DE102019119710A1

DE102019119710A1 - Circuit arrangement

Info

Publication number: DE102019119710A1
Application number: DE102019119710.4A
Authority: DE
Inventors: Georg Plettner; Christian Hecker
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2019-07-22
Filing date: 2019-07-22
Publication date: 2021-01-28

Abstract

Schaltungsanordnung zur Ansteuerung redundant ausgeführter Aktoren, umfassend eine Steuereinheit zur Ansteuerung der Aktoren, wobei die Steuereinheit drei identisch ausgeführte Prozessoreinheiten aufweist und jede der Prozessoreinheiten in Abhängigkeit von Sensorsignalen der Aktoren Ansteuersignale zur Ansteuerung der Aktoren erzeugt, wobei jede der Prozessoreinheiten die Ansteuersignale der beiden anderen Prozessoreinheiten übermittelt bekommt und in Abhängigkeit von seiner Programmierung entscheidet, welches der drei Ansteuersignale als fehlerfrei zu bewerten ist und zur Ansteuerung der Aktoren weiter zu verarbeiten ist.Circuit arrangement for controlling redundantly designed actuators, comprising a control unit for controlling the actuators, the control unit having three identically designed processor units and each of the processor units generating control signals for controlling the actuators as a function of sensor signals from the actuators, with each of the processor units generating the control signals of the two other processor units is transmitted and, depending on its programming, decides which of the three control signals is to be assessed as error-free and needs to be processed further to control the actuators.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung redundant ausgeführter Aktoren, umfassend eine Steuereinheit zur Ansteuerung der Aktoren, wobei die Steuereinheit drei identisch ausgeführte Prozessoreinheiten aufweist und jede der Prozessoreinheiten in Abhängigkeit von Sensorsignalen der Aktoren Ansteuersignale zur Ansteuerung der Aktoren erzeugt.The present invention relates to a circuit arrangement for controlling redundant actuators, comprising a control unit for controlling the actuators, the control unit having three identically designed processor units and each of the processor units generating control signals for controlling the actuators as a function of sensor signals from the actuators.

Aus der DE 10 2013 202 253 A1 ist eine Schaltung zur Steuerung eines Beschleunigungs-, Brems- und Lenksystems eines Fahrzeugs mit mindestens zwei separaten Motoren zur Betätigung des Beschleunigungs- und Bremssystems und mindestens zwei separaten Motoren zur Betätigung des Lenksystems sowie einer elektronischen Kontrolleinheit zur Ansteuerung der Motoren bekannt, wobei die Kontrolleinheit drei identische Prozessoreinheiten in Form von CPUs und einen programmierbaren Logikbaustein aufweist und jede der CPUs, in Abhängigkeit von Eingangssteuersignalen sowie von Sensorsignalen der Motoren, Ansteuersignale für die Motoren erzeugt und an den programmierbaren Logikbaustein weiterleitet, der abhängig von seiner Programmierung die Ansteuersignale einer der CPUs an die Motoren weiterleitet.From the DE 10 2013 202 253 A1 a circuit for controlling an acceleration, braking and steering system of a vehicle with at least two separate motors for actuating the acceleration and braking system and at least two separate motors for actuating the steering system and an electronic control unit for controlling the motors is known, the control unit having three has identical processor units in the form of CPUs and a programmable logic module and each of the CPUs, depending on input control signals and sensor signals from the motors, generates control signals for the motors and forwards them to the programmable logic module, which, depending on its programming, sends the control signals from one of the CPUs to the Motors forwards.

Die Schaltung sieht einen den Prozessoreinheiten nachgeschalteten programmierbaren Logikbaustein als Entscheider („2aus3“) vor.The circuit provides a programmable logic module connected downstream of the processor units as a decision maker (“2 out of 3”).

