DE10141626A1 - Dynamische Angleichung von Leistungsvermögen und Strombedarf - Google Patents
Dynamische Angleichung von Leistungsvermögen und StrombedarfInfo
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Abstract
Die vorliegende Erfindung legt ein Verfahren zum dynamischen Steuern und Verwalten des Stromverbrauches und des Leistungsvermögens der stromverbrauchenden Elemente dar, die elektronische Systeme bilden. Aufgabe des vorgeschlagenen Verfahrens ist es, Strom zu sparen, und trotzdem das optimale Leistungsvermögen des Systems bereitzustellen, wie es durch die zu diesem Zeitpunkt laufende(n)Anwendung(en) angefordert wird. Beide, Leistungsvermögen des Systems und der vom System aufgenommene Strom, werden durch einen speziellen Angleichungsvorgang gesteuert, der das Leistungsvermögen des Systems in Echtzeit an die Bedürfnisse der Anwendung und die augenblicklich vorherrschende Betriebslage anpasst.
Description
Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf ein
Datenverarbeitungssystem, wie etwa einen Arbeitsplatzrechner
(PC), und insbesondere auf ein Datenverarbeitungssystem mit einer
Stromsparfunktion. Insbesondere betrifft die vorliegende
Erfindung ein derartiges Datenverarbeitungssystem, wie es in
tragbaren Geräten vorhanden ist und das elektronische
Steuereinheiten (ECUs) enthält, insbesondere für eingebettete
Systeme, wie etwa ECUs, die in Kraftfahrzeugen benutzt werden.
Aufgrund des technischen Fortschrittes werden derzeit
verschiedene Arten von Arbeitsplatzrechnern (hier nachstehend als
"PCs" oder "Systeme" bezeichnet), wie etwa Tischrechner und
Notebook-Rechner, hergestellt und allgemein verkauft. Die
Notebook-PCs sind kompakt und leicht, da bei ihrer Konstruktion
Tragbarkeit und Außeneinsatz in Betracht gezogen worden sind.
Eines der Merkmale von Notebook-PCs besteht darin, dass sie
"batterietauglich" sind, d. h. sie können mit einer eingebauten
Batterie betrieben werden. Ein derartiges System kann an Orten
benutzt werden, an denen keine handelsüblichen Stromquellen
verfügbar sind. Eine Batterie, die in einem Notebook-PC eingebaut
ist, wird üblicherweise als "Batteriesatz" ausgebildet, der aus
einem Paket besteht, das eine Vielzahl von aufladbaren
Batteriezellen umfasst (auch als "Sekundärzellen" bezeichnet),
wie etwa Ni-Cd-, NiMH- oder Li-Ion-Akkus. Obgleich ein derartiger
Batteriesatz durch das Aufladen erneut verwendet werden kann,
hält eine Batterieladung nur für etwa zwei bis drei Stunden
Systembetriebszeit. Daher sind verschiedene Ideen zum Stromsparen
verwirklicht worden, um die Zeit zwischen den Aufladeperioden für
einen Akku zu verlängern. Die Einführung einer Stromsparfunktion
kann ein weiteres Merkmal für Notebook-PCs bilden.
Gegenwärtig ist vom ökologischen Gesichtspunkt aus das Bedürfnis
nach Stromeinsparung auch bei Tisch-PCs gestiegen, die im
Wesentlichen unendlich lange durch handelsüblich verfügbare
Stromquellen mit Strom versorgt werden können. Und im Juni 1993
befürwortete die U.S. Environmental Protection Agency (EPA) die
selbst auferlegten Vorschriften, die als "Energy Star Computer
program" bezeichnet werden, und hat gefordert, dass der im
Standby-Betrieb (Bereitschaftsbetrieb) aufgenommene Strom
geringer als ein vorgegebener Wert sein soll (die
Betriebsleistung darf höchstens 30 W betragen oder darf höchstens
30% der Leistung bei aktiver CPU betragen). Rechnerhersteller
haben Produkte entwickelt und hergestellt, die mit der
vorgeschlagenen Vorschrift übereinstimmen. Beispielsweise werden
von IBM Japan Ltd. schon Tisch-PCs verkauft, die eine
Stromsparfunktion haben (z. B. der PS/55E (für den allgemein der
Name "Grüner PC" üblich ist)), der PC 750 und die Aptiva-Reihe
("Aptiva" ist ein Warenzeichen der IBM Corp.).
Das Stromsparen kann bei einem PC beispielsweise dadurch
bewerkstelligt werden, dass die Stromaufnahme durch die einzelnen
elektrischen Schaltkreise in einem System während des Betriebes
vermindert wird. Stromeinsparungen können auch dadurch erzielt
werden, dass je nach Bedarf die Stromversorgung der einzelnen
elektrischen Schaltkreise (oder peripheren Geräte) im System in
Übereinstimmung mit der Herabsetzung ihres Betriebszustands
(Aktivität) vermindert oder angehalten wird. Die letztere
Stromsparfunktion kann insbesondere als
"Stromverwaltungs"-Funktion bezeichnet werden.
Wie allgemein bekannt, sind CPU-Chips die Einheiten, welche den
Kern für die Rechenvorgänge bilden, die durch Rechnersysteme
ausgeführt werden. Kürzlich sind mit den verbesserten
Fertigungstechniken für das Herstellen von
Halbleiterbauelementen, wie sie durch die Verminderung der Breite
der Leiterbahnen aufgezeigt wird, die Betriebsfrequenzen von CPUs
sogar noch erhöht worden.
Beispielsweise stehen CPU-Chips zur Verfügung, wie etwa der von
Intel Corp. verkaufte "Pentium" und der "PowerPC" (ein
Warenzeichen von IBM Corp. PowerPC ist gemeinsam von IBM Corp.,
Motorola Corp. und Apple Corp. entwickelt worden), die mit
Betriebsfrequenzen arbeiten können, die 1 GHz überschreiten. Das
Leistungsvermögen einer CPU und ihre Betriebsfrequenz sind sehr
eng miteinander verbunden. Und wenn die Arbeitsgeschwindigkeit
einer CPU ansteigt, erhöht sich die Geschwindigkeit, mit der sie
Berechnungen durchführt, dementsprechend. Eine schnelle CPU zeigt
ihre ausgezeichneten Fähigkeiten insbesondere dann, wenn große
Anwendungsprogramme laufen oder wenn grafische Vorgänge
ausgeführt werden.
Aber da nichts perfekt ist, bringt die hohe
Verarbeitungsgeschwindigkeit der CPU mehrere Probleme mit sich.
Eins der Probleme betrifft den erhöhten Stromverbrauch durch die
CPUs und die daraus folgende Wärmeentwicklung. Wenn sich die
Stromstärke erhöht, die pro Zeiteinheit über ein Transistorgate
(d. h. einen Widerstand) fließt, dann steigen der Stromverbrauch
und die Wärmeentwicklung ebenfalls an. Theoretisch ist der
Stromverbrauch einer CPU proportional der Betriebsfrequenz.
Derzeit kann das Verhältnis des Stromverbrauches einer CPU zum
gesamten Stromverbrauch des Systems nicht vernachlässigt werden.
