DE102017220068A1 - Method and on-board control unit for controlling and / or monitoring components of a rail vehicle - Google Patents
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Abstract
Bei dem Verfahren zum Steuern und/oder Überwachen von Komponenten (12, 14) eines Schienenfahrzeugs (10), welche über eine Onboard-Steuereinheit (18) des Schienenfahrzeugs (10) mit einer Cloud-Architektur (20) kommunizieren, wird ein Schreibzugriff der Onboard-Steuereinheit (18) auf die Komponenten (12, 14) des Schienenfahrzeugs (10) nach festen Regeln beschränkt, die eine vorgegebene Sicherheitsanforderung erfüllen.In the method for controlling and / or monitoring components (12, 14) of a rail vehicle (10) which communicate with a cloud architecture (20) via an onboard control unit (18) of the rail vehicle (10), a write access is made On-board control unit (18) limited to the components (12, 14) of the rail vehicle (10) according to fixed rules that meet a predetermined safety requirement.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern und/oder Überwachen von Komponenten eines Schienenfahrzeugs und eine Onboard-Steuereinheit zum Steuern und/oder Überwachen von Komponenten eines Schienenfahrzeugs sowie ein Schienenfahrzeug mit einer solchen Onboard-Steuereinheit.The present invention relates to a method for controlling and / or monitoring components of a rail vehicle and an on-board control unit for controlling and / or monitoring components of a rail vehicle and to a rail vehicle with such an onboard control unit.
Aus der
Es besteht in der Praxis allerdings Bedarf, Ausnahmen von dieser Verhinderung des Schreibzugriffs zuzulassen. Außerdem werden in Abhängigkeit von dem eingesetzten Fahrzeugdatenbus im Schienenfahrzeug, mit dem die Onboard-Steuereinheit verbunden ist, systembedingt auch Schreibzugriffe von der Onboard-Steuereinheit benötigt.However, in practice, there is a need to allow exceptions to this write access prevention. In addition, depending on the vehicle data bus used in the rail vehicle to which the on-board control unit is connected, the system also requires write accesses from the onboard control unit.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren und eine verbesserte Onboard-Steuereinheit zum Steuern und/oder Überwachen von Komponenten eines Schienenfahrzeugs zu schaffen, die in Ausnahmefällen einen Schreibzugriff von der Onboard-Steuereinheit erlauben, aber dennoch die geforderte Sicherheitsanforderungsstufe erfüllen.It is an object of the present invention to provide an improved method and onboard control unit for controlling and / or monitoring components of a rail vehicle that exceptionally allow write access from the onboard control unit but still meet the required safety requirement level.
Diese Aufgabe wird gelöst durch die Lehre der unabhängigen Ansprüche. Besonders vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This object is achieved by the teaching of the independent claims. Particularly advantageous embodiments of the invention are the subject of the dependent claims.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Steuern und/oder Überwachen von Komponenten eines Schienenfahrzeugs, welche über eine Onboard-Steuereinheit des Schienenfahrzeugs mit einer Cloud-Architektur kommunizieren, wird ein Schreibzugriff der Onboard-Steuereinheit auf die Komponenten des Schienenfahrzeugs nach festen Regeln beschränkt wird, wobei die festen Regeln eine vorgegebene Sicherheitsanforderung erfüllen.In the method according to the invention for controlling and / or monitoring components of a rail vehicle which communicate with a cloud architecture via an onboard control unit of the rail vehicle, write access of the onboard control unit to the components of the rail vehicle is restricted according to fixed rules fixed rules meet a given security requirement.
Da im Gegensatz zu herkömmlichen Systemen, bei denen ein Schreibzugriff durch eine Hardwarelösung vollständig unterbunden ist, ein Schreibzugriff nach festen Regeln beschränkt, ist ein Schreibzugriff von der Onboard-Steuereinheit in von den festen Regeln zugelassenen Ausnahmefällen möglich. Da diese festen Regeln eine vorgegebene Sicherheitsanforderung erfüllen, kann zugleich die Einhaltung einer erforderlichen Sicherheitsanforderungsstufe für die Onboard-Steuereinheit gewährleistet werden.Since, unlike conventional systems in which write access by a hardware solution is completely inhibited, write access is restricted according to fixed rules, write access from the onboard control unit is possible in exceptional cases permitted by the fixed rules. As these fixed rules meet a given security requirement, it is also possible to ensure compliance with a required safety requirement level for the onboard control unit.
