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Die
Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Rücksetzen eines Rechenelements
gemäß dem Oberbegriff
des unabhängigen
Patentanspruchs.
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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.
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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.
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Das
US-Patent 4 234 920 beschreibt eine Schaltungsanordnung zum Rücksetzen
eines Rechners, wobei ein Rücksetzsignal
sowohl unmittelbar als auch zeitlich verzögert dem Rechenelement zugeführt wird.
Die dazu benutzte Schaltungsanordnung ist an dieselbe Stromversorgung
angeschlossen wie das Rechenelement selbst. Sie wird also entsprechend
dem Rechenelement selbst ein- und ausgeschaltet. Lediglich der Speicher
des Rechenelements ist an eine Dauerversorgung angeschlossen. Die
Funktionsfähigkeit
der Schaltungsanordnung zur Bildung der Rücksetzsignale ist daher nicht
in jedem Fall gewährleistet.
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Es
ist Aufgabe der Erfindung, eine Einrichtung zum Rücksetzen
eines Rechenelements anzugeben, durch welche ohne hohen Schaltungsaufwand
Rücksetzsignale
unterschiedlicher Quelle wirksam zusammenspielen und dabei die Gewährleistung
der Funktionsfähigkeit
zu verbessern.
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Dies
wird durch die kennzeichnenden Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs
erreicht.
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Vorteile der
Erfindung
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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.
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Die
Verfügbarkeit
wird durch die Versorgung einer die Rücksetzsignale verarbeitenden
Schaltungsanordnung aus einer vom Ein- und Ausschalten der Rechenelemente
unabhängigen
Dauerversorgung verbessert. Daher wird die optimale Funktion der Dauerversorgung
verbessert. Daher wird optimale Funktion der die Rechenelemente
enthaltenden Steuereinrichtung auch in ihrer Ein- und Ausschaltphase
gewährleistet.
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Besonders
vorteilhaft ist die Verwendung von Standard-HCMOS-Bauteilen, die
eine hohe Störsicherheit
und eine geringe Stromaufnahme (nur wenige μA) aufweisen.
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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.
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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 auslöst.
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Weitere
Vorteile ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen bzw.
aus den abhängigen
Patentansprüchen.
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Zeichnung
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand der in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsformen näher erläutert. Dabei
zeigt
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1 ein Übersichtsblockschaltbild einer Steuereinheit
für eine
Antriebseinheit im Rahmen eines bevorzugten Ausführungsbeispiels. 2 zeigt die erfindungsgemäße Lösung anhand
eines Schaltungsbeispiels, während
in den 3 bis 5 die Funktionsweise der
Schaltungsanordnung anhand von Zeitdiagrammen dargestellt ist.
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Beschreibung
von Ausführungsbeispielen
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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.
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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.
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In 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.
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Im
bevorzugten Ausführungsbeispiel
wird als Baustein 100 ein CMOS-IC, beispielsweise das Standard-HCMOS-Bauelement
74HC08, eingesetzt.
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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. 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. 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. 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. 3e)
und somit die Endstufe verriegelt. Ferner wird der Signalpegelwechsel
auf der Leitung 104 direkt dem Eingang RSTINSR des Mikrocomputers 14 zugeführt (vgl. 3d), der somit zurückgesetzt
und neu gestartet wird.
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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. 4a). Dieses Signal
wird der zweiten UND-Verknüpfung
zugeführt,
durch die das unverzögerte
Vorwarnsignal NMIFR (vgl. 4b)
und wie oben beschrieben zeitverzögert das Rücksetzsignal RSTINFR für den Mikrocomputer 12 erzeugt
wird (vgl. 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. 4d).
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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. 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. 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 verriegelt.
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Die
Endstufenschaltungsverriegelung wird nach Abschluß der Rücksetz-
und Initialisierungsequenzen durch entsprechenden Signalpegelwechsel auf
den Rücksetzleitungen
der Mikrocomputer bzw. des Spannungsreglers wieder freigegeben.
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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.
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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.