DE102014202984A1

DE102014202984A1 - Verteiltes System, Überwachungsschaltung für ein verteiltes System

Info

Publication number: DE102014202984A1
Application number: DE102014202984.8A
Authority: DE
Inventors: Michael Amann; Michael KECKEISEN
Original assignee: ZF Friedrichshafen AG
Current assignee: ZF Friedrichshafen AG
Priority date: 2014-02-19
Filing date: 2014-02-19
Publication date: 2015-08-20

Abstract

Ein verteiltes System (200) gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst eine Steuereinheit (110), ein bezogen auf die Steuereinheit entferntes Subsystem (120), das einen Wandler (130) umfasst, der ausgebildet ist, um auf ein Ansteuersignal hin elektrische Energie in eine andere Energieform umzuwandeln, und eine Überwachungsschaltung (210), die ausgebildet ist, um ein Vorliegen einer vorbestimmten Bedingung zu prüfen und das Subsystem (120) in einen definierten Zustand zu versetzen und in diesem zu halten, wenn die vorbestimmte Bedingung erfüllt ist. Hierdurch kann es möglich sein, im Falle einer Störung eine Verbesserung der Sicherheit eines solchen verteilten Systems (200) zu ermöglichen.

Description

Ausführungsbeispiele beziehen sich auf ein verteiltes System, eine Überwachungsschaltung für ein verteiltes System, ein Verfahren und ein Programm zum Durchführen eines solchen Verfahrens.
In vielen Bereichen des Maschinen-, Anlagen- und Fahrzeugbaus, zu denen beispielsweise ebenso der Bootsbau zählt, wird von einem häufig zentral gelegenen Ort ein oder mehrere Subsysteme gesteuert, geregelt oder auf andere Art und Weise kontrolliert. Beispiele umfassen so ebenso größere Industrieanlagen, wie beispielsweise zur Verpackung, Herstellung oder dem Transport von Waren, Halberzeugnissen oder Rohstoffen, wie auch Anlagen im Bereich der Energieerzeugung. Beispiele umfassen so auch komplexere Maschinen, bei denen ein oder mehrere Subsysteme von einem entfernt liegenden Ort, beispielsweise einem Leitstand, kontrolliert, gesteuert oder geregelt werden, wie auch Fahrzeuge. Zu den Fahrzeugen zählen beispielsweise Landfahrzeuge ebenso wie Wasserfahrzeuge und Luftfahrzeuge, also beispielsweise Kraftfahrzeuge, Arbeitsmaschinen, landwirtschaftliche Maschinen, Boote, Schiffe, Flugzeuge, Hubschrauber und andere Fahrzeuge.
In solchen verteilten Systemen besteht häufig ein Bedarf daran, notwendige Reaktionen oder Zustandsänderungen in einem entfernten Subsystem auszulösen. Dies kann unter Umständen jedoch aus unterschiedlichen Gründen nicht möglich sein. So kann beispielsweise eine Kommunikation mit dem entfernten Subsystem ebenso wie das entfernte Subsystem selbst oder die eigentliche Steuereinheit gestört sein.
Aus einer solchen Störung können sich zum Teil erhebliche Konsequenzen und Gefahren für die Funktionalität der betreffenden Anlage, die betreffende Maschine oder das betreffende Fahrzeug ergeben, wie auch Sicherheitsrisiken für das betreffende System, seine Komponenten, die mit ihm gegebenenfalls verarbeiteten Waren und für das Bedienpersonal des betreffenden Systems oder unbeteiligte Dritte. Aus diesem Grund werden häufig in entsprechenden Systemen redundante Subsysteme eingesetzt, um einen Ausfall, eine Beschädigung oder eine andere entsprechende Störung kompensierbar zu machen.
Aufgrund unterschiedlicher Randbedingungen, zu denen beispielsweise ebenso wirtschaftliche Erwägungen, wie auch zur Verfügung stehender Bauraum, ein maximal zulässiges Gewicht, ein höchstens zu tolerierender Energieverbrauch oder andere Parameter zählen können, kann jedoch gegebenenfalls die Implementierung redundanter Subsysteme oder redundanter Systeme nicht oder nur unter erschwerten Bedingungen möglich sein.
Die DE 101 48 325 A1 bezieht sich auf eine Buswächtereinheit. Bei dem dort beschriebenen System weist ein zentraler Knoten eines Datenbussystems eine Buswächtereinheit auf, die bei einer Fehlkommunikation auf dem Datenbus den verursachenden Teilnehmer für eine Kommunikation auf dem Datenbus zumindest zeitweise sperren oder dessen durch die Störeinflüsse ausgelöste Fehlkommunikation kompensiert.
Aber auch unter solchen Bedingungen besteht ein Bedarf daran, im Falle einer Störung eine Verbesserung der Sicherheit eines solchen verteilten Systems zu ermöglichen.
Diesem Bedarf trägt ein verteiltes System gemäß Patentanspruch 1, eine Überwachungsschaltung für ein verteiltes System gemäß Patentanspruch 13, ein Verfahren gemäß Patentanspruch 14 oder ein Programm gemäß Patentanspruch 15 Rechnung.
Ein verteiltes System gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst eine Steuereinheit, ein bezogen auf die Steuereinheit entferntes Subsystem, das einen Wandler umfasst, der ausgebildet ist, um auf ein Ansteuersignal hin elektrische Energie in eine andere Energieform umzuwandeln, und eine Überwachungsschaltung, die ausgebildet ist, um ein Vorliegen einer vorbestimmten Bedingung zu prüfen und das Subsystem in einen definierten Zustand zu versetzen und in diesem zu halten, wenn die vorbestimmte Bedingung erfüllt ist. Eine Überwachungsschaltung für ein verteiltes System, das eine Steuereinheit und ein bezogen auf die Steuereinheit entferntes Subsystem umfasst, wobei das Subsystem einen Wandler aufweist, der ausgebildet ist, um auf ein Ansteuersignal hin elektrische Energie in eine andere Energieform umzuwandeln, ist ausgebildet, um ein Vorliegen einer vorbestimmten Bedingung zu prüfen und das Subsystem in einen definierten Zustand zu versetzen und in diesem zu halten, wenn die vorbestimmte Bedingung erfüllt ist.
Ein Verfahren gemäß einem Ausführungsbeispiel umfasst ein Prüfen, ob eine vorbestimmte Bedingung in einem verteilten System mit einer Steuereinheit und einem bezogen auf die Steuereinheit entfernten Subsystem vorliegt, das einen Wandler umfasst, der ausgebildet ist, um auf ein Ansteuersignal hin elektrische Energie in eine andere Energieform umzuwandeln, und ein Versetzen und Halten des Subsystems in einem definierten Zustand, wenn die vorbestimmte Bedingung erfüllt ist.
Ausführungsbeispielen liegt so die Erkenntnis zugrunde, dass die Sicherheit eines verteilten Systems gegebenenfalls dadurch erhöht werden kann, dass eine Überwachungsschaltung vorgesehen wird, mit deren Hilfe das Vorliegen einer vorbestimmten Bedingung geprüft und das Subsystem in einen definierten Zustand versetzt und in diesem gehalten werden kann, wenn die vorbestimmte Bedingung erfüllt ist.
Bei einem solchen Wandler kann beispielsweise die elektrische Energie im Wesentlichen in eine andere Energieform umgesetzt werden. Parasitäre Effekte können hierbei gegebenenfalls unberücksichtigt bleiben. Ziel des Wandlers ist es hierbei, die elektrische Energie gezielt in eine andere Energieform umzuwandeln, sodass also hier ein gezielter Effekt durch den Wandler verfolgt wird. So können beispielsweise im Falle der Umwandlung der elektrischen Energie in die andere Energie je nach Implementierung und Ausführungsbeispiel nicht-thermische Effekte einen Wirkungsgrad von wenigstens 5 %, wenigstens 10 %, wenigstens 15 %, wenigstens 20 % oder wenigstens 25 % aufweisen. Die anderen Energieformen können je nach konkreter Implementierung eines entsprechenden Wandlers beispielsweise mechanische, optische, akustische oder thermische Energie umfassen. So kann ein entsprechender Wandler beispielsweise einen mechanischen Aktuator oder Motor, eine Lichtquelle, beispielsweise eine Leuchtdiode, Laserdiode oder eine andere entsprechende Lichtquelle, einen Schallerzeuger, beispielsweise einen Lautsprecher oder auch einen Heizer, beispielsweise einen entsprechenden Heizwiderstand, umfassen.
