DE4219457A1 - Rechnersystem - Google Patents
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Description
Die Erfindung betrifft ein Rechnersystem.
Bei Ansteuerungen von Stellgliedern sicherheitsrelevanter Systeme
sind hinsichtlich der Sicherheit hohe Anforderungen zu stellen. Dies
betrifft insbesondere sicherheitsrelevante Systeme, deren Stellglie
der rechnergesteuert betätigt werden. Solche sicherheitsrelevanten
Systeme sind beispielsweise auf dem Gebiet der Kraftfahrzeugtechnik
zu finden. Hier sind besonders Systeme als sicherheitsrelevant ein
zustufen, die in die Längs- und/oder Querdynamik des Fahrzeugs ein
greifen. Sicherheitskritische Eingriffe in die Längsdynamik eines
Kraftfahrzeugs sind beispielsweise Eingriffe in die Vortriebsrege
lung (elektrischer Drosselklappensteller) oder Eingriffe bezüglich
des Bremsverhaltens (Antiblockiersysteme). Sicherheitsrelevante Sy
steme, die insbesondere die Querdynamik eines Kraftfahrzeugs beein
flussen, sind beispielsweise Lenksysteme. Insbesondere bei rechner
gesteuerten Ansteuerungen von Stellgliedern solcher Lenksysteme sind
hohen Sicherheitsanforderungen Genüge zu leisten. Im einzelnen soll
hier auf Kraftfahrzeuge eingegangen werden, deren hintere Achse oder
Achsen zusätzlich zu denen der Vorderachse lenkbar ausgelegt sind.
Zur Erhöhung der Fahrstabilität bzw. zur Verbesserung der Manövrier
barkeit eines Fahrzeugs kann man von der bisher üblicherweise ver
wendeten konventionellen Vorderradlenkung übergehen zu einer Hinter
achs-Zusatzlenkung. Durch aktive Lenkansteuerungen der Hinterräder
bestehen wesentlich mehr Möglichkeiten zur Verbesserung des Fahrver
haltens als bei einer reinen Vorderradlenkung. Durch eine Hinter
achs-Zusatzlenkung können das Eigenlenkverhalten und das Ansprech
verhalten eines Fahrzeugs in einem großen Bereich modifiziert wer
den. Der Einschlag der Hinterräder wird dabei im allgemeinen ab
hängig vom Vorderradlenkeinschlag gewählt. Darüber hinaus ist es
üblich, die Richtung, in welcher die hinteren Räder gelenkt werden,
bei solchen Anordnungen abhängig von der Fahrgeschwindigkeit zu
wählen. Bei hohen Geschwindigkeiten werden die Hinterräder gleich
sinnig mit den Vorderrädern, d. h. in derselben Richtung wie die
Vorderräder, gelenkt. Hierdurch reagiert das Fahrzeug schneller auf
Richtungsänderungen. Bei sehr niedrigen Geschwindigkeiten werden die
Hinterräder gegensinnig, d. h. in entgegengesetzter Richtung zu den
Vorderrädern, gelenkt, um den Wendekreis des Fahrzeugs zu reduzie
ren. So erreicht man, daß mit dem Fahrzeug engere Kurven gefahren
werden können, was beispielsweise das Einparken vereinfacht.
Bei der Ansteuerung solch sicherheitsrelevanter Systeme kommt im
allgemeinen ein Rechnersystem zur Anwendung, das wenigstens zwei
Rechner bzw. zwei Rechnerkanäle enthält, die sich in vielfältiger
Weise gegenseitig überprüfen. Das Ziel der Auslegung solcher
Rechnersysteme ist das Erkennen eines fehlerhaften Ansteuersignals
der sicherheitsrelevanten Stellglieder. Insbesondere gilt es,
Rechenfehler bei der Ermittelung der Ansteuersignale und/oder
fehlerhaft arbeitende Sensoren zu erkennen. Als Reaktion auf das Er
kennen eines fehlerhaften Ansteuersignals wird meist eine sicher
heitsunkritische Ersatzansteuerung des Stellgliedes getätigt.
In der DE-OS 39 26 377 sind verschiedene Ausgestaltungen elektro
nischer Steuergeräte, insbesondere zur Steuerung von Brennkraft
maschinen, mit besonders hoher Zuverlässigkeit beschrieben. Diese
Steuergeräte weisen neben dem Hauptrechner einen Nebenrechner auf,
der den Hauptrechner überwacht und bei Ausfall des Hauptrechners
Notfunktionen ausübt. Weiterhin sind für jeden Rechner
Watch-Dog-Schaltungen vorhanden. Bei diesen Steuergeräten werden
durch Plausibilitätsbetrachtungen der Überwachungsergebnisse der
Watch-Dog-Schaltungen und des Datenaustausches der beiden Rechner
untereinander die Richtigkeit der Ansteuerungen von Stellgliedern
überprüft.
