DE19717686A1 - Schaltungsanordnung für ein Kraftfahrzeug-Regelungssystem - Google Patents
Schaltungsanordnung für ein Kraftfahrzeug-RegelungssystemInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung, die
ganz allgemein für ein Kraftfahrzeugregelungssystem und ins
besondere für sicherheitskritische Regelungen, wie ABS, ASR,
ASMS, Brake-by-wire, Fahrwerksregelungen etc., vorgesehen
ist.
Zu den sicherheitskritischen Regelungen dieser Art zählen
u. a. die in die Bremsenfunktion eines Kraftfahrzeugs ein
greifenden Regelungssysteme, die in großer Anzahl und großer
Vielfalt auf dem Markt sind. Beispiele hierfür sind die An
tiblockiersysteme (ABS), Antriebsschlupfregelungssysteme
(ASR), Fahrstabilitätsregelungen (FDR, ASMS), Fahrwerksrege
lungssysteme etc. Ein Ausfall eines solchen Regelungssystems
führt zur Gefährdung der Fahrstabilität des Fahrzeugs. Daher
wird die Funktionsfähigkeit der Systeme ständig überwacht,
um beim Auftreten eines Fehlers die Regelung abschalten oder
in einen für die Sicherheit weniger gefährlichen Zustand um
schalten zu können.
Noch kritischer sind Bremssysteme bzw. Kraftfahrzeug-Re
gelungssysteme, bei denen bei Ausfall der Elektronik keine
Umschaltung auf ein mechanisches oder hydraulisches System
möglich ist. Hierzu zählen Bremssystemkonzepte, wie "Brake
by-wire", die voraussichtlich in der Zukunft noch an
Bedeutung gewinnen werden; die Bremsenfunktion ist bei sol
chen Systemen auf eine intakte Elektronik angewiesen.
Ein Beispiel für eine Schaltungsanordnung oder ein Micro
prozessorsystem zur Steuerung und Überwachung einer
blockiergeschützten Fahrzeugbremsanlage ist aus der DE 32 34 637 C2
bekannt. Es werden die Eingangsdaten zwei identisch
programmierten Microcomputern parallel zugeführt und syn
chron verarbeitet. Die Ausgangssignale und Zwischensignale
der beiden Microcomputern werden mit Hilfe von redundanten
Vergleichern auf Übereinstimmung geprüft. Wenn die Signale
voneinander abweichen, wird über eine ebenfalls redundant
ausgelegte Schaltung die Regelung abgeschaltet.
Nach einem anderen, aus der DE 41 37 124 A1 bekannten Sy
stem, werden die Eingangsdaten ebenfalls zwei Microcomputern
parallel zugeführt, von denen jedoch nur einer die vollstän
dige, aufwendige Signalverarbeitung ausführt. Der zweite Mi
crocomputer dient vornehmlich zur Überwachung, weshalb die
Eingangssignale mit Hilfe vereinfachter Regelalgorithmen und
vereinfachter Regelpilosophie weiterverarbeitet werden kön
nen. Die vereinfachte Datenverarbeitung reicht zur Erzeugung
von Signalen aus, die durch Vergleich mit den in dem aufwen
digeren Microcomputer verarbeiteten Signalen Rückschlüsse
auf den ordnungsgemäßen Betrieb des Systems zulassen. Durch
die Verwendung eines Prüf-Microcomputers geringerer
Leistungsfähigkeit läßt sich der Herstellungsaufwand im Ver
gleich zu einem System mit zwei vollständigen, aufwendigen
Microcomputern gleicher Leistung reduzieren.
