DE102005046072B4

DE102005046072B4 - Verfahren und Vorichtung zur Prozeßregelung

Info

Publication number: DE102005046072B4
Application number: DE200510046072
Authority: DE
Inventors: Ottmar Dr.-Ing. Gehring; Frédéric Dipl.-Ing. Holzmann; Sascha Dr.-Ing. Paasche; Andreas Dr.-Ing. Schwarzhaupt; Gernot Prof. Dr.-Ing. Spiegelberg; Armin Dr.-Ing. Sulzmann
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2005-09-27
Filing date: 2005-09-27
Publication date: 2009-04-02
Anticipated expiration: 2025-09-28
Also published as: DE102005046072A1

Abstract

Verfahren zum Berechnen eines Werts für eine Größe eines technischen Prozesses, wobei
– ein datenverarbeitender Auswahl-Prozessor mit mindestens zwei datenverarbeitenden Ausführungs-Prozessoren verbunden ist,
– jeder Ausführungs-Prozessor zur Berechnung des Werts der Prozeß-Größe oder eines für die Berechnung des Werts verwendeten Werts einer anderen Größe des Prozesses ausgestaltet ist,
– für mindestens einen Ausführungs-Prozessor eine vorhergesagte Gesamt-Ausführungszeit, in der dieser Prozessor eine von ihm berechenbare Größe zu berechnen vermag, ermittelt wird,
– der Auswahl-Prozessor mindestens einmal automatisch in Abhängigkeit von
einer vorgegebenen Soll-Ausführungszeit für die Berechnung des Werts,
einer automatisch auswertbaren Beschreibung mindestens eines Ausführungs-Prozessors und
der mindestens einen Gesamt-Ausführungszeit
einen der mindestens zwei Ausführungs-Prozessoren auswählt und
– der ausgewählte Ausführungs-Prozessor den Wert der Prozeß-Größe oder den Wert der anderen Prozeß-Größe berechnet,
dadurch gekennzeichnet, daß
mindestens ein Ausführungs-Prozessor an den Auswahl-Prozessor mindestens einmal die Prozessor-Beschreibung übermittelt,
wobei jede von...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Berechnen eines Werts für eine Größe eines technischen Prozesses unter Verwendung eines Auswahl-Prozessors und mehrerer Ausführungs-Prozessoren.
Ein Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 18 sind aus DE 19513922 A1 bekannt. Eine Prioritätswert-Bestimmungseinrichtung, die als ein Auswahl-Prozessor fungiert, wählt einen Ausführungs-Prozessor („Computer" oder „Programm") aus, wobei der Auswahl-Prozessor einen Prioritätswert berechnet und diesen dem Ausführungs-Prozessor zuordnet. Der Auswahl-Prozessor umfaßt eine Prioritätswert-Umsetzeinrichtung, die abhängig von einer vorgegeben Soll-Ausführungszeit und einer Verarbeitungsmenge, die beim Ausführen eines Programms zu bewältigen ist, einen Prioritätswert berechnet. Eine Prioritätswert-Änderungseinrichtung ändert einen Prioritätswert eines Programms entsprechend ab. Der Auswahl-Prozessor umfaßt weiterhin eine Verbindungszeit-Vorhersageeinrichtung, eine Verarbeitungszeit-Vorhersageeinrichtung und eine Programmauswahl-Einrichtung. Der Auswahl-Prozessor hat Lesezugriff auf eine Programmort- Datenbank, in der Informationen über Programme abgespeichert sind. Zu diesen Informationen gehören insbesondere Prioritätswerte und Zeitgrenzen.
Das in DE 19513922 A1 beschriebene Verfahren weist den Nachteil auf, daß eine zentrale Datenbank mit Informationen über Ausführungs-Prozessoren bereitgestellt und laufend aktuell gehalten werden muß. Insbesondere dann, wenn diese Datenbank sich an Bord eines Nutzfahrzeugs befindet, welches große Strecken zurücklegt und möglicherweise während seines Einsatzes umgebaut wird, ist dieses Vorgehen weniger praktikabel.
Aus US 5,506,999 ist ein „blackboard processing system" mit mehreren parallel arbeitenden Ausführungs-Prozessoren bekannt. Als Auswahl-Prozessor fungiert ein „blackboard control unit" (ECU). Die ECU ist mit mehreren Ausführungs-Prozessoren („parallel processors") verbunden und koordiniert die Arbeit dieser Ausführungs-Prozessoren. Hierbei plant die BCU die zeitliche Abfolge, in der Berechnungsaufgaben („computational processes") ausgeführt werden, und wählt aus, welcher Ausführungs-Prozessor wann welche Berechnungsaufgabe ausführt. Die BCU berücksichtigt bei der Auswahl die aktuelle Auslastung jedes Ausführungs-Prozessors. Ein Ausführungs-Prozessor ist beispielsweise durch andere Berechnungsaufgaben ausgelastet, ein anderer nicht. Die BCU sorgt außerdem für den Austausch von Daten zwischen den Prozessoren. Vorzugsweise haben alle Prozessoren Zugriff auf eine gemeinsam genutzte Datenbank.
In DE 19750026 A1 werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben von Steuereinrichtungen für ein Fahrzeug beschrieben. Ein Steuergerät fungiert sowohl als Auswahl-Prozessor als auch aus Ausführungs-Prozessor. Eine Kenngröße, die die Auslastung eines Ausführungs-Prozessors kennzeichnet, wird gemessen, z. B. die Drehzahl des Motors. Das Steuergerät als Auswahl-Prozessor delegiert Berechnungsaufgaben an andere Ausführungs-Prozessoren, wenn es selber diese nicht in einer vorgegebenen Zeit ausführen kann.
Auch dieses Vorgehen setzt voraus, daß dem Auswahl-Prozessor Informationen über die übrigen Ausführungs-Prozessoren vorab zur Verfügung stehen. Nur dann kann der Auswahl-Prozessor aus der Motordrehzahl auf eine zu erwartende Ausführungszeit schließen.
In US 2004/0268186 A1 wird ein System mit zwei Steuergeräten beschrieben. Die beiden Steuergeräte sind über ein Netzwerk miteinander verbunden. Auf jedem Steuergerät sind ein Steuerungsprogramm sowie je ein Agenten-Programm abgespeichert. Das Agenten-Programm befähigt das Steuergerät, autonom als „Agent" zu arbeiten und selbständig Aufgaben auszuführen. In dem Multi-Agenten-System, das von diesen „Agenten-Steuergeräten" gebildet wird, wird eine auszuführende Aufgabe mehreren Agenten präsentiert, und diese konkurrieren um die Ausführung der Aufgabe.
Ein Regler, der als selbständig arbeitender Agent ausgeführt ist, wird auch in US 6,853,896 B2 beschrieben.
In US 2005/0027402 A1 wird vorgeschlagen, einen Regler für ein Fahrzeug in logischer Sicht in zwei Hierarchieebenen zu unterteilen, und zwar in eine Befehlsebene („command section") und in eine Ausführungsebene („executing section"). Die Befehlsebene generiert einen Sollzustand für das Fahrzeug („target vehicle state") und übermittelt diesen an die Ausführungsebene. Die Ausführungsebene steuert in Abhängigkeit vom generierten Sollzustand Aktoren an.
Aus DE 10343057 A1 ist der Ansatz bekannt, mehrere Steuergeräte zu einem Rechnersystem zu verknüpfen. Die Steuergeräte arbeiten das gleiche Computerprogramm ab, um Sensorikdaten zu verarbeiten. Die Gesamtheit der verfügbaren Sensorikdaten wird auf die einzelnen Steuergeräte aufgeteilt. Die Steuergeräte tauschen untereinander Sensorikdaten aus und verarbeiten die Sensorikdaten zeitsynchron, und zwar mit einem einstellbaren Zeitversatz. Dieser Zeitversatz hängt vorzugsweise von der Zeitspanne ab, die dafür benötigt wird, Sensorikdaten von einem Steuergerät an ein anderes Steuergerät zu übermitteln. In einer Ausgestaltung fungiert eines der Steuergeräte als Master-Steuergerät, das Synchronisierungs-Informationen an andere Steuergeräte übermittelt.
In DE 10334535 A1 wird ein Verfahren vorgeschlagen, um eine Reihenfolge festzulegen, in der Anforderungen nach Berechnungsvorgängen abgearbeitet werden. Diese Anforderungen stammen von möglichen Anforderern, z. B. von Steuergeräten für den Motor oder das Bremssystem. Eine Anforderung ist der Wunsch zur Ausführung einer Aufgabe. Die Anforderungen können von einem per Software realisierten Regler, auch als „plugin" bezeichnet, stammen.
Die Anforderungen werden beim Verfahren gemäß DE 10334535 A1 aufsteigend oder absteigend nach ihren Prioritäten in einer Liste sortiert. In der Liste wird weiterhin jeweils abgespeichert, ob ein möglicher Anforderer aktuell einen Anforderungswunsch aufweist oder nicht, und wenn ja welchen. Die sortierte Liste wird beginnend bei dem Anforderer mit der höchsten Priorität abgearbeitet. Sobald bei der Abarbeitung ein Anforderer entdeckt wird, der einen Anforderungswunsch aufweist, wird dieser Anforderungswunsch ausgewählt und zur Abarbeitung weitergeleitet. Dieses Priorisierungsverfahren löst Konflikte unter den Anforderungen auf.
In einer alternativen Ausführungsform wird nicht die Liste mit den Anforderern sortiert, sondern die unsortierte Liste wird abgearbeitet. Die abgespeicherten Anforderungswünsche werden zwischengespeichert und hinsichtlich eines Kriteriums bewertet. In einem Ausführungsbeispiel wählt ein koordinierendes Steuergerät einen „Auftragnehmer" aus und beauftragt ihn mit der Durchführung eines Auftrags.
In DE 10 2004 061320 A1 wird ein integriertes Fahrzeugsteuersystem mit mehreren Steuergeräten beschrieben. Eine Verarbeitungseinheit erzeugt abhängig von Vorgaben z. B. des Fahrers Informationen und gibt diese an die Steuergeräte aus. Mindestens eines der Steuergeräte steuert das Antriebssystem oder die Bremse des Fahrzeugs in Abhängigkeit von diesen Informationen an.
In DE 19933086 A1 und EP 1219489 A2 werden Vorgehensweisen beschrieben, bei der zwei miteinander verbundene Steuergeräte sich gegenseitig überwachen.
US 6,574,559 B2 offenbart ein System, das Kollisionen zwischen Fahrzeugen vermeidet. Eine Berechnungseinheit berechnet Lenkreaktionen, um Einflüsse von Störungen zu kompensieren.
Aus DE 19961589 A1 ist ein verteiltes Datenverarbeitungs-System bekannt, dessen Komponenten über einen Datenbus miteinander verbunden sind. Ein Serviceelement erkennt automatisch neue Komponenten und bindet sie in das System ein. Dadurch konfiguriert das Serviceelement das Datenverarbeitungs-System.
In DE 10000997 A1 wird ein elektronisches Steuersystem beschrieben, das Funktionen eines Verarbeitungssystems z. B. in einem Auto steuert. Das Steuerungssystem ist in eine Vielzahl von logischen Ausführungs-Prozessoren unterteilt.
Aus DE 10206865 C1 ist ein Verfahren bekannt, um die Reaktionszeit eines Software-Prozesses auf eine vorgegebene Soll-Ausführungszeit zu beschränken. Der Software-Prozeß ist in eine Abfolge von Teilprozessen unterteilt, die nacheinander ausgeführt werden und jeweils eine Näherungslösung erbringen. In einer Ausführungsform führt jeder Teilprozeß einen Iterationsschritt aus. Ist die vorgegebene Soll-Ausführungszeit abgelaufen, so wird einer der bereits ausgeführten Teilprozesse ausgewählt, und dessen Ergebnis wird als Gesamtergebnis verwendet.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 18 bereitzustellen, bei der der Auswahl-Prozessor die Auswahl vorzunehmen vermag, ohne eine zentrale Datenbank mit Informationen über die Auswahl-Prozessoren zur Verfügung stellen zu müssen.
Die Aufgabe wird durch Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Regelungssystem mit den Merkmalen des Anspruchs 18 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Die Erfindung stellt ein Verfahren und ein Regelungssystem zum Berechnen eines Werts für eine Größe eines technischen Prozesses bereit. Die Größe ist beispielsweise eine Stellgröße des technischen Prozesses. Das Verfahren und das Regelungssystem lassen sich in gleicher Weise anwenden, um jeweils einen Wert für mehrere Prozeß-Größen zu berechnen. Das Regelungssystem umfaßt einen datenverarbeitenden Auswahl-Prozessor und mindestens zwei datenverarbeitenden Ausführungs-Prozessoren. Jeder dieser Prozessoren ist beispielsweise ein Steuergerät oder ein sonstiges datenverarbeitendes Gerät. Möglich ist auch, daß jeder Prozessor durch ein Software-Programm oder einen Software-Prozeß realisiert wird und alle diese Software-Programme oder Software-Prozesse auf demselben datenverarbeitenden Gerät ablaufen.
Der Auswahl-Prozessor ist mit jedem Ausführungs-Prozessor verbunden. Mindestens ein Ausführungs-Prozessor übermittelt mindestens einmal an den Auswahl-Prozessor eine automatisch auswertbare Prozessor-Beschreibung. Möglich ist, daß jeder Ausführungs-Prozessor eine solche Beschreibung an den Ausführungs-Prozessor übermittelt. Möglich ist auch, daß mindestens ein Ausführungs-Prozessor an mehreren Zeitpunkten jeweils eine automatisch auswertbare Prozessor-Beschreibung übermittelt und damit eine ältere Prozessor-Beschreibung aktualisiert.
Jeder Ausführungs-Prozessor ist zur Berechnung jeweils mindestens einer Größe des Prozesses ausgestaltet. Möglich ist, daß mindestens ein Ausführungs-Prozessor mehrere Prozeß-Größen zu berechnen vermag. Diese mindestens eine Größe ist entweder die Prozeß-Größe selber oder eine andere Größe des Prozesses, deren Wert zur Berechnung des Werts der Prozeß-Größe verwendet wird. Jede von einem Ausführungs-Prozessor an den Auswahl-Prozessor übermittelte Prozessor-Beschreibung umfaßt eine Auflistung der von diesem Ausführungs-Prozessor berechenbaren Größen des Prozesses.
Vorgegeben ist weiterhin eine maximale Soll-Ausführungszeit für die Berechnung des Werts.
Mindestens einmal wird eine Abfolge durchgeführt, die die folgenden Schritte umfaßt.

