DE102007015937A1 - Überwachungsverfahren zum Prüfen von Schaltungen sowie Monitorschaltkreis und dessen Verwendung - Google Patents

Überwachungsverfahren zum Prüfen von Schaltungen sowie Monitorschaltkreis und dessen Verwendung Download PDF

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Abstract

Überwachungsverfahren, bei dem mehrere elektrische Verbraucher, die durch eine gemeinsame oder mehrere Spannungsversorgung/en versorgt werden, und insbesondere die Spannungsversorgung/en sowie insbesondere außerdem die Schaltung für das Überwachungsverfahren selbst überwacht werden, wobei bei einem Fehler die Verbraucher über Abschaltpfade gesperrt und/oder abgeschaltet werden können und wobei die Abschaltpfade selbst auf ordnungsgemäße Funktion geprüft werden. Die Erfindung betrifft auch einen Monitorschaltkreis zur Durchführung des obigen Verfahrens sowie dessen Verwendung.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren gemäß Oberbegriff von Anspruch 1 sowie einen integrierten Monitorschaltkreis gemäß Oberbegriff von Anspruch 5.
  • Aus der EP 0 799 143 B1 ist ein Verfahren zur Überwachung einer programmgesteuerten Schaltung in Kraftfahrzeugbremsensteuergeräten bekannt, bei dem im Arbeitstakt Datenverarbeitungsergebnisse mit unabhängig von der zu überwachenden Schaltung, d. h. unabhängig von den Eingangsdaten der programmgesteuerten Schaltung und unabhängig von deren Programmlauf, in einer Überwachungsschaltung erzeugten Daten auf Übereinstimmung überprüft werden und bei dem beim Auftreten von Abweichungen, die auf eine Fehlfunktion hinweisen, ein Fehlersignal oder Abschaltsignal erzeugt wird, wobei im Programmlauf der zu überwachenden Schaltung Datenworte erzeugt und zu vorgegebenen Zeitpunkten zu der Überwachungsschaltung übertragen werden und wobei mit Hilfe der Überwachungsschaltung der Inhalt der Datenworte sowie der Zeitpunkt des Auftretens der Datenworte mit Vorgaben, d. h. vorgegebenen Datenworten und vorgegebenem Zeitrahmen, verglichen werden. Diese Schaltung lässt sich in ABS-Bremsenreglern, aber auch in sogenannten Fahrdynamikreglern (ESP) einsetzen.
  • Die WO 00/18613 beschreibt unter anderem ein Verfahren zur Fehlererkennung von Mikroprozessoren in Steuergeräten eines Kraftfahrzeugs, wobei der Ausgang des Steuergeräts mittels einer Watchdog-Schaltung überwacht wird, wobei weiterhin die Wachdog-Schaltung die von dem Mikroprozessor ausgegebenen Signale mit vorgegebenen Signalmustern vergleicht, wobei ein Fehler ausgegeben wird, wenn die vom Mikroprozessor ausgegebenen Signale nicht mit einem vorgegebenen Signalmuster übereinstimmen.
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich ebenfalls auf Fehlererkennungsschaltkreise wie oben beschrieben, jedoch geht diese von einem an sich bekannten Monitorschaltkreis aus, welcher bereits vielfach in integrierten Schaltkreisen für Kraftfahrzeugbremsenregelungen eingesetzt wurde. Der an sich bekannte Monitorschaltkreis ist Teil eines integrierten Schaltkreises und übernimmt die Überwachung von Teilen der Kraftfahrzeugbremsensteuergeräteelektronik, welche durch die obigen Watch-Dog Schaltkreise nicht überprüft werden. Der an sich bekannte Monitorschaltkreis überwacht die verschiedenen – von anderen Modulen – bereitgestellten Versorgungsspannungen und sperrt im Fehlerfall bestimmte kritische Aktuatoren (z. B. Ventilspulen oder Pumpenmotor). Im Falle eines Steuergerätes für ABS/ESP sind dies beispielsweise die elektronischen Ventiltreiber. Das durch den an sich bekannten Monitorschaltkreis realisierte Überwachungsverfahren ist nicht in der Lage, eine weitestgehend lückenlose Überwachung des Schaltkreises selbst sowie der zu prüfenden Komponenten durchzuführen.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, ein Überwachungsverfahren anzugeben, welches gegenüber bekannten Überwachungsverfahren eine erhöhte Sicherheit mit insbesondere einer individualisierten Fehleranalyse aufweist, so dass Versorgungsspannungsfehler für die versorgten Verbraucher individuell erkennbar werden.
  • Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch das Verfahren gemäß Anspruch 1.
  • Der Erfindung liegt der Gedanke zu Grunde, eine unabhängige Überwachung zur realisieren, welche fehlerhafte Versorgungsspannungen individuell für jeden Verbraucher registriert und insbesondere geeignet reagiert. Zudem besteht bevorzugt die Aufgabe, dass die Überwachungsschaltung sich selbst ebenfalls überprüft.
  • Ein lückenloser Selbsttest ist bevorzugt bei jeder Initialisierung erforderlich. Die zu prüfenden Abschaltpfade, welche zum Beispiel Signalleitungen sind, müssen insbesondere einzeln getestet werden, da sonst auftretende Fehler in der Überwachungsschaltung nicht gefunden werden.
  • Der Monitorschaltkreis ist bevorzugt als integrierter Schaltkreis ausgeführt, welcher insbesondere sowohl die Überwachungsschaltung als auch die Selbstüberwachungsschaltung umfasst.
  • Es ist weiterhin bevorzugt, dass Verfahren so zu gestalten, dass sobald wenigstens ein Pfad funktionsfähig ist, der Test genau dann nicht durchlaufen wird, wenn mindestens ein Pfad fehlerhaft ist. Dies ist insofern sinnvoll, da bei einer Abschaltung, bei der die Funktionsfähigkeit eines Pfades geprüft wird (und nicht ein Fehler im Pfad) zu falschen Ergebnissen führen kann. Besonders bevorzugt wird die Wirksamkeit der Abschaltung von der steuernden Software beurteilt, also von einem Systemteil dessen Funktionsfähigkeit durchaus eingeschränkt (zum Beispiel ein Softwarefehler) sein kann.
  • Aus Sicherheitsgründen sind die Abschaltpfade im Monitorschaltkreis vorzugsweise doppelt ausgelegt. Im Idealfall wird beispielsweise bei einer Schaltung mit zwei Hauptschaltern (siehe 1, Schalter MD1 und MD2) jeder Hauptschalter von zwei Abschaltpfaden angesteuert. Es ist hierbei möglich, beide Abschaltpfade z. B. aus Vereinfachungsgründen außerhalb des Monitorschaltkreies zu einer gemeinsamen Leitung (z. B. mittels Verknüpfung über ein PDER-Glied) zusammenzufassen.
  • Bevorzugt wird beim Anschaltprozess, also während der Systeminitialisierung, der Monitorschaltkreis explizit aktiviert. Bei diesem Vorgang wird insbesondere eine Selbsttestsequenz durchlaufen. Dabei wird besonders bevorzugt die Abschaltbaugruppe im Monitor auf ihre Funktion hin getestet.
  • Vorzugsweise werden die zu prüfenden Abschaltpfade einzeln getestet, da sonst auftretende Fehler in der Überwachungsschaltung nicht gefunden werden.
  • Weiterhin ist bevorzugt, dass die erzeugten Abschaltsignale im Bereich des Ausgangs der Monitorschaltung abgegriffen und in die Selbsttestlogik zur Beurteilung zurückgeführt werden.
  • Es ist zudem bevorzugt, dass wenn mindestens ein Pfad fehlerhaft ist, der zuvor beschriebene Selbsttest nicht durchgeführt wird. Ein Fehler in der Selbsttestlogik bzw. den zugehörigen Komparatoren führt insbesondere zu einer Fehlermeldung.
  • Bei dem erfindungsgemäßen Überwachungsverfahren, insbesondere bei der Selbsttestsequenz, können Fehlerinformation von anderen auf der Gesamtschaltungsanordnung vorhandener Schaltungselemente bei Bedarf mit einbezogen werden. Die Selbsttestsequenz kann bei Bedarf mehrfach durchgeführt werden.