Aus der DE 43 41 082 A1 ist bereits ein Mikroprozessorsystem
bekannt, das insbesondere für das Regelsystem einer blo
ckiergeschützten Bremsanlage vorgesehen ist. Dieses bekannte
System, das auf einem einzigen Chip untergebracht werden
kann, enthält zwei Zentraleinheiten, in denen die Eingangs
daten parallel verarbeitet werden. Die Festwert- und die
Schreib-Lese-Speicher, die an die beiden Zentraleinheiten
angeschlossen sind, enthalten zusätzliche Speicherplätze für
Prüfinformationen und umfassen jeweils einen Generator zur
Erzeugung von Prüfinformationen. Die Ausgangssignale eines
der beiden Zentraleinheiten werden zur Erzeugung der Steuer
signale weiterverarbeitet, während die andere als passive
Zentraleinheit lediglich zur Überwachung der aktiven Zen
traleinheit dient.
Schließlich ist aus der DE 195 29 434 A1 ein Mikroprozessor
system bekannt, bei dem auf einem oder auf mehreren Chips
zwei synchron betriebene Zentraleinheiten angeordnet sind,
die die gleichen Eingangsinformationen erhalten und das
gleiche Programm abarbeiten. Die beiden Zentraleinheiten
sind über separate Bus-Systeme an die Festwert- und an die
Schreib-Lese-Speicher sowie an Eingabe- und Ausgabeeinheiten
angeschlossen. Die Bus-Systeme sind untereinander durch By
pässe verbunden, die den beiden Zentraleinheiten ein gemein
sames Lesen und Abarbeiten der zur Verfügung stehenden Da
ten, einschließlich der Prüfdaten oder Redundanzdaten, und
der Befehle ermöglichen. Dieses bekannte, auf redundante
Datenverarbeitung beruhende System ermöglicht eine Einspa
rung von Speicherplätzen, was wiederum zu einer Reduzierung
des Herstellungsaufwandes führt.
Alle vorgenannten Systeme beruhen grundsätzlich auf dem Ver
gleich redundant verarbeiteter Daten und der Erzeugung eines
Fehlersignals, wenn Abweichungen zwischen den Datenverarbei
tungsergebnissen oder -zwischenergebnissen auftreten. Bei
Fehlererkennung, d. h. bei Auftreten eines Fehlers oder Aus
fall eines Systems, wird dann die Regelung abgeschaltet. In
keinem Fall ist eine Notlauffunktion, nämlich eine Fortset
zung der Regelung nach dem Auftreten des Fehlers, möglich,
weil bei der beschriebenen Art der Fehlererkennung nicht
festgestellt werden kann, welches System noch intakt ist.
Eine Notlauffunktion auf Basis solcher bekannten Schaltungen
wäre grundsätzlich nur durch Verdoppelung der redundanten
Systeme in Verbindung mit einem Identifizieren und Abschal
ten der Fehlerquelle denkbar.
Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde,
eine Schaltungsanordnung zu entwickeln, die im Vergleich zu
den beschriebenen bekannten Verfahren höchstens geringen
Mehraufwand erfordert und die dennoch beim Auftreten eines
Fehlers einen Übergang in eine Notlauffunktion zuläßt.
Es hat sich herausgestellt, daß diese Aufgabe durch die im
Anspruch 1 beschriebene Schaltungsanordnung gelöst werden
kann. Nach den kennzeichnenden Merkmalen der Erfindung ist
die Schaltungsanordnung zwei- oder mehrkreisig aufgebaut,
wobei jeder Kreis ein komplettes Mikroprozessorsystem ent
hält, welches die Eingangsdaten oder Eingangsinformationen
verarbeitet und bei Auftreten eines Fehlers ein Fehlererken
nungssignal liefert; bei Fehlererkennung erfolgt dann ein
Übergang in eine Notlauffunktion.
Nach einem besonders vorteilhaften Ausführungsbeispiel der
Erfindung werden in jedem Mikroprozessorsystem die Eingangs
daten dieses Systems redundant verarbeitet und die Da
tenverarbeitungsergebnisse oder Zwischenergebnisse vergli
chen, und es wird beim Auftreten von Abweichungen zwischen
den Ergebnissen das Fehlererkennungssignal erzeugt.
Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung läßt sich sehr ein
fach auf Basis bekannter Schaltungen, z. B. der zuvor
geschilderten bekannten Systeme oder Schaltungen, die ein
Fehlererkennungssignal liefern, realisieren. Wichtig ist,
daß nicht nur das Auftreten eines Fehlers signalisiert wird,
sondern daß auch erkennbar ist, welches System oder welcher
Kreis fehlerbehaftet bzw. weiterhin intakt ist.
Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung werden
jedem Kreis oder Mikroprozessorsystem nur die für den be
treffenden Kreis benötigten Eingangsdaten zugeführt. Bei
Ausfall des Kreises und Übergang in die Notlauffunktion
fällt dann der Kreis, in dem der Fehler auftrat, aus. Die
Aktuatoren des betreffenden Kreises werden nicht mehr ange
steuert. Handelt es sich beispielsweise um eine
Kraftfahrzeug-Bremsanlage mit diagonaler Bremsaufteilung,
genügt es, in der Notlauffunktion die Bremsen eines Kreises
zu betätigen. Es entsteht die gleiche Situation wie beim
Ausfall eines hydraulischen Bremskreises einer bekannten,
zweikreisigen Bremsanlage mit diagonaler Aufteilung.
Eine alternative Ausführungsart der Erfindung besteht darin,
daß jedem Kreis oder jedem Mikroprozessorsystem alle Ein
gangsdaten direkt oder über Kommunikationseinheiten, die die
einzelnen Mikroprozessorsystemen verbinden, zugeführt werden
und daß bei Ausfall eines Kreises durch Anschalten der Ak
tuatorbetätigung an einen der intakten Kreise die Aktuator
ansteuerung in der Notlauffunktion ohne Einschränkungen
fortgesetzt wird.
Auch hat es sich als zweckmäßig erwiesen, die erfindungs
gemäße Schaltungsanordnung für eine Kombination von mehreren
Kraftfahrzeug-Regelungssystemen, wie Brake-by-wire, ABS,
ASR, ASMS etc., auszulegen, wobei die Notlauffunktion entwe
der die Aufrechterhaltung des Betriebs aller Regelungssyste
me oder nur die Aufrechterhaltung des Betriebs ausgewählter
Regelungsfunktionen, z. B. besonders sicherheitskritischer
Funktionen, erfaßt. Dabei ist es vorteilhaft, wenn im Feh
lerfall diese speziellen Funktionen durch die intakten Krei
se übernommen werden.
Einige weitere Ausführungsbeispiele sind in den Un
teransprüchen beschrieben.
Aus der beigefügten Abbildung, die in schematisch ver
einfachter Darstellung die wichtigsten Komponenten einer
Schaltungsanordnung nach der Erfindung wiedergibt, und aus
der folgenden Erläuterung gehen weitere Einzelheiten der
Erfindung sowie der prinzipielle Aufbau und die Wirkungs
weise einer Schaltungsanordnung nach der Erfindung hervor.
Die dargestellte Schaltungsanordnung ist beispielsweise zur
Steuerung und Regelung einer blockiergeschützten
Kraftfahrzeug-Bremsanlage und insbesondere einer rein
elektrischen, nach dem Brake-by-Wire-Konzept aufgebauten
Bremsanlage geeignet. Eine Abschaltung der Elektronik und
"Rückfall" in eine (hydraulische oder mechanische) Grundfunk
tion ist bei solchen Bremsanlagen, die rein elektrisch funk
tionieren, prinzipbedingt nicht möglich. Beim Auftreten ei
nes Fehlers ist folglich eine Notlauffunktion, die eine
weitere Bremsbetätigung zuläßt, unbedingt notwendig.