Die festen Regeln sind vorzugsweise derart ausgestaltet, dass sie einen Schreibzugriff grundsätzlich verhindern und nur in Ausnahmefällen zulassen. Diese Ausnahmefälle werden vorzugsweise durch die Art des Schreibzugriffs und/oder den Zeitpunkt des Schreibzugriffs bestimmt. Unter der Abhängigkeit vom Zeitpunkt des Schreibzugriffs ist insbesondere eine Abhängigkeit vom jeweiligen Betriebszustand des Schienenfahrzeugs zu verstehen. Der Begriff der festen Regeln soll verdeutlichen, dass diese Regeln im normalen Betrieb des Schienenfahrzeugs nicht verändert werden dürfen, insbesondere auch nicht durch die mit der Onboard-Steuereinheit kommunizierende Cloud-Architektur.The fixed rules are preferably designed such that they prevent a write access in principle and allow only in exceptional cases. These exceptional cases are preferably determined by the type of write access and / or the time of the write access. The dependence on the time of the write access is to be understood in particular as a function of the respective operating state of the rail vehicle. The term fixed rules is intended to clarify that these rules must not be changed in the normal operation of the rail vehicle, in particular not by the communicating with the onboard control unit cloud architecture.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann beispielsweise erreicht werden, dass die Onboard-Steuereinheit im Normalfall von den Komponenten des Schienenfahrzeugs nur Daten lesen kann, um diese Komponenten beispielsweise zu Diagnose- oder Wartungszwecken zu überwachen, in einem genau definierten Ausnahmefall wie zum Beispiel das Setzen von Soll-Temperaturen zum Aufwärmen des Schienenfahrzeugs am frühen Morgen aber auch Schreibzugriffe auf die Komponenten des Schienenfahrzeugs erlaubt sind.With the method according to the invention, it can be achieved, for example, that the onboard control unit can normally only read data from the components of the rail vehicle in order to monitor these components for diagnostic or maintenance purposes, for example, in a precisely defined exceptional case such as the setting of desired values Temperatures for warming up the rail vehicle in the early morning but also write access to the components of the rail vehicle are allowed.
Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann nicht nur die Betriebssicherheit des Schienenfahrzeugs („Safety“) gewährleistet werden, sondern auch die Manipulationssicherheit gegen unbefugte Zugriffe („Security“).With the method according to the invention not only the operational safety of the rail vehicle ("Safety") can be ensured, but also the security against unauthorized access ("Security").
Die festen Regeln erfüllen dabei eine vorgegebene Sicherheitsanforderung, bevorzugt gemäß dem Sicherheits-Integritätslevel SIL 1, SIL 2, SIL3 oder SIL 4.The fixed rules thereby fulfill a given safety requirement, preferably in accordance with the safety integrity level SIL 1, SIL 2,
Für die behördliche Zulassung der Onboard-Steuereinheit genügt gemäß der Erfindung dann die Prüfung der Sicherheitsanforderungsstufe der festen Regeln für das Beschränken bzw. Filtern des Schreibzugriffs. Die weiteren Komponenten / Aspekte der Onboard-Steuereinheit müssen nicht geprüft werden.For regulatory approval of the on-board control unit, according to the invention, it then suffices to check the security requirement level of the fixed rules for restricting or filtering the write access. The other components / aspects of the on-board control unit need not be checked.
Zu den Komponenten des Schienenfahrzeugs, die gesteuert und/oder überwacht werden sollen, zählen insbesondere Steuereinheiten des Schienenfahrzeugs wie die zentrale Fahrzeugsteuereinheit (Vehicle Control Unit, VCU), die Bremssystemsteuereinheit (Brake Control Unit, BCU), die Traktionssteuereinheit (Traction Control Unit, TCU) und dergleichen, ohne dass die Erfindung auf diese Steuereinheiten beschränkt sein soll. The components of the rail vehicle which are to be controlled and / or monitored include, in particular, control units of the rail vehicle, such as the vehicle control unit (VCU), the brake system control unit (BCU), the traction control unit (TCU) ) and the like, without the invention being restricted to these control units.