Das Aufkommen von elektronisch gesteuerten Fahrzeugen, die von
sogenannten "elektronischen Steuereinheiten" (ECUs) gesteuert
werden, die einen Mikrorechner umfassen, hat in den letzten
Jahren drastisch zugenommen. Zusätzlich zur Steuerung der
Drehzahl der internen Verbrennungsmaschine, der Steuerung der
Schaltvorgänge bei der Kraftübertragung und der Steuerung einer
Kupplung haben diese Fahrzeuge auch verschiedenes Zubehör, das
von der ECU gesteuert wird. Auf der Grundlage von Signalen von
verschiedenen Sensoren, die an einer Vielzahl von
Betätigungselementen bereitgestellt werden, deren
Antriebselemente gesteuert werden sollen, berechnet die ECU für
die verschiedenen Betätigungselemente, die gesteuert werden,
Steuervariable und gibt dann die entsprechenden Signale an diese
Betätigungselemente aus, um den Betrieb jedes Elementes zu
steuern.
Steuersysteme dieser Art werden benutzt, um beispielsweise in
Motorfahrzeugen Steuerfunktionen auszuüben, die üblicherweise in
Fahrzeugen zu finden sind.
Zusammen mit der Entwicklung hin zu einer steigenden Zahl von
elektronisch ausgeführten Funktionen in Motorfahrzeugen und deren
wachsende gegenseitige Verknüpfung tritt eine wesentlich
steigende Komplizierung ein, und zwar zusammen mit einer
entsprechenden Schwierigkeit bei der Entwicklung und Beherrschung
des gesamten elektronischen Systems des Fahrzeuges. Zusätzlich
führt dies zu einem steigenden Bedarf nach Rechenleistung und
Speicherkapazität sowie nach einer verbesserten Stromverwaltung.
Besonders wichtig ist der Bedarf nach einer Lösung mit einem
System auf einem Chip (SOC) unter Verwendung einer auf dem Chip
befindlichen Mehrfach-Steuerelement-Struktur.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Prinzip
zum Steuern der Anforderungen an die Systemleistung und den
Strombedarf von elektronischen Steuereinheiten bereitzustellen.
Es ist eine weitere Aufgabe, ein derartiges Prinzip
bereitzustellen, dass für eingebettete elektronische Systeme und
insbesondere für auf einem Chip befindliche Systemlösungen (SOC)
benutzt werden kann.
Es ist noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
Strom zu sparen, und trotzdem die optimale Systemleistung
bereitzustellen, wie sie für die zu dem Zeitpunkt laufende(n)
Anwendung(en) erforderlich ist.
Die Erfindung wird nun ausführlicher zusammen mit den zugehörigen
Zeichnungen beschrieben, in denen
Fig. 1 ein Blockschaltbild des Systems nach der Erfindung ist;
Fig. 2 ein stark abstrahiertes Logikflussbild ist, welches das in
Echtzeit erfolgende Überwachen und Filtern von Variablen nach der
vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
Fig. 3 ein stark abstrahiertes Logikflussbild ist, das den
Vorangleichungsvorgang nach der vorliegenden Erfindung
veranschaulicht;
Fig. 4 ein stark abstrahiertes Logikflussbild ist, das den
hauptsächlichen Angleichungsvorgang nach der vorliegenden
Erfindung veranschaulicht;
Fig. 5 ein stark abstrahiertes Logikflussbild ist, das die
Vorhersage und den Systemlernvorgang nach der vorliegenden
Erfindung veranschaulicht;
Fig. 6 ein stark abstrahiertes Logikflussbild ist, das
Systeminitialisierung und ABEND-Code-Behandlung nach der
vorliegenden Erfindung veranschaulicht;
Fig. 7 ein stark abstrahiertes Logikflussbild ist, welches das
DP2C-Strom-Teilsystem nach der vorliegenden Erfindung
veranschaulicht;
Fig. 8 schematisch die gesicherte Spannungsabschaltung von DP2C
nach der Erfindung zeigt; und
Fig. 9 schematisch die Übergangskennlinie der
Spannungsabschaltung nach Fig. 8 darstellt.
Die Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf ein Kraftfahrzeug
beschrieben. Es muss jedoch angemerkt werden, das die vorliegende
Erfindung nicht auf Kraftfahrzeuge beschränkt ist, sondern von
allen Systemen benutzt werden kann, bei denen eine Verwaltung der
Stromaufnahme und/oder der Systemleistung notwendig ist.
Die dynamische Angleichung von Systemleistung/Stromaufnahme (hier
nachstehend als "DP2C" bezeichnet) legt ein Prinzip zum
dynamischen Steuern und Verwalten des Leistungsvermögens und des
Stromverbrauchs von Strom verbrauchenden Elementen dar, aus denen
ein elektronisches System gebildet wird. Sowohl das
Leistungsvermögen des Systems als auch der/die angelegte(n)
Systemstrom/-spannungen werden durch einen DP2C-spezifischen
Angleichungsvorgang gesteuert, bei dem das Leistungsvermögen des
Systems in Echtzeit an die Anforderungen der Anwendung und die
augenblicklich vorherrschende Betriebssituation angepasst werden.
DP2C beschreibt ausführlicher ein Prinzip zum Steuern der
Systemleistung und der Stromaufnahme von ECUs. Die Ziele bestehen
darin, für eine gegebene Verarbeitungs-/Anwendungssituation
rechtzeitig das Optimum an Leistungsvermögen
des Systems bereitzustellen, während der Stromverbrauch des
gesamten Systems so niedrig wie möglich gehalten wird.
Das Prinzip erweist sich als vorteilhaft bei der Anwendung auf
eingebettete elektronische Systeme und insbesondere auf Lösungen
eines auf einem Chip befindlichen Systems (SOC), das auf dem Chip
befindliche Mehrfach-Steuerelementstrukturen benutzt.
Die nutzbringenden Merkmale sind:
geringster Stromverbrauch des Gesamtsystems - und als Folge minimierte Kühlaufwendungen sowie verminderte Packungsgröße und -volumen, - Tatsachen, die zu niedrigeren Systemkosten, besserer Zuverlässigkeit führen
optimierte Nutzung des Leistungsvermögens für Anwendungen, die aus einer Vielzahl von Tasken und Pfaden zusammengesetzt sind, die von den verteilten Teilsystemen und Koprozessoren ausgeführt werden, die alle zusammen das Gesamtsystem bilden
verminderte Kosten der Systemeinheit; minimierte Kühlaufwendungen.
geringster Stromverbrauch des Gesamtsystems - und als Folge minimierte Kühlaufwendungen sowie verminderte Packungsgröße und -volumen, - Tatsachen, die zu niedrigeren Systemkosten, besserer Zuverlässigkeit führen
optimierte Nutzung des Leistungsvermögens für Anwendungen, die aus einer Vielzahl von Tasken und Pfaden zusammengesetzt sind, die von den verteilten Teilsystemen und Koprozessoren ausgeführt werden, die alle zusammen das Gesamtsystem bilden
verminderte Kosten der Systemeinheit; minimierte Kühlaufwendungen.
Das vorgeschlagene Prinzip kann einen wesentlichen Anstieg der
Betriebszeit und der Systemverfügbarkeit für eine große Vielzahl
von batteriebetriebenen Systemen gestatten.
Das DP2C-Prinzip wird durch einen spezifisch angepassten
Prozessor (Maschine endlicher Zustände, Abfolgesteuerung)
ausgeführt, um kontinuierlich die Systemleistungsfähigkeit und
Stromversorgung anzugleichen, um die Verarbeitungsleistung
dynamisch dem Bedarf zu dem Zeitpunkt anzupassen.
