WO1987003044A1 - Computer system with two processors - Google Patents

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Abstract

A computer system comprising two processors (P1, P2) to control the parameters of an internal combustion engine, in particular to adjust the digital controller of a Diesel injection pump. Both processors (P1, P2) share in normal operation the computing duties, and in the case of a breakdown each of the processors (P1; P2) can, acting as a stand-by computer, provide an emergency operating mode. Through greater redundancy and shared duties in normal operation it is possible to considerably increase safety and speed of operation.

Description

Rechnersystem mit zwei Prozessoren Computer system with two processors
Stand der TechnikState of the art
Die Erfindung geht aus von einem Rechnersystem mit zwei Prozessoren zur Regelung von Kenngrößen einer Brsnnkraftmaschine nach der Gattung des Hauptanspruchs. Es sind Rechnersysteme mit einer Funktionsaufteilung bekannt, bei denen ein Hauptrechner im Normalbetrieb, der den störungsfreien Zustand darstellt, die gesamte Rechnerbelastung für die erforderlichen Steuer- und Regelfunktionen übernimmt. Ein zweiter Rechner, der ausschließlich als Notrechner dient, kann bei Ausfall des Hauptrechners Notfunktionen übernehmen und damit einen eingeschränkten Betrieb aufrechterhalten . Da jedoch der Hauptrechner für αen Normalbetrieb sämtliche Rechnerfunktionen, beispielsweise zur Bestimmung der Einspritzmenge und des Einspritzzeitpunkts in Abhängigkeit von der Drehzahl und der Stellung des Fußfahrgebers, zu übernehmen hat, ist für den Hauptrechner eine entsprechend große Speicher- und Rechenkapazität erforderlich. Der außerdem notwendigeThe invention relates to a computer system with two processors for controlling parameters of an internal combustion engine according to the type of the main claim. Computer systems with a division of functions are known in which a main computer in normal operation, which represents the fault-free state, takes over the entire computer load for the necessary control and regulating functions. A second computer, which is used exclusively as an emergency computer, can take over emergency functions in the event of a failure of the main computer and thus maintain restricted operation. However, since the main computer has to perform all the computer functions for normal operation, for example to determine the injection quantity and the injection timing depending on the speed and the position of the pedestrian, a correspondingly large storage and computing capacity is required for the main computer. The also necessary
Notrechner kommt nur im Störungsfall zum Einsatz, weshalb dieser Notrechner im allgemeinen ungenutzt bleibt.Emergency computer is only used in the event of a fault, which is why this emergency computer is generally not used.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Das erfindungsgemäße Rechnersystem mit den Merkmalen des Hauptanspruchs hat den Vorteil aufgrund der Verteilung der Rechnerbelastung im Normalbetrieb auf zwei Prozessoren, eine hohe Rechnergeschwindigkeit bei der Bestimmung wesentlicher Stellgrößen zu ermöglichen. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn zur Regelung der Regelstange einer Diesel-Einspritzpumpe die Bestimmung des Sollwerts im einen Prozessor, dagegen die Berechnung der Stellgröße in Abhängigkeit von der Differenz zwischen Sollwert und Istwert im anderen Prozessor erfolgt. Durch die- se Maßnahme kann die Regelgeschwindigkeit stark erhöht werden, ohne daß die übrigen Steuerungs- und Überwachungsaufgaben, die von den beiden Prozessoren durchgeführt werden müssen, beeinträchtigt würden.The computer system according to the invention with the features of The main claim has the advantage, due to the distribution of the computer load in normal operation over two processors, of enabling a high computer speed in determining essential manipulated variables. It is particularly advantageous if, in order to regulate the control rod of a diesel injection pump, the setpoint is determined in one processor, whereas the manipulated variable is calculated as a function of the difference between the setpoint and the actual value in the other processor. This measure allows the control speed to be increased significantly without impairing the other control and monitoring tasks that must be carried out by the two processors.
Zur Erhöhung der Betriebssicherheit werden den beiden Prozessoren die wesentlichen Betriebszustände über jeweils duplizierte Geber zugeführt. Insbesondere Drehzahlgeber, Fußfahrgeber und der die Bremsenstellung überwachende Geber können doppelt vorgesehen sein. Bei Aus- fall eines dieser Geber erfolgt eine Umschaltung auf den entsprechenden anderen Geber.To increase operational reliability, the two processors are supplied with the essential operating states via duplicated encoders. In particular, speed sensor, foot pedal sensor and the sensor monitoring the brake position can be provided in duplicate. If one of these sensors fails, the corresponding other sensor is switched over.