Optional kann bei einem verteilten System gemäß einem Ausführungsbeispiel die vorbestimmte Bedingung erfüllt sein, wenn die Überwachungsschaltung ein Ansteuersignal zur Ansteuerung des Wandlers des Subsystems registriert, das von der Steuereinheit für das Subsystem bereitgestellt worden ist, das Subsystem jedoch dem Ansteuersignal nicht entsprechend nachkommt. Hierdurch kann es möglich sein, auf Störungen während des Betriebs des verteilten Systems unmittelbar zu reagieren und so die Betriebssicherheit des betreffenden Systems gegebenenfalls weiter zu steigern. So kann beispielsweise die Überwachungsschaltung entsprechend ausgebildet sein, um das Ansteuersignal für das Subsystem sowie das Subsystem hinsichtlich seiner Reaktion auf das Ansteuersignal hin zu registrieren.
Optional kann bei einem solchen verteilten System gemäß einem Ausführungsbeispiel die Überwachungsschaltung ausgebildet sein, um die Prüfung auf das Vorliegen der vorbestimmten Bedingung steuereinheitsspezifisch und/oder kommunikationstypspezifisch durchzuführen. Hierdurch kann es beispielsweise möglich sein, in einem verteilten System, welches mehr als eine Steuereinheit umfasst, die Überwachungsschaltung beispielsweise spezifisch auf solche Steuereinheiten hinsichtlich der Prüfung der vorbestimmten Bedingung auszulegen, die sicherheitsrelevant oder aufgrund anderer Randbedingungen ausgezeichnet sind. Ergänzend oder alternativ kann im Falle einer kommunikationstypspezifischen Prüfung auf das Vorliegen der vorbestimmten Bedingung hin auch eine Priorisierung hinsichtlich bestimmter von einer Steuereinheit ausgegebener Signale erfolgen. So kann beispielsweise eine Steuereinheit sowohl zur Steuerung, Kontrolle oder Regelung sicherheitsrelevanter Komponenten und/oder Funktionen, wie auch weniger sicherheitsrelevanter Komponenten und/oder Funktionen herangezogen werden.
Ergänzend oder alternativ kann bei einem solchen verteilten System gemäß einem Ausführungsbeispiel die Steuereinheit, das Subsystem und die Überwachungsschaltung mit einem gemeinsamen Bus, einem gemeinsamen Kommunikationsnetzwerk oder einer gemeinsamen Kommunikationsverbindung gekoppelt sein, wobei der gemeinsame Bus, das gemeinsame Kommunikationsnetzwerk bzw. die gemeinsame Kommunikationsverbindung ausgebildet ist, um ein Ansteuersignal der Steuereinheit dem Subsystem und der Überwachungsschaltung bereitzustellen. Hierdurch kann es möglich sein, mit konstruktiv einfachen Mitteln die Überwachungsschaltung in das System zu integrieren, indem diese beispielsweise in den Bus, das Kommunikationsnetzwerk oder die Kommunikationsverbindung gekoppelt wird.
Ergänzend oder alternativ kann bei einem verteilten System gemäß einem Ausführungsbeispiel die vorbestimmte Bedingung erfüllt sein, wenn die Überwachungsschaltung ein Anforderungssignal registriert, das ein Bringen in den definierten Zustand und Halten des Subsystems in dem definierten Zustand anzeigt. Hierdurch kann es möglich sein, von einer bezogen auf die Überwachungsschaltung externen Komponente, also beispielsweise der Steuereinheit, das Subsystem auf Anforderung in den definierten Zustand zu bringen. Dies kann beispielsweise interessant sein, um einen Test der Fähigkeit der Überwachungsschaltung, das Subsystem in den definierten Zustand zu bringen und dort zu halten, zu ermöglichen.
Optional können bei einem solchen verteilten System gemäß einem Ausführungsbeispiel die Überwachungsschaltung und das Subsystem ferner ausgebildet sein, um auf ein weiteres Anforderungssignal hin das Halten des Subsystems in dem definierten Zustand zu beenden. Hierdurch kann es gegebenenfalls möglich sein, nach der Durchführung eines entsprechenden Tests das verteilte System wiederum in seinen ursprünglichen Zustand zurückzuversetzen. So kann je nach konkreter Implementierung das Subsystem den definierten Zustand wiederum verlassen, um beispielsweise wieder aktiv im Rahmen des verteilten Systems zu partizipieren.
Ergänzend oder alternativ kann bei einem verteilten System gemäß einem Ausführungsbeispiel die Überwachungsschaltung ferner ausgebildet sein, den Zustand des Subsystems zu erfassen und der Steuereinheit ein den Zustand des Subsystems anzeigendes Zustandssignal bereitzustellen. Hierdurch kann es möglich sein, über die Überwachungsschaltung eine Prüfung des Subsystems bzw. ihres Zustands durch die Steuereinheit zu ermöglichen. Hierdurch kann es beispielsweise möglich sein, die Funktionsfähigkeit der Überwachungsschaltung, das Subsystem in den definierten Zustand zu bringen und dort zu halten, überprüft werden.
Optional kann bei einem solchen verteilten System gemäß einem Ausführungsbeispiel dieses so ausgebildet sein, dass die Überwachungsschaltung den Zustand des Subsystems erfasst und der Steuereinheit das Zustandssignal intermittierend bereitstellt. Dies kann beispielsweise geschehen, wenn eine vorbestimmte weitere Bedingung erfüllt ist, also beispielsweise periodisch oder zyklisch und/oder auf Anforderung durch die Steuereinheit oder eine andere Komponente des verteilten Systems.
Gleiches kann ebenso ergänzend oder alternativ bei einem verteilten System implementiert werden, dessen Subsystem einen Empfänger umfasst, der ausgebildet ist, um das Ansteuersignal zu empfangen und den Wandler entsprechend anzusteuern. In einem solchen Fall kann der Empfänger den Zustand des Subsystems ebenso erfassen und der Steuereinheit ein den Zustand des Subsystems anzeigendes Zustandssignal bereitstellen. Auch dies kann optional intermittierend, also beispielsweise wenn die vorbestimmte weitere Bedingung erfüllt ist, also beispielsweise periodisch oder zyklisch und/oder auf Anforderung durch die Steuereinheit oder eine andere Komponente des verteilten Systems erfolgen.
Ergänzend oder alternativ kann bei einem verteilten System gemäß einem Ausführungsbeispiel die Überwachungsschaltung ausgebildet sein, um ein Überprüfen der Fähigkeit des Bringens des Subsystems in den definierten Zustand zu ermöglichen. Hierdurch kann es möglich sein, unabhängig von den bereits zuvor beschriebenen Möglichkeiten die Fähigkeit der Überwachungsschaltung, in einer entsprechenden Situation das Subsystem in den definierten Zustand zu bringen, geprüft werden, wodurch gegebenenfalls die Betriebssicherheit des betreffenden verteilten Systems erhöht werden kann.
Optional kann bei einem solchen verteilten System gemäß einem Ausführungsbeispiel das Subsystem einen Empfänger umfassen, der ausgebildet ist, um das Ansteuersignal zu empfangen und den Wandler entsprechend anzusteuern. Die Überwachungsschaltung kann dann ferner ausgebildet sein, um dem Empfänger ein das Überprüfen anzeigendes Informationssignal zu übermitteln, wenn die Fähigkeit der Überwachungsschaltung überprüft wird. Hierdurch kann es gegebenenfalls möglich sein, ein Auslösen einer Ausnahmesituation durch den Empfänger im Vorfeld bereits zu verhindern, indem diesem das die Durchführung des Tests anzeigendes Informationssignal von vorne herein bereitgestellt wird.