In der DE-OS 38 16 254 wird eine elektronische Steuereinheit zur
Lenkung der Hinterräder eines Straßenfahrzeugs vorgestellt. Bei die
ser Steuereinheit sind zwei Rechner vorhanden, die sich gegenseitig
durch Datenaustausch kontrollieren. Wird eine Fehlfunktion der Rech
ner festgestellt, so wird ein Lenknotsignal an die Lenkeinrichtungen
abgegeben.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die einfache Auslegung
eines Rechnersystems zur Ansteuerung von Stellgliedern sicherheits
relevanter Systeme.
Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen 1, 4 und 5 aufgeführ
ten Merkmale gelöst.
Erfindungsgemäß wird lediglich ein einziger Rechner (Controller) zur
Bildung und Überprüfung der Ansteuersignale der sicherheitsrelevan
ten Stellglieder verwendet. Dies hat den Vorteil, daß das erfin
dungsgemäße Rechnersystem einfach und damit kostengünstig ist, wobei
ein hohes Sicherheitsniveau des Systems erfindungsgemäß durch eine
Auslegung als zweikanaliges Einrechnersystem erreicht wird.
Erfindungsgemäß geschieht die Bildung der Ansteuersignale ausgehend
von Sensorsignalen. Das entsprechende Sensorsystem kann dabei vor
teilhafterweise redundant ausgelegt sein. Um ein hohes Sicherheits
niveau des Gesamtsystems zu erhalten, muß sichergestellt werden, daß
die Ansteuersignale zum einen nicht auf den Daten fehlerhaft arbei
tender Sensoren beruhen und zum anderen muß überprüft werden, ob die
Bildung der Ansteuersignale im Rechner fehlerfrei verläuft. Wird nun
ein einziger Rechner verwendet, so kann vorgesehen sein, daß dieser
Rechner im gewissen Umfang die von ihm selber ausgeführte Bildung
der Ansteuersignale überprüft und gegebenenfalls die redundant vorhan
denen Sensorsignale vergleicht. Ein fehlerhaft arbeitender Rechner
kann aber auch fehlerhafte Überprüfungen und Vergleiche liefern.
Erfindungsgemäß wird daher ein Rechnersystem für sicherheitskri
tische Anwendungen vorgeschlagen, bei dem als eine oder mehrere Ein
gangsgrößen die Ausgangssignale von einem oder mehreren Sensoren an
liegen. Weiterhin ist ein Rechner vorgesehen, durch den das oder die
Sensorsignale zu einem Ansteuersignal a1 des sicherheitskritischen
Stellgliedes mittels einer ersten Funktion f1 verarbeitet werden.
Liegt beispielsweise ein einziges Sensorsignal e1 als Eingangsgröße
an, so stellt sich die erste Funktion f1 folgendermaßen dar:
a1 = f1(e1) (1)
Liegen beispielsweise zwei Sensorsignale e1 und e2 als Eingangs
größen an, so gilt:
a1 = f1(e1,e2) (1′)
Liegen beispielsweise als Eingangsgrößen e1, e2, e1R und/oder e2R
die Ausgangssignale redundant ausgelegter Sensoren 1, 2, 1R und 2R
an, so können folgende Vergleiche mittels des Rechners getätigt
werden:
e1 e1R und/oder e2 e2R (2)
Ein sicherheitsgerichtetes Signal wird dann abgegeben, sobald die
entsprechenden Signale der redundanten Sensoren verschieden sind.
Darüber hinaus können rechnerintern weitere Abfragen, beispielsweise
Plausibilitätsbetrachtungen der rechnerinternen Signale angestellt
werden und/oder aus dem Stand der Technik bekannte, sogenannte
Watch-Dog-Schaltungen vorgesehen sein, die bestimmte Kontrollsignale
vom fehlerfrei arbeitenden Rechner erhalten und bei Änderungen oder
Ausbleiben dieser Signale sicherheitsgerichtete Ansteuerungen des
sicherheitsrelevanten Stellgliedes einleiten können.