– Der Auswahl-Prozessor übermittelt ein Anforderungs-Signal an alle Ausführungs-Prozessoren.
– Mindestens ein Ausführungs-Prozessor ermittelt selber nach Erhalt des Anforderungs-Signals an den Auswahl-Prozessor eine vorhergesagte Gesamt-Ausführungszeit. Diese Gesamt-Ausführungszeit ist die Zeitspanne, in der dieser Ausführungs-Prozessor jeweils einen Wert für jede Größe der Auflistung seiner Prozessor-Beschreibung zu berechnen vermag.
– Der mindestens eine Ausführungs-Prozessor übermittelt die vorhergesagte Gesamt-Ausführungszeit an den Auswahl-Prozessor.
– Der Auswahl-Prozessor prüft, welche Ausführungs-Prozessoren jeweils eine vorhergesagte Gesamt-Ausführungszeit übermittelt hat, die kleiner oder gleich der vorgegebenen Soll-Ausführungszeit ist.
– Der Auswahl-Prozessor wählt automatisch einen der mindestens zwei Ausführungs-Prozessoren aus. Die Auswahl nimmt er unter denjenigen Ausführungs-Prozessoren vor, die eine Gesamt-Ausführungszeit übermittelt haben, die kleiner oder gleich der Soll-Ausführungszeit ist.