Ergänzend oder alternativ kann bei einem verteilten System gemäß einem Ausführungsbeispiel die Überwachungsschaltung ausgebildet sein, um den Wandler, eine Versorgungsschaltung für den Wandler, eine Ansteuerungsschaltung für den Wandler und/oder ein dem Wandler nachgeschaltetes Schaltelement anzusteuern, um das Subsystem in den definierten Zustand zu bringen. Hierdurch kann mit unterschiedlichen technischen Maßnahmen je nach konkreter Implementierung des verteilten Systems auf unterschiedlichen Arten und Weisen das Subsystem in den definierten Zustand gebracht werden. So kann beispielsweise durch ein Deaktivieren der Versorgungsschaltung bzw. durch ein Deaktivieren einer Ansteuerschaltung die Ansteuerung des Subsystems unterbunden werden. Ebenso gilt dies für den Wandler direkt bzw. durch beispielsweise ein Öffnen eines nachgeschalteten Schaltelements, also beispielsweise einer Kupplung im Falle eines elektro-mechanischen Wandlers das betreffende Subsystem in den definierten Zustand gebracht werden. Der definierte Zustand kann so beispielsweise ein solcher sein, in dem durch eine weitere Änderung des Zustands unterbunden wird. Ergänzend oder alternativ kann im Falle eines Subsystems, bei dem ein ausgezeichneter Grundzustand vorliegt, in den das Subsystem im Falle einer Deaktivierung des Wandlers zurückkehrt, angenommen werden. In einem solchen Fall entspricht so der definierte Zustand gerade diesem Grundzustand.
Ergänzend oder alternativ kann so das verteilte System wenigstens bezogen auf das Subsystem redundanzfrei ausgelegt sein. Gerade in einem solchen verteilten System kann ein erhöhtes Sicherheitsbedürfnis bestehen, dem durch die Implementierung der Überwachungsschaltung Rechnung getragen werden kann. Ein System kann beispielsweise redundanzfrei ausgelegt sein, wenn das betreffende Subsystem und/oder das betreffende verteilte System als solches bezogen auf die Funktion bzw. Funktionalität des betreffenden Subsystems keine weiteren redundanten Subsysteme oder Komponenten aufweist. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann eine wenigstens teilweise Redundanzfreiheit vorliegen, wenn beispielsweise nur einzelne Komponenten, die hinsichtlich des Bauraums, des Gewichts, ihres Energieverbrauchs oder anderer kritischer Parameter durchaus redundant ausgeführt sein können, das gesamte Subsystem bzw. das gesamte verteilte System jedoch als solches nicht redundant ausgeführt ist. Der Begriff „redundanzfrei“ kann so sowohl die vollständige Redundanzfreiheit wie auch eine wenigstens teilweise Redundanzfreiheit umfassen.
Ergänzend oder alternativ kann bei einem verteilten System gemäß einem Ausführungsbeispiel das Subsystem einen Empfänger umfassen, der ausgebildet ist, um das Ansteuersignal zu empfangen und den Wandler entsprechend anzusteuern, wobei das Subsystem ausgebildet ist, um ein Empfangen des Ansteuersignals und/oder ein Ansteuern des Wandlers durch den Empfänger zu unterbinden, wenn die vorbestimmte Bedingung erfüllt ist. Hierdurch kann es beispielsweise möglich sein, mit konstruktiv einfachen Mitteln eine Überwachungsschaltung zu implementieren.
Ergänzend oder alternativ kann bei einem verteilten System gemäß einem Ausführungsbeispiel der Wandler einen elektro-mechanischen Wandler, also beispielsweise einen Aktuator oder einen Motor, einen elektro-optischen Wandler, also beispielsweise eine Lichtquelle, einen elektro-akustischen Wandler, also beispielsweise einen Schallgeber, und/oder einen elektro-thermischen Wandler, also beispielsweise einen Heizwiderstand umfassen, der ausgebildet ist, um elektrische Energie in die betreffende andere Energieform umzuwandeln.
Ergänzend oder alternativ kann bei einem verteilten System gemäß einem Ausführungsbeispiel das Subsystem einen Empfänger umfassen, der ausgebildet ist, um das Ansteuersignal zu empfangen und den Wandler entsprechend anzusteuern, wobei die Überwachungsschaltung als Teil des Empfängers ausgeführt ist. Hierdurch kann es möglich sein, die Funktionalität der Überwachungsschaltung bereits als Teil des Empfängers des Subsystems auszugestalten und so eine höhere Integration und damit gegebenenfalls eine leichtere Integrierbarkeit in ein System zu ermöglichen.
Bei einem verteilten System gemäß einem Ausführungsbeispiel kann das Subsystem von der Steuereinheit wenigstens einen Meter beabstandet sein. Gerade in einem solchen Fall kann es relevant sein, eine Prüfung bzw. ein Bringen des Subsystems in den definierten Zustand zu versetzen. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann das Subsystem von der Steuereinheit wenigstens 1,5 m, wenigstens 2 m, wenigstens 5 m oder wenigstens 10 m beabstandet.
Bei einem verteilten System gemäß einem Ausführungsbeispiel kann es sich beispielsweise um ein Steuersystem eines Schiffs handeln, wobei die Steuereinheit ein von einem Crewmitglied bedienbares Schiffsleitsystem und das Subsystem eine Ruderanlage des Schiffs umfassen.
So kann optional bei einem solchen verteilten System der Wandler einen Motor umfassen, wobei der definierte Zustand ein Unterbrechen einer Übertragung einer von dem Motor erzeugten Bewegung einer mechanischen Ruderansteuerung, ein Unterbrechen einer Versorgung des Motors und/oder seiner Ansteuerschaltung und/oder ein Unterbrechen der Ansteuerung des Motors umfassen kann.
Bei einem verteilten System gemäß einem Ausführungsbeispiel kann es sich ebenso um ein Getriebesystem eines Kraftfahrzeugs handeln, wobei die Steuereinheit eine Getriebesteuerschaltung des Getriebesystems umfasst und wobei das Subsystem einen Wahlhebel des Getriebesystems umfasst, der ausgebildet ist, um der Getriebesteuerschaltung einen von einem Benutzer gewählten Betriebsmodus für das Getriebesystem zu übermitteln. Der Wandler kann in diesem Fall eine Anzeige umfassen, die von der Getriebesteuerschaltung angesteuert wird und eine von dem Getriebesystem bzw. einem in dem Getriebesystem umfassten Getriebe eingelegte Gangstufe und/oder einen von dem Getriebe bzw. Getriebesystem umgesetzten Betriebsmodus anzeigt.
Optional kann bei einem solchen verteilten System der definierte Zustand ein Abschalten und/oder eine Veränderung der Anzeige gegenüber der Anzeige in einem Normalbetrieb des Getriebesystems entsprechen.
Bei einem verteilten System gemäß einem Ausführungsbeispiel kann es sich ebenso um ein elektrisches Längssystem für ein Fahrzeug handeln, wobei die Steuereinheit eine Fahrtrichtungseingabeeinheit umfasst, die ausgebildet ist, einem Fahrer des Fahrzeugs eine Auswahl einer Fahrtrichtung des Fahrzeugs zu ermöglichen, und bei dem das Subsystem wenigstens ein lenkbares Rad des Fahrzeugs umfasst. Bei dem Fahrzeug kann es sich beispielsweise um ein Kraftfahrzeug, also beispielsweise einem Personenkraftwagen, einem Lastkraftwagen, einen Bus, ein Baufahrzeug oder eine landwirtschaftliche Maschine handeln.
Optional kann bei einem solchen verteilten System das Subsystem eine lenkbare Achse des Fahrzeugs umfassen. Ergänzend oder alternativ kann bei einem solchen verteilten System der definierte Zustand eine Ausrichtung des wenigstens einen lenkbaren Rades des Fahrzeugs in einer Geradeausfahrposition umfassen. Ebenso ergänzend oder alternativ kann bei einem solchen verteilten System der Wandler einen Motor umfassen, wobei das lenkbare Rad ausgebildet ist, um ohne ein Einwirken des Motors entlang einer Geradeausfahrposition ausgerichtet zu sein und bei dem der definierte Zustand ein Unterbrechen einer Ansteuerung einer Ansteuerschaltung des Motors umfasst.
Bei einem Ausführungsbeispiel eines Verfahrens können die Verfahrensschritte oder Prozesse in der angegebenen, jedoch auch gegebenenfalls in einer abweichenden Reihenfolge durchgeführt werden. So können gegebenenfalls einzelne Verfahrensschritte oder Prozesse simultan, zumindest jedoch auch zeitlich überlappend erfolgen, sofern sich aus der Beschreibung oder dem technischen Zusammenhang nichts anderes ergibt.