Der Kern der Erfindung besteht nun darin, daß in dem Rechner die,
wie oben beschrieben, ermittelte Ausgangsgröße a1 mit jeweils einer
der Eingangsgrößen e1 und e2 entsprechend wenigstens einer zweiten
und dritten Funktion f2 und f3 zu den Größen e1′ und e2′ verknüpft
wird:
e1′ = f2(a1,e2)
e2′ = f3(a1,e1) (3)
e2′ = f3(a1,e1) (3)
Hierbei ist die zweite Funktion f2 die bzgl. der ersten Eingangs
größe e1 invertierte erste Funktion f1 und die dritte Funktion f3
die bzgl. der zweiten Eingangsgröße e2 invertierte erste Funktion
f1, das heißt, daß die zweite und dritte Funktion f2 und f3 die be
züglich der ersten und zweiten Eingangsgrößen e1 und e2 gebildeten
Umkehrfunktionen der ersten Funktion f1 sind.
Liegt lediglich ein einziges Sensorsignal als Eingangssignal an, so
ergibt sich
e1′ = f2(a1) (3′)
Bei einem ordnungsgemäß arbeitenden Rechner muß also gelten:
e1′ = e1 und/oder e2′ = e2 (4)
Dies kann wiederum rechnerintern überprüft werden.
Im Falle, daß redundante Sensorsignale e1R und/oder e2R zur Ver
fügung stehen, können diese rechnerintern mit den Invertierungsergeb
nissen e1′ und/oder e2′ verglichen werden
e1′ e1R und/oder e2′ e2R (4′)
Bei Abweichungen der oben aufgeführten Vergleiche werden sicherheits
gerichtete Ansteuerungen des Stellgliedes getätigt werden.
Aber auch hierbei ist zu beachten, daß ein fehlerhaft arbeitender
Rechner auch fehlerhafte Vergleiche (2), (4) und (4′) liefern kann.
Erst dadurch, daß erfindungsgemäß die Vergleiche (4) und/oder (4′)
rechnerextern, also hardwaremäßig getrennt von dem das Ansteuersig
nal a1 ermittelnden Rechner, durchgeführt werden, ist ein zweikana
liges Einrechnersystem realisiert. Abhängig von diesen rechnerex
ternen Vergleichen können wiederum im Fehlerfall sicherheitsgerich
tete Ansteuerungen des Stellgliedes vorgenommen werden.
Mit dem erfindungsgemäßen System, insbesondere im Falle redundanter
Sensorsignale, wird somit die Wirkungskette von den Sensoren bis zum
rechnerausgangsseitig anliegenden Ansteuersignal a1 für das sicher
heitsrelevante Stellglied überprüft.
Darüber hinaus kann auch vorgesehen sein, eine durch das im Rechner
gebildete Ansteuersignal beaufschlagte Treiberstufe in die Überprüfung
mit einzubeziehen, indem die obenbeschriebenen zweiten und
dritten Funktionen bei der Invertierung des in der Treiberstufe ver
stärkten Ansteuersignals die Verstärkung berücksichtigen.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Systems be
steht darin, den Rechner digital und die rechnerexternen Vergleiche
als analoge Schaltungen auszubilden.
Weiterhin kann vorteilhafterweise vorgesehen sein, während des Be
triebs und/oder vor der Inbetriebnahme (pre-drive-check) des Rech
nersystems programmgemäß "falsche" Vergleichswerte e1′ und/oder e2′
zu simulieren, wodurch die sicherheitsgerichteten Ansteuerungen des
Stellgliedes veranlaßt werden. Hiermit kann die ordnungsgemäße Funk
tion des Systems überprüft werden.
Vorteilhaft ist die Anwendung des erfindungsgemäßen Rechnersystems
in Lenksystemen für Kraftfahrzeuge. Hierbei ist das sicherheitsrele
vante Stellglied beispielsweise ein hydraulisch oder elektrisch
arbeitender Aktuator zur Verstellung des Lenkeinschlages der
Vorder- und/oder Hinterräder.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Systems
sind den Unteransprüchen zu entnehmen.
Anhand der Fig. 1, 2, 3 und 4 sollen im folgenden Ausführungsbei
spiele des erfindungsgemäßen Systems beschrieben werden.