Zur Überwachung der Einstellung der Einspritzpumpe bzw. der Stellung der Regelstange ist ein Regelweggeber vor- gesehen, der den Istwert an die Prozessoren meldet.To monitor the setting of the injection pump or the position of the control rod, a control path transmitter is provided which reports the actual value to the processors.
Tritt im Regelweggeber ein Defekt auf, kann die Regelstange über einen Proportional-Differential-Verstellregler durch den Sollwert eingestellt werden. Dadurch wird zumindest näherungsweise die Regelstange dem jeweiligen Betriebszustand entsprechend eingestellt.If a defect occurs in the control path encoder, the control rod can be adjusted by the setpoint using a proportional-differential adjustment controller. As a result, the control rod is at least approximately adjusted to the respective operating state.
Zeichnungdrawing
Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert:. Das in der Zeichnung dargestellte Blockschaltbild zeigt ein Rechnersystem mit einem ersten Prozessor P1 und einem zweiten Prozessor P2, die teilweise identische Steuer- und Regeleinrichtungen aufweisen. Der Prozessor P1 umfaßt eine Mengenregelung 11, der eingangsseitig Gebersignale von der Bremse, dem Fußfahrgeber FFG und einem ersten Drehzahlgeber D1 zugeführt werden. Der Drehzahlgeber D1 ist über einen steuerbaren Umschalter S11 mit der Mengenregelung 11 verbunden. Das Ausgangssignal der Mengenregelung, welches den Sollwert USOLL darstellt, wird einem Proportional-Differential-Verstellregler 12 und einem Vergleicher 13 an seinem positiven Eingang zugeführt. Am negativen Eingang des Vergleichers 13 liegt der Istwert UIST an, der die Stellung der Regelstange der Einspritzpumpe repräsentiert. Das ausgangsseitige Differanzsignal des Vergleichers 13 wird einem Stellregler 14 zugefϋhrt Die Ausgänge des PD-Verstellreglers 12 und des Stellreglers 14 sind wahlweise über einen nachgeschalteten steuerbaren Umschalter S12 und über zwei weitere externe Umschalter S1, S2 mit dem Eingang einer Endstufe E verbindbar, die zur Betätigung der als Einstellorgan dienenden Regelstange einer Einspritzpumpe vorgesehen ist.The invention is explained in more detail below with reference to an embodiment shown in the drawing: The block diagram shown in the drawing shows a computer system with a first processor P1 and a second processor P2, some of which have identical control and regulating devices. The processor P1 comprises a quantity control 11, to which input signals from the brake, the foot pedal FFG and a first speed sensor D1 are fed on the input side. The speed sensor D1 is connected to the quantity control 11 via a controllable changeover switch S11. The output signal of the quantity control, which represents the target value U TARGET , is fed to a proportional differential adjustment controller 12 and a comparator 13 at its positive input. The actual value U IST , which represents the position of the control rod of the injection pump, is present at the negative input of the comparator 13. The output-side difference signal of the comparator 13 is fed to a control controller 14. The outputs of the PD adjustment controller 12 and the control controller 14 can optionally be connected to the input of an output stage E via a controllable changeover switch S12 and two further external changeover switches S1, S2, which are used for actuation the control rod of an injection pump serving as an adjusting element is provided.
Der zweite Prozessor P2 besitzt ebenfalls eine M engenregelung 21, die jedoch nur bei einem Defekt in der Mengenregelung 11 oder im Prozessor P1 mittels eines nachgeschalteten Umschalters S23 wirksam geschaltet wird. Um dies zu veranschaulichen sind entsprechende Signal- leitungen, die bei einem Defekt im Prozessor P1 oder bei einem Defekt in der Mengenregelung 11 eine logische " I " aufweisen über eine ODER-Schaltung mit dem Steuereingang des Umschalters S 23 verbunden, der bei Anliegen einer logischen "I" die andere, hier nicht dargestellte Scnalterstellung einnimmt und den Ausgang der Mengerregelurg 21 mit dem Eingang des PD-Verstellreglers 22 verbincet. Ein im Prozessor P2 vorgesehener Umschalter S21, ein Vergleicher 23, ein Stellregler 24 und ein steuerbarer Umschalter S22 entsprechen in ihrer Funktion den entsprechenden oben beschriebenen Einrichtungen. Entsprechend werden auch der Mengenregelung 21 Gebersignale von einem Drehzahlgeber D2, vom Fußfahrgeber FFG und von einem die Stellung der Bremse kennzeichnenden Geber zugeführt.The second processor P2 also has a narrow-range control 21, which, however, is only activated in the event of a defect in the quantity control 11 or in the processor P1 by means of a switch S23 connected downstream. In order to illustrate this, corresponding signal lines which have a logic "I" in the event of a defect in the processor P1 or a defect in the quantity control 11 are connected via an OR circuit to the control input of the switch S 23 which is connected when a logic "I" occupies the other switch position, not shown here, and connects the output of the Menger control unit 21 to the input of the PD adjustment controller 22. A changeover switch S21 provided in the processor P2, a comparator 23, a setting regulator 24 and a controllable changeover switch S22 correspond in their function to the corresponding devices described above. Correspondingly, the quantity control is also supplied with 21 sensor signals from a speed sensor D2, from the pedestrian sensor FFG and from a sensor which characterizes the position of the brake.