Der Schlüsselgedanke besteht darin, alle wichtigen
Systemeingabe-Parameter und Teilsystem-Aktivitäten abzutasten und diese
Parameter in einem kontinuierlichen Vorgang (ereignisgesteuert
oder im Rundlauf oder eine Mischung von beidem) mit statistisch
vorhergespeicherten Tabellen von Leistungsfähigkeit und
Stromaufnahme zu vergleichen, die typisches Systemverhalten und
typische Systemmerkmale darstellen, - und diese Parameter als
Grundlage für die Anwendung eines dynamischen
Angleichungsvorganges von Leistungsfähigkeit und Stromaufnahme
für das im Mittelpunkt stehende ECU-System zu benutzen. Der
dynamische Angleichungsvorgang von Leistungsvermögen und
Stromaufnahme ist so ausgerichtet, dass der Aufwand für die
Leistungsfähigkeit des Systems unter Verwendung von Algorithmen
vermindert wird, die alle wichtigen Systeme, Teilsysteme und
Parameter und Betriebszustände zeitgleich und ebenso die für die
nahe Zukunft vorhersehbaren Anforderungen hinsichtlich Anwendung
und Leistungsvermögen in Betracht ziehen. Diese Idee enthält die
Vorhersage bestimmter Situationen und enthält einen
kontinuierlichen Lernvorgang.
Die Angleichungs-"Regulatoren", die durch den DP2C-Prozessor
gesteuert werden, sind die Folgenden:
- - Systemtakt und Geschwindigkeit der Unterzeitgebersignale aller betroffenen Elemente anpassen (Zykluszeit; Betriebszyklus)
- - Takt anhalten (System in "statischer Bereitschaft")
- - Stromversorgung auf Mindestwert der anzulegenden Betriebsspannung einstellen
- - nicht benötigte Elemente und/oder elektronische Teilsysteme abschalten.
Die Eingabeparameter für die Angleichung werden durch
- - die Schnittstelle des Anwendungsprogramms;
- - die Schnittstelle der Benutzersteuerung; und
- - direkte Eingabevariable der Hardware
bereitgestellt.
Die Tabellen für die Leistungsfähigkeit des Systems und die
Stromaufnahme, eine Registergruppe, die in den Speicher des
DP2C-Prozessors eingebettet ist, sind statisch, wobei sie während der
Systementwicklung definiert werden und während der Systemlaufzeit
nicht geändert werden.
Die vorhergespeicherten Tabellen definieren die anfänglichen
Bedingungen des Systems, die zu dem Zeitpunkt geladen werden,
wenn das System initialisiert wird.
Die Lösung für den Angleichungsvorgang wendet ein einmaliges
Prinzip an, das dynamisch arbeitet und die folgenden Schritte
ausführt:
- - Kontinuierliches Überwachen und Aufzeichnen von
- - augenblicklichem Stromverbrauch des Systems
- - augenblicklichen Leistungsanforderungen durch Anwendungen
- - allen wichtigen Umgebungsbedingungen, darunter direkte durch Hardware eingeführte Variable und indirekte Variable, die sich auf Schnittstellen wie Anwendungsprogramme und HMI (Mensch-Maschine- Schnittstelle) beziehen
- - Echtzeit-Klassifizierung der durch die überwachte Hardware eingeführten Variablen auf vorgegebene Kriterien (Filtern)
- - Analysieren der zum Zeitpunkt erforderlichen Leistungsfähigkeit des Systems durch
- - Vergleichen mit den Tabellen für die Anforderungen an die Leistungsfähigkeit des Systems und Angleichen der Leistung durch dynamisches Aktualisieren der Register für die Leistungsparameter
- - Vergleichen mit den Strombedarfstabellen und Angleichen des Stromes durch dynamisches Aktualisieren der Register für die Stromparameter
- - Durchführen eines dynamischen Angleichungsvorganges von Leistungsfähigkeit des Systems und Stromaufnahme durch
- - Anwenden eines Matrixvorganges, der den tatsächlichen Inhalt der Leistungstabelle und/oder der Strombedarfs-/Anwendungs-Suchtabelle verknüpft
- - Berechnen einer Vorhersage für die Situation hinsichtlich der Anforderungen an die Leistungsfähigkeit des Systems in "naher Zukunft"
- - Ausführen der Angleichung des Systemleistungsvermögens und der Bereitstellung von Strom durch Anpassen der Parameter für die das Leistungsvermögen regelnden Teilsysteme und die angelegten Teilsystemspannungen
- - Erneutes Programmieren/Anpassen der programmierbaren Filterelemente an die neuen Anwendungsbedingungen
- - Durchführen eines kontinuierlichen Lernvorganges durch
- - Vergleichen des sich ergebenden realen Systemverhaltens mit vorhergesagten Angleichungsanpassungen,
- - Berechnen der Wirksamkeit der ausgeführten Angleichung gegenüber dem realen Betriebsverhalten des Systems, und
- - dynamisches Aktualisieren/Ändern der Suchtabellen für Leistungsfähigkeit/Stromaufnahmevorhersage bei Bedarf und Auslösen eines abwärts zählenden Vorhersage- Zeitgebers
- - Plausibilitätsprüfung des gelernten Systemverhaltens ("gelernte Ergebnisse") gegenüber vorher gespeicherter Daten, welche die Grenzen des systemspezifischen Extremverhaltens definieren; und
- - in Situationen, in den der Angleichungsvorgang die Beziehung zwischen Leistungsfähigkeit des Systems und Stromaufnahme nicht lösen kann, Beenden des Vorganges, indem der gegenwärtige Status von Leistungsvermögen und Strombedarf beibehalten wird; oder
- - in Situationen, in denen der Angleichungsvorgang eine Lage erkennt, die sich außerhalb der Grenzbedingungen befindet, Beenden des Vorganges mit einer Routine, indem (1) das DP2C-System zurückgesetzt und (2) die anfänglichen Einstellungen der DP2C-Angleichung in den Statusregistern für das Leistungsvermögen und den Strombedarf rückgespeichert werden; und (3) Einstellen des Markierungsregisters, das die angetroffene Situation dem Anwendungsprogramm und/oder dem allgemeinen Systemprozessor meldet.
Unter Bezugnahme auf Fig. 1 wird nun ein Blockschaltbild des
Systems nach der Erfindung gezeigt, das die Komponenten und
Elemente enthält, die im dem DP2C-System vorhanden sind.
Das "Herz" des Systems ist der DP2C-Prozessorspeicher (1), der
für diese Anwendung eine sehr große Datenbreite und einen kleinen
Adressteil haben sollte. Eine vorteilhafte Realisierung besteht
aus mehr als 64 Bit, vorzugsweise 128 Bit, und 128 Adressen. Der
Prozessor wird dadurch als eine Maschine endlicher Zustände
gestaltet, wobei eine Maschine endlicher Zustände eine Maschine
ist, die eine begrenzte oder endliche Anzahl von möglichen
Zuständen hat. Zu dem Prozessor gehört ein Programmspeicher (1a),
dessen Größe an den jeweiligen benutzten Prozessor angepasst ist.