In den Figuren sind mit dem Bezugszeichen 1 und 2 erste und zweite
Sensormittel und mit den Bezugszeichen 1R und 2R erste und zweite
redundante Sensormittel bezeichnet. Die Ausgangssignale dieser
Sensormittel e1, e1R, e2 und e2R werden den Rechnermitteln 20 zuge
führt. Mit den Bezugszeichen 6 und 7 sind erste und zweite Verzö
gerungsmittel markiert. Für die ersten und zweiten Vergleichsmittel
stehen die Bezugszeichen 4 und 5. Die Bezugszeichen 11, 12, 13 und
14 repräsentieren erste, zweite, dritte und vierte Treibermittel und
mit dem Bezugszeichen 3 ist eine Watch-Dog-Schaltung bezeichnet. Mit
dem Bezugszeichen 10 ist ein sicherheitsrelevantes Stellglied
markiert.
Die in den im folgenden anhand der Fig. 1 bis 4 zu beschreibenden
vier Ausführungsbeispiele unterscheiden sich im wesentlichen darin,
daß die erfindungsgemäße Idee bei Rechnersystemen mit unterschied
licher Sensorik dargestellt wird.
- - Im ersten Ausführungsbeispiel (Fig. 1) wird davon ausgegangen, daß dem Rechnersystem zur Bildung des Ansteuersignals a1 zwei redun dant ausgelegte Sensorsignale e1, e1R und e2, e2R zugeführt werden.
- - Im zweiten Ausführungsbeispiel (Fig. 2) wird davon ausgegangen, daß dem Rechnersystem zur Bildung des Ansteuersignals a1 zwei (nicht redundant ausgelegte) Sensorsignale e1 und e2 zugeführt werden.
- - Im dritten Ausführungsbeispiel (Fig. 3) wird davon ausgegangen, daß dem Rechnersystem zur Bildung des Ansteuersignals a1 ein einziges redundant ausgelegtes Sensorsignal e1 und e1R zuge führt werden.
- - Im vierten Ausführungsbeispiel (Fig. 4) wird davon ausgegangen, daß dem Rechnersystem zur Bildung des Ansteuersignals a1 nur ein einziges (nicht redundant ausgelegtes) Sensorsignale e1 zugeführt wird.
Im folgenden soll zur Erläuterung des erfindungsgemäßen Rechner
systems das erste Ausführungsbeispiel (Fig. 1) näher beschrieben
werden.
In Fig. 1 werden zur Ansteuerung eines Stellgliedes 10 die Ausgangs
signale e1 und e2 der ersten und zweiten Sensormittel 1 und 2 in den
Rechnermitteln 20 zu dem Ansteuersignal a1 verarbeitet. Bei dem
Stellglied 10 kann es sich beispielsweise um einen hydraulisch
und/oder elektrisch arbeitenden Aktuator zur Verstellung der Lenk
einschläge der Vorder- und/oder Hinterräder handeln. So werden bei
einer Vierradlenkung üblicherweise die Fahrzeuglängsgeschwindigkeit
und der Vorderrad- bzw. der vom Fahrer induzierte Lenkradwinkel
sensiert. Abhängig von diesen Daten werden dann die Hinterradein
schläge berechnet.
Es kann vorgesehen sein, daß das Ansteuersignal a1 nicht direkt dem
Stellglied 10 zugeführt wird, sondern über eine erste Treiberstufe
TR1 mit dem Bezugszeichen 11 zu dem verstärkten Ansteuersignal a1′
verstärkt wird. Die Verknüpfung der ersten und zweiten Eingangsgrö
ßen e1 und e2 geschieht in diesem Ausführungsbeispiel durch die er
ste Funktion f1:
a1 = f1 (e1, e2)
Weiterhin liegen eingangsseitig der Rechnermittel 20 die Ausgangs
signale e1R und e2R der redundanten ersten und zweiten Sensormittel
1R und 2R an. Hierbei sind die redundanten ersten und zweiten Sensor
mittel 1R und 2R redundant zu den ersten und zweiten Sensormitteln 1
und 2. In den Rechnermitteln 20 kann nun vorgesehen werden, die
Ausgangssignale der redundant ausgelegten Sensormittel zu ver
gleichen:
e1 e1Re2 e2R
Sollten die Ausgangssignale der redundant ausgelegten Sensormittel
in bestimmter Weise voneinander abweichen, so ist davon auszugehen,
daß die Sensormittel und/oder die Übertragungsmittel von den Senso
ren zu dem Rechner und/oder die Vergleiche im Rechner fehlerhaft
sind. In diesem Falle schaltet der Rechner 20 über die Treiberstufe
TR4 mittels des Signals S0 das sicherheitsrelevante Stellglied 10
sicherheitsgerichtet ab. Solch eine sicherheitsgerichtete Abschal
tung des Stellgliedes 10 kann bei einer Hinterradlenkung beispiels
weise eine Arretierung der Hinterräder in der augenblicklichen
Stellung bedeuten. Andere mögliche sicherheitsgerichtete Abschaltmöglichkeiten
bestehen darin, die Hinterräder langsam auf den Lenk
einschlag Null zurückzufahren oder das Ansteuersignal a1 mit einer
zeitlich abnehmenden Funktion zu multiplizieren, so daß sich die
Hinterradlenkung "langsam ausblendet".
