DE19605606A1 - Einrichtung zum Rücksetzen eines Rechenelements - Google Patents

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Rücksetzen eines Rechenelements gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs.

Aus der DE-A 42 20 247 ist eine Steuereinrichtung für den Antriebsmotor eines Kraftfahrzeugs bekannt, welche wenigstens zwei Rechenelemente umfaßt. Zur Sicherstellung der Funktionsfähigkeit der Steuereinrichtung wird das erste Rechenelement durch das zweite überwacht. Ferner sind die Rechenelemente mit eigenen Einrichtungen zur Funktionsüberwachung, z. B. Watch-dog-Schaltungen, versehen. Bei derartige elektronischen Steuerungen von Antriebsmotoren werden im Fehlerfall von wenigstens einem der Rechenelemente ein Rücksetzsignal erzeugt, das eines oder beide Rechenelemente zurücksetzt und neu startet. Darüber hinaus werden Rücksetzsignale bei Unterspannung bzw. bei Einschalten der Versorgungsspannung erzeugt. Entsprechend ist vorgesehen, eine ein Leistungsstellelement der Antriebseinheit des Fahrzeugs steuernde Endstufenanordnung im Fehlerfall abzuschalten.

Aus der DE-A 37 00 986 (US Patent 4 881 227) ist in Verbindung mit einem Zwei-Rechner-System bekannt, daß die Rechner über logische Schaltungen Rücksetz- und Watch-dog-Signale austauschen. Ferner wird ein Rücksetzsignal bei Einschalten der Versorgungsspannung (power-on) erzeugt und beiden Rechnern zugeführt. Das power-on-Rücksetzsignal, das Rücksetzsignal des jeweils anderen Rechners und das Ausgangssignal dessen Watch-Dogs werden zu einem einzigen Rücksetzsignal eines Rechners über eine logische Schaltung zusammengeführt. Darüber hinausgehende Maßnahmen insbesondere bezüglich des zeitlichen Zusammenspiels dieser Rücksetzsignale, dessen Realisierung und Sicherstellung der Verfügbarkeit werden nicht vorgeschlagen.

Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung zum Rücksetzen eines Rechenelements anzugeben, durch welche ohne hohen Schaltungsaufwand Rücksetzsignale unterschiedlicher Quelle wirksam zusammenspielen.

Dies wird durch die kennzeichnenden Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs erreicht.

Vorteile der Erfindung

Die erfindungsgemäße Lösung stellt eine Einrichtung zum Rücksetzen eines Rechenelements bereit, die mehrere Rücksetzsignale von unterschiedlichen Quellen ohne erhöhten Schaltungsaufwand in vorgegebener Weise zusammenspielen läßt.

Die Verfügbarkeit wird durch die Versorgung einer die Rücksetzsignale verarbeitenden Schaltungsanordnung aus einer vom Ein- und Ausschalten der Rechenelemente unabhängigen Dauerversorgung verbessert. Daher wird optimale Funktion der die Rechenelemente enthaltenden Steuereinrichtung auch in ihrer Ein- und Ausschaltphase gewährleistet.

Besonders vorteilhaft ist die Verwendung von Standard-HCMOS-Bauteilen, die eine hohe Störsicherheit und eine geringe Stromaufnahme (nur wenige µA) aufweisen.

Durch die Verwendung integrierter Bauteile wird in vorteilhafter Weise die Bauteileanzahl reduziert, Kosten und Platz gespart. Daher eignet sich die erfindungsgemäße Lösung besonders gut für hochintegrierte Steuereinheiten.

Besonders vorteilhaft ist die Anwendung der erfindungsgemäßen Lösung bei einer Steuereinheit zur Steuerung der Leistung einer Antriebseinheit, insbesondere einer Brennkraftmaschine, welche zwei Rechenelemente, einen sogenannten Funktionsrechner und einen diesen überwachenden Sicherheitsrechner, umfaßt. In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, daß durch die erfindungsgemäße Lösung der Funktionsrechner zwei Rücksetzsignale ausgehend von einem Rücksetzsignal erhält, wobei das erste Signal als Vorwarnsignal zum Einleiten der entsprechenden Rettungsroutinen dient und das andere zeitverzögert den eigentlichen Rücksetzvorgang und Neustart im Funktionsrechner aus löst.