Die wiedergegebene Schaltungsanordnung besteht im Prinzip
aus zwei vollständigen, voneinander unabhängigen Kreisen
I, II mit den Mikroprozessorsystemen 1, 2, zu denen jeweils
auch eine Eingangsdaten oder Eingangsinformationen
aufnehmende und erfassende Schaltung 3, 4 sowie eine die
Ausgangssignale der Mikroprozessorsysteme 1, 2 auswertende
Aktuatorbetätigung 5, 6 gehören. Ein weiterer, nicht
verzichtbarer Bestandteil der erfindungsgemäßen Schal
tungsanordnung ist die individuelle Energieversorgung 7, 8,
die hier als Zuführungsleitung zu den einzelnen Komponenten
der beiden dargestellten Kreise I, II oder
Mikroprozessorsystemen 1, 2 durch gestrichelte Doppellinie
symbolisiert ist.
Die zusammen einen Kreis I, II bildenden Komponenten der er
findungsgemäßen Schaltungsanordnung sind in der Abbildung
durch einen strich-punktierten Rahmen zusammengefaßt. Jeder
Kreis I, II enthält ein komplettes Mikroprozessorsystem,
einschließlich der Peripherie. Zum Kreis I gehören folglich
die Komponenten 1, 3, ein Umschalter 9 und die Energieversor
gung 7, zum Kreis II die Komponenten 2, 4, ein Umschalter 10
und die Energieversorgung 8. Bei einer Bremsanlage werden
zweckmäßigerweise die beiden Kreise I, II jeweils zur Steue
rung der Bremsen einer Fahrzeugdiagonalen zugeordnet.
Bei einer Kraftfahrzeug-Bremsanlage liefern die Radsensoren
die wichtigsten Eingangsgrößen des Regelungssystems. Folg
lich dienen die Eingangsschaltungen 3, 4 zur Erfassung der
Radsensordaten. Als Aktuatoren kommen Ventile oder, bei ei
nem Brake-by-wire-Konzept, Elektromotoren, die die einzelnen
Radbremsen betätigen, in Frage. Zur Versorgung mit
elektrischer Energie können die Quellen 7, 8 sogar aus ge
trennten Fahrzeug-Batterien UB1, UB2 oder aus getrennten
Batteriezellen versorgt werden.
Die Signalwege oder Datenwege von den Mikroprozessorsystemen
1 und 2 zu den zugehörigen Aktuatorbetätigungen 5, 6 führen
nach der Darstellung jeweils über einen der Umschalter 9, 10.
In der Ruhestellung des Umschalters ist die Verbindung von
dem Mikroprozessorsystem 1, 2 zu der zugehörigen Aktuatorbe
tätigung 5, 6 geschlossen. Beim Auftreten eines Fehlererken
nungssignals FAIL, das der fehlerbehaftete Kreis bzw. das
Mikroprozessorsystem 1 oder 11, in dem der Fehler auftritt,
ausgibt, wird der Umschalter 9 oder 10 in seine zweite
Schaltposition umgelegt, in der die Ansteuerung der Aktuato
ren des defekten Kreises I oder II von dem intakten Kreis II
oder I übernommen wird. Werden dem intakten Mikroprozessor
system alle Eingangsdaten zugeführt, kann auch nach der Um
legung des Umschalters 9 oder 10 und damit nach dem Übergang
in die Notlauffunktion die Bremsenbetätigung uneingeschränkt
fortgesetzt werden.
Die Anschlüsse S1 bis S4 der Signalerfassung 3, 4 symbolisie
ren die Eingänge zur Aufnahme der Radsensordaten. Ein Ein
gang Pd dient bei einem Brake-by-wire-Konzept zur Entgegen
nahme der Bremspedal-Betätigungsdaten.
Ein eindeutiges Fehlererkennungssignal läßt sich bekanntlich
bei Verwendung eines Mikroprozessorsystems mit redundanter
Signalverarbeitung durch Vergleich der Datenverarbeitungs
ergebnisse oder -zwischenergebnisse erzeugen. Beim Vorliegen
eines Fehlers ist die Übereinstimmung nicht mehr gegeben.