Zusätzlich zur Bildung des Ansteuersignals a1 gemäß der Funktions
vorschrift der ersten Funktion f1 werden in den Rechnermitteln 20
die zweiten und dritten Ausgangsgrößen e1′ und e2′ mittels der zwei
ten und dritten Funktionen f2 und f3 gebildet:
e1′ = f2 (a1, e2)
e2′ = f3 (a1, e1).
e2′ = f3 (a1, e1).
Hierbei ist die zweite Funktion f2 die bezüglich der ersten Ein
gangsgröße e1 invertierte erste Funktion f1 und die dritte Funktion
f3 die bezüglich der zweiten Eingangsgröße e2 invertierte erste
Funktion f1. Zur Verdeutlichung soll im folgenden ein einfaches Bei
spiel dienen:
Nimmt man an, daß das Ansteuersignal a1 die ersten und zweiten Ein
gangsgrößen e1 und e2 gemäß der ersten Funktion wie folgt verknüpft:
a1 = C1 * e1 + C2 * e2.
Dann ergibt sich für die zweiten und dritten Ausgangsgrößen e1′ und
e2′ bzw. für die zweite und dritte Funktion f2 und f3 folgende Vor
schrift:
e1′ = (a1 - C2 * e2) : C1
e2′ = (a1 - C1 * e1) : C2.
e2′ = (a1 - C1 * e1) : C2.
Durch die oben beschriebenen Invertierungen erhält man also die zwei
ten und dritten Ausgangsgrößen e1′ und e2′, die bei einem fehlerfrei
arbeitenden System gleich den ersten und zweiten Eingangssignalen e1
und e2 bzw. gleich den redundanten Eingangsgrößen e1R und e2R sind.
Die entsprechenden Vergleiche können, wie in der Fig. 1 angedeutet,
in den Rechnermitteln 20 getätigt werden. Liefern die Invertierungen
nicht die gewünschten Übereinstimmungen mit den Eingangsgrößen, so
kann das Stellglied 10 wie oben beschrieben, sicherheitsgerichtet
abgeschaltet werden.
Ein großes Problem bei einem solchen Einrechnersystem besteht nun
darin, daß ein fehlerhaft arbeitender Rechner 20 auch fehlerhafte
Vergleichsergebnisse liefern kann. Zur Lösung dieses Problems ist
vorgesehen, die Ausgangssignale e1R und e2R der redundanten ersten
und zweiten Sensormittel den ersten und zweiten Verzögerungsmitteln
(F1, F2) 6 und 7 zuzuführen. Die ersten und zweiten Verzögerungs
mittel 6 und 7 dienen zur Verzögerung der Sensorsignale e1R und e2R,
wobei die Verzögerungszeit der Zeitdauer entspricht, die der Rechner
20 zur Berechnung des Ansteuersignals a1 (erste Ausgangsgröße) und
zur Berechnung der zweiten und dritten Ausgangsgrößen e1′ und e2′
(Ergebnisse der Invertierungen) benötigt. Die so verzögerten Signale
e1R und e2R werden in den ersten und zweiten Vergleichsmitteln 4 und
5 mit den zweiten und dritten Ausgangsgrößen (Ergebnisse der Inver
tierungen) e1′ und e2′ verglichen. Weichen die verzögerten Sensor
signale e1R und e2R in vorbestimmbarer Weise von den zweiten und
dritten Ausgangsgrößen (Ergebnisse der Invertierungen) e1′ und e2′
ab, so wird das Stellglied 10 über die Treibermittel TR2 und TR3
sicherheitsgerichtet abgeschaltet.
Vorteilhaft ist es nun, die Vergleichsmittel 4 und 5 außerhalb des
Rechners 20 anzuordnen. So gelangt man zu einem zweikanaligen
Einrechnersystem.
Geht man in einem zweiten Ausführungsbeispiel (Fig. 2) davon aus, daß
dem Rechnersystem zur Bildung des Ansteuersignals a1 bzw. des ver
stärkten Ansteuersignals a1′ zwei nicht redundant ausgelegte Sensor
signale e1 und e2 zugeführt werden, so können die obengenannten In
vertierungsergebnisse e1′ und e2′ lediglich mit den Eingangsgrößen
e1 und e2 verglichen werden.