Nachfolgend werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren Ausführungsbeispiele näher beschrieben und erläutert.
1 zeigt ein Blockschaltbild eines verteilten Systems;
2 zeigt ein Blockschaltbild eines verteilten Systems gemäß einem Ausführungsbeispiel;
3 zeigt ein Blockschaltbild eines verteilten Systems gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel;
4 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel;
5 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines verteilten Systems in Form eines Steuersystems eines Schiffs gemäß einem Ausführungsbeispiel;
6a zeigt eine schematisch stark vereinfachte Darstellung eines verteilten Systems in Form eines Getriebes eines Kraftfahrzeugs gemäß einem Ausführungsbeispiel;
6b zeigt eine detailliertere Darstellung des in 6a gezeigten Systems; und
7 zeigt ein Blockschaltbild eines verteilten Systems in Form eines elektrischen Lenksystems für ein Fahrzeug gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Bei der nachfolgenden Beschreibung der beigefügten Darstellungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche oder vergleichbare Komponenten. Ferner werden zusammenfassende Bezugszeichen für Komponenten und Objekte verwendet, die mehrfach in einem Ausführungsbeispiel oder in einer Darstellung auftreten, jedoch hinsichtlich eines oder mehrerer Merkmale gemeinsam beschrieben werden. Komponenten oder Objekte, die mit gleichen oder zusammenfassenden Bezugszeichen beschrieben werden, können hinsichtlich einzelner, mehrerer oder aller Merkmale, beispielsweise ihrer Dimensionierungen, gleich, jedoch gegebenenfalls auch unterschiedlich ausgeführt sein, sofern sich aus der Beschreibung nicht etwas anderes explizit oder implizit ergibt.
In vielen Bereichen der Technik, etwa dem Maschinen-, dem Anlagen- und dem Fahrzeugbau, dem auch der Bootsbau als ein Beispiel zuzurechnen ist, werden aufgrund der Größe der entsprechenden Systeme verteilte Systeme eingesetzt, bei denen eine Steuereinheit ein bezogen auf die Steuereinheit entferntes Subsystem steuert, regelt oder in anderer Art und Weise kontrolliert. Ein Beispiel zeigt 1 in Form eines schematischen Blockschaltbildes.
So zeigt 1 ein schematisches Blockschaltbild eines konventionellen verteilten Systems 100, das eine in 1 auch als „Sender“ bezeichnete Steuereinheit 110 und ein in 1 auch als „entferntes System“ bezeichnetes entferntes Subsystem 120 aufweist. Das Subsystem 120 weist hierbei einen Wandler 130 auf, der auch als Ausgabegerät bezeichnet wird sowie einen Empfänger 140, der mit dem Wandler 130 derart gekoppelt ist, sodass dieser dem Wandler 130 ein entsprechendes Ansteuerungssignal bereitstellen kann, mit dessen Hilfe der Wandler 130 angesteuert wird.
Der Wandler 130 ist hierbei in der Lage, elektrische Energie auf das Ansteuersignal hin in eine andere Energieform umzuwandeln. Hierbei kann es sich je nach konkreter Implementierung des Wandlers 130 beispielsweise um mechanische Energie, optische Energie, akustische Energie oder thermische Energie handeln. So kann es sich beispielsweise im Falle eines elektro-mechanischen Wandlers 130 um einen Aktuator oder Motor handeln, der elektrische Energie, die ihm zur Verfügung gestellt wird, wenigstens teilweise unter Berücksichtigung des entsprechenden Wirkungsgrads in mechanische Energie, also beispielsweise eine lineare Bewegung oder eine Rotationsbewegung umsetzt. Es kann sich bei einem Wandler 130 jedoch auch um einen elektrooptischen Wandler, also beispielsweise eine Lichtquelle handeln, die die elektrische Energie in optische bzw. elektro-magnetische Energie umwandelt. So kann es sich beispielsweise um eine Leuchtdiode, eine Laserdiode oder eine andere Lichtquelle handeln, die Licht im sichtbaren oder auch im nicht sichtbaren Bereich emittiert. Ein solcher elektro-optischer Wandler kann so beispielsweise neben sichtbarer Strahlung ergänzend oder alternativ auch Infrarotstrahlung, ultraviolette Strahlung, Radarstrahlung, Mikrowellenstrahlung oder eine andere entsprechende elektro-magnetische Strahlung emittieren. Der Wandler 130 kann auch einen elektro-akustischen Wandler umfassen, der einen Schallgeber umfasst, also beispielsweise einen Lautsprecher. Ebenso kann es sich jedoch bei dem Wandler 130 auch um einen elektro-thermischen Wandler handeln, also beispielsweise um einen Heizwiderstand, der ausgebildet ist, die ihm zur Verfügung gestellte elektrische Energie in thermische Energie, also Wärme umzuwandeln.
Je nach konkreter Ausgestaltung des Wandlers 130 und des durch ihn hervorzurufenden Effekts, der für die Funktionsfähigkeit des betreffenden Subsystems 120 vorgesehen ist, kann hierbei gegebenenfalls der Wirkungsgrad zu berücksichtigen sein. So können beispielsweise parasitäre Effekte unberücksichtigt bleiben. Auch kann hier neben der Energie, die für die Funktionalität des Subsystems 120 gezielt ausgenutzt werden soll, gegebenenfalls weitere Energie, also beispielsweise aufgrund des von eins verschiedenen Wirkungsgrads thermische Energie erzeugt werden. Je nach konkreter Ausgestaltung des Subsystems 120 und des Wandlers 130 können so beispielsweise nicht-thermische Effekte einen Wirkungsgrad von wenigstens 5 %, von wenigstens 10 %, von wenigstens 15 %, von wenigstens 20 % oder wenigstens 25 % aufweisen. Als andere Energieformel im Vergleich zur elektrischen Energie können so beispielsweise mechanische Energie, optische Energie, akustische Energie und/oder thermische Energie erzeugt werden.
Bei dem in 1 gezeigten verteilten Systems 100 ist darüber hinaus der Wandler 130 mit dem Empfänger 140 so gekoppelt, dass der Wandler 130 auch dem Empfänger 140 ein Statussignal übermittelt, welches eine Reaktion des Wandlers 130 auf das Ansteuersignal des Empfängers 140 hin anzeigt. Hierdurch kann der Sender 110 über einen Kommunikationskanal 150, also beispielsweise ein Kommunikationsnetzwerk, einen (Kommunikations-)Bus oder eine andere Kommunikationsverbindung, die in 1 auch einfach als „Bus oder Kommunikationslink“ bezeichnet ist, mit dem entfernten Subsystem 120 und seinem Empfänger 140 kommunizieren. So kann über ein Signal (a) der Sender 110 beispielsweise eine Reaktion oder eine Zustandsänderung durch das Subsystem 120 anfordern. Aufgrund der internen Ausgestaltung des Subsystems 120 kann der Empfänger 140 dann eine Zustandsinformation (b) an die Steuereinheit 110 (Sender) zurückliefern.
In einem solchen verteilten System kann es je nach konkreter Ausgestaltung notwendig oder ratsam sein, zu bestimmten Zeiten gewisse Reaktionen oder Zustandsänderungen in dem entfernten Subsystem 120 auszulösen. Dies kann aber unter Umständen nicht möglich sein, da beispielsweise keine direkte Verbindung zwischen dem System implementiert ist, um die Auslösung der Reaktion zu erreichen. Auch kann das entfernte System 120 gegebenenfalls gar nicht die Möglichkeit bieten, eine Reaktion sicher und zuverlässig von außen auslösen zu lassen. Aber selbst wenn eine entsprechende Möglichkeit implementiert ist, kann eine Auslösung einer solchen Reaktion über den normalen, existierenden Kommunikationskanal, beispielsweise über einem CAN-Bus (CAN = Controller Area Network = Steuergerät-Gebietsnetzwerk) oder Flexray, nicht möglich sein, da dieser Kommunikationskanal beispielsweise gestört sein kann. Ebenso kann das entfernte Subsystem 120 die Ursache für die Reaktionsauslösung sein und unter Umständen auf die Anforderung der Reaktion nicht reagieren können.
