerhalb eines bestimmten Zeitraums auftreten. Treten
die Daten früher oder später auf, so deutet dies auf einen Fehler
zustand hin.
Stimmen die Testdaten nicht mit den Solldaten überein und/oder wird
die Zeitdauer überschritten oder unterschritten, so gibt die Überwachungsschaltung
23 ein entsprechendes Sicherheitssignal über die
Sicherheitsleitung 8 ab. Stimmen die Daten überein, so wird im
Speicher der nächste Wert abgearbeitet. Der Speicher ist vorzugswei
se als RAM-Speicher realisiert, der durch einen als Ringzähler auf
gebauten Zähler 74 adressiert und beim Einschalten durch den Mikro
rechner initialisiert wird. Legt man in den Speicher zum Beispiel
die Programmzählerstände des Mikrorechners an bestimmten Punkten
eines Steuerprogramms sowie Maximalwerte für die zugehörigen Pro
grammlaufzeiten zwischen diesen Punkten ab, so kann man durch die
Überwachungseinrichtung den Programmablauf kontrollieren. In diesem
Fall ist in der linken Spalte die maximal erlaubt Rechenzeit und in
der rechten Spalte der entsprechende Programmbefehl abgelegt. Ent
sprechend können auch ereignisgesteuerte Abläufe überwacht werden.
In diesem Fall wird überprüft, ob nach einem bestimmten Ereignis
innerhalb einer vorgegeben Zeitdauer ein weiteres Ereignis auftritt.
So muß zum Beispiel bei Auftreten eines Flankenwechsels des Dreh
zahlsignals innerhalb einer bestimmten Zeitdauer ein erneuter Flan
kenwechsel registriert werden.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel sieht vor, daß besonders sicher
heitsrelevante Eingangssignale, wie zum Beispiel das Drehzahlgeber
signal im Mikrorechner und der Überwachungseinrichtung parallel zu
geführt und unabhängig voneinander erfaßt werden. Dem Mikrorechner
und der Überwachungseinrichtung werden die Ausgangssignale eines
oder mehrerer Sensoren als erste Daten zugeführt. Die von dem Mikro
rechner und der Überwachungseinrichtung erfaßten Daten werden dann
verglichen. Hierzu wird vorzugsweise der von der Überwachungsein
richtung erfaßte Wert dem Mikrorechner zugeführt und dort weiterver
arbeitet.
Eine weitere Verbesserung eines solchen Systems ergibt sich dadurch,
daß nicht ein Sensor, sondern zwei Sensoren verwendet werden, wobei
der eigentliche Drehzahlgeber dem Mikrorechner und der Hilfsdreh
zahlgeber der Überwachungseinrichtung zugeordnet werden können.
Dabei kann zusätzlich vorgesehen werden, daß die Überwachungsein
richtung und/oder der Mikrorechner eine Grenzwertüberwachung vor
nimmt und dabei das Vorliegen eines außerhalb des/der Grenzwerte
liegenden Meßwertes überprüft.
Zur Realisierung eines solchen Systems sei auf die Fig. 9 verwie
sen. Über eine Leitung 61 stehen der Mikrorechner 1 und die Über
wachungseinrichtung 2 mit einem nicht dargestellten Sensor in Ver
bindung. Das Gebersignal gelangt jeweils zu einer Periodendauermes
sung und/oder Frequenzmessung 24 bzw. 25, die mit den Zeitbasen 3
bzw. 4 in Verbindung stehen. Die Überwachungseinrichtung ist über
eine Leitung 51 mit dem Mikrorechner verbunden. Die Periodendauer
messung 25 und die Leitung 51 führen zu einer Vergleichseinheit 26.
Das Ausgangssignal der Vergleichseinheit 26 gelangt zu einem Sperr
glied 27. An dessen zweitem Eingang die Stellgröße anliegt.
Die Periodendauermessung 24 der Überwachungseinrichtung 2 gibt ihr
Ausgangssignal über die Leitung 51 an den Mikrorechner und an einen
Grenzwertvergleicher 28. Dieser steht mit zwei Zwischenspeichern 29
und 30 in Verbindung. Diese stehen über die Verbindung 54 mit dem
Mikrorechner in Kontakt.
Das Gebersignal gelangt über die Leitung 61 sowohl zum Mikrorechner
als auch zu der Überwachungseinrichtung. Dort werden sie jeweils
durch die Periodendauermessung und/oder Frequenzmessung 24 bzw. 25
mittels der Zeitbasen 3 bzw. 4 erfaßt. Das Meßergebnis der Über
wachungseinrichtung wird über die Verbindung 51 an den Mikrorechner
übertragen und in der Vergleichseinheit 26 mit dem Meßergebnis des
Mikrorechners verglichen. Bei Nichtübereinstimmung wird das sicher
heitsrelevante Ausgangssignal über das Sperrglied 27 gesperrt.
Innerhalb der Überwachungseinheit wird das Meßergebnis der Perioden
dauermessung 24 in dem Grenzwertvergleicher 28 mit einem oberen
Grenzwert MAX und einem unteren Grenzwert MIN verglichen. Liegt das
Meßergebnis nicht innerhalb dieser Grenzwerte, so wird das sicher
heitsrelevante Ausgangssignal über das Sicherheitssignal gesperrt.