Im dritten Ausführungsbeispiel (Fig. 3) wird davon ausgegangen, daß
dem Rechnersystem zur Bildung des Ansteuersignals a1 neben einem
einzigen Sensorsignal e1 ein redundantes Signal e1R zugeführt
werden. Hierbei wird das Ansteuersignal a1 gemäß
a1 = f1 (e1)
gebildet. Die Invertierungen ergeben sich dann zu
e1′ = f2 (a1)
und Vergleichsabfragen
e1R e1′ und/oder e1 e1′
können dann rechnerintern und/oder rechnerextern getätigt werden.
Fehlt wie im vierten Ausführungsbeispiel (Fig. 4) zu sehen das redun
dante Sensorsignal e1R, so kann lediglich der Vergleich
e1 e1′
rechnerintern und/oder rechnerextern getätigt werden.
Als weitere Überprüfung des Betriebes der Rechnermittel 20 ist eine
Watch-Dog-Schaltung 3 vorgesehen, die in bekannter Weise bestimmte
Triggerimpulse vom Rechner 20 erhält bzw. bestimmte vorgebbare
Impulse an den Rechner 20 liefert. Anhand der Analyse des Daten
transfers zwischen dem Rechner 20 und der Watch-Dog-Schaltung 3
kann auf den fehlerfreien Betrieb des Rechners 20 geschlossen
werden. Auch hier ist vorgesehen, bei einer Fehlererkennung das
Stellglied 10 sicherheitsgerichtet abzuschalten.
Während in den obenbeschriebenen Ausführungsbeispielen die fehler
freie Verknüpfung zu dem Ansteuersignal a1 im Rechner 20 kontrol
liert wird, kann weiterhin vorgesehen sein, daß das Ansteuersignal
a1 nicht direkt dem Stellglied 10 zugeführt wird, sondern in einer
Treiberstufe TR1 11 zu dem verstärkten Ansteuersignal a1′ verstärkt
wird. Wird nun dem Rechner 20 nicht das Ansteuersignal a1 zu den
obenbeschriebenen Invertierungen zugeführt, sondern das verstärkte
Ansteuersignal a1′ (gestrichelte Linien in den Figuren), so können
die obenbeschriebenen Invertierungen auch für das verstärkte An
steuersignal a1 durchgeführt werden, um in ähnlicher Weise zu den
Signalen e1′ und/oder e2′ zu gelangen. Auf diese Weise wird die
Treiberstufe TR1 in den überwachten Bereich aufgenommen.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Rechner
systems kann vorgesehen werden, statt des Ansteuersignals des
sicherheitsrelevanten Stellgliedes 10 als erstes Ausgangssignal a1
eine beliebige im Rechner gebildete Zwischengröße heranzuziehen,
deren Abhängigkeit von den Eingangsgrößen durch eine Funktion f1
gegeben ist. Auf diesen Fall läßt sich die obenbeschriebene Vor
gehensweise in einfacher Weise übertragen.
Weiterhin können in der Figur nicht dargestellte Mittel vorgesehen
sein, die während des Betriebes und/oder vor Inbetriebnahme
(Pre-Drive-Check) des Rechnersystems statt der zweiten und/oder der
dritten Ausgangsgrößen e1′ und e2′ von den zweiten und/oder dritten
Ausgangsgrößen e1′ und e2′ unterschiedliche Ausgangsgrößen ausgeben.
Dadurch werden bei einer fehlerfreien Funktionsweise des gesamten
Sicherheitssystems die sicherheitsrelevanten Abschaltungen ausge
löst. So kann das Gesamtsystem auf seine Funktionsfähigkeit über
prüft werden. Hierzu werden die Signale S0, S1 und S2, die zu einer
sicherheitsgerichteten Abschaltung des Stellgliedes 10 führen, dem
Rechner 20 zugeführt. Insbesondere kann hierdurch die Funktions
fähigkeit der Vergleichereinheiten 4 und 5 überprüft werden.
Eine Voraussetzung für die obenbeschriebene Vorgehensweise besteht
darin, daß die erste Funktion f1 wenigstens teilweise invertierbar
bzw. umkehrbar ist und die Empfindlichkeit der zweiten und dritten
Funktionen f2 und f3 abhängig von den Variablen e1, e2 und a1 aus
reichend ist. Idealerweise sollten die Funktion f1, f2, f3 im zu
überwachenden Wertebereich die gleiche Empfindlichkeit bei Änderun
gen der Ein- und Ausgangsgrößen aufweisen.