Weitere Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen bzw. aus den abhängigen Patentansprüchen.

Zeichnung

Die Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsformen näher erläutert. Dabei zeigt

Fig. 1 ein Übersichtsblockschaltbild einer Steuereinheit für eine Antriebseinheit im Rahmen eines bevorzugten Ausführungsbeispiels.

Fig. 2 zeigt die erfindungsgemäße Lösung anhand eines Schaltungsbeispiels, während in den

Fig. 3 bis 5 die Funktionsweise der Schaltungsanordnung anhand von Zeitdiagrammen dargestellt ist.

Beschreibung von Ausführungsbeispielen

Fig. 1 zeigt eine Steuereinheit 10 für die Leistung einer Antriebseinheit eines Kraftfahrzeugs. Die Steuereinrichtung 10 umfaßt dabei zwei voneinander unabhängige Mikrocomputer 12 und 14, die über einen Bus 16 zum gegenseitigen Informations- und Datenaustausch verbunden sind. Über Eingangsleitungen 18 bis 20, die Teil des Bussystems 16 sein können, werden dem Mikrocomputer 12 Betriebsgrößen der Antriebseinheit und/oder des Fahrzeugs von Meßeinrichtungen 22 bis 24 zugeführt. Diese Betriebsgrößen sind beispielsweise Motordrehzahl, eine Größe für die Motorlast, die Fahrpedalstellung, die Stellung des Leistungsstellelements der Antriebseinheit, etc. Ferner wird der Mikrocomputer 12 über eine Leitung 26 von einem Spannungsregler 28 mit einer stabilisierten Versorgungsspannung versorgt. Der Spannungsregler 28 ist dabei über die Leitung 30 und einen vom Fahrer betätigbaren Zündschalter 32 mit dem positiven Pol 34 des Bordnetzes des Fahrzeugs verbunden. Über wenigstens eine Ausgangsleitung 36 und eine Endstufenschaltung 38 steuert der Mikrocomputer 12 über die Ausgangsleitung 40 der Steuereinrichtung 10 ein die Motorleistung beeinflussendes Stellelement 42, im bevorzugten Ausführungsbeispiel die Drosselklappe einer Brennkraftmaschine, an. Der zweite Mikrocomputer 14 wird ebenfalls vom Spannungsregler 28 über eine Leitung 44 mit einer stabilisierten Versorgungsspannung versorgt. Ferner werden dem Mikrocomputer 14′ über Eingangsleitungen 46 bis 48, die ebenfalls Bestandteil des Bussystems 16 sein können, von Meßeinrichtungen 50 bis 52 Betriebsgrößen der Antriebseinheit und/oder des Fahrzeugs zugeführt. Diese Betriebsgrößen und damit die Meßeinrichtungen sind im bevorzugten Ausführungsbeispiel mit denen dem Mikrocomputer 12 zugeführten teilweise identisch. So wird im bevorzugten Ausführungsbeispiel dem Mikrocomputer 14 die Stellung des Fahrpedals (der Fahrerwunsch) und die Stellung des Leistungsstellelements 42 zu Überwachungszwecken zugeführt. Ferner ist eine Schaltungsanordnung 54 zur Koordination der Rücksetzvorgänge vorgesehen. Der Schaltungsanordnung 54 wird eine erste Leitung 56 und eine zweite Leitung 58 vom Spannungsregler 28 sowie eine oder mehrere Leitungen 60 und 62 von den Mikrocomputern 14 und 12 zugeführt. Über die erste Leitung wird eine geschaltete Versorgungsspannung (5V, von Klemme 15 über Leitung 30) zugeführt, während über die Leitung 58 der Versorgungsstrom von einer Dauerplus-Versorgung (5V, von Klemme 30 über die zweite Verbindung des Reglers 28 zu Plus) fließt. Als Ausgangsleitungen weist die Schaltungsanordnung 54 eine Leitung 64 zur Endstufenschaltung 38 sowie Leitungen zu den Mikrocomputer 12 und 14 auf, die durch die Doppelpfeile der Leitungen 60 und 62 symbolisiert sind. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind auch die Mikrocomputer 12 und 14 mit Dauerplus verbunden.