Die Grenzwerte MAX bzw. MIN, die in den Zwischenspeichern 29 und 30
abgelegt sind, können vom Mikrorechner über die Verbindung 54 belie
big vorgegeben werden.
Claims (18)
1. System zur Steuerung eines Kraftfahrzeugs, mit einer ersten Ein
richtung zur Bestimmung von zur Steuerung des Kraftfahrzeuges beno
tigter Steuerdaten, mit einer zweiten Einrichtung zur Überwachung
der ersten Einrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Ein
richtung ausgehend von ersten Daten zweite Daten gemäß einer Prüf
funktion ermittelt und die zweite Einrichtung ausgehend von den
ersten Daten dritte Daten gemäß der Prüffunktion ermittelt, wobei
die erste und/oder die zweite Einrichtung abhängig von dem Vergleich
zwischen den zweiten Daten und den dritten Daten einen sicherheits
relevanten Fehlerzustand erkennt.
2. System zur Steuerung eines Kraftfahrzeuges nach Anspruch 1, da
durch gekennzeichnet, daß die erste und die zweite Einrichtung aus
gehend von den ersten Daten jeweils die zweiten und dritten Daten
ermittelt und daß die erste und/oder die zweite Einrichtung einen
Fehlerzustand erkennt, wenn die zweiten und dritten Daten nicht
übereinstimmen und/oder nicht zu einem vorgegebenen Zeitpunkt zur
Verfügung stehen.
3. System zur Steuerung eines Kraftfahrzeuges nach einem der vorher
gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Daten
durch den Wert eines Zählers in der ersten oder in der zweiten Ein
richtung definiert werden.
4. System zur Steuerung eines Kraftfahrzeuges nach einem der vorher
gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und/oder
die zweite Einrichtung jeweils den invertierten Wert der ersten
Daten bildet.
5. System zur Steuerung eines Kraftfahrzeuges nach einem der vorher
gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Einrich
tung von Zeit zu Zeit fehlerhafte zweite Daten vorgibt um die zweite
Einrichtung zu überprüfen.
6. System zur Steuerung eines Kraftfahrzeuges nach der vorhergehen
den Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Einrichtung zu
vorgegebenen Zeitpunkten bestimmte Daten an die zweite Einrichtung
übermittelt, und daß die zweite Einrichtung die Daten auf den rich
tigen Wert und den korrekten zeitlichen Abstand kontrolliert.
7. System zur Steuerung eines Kraftfahrzeuges nach Anspruch 6, da
durch gekennzeichnet, daß die ersten Daten die aktuelle Stellung des
Programmzählers angeben.
8. System zur Steuerung eines Kraftfahrzeuges nach einem der vorher
gehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Einrich
tung und die zweite Einrichtung mit einem Sensor zur Erfassung von
sicherheitsrelevanten Daten verbunden ist.
9. System zur Steuerung eines Kraftfahrzeuges nach Anspruch 8, da
durch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Sensoren zur Erfassung von
sicherheitsrelevanten Signalen vorgesehen sind, und daß die erste
Einrichtung und die zweite Einrichtung mit jeweils einem Sensor ver
bunden sind.
10. System zur Steuerung eines Kraftfahrzeuges nach einem der An
sprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß einer der beiden Sen
soren ein redundantes Signal erfaßt.
11. System zur Steuerung eines Kraftfahrzeuges nach wenigstens einem
der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Ein
richtung und/oder die zweite Einrichtung die Ausgangssignale der
Sensoren erfassen und die erste Einrichtung und/oder die zweite Ein
richtung die Signale der beiden Sensoren vergleicht, und bei einer
Abweichung auf Fehler erkannt wird.
12. System zur Steuerung eines Kraftfahrzeuges nach wenigstens einem
der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die erste
und/oder die zweite Einrichtung die Signale der Sensoren dahingehend
überwacht, ob sie in einem vorgegebenen Bereich liegen.
13. System zur Steuerung eines Kraftfahrzeuges nach einem der vor
hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Daten
gemäß einer Zufallsauswahl vorgegeben werden.
14. System zur Steuerung eines Kraftfahrzeuges nach Anspruch 13, da
durch gekennzeichnet, daß der Zählerstand eines Zählers ausgelesen
wird, wenn die erste Einrichtung die zweiten Daten an die zweite
Einrichtung übermittelt und daß dieser Zählerstand als erste Daten
verwendet werden.
15. System zur Steuerung eines Kraftfahrzeuges nach einem der vor
hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste und die
zweite Einrichtung über eine serielle Schnittstelle oder einen Da
ten-/Adressbus miteinander Daten austauschen.
16. System zur Steuerung eines Kraftfahrzeuges nach einem der vor
hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Ein
richtung mit einem Gate-Array eine bauliche Einheit bildet.
17. System zur Steuerung eines Kraftfahrzeuges nach einem der vor
hergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Notfahrmaßnahmen
eingeleitet werden, wenn die zweite Einrichtung wenigstens einmal
ein Fehlerzustand der ersten Einrichtung erkannt hat.
18. System zur Steuerung eines Kraftfahrzeuges nach Anspruch 17, da
durch gekennzeichnet, daß Zählmittel vorgesehen sind, die die Feh
lerzustände der ersten Einrichtung zählen, und daß erst nach mehre
ren erkannten Fehlerzuständen Notfahrmaßnahmen eingeleitet werden.
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