Zusätzlich dazu sind dem Prozessor Register (1b) zugeteilt,
welche die anfänglichen Bedingungen des Systems umfassen, die
jedes Mal dann geladen werden sollen, wenn das System
initialisiert wird (Rücksetzbedingungen). Eine Suchtabelle für
Vorhersagen (1c) umfasst mögliche Situationen, die auftreten
können, wenn das System benutzt wird, das die Erfindung enthält
(z. B. eine Kraftfahrzeug), d. h. wiederkehrende Situationen, wie
etwa Änderung der Innentemperatur usw. Die Suchtabelle für die
Vorhersagen wird gemäß der jeweiligen Ausführung des benutzten
Systems geladen. Weiterhin gehört zum Prozessor ein abwärts
zählender Vorhersage-Zeitgeber (1d), der die zeitliche Beziehung
der in (1c) gespeicherten Situationen steuert. Abschließend
stellt (1e) ein Werkzeug zum Überprüfen einer realen Situation
dar, das die zeitlichen Vorhersagen überwacht, die in (1c)
gespeichert sind, um zu überprüfen, ob sie plausibel sind, und
sie möglicherweise zu korrigieren.
Sobald das System initialisiert worden ist, beginnt ein
Überwachungsvorgang, der alle direkten und indirekten Parameter
überwacht, die für den Stromverbrauch und das Leistungsvermögen
des Systems von Bedeutung sind, z. B. E/A-Geräte, wie etwa
Schalter, Tastatur, Berührungsbildschirm, Anzeige, Drucker und
Ähnliches, oder Hardware-Teilsysteme, wie etwa Motoren, Relais,
Fühler usw.
Diese Parameter können im Wesentlichen in zwei Kategorien von
Eingabevariablen unterteilt werden. Die erste Kategorie umfasst
die so genannten von der Hardware ausgelösten Eingabevariablen,
d. h. Variable, die sich von der in dem System vorhandenen
Hardware ableiten, z. B. Temperaturfühler oder Drehzahlmesser und
Ähnliches. Damit gehören zu diesen Parametern Umgebungseinflüsse,
wie Temperatur, Druck usw.
Zur zweiten Kategorie gehören Parameter, die sich von den
Anwendungsprogrammen herleiten oder direkt durch den Benutzer
(HMI - Mensch-Maschine-Schnittstelle) geändert oder beeinflusst
werden.
Während die Parameter der zweiten Kategorie direkt an den
Prozessor (1) geschickt werden, weil von ihnen angenommen wird,
dass sie eine unmittelbare Aktion auslösen (Benutzeranfragen
werden als mit hoher Priorität ausgestattet betrachtet), werden
die durch Hardware eingeführten Variablen in ein programmierbares
Filter und danach an eine programmierbare Vergleichseinrichtung
geleitet, deren Funktion später beschrieben werden wird.
Nachdem der Prozessor (1) die jeweiligen Signale empfangen hat,
wird er, falls notwendig, in Bezug auf Leistungsvermögen oder
Stromverbrauch Korrekturaktionen auslösen, indem er die geeignet
manipulierte Variable ((3a), (3b)), wie etwa Oszillatorfrequenz
oder Verarbeitungsgeschwindigkeit (Leistungsvermögen) und Ein/Aus
oder Betriebsspannung usw. adressiert. Die manipulierten
Variablen ((3a), (3b)) zeigen zugehörige Register ((3c), (3d)),
die mit Parametern geladen werden, die den aktuellen Status des
Systems anzeigen.
Fig. 2 zeigt ein stark abstrahiertes Logikflussbild, welches das
Überwachen und Filtern der Echtzeit-Variablen nach der
vorliegenden Erfindung veranschaulicht.
Wie vorstehend beschrieben worden ist, beginnt jedes Mal, wenn
das System initialisiert wird, der Überwachungsvorgang bei Punkt
200, wobei der Vorgang konstant alle direkten und indirekten
Signale/Parameter überwacht, die für den Stromverbrauch und das
Leistungsvermögen des Systems von Bedeutung sind.
Zu dem Zeitpunkt, an dem das System initialisiert wird, d. h. der
Motor des Fahrzeuges angelassen wird, kann sich das System bei
Punkt 201 in einem von mehreren möglichen Systembetriebsmodi
befinden, wobei es auf die für Echtzeitbedingungen relevanten
Anforderungen bezüglich Systemleistungsvermögen und Stromaufnahme
eingestellt ist. Fig. 2 stellt fünf derartige Modi dar, nämlich
Modus 1: alle Teilsysteme befinden sich im Normalbetrieb
Modus 2: das System ist leistungsangepasst, d. h., das System arbeitet bei seinem optimalen Leistungsvermögen
Modus 3: das System ist teilweise abgeschaltet, z. B. Klimaanlage oder einige andere Teilsysteme sind abgeschaltet
Modus 4: das System ist leistungsangepasst und teilweise abgeschaltet; und
Modus 5: alle Teilsysteme mit Ausnahme des DP2C-Teilsystems nach der Erfindung sind abgeschaltet.
Modus 1: alle Teilsysteme befinden sich im Normalbetrieb
Modus 2: das System ist leistungsangepasst, d. h., das System arbeitet bei seinem optimalen Leistungsvermögen
Modus 3: das System ist teilweise abgeschaltet, z. B. Klimaanlage oder einige andere Teilsysteme sind abgeschaltet
Modus 4: das System ist leistungsangepasst und teilweise abgeschaltet; und
Modus 5: alle Teilsysteme mit Ausnahme des DP2C-Teilsystems nach der Erfindung sind abgeschaltet.
Es muss angemerkt werden, das die vorstehende Auflistung von
möglichen Systembetriebsmodi nur beispielhaft ist und nicht als
Eingrenzung gilt. Die erwähnten Systembetriebsmodi decken jedoch
die meisten möglichen Situationen ab.
Fig. 2 zeigt wiederum die Unterscheidung zwischen durch Hardware
eingeführten Parametern (2a) auf der linken und Parametern, die
von Anwendungsprogrammen abgeleitet werden oder direkt durch den
Benutzer verändert oder beeinflusst werden (HMI - Mensch-
Maschine-Schnittstelle; (2b)), auf der rechten Seite. Wenn man
zuerst die durch Hardware eingeführten Parameter (2a) betrachtet,
beobachtet der Überwachungsvorgang kontinuierlich die Teilsysteme
der elektronischen Steuereinheit (ECU). In Block 202 erkennt das
programmierbare Filter, ob es irgendeine Veränderung innerhalb
des Systems gibt, d. h., ob es irgendeinen Übergang zwischen zwei
jeweiligen Zuständen des Systems gibt oder ob es irgendeine
Änderung in der Umgebung gibt. Programmierbar bedeutet in diesem
Zusammenhang, dass Werte, die in jeweiligen Registern gespeichert
sind, durch den Vorgang nach der Erfindung geändert
(programmiert) werden können. Ein Übergang oder eine Veränderung
könnte z. B. die Tatsache sein, dass ein bestimmtes Teilsystem,
das eine bestimmte Aufgabe abgeschlossen hat, nun in einen
Leerlaufstatus übergehen wird. Eine umgebungsbedingte Änderung
kann eine Änderung der Temperatur, des Druckes usw. sein. Für den
Fall, dass ein derartiger Übergang erkannt wird, wird das
jeweilige Signal über Block 203 an Block 204 weitergeleitet, wo
eine programmierbare Vergleichseinrichtung entscheidet, ob diese
Veränderung bedeutsam genug ist, um an den Prozessor (1)
übertragen zu werden, wobei der Vergleichsvorgang in Block 203
ein Maskierfilter enthält, das in der Lage ist, bestimmte
Veränderungen zu maskieren, die im derzeitigen Status des Systems
nicht von Interesse sein dürften. Damit empfängt das
programmierbare Filter die jeweiligen Bits des Signals und
entscheidet, welche Bits ("gültige Bits") nachfolgend mit dem
jeweiligen Werten in dem jeweiligen Register in der
programmierbaren Vergleichseinrichtung in Block 204 verglichen
werden sollen.