Die im Ausführungsbeispiel dargestellten Schalterstellungen entsprechen dem störungsfreien Normalbetrieb. Der Sollwert USOL L wird in diesem Fall über eine serielle Schnittstelle und über den Umschalter S23 von der Mengenregelung 11 zum Vergleicher 23 des Prozessors P2 übertragen. Dort erfolgt der Vergleich mit dem Istwert UIST und in Abhängigkeit von der ermittelten Differenz gibt der Stellregler 24 über den Umschalter S22 den StellwertThe switch positions shown in the exemplary embodiment correspond to the normal, trouble-free operation. In this case, the setpoint U SOL L is transmitted from the quantity control 11 to the comparator 23 of the processor P2 via a serial interface and the changeover switch S23. There the comparison is made with the actual value U IST and, depending on the difference determined, the control controller 24 outputs the control value via the changeover switch S22
UST ELL an die Endstufe E zur Einstellung der Regelstange weiter. Die Mengenregelung 21 ist in diesem Zustand nicht wirksam.U ST ELL to output stage E to adjust the control rod. The quantity control 21 is not effective in this state.
Ist einer der Drehzahlgeber D1, D2 defekt, veranlaßt d ie jeweils zugehörige Steuerung 15 oder 25 eine Umschaltung des zugehörigen Umschalters S11 oder S21. Tritt beispielsweise im Drehzahlgeber D1 ein Defekt auf, wirc der Umschalter S11 über die zugeordnete Steuerung 15 in die andere, hier nicht dargestellte Stellung gebracht, so daß über eine Brücke die Gebersignale des Drehzahlgebers D2 zum Eingang der Mengenregelung 11 gelangen können.If one of the speed sensors D1, D2 is defective, the associated control 15 or 25 causes the associated switch S11 or S21 to be switched over. If, for example, a defect occurs in the speed sensor D1, the changeover switch S11 is brought into the other position (not shown here) via the associated controller 15, so that the sensor signals of the speed sensor D2 can reach the input of the quantity control 11 via a bridge.
Den Umschaltern S12 und S22 sind Steuerungen 16 und 26 zugeordnet, die bei einem Defekt am Regelweggeber eine Umschaltung bewirken, so daß die Stellregler 14, 24 wirkungslos und die PD -Verst e l lreg ler 12, 22 wirksam werden. Die beiden Prozessoren P1, P2 werden mittels zugeordneten Überwachungsschaltungen UE1 und UE2 in ihrer Funktion überwacht. Stellen beide Überwachungsschaltungen UE1, UE2 Störungen in den zugeordneten Prozessoren P1, P2 fest, wird über das nachgeschaltete UND-Gatter eine Umschaltung des Schalters S2 und damit eine Abschaltung der Endstufe E bewirkt. Eine elektronische Abschaltung der Kraftstoffzufuhr erfolgt auch dann, wenn eine bleibende Regelabweichung im Prozessor P2 oder eine bleibende Regelabweichung im Prozessor P1 bei gleichzeitigemThe switches S12 and S22 are associated with controls 16 and 26 which, in the event of a defect in the regulating path transmitter, cause a switchover, so that the regulators 14, 24 have no effect and the PD actuators 12, 22 become effective. The function of the two processors P1, P2 is monitored by means of assigned monitoring circuits UE1 and UE2. If both monitoring circuits UE1, UE2 detect faults in the assigned processors P1, P2, a switch of the switch S2 and thus a shutdown of the output stage E is effected via the downstream AND gate. The fuel supply is also switched off electronically if there is a permanent control deviation in processor P2 or a permanent control deviation in processor P1 at the same time
Defekt im Prozessor P2 festgestellt werden. Diese Funktionen sind durch UND-Schaltungen 31, 32 und eine ODER- Schaltung 33 dargestellt. Der ODER-Schaltung 33 ist ein symbolisch als Transistor dargestellter elektronischer Schalter 34 nachgeschaltet, mit dem die elektronische Abschaltung der Kraftstoffzufuhr erfolgt. Defect in processor P2 can be found. These functions are represented by AND circuits 31, 32 and an OR circuit 33. The OR circuit 33 is followed by an electronic switch 34, symbolically represented as a transistor, by means of which the fuel supply is switched off electronically.