Die Erfindung ermöglicht es, verschiedenartige Ausführungs-Prozessoren zu betreiben und deren Arbeit zu koordinieren, ohne vorab einen starren Planungsalgorithmus zur Auswahl jeweils eines Prozessors entwerfen und implementieren zu müssen. Die Erfindung erfordert es auch nicht, zentral die Auslastung jedes Ausführungs-Prozessors zentral zu ermitteln und abzuspeichern. Der Auswahl-Prozessor benötigt insbesondere keine detaillierten Informationen über den inneren Aufbau eines Ausführungs-Prozessors. Daher braucht dieser innere Aufbau nicht bekannt zu sein, um den Auswahl-Prozessor zu implementieren. Der Auswahl-Prozessor vermag die Auswahl vorzunehmen, ohne daß bereits bei der Realisierung des Auswahl-Prozessors Informationen über die Ausführungs-Prozessoren zur Verfügung zu stehen brauchen.
Vielmehr ermittelt jeder Ausführungs-Prozessor dann, wenn die Berechnungsaufgabe auszuführen ist, seine eigene vorhergesagte Gesamt-Ausführungszeit und übermittelt diese an den Auswahl-Prozessor. Außerdem übermittelt er die Prozessor-Beschreibungen. Dadurch wird es ermöglicht, nachträglich zusätzliche Ausführungs-Prozessoren zu ergänzen oder einen Ausführungs-Prozessor durch einen anderen zu ergänzen, ohne den Auswahl-Prozessor z. B. durch Änderung einer vorhandenen oder Abspeicherung einer zusätzlichen Information abändern zu müssen. Vielmehr wird der Auswahl-Prozessor automatisch durch die Übermittlung einer zusätzlichen oder geänderten Prozessor-Beschreibung über die Änderung informiert.
Das Verfahren ermöglicht eine Berechnung der Größe in Echtzeit, d. h. so, daß eine vorgegebene Soll-Ausführungszeit eingehalten wird. Dies wird durch die Art und Weise erreicht, wie der Auswahl-Prozessor die Auswahl vornimmt.
Vorzugsweise gibt der Auswahl-Prozessor eine Soll-Ausführungszeit als obere Schranke für die Ausführungszeit vor. Diese Soll-Ausführungszeit hängt von einer gemessenen Größe des zu regelnden technischen Prozesses ab. Vorzugsweise hängt sie außerdem von der Zeit ab, die für die Kommunikation zwischen dem Auswahl-Prozessor und den Ausführungs-Prozessoren erforderlich ist. Der Auswahl-Prozessor wählt einen Ausführungs-Prozessor unter denjenigen Ausführungs- Prozessoren aus, die eine Gesamt-Ausführungszeit kleiner oder gleich der oberen Schranke gemeldet haben.
Vorzugsweise wählt der Auswahl-Prozessor einen Ausführungs-Prozessor unter denjenigen Ausführungs-Prozessoren aus, die nach Erhalt des Anforderungs-Signals binnen einer vorgegebenen Zeitspanne antworten. Das Übermitteln der vorhergesagten Ausführungszeit hat daher die weitere Funktion, daß der Ausführungs-Prozessor sich als aktiv meldet. Dadurch wird vermieden, daß der Auswahl-Prozessor einen Ausführungs-Prozessor auswählt, der ausgefallen oder aktuell völlig ausgelastet ist.
In einer Ausgestaltung ist mindestens ein Ausführungs-Prozessor zu einer schrittweisen Berechnung des Werts der Stellgröße oder der weiteren Größe des Prozesses ausgestaltet. Der Ausführungs-Prozessor berechnet also nacheinander eine Abfolge von Werten für die Prozeß-Größe, die idealerweise dem optimalen Wert immer näher kommen. Dieser Ausführungs-Prozessor ermittelt zusätzlich die Ausführungszeit für einen Berechnungsschritt und verwendet diese für die Berechnung der eigenen Gesamt-Ausführungszeit. Vorzugsweise ermittelt der Ausführungs-Prozessor, wie viele Berechnungsschritte er innerhalb der Soll-Ausführungszeit auszuführen vermag. Der Ausführungs-Prozessor schätzt vorzugsweise ab, wie weit das Berechnungsergebnis vor Ablauf der Soll-Ausführungszeit maximal vom optimalen wert entfernt sein wird.
Bezüglich weiterer Vorteilhafter Weiterbildungen wird auf die Unteransprüche verweisen.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels beschrieben.
Das Ausführungsbeispiel bezieht sich auf ein fahrendes Kraftfahrzeug. Dieses Kraftfahrzeug fungiert als der zu regelnde technische Prozeß. Das Fahren dieses Kraftfahrzeugs hängt von mehreren Führungsgrößen ab, insbesondere Fahrerwünschen betreffend Soll-Geschwindigkeit, Soll-Beschleunigung sowie Spurwechsel und sonstigen Richtungsänderungen.
Das Kraftfahrzeug weist ein Regelungssystem auf, das die Regelung des Kraftfahrzeugs durchführt und den Fahrer bei der Regelung unterstützt. Dieses Regelungssystem berechnet Werte für Stellgrößen des Kraftfahrzeugs und steuert Aktoren so an, daß diese Aktoren die berechneten Stellgrößen-Werte realisieren oder schlägt dem Fahrer Werte für Aktoren vor, die der Fahrer bedient. Zu den Stellgrößen gehört die Beschleunigung des Fahrzeugs, die z. B. durch eine höhere oder niedrigere Drehzahl des Motors oder – bei einem Automatikgetriebe – durch einen anderen Gang realisiert wird. Abbremsen ist eine Form, um eine negative Beschleunigung zu realisieren.
Vorzugsweise umfaßt das Regelungssystem einen Lenkassistenten, der einen Wert für eine Änderung des aktuellen Lenkwinkels berechnet und in Form einer Lenkunterstützung realisiert. Der Fahrer kann jederzeit durch Drehen des Lenkrades diese automatische Lenkunterstützung überschreiben und selber lenken.
Die Stellgrößen werden mit dem Ziel eingestellt, Regelabweichungen des Kraftfahrzeugs möglichst klein zu halten. Jede Regelabweichung ist die Abweichung einer Regelgröße von einer Führungsgröße. Beispielsweise soll die Ist-Geschwindigkeit möglichst nahe der Soll-Geschwindigkeit sein – natürlich nur, soweit die Verkehrssituation dies zuläßt.
Ein zusätzliches Ziel der Regelung ist, weitere Regelgrößen innerhalb vorgegebener Größen zu halten. Zu diesen weiteren Regelgrößen gehört die Querbeschleunigung des Fahrzeugs – diese darf einen vorgegebenen Wert nicht überschreiten, weil sonst die Sicherheit gefährdet wäre und/oder die Insassen eine zu starke Querbeschleunigung als unangenehm und bedrohlich empfinden.
Das Kraftfahrzeug weist Sensoren auf, die einen Fahrerwunsch erfassen und dem Regelungssystem verfügbar machen, z. B. das Setzen des Blinkers oder das Betätigen von Gaspedal oder Bremse. Das Regelungssystem „kennt" außerdem die aktuelle Geschwindigkeit des Kraftfahrzeugs. In diesem Ausführungsbeispiel weist das Kraftfahrzeug außerdem Sensoren auf, die Umgebungsdaten automatisch erfassen und auswerten. Mit Hilfe dieser Sensoren stehen dem Regelungssystem insbesondere folgende Daten zur Verfügung, die als Störgrößen des technischen Prozesses fungieren:

– der Abstand zwischen dem Kraftfahrzeug und einem vorausfahrenden Fahrzeug, falls dieses in Sichtweite mindestens eines Sensors ist und der Abstand kleiner oder gleich einer vorgegebenen Schranke ist,
– die Relativ-Geschwindigkeit des vorausfahrenden Fahrzeugs relativ zum eigenen Kraftfahrzeug, falls dieses in Sichtweite mindestens eines Sensors ist und der Abstand kleiner oder gleich einer vorgegebenen Schranke ist,
– der Abstand zwischen dem Kraftfahrzeug und einem nachfolgenden Fahrzeug, falls dieses in Sichtweite mindestens eines Sensors ist und der Abstand kleiner oder gleich einer vorgegebenen Schranke ist,
– die Relativ-Geschwindigkeit des nachfolgenden Fahrzeugs relativ zum eigenen Kraftfahrzeug, falls dieses in Sichtweite mindestens eines Sensors ist und der Abstand kleiner oder gleich einer vorgegebenen Schranke ist,
– die Spur, auf dem das eigene Kraftfahrzeug fährt,
– die Spur, auf dem das vorausfahrende Fahrzeug fährt, wobei das eigene Kraftfahrzeug auf derselben oder einer anderen Spur als das vorausfahrende Fahrzeug fahren kann,
– die Spur, auf dem das nachfolgende Fahrzeug fährt, wobei das eigene Kraftfahrzeug auf derselben oder einer anderen Spur als das nachfolgende Fahrzeug fahren kann,
– der Abstand des eigenen Kraftfahrzeugs zu einer vorfahrtberechtigten Querstraße, sofern dieser Abstand kleiner als eine vorgegebene Schranke ist,
– den Krümmungsradius und die Krümmungsrichtung der Fahrbahn, wobei eine gerade Fahrbahn einen unendlich großen Krümmungsradius aufweist