Im Normalbetrieb steuert der Mikrocomputer 12 in Abhängigkeit des aus der Fahrpedalstellung abgeleiteten Fahrerwunsches und gegebenenfalls weiterer Betriebsgrößen die Leistung der Antriebseinheit im Sinne des Fahrerwunsches. Anhand ausgewählter Betriebsgrößen und interner Größen überprüft der Mikrocomputer 14 die Funktionsweise des Mikrocomputers 12 und erzeugt im Falle eines erkannten Defekts im Mikrocomputer 12 ein Rücksetzsignal für den Mikrocomputer 12 sowie ein Verriegelungssignal für die Endstufenschaltung 38. Darüber hinaus umfaßt zumindest der Mikrocomputer 12 einen internen Watch-Dog, der die interne Funktionsweise des Mikrocomputers 12 überprüft. Erkennt diese Schaltung einen Defekt im Bereich des Mikrocomputers 12, so erzeugt diese ein Rücksetzsignal, das neben dem Mikrocomputer 12 den Mikrocomputer 14 zurücksetzt und die Endstufenschaltung 54 verriegelt. Entsprechend erzeugt der Mikrocomputer 14 bei einem erkannten internen Fehler Rücksetz- und Verriegelungssignale für den Mikrocomputer 12 und die Endstufenschaltung 54. Ferner ist bei Einschalten der Steuereinrichtung oder bei Unterspannung vorgesehen, daß der Spannungsregler 28 über die Leitung 56 ein entsprechendes Rücksetzsignal für die Mikrocomputer 12 und 14 sowie die Endstufenschaltung 54 erzeugt.

In Fig. 2 ist die Schaltungsanordnung 54 im Rahmen eines bevorzugten Ausführungsbeispieles näher ausgeführt. Dabei wird ein Baustein 100 eingesetzt, der vier logische UND-Verknüpfungen umfaßt. Über seinen Anschluß VCC ist der Baustein 100 an die Dauerversorgungsspannung VSTBY der Steuereinrichtung angeschlossen, über seinen Anschluß GND an Masse. Der ersten logischen UND-Verknüpfung 100a wird eine Leitung 101 vom Spannungsregler 28, auf der das Unterspannungs- und power-on-Rücksetzsignal RESET geführt wird, sowie vom Mikrocomputer 12 eine Eingangsleitung 102 zugeführt, auf der das Rücksetzsignal RSTOUTFR vom Mikrocomputer 12 bei internem Fehler oder Funktionsfehler geführt wird. Die Ausgangsleitung 104 der ersten UND-Verknüpfung 100a führt auf den Eingang RSTINSR des Mikrocomputers 14. Von der Leitung 101 wird eine Leitung 106 zum ersten Eingang der zweiten UND-Verknüpfung 100b geführt. Deren zweiter Eingang ist mit einer Leitung 108 vom Mikrocomputer 14 belegt, auf der das Rücksetzsignal SWRSTSR des Mikrocomputers 14 im Falle eines internen oder eines Funktionsfehlers geführt wird. Der Ausgang dieser UND-Verknüpfung ist eine Leitung 110, die auf den Eingang NMIFR des Mikrocomputers 12 führt. Von der Leitung 110 ist ein Widerstand R1 mit einem Kondensator C1 nach Masse geschaltet. Zwischen dem Widerstand R1 und dem Kondensator C1 geht eine Leitung 112 auf die beiden Eingänge der dritten UND-Verknüpfung 100c. Deren Ausgangsleitung 114 führt auf den Eingang RSTINFR des Mikrocomputers 12. Die vierte UND-Verknüpfung 100d weist als Eingangsleitungen die Leitung 116, die von der Leitung 104 ausgeht, sowie eine Leitung 118 vom Ausgang ESENSR des Mikrocomputers 14 auf, auf der ein Verriegelungssignal für die Endstufe im Fehlerfall geführt ist. Die Ausgangsleitung der vierten UND-Verknüpfung 120 führt auf den Eingang ESV der Endstufenschaltung 38.

Im bevorzugten Ausführungsbeispiel wird als Baustein 100 ein CMOS-IC, beispielsweise das Standard-HCMOS-Bauelement 74HC08, eingesetzt.