Auf der Grundlage dieses Vergleiches wird in Block 205 eine
Hardware-Unterbrechung Hi erzeugt, die dem Prozessor mitteilt,
dass eine Veränderung des Systems eingetreten ist. Zur gleichen
Zeit wird ein jeweiliges Markierungsregister if3 in Block 206
aktualisiert, um die Art der Veränderung anzuzeigen.
Wenn nun zur zweiten Kategorie der Eingabevariablen übergegangen
wird, d. h. Parametern, die von Anwendungsprogrammen abgeleitet
oder direkt durch den Benutzer verändert oder beeinflusst werden,
führt das Erkennen eines Anwendungsprogrammbefehls oder eines
Benutzerbefehls in Block 207 direkt zum Erzeugen der jeweiligen
Unterbrechungen Ai, Ui und der Aktualisierung der jeweiligen
Markierungsregister if1 und if2. In diesem Falle ist kein
Vergleich notwendig, weil ein Anwendungsprogramm "weiß", was
getan werden muss, und für den Fall, dass der Benutzer einen
Befehl ausgibt, würde das Filtern keinen Sinn ergeben. Damit ist
ein Filtern schon vorher erfolgt, als das jeweilige System
entwickelt wurde. Beispielsweise gibt es, wenn der Benutzer des
Systems entscheidet, dass die Klimaanlage des Fahrzeuges
ausgeschaltet werden sollte, keine Zeit für zeitaufwendige
Vergleichsvorgänge, sondern es sollte sofort eine Aktion
erfolgen. Gleichermaßen erfordert, wenn ein Anwendungsprogramm
einen Befehl sendet, ein bestimmtes Teilsystem sofort
abzuschalten, z. B. für den Fall, dass ein schwerwiegender Defekt
erkannt worden ist, ein derartiger Befehl eine unmittelbare
Aktion. Damit ist der Vergleichsvorgang für solche Veränderungen
nützlich, die nicht direkt vom Benutzer oder von einem beliebigen
Anwendungsprogramm beeinflusst worden sind.
Gleichgültig, ob eine unmittelbare Aktion erforderlich ist oder
nicht, sollten trotzdem alle Parameter, ob nun durch Hardware
eingeführt oder durch Anwendungsprogrammbefehle oder durch den
Benutzer direkt ausgelöst, in den DP2C-Prozessor eingespeist
werden, um dem dynamischen Angleichungsvorgang von
Systemleistungsvermögen und Stromaufnahme der vorliegenden
Erfindung zugefügt zu werden, um das Optimum des
Systemleistungsvermögens für eine gegebene
Verarbeitungs-/Anwendungssituation rechtzeitig bereitzustellen, während der
Stromverbrauch des Gesamtsystems auf einem Mindestwert gehalten
wird.
Wenn nun die Hinwendung zu Fig. 3 erfolgt, wird dort ein stark
abstrahiertes Logikflussbild gezeigt, das den
Vorangleichungsvorgang nach der vorliegenden Erfindung
veranschaulicht.
Wie vorstehend schon erwähnt worden ist, kann es Situationen
geben, die sofortige Aufmerksamkeit und/oder unmittelbare Aktion
erfordern. Derartige Situationen werden durch einen Vorgang
abgehandelt, der dem eigentlichen Angleichungsvorgang nach der
vorliegenden Erfindung vorangeht, dem sogenannten
Vorangleichungsvorgang. Die vorstehend erwähnten Situationen
sollten eindeutig und/oder komplikationslos sein. Eine eindeutige
Situation kann z. B. eintreten, wenn der Benutzer selbst ein
bestimmtes Teilsystem abschaltet oder wenn ein Fühler eine
Temperatur eines bestimmten Teiles des Systems erkennt, die für
dieses Teil schädlich sein könnte.
Wie in Fig. 3 zu sehen ist, können die ankommenden
Unterbrechungen Hi, Ai, Ui (siehe Fig. 2) entweder direkt an den
DP2C-Prozessor geschickt werden, oder ein Rundlauf-Zeitgeber
könnte eingerichtet werden, der von Zeit zu Zeit überprüft, ob
eine Unterbrechung vorhanden ist (Block 301). Dies hängt vor
gewählten Ausgestaltung des Systems ab und kann auch durch die
Bedeutsamkeit der Situation beeinflusst werden.
Der DP2C-Vorgang führt nun in Block 302 eine Voranalyse der
Unterbrechung durch, wobei eine Prüfung auf Tragweite der Aktion
ausgeführt wird. Die Kriterien, ob eine Veränderung folgenschwer
ist oder nicht, werden bei der Entwicklung des Systems definiert.
Sie können jedoch zu jeder Zeit geändert werden. In Abhängigkeit
von dieser Voranalyse wird entschieden, was als Nächstes
geschehen soll (Blöcke 303 bis 305). Für den Fall, dass die
Situation so ernsthaft ist, dass ein Teil des Systems
abgeschaltet werden muss, gibt der Prozessor in Block 306 einen
bestimmten Befehl (Strom abschalten) aus oder führt das System zu
einer bestimmten Bereitschaft, z. B. für den Fall, dass ein
Teilsystem betroffen ist, für das eine vollständige
Stromabschaltung nicht erlaubt ist, wie etwa den Kühlkreislauf
oder Ähnliches, das dann bei einem Status mit einem minimalen
Strombedarf läuft. Für den Fall, dass die Situation volles
Leistungsvermögen erfordert, z. B. Spracherkennung, die eine hohe
Aktivität der CPU erfordert, gibt der Prozessor in Block 308
einen Befehl aus, volle Stromversorgung und volles
Leistungsvermögen bereitzustellen. Für den Fall, dass eine
schwerwiegende Umgebungsunterbrechung übertragen worden ist,
werden das System oder ein Teil davon heruntergefahren und gehen
in eine bestimmte Bereitschaft über.
Wenn die Prüfung auf Tragweite der Aktion zu dem Schluss kommt,
dass keine der ernsten Situationen vorhanden ist, ruft der
Vorgang bei Block 308 den Hauptangleichungsvorgang auf, indem er
dabei die unveränderten Parameter übergibt, die den
Systembetriebsmodus definieren, der vorhanden ist, nachdem die
Unterbrechungen erzeugt worden sind (siehe Fig. 2).
Wenn nun der Übergang zu Fig. 4 erfolgt, wird dort ein stark
abstrahiertes Logikflussbild gezeigt, das den
Hauptangleichungsvorgang nach der vorliegenden Erfindung
veranschaulicht. Alle Parameter, die in dem
Vorangleichungsvorgang (siehe Fig. 3) nicht angeglichen worden
sind, werden nun durch den Hauptangleichungsvorgang geschickt,
der bei Punkt 400 beginnt.