Diese Daten werden vorzugsweise mit Hilfe einer Kamera, einer Infrarotkamera, eines Radargeräts und/oder eines „Global Positioning System" (GPS) an Bord des Kraftfahrzeugs gemessen und per Signalverarbeitung, insbesondere per Bildverarbeitung, automatisch ausgewertet. Beispielsweise werden Abbilder der Umgebung automatisch ausgewertet, um Verkehrszeichen zu identifizieren und damit zu interpretieren, um eine Vorfahrtsstraße automatisch zu identifizieren.
Das Regelungssystem wird mit Hilfe von einem oder mehreren programmierbaren und datenverarbeitenden Steuergeräten, die sich an Bord des Kraftfahrzeugs befinden, realisiert. In einer Ausführungsform weist das Regelungssystem ein Steuergerät auf, das als Auswahl-Prozessor fungiert, sowie weitere Steuergeräte, von denen jedes als ein Ausführungs-Prozessor fungiert. Die Steuergeräte sind mittels eines Datenbusses, z. B. eines CAN-Busses, miteinander verbunden. Jedes Steuergerät vermag Datenpakete auf den Datenbus zu senden und gesendete Datenpakete auf dem Datenbus zu lesen.
In einer anderen Ausführungsform wird das Regelungssystem durch ein einziges Steuergerät realisiert. Sowohl der Ausführungs-Prozessor als auch jeder Ausführungs-Prozessor wird durch je ein Software-Programm realisiert. Diese Programme tauschen z. B. über ein Betriebssystem und/oder eine Interprozeß-Kommunikation Daten miteinander aus. Möglich ist auch, daß sowohl der Ausführungs-Prozessor als auch jeder Ausführungs-Prozessor durch einen Software-Prozeß („thread") realisiert ist.
Mischformen dieser beiden Ausführungsformen sind ebenfalls möglich. Beispielsweise besteht das Regelungssystem aus zwei miteinander verbundenen Steuergeräten. Eines dieser Steuergeräte fungiert als der Auswahl-Prozessor. Alle Ausführungs-Prozessoren sind als Software-Programme auf dem anderen Steuergerät realisiert.
Vorzugsweise sind sowohl der Auswahl-Prozessor als auch jeder Ausführungs-Prozessor redundant ausgelegt.
Die gemessenen oder vorgegebenen Werte der oben beschriebenen Größen des technischen Prozesses, insbesondere die Werte der Führungs-, Zustands- und Störgrößen, stehen dem Auswähl-Prozessor und jedem Ausführungs-Prozessor zur Verfügung. Beispielsweise werden diese Werte in einem Speicher an Bord des Fahrzeugs abgespeichert und laufend durch aktuellere Werte überschrieben.
In diesem Beispiel fungiert jeder Ausführungs-Prozessor als ein Fahrerassistenz-System oder als Bestandteil eines Fahrerassistenz-Systems. Folgende Fahrerassistenz-Systeme sind vorgesehen:

– mindestens ein Abstandsregler, das einen zu geringen Abstand zum vorausfahrenden Fahrzeug erkennt und den Abstand wieder vergrößert,
– mindestens ein Tempomat, der das Kraftfahrzeug in einer vom Fahrer vorgegebenen Soll-Geschwindigkeit hält, solange die Verkehrssituation dies erlaubt,
– mindestens ein Notbremssystem, das dann einen Notbremsvorgang auslöst, wenn der Abstand zu einem vorausfahrenden Fahrzeug oder einem anderen Objekt geringer als eine vorgegebene Schranke geworden ist und ohne Notbremsung ein Zusammenprall drohen würde,
– mindestens ein Kurvenfahr-Assistent, der beim Befahren einer Kurve den Fahrer warnt, wenn das Kraftfahrzeug von der Fahrbahn abzukommen droht oder wenn das Kraftfahrzeug die Kurve mit einer – für deren Krümmung – zu hohen Geschwindigkeit befährt,
– mindestens ein Spurführungs-Assistent, der dann, wenn kein Blinker gesetzt ist, den Fahrer vor einem drohenden Verlassen der Spur warnt,
– mindestens ein Spurwechsel-Assistent, der dann, wenn ein Blinker gesetzt ist, erkennt, ob der gewünschte Spurwechsel gefahrlos vollzogen werden kann oder nicht. Der Spurwechsel-Assistent warnt den Fahrer, wenn ein in der Zielspur vorausfahrendes Fahrzeug sich zu dicht vor dem eigenen Kraftfahrzeug befindet und/oder ein nachfolgendes Fahrzeug sich nähert. Der Spurwechsel-Assistent warnt außerdem vor einem unerlaubten Spurwechsel, z. B. Überholen auf der rechten Seite in Ländern, in denen auf der rechten Seite gefahren wird.

Die ersten vier Fahrerassistenz-Systeme regeln vor allem die Längsdynamik des Fahrzeugs, die letzten beiden die Querdynamik. Die Zielspur ist die aktuelle Spur, wenn der Fahrer keinen Wunsch nach einem Spurwechsel vorgibt. Die Zielspur ist die sich links anschließende Spur, wenn der Fahrer nach links wechseln will. Sie ist die sich rechts anschließende Spur, wenn er nach rechts wechseln will.
Jeder Ausführungs-Prozessor hat Lesezugriff auf einen Datenspeicher, in dem eine automatisch auswertbare Prozessor-Beschreibung abgespeichert ist. Vorzugsweise ist diese Prozessor-Beschreibung Bestandteil des Ausführungs-Prozessors, und der Datenspeicher befindet sich an Bord des Fahrzeugs. Möglich ist, daß jeder Ausführungs-Prozessor jeweils einen Datenspeicher mit der Prozessor-Beschreibung aufweist.
Vorzugsweise umfaßt diese Prozessor-Beschreibung folgende Informationen über den jeweiligen Ausführungs-Prozessor:

– welche Eingangsgrößen der Ausführungs-Prozessor aufweist,
– welche Ausgangsgrößen der Ausführungs-Prozessor aufweist,
– optional eine Auswahlbedingung, die festlegt, wann dieser Ausführungs-Prozessor auswählbar ist, und
– optional eine Ausschlußbedingung, die festlegt, wann dieser Ausführungs-Prozessor nicht auswählbar ist.

Natürlich kann ein Ausführungs-Prozessor nur eine Eingangsgröße und/oder nur eine Ausgangsgröße aufweisen.
Die Eingangsgrößen und Ausgangsgrößen sind Größen des Prozesses. Jede Eingangsgröße ist vorzugsweise eine Führungsgröße, eine Regelabweichung, eine Zustandsgröße oder eine Störgröße des Prozesses. Jede Ausgangsgröße ist vorzugsweise eine Stellgröße oder eine Zustandsgröße oder eine andere Größe, deren Wert zur Berechnung eines Werts einer Stellgröße verwendet wird. Der Ausführungs-Prozessor berechnet den jeweiligen Wert jeder Ausgangsgröße aus den Werten der – oder wenigstens einer – Eingangsgröße. Möglich ist, daß der Ausführungs-Prozessor mehrere Werte derselben Eingangsgröße, die zu verschiedenen Abtastzeitpunkten gemessen wurden, und somit den zeitlichen Verlauf dieser Eingangsgröße verwendet.
Beispielsweise besitzt die Prozessor-Beschreibung jedes Abstandsreglers eine Ausschlußbedingung. Diese Ausschlußbedingung ist erfüllt, wenn das Kraftfahrzeug sich einer vorfahrtberechtigten Straße nähert. Die Ausschlußbedingung beruht auf folgenden Größen des Prozesses:

– „Abstand zur vorfahrtberechtigten Straße" und
– „aktuelle Geschwindigkeit des eigenen Fahrzeugs".

