DE102011106163A1 - Device for protecting control system of motor vehicle, has microcontroller which generates control signal corresponding to the wheel output of wheel speed values such that the control system of motor vehicle is switched to safe state - Google Patents
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Abstract
Description
Technisches GebietTechnical area
Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein das Gebiet der Sicherheitssysteme für Kraftfahrzeuge. Im Besonderen werden eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Absicherung eines Regelsystems mittels eines Mikrocontrollers beschrieben.The present disclosure relates generally to the field of automotive safety systems. In particular, an apparatus and method for securing a control system by means of a microcontroller are described.
Hintergrundbackground
Aus dem Stand der Technik bekannte Regelsysteme (z. B. Schlupfregelsysteme) für Kraftfahrzeuge weisen einen Mikrocontroller mit einer Signalaufbereitungseinheit und einem Prozessor auf. Die Signalaufbereitungseinheit liest ein Radumdrehungssignal von einem am Rad des Kraftfahrzeugs angebrachten Sensor ein und bereitet es zur Übergabe an den Prozessor auf. Der Prozessor berechnet dann basierend auf dem von der Signalaufbereitungseinheit ausgegebenen Signal einen Radgeschwindigkeitswert.Control systems known from the prior art (eg slip control systems) for motor vehicles have a microcontroller with a signal conditioning unit and a processor. The signal conditioning unit reads in a wheel revolution signal from a sensor mounted on the wheel of the motor vehicle and prepares it for transfer to the processor. The processor then calculates a wheel speed value based on the signal output from the signal conditioning unit.
Herkömmlicherweise wird die Radgeschwindigkeitserfassung durch im Mikrocontroller integrierte Prüfschaltungen zum Prüfen der Signalaufbereitungseinheit in einer Startphase (”Peripheral Built In Self Test” oder PBIST) und zum Prüfen des Prozessors (”Built In Self Test” oder BIST) abgesichert. Der Test der Prüfschaltung (PBIST) zum Prüfen der Signalaufbereitungseinheit kann jedoch nur in der Startphase, das heißt nur einmal nachdem die Zündung des Kraftfahrzeugs eingeschaltet wurde, durchlaufen werden. Ferner sind Status- und Kontrollregister sowie Taktgeber/Zeitgeber (sogenannte Timer) der Signalaufbereitungseinheit durch die Prüfschaltung in der Regel nicht abgesichert. Es hat sich jedoch gezeigt, dass die Status- und Kontrollregister sowie die Timer der Signalaufbereitungseinheit für die Radgeschwindigkeitserfassung essentiell sind und ohne deren Absicherung erhebliche Schwierigkeiten und Fehlberechnungen auftreten können.Conventionally, wheel speed sensing is assured by microcontroller-integrated test circuits for testing the signal conditioning unit in a "Peripheral Built-In Self-Test" or "PBIST" and "Built-In Self Test" or BIST. The test of the test circuit (PBIST) for testing the signal conditioning unit, however, can only be run through in the starting phase, that is, only once after the ignition of the motor vehicle has been switched on. Furthermore, status and control registers as well as clocks / timers (so-called timers) of the signal conditioning unit are usually not protected by the test circuit. However, it has been shown that the status and control registers and the timers of the signal conditioning unit for the wheel speed detection are essential and without their protection significant difficulties and miscalculations can occur.
Eine Absicherung der Radgeschwindigkeitsfunktion ist während der Fahrt durch die integrierten Prüfschaltungen (PBIST oder BIST) somit nicht immer gewährleistet. Aus diesem Grund kann es fälschlicherweise zu einem ungenauen Radgeschwindigkeitswert und zur Ausgabe eines falschen Steuersignals für das Regelsystem kommen.A protection of the wheel speed function is thus not always guaranteed while driving through the integrated test circuits (PBIST or BIST). For this reason, it may erroneously result in an inaccurate wheel speed value and the output of an incorrect control signal for the control system.
Kurzer AbrissShort outline
Es sind daher Maßnahmen anzugeben, die es ermöglichen, ein Regelsystem eines Kraftfahrzeugs besser abzusichern.It is therefore necessary to specify measures which make it possible to better protect a control system of a motor vehicle.