Zuerst wird in Block 401 erkannt, ob ein Übergang stattgefunden
hat und eine Unterbrechung noch verarbeitet werden soll. Wenn
dies nicht der Fall ist, fährt das System in Block 402 mit einer
Leerschleife fort, wobei der Überwachungsvorgang, der vorstehend
beschrieben worden ist, weiterhin abläuft. Neben dem Überwachen
der Teilsysteme können in Hinblick auf die Anforderungen an
Stromverbrauch und Systemleistungsvermögen zur gleichen Zeit ein
Vorhersagevorgang wie auch ein Erziehungs-/Lernvorgang
stattfinden. Diese beiden Vorgänge werden später beschrieben
(Punkte 403 und 404).
Für den Fall, dass noch eine Unterbrechung verarbeitet werden
soll, tritt das System in Block 405 in den
Hauptangleichungsvorgang ein, wobei unter Verwendung eines
"aufeinanderfolgenden Näherungs"-Algorithmus eine wiederholte
Anpassung von Leistungsvermögen und Strombedarf mit dem Ziel
durchgeführt wird, sich bei einem optimalen
Systemleistungsvermögen an einen minimalen Strombedarf/-verbrauch
des Systems anzugleichen.
Während dieses Angleichungsvorganges werden Parameter von Strom
und Leistungsvermögen in Blöcken 406 und 407 wiederholt
aufeinander abgestimmt, d. h. an den neuen Modus des
Betriebssystems angepasst, wobei abgestimmte Stromparameter
benutzt werden, um Leistungsparameter anzupassen und umgekehrt,
wobei damit ein Vorgang in Form einer Schleife ausgeführt wird.
Die abgestimmten Parameter können dafür benutzt werden, die
jeweiligen Register in Blöcken 408 und 409 zu aktualisieren, d. h.
das Register der Stromparameter ((3d) in Fig. 1) und das Register
der Leistungsparameter ((3c) in Fig. 1).
Für den Fall, dass ein optimales Angleichungsergebnis erreicht
wird (ein minimales Delta kann erlaubt sein, indem ein bestimmter
Wert ermittelt wird, der bei seinem Erreichen ein optimales
Angleichungsergebnis definiert), werden die abgestimmten
Parameter an den Punkten 410 und 411 an den DP2C-Vorgang
zurückgegeben. Während der Hauptangleichungsvorgang durchgeführt
wird, prüft das System von Zeit zu Zeit, ob der Vorgang schon
abgeschlossen worden ist, indem er sich bis zu einer annehmbaren
minimalen Unstimmigkeit an die optimalen Betriebsbedingungen
angleicht, die in Block 412 definiert werden sollen. Für den
Fall, dass der Vorgang noch nicht abgeschlossen worden ist, wird
ein weiterer Anpassungszyklus ausgelöst. Es ist jedoch möglich,
die Anzahl der Zyklen auf einen bestimmten Wert zu begrenzen oder
die Zeit zu benutzen oder einen bestimmten Wert oder eine
Verknüpfung davon. Wenn aufgrund der Tatsache, dass keine
Angleichung erreicht werden kann, weil eine unlösbare Bedingung
aufgetreten ist oder die Zeit eines Zeitgebers abgelaufen ist
(wobei das System dabei den speziell definierten "Delta"-Wert in
Betracht zieht) der optimale Zustand nicht erreicht worden ist,
nachdem eine vorgegebene Anzahl von Zyklen abgelaufen ist, könnte
der Vorgang dadurch beendet werden, dass bei Punkt 413 eine
sogenannte "ABEND"-Routine ("ABnormales ENDE") eingegeben wird,
wie sie dem Fachmann allgemein bekannt ist.
Für den Fall, dass der Angleichungsvorgang als abgeschlossen
bezeichnet wird, wird der Vorgang beendet und das programmierbare
Filter und die programmierbare Vergleichseinrichtung werden an
die neuen/angeglichenen Betriebsbedingungen des Systems
angepasst, indem an Punkten 414 und 415 (siehe X beziehungsweise
Y in Fig. 1) die jeweiligen Parameter in die jeweiligen Register
eingegeben werden.
Wie vorstehend schon erwähnt worden ist, enthält das System
Suchtabellen für Vorhersagen (siehe Fig. 1; (1c)), die mögliche
Situationen umfassen, die auftreten können, wenn das System
benutzt wird, das die Erfindung enthält (z. B. ein Kraftfahrzeug),
d. h. wiederkehrende Situationen, wie etwa die Änderung der
Innentemperatur usw. Nach der Erfindung werden die
Vorhersageregister oder -tabellen mit möglichen Situationen
geladen, die auftreten können, wenn das die Erfindung enthaltende
System benutzt wird, z. B. können die Tabellen die Information
enthalten, dass, nachdem sich die Innentemperatur um 3°C
geändert hat, es normalerweise 2 Minuten dauert, bis der Benutzer
des Systems, d. h. der Fahrer, die Temperatur auf den "korrekten"
Wert anpassen wird. Damit wird das System unter Verwendung dieser
Information eine Vorhersage für die Situation hinsichtlich der
Anforderungen an das Leistungsvermögen in der "nahen Zukunft"
berechnen.
In Zusammenhang mit dem Vorhersagevorgang ist das System in der
Lage einen kontinuierlichen Vorgang des "Lernens durch Anwenden"
auszuführen, d. h. durch Vergleichen des sich ergebenden realen
Systemverhaltens mit den vorhergesagten Angleichungsanpassungen
ist das System selbstanpassend oder trainierbar, und als Folge
berechnet das System die Wirksamkeit der ausgeführten Angleichung
gegenüber dem realen Betriebsverhalten des Systems und
aktualisiert oder ändert die Suchtabellen für die Vorhersage von
Leistungsvermögen/Stromverbrauch bei Bedarf und löst einen
abwärts zählenden Vorhersage-Zeitgeber aus, um damit einen
Lernvorgang auszuführen.
Fig. 5 zeigt ein stark abstrahiertes Logikflussbild, das den
Vorhersage- und Systemerziehungsvorgang nach der vorliegenden
Erfindung veranschaulicht.
Als Erstes wird, beginnend bei Punkt 500, der derzeitige
DP2C-Vorgangsfall in Block 501 im Hinblick auf anwendbaren
vorhersagbaren nächsten Bedarf an Leistungsvermögen und Strom
analysiert. Nachfolgend wird in Block 502 durch Vergleichen der
vorliegenden Situation mit den Suchtabellen für die Vorhersage
(siehe (1c) in Fig. 1) überprüft, ob eine vorhersagbare Situation
vorhanden ist. Für den Fall, dass die Antwort nein ist, tritt das
System in eine Schleife ein, bis eine vorhersagbare Situation
eintritt.
Wenn eine vorhersagbare Situation vorhanden ist, wählt das System
in Block 503 die geeigneten Werte aus und initialisiert/startet
einen abwärts zählenden Vorhersage-Zeitgeber, der die Zeit
anzeigt, nach der die vorhersagbare Situation eintreten sollte.
Parallel zu diesen Schritten wacht das System in Block 504
kontinuierlich darüber, ob eine neue Situation eingetreten ist,
welche die vorliegenden Vorgangsschritte redundant werden ließe,
weil die neue Situation unterschiedliche Aktionen erfordern
könnte. Das Eintreten einer neuen Situation wird in Block 503 in
einem Register der Überwachungsmarkierungen angezeigt.