Sobald eine vom Abstand und der Geschwindigkeit abhängenden Größe, z. B. die Zeit bis zum Erreichen der vorfahrtberechtigten Straße, kleiner als eine vorgegebene Schranke ist, ist die Ausschlußbedingung erfüllt. Diese Ausschlußbedingung stellt sicher, daß der Abstandsregler deaktiviert wird, wenn das Kraftfahrzeug sich einer vorfahrtberechtigten Straße nähert.
Das Notbremssystem weist vorzugsweise eine Auswahlbedingung auf. Diese ist erfüllt, wenn ein Zusammenprall mit einem vorausfahrenden Fahrzeug oder einem anderen Objekt unmittelbar droht. Vorzugsweise ist die Auswahlbedingung erfüllt, wenn die verbleibende Zeitspanne, also das Produkt aus

– dem Abstand zu einem vorausfahrenden Fahrzeug oder zu einem Objekt und
– der Geschwindigkeitsdifferenz

Möglich ist, daß das Regelungssystem mehrere Notbremssysteme mit verschiedenen Auswahlbedingungen aufweist, z. B. für unterschiedlich starke Bremsvorgänge.
In diesem Ausführungsbeispiel arbeiten der Auswahl-Prozessor und die Ausführungs-Prozessoren in einem festen Systemtakt, der z. B. 10 msec beträgt. Vorzugsweise übermittelt eine rechnerverfügbare Systemuhr z. B. über den Datenbus den Systemtakt an den Auswahl-Prozessor und an jeden Ausführungs-Prozessor.
Jeder Ausführungs-Prozessor weist einen beschreibbaren Datenspeicher auf, in dem eine vorhergesagte Gesamt-Ausführungszeit abgespeichert ist. Dieser Datenspeicher kann derselbe sein, in dem auch die Prozessorbeschreibung abgespeichert ist, oder ein anderer Datenspeicher. Diese Gesamt-Ausführungszeit benötigt der Ausführungs-Prozessor insgesamt, um für jede seiner Ausgangsgrößen jeweils einen Wert zu berechnen. Möglich ist, daß der Ausführungs-Prozessor diese vorhergesagte Gesamt-Ausführungszeit in die Prozessor-Beschreibung einfügt und als Teil der Prozessor-Beschreibung an den Auswahl-Prozessor übermittelt.
Vorzugsweise wird die vorhergesagte Gesamt-Ausführungszeit aber erst nach Erhalt des Anforderungs-Signals übermittelt, was weiter unten beschrieben wird. Durch diese Ausgestaltung berücksichtigt der Ausführungs-Prozessor seine aktuelle Auslastung und andere zeitveränderliche Faktoren, die die Ausführungszeit beeinflussen.
Anfangs wird ein vorgegebener Standardwert („default value") für die vorhergesagte Gesamt-Ausführungszeit im Datenspeicher abgespeichert. Möglich ist, daß der Ausführungs-Prozessor den Inhalt dieses Datenspeichers automatisch überschreibt und dadurch korrigiert. Jedesmal dann, wenn dieser Ausführungs-Prozessor ausgewählt ist, mißt der Ausführungs-Prozessor, wie lange er tatsächlich braucht, um für jede Ausgangsgröße jeweils einen Wert zu berechnen. Diese gemessene Ausführungszeit ist z. B. ein Vielfaches des Systemtakts. Der Ausführungs-Prozessor speichert seine eigenen gemessenen Ausführungszeiten im Datenspeicher ab. Laufend bildet er einen gleitenden Mittelwert aus den letzten gemessenen Ausführungszeiten. Mit diesem gleitenden Mittelwert überschreibt der Ausführungs-Prozessor den alten Inhalt des Datenspeichers, also den vorgegebenen Standardwert oder einen älteren gleitenden Mittelwerte.
Beispielsweise wird ein gewichteter Mittelwert aus den letzten N Meßwerten gebildet, wobei N eine vorgegebene Anzahl ist. Der Gewichtsfaktor ist für neuere Meßwerte höher als für ältere. Vorzugsweise wird automatisch erkannt, wann sich die Ausführungszeit plötzlich stark verändert hat, z. B. sie stark zunimmt oder abnimmt. Diese Zunahme oder Abnahme rührt z. B. daher, daß ein zusätzliches Fahrerassistenz-System oder Regelungssystem zugeschaltet oder abgeschaltet wurde und der Ausführungs-Prozessor plötzlich stärker belastet oder erheblich entlastet wird. Vorzugsweise wird der gleitende Mittelwert nur aus solchen Meßwerten berechnet, die nach einer solchen Veränderung gemessen wurden.
In diesem Beispiel umfaßt das Regelungssystem drei Spurwechsel-Assistenten. Jeder Spurwechsel-Assistent weist folgende Eingangsgrößen auf:

– die aktuelle Geschwindigkeit des eigenen Kraftfahrzeugs,
– die aktuelle Spur des eigenen Kraftfahrzeugs,
– der aktuelle Lenkwinkel des eigenen Kraftfahrzeugs,
– die aktuelle Spur des vorausfahrenden Fahrzeugs,
– der Abstand und die Relativgeschwindigkeit relativ zum vorausfahrenden Fahrzeug,
– die aktuelle Spur des nachfolgenden Fahrzeugs,
– der Abstand und die Relativgeschwindigkeit relativ zum nachfolgenden Fahrzeug.

Jeder Spurwechsel-Assistent vermag in Abhängigkeit von den gemessenen und abgespeicherten Werten dieser Eingangsgrößen Werte für folgende Ausgangsgrößen zu berechnen:

– die Änderung des Lenkwinkels des eigenen Kraftfahrzeugs und
– die positive oder negative Beschleunigung des eigenen Kraftfahrzeugs.

Der erste Spurwechsel-Assistent berechnet folgende Werte:

– einen Sollbereich, also eine obere und eine untere Schranke, für die Änderung des Lenkwinkels und
– einen Sollbereich, also eine obere und eine untere Schranke, für die Beschleunigung.

Der zweite Spurwechsel-Assistent berechnet folgende Werte:

– einen Sollbereich und zusätzlich einen optimalen Wert für die Änderung des Lenkwinkels und
– einen Sollbereich und zusätzlich einen optimalen Wert für die Beschleunigung.

Der dritte Spurwechsel-Assistent berechnet folgende Werte:

– einen Sollbereich und zusätzlich einen optimalen Wert für die Änderung des Lenkwinkels,
– einen Sollbereich und zusätzlich einen optimalen Wert für die Beschleunigung und
– die maximale Querbeschleunigung, die die berechnete Änderung des Lenkwinkels und die Beschleunigung höchstens hervorrufen würde.

Vorzugsweise berechnet der dritte Spurwechsel-Assistent solche Werte für die Lenkwinkel-Änderung und die Beschleunigung, die dazu führen, daß die Querbeschleunigung kleiner oder gleich einer vorgegebenen Schranke ist, soweit die Verkehrssituation dies zuläßt.
In diesem Ausführungsbeispiel wird in einem Datenspeicher des ersten Spurwechsel-Assistenten als Standardwert die Information abgespeichert, daß die vorhergesagte Gesamt-Ausführungszeit zur Berechnung der beiden Sollbereiche 100 msec beträgt. Beim zweiten Spurwechsel-Assistenten beträgt sie 200 msec, beim dritten 300 msec.
In einer Ausgestaltung wird der Fahrer gewarnt, wenn sein Lenken oder seine Betätigung des Gaspedals und/oder der Bremse dazu führt, daß die Lenkwinkel-Änderung oder die Beschleunigung außerhalb des Sollbereichs liegt. In einer anderen Ausgestaltung wird der berechnete Optimalwert automatisch mit Hilfe der Aktoren eingestellt.
Wiederholt wird eine Initialisierungsphase durchgeführt. Diese Initialisierungsphase wird jedesmal dann durchgeführt, wenn der Motor und damit das Regelungssystem eingeschaltet werden. Während der Fahrt wird die Initialisierungsphase regelmäßig und nach einer vorgegebenen Anzahl von Systemtakten erneut durchgeführt, z. B. jede Sekunde oder jede Minute. Möglich ist, daß der Auswahl-Prozessor jede Initialisierungsphase auslöst. Möglich ist auch, daß jeder Ausführungs-Prozessor abhängig vom übermittelten Systemtakt selbsttätig die Aktivitäten der Initialisierungsphase durchführt.
Während jeder Initialisierungsphase übermittelt jeder Ausführungs-Prozessor seine aktuelle Prozessor-Beschreibung an den Auswahl-Prozessor. Dadurch registriert sich der Ausführungs-Prozessor beim Auswahl-Prozessor. Der Auswahl-Prozessor speichert die Informationen ab und „weiß", welche Ausführungs-Prozessoren aktuell aktiv sind. Eine neuere Prozessor-Beschreibung überschreibt dabei eine ältere Prozessor-Beschreibung. Der Inhalt der Prozessor-Beschreibung eines Ausführungs-Prozessors ändert sich in der Regel nicht, solange der Ausführungs-Prozessor unverändert bleibt. Sie hängt nicht von der aktuellen Berechnungsaufgabe sowie von der Auslastung des Ausführungs-Prozessors ab. Weil die Prozessor-Beschreibung in der Initialisierungsphase übermittelt und abgespeichert wird, steht sie im Bedarfsfall bereits zur Verfügung und ist nicht veraltet. Weil in regelmäßigen Abständen sowie nach jedem Anlassen erneut eine Initialisierungsphase durchgeführt wird, läßt sich nachträglich ein Ausführungs-Prozessor ergänzen oder ein bestehender abändern oder entfernen, ohne daß man den Auswahl-Prozessor manuell ändern muß.
Der Auswahl-Prozessor klassifiziert jeden Ausführungs-Prozessor aufgrund der Eingangsgrößen und Ausgangsgrößen in den übermittelten Prozessor-Beschreibungen automatisch. In diesem Beispiel werden folgende Klassen von oben bereits beschriebenen Ausführungs-Prozessoren unterschieden:

– Abstandsregler,
– Tempomaten,
– Notbremssysteme,
– Kurvenfahr-Assistenten,
– Spurführungs-Assistenten und
– Spurwechsel-Assistenten.