Während der Rechner 20 vorteilhafterweise digital ausgeführt ist,
kann vorgesehen sein, die Vergleichsmittel 4 und 5 bzw. die Verzöge
rungsmittel 6 und 7 analog auszuführen.
Durch Rückeinlesung der Signale S0, S1 und S2, die die sicherheits
gerichtete Abschaltung des Stellgliedes 10 veranlassen, können neben
den Vergleichsmitteln V1 und V2 auch die Treibermittel 12, 13 und 14
überprüft werden.
Der Prozeß der Bildung des Ansteuersignals a1 nach der Funktion f1
wird durch die Funktionen f2 und f3 so erweitert, daß der redundante
Verarbeitungspfad für jedes Eingangssignal nur noch aus einer Über
tragungsleitung besteht. Damit werden die Kosten für eine aufwendige
parallele Signalverarbeitung mittels eines Mikroprozessors oder mit
tels einer Analogschaltung eingespart.
Claims (13)
1. Rechnersystem für sicherheitskritische Anwendungen, bei dem
- - als eine erste Eingangsgröße (e1) ein Ausgangssignal eines ersten Sensormittels (1) anliegt und
- - Rechnermittel (20) vorgesehen sind, durch die mittels einer ersten Funktion (f1) die erste Eingangsgröße (e1) zu wenigstens einer ersten Ausgangsgröße (a1=f1(e1)) verarbeitet wird, dadurch gekennzeichnet, daß
- - in den Rechnermitteln (20) die erste Ausgangsgröße (a1) mit der ersten Eingangsgröße (e1) entsprechend einer zweiten Funktion (f2) zu wenigstens einer zweiten Ausgangsgröße (e1′=f2(a1)) ver arbeitet wird, wobei die zweite Funktion (f2) die bzgl. der ersten Eingangsgröße (e1) invertierte erste Funktion (f1) ist.
2. Rechnersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
zusätzlich zu der ersten Eingangsgröße (e1) als redundante erste
Eingangsgröße (e1R) ein Ausgangssignal wenigstens eines redundan
ten ersten Sensormittels (1R) anliegt, wobei das redundante erste
Sensormittel (1R) eine redundante Auslegung des ersten Sensor
mittels (1) ist.
3. Rechnersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß
Vergleichsmittel (4, 20) vorgesehen sind, durch die die zweite
Ausgangsgröße (e1′) mit der ersten Eingangsgröße (e1) und/oder mit
der redundanten ersten Eingangsgröße (e1R) verglichen wird und
mittels der abhängig von den Vergleichsergebnissen
sicherheitsrelevante Signale (S0, S1) abgegeben werden können.
4. Rechnersystem für sicherheitskritische Anwendungen, bei dem
- - als wenigstens erste und zweite Eingangsgrößen (e1, e2) die Ausgangssignale von wenigstens ersten und zweiten Sensormitteln (1, 2) anliegen und
- - Rechnermittel (20) vorgesehen sind, durch die die wenigstens erste und zweite Eingangsgröße (e1, e2) mittels einer ersten Funktion (f1) zu wenigstens einer ersten Ausgangsgröße (a1=f1(e1, e2)) verknüpft werden, dadurch gekennzeichnet, daß
- - durch die Rechnermittel (20) die erste Ausgangsgröße (a1) mit jeweils einer der ersten und zweiten Eingangsgrößen (e1, e2) ent sprechend wenigstens einer zweiten und dritten Funktion (f2, f3) zu wenigstens einer zweiten und dritten Ausgangsgröße (e1′=f2(a1, e2), e2′=f3(a1, e1)) verknüpft werden, wobei die zweite Funktion (f2) die bzgl. der ersten Eingangsgröße (e1) invertierte erste Funktion (f1) und die dritte Funktion (f3) die bzgl. der zweiten Eingangsgröße (e2) invertierte erste Funktion (f1) ist.