Gemäß einem ersten Aspekt wird eine Vorrichtung zur Absicherung eines Regelsystems für ein Kraftfahrzeug bereitgestellt, das einen Mikrocontroller mit wenigstens einer ersten und einer zweiten Signalaufbereitungseinheit zum redundanten Einlesen und Aufbereiten wenigstens eines Radumdrehungssignals und wenigstens einem mit der ersten und zweiten Signalaufbereitungseinheit gekoppelten Prozessor zum Ermitteln einer Radgeschwindigkeitsabweichung umfasst, wobei die erste Signalaufbereitungseinheit zum Übergeben eines aufbereiteten ersten Signals und die zweite Signalaufbereitungseinheit zum Übergeben eines aufbereiteten zweiten Signals an den Prozessor ausgebildet ist und der Prozessor dazu ausgebildet ist, einen ersten Radgeschwindigkeitswert basierend auf dem ersten Signal und einen zweiten Radgeschwindigkeitswert basierend auf dem zweiten Signal zu berechnen und die Radgeschwindigkeitsabweichung zwischen dem ersten Radgeschwindigkeitswert und dem zweiten Radgeschwindigkeitswert zu ermitteln, wobei der Mikrocontroller ferner dazu ausgebildet ist, ein Steuersignal in Abhängigkeit der ermittelten Radgeschwindigkeitsabweichung auszugeben, durch welches das Regelsystem in einen sicheren Zustand schaltbar ist.According to a first aspect, a device for securing a control system for a motor vehicle is provided, comprising a microcontroller having at least a first and a second signal conditioning unit for redundantly reading and editing at least one Radumdrehungssignals and at least one coupled to the first and second signal conditioning unit processor for determining a wheel speed deviation wherein the first signal conditioning unit is configured to pass a conditioned first signal and the second signal conditioning unit to pass a conditioned second signal to the processor and the processor is configured to generate a first wheel speed value based on the first signal and a second wheel speed value based on the second one Calculate signal and the wheel speed deviation between the first Radgeschwindigkeitswert and the second Radgeschwindigkeitswert to e , wherein the microcontroller is further configured to output a control signal as a function of the determined wheel speed deviation, by means of which the control system can be switched to a safe state.
Gemäß einer Variante können die Signalaufbereitungseinheiten jeweils dazu ausgebildet sein, das wenigstens eine Radumdrehungssignal zyklisch zu erfassen. Eine aperiodische Erfassung wäre ebenfalls denkbar. Die Signalaufbereitungseinheiten können dazu ausgebildet sein, eine Flankeninformation und/oder eine Frequenz des Radumdrehungssignals zu erfassen und aufzubereiten. Die Signalaufbereitung kann einen oder mehrere der folgenden Funktionen umfassen: Verstärkung, Digitalisierung und Filterung.According to a variant, the signal conditioning units can each be designed to cyclically detect the at least one wheel rotation signal. An aperiodic detection would also be conceivable. The signal conditioning units may be designed to detect and process edge information and / or a frequency of the wheel rotation signal. The signal conditioning may include one or more of the following functions: amplification, digitizing and filtering.
Der Prozessor kann einen oder mehrere Prozessorkerne aufweisen. Beispielsweise kann der Prozessor zwei, drei oder vier Prozessorkerne aufweisen. Der Prozessor kann ferner als Lock-Step-Prozessor ausgebildet sein oder dazu angepasst sein, in einem Lock-Step-Modus betrieben zu werden.The processor may include one or more processor cores. For example, the processor may have two, three or four processor cores. The processor may be further configured as a lock-step processor or adapted to operate in a lock-step mode.
Gemäß einer Variante kann der Prozessor dazu ausgebildet sein, den ersten Radgeschwindigkeitswert mittels eines ersten Berechnungsalgorithmus und den zweiten Radgeschwindigkeitswert mittels eines zweiten Berechnungsalgorithmus zu berechnen. Der Prozessor kann ferner zwei Prozessorkerne aufweisen, wobei der erste Prozessorkern dazu ausgebildet sein kann, den ersten Radgeschwindigkeitswert mittels des ersten Berechnungsalgorithmus zu berechnen und der zweite Prozessorkern dazu ausgebildet sein kann, den zweiten Radgeschwindigkeitswert mittels des zweiten Berechnungsalgorithmus zu berechnen.According to a variant, the processor may be configured to calculate the first wheel speed value by means of a first calculation algorithm and the second wheel speed value by means of a second calculation algorithm. The processor may further comprise two processor cores, wherein the first processor core may be configured to calculate the first wheel speed value using the first calculation algorithm and the second processor core may be configured to calculate the second wheel speed value using the second calculation algorithm.