Der Auswahl-Prozessor klassifiziert diese Ausführungs-Prozessoren anhand der übermittelten Prozessor-Beschreibungen.
Wie oben beschrieben, weist das Regelungssystem drei Spurwechsel-Assistenten auf. Abhängig von den übermittelten Ausgangsgrößen vergibt der Auswahl-Prozessor automatisch Prioritäten für die Ausführungs-Prozessoren einer Klasse. In diesem Beispiel werden folgende drei Prioritäten unterschieden, die aufsteigend sortiert beschrieben werden:

– Priorität 1: Der Ausführungs-Prozessor berechnet ausschließlich mindestens eine Schranke für mindestens eine seiner Ausgangsgrößen. Die Einhaltung dieser Schranke vermeidet das Eintreten einer gefährlichen Situation.
– Priorität 2: Der Ausführungs-Prozessor berechnet mindestens eine Schranke und zusätzlich einen Optimalwert für mindestens eine seiner Ausgangsgrößen.
– Priorität 3: Der Ausführungs-Prozessor berechnet mindestens eine Schranke und einen Optimalwert für mindestens eine seiner Ausgangsgrößen und gewährleistet zusätzlich die Einhaltung mindestens einer Schranke für eine weitere seiner Ausgangsgröße. Die Einhaltung dieser Schranke führt zu einem höheren Komfort beim Fahren.

Der oben beschriebene erste Spurwechsel-Assistent ist ein Ausführungs-Prozessor der Priorität 1, der zweite Spurwechsel-Assistent einer der Priorität 2 und der dritte einer der Priorität 3.
Die gerade beschriebene Registrierung und Klassifizierung wird in jeder Initialisierungsphase durchgeführt. Die im Folgenden beschriebenen Aktivitäten werden laufend während der Fahrt durchgeführt.
Der Auswahl-Prozessor erkennt automatisch aufgrund von erfaßten Fahrerwünschen und gemessenen Umgebungsdaten, in welcher der möglichen Situationen sich das eigene Kraftfahrzeug gerade befindet. Beispielsweise unterscheidet der Auswahl-Prozessor 16 mögliche Situationen. Diese 16 möglichen Situationen resultieren aus den 4 × 4 = 16 möglichen Kombinationen folgender Ereignisse:

– Kein Spurwechsel/Spurwechsel nach links/Spurwechsel nach rechts/Verlassen der Autobahn gewünscht,
– Kein Fahrzeug in Zielspur/nur vorausfahrendes Fahrzeug in Zielspur/nur nachfolgendes Fahrzeug in Zielspur/sowohl vorausfahrendes als auch nachfolgendes Fahrzeug in Zielspur.

Der Auswahl-Prozessor – oder ein anderer Prozessor – wertet laufend die gemessenen Werte aus und berechnet aus ihnen die Zeitspanne, die bei unveränderter Fahrt des eigenen, des vorausfahrenden und des nachfolgenden Fahrzeugs verstreichen würde, bis das eigene Kraftfahrzeug mit einem anderen Fahrzeug oder einem Objekt zusammenstoßen würde („time to collision"). Verfahren, um diese Zeit zu ermitteln, sind z. B. aus

– D. N. Lee: „A theory of visual control of braking based an information about time-to-collision", Perception Vol. 5 No. 4 (1976), pp. 437–459,
– T. Camus: „Calculating time to collision with real-time optical flow", SPIE Visual Communications and Image Processing, Vol. 2308 (1994), pp. 661–670, und
– F. G. Meyer: "Time-to-Collision from First-Order Models of the Motion Field", IEEE Transactions an Robotics and Automation Vol. 10 (1994), pp. 792–798,

Laufend überprüft der Auswahl-Prozessor, ob die Auswahlbedingung eines Ausführungs-Prozessors erfüllt ist. Ist eine Auswahlbedingung erfüllt, so aktiviert der Auswahl-Prozessor den entsprechenden Ausführungs-Prozessor.
Der Auswahl-Assistent „weiß" aufgrund der oben beschriebenen Klassifizierung, welche Ausführungs-Prozessoren zur Regelung der Längsdynamik und welche zur Regelung der Querdynamik zuständig sind. Der Auswahl-Assistent wählt einen Ausführungs-Prozessor für die Längsdynamik in Abhängigkeit von der Zeitspanne bis zur Kollision („time to collision") und einen Ausführungs-Prozessor für die Querdynamik abhängig von der gemessenen Fahrbahnmarkierung aus.
Falls die Zeitspanne bis zur Kollision eine vorgegebene Schranke unterschreitet, so wählt der Auswahl-Prozessor ein Notbremssystem aus, dessen Auswahlbedingung erfüllt ist, und aktiviert dieses. Andere Ausführungs-Prozessoren berücksichtigt der Auswahl-Prozessor nicht. Hierfür verwendet der Auswahl-Assistent den gemessenen Abstand zum vorausfahrenden Fahrzeug oder zu einem anderen Objekt sowie eine rechnerverfügbare Information über die maximal erreichbare Bremsverzögerung. Das aktivierte Notbremssystem löst daraufhin eine Notbremsung aus, um die drohende Kollision zu vermeiden.
Aus der Zeitspanne bis zur Kollision berechnet der Auswahl-Prozessor außerdem laufend eine Soll-Ausführungszeit als Vorgabe für die Ausführungs-Prozessoren. Die Soll-Ausführungszeit hängt von der Zeitspanne ab sowie von den Zeitspannen, die es erfordert, Informationen vom Auswahl-Prozessor an die Ausführungs-Prozessoren und vom ausgewählten Ausführungs-Prozessor an den Auswahl-Prozessor zu übermitteln, außerdem von einem Sicherheitszuschlag auf diese Zeitspannen. Wenn keine Kollision unmittelbar droht, wählt der Auswahl-Prozessor einen solchen Ausführungs-Prozessor aus, der innerhalb der Soll-Ausführungszeit die Berechnungsaufgabe auszuführen vermag.
Die Auswahl wird im Folgenden beispielhaft erläutert. In diesem Beispiel hat der Auswahl-Prozessor folgende Situation erkannt: „Verlassen der Autobahn gewünscht" UND „nur vorausfahrendes Fahrzeug in Zielspur". In dieser Situation erkennt der Auswahl-Prozessor automatisch, daß folgende drei Ausführungs-Prozessoren benötigt werden:

– ein Spurwechsel-Assistent,
– ein Abstandsregler und
– ein Kurvenfahr-Assistent.