5. Rechnersystem für sicherheitskritische Anwendungen, bei dem
- - als wenigstens erste und zweite Eingangsgrößen (e1, e2) die Ausgangssignale von wenigstens ersten und zweiten Sensormitteln (1, 2) anliegen und
- - Rechnermittel (20) vorgesehen sind, durch die die wenigstens erste und zweite Eingangsgröße (e1, e2) zu wenigstens einer ersten Ausgangsgröße (a1) verknüpft werden, und
- - die erste Ausgangsgröße (a1) in ersten Treibermitteln (11) zu der verstärkten ersten Ausgangsgröße (a1′=V*a1) verstärkt wird, so daß der funktionale Zusammenhang zwischen der verstärkten ersten Aus gangsgröße (a1′) und den ersten und zweiten Eingangsgrößen (e1, e2) durch eine erste Funktion (a1′=f1(e1, e2)) beschrieben wird, dadurch gekennzeichnet, daß
- - durch die Rechnermittel (20) die verstärkte erste Ausgangsgröße (a1′) mit jeweils einer der ersten und zweiten Eingangsgrößen (e1, e2) entsprechend wenigstens einer zweiten und dritten Funk tion (f 2, f3) zu wenigstens einer zweiten und dritten Ausgangs größe (e1′=f2(a1′, e2), e2′=f3(a1′, e1)) verknüpft werden, wobei die zweite Funktion (f2) die bzgl. der ersten Eingangsgröße (e1) invertierte erste Funktion (f1) und die dritte Funktion (f3) die bzgl. der zweiten Eingangsgröße (e2) invertierte erste Funktion (f1) ist.
6. Rechnersystem nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß
zusätzlich zu den ersten und zweiten Eingangsgrößen (e1, e2) als
redundante erste und zweite Eingangsgrößen (e1R, e2R) die Ausgangs
signale wenigstens der redundanten ersten und zweiten Sensormittel
(1R, 2R) anliegen, wobei das redundante erste Sensormittel (1R) eine
redundante Auslegung des ersten Sensormittels (1) ist und das redun
dante zweite Sensormittel (2R) eine redundante Auslegung des zweiten
Sensormittels (2) ist.
7. Rechnersystem nach Anspruch 4, 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet,
daß Vergleichsmittel (4, 5, 20) vorgesehen sind, mittels der
- - die erste Eingangsgröße (e1) mit der zweiten Ausgangsgröße (e1′) und die zweite Eingangsgröße (e2) mit der dritten Ausgangsgröße (e2′) und/oder
- - die redundante erste Eingangsgröße (e1R) mit der zweiten Aus gangsgröße (e1′) und die redundante zweite Eingangsgröße (e2R) mit der dritten Ausgangsgröße (e2′) verglichen werden, und mittels der abhängig von den Vergleichser gebnissen sicherheitsrelevante Signale (S0, S1, S2) abgegeben werden können.
8. Rechnersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Rechnermittel (20) als digitale Rechnerein
heit und die Vergleichsmittel (4, 5) als analoge Schaltungen ausge
bildet sind.
9. Rechnersystem nach Anspruch 3, 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die redundanten ersten und/oder zweiten Eingangsgrößen (e1R,
e2R) vor dem Vergleich in den Vergleichsmitteln (4, 5) Verzögerungs
mittel (6, 7) durchlaufen, die die redundanten ersten und/oder
zweiten Eingangsgrößen (e1R, e2R) entsprechend der Verknüpfungsdauer
zur Bildung der zweiten und/oder dritten Ausgangsgrößen (e1′, e2′)
verzögern.
10. Rechnersystem nach Anspruch 3, 7, 8 oder 9, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Verknüpfungen zur ersten, zweiten und/oder zur
dritten Ausgangsgröße (a1, e1′, e2′) innerhalb der Rechnermittel
(20) stattfinden und die Verzögerungsmittel (6, 7) und die Ver
gleichsmittel (4, 5) außerhalb der Rechnermittel (20) angeordnet
sind.
11. Rechnersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die Rechnermittel (20) mittels einer
Watch-Dog-Schaltung (3) überprüft werden.
12. Rechnersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, die während des Betriebs
und/oder vor Inbetriebnahme (pre-drive-check) des Rechnersystems
statt der zweiten und/oder dritten Ausgangsgrößen (e1′, e2′) von den
zweiten und/oder dritten Ausgangsgrößen (e1′, e2′) verschiedene Aus
gangsgrößen ausgeben, wobei aus der Auslösung der sicherheitsrele
vanten Signale (S1, S2) insbesondere auf die Funktionsfähigkeit der
Vergleichereinheiten (4, 5) geschlossen wird.
13. Rechnersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die erste Ausgangsgröße (a1) zur Ansteuerung
eines Stellgliedes (10) verwendet wird, das insbesondere den Lenk
einschlag von lenkbaren Vorder- oder Hinterrädern eines Kraftfahr
zeugs beeinflußt.
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