DE19540264A1 - Struktur einer Schaltungsanordnung für eine elektronische Steuer- und Reglereinheit - Google Patents

Struktur einer Schaltungsanordnung für eine elektronische Steuer- und Reglereinheit

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DE19540264A1
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Thomas Dipl Ing Dr Dieckmann
Christof Dipl Ing Dr Maron
Hubertus Dipl Ing Prinzler
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Continental Teves AG and Co OHG
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Continental AG
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T13/00—Transmitting braking action from initiating means to ultimate brake actuator with power assistance or drive; Brake systems incorporating such transmitting means, e.g. air-pressure brake systems
    • B60T13/74—Transmitting braking action from initiating means to ultimate brake actuator with power assistance or drive; Brake systems incorporating such transmitting means, e.g. air-pressure brake systems with electrical assistance or drive
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B9/00—Safety arrangements
    • G05B9/02—Safety arrangements electric
    • G05B9/03—Safety arrangements electric with multiple-channel loop, i.e. redundant control systems
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F11/00—Error detection; Error correction; Monitoring
    • G06F11/07—Responding to the occurrence of a fault, e.g. fault tolerance
    • G06F11/0796—Safety measures, i.e. ensuring safe condition in the event of error, e.g. for controlling element
    • G—PHYSICS
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Description

Die Erfindung betrifft eine Struktur einer Schaltungsanordnung für eine elektronische Steuer- und Reglereinheit, insbesondere für eine elektrisch betriebene Fahrzeugbremse, entsprechend dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Elektronische Steuer- und Reglereinheiten finden zunehmend auch in stark sicherheitsrelevanten Systemen Anwendung, z. B. bei Steuerungs-/Regelungseinrichtungen für elektrisch betriebene Bremsen.
Dabei entsteht insofern ein Zielkonflikt, da mit ansteigender Komplexität der zu verarbeitenden Steuerungs- und Regelungsfunktionen auch die Störanfälligkeit des Systems ansteigt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die gegenläufigen Anforderungen nach extremer Betriebssicherheit und gleichzeitiger hoher Komplexität/Rechenleistung zu erfüllen.
Bezüglich der gattungsgemäßen Struktur einer Schaltungsanordnung wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, diese Aufgabe durch eine elektronische Schaltungsstruktur mit zwei unterschiedlichen und voneinander unabhängigen Mikroprozessoren zu lösen.
Bei der vorgeschlagenen Grundidee handelt es sich keineswegs um eine redundante, zweikreisige Schaltung.
Die erfindungsgemäße Schaltungsstruktur ist überall dort einsetzbar, wo die Steuerungs- bzw. Regelungsfunktionen in zwei Funktionsgruppen unterteilt werden können: in hochsicherheitsrelevante, einfache Grundfunktionen und in höhere Funktionen mit normaler Zuverlässigkeit.
Um diese unterschiedlichen Funktionen zu verarbeiten, verwendet die Schaltung zwei unterschiedliche Prozessortypen: Der eine Prozessor ist einfach strukturiert und weist eine sehr niedrige Ausfallrate auf. Dieser Prozessor übernimmt die Grundfunktionen zur Aufrechterhaltung der elementaren Steuerungs- /Regelungsaufgaben und besitzt einen durchgängigen Pfad zur Signalweiterleitung. Dieser Pfad wird bei fehlerfreiem Betrieb des zweiten Prozessors jedoch nicht aktiviert sondern durch eine Schleife ersetzt, welche die Rohdaten dem zweiten Prozessor zu leitet und die verarbeiteten Daten zurückbekommt.
Verglichen mit dem ersten Prozessor ist der zweite Prozessor beträchtlich leistungsfähiger. Mit dem zweiten Prozessor können komplexere Daten verarbeitet werden. Das vorgeschlagene Konzept zeichnet sich durch eine niedrige Ausfallrate der Grundfunktionen der Steuerungsstruktur bei gleichzeitiger Realisierung komplexer Regelungsfunktionen aus.
Als Beispiel für die erfindungsgemäße Elektronikstruktur sei die Elektronik einer elektrisch betriebenen Fahrzeugbremse genannt. Der erste, einfach strukturierte Prozessor verarbeitet die extrem sicherheitsrelevanten Grundfunktionen der Bremssteuerung. Der zweite Prozessor, der über eine komplexere Rechnerstruktur verfügt, verarbeitet die komplizierteren Regelungsfunktionen des Bremssystems, z. B. ASB, elektrische Bremskraftverteilung, ASR, FDR, und ähnliches mehr. Dabei wird jedoch in Kauf genommen, daß dieser Prozessor eine bedeutend höhere Ausfallrate aufweisen kann.
Fällt der zweite Prozessor aus, so entfallen alle Zusatzfunktionen durch Abschaltung dieses Prozessors. Der erste Prozessor gewährleistet dann jedoch die Fortführung des Betriebs auf der Basis seiner Grundfunktionen.
Die Schaltung kann auch derart aufgebaut sein, daß die Grundfunktionen nicht selektiv per Umschalter aktiviert werden sondern permanent aktiv sind. Diese Grundfunktionen sind mit einer Statusinformation versehen und werden durch die höherwertigen Funktionen überlagert, solange diese fehlerfrei arbeiten.
Vorzugsweise kann die erfindungsgemäße Steuerungs- /Regelungsschaltung zweikanalig, d. h. in redundanter Ausführung, beispielsweise zum Betrieb eines elektrischen Bremssystems verwendet werden.
In folgenden wird die erfindungsgemäße Steuerungs- /Regelungsstruktur anhand eines Ausführungsbeispiels geschildert.
Die Abbildung zeigt den Funktionsüberblick eines ECU- Verteilers (ECU = ELECTRONIC CONTROL UNIT, elektronische Steuerungs-/Regelungseinheit).
Basis der erfindungsgemäßen Schaltungsanordnung ist der erste Prozessor 2, der die Grundfunktionen ausführt. Zum Zwecke der Verarbeitung analoger Signale ist dem Bauelement "Grundfunktionen" 4 ein Analog/Digital-Wandler 6 vorgeschaltet. Die vom Bauelement "Grundfunktionen" 4 verarbeiteten Rohdaten gelangen über ein Interface 8 an den Ausgang 10 des ersten Prozessors 2.
Zur Durchführung höherer Funktionen ist die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung mit einem weiteren (zweiten) Prozessor 12 ausgestattet.
Dieser Prozessor 12 ist komplexer aufgebaut und kann kompliziertere Aufgaben mit normaler Zuverlässigkeit bewältigen. Dieser zweite Prozessor 12 verfügt außer über ein Bauelement "höhere Funktionen" 14 über ein Schaltungsmodul "Systemtest" 16 zur Selbstkontrolle.
Die Kontrolle kann einerseits nach dem sogenannten "Watchdog"-Prinzip erfolgen. Mit Hilfe des "Watchdog" kann festgestellt werden, ob das Bauelement "Höhere Funktionen" 14 läuft oder nicht. Andererseits ist es mit dem Schaltungsmodul "Systemtest" 16 auch möglich, zusätzlich zur Ausfallerkennung gewisse Selbsttestprogramme ablaufen zu lassen. Mit einem solchen Selbsttestprogramm wird das Bauelement "Höhere Funktionen" 14 in bestimmten Zeitabständen auf seine Funktionen überprüft, wobei die Ergebnisse mit vorgegebenen gespeicherten Sollwerten verglichen werden.
Falls das zusätzliche Schaltungsmodul "Systemtest" 16 Fehler in der Bearbeitung der Regelungsaufgaben bezüglich höherer Funktionen feststellt, wird ein Schalter 18 in dem Bauelement "Grundfunktionen" 4 in der Weise betätigt, daß die höheren Funktionen abgeschaltet werden, so daß die Schaltungsanordnung lediglich die Grundfunktionen, aber diese mit höchster Zuverlässigkeit, erledigt.
Bezugszeichenliste
2 erster Prozessor
4 Bauelement "Grundfunktionen"
6 Analog/Digital-Wandler
8 Interface
10 Ausgang
12 weiterer (zweiter) Prozessor
14 Bauelement "Höhere Funktionen"
16 Schaltungsmodul "Systemtest"
18 (Um)schalter