Welche Ausführungs-Prozessoren benötigt werden, ermittelt der Auswahl-Prozessor durch Auswertung der übermittelten Prozessor-Beschreibungen.
Der Auswahl-Assistent übermittelt z. B. über den Datenbus ein Anforderungs-Signal an alle Ausführungs-Prozessoren. Dieses Anforderungs-Signal umfaßt eine Kennzeichnung der maximalen Soll-Ausführungszeit, die dem ausgewählten Ausführungs-Prozessor höchstens für seine Berechnungen zur Verfügung steht, z. B. in Form eines Vielfachen des Systemstakts. Diese zur Verfügung stehende Zeitspanne hängt wiederum von der Zeitspanne ab, die bei unveränderter Fahrweise bis zur Kollision verstreichen würde.
Jeder Ausführungs-Prozessor ermittelt seine vorhergesagte Gesamt-Ausführungszeit. Wie oben dargelegt, fragt der Ausführungs-Prozessor hierfür vorzugsweise den Inhalt eines Datenspeichers ab. Jeder Ausführungs-Prozessor übermittelt diese vorhergesagte Gesamt-Ausführungszeit an den Auswahl-Prozessor.
Der Auswahl-Prozessor stellt automatisch fest, welche Ausführungs-Prozessoren binnen einer vorgegebenen Zeitspanne nach Absenden des Anforderungs-Signals reagiert haben und eine vorhergesagte Gesamt-Ausführungszeit zurückgemeldet haben. Der Auswahl-Prozessor nimmt eine Auswahl unter denjenigen Ausführungs-Prozessoren vor, die binnen der vorgegebenen Zeitspanne geantwortet haben. Die übrigen Ausführungs-Prozessoren sind möglicherweise ausgefallen oder mit anderen Berechnungsaufgaben vollständig ausgelastet oder aktuell nicht mit dem Datenbus verbunden.
In diesem Beispiel antworten alle drei Spurwechsel-Assistenten in der vorgegebenen Zeitspanne. Der erste Spurwechsel-Assistent meldet eine vorhergesagte Gesamt-Ausführungszeit von 100 msec zurück, der zweite eine von 200 msec und der dritte eine von 300 msec.
Welchen dieser drei Spurwechsel-Assistenten der Auswahl-Prozessor auswählt, hängt von der Soll-Ausführungszeit ab, die für die Berechnung zur Verfügung steht, und von den Prioritäten. Er wählt unter denen, die mit der vorgegebenen maximalen Soll-Ausführungszeit auskommen, jeweils den mit der höchsten Priorität aus. Falls beispielsweise die Soll-Ausführungszeit 250 msec beträgt, so wird der zweite Spurwechsel-Assistent ausgewählt. Der dritte Spurwechsel-Assistent hat eine vorhergesagte Gesamt-Ausführungszeit zurückgemeldet, die größer als die Soll-Ausführungszeit ist. Der Auswahl-Prozessor wählt den zweiten Spurwechsel-Assistent aus, weil dieser eine höhere Priorität als der erste hat. Falls hingegen die Soll-Ausführungszeit nur 150 msec beträgt, so wählt der Auswahl-Prozessor den ersten Spurwechsel- Assistent aus, weil nur dieser mit der Soll-Ausführungszeit auskommt.
Im gerade beschriebenen Beispiel ermitteln die drei Spurwechsel-Assistenten die vorhergesagte Gesamt-Ausführungszeit, ohne die vom Auswahl-Prozessor vorgegebene Soll-Ausführungszeit zu berücksichtigen. Möglich ist statt dessen, daß der dritte Spurwechsel-Assistent bei einer vorgegebenen Soll-Ausführungszeit von 250 msec lediglich zurückmeldet, daß er in dieser Zeitspanne seine Berechnungen nicht abschließen kann.
In einer alternativen Ausführungsform berücksichtigt mindestens ein Auswahl-Prozessor die vorgegebene Soll-Ausführungszeit bei der Ermittlung seiner vorhergesagten Gesamt-Ausführungszeit. Dieser Auswahl-Prozessor führt seine Berechnungen schrittweise (iterativ) durch. In jedem Berechnungsschritt berechnet er ein neues Ergebnis, das vom Ergebnis des vorherigen Berechnungsschritts abhängt. Die Abfolge von Ergebnissen konvergiert gegen einen Grenzwert, z. B. gegen das optimale Ergebnis der Berechnung. Jeder Berechnungsschritt liefert ein Ergebnis, das vom optimalen Ergebnis um höchstens einen ermittelbaren Betrag abweicht.
Dieser Ausführungs-Prozessor berechnet in Abhängigkeit von der vorgegebenen Soll-Ausführungszeit, wie viele Berechnungsschritte er innerhalb der Soll-Ausführungszeit ausführen kann. Beispielsweise beträgt die Soll-Ausführungszeit N Systemtakte, und jeder Schritt erfordert M Systemtakte. Dann ermittelt der Ausführungs-Prozessor, daß er innerhalb der Soll-Ausführungszeit [N/M] Berechnungsschritte durchführen kann, wobei [x] die größte ganze Zahl kleiner oder gleich x bezeichnet. Vorzugsweise ermittelt der Ausführungs-Prozessor weiterhin, um welchen Betrag dasjenige Ergebnis, das er nach dem [N/M]-ten Berechnungsschritt erzielt, vom optimalen Ergebnis abweicht. Als vorhergesagte Gesamt-Ausführungszeit meldet der Ausführungs-Prozessor [N/M]·M zurück, außerdem die obere Schranke für die Abweichung.