Es kann weiter vorgesehen sein, dass der Prozessor zwei Prozessorkerne aufweist, wobei der erste Prozessorkern dazu ausgebildet ist, eine erste Radgeschwindigkeitsabweichung zwischen dem ersten Radgeschwindigkeitswert und dem zweiten Radgeschwindigkeitswert zu ermitteln, und der zweite Prozessorkern dazu ausgebildet ist, eine zweite Radgeschwindigkeitsabweichung zwischen dem ersten Radgeschwindigkeitswert und dem zweiten Radgeschwindigkeitswert zu ermitteln. Der Mikrocontroller kann dazu ausgebildet sein, ein erstes Steuersignal in Abhängigkeit der ermittelten ersten Radgeschwindigkeitsabweichung und ein zweites Steuersignal in Abhängigkeit der ermittelten zweiten Radgeschwindigkeitsabweichung auszugeben. Der Mikroprozessor kann ferner auf der Grundlage des ersten und zweiten Steuersignals ein drittes Steuersignal berechnen und dieses dritte Steuersignal ausgeben.It may further be provided that the processor has two processor cores, wherein the the first processor core is configured to determine a first wheel speed deviation between the first wheel speed value and the second wheel speed value, and the second processor core is configured to determine a second wheel speed deviation between the first wheel speed value and the second wheel speed value. The microcontroller may be configured to output a first control signal as a function of the determined first wheel speed deviation and a second control signal as a function of the determined second wheel speed deviation. The microprocessor may further calculate a third control signal based on the first and second control signals and output this third control signal.
Im Rahmen der Ermittlung der jeweiligen Radgeschwindigkeitswerte kann sich der erste Berechnungsalgorithmus von dem zweiten Berechnungsalgorithmus unterscheiden. Die beiden Algorithmen können jedoch auch identisch sein.As part of the determination of the respective wheel speed values, the first calculation algorithm may differ from the second calculation algorithm. However, the two algorithms can also be identical.
In konstruktiver Hinsicht kann vorgesehen sein, dass der Mikrocontroller wenigstens eine Eingabe/Ausgabe-Einheit zum Ausgeben des Steuersignals aufweist. Die Vorrichtung kann ferner eine Sicherheitseinrichtung (z. B. ein Sicherheitsrelais) aufweisen, die durch das von dem Mikrocontroller ausgegebene Steuersignal in Abhängigkeit der ermittelten Radgeschwindigkeitsabweichung getätigt wird, wodurch das Regelsystem in einen sicheren Zustand schaltbar ist. Alternativ hierzu kann der Mikrocontroller oder das Regelsystem das Sicherheitsrelais oder eine vergleichbare Sicherheitseinrichtung aufweisen.In terms of design, it can be provided that the microcontroller has at least one input / output unit for outputting the control signal. The device may further comprise a safety device (eg a safety relay) which is actuated by the control signal output by the microcontroller as a function of the determined wheel speed deviation, whereby the control system can be switched to a safe state. Alternatively, the microcontroller or the control system may comprise the safety relay or a comparable safety device.
Die Sicherheitseinrichtung kann elf Register aufweisen, in dem einzelne oder mehrere Flags gesetzt werden, um den zu schaltenden Zustand des Regelsystems zu definieren. Ferner kann die Sicherheitseinrichtung softwaremäßig, d. h. als Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln zum Abschalten oder teilweisen Deaktivieren des Regelsystems, wenn das Computerprogrammprodukt auf einer Prozessoreinheit durchgeführt, ausgeführt sein. Die Sicherheitseinrichtung kann basierend auf dem vom Mikrocontroller ausgegeben Steuersignal das Regelsystem abschalten oder einzelne Funktionen des Regelsystems (z. B. stufenweise) degradieren bzw. deaktivieren. Ferner kann vorgesehen sein, dass das Regelsystem mehrere Rückfall-Ebenen Steuermodule oder Funktionen) aufweist, die durch die Sicherheitseinrichtung jeweils aktiviert oder deaktiviert werden können. Zusätzlich oder alternativ hierzu kann die Sicherheitseinrichtung eine Warnanzeige des Regelsystems aktivieren oder deaktivieren.The safety device may have eleven registers in which one or more flags are set to define the state of the control system to be switched. Furthermore, the safety device can be software-based, d. H. as a computer program product with program code means for switching off or partially deactivating the control system when the computer program product is executed on a processor unit. The safety device can switch off the control system based on the control signal output by the microcontroller or degrade or deactivate individual functions of the control system (for example stepwise). Furthermore, it can be provided that the control system has several fallback levels control modules or functions), which can be activated or deactivated by the safety device respectively. Additionally or alternatively, the safety device can activate or deactivate a warning display of the control system.