Claims (4)

1. Struktur einer Schaltungsanordnung für eine elektronische Steuer- und Reglereinheit, insbesondere für eine elektrisch betriebene Fahrzeugbremse, wobei die Steuerungs- bzw. Regelungsfunktionen in hochsicherheitsrelevante, einfache Grundfunktionen und in höhere Funktionen mit normaler Zuverlässigkeit einteilbar sind, gekennzeichnet durch:
eine Schaltungsstruktur mit zwei unterschiedlichen und voneinander unabhängigen Mikroprozessoren (2, 12), wobei der erste Prozessor (2) einfach strukturiert ist,
eine sehr niedrige Ausfallrate aufweist
und einen durchgängigen Pfad zur Signalweiterleitung hat, und wobei der zweite Prozessor (12) zur Weiterverarbeitung der Rohdaten mittels eines Bauelements "Höhere Funktionen" (14) mit normaler Zuverlässigkeit
und zur Rückleitung der verarbeiteten Daten an den ersten Prozessor (2) vorgesehen ist, und
daß im Fall eines Ausfalls des zweiten Prozessors (12) ein (Um)schalter (18) im ersten Prozessor (2) aktivierbar ist,
so daß dann lediglich die Daten des ersten Prozessors (2) an den Ausgang (10) des ersten Prozessors (2) gelangen können.
2. Struktur für eine Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein Schaltungsmodul "Systemtest" (16) im zweiten Prozessor (12) zur Feststellung von Fehlfunktionen des zweiten Prozessors (12).
3. Struktur für eine Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß unter Verzicht auf einen (Um)schalter (18) stets die Informationen aus beiden Zweigen zum Interface (8) gelangen, wobei eine zu den Daten zugehörige Statusinformation die Fehlerfreiheit von höherwertigen Funktionen kennzeichnet.
4. Struktur einer Schaltungsanordnung nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerungs-/Regelungsstruktur zweikanalig, d. h. in redundanter Ausführung ausgelegt ist.
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