In einer Ausgestaltung der Erfindung sind die Komponenten und die Onboard-Steuereinheit des Schienenfahrzeugs über einen Fahrzeugdatenbus des Schienenfahrzeugs miteinander verbunden. In diesem Fall wird der Schreibzugriff der Onboard-Steuereinheit auf den Fahrzeugdatenbus beschränkt.In one embodiment of the invention, the components and the on-board control unit of the rail vehicle are connected to one another via a vehicle data bus of the rail vehicle. In this case, the write access of the onboard control unit is restricted to the vehicle data bus.
Bei dem Fahrzeugdatenbus kann es sich um einen leitungsgebundenen oder einen drahtlosen Datenbus handeln. Besondere Vorteile der Erfindung ergeben sich bei der Verwendung von Ethernet als Fahrzeugdatenbus, da ethernet-basierte Datenbusse systembedingt einen Schreibzugriff benötigen. Die Erfindung ist aber ebenso in Kombination mit anderen Fahrzeugdatenbussen wie beispielsweise CAN, MVB, etc. einsetzbar.The vehicle data bus may be a wired or a wireless data bus. Particular advantages of the invention result from the use of Ethernet as a vehicle data bus, since ethernet-based data buses require system access to write access. However, the invention can also be used in combination with other vehicle data buses such as CAN, MVB, etc.
Vorzugsweise bleiben die festen Regeln nach einer behördlichen Zulassung der Onboard-Steuereinheit unverändert. Dies bedeutet, dass die festen Regeln zwar grundsätzlich verändert werden können, dass in einem solchen Fall aber eine erneute behördliche Zulassung der Onboard-Steuereinheit erforderlich ist.Preferably, the fixed rules remain unchanged after regulatory approval of the on-board control unit. This means that the fixed rules can indeed be changed in principle, but in such a case, a renewed regulatory approval of the onboard control unit is required.
Da die Sicherheitsanforderungen für die Onboard-Steuereinheit und das Schienenfahrzeug bereits durch die festen Regeln für den Schreibzugriff von der Onboard-Steuereinheit erfüllt werden, erfolgt ein Schreibzugriff der Cloud-Architektur auf die Onboard-Steuereinheit des Schienenfahrzeugs vorzugsweise unbeschränkt.Since the security requirements for the onboard control unit and the rail vehicle are already met by the fixed rules for write access from the onboard control unit, write access of the cloud architecture to the onboard control unit of the rail vehicle is preferably unrestricted.
Vorzugsweise erfolgt ein Lesezugriff der Onboard-Steuereinheit auf die Komponenten oder den Fahrzeugdatenbus des Schienenfahrzeugs unbeschränkt. Ebenso erfolgt vorzugsweise ein Schreibzugriff der Cloud-Architektur auf die Onboard-Steuereinheit des Schienenfahrzeugs unbeschränkt.Preferably, a read access of the onboard control unit to the components or the vehicle data bus of the rail vehicle is unrestricted. Likewise preferably a write access of the cloud architecture to the onboard control unit of the rail vehicle takes place without limitation.
Die Onboard-Steuereinheit zum Steuern und/oder Überwachen von Komponenten eines Schienenfahrzeugs gemäß der Erfindung weist eine erste Rechnereinrichtung zum Kommunizieren mit einer Cloud-Architektur und zusätzlich eine zweite Rechnereinrichtung zum Beschränken eines Schreibzugriff der ersten Rechnereinrichtung auf die Komponenten des Schienenfahrzeugs nach festen Regeln, die eine vorgegebene Sicherheitsanforderung erfüllen, auf.The onboard control unit for controlling and / or monitoring components of a rail vehicle according to the invention comprises a first computing device for communicating with a cloud architecture and additionally a second computing device for limiting write access of the first computing device to the components of the rail vehicle according to fixed rules fulfill a predetermined security requirement.