Der Mikrocontroller kann wenigstens eine integrierte Prüf-Schaltung zum Prüfen der Signalaufbereitungseinheiten zumindest in einer Startphase aufweisen. Zusätzlich oder alternativ hierzu kann der Prozessor wenigstens eine integrierte Prüf-Schaltung zum Prüfen eines Prozessorkerns aufweisen. Die jeweiligen Prüf-Schaltungen können als Hardware-Selbsttest-Mechanismen (BIST bzw. PBIST) ausgebildet sein. Alternativ hierzu können die jeweiligen Prüf-Schaltungen softwaremäßig, d. h., als Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln zur Durchführung der jeweiligen Prüfung, wenn das Computerprogrammprodukt auf einer Prozessoreinheit durchgeführt, ausgeführt sein. Dieses Computerprogrammprodukt kann auf einem prozessorlesbaren Speichermedium abgespeichert sein. Beispielsweise kann das Computerprogrammprodukt auf einem Speicherbaustein abgespeichert sein, der im Mikrocontroller integriert ist.The microcontroller may have at least one integrated test circuit for testing the signal conditioning units at least in a start-up phase. Additionally or alternatively, the processor may include at least one integrated test circuit for testing a processor core. The respective test circuits can be designed as hardware self-test mechanisms (BIST or PBIST). Alternatively, the respective test circuits may be software-based, i. h., As a computer program product with program code means for performing the respective test when the computer program product performed on a processor unit executed. This computer program product can be stored on a processor-readable storage medium. For example, the computer program product may be stored on a memory module that is integrated in the microcontroller.
Das Regelsystem kann dazu ausgebildet sein, einen auf einer Radgeschwindigkeit basierenden Regelvorgang durchzuführen. Die Vorrichtung kann in einem Regelsystem eines Kraftfahrzeugs, insbesondere in einem Schlupfregelsystem, Antiblockiersystem, Antriebsschlupfregelsystem oder in einem kombinierten Antiblockier-Antriebsschlupf-Regelsystem, vollständig oder teilweise integriert sein.The control system may be configured to perform a wheel speed-based control operation. The device may be fully or partially integrated with a control system of a motor vehicle, particularly a slip control system, anti-lock braking system, traction control system, or a combined anti-skid traction control system.
Gemäß einem anderen Aspekt wird ein Verfahren zur Absicherung eines Regelsystems für ein Kraftfahrzeug mittels eines Mikrocontrollers angegeben, wobei der Mikrocontroller wenigstens eine erste und eine zweite Signalaufbereitungseinheit zum redundanten Einlesen und Aufbereiten wenigstens eines Radumdrehungssignals und wenigstens einen mit der ersten und zweiten Signalaufbereitungseinheit gekoppelten Prozessor zum Ermitteln einer Radgeschwindigkeitsabweichung aufweist, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Übergeben eines aufbereiteten ersten Signals durch die erste Signalaufbereitungseinheit und eines aufbereiteten zweiten Signals durch die zweite Signalaufbereitungseinheit an den Prozessor; Berechnen eines ersten Radgeschwindigkeitswerts basierend auf dem ersten Signal und Berechnen eines zweiten Radgeschwindigkeitswerts basierend auf dem zweiten Signal durch den Prozessor; Ermitteln einer Radgeschwindigkeitsabweichung zwischen dem ersten Radgeschwindigkeitswert und dem zweiten Radgeschwindigkeitswert; und Ausgeben eines Steuersignals in Abhängigkeit der ermittelten Radgeschwindigkeitsabweichung, durch welches das Regelsystem in einen sicheren Zustand schaltbar ist.According to another aspect, a method for securing a control system for a motor vehicle by means of a microcontroller is provided, wherein the microcontroller at least a first and a second signal conditioning unit for redundantly reading and editing at least one Radumdrehungssignals and at least one coupled to the first and second signal conditioning unit processor for determining a wheel speed deviation, the method comprising the steps of: passing a conditioned first signal through the first signal conditioning unit and a conditioned second signal through the second signal conditioning unit to the processor; Calculating a first wheel speed value based on the first signal and calculating a second wheel speed value based on the second signal by the processor; Determining a wheel speed deviation between the first wheel speed value and the second wheel speed value; and outputting a control signal as a function of the determined wheel speed deviation, by means of which the control system can be switched to a safe state.