Claims

Patent ans prü ch e Patent to the test
1. Rechnersystem mit zwei Prozessoren zur Regelung von Kenngrößen einer Brennkraftmaschine, insbesondere zur Regelung eines digitalen Stellreglers einer Diesel- Einspritzpumpe, dadurch gekennzeichnet, daß im störungsfreien Betrieb die Rechnerbelastung auf beide Prozessoren (P1, P2) möglichst gleichmäßig verteilt ist, und daß bei Auftreten einer Störung im einen Prozessor (P1; P2) oder im Bereich seiner Peripherie der andere Prozessor (P1; P2) eine entsprechende Notfunktion übernimmt.1. Computer system with two processors for regulating parameters of an internal combustion engine, in particular for regulating a digital controller of a diesel injection pump, characterized in that the computer load on both processors (P1, P2) is distributed as evenly as possible in trouble-free operation, and that when it occurs a fault in one processor (P1; P2) or in the area of its periphery the other processor (P1; P2) takes over a corresponding emergency function.
2. Rechnersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die wesentlichen Betriebszustände eines Fahrzeugs und/oder einer Brennkraftmaschine über jeweils duplizierte Geber (D1, D2) den Prozessoren (P1, P2) mitgeteilt werden.2. Computer system according to claim 1, characterized in that the essential operating states of a vehicle and / or an internal combustion engine are communicated to the processors (P1, P2) via duplicated sensors (D1, D2).
3. Rechnersystem nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedem der beiden Prozessoren (P1, P2) ein Drehzahlgeber (D1, D2), ein Fußfanrgeber (FFG) und ein die Stellung des Bremsenpedals über wachender Geber zugeordnet ist.3. Computer system according to one of claims 1 or 2, characterized in that each of the two processors (P1, P2) is assigned a speed sensor (D1, D2), a Fußfanrgeber (FFG) and a position of the brake pedal via monitoring sensor.
4. Rechnersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß im störungsfreien Betriea der erste Prozessor (P1) den Sollwert (USOL L) für die Kraftstoffmenge und der zweite Prozessor (P2) aus der Differenz zwischen dem Sollwert (USOLL ) und dem Istwert (UIST) die Stellgröße (USTEL L) für die Einspritzpumpe bestimmt. 4. Computer system according to one of the preceding claims, characterized in that, in the trouble-free operation, the first processor (P1) sets the setpoint (U SOL L ) for the fuel quantity and the second processor (P2) uses the difference between the setpoint (U SET ) and the actual value (U ACT ) the manipulated variable ( U STEL L ) intended for the injection pump.
5. Rechnersystem nach einem der vorhergehenden Anspruche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Regelweggeber (RWG) den Istwert (UIST) der Regelstange der Einspritzpumoe den Prozessoren (P1, P2) mitteilt, daß ein Stellregler (14, 24) in Abhängigkeit von der Differenz zwischen dem Sollwert (USOL L) und dem Istwert (UIST) die Regelstange betätigt, und daß bei einem Defekt am Pegelweggeber (RWG) der Sollwert (USOL L) einem Proportional-Differential-Verstellregler (12, 22) direkt zugeführt wird, dessen Ausgangssignal die Regelstange einstellt. 5. Computer system according to one of the preceding claims, characterized in that a control path encoder (RWG) the actual value (U IST ) of the control rod of the injection pump notifies the processors (P1, P2) that a control controller (14, 24) depending on the difference the control rod is actuated between the setpoint (U SOL L ) and the actual value (U IST ), and that if there is a defect in the level transmitter (RWG), the setpoint (U SOL L ) is fed directly to a proportional differential adjuster (12, 22) whose output signal adjusts the control rod.
6. Rechnersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß jedem Prozessor (P1, P2) eine Überwachungsschaltung (UE1, UE2) zugeordnet ist, die bei gleichzeitigem Auftreten einer Störung in meiden Prozessoren (P1, P2) die für die Kraftstoffmengen- einstellung vorgesehene Endstufe (E) abschalten.6. Computer system according to one of the preceding claims, characterized in that each processor (P1, P2) is assigned a monitoring circuit (UE1, UE2) which, in the event of a fault occurring in both processors (P1, P2), is provided for the fuel quantity setting Switch off the power amplifier (E).
7. Rechnersystem nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß bei Auftreten einer bleibenden Regelabweichung in beiden Prozessoren (P1, P 2 ) eine elektrische Abschaltung der Kraftstoffzufuhr erfolgt. 7. Computer system according to one of the preceding claims, characterized in that when a permanent control deviation occurs in both processors (P1, P 2) there is an electrical shutdown of the fuel supply.
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