Mit dieser Onboard-Steuereinheit können die gleichen Vorteile wie mit dem oben beschriebenen Verfahren der Erfindung erzielt werden. Insbesondere genügt für eine Zulassung der Onboard-Steuereinheit die Prüfung der Sicherheitsanforderungsstufe der zweiten Rechnereinrichtung, während die erste Rechnereinrichtung nicht geprüft und daher beliebig verändert, upgedatet, etc. werden kann.With this onboard control unit, the same advantages as with the method of the invention described above can be achieved. In particular, it suffices for an authorization of the on-board control unit to check the security requirement level of the second computer device, while the first computer device can not be tested and therefore changed, updated, etc. as desired.
In einer Ausgestaltung der Erfindung ist die Onboard-Steuereinheit ausgestaltet, um mit den Komponenten des Schienenfahrzeugs über einen Fahrzeugdatenbus zu kommunizieren. In diesem Fall ist die zweite Rechnereinrichtung der Onboard-Steuereinheit bevorzugt ausgestaltet, um den Schreibzugriff der ersten Rechnereinrichtung auf den Fahrzeugdatenbus zu beschränken.In one embodiment of the invention, the on-board control unit is configured to communicate with the components of the rail vehicle via a vehicle data bus. In this case, the second computer device of the on-board control unit is preferably designed to limit the write access of the first computer device to the vehicle data bus.
Vorzugsweise sind die erste Rechnereinrichtung und die zweite Rechnereinrichtung der Onboard-Steuereinheit unabhängig voneinander programmierbar. Dies wird bevorzugt dadurch erreicht, dass für die beiden Rechnereinrichtungen zwei separate CPUs oder zwei Kerne einer CPU benutzt werden.Preferably, the first computer device and the second computer device of the on-board control unit are independently programmable. This is preferably achieved by using two separate CPUs or two cores of a CPU for the two computer devices.
Bezüglich weiterer vorteilhafter Ausgestaltungen, Vorteile, Begriffsdefinitionen, etc. wird auf die obigen Ausführungen in Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren verwiesen.With regard to further advantageous embodiments, advantages, definitions of terms, etc., reference is made to the above statements in connection with the method according to the invention.
Gegenstand der Erfindung ist schließlich auch ein Schienenfahrzeug, das mehrere zu steuernde und/oder überwachende Komponenten, eine oben beschriebene Onboard-Steuereinheit der Erfindung und einen Fahrzeugdatenbus zum Verbinden der Komponenten und der Onboard-Steuereinheit miteinander aufweist.Finally, the subject matter of the invention is also a rail vehicle which has a plurality of components to be controlled and / or monitored, an onboard control unit of the invention described above and a vehicle data bus for connecting the components and the onboard control unit to one another.
Obige sowie weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels anhand der beiliegenden Zeichnungen besser verständlich. Darin zeigen, größtenteils schematisch:
-
1 eine Darstellung eines Schienenfahrzeugs mit einem erfindungsgemäßen Steuerungs- und/oder Überwachungssystem; und -
2 den Aufbau einer erfindungsgemäßen Onboard-Steuereinheit für ein Schienenfahrzeug von1 .
-
1 a representation of a rail vehicle with a control and / or monitoring system according to the invention; and -
2 the structure of an onboard control unit according to the invention for a rail vehicle of1 ,
In dem Schienenfahrzeug
Diese Komponenten
Mit diesem Fahrzeugdatenbus
Die Onboard-Steuereinheit
So kann die Software der ersten Rechnereinrichtung
Die zweite Rechnereinrichtung
Die Software der zweiten Rechnereinrichtung
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 1010
- Schienenfahrzeugtrack vehicle
- 1212
- Komponente (VCU) des SchienenfahrzeugsComponent (VCU) of the rail vehicle
- 1414
- Komponente (BCU, TCU, etc.) des SchienenfahrzeugsComponent (BCU, TCU, etc.) of the rail vehicle
- 1616
- Fahrzeugdatenbusvehicle data
- 1818
- Onboard-Steuereinheit (OCU)Onboard Control Unit (OCU)
- 2020
- Cloud-ArchitekturCloud architecture
- 2222
- erste Rechnereinrichtungfirst computer device
- 2424
- zweite Rechnereinrichtungsecond computer device
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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