Ebenfalls bereitgestellt wird ein Computerprogrammprodukt mit Programmcodemitteln zur Durchführung der hier vorgestellten Verfahrensaspekte, wenn das Computerprogrammprodukt auf einer Prozessoreinheit durchgeführt wird. Das Computerprogrammprodukt kann auf einem prozessor-lesbaren Speichermedium abgespeichert sein. Dieses Speichermedium kann in der Vorrichtung oder im Mikrocontroller integriert sein.Also provided is a computer program product having program code means for performing the method aspects presented herein when the computer program product is executed on a processor unit. The computer program product can be stored on a processor-readable storage medium. This Storage medium may be integrated in the device or in the microcontroller.
Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings
Weitere Aspekte, Vorteile und Einzelheiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele sowie aus den Figuren. Es zeigen:Other aspects, advantages and details will become apparent from the following description of the embodiments and from the figures. Show it:
Detaillierte BeschreibungDetailed description
Wie in
Der Prozessor
Der Prozessor
Der Mikrocontroller
An den Rädern (in dem Ausführungsbeispiel von
Der Prozessor
Der Prozessor
Der erste Prozessorkern
Wie in
Die beiden Signalaufbereitungseinheiten
Die beiden Prozessorkerne
Das redundante Einlesen und Aufbereiten der Radumdrehungssignale durch die Signalaufbereitungseinheiten
Die im Mikrocontroller
Aufgrund der redundanten Radgeschwindigkeitserfassung und unabhängigen Aufbereitung der Radgeschwindigkeiten über eine zweite redundante Signalaufbereitungseinheit im selben Mikrocontroller, wird die Sicherheitslücke durch die nicht vollständige Absicherung der Komponenten (Status- und Kontrollregister sowie Timer) der Signalaufbereitungseinheit durch die Prüfschaltung PBIST geschlossen. Somit wird eine Absicherung der Radgeschwindigkeitsfunktion auch während der Fahrt gewährleistet. Ungenaue oder falsche Radgeschwindigkeitswerte oder Radgeschwindigkeitsabweichungen werden so vermieden, wodurch die Sicherheit durch Ausgabe eines richtigen Steuersignals für ein Regelsystem eines Kraftfahrzeugs erhöht wird. Zusätzlich werden methodische Fehler in der Geschwindigkeitsberechnung vermieden, wenn zwei unterschiedliche Berechnungsalgorithmen in den beiden Prozessorkernen verwendet werden.Due to the redundant wheel speed detection and independent treatment of the wheel speeds via a second redundant signal conditioning unit in the same microcontroller, the security gap is closed by the incomplete protection of components (status and control register and timer) of the signal conditioning unit by the test circuit PBIST. Thus, a safeguard of the wheel speed function is guaranteed while driving. Inaccurate or incorrect wheel speed values or wheel speed deviations are thus avoided, whereby the safety is increased by outputting a correct control signal for a control system of a motor vehicle. In addition, methodological errors in the velocity calculation are avoided if two different calculation algorithms are used in the two processor cores.
Es ist darauf hinzuweisen, dass die vorstehend vorgestellten technischen Aspekte untereinander sowie mit weiteren Aspekten kombinierbar sind, ohne vom Schutzumfang der vorlegenden Erfindung, der einzig durch die nachfolgenden Patentansprüche definiert ist, abzuweichen.It is to be understood that the technical aspects presented above may be combined with each other and with other aspects without departing from the scope of the present invention, which is defined solely by the following claims.
Claims (12)
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