Die Ursache für eine notwendige Reaktion kann zudem auch der Ausfall des entfernten Subsystems 120 selbst sein, sodass es selbst definitiv nicht in der Lage ist, zu reagieren. Unter Umständen kann es aber dennoch notwendig sein, von außen das entfernte Subsystem 120 in einem definierten Zustand zu überführen. So kann es beispielsweise notwendig oder ratsam sein, bei einem sicherheitsrelevanten System den Wandler 130 (Ausgabegerät) in seinen sicheren Zustand zu überführen. Ebenso kann es bei einem Ausfall des Empfängers 140 oder des Kommunikationskanals 150 weiterhin keine Rückmeldung über dessen Zustand an die Steuereinheit 110 geben.
2 zeigt ein 1 vergleichbares Blockschaltbild eines verteilten Systems 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel, welches wiederum eine auch als Sender bezeichnete Steuereinheit 110, ein entferntes Subsystem 120 mit einem Wandler 130 und einem Empfänger 140 aufweist, wobei das entfernte Subsystem 120 und die Steuereinheit 110 über ein Kommunikationsnetzwerk 150 miteinander verbunden sind, um so einen Informationsaustausch zwischen diesen zu ermöglichen. Auch hier ist wiederum der Empfänger 140 in der Lage, ein entsprechendes Ansteuersignal an den Wandler 130 zu übertragen, wobei diese beiden also entsprechend miteinander gekoppelt sind. Ebenso ist bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel wiederum der Wandler 130 zur Überwachung mit dem Empfänger 140 gekoppelt, sodass auf die Anforderung der Reaktion oder der Zustandsänderung in (a) nach erfolgter Zustandsänderung der Empfänger die Zustandsinformation an die auch als Sender bezeichnete Steuereinheit 110 (b) übermitteln kann.
Das Verteilersystem 200 umfasst jedoch ferner eine Überwachungsschaltung 210, die auch als Kommunikations-Watchdog bezeichnet wird und ebenfalls an das Kommunikationsnetzwerk 150 gekoppelt ist. Wie nachfolgend noch näher ausgeführt werden wird, ist die Überwachungsschaltung 210 nun gerade in der Lage, bei Vorliegen einer vorbestimmten Bedingung das Subsystem 120 in einen definierten Zustand zu versetzen und in diesem zu halten, wenn die vorbestimmte Bedingung erfüllt ist. Um dies zu ermöglichen, ist die Überwachungsschaltung 210 ebenfalls in der Lage, das Vorliegen der vorbestimmten Bedingung zu prüfen.
Bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel erfolgt das Bringen des Wandlers 130 und damit des Subsystems 120 in dem definierten Zustand dadurch, dass die Übermittlung der Ansteuersignale von dem Empfänger 140 zu dem Wandler 130 unterbrochen wird. Zu diesem Zweck weist das entfernte Subsystem 120 ein Schaltelement 220 auf, das zwischen den Empfänger 140 und den Wandler 130 geschaltet ist und auch eine entsprechende Anforderung der Überwachungsschaltung 210 hin die Signalübertragung des Ansteuerungssignals von dem Empfänger 140 zu dem Wandler 130 unterbricht. Der Empfänger 140 kann so zusammen mit dem Schaltelement 220 beispielsweise eine Ansteuerschaltung 230 des Wandlers 130 bilden, die durch die Überwachungsschaltung 210 derart angesteuert wird, sodass diese eine Ansteuerung des Wandlers 130 unterbricht.
Darüber hinaus kann die Überwachungsschaltung 210 mit einem Ausgang der Ansteuerschaltung 230, also beispielsweise mit einem Ausgang des Schaltelements 220 gekoppelt sein, um so eine Überwachung der Reaktion des Wandlers 130 zu ermöglichen.
Durch die Einführung der Überwachungsschaltung 210 können so gegebenenfalls die oben geschilderten Probleme zumindest teilweise gelöst werden. So ist die Überwachungsschaltung 210 in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel in der Lage, die Kommunikation zwischen der Steuereinheit 110 und dem Empfänger 140 des Subsystems 120 zu überwachen (Signalfluss (a)) und eine Reaktion bzw. eine Zustandsänderung des Ausgabegeräts zu bewirken, indem die Überwachungsschaltung 210 eine entsprechende Reaktion anfordert (Signal(e)).
Somit unterteilt sich die Aufgabe der Steuereinheit 110, wie sie in 2 gezeigt ist, in zwei Unteraufgaben. Zum einen ist diese bei dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel dazu in der Lage, die Kommunikation (Signalfluss (a)) zu überwachen und eine reaktionsrelevante Situation zu überwachen und bei Bedarf, also wenn die vorbestimmte Bedingung erfüllt ist, eine entsprechende Reaktion oder Zustandsänderung auszulösen (Signalfluss(e)).
Die Überwachung der Kommunikation und die Identifizierung eines Kommunikationsausfalls oder einer entsprechenden Kommunikationsstörung des ganzen Kommunikationskanals 150 kann hierbei sowohl elektrisch, beispielsweise durch eine entsprechende Unterbrechung das Formen von Kurzschlüssen von Leitungen oder auf andere Art und Weise, sowie logisch, also beispielsweise botschafts- oder signalbasiert, erfolgen.
Das Schaltelement 220 kann hierbei sowohl als Öffner wie beispielsweise als Schließer implementiert werden. Die Wirkung kann in einem solchen Fall auf die Versorgung bzw. auf die Ansteuerung des Wandlers 130 wirken, wie dies beispielsweise in 2 gezeigt ist.
So kann der Signalfluss in dem verteilten System 200 beispielsweise wie folgt sein. Zunächst kann im Rahmen des Signalflusses (a) der Sender, also die Steuereinheit 110, eine Reaktion oder Zustandsänderung von dem entfernten Subsystem 120 anfordern. Der Empfänger 140 des Subsystems 120 liefert die Zustandsinformation im Rahmen des Signalflusses (b) an den Sender, also die Steuereinheit 110 zurück. Hierbei wird im Rahmen des Signalflusses (c), der mit dem Signalfluss (a) optional übereinstimmen kann, die Steuereinheit 110 bzw. der Kommunikationskanal 150 durch die Überwachungsschaltung 210 überwacht. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann hier auch im Rahmen des Signalflusses (c) eine gezielte Anforderung einer Reaktion oder Zustandsänderung durch die Steuereinheit 110 erfolgen. Dieser letzte Fall kann beispielsweise zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit der Überwachungsschaltung 210 oder aber auch im Rahmen anderer Zustände sinnvoll sein. Im Rahmen des Signalflusses (d) erfolgt dann die Rückmeldung hinsichtlich der Reaktion oder der Zustandsänderung an die Steuereinheit 110.
Zu diesem Zweck kann es gegebenenfalls ratsam sein, dass die Überwachungsschaltung 210 die Reaktion oder Zustandsänderung des Wandlers 130 im Rahmen des Signalflusses (f) überwacht.
Die in 2 gezeigte Implementierung der Überwachungsschaltung 210 kann zudem eine Nachrüstung in bestehende Systeme mit einem vergleichsweise geringen Aufwand ermöglichen. Aufgrund der separaten Implementierung der Überwachungsschaltung 210 bezogen auf die Steuereinheit 110 und den Empfänger 140 bzw. das gesamte Subsystem 120 kann so eine Implementierung des in 2 gezeigten verteilten Systems 200 durch einen zusätzlichen Teilnehmer des Kommunikationskanals 150 (Busteilnehmer) in Form der Überwachungsschaltung 210 und der Implementierung eines zusätzlichen Schaltelements 220 als Schalter, Öffner bzw. Schließer in die Verkabelung des Subsystems 120 integriert werden. Gerade der letzte Aspekt kann häufig mit vergleichsweise geringem Aufwand umgesetzt werden.
Bei der Überwachung können unterschiedliche Strategien zum Einsatz gebracht werden. Eine erste Variante einer Überwachung kann beispielsweise darin bestehen, dass nur bestimmte Steuereinheiten 110 bzw. Sender überwacht werden. Hierdurch kann gegebenenfalls eine dedizierte, beispielsweise sicherheitsrelevante Überwachung von Steuereinheiten 110 implementiert werden, die beispielsweise dann sinnvoll sein kann, wenn mehrere Kommunikationskanalteilnehmer implementiert sind, welche jedoch nicht alle eine Reaktion oder eine Zustandsänderung auslösen sollen, müssen oder können.