Als Nächstes wird in Block 505 erkannt, ob der abwärts zählende
Zeitgeber abgelaufen ist. Wenn dies nicht der Fall ist, kehrt das
System zu Block 503 zurück. Wenn es der Fall ist, wird in Block
506 ermittelt, ob sich die anfänglichen Systembedingungen
geändert haben, d. h., ob seit dem Beginn des Zeitgebers eine neue
Situation eingetreten ist. Für den Fall, dass sich die Situation
geändert hat, wird der Vorhersagevorgang ohne jegliche Folgen in
Block 507 beendet.
Wenn das System herausfindet, dass keine neue Situation
eingetreten ist, bringt es in Block 508 die Vorhersageparameter
in die Register der Leistungsparameter und auch in die Register
der Stromparameter((3c)und (3d) in Fig. 1) ein, um damit diese
Register zu aktualisieren.
Wie in Fig. 4 zu sehen ist, können der Lernvorgang E und der
Vorhersagevorgang P parallel zum Angleichungsvorgang verlaufen.
Für den Fall, dass eine vorhersagbare Situation erkannt wird und
der Lernvorgang des Systems läuft ("logisches UND" in Block 509),
geht der Vorgang weiter zu Block 510. Zuerst wird der Lern-
Zeitgeber (siehe (1e) in Fig. 1) zurückgesetzt oder
initialisiert, und ein Index-Zeitgeber wird eingestellt, der die
Zeit seit dem Starten des Lern-Zeitgebers zählt. Zusätzlich
könnte in Registern if1 bis if3 eine Überwachungsmarkierung
gesetzt werden.
Als Nächstes prüft das System (in Block 511), ob sich die
anfänglichen Systembedingungen verändert haben (siehe
vorstehend). Wenn dies nicht der Fall ist, kehrt das System zu
Block 510 zurück. Block 512 zeigt ein logisches "UND" zwischen
dem positivem Ergebnis der Überprüfung in Block 511 und einem
negativen Ergebnis der Überprüfung in Block 505. Wenn beide
Voraussetzungen erfüllt werden, geht der Vorgang weiter zu Block
513, und die Suchtabellen für die Vorhersage (siehe (1c) in Fig.
1) werden unter Verwendung des durch den. Index-Zeitgeber
gemessenen Wertes angepasst.
Fig. 6 veranschaulicht die Initialisierung des Systems und die
Behandlung des ABEND-Code (ABnormales ENDE) nach der vorliegenden
Erfindung.
Wenn zu einem Zeitpunkt T0 bei Punkt 600 das System initialisiert
wird, wird in Block 601 zuerst der DP2C-Prozessor als Teil des
Gesamtsystems eingeschaltet. Als Nächstes beginnt in Block 602
die Initialisierung des DP2C-Systems. Es erfolgt das Urladen des
DP2C-Prozessors, und in Block 603 werden die anfänglichen
Parameterwerte aus dem DP2C-Programmspeicher (1a) in die anfangs
eingestellten Register und die Register für die Vorhersage-
Suchtabellen ((1b) und (1c)) kopiert. Dies wird als grundlegendes
Urladen bezeichnet, weil an diesem Punkt die Register der
Eingabevariablen und die Register der Parameter für
Leistungsvermögen und Strom noch nicht geladen worden sind.
Von Block 603 aus könnte sich der Vorgang zur
Systeminitialisierung verzweigen, womit ein Rundlauf-Zeitgeber
(ii; siehe Fig. 3) oder direktes Auslösen des
DP2C-Unterbrechungsvorganges (iii; siehe Fig. 3) initialisiert wird.
Für den Fall, dass es eine nicht abschätzbare Situation gibt,
wird der Vorgang beendet, indem in Block 604 der DP2C-Vorgang
"ABEND" initialisiert wird. Dies führt zu einer zweckdienlichen
Stabilisierung des gesamten Systems.
Für den Fall, dass das grundlegende Urladen abgeschlossen ist (in
Block 606 ermittelt), werden in Block 607 die ECU-Speichersysteme
eingeschaltet. Wenn das grundlegende Urladen noch nicht
abgeschlossen ist, geht das System zu Block 608, wobei das
Einschalten des ECU-Systems verzögert wird.
Auf den Kopiervorgang folgend, der vorstehend beschrieben worden
ist (grundlegendes Urladen), werden die Register der
Eingabevariablen und die Register der Leistungs- und
Stromparameter in Block 605 geladen. Bis der Rest des
DP2C-Initialisierungsvorganges beendet ist (in Block 610 ermittelt),
wird der Rest des Stromversorgungssystems in Block 609 auf
"Warten" gesetzt, und der Programmstart des ECU-Systems wird
verzögert. Für den Fall, dass der DP2C-Urladevorgang
abgeschlossen ist (wird in Block 610 entschieden), beginnt bei
Punkt 611 (siehe Fig. 4) der DP2C-Vorgang.
Fig. 7 zeigt eine vorteilhafte Realisierung für ein
Stromversorgungs-Teilsystem als Teil der vollständigen ECU,
gesteuert durch den DP2C-Vorgang. Ein derartiges System braucht
normalerweise mehrere unterschiedliche Betriebsspannungen (VDC1,
VDC2, . . . VDCn in Fig. 7; z. B. für den Fall eines
Kraftfahrzeuges startet die Batterie mit 12 V, aber es gibt
Teilsysteme, die 2,5 V, 3,3 V oder 5 V benötigen). Es wird nun
vorgeschlagen, die Stromversorgungen dieser Teilsysteme in eine
primäre Stromversorgung und in sekundäre Stromversorgungen für
jede benötigte unterschiedliche Spannung aufzuteilen. Die primäre
Stromversorgung wird als geschalteter Regler ausgebildet, der den
Vorteil hat, dass er einen sehr guten Wirkungsgrad aufweist, aber
an seinem Ausgang treten Störspannungen und Welligkeit auf. Die
primäre Stromversorgung wandelt nun die Anfangsspannung
(VDC-Eingang in Fig. 7, z. B. 12 V) in einen Wert von etwa 1 V oberhalb
der höchsten benötigten VDC um (d. h. 6 V im vorstehenden
Beispiel). Diese Umwandlung von 12 in 6 V kann mit hohem
Wirkungsgrad erfolgen. Die sekundären Stromversorgungen werden
als lineare Regler ausgebildet, was den Vorteil hat, dass nahezu
keine Störspannungen und keine Welligkeit auftreten und dass sie
preiswerte Komponenten sind. Diese linearen Regler
vervollständigen nun die Umwandlung in die jeweiligen
erforderlichen Betriebsspannungen (d. h. von 6 V auf 5 V im
vorstehenden Beispiel). Die Gesamtvorteile dieser Realisierung
bestehen darin, dass die Umwandlung mit geringen Verlusten und zu
niedrigen Kosten erreicht werden kann.
Fig. 8 und 9 zeigen eine vorteilhafte Realisierung der
Abschaltsteuerung, die in Fig. 7 dargestellt wird.
Wie schon vorstehend beschrieben, macht der Angleichungsvorgang
von der Tatsache Gebrauch, dass die Betriebsspannung gesteuert
werden kann, um einige bestimmte Systeme abzuschalten, während
andere weiterhin noch arbeiten. Während der Abschaltung eines
Systems kann das System durch eine metastabile Zone gehen, in der
es nicht korrekt gesteuert werden könnte. Um diese Situation zu
steuern, wird die in Fig. 8 gezeigte Realisierung vorgeschlagen.