  • Die Erfindung betrifft außerdem einen integrierten Monitorschaltkreis gemäß Anspruch 5 sowie die Verwendung dieses Schaltkreises in elektronischen eigensicheren Kraftfahrzeugsteuergeräten, wie insbesondere Bremsenregler oder Fahrwerksregler oder aktive Sicherheitssteuergeräte oder passive Sicherheitssteuergeräte oder kombinierte Aktiv/Passiv-Sicherheitssteuergeräte, wie sie zum Beispiel in der DE 10 2006 008 958 A1 beschrieben sind.
  • Weitere bevorzugte Ausführungsformen ergeben sich aus den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung weiterer Ausführungsbeispiele an Hand der Figuren.
  • Es zeigen
  • 1 eine schematische Darstellung eines Monitorschaltkreises und
  • 2 ein Flussdiagramm, welches eine mögliche Initialisierungssequenz des Monitorschaltkreises darstellt.
  • Im in 1 dargestellten Monitorschaltkreis werden die beiden Ventiltreiberhauptschalter von einem FlipFlop 1 für MD1 und einem FlipFlop 2 für MD2 geschaltet. Die Ventil haupttreiber MD1 und MD2 sind in Reihe mit den Verbrauchern 30 bis 32 geschaltet. Eine Betätigung der Hauptschalter verhindert, dass die Lasten durch die Treiber 33 bis 35 irrtümlich bestromt werden können. Ein wichtiger Bestandteil der Schaltung sind Rückführleitungen 3 und 4, welche mit den Ausgängen der FlipFlops 1 und 2 verbunden sind. Rückführleitungen 3 und 4 führen zu Eingängen der Testmodule 5 und 6. Hierzu besitzt jedes Testmodul jeweils zwei Eingänge für beide Hauptschalter MD1 und MD2. Jedes Testmodul besitzt ferner einen Reseteingang für einen gemeinsamen Reset des Monitorschaltkreises. Über Leitung 10 ist Eingang CLR von FlipFlop 1 mit dem Ausgang von UND-Gatter 8 verbunden. Entsprechend ist Leitung 11 mit FlipFlop 2 und UND-Gatter 9 verschaltet. Die UND-Gatter 8 bzw. 9 fassen die Fehlerleitungen 13 bis 15 bzw. 16 bis 18 zusammen. Aus Sicherheitsgründen ist in der Halbleiterstruktur eine strukturierte Masseabschirmung 7 (Ground Shield) verankert. Die Fehlerleitungen werden so verarbeitet, dass ein Massepotential auf der Fehlerleitung einen Fehler repräsentiert. Kommt eine der Leitungen mit der Abschirmung 7 in Kontakt, wird eine Fehlersignal generiert.
  • Bezugszeichen 5 und 6 bezeichnen redundante Komparatoren, mit denen die eingangsseitigen zu prüfenden Spannungen V1, V2, ... Vn geprüft werden können. Eingang T steht repräsentativ für mehrere Temperatureingänge, welche ebenfalls von der Schaltung redundant geprüft werden können. Die Komparatoren geben jeweils für die Hauptschalter MD1 und MD2 getrennte Signale (nicht gezeichnet) mit "High"-Pegeln aus, wenn die Werte im Normbereich liegen.
  • Bezugszeichen 19 und 20 bezeichnen redundante Logikblöcke, welche einen Selbsttest zur Prüfung des Monitorschaltkreises durchführen können.
  • Die Schaltung gemäß 1 führt in der nachfolgend beschriebenen Initialisierungssequenz, insbesondere nacheinander, folgende Tests aus:
    • a) Unterspannung,
    • b) Überspannung und,
    • c) Übertemperatur und
    • d) Selbsttest.