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Schaltungsanordnung zur Ansteuerung redundant ausgeführter Aktoren, insbesondere für die Ansteuerung in einem sicherheitsrelevanten Schaltkreis eines Kraftfahrzeugs, zu schaffen, welche mit Blick auf ihre Ausfallsicherheit weiter verbessert ist. Insbesondere soll mit Blick auf die Entscheiderfunktionalität, welches von den Prozessoreinheiten generierte Ansteuersignal für die Aktoren - im Falle generierter, voneinander abweichender Ansteuersignale - als fehlerfrei zu bewerten ist, eine erhöhte Sicherheit gewährleistet werden. Ein sogenannter „single point of failure“ würde somit eliminiert.The object of the present invention is to create a circuit arrangement for controlling redundant actuators, in particular for controlling in a safety-relevant circuit of a motor vehicle, which is further improved with a view to its failure safety. In particular, with a view to the decision-making functionality, which control signal generated by the processor units for the actuators - in the case of generated control signals that deviate from one another - is to be assessed as error-free, increased security should be guaranteed. A so-called “single point of failure” would thus be eliminated.

Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Schaltungsanordnung mit den Merkmalen von Patentanspruch 1. Eine Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung, zur Ansteuerung redundant ausgeführter Aktoren, umfasst eine Steuereinheit zur Ansteuerung der Aktoren, wobei die Steuereinheit drei identisch ausgeführte Prozessoreinheiten aufweist und jede der Prozessoreinheiten in Abhängigkeit von Sensorsignalen der Aktoren Ansteuersignale zur Ansteuerung der Aktoren erzeugt, und die Schaltungsanordnung derart ausgebildet ist, dass jede der Prozessoreinheiten die Ansteuersignale der beiden anderen Prozessoreinheiten übermittelt bekommt und in Abhängigkeit von seiner Programmierung entscheidet, welches der drei Ansteuersignale als fehlerfrei zu bewerten ist und zur Ansteuerung der Aktoren weiter zu verarbeiten ist. Dieser Prozess wird durch eine sogenannten „2aus3“-Entscheidung abgebildet. Jede Prozessoreinheit erhält alle Steuer und Sensorsignale, vergleicht diese und entscheidet jeweils für sich, welche Ansteuersignale an die als Motoren ausgebildeten Aktoren weitergeleitet werden. Die getroffene Entscheidung wird anschließend mit den anderen beiden Prozessoreinheiten ausgetauscht, um Übertragungs- oder Rechenfehler zu erkennen.This object is achieved by a circuit arrangement with the features of claim 1. A circuit arrangement according to the invention for controlling redundantly designed actuators comprises a control unit for controlling the actuators, the control unit having three identically designed processor units and each of the processor units depending on sensor signals of the actuators generates control signals to control the actuators, and the circuit arrangement is designed such that each of the processor units receives the control signals from the other two processor units and, depending on its programming, decides which of the three control signals is to be assessed as error-free and to control the actuators is to be processed further. This process is mapped by a so-called “2 out of 3” decision. Each processor unit receives all control and sensor signals, compares them and decides for itself which control signals are to be passed on to the actuators designed as motors. The decision made is then exchanged with the other two processor units in order to identify transmission or calculation errors.

Hierdurch wird der Vorteil erzielt, dass die Entscheidungsfindung, welches der generierten Ansteuersignale für die Aktoren als fehlerfrei zu bewerten ist, redundant erfolgt und die diesbezügliche Ausfallsicherheit entsprechend erhöht wird.This has the advantage that the decision as to which of the generated control signals for the actuators is to be assessed as error-free is made redundantly and the failure safety in this regard is increased accordingly.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Schaltungsanordnung einen programmierbaren Logikbaustein aufweist, der den drei Prozessoreinheiten nachgeschaltet ist und der der Weiterverarbeitung des als fehlerfrei bewerteten Ansteuersignals und der Ansteuerung der Aktoren dient. Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass trotz redundanter Ausführung der Entscheiderlogik auf weitere schaltungstechnische Hardwarekomponenten verzichtet werden kann.According to an advantageous embodiment of the invention, it can be provided that the circuit arrangement has a programmable logic module which is connected downstream of the three processor units and which is used to further process the control signal evaluated as error-free and to control the actuators. The advantage of this refinement is that, despite the redundant implementation of the decision logic, further circuit hardware components can be dispensed with.