Wenn die Spannung des jeweiligen Systems abgeschaltet wird, wobei
sich der Schalter FS1 bei Position (a) befindet, wird nach einem
vorgegebenen Zeitraum oder bei einem vorgegebenen Spannungswert
ein zweiter Schalter FS2 bei Position (b) geöffnet, so dass damit
ein Kurzschluss veranlasst wird. Dementsprechend fällt die
Betriebsspannung sehr schnell auf einen Pegel von 0 V ab, so dass
die metastabile Zone in einer engen, keine Störungen
verursachenden Zeitspanne gehalten wird.
Claims (19)
1. Verfahren zum Stromsparen bei Strom verbrauchenden Elementen
eines Systems, das unterschiedliche Teilsysteme umfasst, das
durch die folgenden Schritte gekennzeichnet ist:
- a) kontinuierliches Überwachen und Aufzeichnen
- 1. des momentanen Stromverbrauchs des Systems;
- 2. der momentanen Anforderungen der Anwendung an die Leistungsfähigkeit des Systems;
- 3. aller direkten und indirekten Eingabevariablen aller Teilsysteme, die für den Stromverbrauch von Bedeutung sind, und des Leistungsvermögens der Elemente;
- b) Analysieren der zu diesem Zeitpunkt erforderlichen
Systemleistung und der Stromaufnahme durch
- - Vergleichen der in Schritt a) aufgezeichneten Werte mit Suchtabellen für Anforderungen an Systemleistung und Stromaufnahme, die vorgegebene Werte enthalten; und
- c) Durchführen eines dynamischen Angleichungsvorganges für
Systemleistung und Stromaufnahme durch
- 1. Anwenden eines Matrixvorganges, der den tatsächlichen Inhalt der Suchtabelle für die Leistungsfähigkeit und/oder die Stromaufnahme verknüpft;
- 2. Ausführen des Angleichens des Leistungsvermögens des Systems und des Stromverbrauchs durch Anpassen der Parameter für die Teilsysteme;
- 3. Auslösen der jeweiligen Korrekturvariablen der Strom verbrauchenden Elemente entsprechend den angepassten Parametern; und
- 4. dynamisches Aktualisieren der Suchtabellen für Leistungsvermögen und/oder Stromverbrauch mit den neuen angepassten Parametern.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das
System ein Kraftfahrzeug ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
dass die Teilsysteme elektronische Steuereinheiten (ECUs)
umfassen.
4. Verfahren nach einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, dass die Variablen durch Hardware
ausgelöste Variable und Variable umfasst, die von
Anwendungsprogrammen oder von einem Benutzer des Systems
abgeleitet werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, das zusätzlich den Schritt des
Durchleitens der seitens der Hardware ausgelösten Variablen
durch ein dynamisch veränderliches programmierbares Filter
umfasst, um jede beliebige Veränderung im System zu
erkennen.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die
seitens der Hardware ausgelösten Variablen, nachdem sie das
programmierbare Filter durchlaufen haben, durch eine
programmierbare Vergleichseinrichtung hindurch geleitet
werden, um sie mit vorgegebenen Suchtabellen zu vergleichen.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die
vorgegebenen Suchtabellen dynamisch aktualisiert werden
können.
8. Verfahren nach einem beliebigen der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es zusätzlich den
Schritt des Berechnens einer Vorhersage für die
Anforderungen an die Stromaufnahme und die Systemleistung
umfasst.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die
vorhergesagten Werte in einer Suchtabelle für die
Vorhersagen gespeichert werden.
10. Verfahren nach einem beliebigen der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es den zusätzlichen
Schritt des Durchführens eines kontinuierlichen
Lernvorganges umfasst.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der
Lernvorgang durch die folgenden Schritte ausgeführt wird:
- - Vergleichen des tatsächlichen Systemverhaltens mit den vorhergesagten Angleichungsanpassungen;
- - Berechnen der Wirksamkeit der ausgeführten Angleichung gegenüber dem tatsächlichen Systemverhalten; und
- - Aktualisieren der Vorhersage-Suchtabellen bei Bedarf und Auslösen eines abwärts zählenden Vorhersage- Zeitgebers.
12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die
Korrekturvariablen Oszillatorfrequenz,
Verarbeitungsgeschwindigkeit, Betriebsspannung und Ähnliches
umfassen.
13. Rechnerprogrammprodukt, das auf einem rechnernutzbaren
Medium gespeichert ist, das rechnerlesbare Programm-Mittel
umfasst, um einen Rechner zu veranlassen, ein Verfahren nach
einem beliebigen der vorhergehenden Ansprüche auszuführen.
14. Datenverarbeitungssystem, das verschiedene Teilsysteme
enthält, das Folgendes umfasst:
eine CPU;
Detektoren zum Überwachen
des augenblicklichen Stromverbrauchs des Systems;
der augenblicklichen Anforderungen an die Systemleistung für eine Anwendung; und
aller direkten und indirekten Eingabevariablen aller Teilsysteme, die für den Stromverbrauch und das Leistungsvermögen der Elemente von Bedeutung sind;
zu der CPU gehörige Suchtabellen zum Speichern vorgegebener Werte, die die anfänglichen Anforderungen an die Systemleistung und die Stromaufnahme darstellen;
Mittel zum Vergleichen der überwachten Werte mit den vorgegebenen Werten; und
Mittel zum Durchführen eines dynamischen Angleichungsvorganges von Systemleistung und Stromaufnahme, um die Leistungsfähigkeit und die Stromaufnahme des Systems an die überwachten Werte anzupassen.
eine CPU;
Detektoren zum Überwachen
des augenblicklichen Stromverbrauchs des Systems;
der augenblicklichen Anforderungen an die Systemleistung für eine Anwendung; und
aller direkten und indirekten Eingabevariablen aller Teilsysteme, die für den Stromverbrauch und das Leistungsvermögen der Elemente von Bedeutung sind;
zu der CPU gehörige Suchtabellen zum Speichern vorgegebener Werte, die die anfänglichen Anforderungen an die Systemleistung und die Stromaufnahme darstellen;
Mittel zum Vergleichen der überwachten Werte mit den vorgegebenen Werten; und
Mittel zum Durchführen eines dynamischen Angleichungsvorganges von Systemleistung und Stromaufnahme, um die Leistungsfähigkeit und die Stromaufnahme des Systems an die überwachten Werte anzupassen.
15. Datenverarbeitungssystem nach Anspruch 14, dadurch
gekennzeichnet, dass es zusätzlich ein programmierbares
Filter umfasst.
16. Datenverarbeitungssystem nach Anspruch 14 oder 15, dadurch
gekennzeichnet, dass es zusätzlich einen programmierbaren
Operator umfasst.
17. Datenverarbeitungssystem nach einem beliebigen der Ansprüche
14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass es zusätzlich
Suchtabellen zum Speichern von vorherzusagendem
Anforderungen an Anwendungen und Systemleistung umfasst.
18. Datenverarbeitungssystem nach einem beliebigen der Ansprüche
14 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilsysteme
Stromversorgungen umfassen, die in eine primäre
Stromversorgung und mehrere sekundäre Stromversorgungen
unterteilt sind.
19. Datenverarbeitungssystem nach Anspruch 18, dadurch
gekennzeichnet, dass die primäre Stromversorgung aus einem
geschalteten Regler und die sekundären Stromversorgungen aus
linearen Reglern bestehen.
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