Bei Einschalten der Zündung erzeugt der Spannungsregler 28 wie auch im Fall einer Unterspannung das Rücksetzsignal RESET. Im bervorzugten Ausführungsbeispiel wird dazu der Signalpegel auf der Ausgangsleitung des Spannungsreglers 28 von einem hohen Wert (high) auf einen niedrigen Wert (low) verändert (vgl. Fig. 3a). Dieser "Power-on-reset" bzw. dieses Unterspannungsrücksetzsignal löst über die zweite UND-Verbindung und die Leitung 110 einen Pegelwechsel am Eingang NMIFR des Mikrocomputers 12 aus (vgl. Fig. 3b). Dieses Signal dient dem Mikrocomputer 12 zur Vorwarnung auf ein nach einer vorgegebenen Zeitverzögerung erfolgendes Rücksetzen. Der Mikrocomputer 12 hat somit Gelegenheit, wichtige Routinen durchzuführen. Die Realisierung der Verzögerung erfolgt durch die RC-Kombination, über die das von einem High- auf einen Low-Pegel sich ändernde Signal auf der Leitung 110 geführt wird. Durch die Verzögerung dieser Signaländerung im RC-Glied wird diese über die Leitung 112 an der dritten UND-Verbindung zeitverzögernd wirksam, so daß ein entsprechender Signalpegelwechsel auf der Leitung 114 gegenüber dem Signalpegelwechsel auf der Leitung 110 zeitverzögert erfolgt (vgl. Fig. 3c). Der Signalpegelwechsel auf der Leitung 114 löst den eigentlichen Rücksetzvorgang des Mikrocomputers 12 aus, der zum Rücksetzen des Mikrocomputers und zum Neustart (Neuinitialisierung) führt. Der "Power-on-reset" bzw. das Unterspannungsrücksetzsignal führt ferner über die Leitung 101 zu einem Signalpegelwechsel auf der Leitung 104, der Ausgangsleitung der ersten UND-Verbindung. Dadurch wird auch über die Leitung 116 eine entsprechende Signaländerung auf der Leitung 120 über die vierte UND-Verbindung erzeugt (vgl. Fig. 3e) und somit die Endstufe verriegelt. Ferner wird der Signalpegelwechsel auf der Leitung 104 direkt dem Eingang RSTINSR des Mikrocomputers 14 zugeführt (vgl. Fig. 3d), der somit zurückgesetzt und neu gestartet wird.

Neben eines "Power-on-resets" oder eines Rücksetzens bei Unterspannung wird in der bevorzugten Steuereinrichtung auf der Basis der dort vorgenommenen Überwachungen ein Rücksetzsignal durch den Mikrocomputer 14 bei unplausiblem Verhalten des Mikrocomputers 12 oder bei Eigenfehler ausgelöst. Über den Ausgang SWRSTSR und die Leitung 108 wird ein entsprechendes Signal durch einen Signalpegelwechsel von high auf low ausgegeben (vgl. Fig. 4a). Dieses Signal wird der zweiten UND-Verknüpfung zugeführt, durch die das unverzögerte Vorwarnsignal NMIFR (vgl. Fig. 4b) und wie oben beschrieben zeitverzögert das Rücksetzsignal RSTINFR für den Mikrocomputer 12 erzeugt wird (vgl. Fig. 4c). Darüber hinaus wird die Endstufenverriegelung durch einen entsprechenden Signalpegelwechsel auf dem Ausgang ESENSR des Mikrocomputers 14 über die vierte UND-Verknüpfung und die Leitung 120 wirksam (vgl. Fig. 4d).