Als zweite Variante kann selbstverständlich auch eine Überwachung auf Basis einer bestimmten Botschaft oder eines bestimmten Nachrichteninhalts erfolgen. Dies kann vor allem beispielsweise dann sinnvoll sein, wenn in der Steuereinheit 110 sowohl sicherheitsrelevante als auch nicht-sicherheitsrelevante Funktionen implementiert sind und ablaufen.
Als dritte Variante kann eine zusätzliche Botschaft implementiert sein, welche die Überwachungsschaltung 210 dazu veranlasst, die Reaktion oder Zustandsänderung auszulösen. Dies kann gegebenenfalls zu einer Verkürzung der Reaktionszeit der Überwachungsschaltung 210 führen oder auch eine Prüfung der Funktionsfähigkeit der Überwachungsschaltung 210 ermöglichen.
Selbstverständlich können auch beliebige Kombinationen der zuvor beschriebenen Überwachungsstrategien und Varianten implementiert werden. So kann beispielsweise sowohl eine steuereinheitsspezifische wie auch eine kontextspezifische bzw. kommunikationstypspezifische Überwachung implementiert werden.
Unabhängig von der genauen Art und Weise der Implementierung kann in all diesen Varianten zusätzlich vorgesehen werden, dass die Überwachungsschaltung 210 die Möglichkeit bietet, von außen einen Test der Reaktion bzw. der Zustandsänderung zu ermöglichen. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass die vorbestimmte Bedingung, auf die die Überwachungsschaltung 210 hin das Subsystem 120 in den definierten Zustand versetzt, dann erfüllt ist, wenn die Überwachungsschaltung 210 ein Anforderungssignal registriert, das gerade das Bringen des Subsystems 120 und das Halten desselben in dem definierten Zustand anzeigt. Um diese Situation zu lösen, kann die Überwachungsschaltung 210 und das betreffende Subsystem 120 ferner dazu in der Lage sein, auf ein weiteres Anforderungssignal hin das Halten des Subsystems 120 in dem definierten Zustand zu beenden.
Weiterhin kann es sinnvoll sein, die Überwachungsschaltung 210 so auszugestalten, dass diese den Zustand des Wandlers 130 zyklisch, periodisch oder auf Anforderung auf dem Kommunikationskanal 150 zur Verfügung stellt. So kann die Überwachungsschaltung 210 ausgebildet sein, den Zustand des Subsystems 120 zu erfassen und der Steuereinheit 120 ein den entsprechenden Zustand des Subsystems 120 anzeigendes Zustandssignal bereitzustellen. Dies kann, wie die vorangegangenen Beispiele gezeigt haben, intermittierend erfolgen, also beispielsweise wenn eine vorbestimmte weitere Bedingung erfüllt ist. Dies kann es ermöglichen, dem oder den sicherheitsrelevanten Steuereinheiten 110 die Prüfung zu ermöglichen, ob die Reaktion bzw. die Zustandsänderung bei Bedarf überhaupt durchführbar ist. Wenn dies nicht möglich ist, kann durch die Steuereinheit 110 beispielsweise eine Warnung an die Anwender oder Benutzer des Systems 200 abgegeben oder signalisiert werden.
Um hierbei gegebenenfalls keine unnötigen Fehler in dem Empfänger 140 zu produzieren, kann es ratsam sein, dass dieser darüber informiert ist, dass die Steuereinheit 110 einen Test der Überwachungsschaltung 210 und seiner Reaktion durchführt. Parallel kann so beispielsweise der Empfänger 140 über den zuvor beschriebenen Kanal (b) auch den Status des Wandlers 130 an die Steuereinheit 110 übermitteln.
Um beispielsweise eine erhöhte Zuverlässigkeit der Reaktion oder der Zustandsänderung zu ermöglichen, kann ebenfalls ein paralleles Abschalten des Signalflusses zu dem Empfänger 140 eingeführt werden, falls dessen Abschaltung nicht funktioniert. So kann in diesem Bereich beispielsweise eine Redundanz eingeführt werden.
Selbstverständlich kann, wenn eine Modifikation des Empfängers 140 möglich ist oder dieser gar neu entwickelt wird, die Überwachungsschaltung 210 auch in den Empfänger 140 bzw. eine andere Komponente des Subsystems 120 integriert werden.
3 zeigt ein vereinfachtes Blockschaltbild eines weiteren verteilten Systems 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dieses unterscheidet sich von dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel im Wesentlichen dadurch, dass nunmehr die Überwachungsschaltung 210 als Teil des entfernten Subsystems 120 ausgeführt ist. Bei dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel ist diese als von dem Empfänger 140 separate Schaltung bzw. separate Einheit ausgeführt. Bei anderen Ausführungsbeispielen kann diese jedoch auch als Teil des Empfängers 140 implementiert sein.
Bei dem in 3 gezeigten Ausführungsbeispiel kann es gegebenenfalls ratsam sein, die Systemkonfiguration bzw. die Verkabelung im Vergleich zu einem konventionellen System zu verändern, um die Überwachungsschaltung 210 zu integrieren. Unabhängig hiervon kann jedoch auch dieses System das Auslösen von Reaktionen über Zustandsänderungen in dem verteilten System 200 mit Hilfe der Überwachungsschaltung 210 ermöglichen.
4 zeigt ein Flussdiagramm eines Verfahrens gemäß einem Ausführungsbeispiel. Dieses umfasst in einem Prozess P100, ob eine vorbestimmte Bedingung in einem verteilten System 200 mit einer Steuereinheit 110 und einem bezogen auf die Steuereinheit 110 entfernten Subsystem 120 vorliegt, welches einen Wandler 130 umfasst, der ausgebildet ist, um auf ein Ansteuersignal hin elektrische Energie in eine andere Energieform umzuwandeln. In einem Prozess P110 wird dann das Subsystem 120 in einen definierten Zustand versetzt und gehalten, wenn die vorbestimmte Bedingung erfüllt ist.
Selbstverständlich können anstelle der in 4 gezeigten Reihenfolge der Prozesse P100, P110 diese gegebenenfalls auch in einer abweichenden Reihenfolge, zeitlich überlappend oder sogar zeitlich simultan ausgeführt werden. Ebenso können diese gegebenenfalls auch mehrfach durchlaufen werden, sodass beispielsweise eine Schleife gebildet wird, die diese Prozesse umfasst. Eine solche Schleife kann beispielsweise mehrfach durchlaufen werden, bis beispielsweise eine Abbruchbedingung erfüllt ist. Diese kann beispielsweise dann erfüllt sein, wenn eine vorbestimmte Anzahl von Wiederholungen ausgeführt ist oder auch wenn das System 200, das Subsystem 120 oder eine andere Komponente abgeschaltet wird.
5 zeigt ein schematisches Blockschaltbild eines weiteren verteilten Systems 200 gemäß einem Ausführungsbeispiel, bei dem es sich genauer gesagt um ein Steuersystem 240 für ein Schiff 250 handelt. Bei diesem Steuersystem 240 handelt es sich um eine Marineapplikation, bei der die Steuerung des Schiffs 250 über eine Kabelverbindung erfolgt (Stear-By-Wire).
Das Steuersystem 240 umfasst hierbei wiederum eine Steuereinheit 110, die ihrerseits ein Schiffsleitsystem 260 umfasst, das von einem Crewmitglied 270 über eine Bedienschnittstelle 280 bedienbar ist. Die Steuereinheit 110 ist wiederum über einen Kommunikationskanal 150, der beispielsweise als Kommunikationsbus oder Bus ausgeführt sein kann, mit einem entfernten Subsystem 120 gekoppelt. Das entfernte Subsystem 120 umfasst hierbei eine Ruderanlage 290 des Schiffs 250. Darüber hinaus umfasst das Subsystem 120 einen als Motor ausgebildeten Wandler 130 sowie einen Empfänger 140, der auch die zur Ansteuerung des Motors notwendige Logikschaltung umfasst. Der Kommunikationskanal 150 koppelt hierbei wiederum den Empfänger 140 und das Schiffsleitsystem 260 und somit die Steuereinheit 110.