  • Dabei wird die Initialisierungssequenz des Monitorschaltkreises mit einer Software durchgeführt. Die Software steuert den Monitorschaltkreis über nicht eingezeichnete zusätzliche Leitungen. Zur Erläuterung des Initialisierungsverfahrens dient das Schrittdiagramm in 2, welches einen Teil der bei der Initialisierung durchzuführenden Tests darstellt. Während der Initialisierung werden unter anderem die Versorgungsspannungen der Ventiltreiber eines ABS-Steuergerätes nacheinander geprüft. Hierzu werden die zu prüfenden Spannungen mit einem Analog/Digitalwandler gemessen. Solange die zu prüfenden Spannungen im vorgegebenen Bereich liegen, wird die Initialisierungssequenz durchlaufen bis der Monitorschaltkreis voll eingeschaltet ist. Während der Initialisierung sind die ABS-Ventiltreiber über den Hauptschalter gesperrt. Falls ein Fehler auftritt – intern im Monitorschaltkreis oder bei einer unerwarteten Spannung – wird die Sequenz abgebrochen, die Ventiltreiber bleiben gesperrt und kein Ventil wird bestromt. Wie bereits beschrieben, wird von der Software außerdem noch ein Testprogramm ausgeführt, wel ches den Monitorschaltkreis vor der obigen Sequenz selbst prüft. Es ist nach einer bevorzugten Variante möglich, dass Temperatursensoren auf der Schaltung oder im Bereich des Monitorschaltkreises vorhanden sind, mit denen die Temperatur der Schaltung gemessen werden können. Der Anschuss für diese gegebenenfalls vorhandenen Temperatursensoren ist durch Signaleingang T symbolisiert.
  • Während des Unterspannungsselbsttests werden die zwei Komparatorstufen nacheinander geprüft. Jedes UND-Gatter 8, 9 (1) reagiert auf einen Fehler, wenn mindestens einer seiner Eingänge (13 bis 15 bzw. 16 bis 18) einen "high"-Pegel aufweist. Jedes Flipflop wird während der Initialisierungssequenz einzeln überprüft. Würden die Komparatoren gleichzeitig geprüft werden, könnten nicht alle auftretenden Fehler erkannt werden. Dadurch entfällt die Notwendigkeit, jede Hauptschalterreaktion während der Sequenz per Software zu prüfen. Die Software muss lediglich noch prüfen, ob die Hauptschalter ausgeschaltet sind bevor die Sequenz begonnen wird, danach müssen die Hauptschalter an sein. Eine Softwareüberprüfung während der Initialisierung kann entfallen.
  • Sobald die interne Logik der Schaltung einen Fehler erkennt, versetzt sich diese in einen speziellen Fehlerzustand, der nur durch ein spezielles RESET-Kommando oder einen „Power On Reset" verlassen werden kann.
  • Im Flussdiagramm in 2 wird im ersten Schritt 21 ein Reset-Signal gesendet. In Schritt 22 wird geprüft, ob die Hauptschalter MD1 und MD2 aus sind. Diese Prüfung wird von einer Software oder insbesondere von einem Hardware-Zustandsautomat durch Messung des Potentials am Hauptschal ter durchgeführt. In Schritt 23 wird ein Initialisierungssignal an den Monitorschaltkreis ausgegeben. Dieses schaltet bei fehlerfreier Funktion die Hauptschalter MD1 und MD2 an. Das Potential an den Hauptschaltern wird durch die Software bzw. den Zustandsautomat in Schritt 24 abermals geprüft. Danach wird in Schritt 25 ein Kommando abgegeben, welches nur den Hauptschalter MD1 abschaltet. Das Potential an Hauptschalter MD1 muss bei einwandfreier Funktion darauf reagieren (Schritt 26). Als nächstes wird der Monitorschaltkreis erneut in Schritt 27 initialisiert und der Vorgang für Hauptschalter MD2 entsprechend dem obigen Prinzip wiederholt. Ist während der Initialisierungsprozedur ein Fehler aufgetreten, wird eine geeignete Signalleitung auf einen Ground-Pegel gesetzt (Kasten 28, "Failed"). Wenn die Schaltung erwartungsgemäß reagiert hat, wird die Fehlersignalleitung auf einen High-Pegel gesetzt (Kasten 29, "Passed"). Es ist auch möglich, dass an Stelle der Fehlersignalleitungen Software-Flags entsprechend dem festgestellten Fehlerzustand gesetzt werden.