Eine weitere Möglichkeit, die Steuereinrichtung zurücksetzt, ist ein Fehlerzustand im Mikrocomputer 12 selbst. Erkennt der dortige Watch-Dog oder die dort eingebauten Funktionsüberwachungen, daß ein Fehler vorliegt, so erzeugt dieser ein entsprechendes Rücksetzsignal. Dieses wird über den Ausgang RSTOUTSR ausgegeben und gleichzeitig der Funktionsrechner zurückgesetzt (vgl. Fig. 5a). Das Ausgangssignal wird auf die erste UND-Verknüpfung geführt, die über ihre Ausgangsleitung 104 einen Signalpegelwechsel sowohl am Eingang RSTINSR des Mikrocomputers 14 als auch auf der Leitung 116 an der vierten UND-Verknüpfung erzeugt (vgl. Fig. 5b und 5c). Durch den Signalpegelwechsel am Eingang RSTINSR wird der Mikrocomputer 14 zurückgesetzt, durch den Signalpegelwechsel an der vierten UND-Verknüpfung über die Leitung 120 die Endstufenschaltung 38 verriegeit.

Die Endstufenschaltungsverriegelung wird nach Abschluß der Rücksetz- und Initialisierungsequenzen durch entsprechenden Signalpegelwechsel auf den Rücksetzleitungen der Mikrocomputer bzw. des Spannungsreglers wieder freigegeben.

Bei allen Rücksetzvorgängen ausgelöst von anderen Bauelementen erhält der Mikrocomputer 12 ein erstes Rücksetzsignal unverzögert als Vorwarnsignal und zeitverzögert ein zweites Signal als eigentliches Rücksetzsignal, das die Rücksetzung und den Neustart auslöst. Die Länge der Zeitverzögerung ΔT wird dabei über die Zeitkonstante des RC-Gliedes R1 und C1 eingestellt. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel hat sich eine Zeitverzögerung von 10 µsec als geeignet erwiesen.

Anstelle der Zeitverzögerung des NMIFR-Signals über die UND-Verbindung wird in einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel das Signal NMIFR direkt über ein RC-Glied oder über einen einfachen Buffer auf den Reset-Eingang geschaltet.

Claims (10)

1. Einrichtung zum Rücksetzen eines Rechenelements, das Teil einer ein- und ausschaltbaren Steuereinrichtung ist, mit einer Schaltungsanordnung, die dem Rechenelement wenigstens ein Rücksetzsignal zuführt, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung an eine bei Ausschalten der Steuereinrichtung nicht abgeschalteten Versorgungsspannung angeschlossen ist und daß die Schaltungsanordnung dem Rechenelement das wenigstens eine Rücksetzsignal sowohl unverzögert als auch zeitverzögert zuführt.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung aus wenigstens zwei logischen UND-Verknüpfungen aufgebaut ist.

3. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei Rechenelemente vorgesehen sind, wobei das zweite Rechenelement ein Rücksetzsignal für das erste und das erste ein Rücksetzsignal für das zweite erzeugt.

4. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung wenigstens zwei UND-Verknüpfungen aufweist, an deren erste die Rücksetzsignale zugeführt und über deren Ausgang das unverzögerte Rücksetzsignal dem Rechenelement zugeführt wird, während dieses Signal zeitverzögert dem Eingang der zweiten UND-Verknüpfung zugeführt wird, deren Ausgang ein verzögertes Rücksetzsignal für das Rechenelement bereitstellt.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zeitverzögerung durch ein RC-Glied vorgenommen wird.

6. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Rechenelement bei einem Eigenfehler ein Rücksetzsignal ausgibt, welches sowohl die zugehörigen Leistungsendstufen verriegelt als auch das zweite Rechenelement zurücksetzt.

7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Spannungsregler vorgesehen ist zur Versorgung der Steuereinrichtung mit einer stabilisierten Spannung, der ein Rücksetzsignal bei Unterspannung oder beim Einschalten erzeugt, wobei dieses Rücksetzsignal ebenfalls einmal unverzögert und einmal verzögert dem Rechenelement zugeführt wird.

8. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung eine Steuereinrichtung zur Steuerung der Antriebsleistung eines Kraftfahrzeugs mit einem ersten Rechenelement und einem dieses überwachenden zweiten Rechenelement darstellt, wobei zur Steuerung der Leistung über ein Stellelement eine Endstufenschaltung vorgesehen ist.

9. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaltungsanordnung ein 4fach-UND-CMOS-IC ist.

10. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Endstufenschaltung von dem wenigstens einen Rechenelement verriegelbar und aktivierbar ist, wobei die entsprechenden Signal ebenfalls über die Schaltungsanordnung geführt werden.