Gemäß einer, zu der vorstehend beschriebenen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung, alternativen vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Schaltungsanordnung derart ausgebildet ist, dass die Ansteuerung der Aktoren unmittelbar durch die Prozessoreinheiten erfolgt, so dass im Vergleich zum Stand der Technik auf schaltungstechnische Hardwarekomponenten verzichtet werden kann - beziehungsweise diese eingespart werden können.According to an advantageous embodiment of the invention that is alternative to the advantageous embodiment of the invention described above, it can be provided that the circuit arrangement is designed such that the actuators are controlled directly by the processor units, so that, compared to the prior art, on circuit hardware components can be dispensed with - or these can be saved.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Schaltungsanordnung als Schaltungsanordnung für ein steer-by-wire Lenksystem eines Kraftfahrzeugs ausgebildet ist, und insbesondere die redundant ausgeführten Aktoren durch Elektromotoren gebildet sind.According to a further advantageous embodiment of the invention it can be provided that the circuit arrangement is designed as a circuit arrangement for a steer-by-wire steering system of a motor vehicle, and in particular the redundant actuators are formed by electric motors.

Der Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass komplexere sicherheitsrelevante Schaltungsanordnungen mit Blick auf die Rechenleistung ihrer Prozessoreinheiten optimiert werden können und elektrische Energie eingespart werden kann.The advantage of this embodiment is that more complex safety-relevant circuit arrangements can be optimized with a view to the computing power of their processor units and electrical energy can be saved.

In der Praxis bedeutet das, dass wenn eine der drei Prozessoreinheiten ausfällt, das System in einen Notbetrieb geht. Das heißt, dass die Lenkfunktion des „steer-by-wire“-Systems eine gewisse Zeit weiter aufrechterhalten wird, sodass das Fahrzeug sicher abgestellt oder in die Werkstatt gefahren werden kann. Diese Zeit ist so bemessen, dass gewährleistet ist, dass die Wahrscheinlichkeit für das Auftreten eines weiteren Fehlers nicht weiter ansteigt - was insgesamt von der Systemintegrität abhängt und für jeden Einzelfall individuell zu bewerten ist.In practice this means that if one of the three processor units fails, the system goes into emergency mode. This means that the steering function of the “steer-by-wire” system takes a certain amount of time is maintained so that the vehicle can be safely parked or driven to the workshop. This time is measured in such a way that it is ensured that the probability of the occurrence of a further error does not increase any further - which overall depends on the system integrity and must be assessed individually for each individual case.

Die Herausforderung bei der programmtechnischen Umsetzung des Entscheiders in Verfahrensanweisungen besteht darin, dass jede Prozessoreinheit parallel diese Entscheidung treffen muss. D.h. jede Prozessoreinheit muss die gleichen Eingangswerte (insbesondere mit Blick auf Alter des Eingangswertes und Wert des Eingangswertes) erhalten und diese Entscheidung am Ende mit den anderen abgleichen. Gleicher Eingangswert soll bedeuten, dass jede Prozessoreinheit den gleichen, in einem bestimmten Zeitpunkt (Alter) vorliegenden, Systemwert erhält.The challenge in the technical implementation of the decision maker in procedural instructions is that each processor unit must make this decision in parallel. This means that each processor unit must receive the same input values (especially with regard to the age of the input value and the value of the input value) and at the end compare this decision with the others. The same input value is intended to mean that each processor unit receives the same system value present at a specific point in time (age).

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

DE 102013202253 A1 [0002]

Claims

Circuit arrangement for controlling redundantly designed actuators, comprising a control unit for controlling the actuators, the control unit having three identically designed processor units and each of the processor units generating control signals for controlling the actuators as a function of sensor signals from the actuators, characterized in that each of the processor units generates the control signals of the two other processor units and, depending on its programming, decides which of the three control signals is to be assessed as error-free and to be processed further to control the actuators.

Circuit arrangement according to Claim 1 , characterized in that the circuit arrangement has a programmable logic module which is connected downstream of the three processor units and which is used for further processing of the control signal assessed as error-free and for controlling the actuators.

Circuit arrangement according to Claim 1 , characterized in that the circuit arrangement is designed such that the actuators are controlled directly by the processor units.

Circuit arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the circuit arrangement is designed as a circuit arrangement for a steer-by-wire steering system of a motor vehicle, and in particular the redundant actuators are formed by electric motors.