Claims

Verfahren zum Berechnen eines Werts für eine Größe eines technischen Prozesses, wobei – ein datenverarbeitender Auswahl-Prozessor mit mindestens zwei datenverarbeitenden Ausführungs-Prozessoren verbunden ist, – jeder Ausführungs-Prozessor zur Berechnung des Werts der Prozeß-Größe oder eines für die Berechnung des Werts verwendeten Werts einer anderen Größe des Prozesses ausgestaltet ist, – für mindestens einen Ausführungs-Prozessor eine vorhergesagte Gesamt-Ausführungszeit, in der dieser Prozessor eine von ihm berechenbare Größe zu berechnen vermag, ermittelt wird, – der Auswahl-Prozessor mindestens einmal automatisch in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Soll-Ausführungszeit für die Berechnung des Werts, einer automatisch auswertbaren Beschreibung mindestens eines Ausführungs-Prozessors und der mindestens einen Gesamt-Ausführungszeit einen der mindestens zwei Ausführungs-Prozessoren auswählt und – der ausgewählte Ausführungs-Prozessor den Wert der Prozeß-Größe oder den Wert der anderen Prozeß-Größe berechnet, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Ausführungs-Prozessor an den Auswahl-Prozessor mindestens einmal die Prozessor-Beschreibung übermittelt, wobei jede von einem Ausführungs-Prozessor übermittelte Prozessor-Beschreibung eine Auflistung der von diesem Ausführungs-Prozessor berechenbaren Größen des Prozesses umfaßt, und das Auswählen eines der Ausführungs-Prozessoren die Schritte umfaßt, daß – der Auswahl-Prozessor ein Anforderungs-Signal an alle Ausführungs-Prozessoren übermittelt, – die Ermittlung der Gesamt-Ausführungszeit mindestens eines Ausführungs-Prozessors von diesem Ausführungs-Prozessor selber nach Erhalt des Anforderungs-Signals durchgeführt wird, – dieser Ausführungs-Prozessor als Gesamt-Ausführungszeit diejenige Zeit, in der dieser Ausführungs-Prozessor jeweils einen Wert für jede Größe der Auflistung seiner Prozessor-Beschreibung zu berechnen vermag, ermittelt und an den Auswahl-Prozessor übermittelt und – der Auswahl-Prozessor prüft, welche Ausführungs-Prozessoren jeweils eine vorhergesagte Gesamt-Ausführungszeit übermittelt hat, die kleiner oder gleich der Soll-Ausführungszeit ist, und – der Auswahl-Prozessor die Auswahl eines Ausführungs-Prozessors unter denjenigen Ausführungs-Prozessoren vornimmt, die eine Gesamt-Ausführungszeit übermittelt haben, die kleiner oder gleich der Soll-Ausführungszeit ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Wert einer Größe des Prozesses gemessen oder vorgegeben wird, der Auswahl-Prozessor in Abhängigkeit von diesem gemessenen oder vorgegebenen Prozeßgrößen-Wert die Soll-Ausführungszeit für die Berechnung, die der ausgewählte Ausführungs-Prozessor durchführt, berechnet.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Auswahl-Prozessor die Soll-Ausführungszeit an jeden Ausführungs-Prozessor übermittelt und mindestens ein Ausführungs-Prozessor die übermittelte Soll-Ausführungszeit für die Berechnung der eigenen Gesamt-Ausführungszeit verwendet.
Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der mindestens eine Ausführungs-Prozessor nach Erhalt des Anforderungs-Signals – entweder als vorhergesagte Gesamt-Ausführungszeit eine Ausführungszeit kleiner oder gleich der Soll-Ausführungszeit – oder die Information, daß der Ausführungs-Prozessor innerhalb der Soll-Ausführungszeit nicht jeweils einen Wert für jede Größe seiner Auflistung zu berechnen vermag, an den Auswahl-Prozessor übermittelt.
Verfahren nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Ausführungs-Prozessor – zur schrittweisen Berechnung der mindestens einen Größe des Prozesses ausgestaltet ist und – zusätzlich die Ausführungszeit für einen Berechnungsschritt ermittelt und für die Berechnung der eigenen Gesamt-Ausführungszeit verwendet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Größe, deren Wert berechnet wird, eine Stellgröße des technischen Prozesses ist, der Prozeß eine Regelgröße aufweist, deren Wert durch eine Regelung unter Verwendung der Stellgröße innerhalb eines vorgegebenen Sollbereichs gehalten werden soll und der Auswahl-Prozessor – prüft, welche Ausführungs-Prozessoren jeweils eine Auflistung übermittelt haben, welche die Stellgröße sowie die Regelgröße umfaßt, und – die Auswahl eines Ausführungs-Prozessors unter denjenigen Ausführungs-Prozessoren vornimmt, die eine Auflistung mit der Stellgröße und der Regelgröße übermittelt haben.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Prozessor-Beschreibung, die ein Ausführungs-Prozessor an den Auswahl-Prozessor übermittelt, zusätzlich mindestens eine Eingangsgröße dieses Ausführungs-Prozessors umfaßt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Ausführungs-Prozessor eine zu erwartende Toleranz, mit der dieser Ausführungs-Prozessor in der Gesamt-Ausführungszeit jeweils einen Wert für jede Größe der Auflistung zu berechnen vermag, berechnet und vor der Übermittlung in die Prozessor-Beschreibung einfügt und der Auswahl-Prozessor für die Auswahl eines Ausführungs-Prozessors die mindestens eine übermittelte Toleranz verwendet.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß – der Auswahl-Prozessor mindestens einmal ein Initialisierungs-Signal und mehrmals das Anforderungs-Signal an die Ausführungs-Prozessoren übermittelt, – der mindestens eine Ausführungs-Prozessor die Prozessor-Beschreibung nach Erhalt des Initialisierungs-Signals übermittelt und – nach jeder Übermittlung des Anforderungs-Signals jeweils mindestens ein Ausführungs-Prozessor die Ermittlung und Übermittlung der jeweiligen Gesamt-Ausführungszeit erneut durchführt.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Ausführungs-Prozessor mehrmals jeweils eine automatisch auswertbare Prozessor-Beschreibung mit einer Auflistung der berechenbaren Größen an den Auswahl-Prozessor übermittelt.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Auswahl-Prozessor an mehreren aufeinander folgenden Zeitpunkten jeweils ein Initialisierungs-Signal an die Ausführungs-Prozessoren übermittelt und jeweils mindestens ein Ausführungs-Prozessor jedesmal nach Erhalt des Initialisierungs-Signals die Prozessor-Beschreibung übermittelt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Auswahl-Prozessor Lesezugriff auf mindestens eine automatisch überprüfbare Auswahlbedingung besitzt, wobei die Auswahlbedingung in Abhängigkeit von mindestens einer meßbaren Größe des Prozesses eine Bedingung für die Auswahl eines Ausführungs-Prozessors festlegt, der jeweilige Wert jeder in einer Auswahlbedingung auftretenden Größe gemessen oder berechnet wird und der Auswahl-Prozessor – jede Auswahlbedingung darauf prüft, ob sie erfüllt ist, und – die Auswahl eines Ausführungs-Prozessors unter denjenigen Ausführungs-Prozessoren vornimmt, für die keine Auswahlbedingung festgelegt ist oder deren Auswahlbedingung erfüllt ist.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswahlbedingung als Bestandteil einer Prozessor-Beschreibung an den Auswahl-Prozessor übermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Auswahl-Prozessor Lesezugriff auf mindestens eine automatisch überprüfbare Ausschlußbedingung besitzt, wobei die Ausschlußbedingung in Abhängigkeit von mindestens einer meßbaren Größe des Prozesses eine Bedingung für den Ausschluß des Ausführungs-Prozessors von der Auswahl festlegt, der jeweilige Wert jeder in einer Ausschlußbedingung auftretenden Größe gemessen oder berechnet wird und der Auswahl-Prozessor – jede Ausschlußbedingung darauf prüft, ob sie erfüllt ist, und – die Auswahl eines Ausführungs-Prozessors unter denjenigen Ausführungs-Prozessoren vornimmt, für die keine Ausschlußbedingung festgelegt ist oder deren Ausschlußbedingung nicht erfüllt ist.
Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausschlußbedingung als Bestandteil einer Prozessor-Beschreibung an den Auswahl-Prozessor übermittelt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß der Auswahl-Prozessor – prüft, welche Ausführungs-Prozessoren jeweils eine Prozessor-Beschreibung übermittelt haben, – nach Übermittlung des Anforderungs-Signals prüft, welche Ausführungs-Prozessoren binnen einer vorgegebenen Zeitspanne jeweils eine Gesamt-Ausführungszeit übermittelt haben, und – die Auswahl eines Ausführungs-Prozessors unter denjenigen Ausführungs-Prozessoren vornimmt, die eine Prozessor-Beschreibung und binnen der Zeitspanne eine vorhergesagte Gesamt-Ausführungszeit übermittelt haben.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswahl eines Auswahl-Prozessors und die Berechnung eines Werts durch den jeweils ausgewählten Ausführungs-Prozessor mehrmals durchgeführt werden, mindestens ein Ausführungs-Prozessor nach jeder Auswahl mißt, wie lange die durch ihn ausgeführte Berechnung tatsächlich dauert, und nach Erhalt eines weiteren Anforderungs-Signals des Auswahl-Prozessors die Gesamt-Ausführungszeit unter Verwendung der gemessenen Berechnungsdauern vorhersagt.
Regelungssystem zum Berechnen eines Werts für eine Größe eines technischen Prozesses, wobei das Regelungssystem einen datenverarbeitenden Auswahl-Prozessor und zwei datenverarbeitenden Ausführungs-Prozessoren umfaßt, der Auswahl-Prozessor mit beiden Ausführungs-Prozessoren verbunden ist, jeder Ausführungs-Prozessor zur Berechnung des Werts der Prozeß-Größe oder eines für die Berechnung des Werts verwendeten Werts einer anderen Größe des Prozesses ausgestaltet ist und das Regelungssystem zum Durchführen folgender Schritte ausgestaltet ist: – für mindestens einen Ausführungs-Prozessor Ermittlung einer vorhergesagten Gesamt-Ausführungszeit, in der dieser Prozessor eine von ihm berechenbare Größe zu berechnen vermag, – Auswählen eines der mindestens zwei Ausführungs-Prozessoren durch den Auswahl-Prozessor in Abhängigkeit von einer vorgegebenen Soll-Ausführungszeit für die Berechnung des Werts, einer automatisch auswertbaren Beschreibung mindestens eines Ausführungs-Prozessors und der mindestens einen Gesamt-Ausführungszeit, – Berechnen des Werts der Prozeß-Größe oder des für die Berechnung des Werts verwendeten Werts der anderen Prozeß-Größe durch den ausgewählten Ausführungs-Prozessor, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Ausführungs-Prozessor zur Übermittlung einer automatisch auswertbaren Prozessor-Beschreibung an den Auswahl-Prozessor ausgestaltet ist, wobei jede von einem Ausführungs-Prozessor übermittelte Prozessor-Beschreibung eine Auflistung der von diesem Ausführungs-Prozessor berechenbaren Größen des Prozesses umfaßt, und das Regelungssystem so ausgestaltet ist, daß das Auswählen eines der Ausführungs-Prozessoren folgende Schritte umfaßt: – Übermittlung eines Anforderungs-Signals durch den Auswahl-Prozessor an alle Ausführungs-Prozessoren, – nach Erhalt des Anforderungs-Signals Vorhersage der Gesamt-Ausführungszeit durch mindestens einen Ausführungs-Prozessor und Übermittlung der ermittelten Gesamt-Ausführungszeit an den Auswahl-Prozessor, – wobei dieser Ausführungs-Prozessor zur Ermittlung derjenigen Zeit als Gesamt-Ausführungszeit ausgestaltet ist, in der dieser Ausführungs-Prozessor jeweils einen Wert für jede Größe der Auflistung seiner Prozessor-Beschreibung zu berechnen vermag, und zur Übermittlung dieser Gesamt-Ausführungszeit an den Auswahl-Prozessor ausgestaltet ist, – Auswahl eines Ausführungs-Prozessors unter denjenigen Ausführungs-Prozessoren, die eine Gesamt-Ausführungszeit übermittelt haben, die kleiner oder gleich der Soll-Ausführungszeit ist, durch den Auswahl-Prozessor.
Regelungssystem nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein Ausführungs-Prozessor als Software-Programm realisiert ist.
Regelungssystem nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß alle Ausführungs-Prozessoren als Software-Programme realisiert sind, die alle auf demselben datenverarbeitenden Gerät ablauffähig sind.