Dieses Signal wird erfindungsgemäß zum Umschalten in die
Notlauffunktion ausgewertet.
Die zu den Kreisen I, II gehörenden Mikroprozessorsysteme 1, 2
sind durch eine Kommunikation-Einrichtung 11 miteinander
verbunden. Über diesen Weg besteht ein Datenaustausch, der
sicherstellt, daß alle Eingangsdaten und auch Zwischenergeb
nisse der Datenverarbeitung in beiden Mikroprozessorsystemen
1, 2 verarbeitet und ausgewertet werden können. Ist eine sol
che Kommunikations-Einrichtung vorhanden,genügt es, den bei
den Eingangsdaten-Erfassungseinrichtungen 3, 4 nur die für
den jeweiligen Kreis I oder II benötigten Daten zuzuführen.
Über diese Kommunikations-Einrichtung 11 können außerdem in
bekannter Weise vielfältige Überwachungsmaßnahmen realisiert
werden.
Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Schaltungs
anordnung besteht darin, daß diese aus zwei gleichartigen
Kreisen I, II mit redundanter Datenverarbeitung besteht. Je
der Kreis I oder II kann für ein Regelungssystem eingesetzt
werden, bei dem im Fehlerfall bei Abschaltung der Elektronik
oder der Aktuatorbetätigung eine mechanische oder hydrau
lische Notlauffunktion gegeben ist. Bei dem beschriebenen
Ausführungsbeispiel der Erfindung, das ein elektrisch zwei
kreisiges System I, II darstellt, wird beim Auftreten eines
Fehlers entweder ein Kreis I oder II abgeschaltet oder die
Aktuatorbetätigung dieses Kreises von dem intakten Kreis
übernommen. Beide Maßnahmen führen zu einer Notlauffunktion;
die erste Maßnahme zu einer Notlauffunktion unter Inkauf
nahme eine Bremswegverlängerung etc., während die zweite
Maßnahme die Bremsenfunktion uneingeschränkt aufrechterhält
und lediglich die Funktionssicherheit beim (relativ unwahr
scheinlichen) Auftreten noch weiterer Fehler beeinträchtigt
und damit das Sicherheitsniveau reduziert.
Es ist grundsätzlich auch möglich, die Übernahme der Ak
tuatorbetätigung als Folge einer Fehlererkennung auf beson
ders kritische Regelungsfunktionen zu beschränken. Dies ist
insbesondere dann zweckmäßig, wenn die beschriebene
Schaltungsanordnung eine Kombination mehrerer,
sicherheitskritischer und weniger sicherheitskritischer Re
gelungssysteme oder Regelungsfunktionen umfaßt. Während des
Notlaufs sollte dann zumindest eine konventionelle oder
Standardbremsfunktion gewährleistet sein.
Das Betätigen der Umschalter 9, 10, die durch Hardware- aber
auch durch Software realisiert werden können, setzt die Feh
lererkennung und Identifikation der Fehlerquelle oder des
Fehlerortes voraus. Grundsätzlich ist es möglich, das Um
schalten von einer Majoritätsentscheidung abhängig zu ma
chen, wenn die Datenverarbeitung auf mehr als zwei (redun
danten) Wegen erfolgt. Im beschriebenen Beispiel werden in
jedem der beiden Mikroprozessorsystemen 1, 2 die Daten redun
dant verarbeitet, so daß jedes System allein zur Fehlerer
kennung und -signalisierung in der Lage ist. Es genügt zu
wissen, in welchem Kreis oder Mikroprozessorsystem der Feh
ler auftritt.
Claims (12)
1. Schaltungsanordnung für ein Kraftfahrzeug-Regelungssy
stem, insbesondere für sicherheitskritische Regelungen,
wie ABS, ASR, ASMS, Brake-by-wire etc., dadurch gekenn
zeichnet, daß diese zwei- oder mehrkreisig aufgebaut
ist, daß jeder Kreis (I, II) ein komplettes Mikroprozes
sorsystem (1, 2) enthält, welches die Eingangsdaten bzw.