Das Steuersystem 240 umfasst ferner eine Überwachungsschaltung 210, die in 5 mit der Abkürzung CWD (Communications Watchdog; Kommunikationsüberwacher) bezeichnet ist. Diese ist hier nicht in das entfernte Subsystem 120 integriert, sondern als externe Komponente zu diesem ausgeführt. Sie ist jedoch mit dem Kommunikationskanal 150 gekoppelt, um die Kommunikation zwischen der Steuereinheit 110 und dem Subsystem 120 über den Kommunikationskanal 150 zu überwachen bzw. die Kommunikation zwischen diesen zu registrieren.
Um nun das Subsystem 120 in den definierten Zustand zu bringen, weist dieses zwischen dem Wandler 130 und einem Ruder 300 der Ruderanlage 290 ein dem Wandler nachgeschaltetes Schaltelement 310 auf, das beispielsweise als Kupplung ausgeführt sein kann. Das Schaltelement 310 ist über eine entsprechende Steuerleitung 320 mit der Überwachungsschaltung 210 gekoppelt, sodass diese über die Steuerleitung 320 das Schaltelement 310 auslösen kann, um so die mechanische Verbindung zwischen dem Wandler 130 und dem Ruder 300 zu unterbrechen. Die Ruderanlage 290, die zur Lenkung des Schiffs 250 dient, stellt so einen Teil des entfernten Systems 120 dar, während die Steuereinheit 110 wiederum den Sender darstellt.
Das in 5 gezeigte Ausführungsbeispiel kann beispielsweise dazu verwendet werden, dass der Leitstand, welcher die Steuereinheit 110 umfasst, unter Umständen die Möglichkeit haben soll, eine Lenkbewegung abzuschalten, wenn beispielsweise eine Störung in der Lenkungslogik vorliegt. Genau dies kann über die Überwachungsschaltung 210 gegebenenfalls erfolgen.
Ergänzend oder alternativ zu der in 5 dargestellten Möglichkeit der Unterbrechung der mechanischen Verbindung durch das Schaltelement 310 kann auch eine Versorgungsleitung 330 über ein entsprechendes Schaltelement 310’ von der Überwachungsschaltung 210 unterbrochen werden. Es kann so beispielsweise die Versorgung von der Logikschaltung (Empfänger 140) und dem Motor (Wandler 130) getrennt werden. Neben dieser Alternative zur Abschaltung kann darüber hinaus ergänzend oder alternativ ein weiteres Schaltelement 220 implementiert werden, welches beispielsweise die Verbindung zwischen dem Empfänger 140, also der Logikschaltung, und dem Wandler 130, also dem Motor, trennt. Zur Vereinfachung der Darstellung der 5 sind hierbei sowohl im Hinblick auf das Schaltelement 220 wie auch im Hinblick auf das Schaltelement 310’ die entsprechenden Steuerleitungen 320 nicht eingezeichnet.
6a zeigt ein vereinfachtes Blockschaltbild eines verteilten Systems 200 in Form eines Getriebesystems 340, das ein Getriebe 350 sowie als Steuereinheit 110 eine Getriebesteuerschaltung 360 umfasst, die in 6a auch als TCU (Transmission Control Unit; Getriebesteuereinheit) bezeichnet ist.
Über eine beispielsweise als CAN-Bus oder Flexray-Verbindung ausgeführten Kommunikationskanal 150 ist die Steuereinheit 110 mit einem entfernten Subsystem 120 gekoppelt, welches einen Wahlhebel 370 umfasst. Der Wahlhebel 370 (engl. Shifter) ist nun so ausgebildet, um der Getriebesteuerschaltung 360 einen von einem Benutzer 380 gewählten Betriebsmodus für das Getriebe 350 bzw. das Getriebesystem 340 zu übermitteln. Ein Wandler 130 des Subsystems 120 ist als opto-elektrischer Wandler, genauer gesagt als Anzeige ausgestaltet, die von der Getriebesteuerschaltung 360 gerade so angesteuert wird, um eine von dem Getriebesystem eingeleitete Gangstufe und/oder einen von dem Getriebesystem 340 umgesetzten Betriebsmodus anzuzeigen. Der Wandler 130 bzw. die entsprechende Anzeige ist so in der Lage, eine Darstellung des Getriebestatus wieder zu geben.
Das System 200, das in 6a gezeigt ist, ist so ein elektronisches Getriebesystem 340, welches eine Gangwahl über den Kommunikationskanal 150 ermöglicht und daher auch als Shift-By-Wire-System bezeichnet wird, dessen Überwachungsschaltung 210 in dem entfernten Subsystem 120 integriert ist.
Bei diesem auch als Schalthebel bezeichneten System hat so die Getriebesteuerschaltung 360 die Möglichkeit, die Darstellung des Getriebestatus abzuändern bzw. zu verändern, wenn eine entsprechende Fehlersituation oder eine andere Störung auftritt.
6b zeigt eine detailliertere Darstellung des in 6a gezeigten Blockschaltbilds. So zeigt 6b genauer gesagt eine Detaildarstellung des entfernten Subsystems 120 mit dem als Mikrocontroller bzw. Prozessor (µC) ausgeführten Empfängers 140 und der Überwachungsschaltung 210 (CWD), die beide an den Kommunikationskanal 150 gekoppelt sind. Zwischen den Wandler 130, also die entsprechende Anzeige für die Darstellung des Getriebestatus, und den Empfänger 140 ist wiederum ein Schaltelement 220 gekoppelt, welches durch die Überwachungsschaltung 210 ausgelöst werden kann, um beispielsweise die Darstellung des Wandlers 130 auszuschalten oder auch gegenüber einer Darstellung in einem Normalbetrieb zu verändern.
7 zeigt schließlich ein vereinfachtes Blockschaltbild eines verteilten Systems 200 in Form eines elektrischen Lenksystems 390. Das elektrische Lenksystem 390, bei dem die Lenkung ebenfalls wieder über entsprechende Steuersignale über einen Kommunikationskanal 150 erfolgt, wird daher auch als dezentrale Lenkung bzw. als Stear-by-Wire-Lenkung bezeichnet. Die auch als Master bzw. Meister bezeichnete Steuereinheit 110 sollte hierbei schon aufgrund der notwendigen Verkehrssicherheit garantieren können, dass die in dem elektrischen Lenksystem 390 verwendeten Motoren gleichzeitig abschalten können.
So umfasst das elektrische Lenksystem 390 eine Haupteinheit 400, die auch als Master bezeichnet wird und eine Steuereinheit 110 umfasst, die beispielsweise eine Logikschaltung enthalten kann, über die ein Motor 410 zur Ansteuerung wenigstens eines lenkbaren Rades dienen kann. Darüber hinaus ist die Steuereinheit 110 über den Kommunikationskanal 150 ebenfalls mit einer Nebeneinheit 420 gekoppelt, die auch als Slave bzw. Sklave bezeichnet wird. Die Nebeneinheit 420 stellt in diesem System zusammen mit einem als Wandler 130 dienenden Motor 430 das entfernte Subsystem 120 dar. Das entfernte Subsystem 120 bzw. genauer gesagt die Nebeneinheit 420 umfasst hierbei wiederum einen als Logikschaltkreis ausgeführten Empfänger 140, der ebenso mit dem Kommunikationskanal 150 gekoppelt ist, wie auch die Überwachungsschaltung 210 (CWP), die im vorliegenden Ausführungsbeispiel als Teil der Nebeneinheit 420 ausgeführt ist. Der Empfänger 140 ist hierbei wiederum über ein Schaltelement 220 mit dem Wandler 130 gekoppelt, wobei das Schaltelement 220 ebenfalls mit der Überwachungsschaltung 210 gekoppelt ist, sodass diese Einfluss auf das Schaltelement 220 nehmen kann, um beispielsweise den Wandler 130 hinsichtlich der Übertragung der Steuersignale durch den Empfänger abkoppeln zu können.
Je nach konkreter Ausgestaltung eines solchen elektrischen Lenksystems 390 kann der Motor 430 bzw. der Wandler 130 mit einem lenkbaren Rad 440 gekoppelt sein. Je nach konkreter Ausgestaltung kann ein entsprechendes Fahrzeug auch mehr als ein lenkbares Rad 440 aufweisen, die zu einer lenkbaren Achse 450 gekoppelt sind. So weist das in 7 gezeigte elektrische Lenksystem 390 zwei lenkbare Räder 440-1, 440-2 auf, die zu einer lenkbaren Achse gekoppelt sind. Bei dieser kann es sich beispielsweise um eine lenkbare Hinterachse eines entsprechenden Fahrzeugs handeln. Entsprechend kann auch der Motor 410 mit einem oder mehreren weiteren lenkbaren Rädern 460 gekoppelt sein, die eine weitere lenkbare Achse 470 bilden.
Je nach konkreter Ausgestaltung eines entsprechenden elektrischen Lenksystems 390 können sowohl die lenkbare Achse 450 wie auch die weitere lenkbare Achse 470 gegebenenfalls unabhängig voneinander derart ausgestaltet sein, dass diese im Falle dass der Wandler 130, also der Motor 430, bzw. der Motor 410 in einen definierten Zustand gebracht werden, entlang einer Geradeausfahrposition ausgerichtet werden. Hierdurch kann es gegebenenfalls möglich sein, ein sicheres Abbremsen des betreffenden Fahrzeugs zu ermöglichen. Gleiches kann darüber hinaus auch bei einem oder mehreren lenkbaren Rädern 440 bzw. 460 gelten, die gegebenenfalls nicht entlang einer entsprechenden lenkbaren Achse 450, 470 angeordnet sind.
Durch den Einsatz eines Ausführungsbeispiels kann es möglich sein, im Falle einer Störung eine Verbesserung der Sicherheit eines verteilten Systems 200 zu ermöglichen.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und den beigefügten Figuren offenbarten Merkmale können sowohl einzeln wie auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung eines Ausführungsbeispiels in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein und implementiert werden.
Bezugszeichenliste

100: konventionelles verteiltes System
110: Steuereinheit
120: Subsystem
130: Wandler
140: Empfänger
150: Kommunikationskanal
200: verteiltes System
210: Überwachungsschaltung
220: Schaltelement
230: Ansteuerungsschaltung
240: Steuersystem
250: Schiff
260: Schiffsleitsystem
270: Crewmitglied
280: Bedienschnittstelle
290: Ruderanlage
300: Ruder
310: Schaltelement
320: Steuerleitung
330: Versorgungsleitung
340: Getriebesystem
350: Getriebe
360: Getriebesteuerschaltung
370: Wahlhebel
380: Benutzer
390: elektrisches Lenksystem
400: Haupteinheit
410: Motor
420: Nebeneinheit
430: Motor
440: lenkbares Rad
450: lenkbare Achse
460: weiteres lenkbares Rad
470: weitere lenkbare Achse
P100: Prüfen
P110: Versetzen

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

DE 10148325 A1 [0006]

Claims

Verteiltes System (200) mit folgenden Merkmalen: einer Steuereinheit (110); einem bezogen auf die Steuereinheit entferntes Subsystem (120), das einen Wandler (130) umfasst, der ausgebildet ist, um auf ein Ansteuersignal hin elektrische Energie in eine andere Energieform umzuwandeln; und eine Überwachungsschaltung (210), die ausgebildet ist, um ein Vorliegen einer vorbestimmten Bedingung zu prüfen und das Subsystem (120) in einen definierten Zustand zu versetzen und in diesem zu halten, wenn die vorbestimmte Bedingung erfüllt ist.
Verteiltes System (200) nach Anspruch 1, bei dem die vorbestimmte Bedingung erfüllt ist, wenn die Überwachungsschaltung (210) ein Ansteuersignal zur Ansteuerung des Wandlers (130) des Subsystems (120) registriert, das von der Steuereinheit (110) für das Subsystem (120) bereitstellt worden ist, das Subsystem (120) jedoch dem Ansteuersignal nicht entsprechend nachkommt.
Verteiltes System (200) nach Anspruch 2, bei dem die Überwachungsschaltung (210) ausgebildet ist, um die Prüfung auf das Vorliegen der vorbestimmten Bedingung steuereinheitsspezifisch und/oder kommunikationstypspezifisch durchzuführen.
Verteiltes System (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die vorbestimmte Bedingung erfüllt ist, wenn die Überwachungsschaltung (210) ein Anforderungssignal registriert, das ein Bringen in den definierten Zustand und Halten des Subsystems (120) in dem definierten Zustand anzeigt.
Verteiltes System (200) nach Anspruch 4, bei dem die Überwachungsschaltung (210) und das Subsystem (120) ferner ausgebildet sind, um auf ein weiteres Anforderungssignal hin, das Halten des Subsystems (120) in dem definierten Zustand zu beenden.
Verteiltes System (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Überwachungsschaltung (210) ausgebildet ist, um ein Überprüfen der Fähigkeit des Bringens des Subsystems (120) in den definierten Zustand zu ermöglichen.
Verteiltes System (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem die Überwachungsschaltung (210) ausgebildet ist, um den Wandler (130), eine Versorgungsschaltung für den Wandler (130), eine Ansteuerschaltung für den Wandler und/oder ein dem Wandler nachgeschaltetes Schaltelement anzusteuern, um das Subsystem (120) in den definierten Zustand zu bringen.
Verteiltes System (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, das wenigstens bezogen auf das Subsystem (120) redundanzfrei ausgelegt ist.
Verteiltes System (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das Subsystem (200) einen Empfänger (140) umfasst, der ausgebildet ist, um das Ansteuersignal zu empfangen und den Wandler (130) entsprechend anzusteuern, wobei das Subsystem (120) ausgebildet ist, um ein Empfangen des Ansteuersignals und/oder ein Ansteuern des Wandlers (130) durch den Empfänger zu unterbinden, wenn die vorbestimmte Bedingung erfüllt ist.
Verteiltes System (200) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem es sich um ein Steuersystem (120) eines Schiffs (250) handelt, wobei die Steuereinheit (110) ein von einem Crewmitglied bedienbares Schiffsleitsystem (260) und das Subsystem eine Ruderanlage (290) des Schiffs (250) umfassen.
Verteiltes System (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem es sich um ein Getriebesystem (340) eines Kraftfahrzeugs handelt, wobei die Steuereinheit (110) eine Getriebesteuerschaltung (360) des Getriebesystems (340) umfasst und wobei das Subsystem (120) einen Wahlhebel (370) des Getriebesystems (340) umfasst, der ausgebildet ist, um der Getriebesteuerschaltung (360) einen von einem Benutzer (380) gewählten Betriebsmodus für das Getriebesystems (340) zu übermitteln, wobei der Wandler (130) eine Anzeige umfasst, die von der Getriebesteuerschaltung (360) angesteuert wird und eine von dem Getriebesystem (340) eingelegte Gangstufe und/oder einen von dem Getriebesystem (340) umgesetzten Betriebsmodus anzeigt.
Verteiltes System (200) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem es sich um eklektisches Lenksystem (390) für ein Fahrzeug handelt, wobei die Steuereinheit (110) eine Fahrtrichtungseingabeeinheit umfasst, die ausgebildet ist, einem Fahrer des Fahrzeugs eine Auswahl einer Fahrtrichtung des Fahrzeugs zu ermöglichen, und bei dem das Subsystem (120) wenigstens ein lenkbares Rad (440) des Fahrzeugs umfasst.
Überwachungsschaltung (210) für ein verteiltes System (200), das eine Steuereinheit (110) und ein bezogen auf die Steuereinheit (110) entferntes Subsystem (120) umfasst, wobei das Subsystem (120) einen Wandler (130) aufweist, der ausgebildet ist, um auf ein Ansteuersignal hin elektrische Energie in eine andere Energieform umzuwandeln, wobei die Überwachungsschaltung (210) ausgebildet ist, um ein Vorliegen einer vorbestimmten Bedingung zu prüfen und das Subsystem (120) in einen definierten Zustand zu versetzen und in diesem zu halten, wenn die vorbestimmte Bedingung erfüllt ist.
Verfahren umfassend: Prüfen (P100), ob eine vorbestimmte Bedingung in einem verteilten System (200) mit einer Steuereinheit (110) und einem bezogen auf die Steuereinheit (110) entfernten Subsystem (120) vorliegt, das einen Wandler (130) umfasst, der ausgebildet ist, um auf ein Ansteuersignal hin elektrische Energie in eine andere Energieform umzuwandeln; und Versetzen und Halten (P110) des Subsystems (120) in einen definierten Zustand, wenn die vorbestimmte Bedingung erfüllt ist.
Programm mit einem Programmcode zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 14, wenn das Programm auf einer programmierbaren Hardwarekomponente abläuft.