  • Der erfindungsgemäße Schaltkreis kann vorzugsweise als zusätzlicher Schaltkreis eine Erweiterung für einen an sich bekannten integrierten Monitorschaltkreis darstellen. Besonders bevorzugt kann der neue, zusätzliche Schaltkreis als eine sogenannte „preinit-Logik" bezeichnet werden. Dieser Schaltkreis prüft bevorzugt weiterhin thermische Eigenschaften der Schaltung. Wie gesagt, ist es bevorzugt, dass dieser Teil der Schaltung sich bei einem Systemstart insbesondere zuerst selbst prüft und dann die zugehörigen externen Komponenten. Nach anschließender erfolgreicher Prüfung kann dann zweckmäßigerweise das restliche System freigeben werden. Es ist sinnvoll und bevorzugt, dass dieser Teil vollständig autark arbeiten kann und insbesondere auf jegliche Softwareunterstützung verzichten kann. Es ist außerdem sinnvoll und zweckmäßig, dass, bis der Monitorschaltkreis seinen Selbsttest fehlerfrei durchgeführt hat, die Hauptspannungsregler und damit das restliche System ausgeschaltet bleiben/bleibt.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - EP 0799143 B1 [0002]
    • - WO 00/18613 [0003]
    • - DE 102006008958 A1 [0017]

Claims (9)

  1. Überwachungsverfahren, bei dem ein oder mehrere elektrische(r) Verbraucher, der/die durch eine gemeinsame oder mehrere Spannungsversorgung/en versorgt werden, und insbesondere die Spannungsversorgung/en sowie insbesondere außerdem die Schaltung für das Überwachungsverfahren selbst, überwacht werden, wobei bei einem Fehler die Verbraucher über Abschaltpfade gesperrt und/oder abgeschaltet werden können, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschaltpfade selbst auf ordnungsgemäße Funktion geprüft werden.
  2. Überwachungsverfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschaltpfade einzeln, insbesondere unabhängig nacheinander, auf ordnungsgemäße Funktion geprüft werden.
  3. Überwachungsverfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Überwachung bei einem Selbsttest, insbesondere nach dem Anschalten einer das Überwachungsverfahren ausführenden elektronischen Schaltung, durchgeführt wird.
  4. Überwachungsverfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass sobald wenigstens ein Pfad funktionsfähig ist, der Test genau dann nicht durchlaufen wird, wenn mindestens ein Pfad fehlerhaft ist.
  5. Integrierter Monitorschaltkreis mit Abschaltpfaden für Verbraucher, wobei der Monitorschaltkreis und die Verbraucher Bestandteil einer Gesamtschaltungsanordnung zur Steuerung und/oder Regelung sind, gekennzeichnet durch: a) eine Überwachungsschaltung, mit der notwendige Betriebsspannungen einer Regelschaltung, die den Monitorschaltkreis enthält, überwacht werden können und b) eine Selbstüberwachungsschaltung, welche Schaltungselemente des Monitorschaltkreises selbst überprüft.
  6. Integrierter Monitorschaltkreis nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass dieser schaltungstechnisch und/oder ergänzt mit einer Software ein Verfahren gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 5 realisiert.
  7. Integrierter Monitorschaltkreis nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Selbstüberwachungsschaltung eine Einrichtung zur Prüfung von Abschaltpfaden umfasst.
  8. Integrierter Monitorschaltkreis nach mindestens einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Abschaltpfade zur Herstellung von Redundanz mehrfach ausgeführt sind.
  9. Verwendung des integrierten Monitorschaltkreises nach mindestens einem der Ansprüche 5 bis 8 in elektronischen, eigensicheren Kraftfahrzeugsteuergeräten, wie insbesondere Bremsenregler oder Fahrwerksregler oder aktive Sicherheitssteuergeräte oder passive Sicherheitssteuergeräte oder kombinierte Aktiv/Passiv-Sicherheitssteuergeräte.
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