Eingangsinformationen verarbeitet und bei Auftreten ei
nes Fehlers ein Fehlerkennungssignal (FAIL) liefert, und
daß bei Fehlererkennung ein Übergang in eine Notlauf
funktion erfolgt.
2. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekenn
zeichnet, daß die einzelnen Mikroprozessorsysteme (1, 2)
die Eingangsdaten bzw. -informationen redundant ver
arbeiten und beim Auftreten einer Abweichung zwischen
den redundant gewonnenen Datenverarbeitungsergebnissen
und/oder -zwischenergebnissen das Fehlererkennungssignal
(FAIL) hervorrufen.
3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß den Mikroprozessorsystemen (1, 2) je
weils nur die für die betreffenden Kreise (I, II) benö
tigten Eingangsdaten oder -informationen zugeführt wer
den.
4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch ge
kennzeichnet, daß jedem Mikroprozessorsystem (1, 2) die
für die gesamte Regelung benötigten Eingangsdaten oder -
informationen zugeführt werden.
5. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der Ansprü
che 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Mi
kroprozessorsysteme (1, 2) der einzelnen Kreise (I, II)
durch Kommunikationseinheiten oder Datenaustauscheinhei
ten (11) untereinander verbunden sind.
6. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der Ansprü
che 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kreis
(I, II) bzw. jedes Mikroprozessorsystem (1, 2) mit eigener
Peripherie, nämlich mit eigener Energieversorgung (7, 8),
eigener Eingangsdaten- bzw. Signalerfassung (3, 4)
und/oder mit eigener Ausgangssignalauswertung oder Ak
tuatorbetätigung (5, 6) ausgerüstet ist.
7. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der Ansprü
che 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang in
die Notlauffunktion durch Abschalten des fehlerhaften
Kreises (I oder II) erfolgt.
8. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der Ansprü
che 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Übergang in
die Notlauffunktion durch Abschalten des fehlerhaften
Kreises (I oder II) und Anschalten bzw. Übernahme der
Ausgangssignalauswertung oder Aktuatorbetätigung (6 oder
5) durch einen intakten Kreis erfolgt.
9. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der Ansprü
che 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß bei einem Feh
ler im Eingangsbereich, bei der Sensorsignalauswertung
(3, 4) etc. eine gemeinsame Nutzung bzw. Auswertung der
korrekten Eingangsdaten durch alle Mikroprozessorsysteme
(I, II) erfolgt.
10. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der Ansprü
che 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß diese zwei kom
pletten Mikroprozessorsysteme (1, 2) mit eigener Periphe
rie umfaßt und zur Steuerung und/oder Regelung einer
Kraftfahrzeug-Bremsanlage vorgesehen ist und daß jeder
Kreis die Bremsen einer Fahrzeug-Diagonalen oder einer
Fahrzeugachse ansteuert.
11. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der Ansprü
che 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß diese für meh
rere oder eine Kombination von Kraftfahrzeug-Regelungs
systemen, wie Brake-by-wire, ABS, ASR, ASMS etc., ausge
legt ist und daß die Notlauffunktion die Aufrecht
erhaltung des Betriebs aller Regelungssysteme erfaßt.
12. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der Ansprü
che 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß diese für meh
rere oder eine Kombination von Kraftfahrzeug-Regelungs
systemen ausgelegt ist und daß die Notlauffunktion auf
die Aufrechterhaltung des Betriebs ausgewählter Re
gelungsfunktionen, z. B. besonders sicherheitskritischer
Funktionen, beschränkt ist.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OM8 | Search report available as to paragraph 43 lit. 1 sentence 1 patent law | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: CONTINENTAL TEVES AG & CO. OHG, 60488 FRANKFURT, D |
|
8110 | Request for examination paragraph 44 | ||
R119 | Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee |