DE19933086B4 - Verfahren und Vorrichtung zur gegenseitigen Überwachung von Steuereinheiten - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur gegenseitigen Überwachung von Steuereinheiten vorgeschlagen, wobei die Steuereinheiten aus drei Programmebenen aufgebaut sind, einer ersten Ebene zur Durchführung der Steuergerätefunktionen, eine zweite Ebene zu deren Überwachung und eine dritte Ebene zur Überwachung der Programme der zweiten Ebene. Eine erste Steuereinheit schickt eine ausgewählte Frage an eine zweite Steuereinheit, die diese dann im Rahmen einer Ablaufkontrolle beantwortet. Die gebildete Antwort schickt die zweite Steuereinheit der ersten Steuereinheit zurück, die dann auf der Basis eines Vergleichs der gebildeten Antwort mit der zu erwartenden Antwort die Fehlerfreiheit der zweiten Steuereinheit feststellt. Entsprechend wird die erste Steuereinheit durch Kommunikation mit der zweiten überwacht.
Description
- Stand der Technik
- Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur gegenseitigen Überwachung von Steuereinheiten.
- Ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung ist aus der
DE 44 38 714 A1 (US-Patent 5 880 568 ) bekannt. Dieses beschreibt eine eigensichere Steuereinheit, beispielsweise in Verbindung mit Steuersystemen zur Steuerung der Antriebseinheit eines Fahrzeugs. Eigensicherheit bedeutet dabei, daß bei Auftreten eines Fehlers der Fehlerzustand auf das System begrenzt bleibt, in dem der Fehler entstanden ist, und das System nach außen hin immer in einem sicheren Zustand verbleibt. Z. B. dürfen Einzelfehler nicht zur Leistungserhöhung der Antriebseinheit führen. Das in der bekannten Veröffentlichung beschriebene Überwachungskonzept ist strukturell zweikanalig, d. h. alle sicherheitsrelevanten Pfade sind durch redundante Kanäle abgesichert. Dies gilt auch für die sicherheitsrelevanten Anteile der operativen Software (z. B. der Software zur Erfüllung der Aufgabe der, Steuereinheit). Diese operative Software wird im Rahmen einer zweiten Programmebene durch redundante Software überwacht, die die korrekte Bildung der Steuersignalgrößen durch die operative Software quantitativ überprüft. Der Ablauf und die Funktionsfähigkeit der Software dieser zweiten Ebene wird durch Kommunikation mit einem externen Überwachungsmodul im Rahmen einer Frage-Antwort-Kommunikation überwacht. - Konkret enthält in der bekannten Ausführung die erste Softwareebene die operative Software zur Durchführung der Steuerfunktion sowie systemspezifische Überwachungsfunktionen der Eingangsgrößen und der Endstufen. Die zweite Ebene besteht aus der Funktionsüberwachung. In der Funktionsüberwachung wird mittels redundanter Funktionen die korrekte Bildung der Ausgangsgrößen, insbesondere der leistungsbestimmenden Größen, überwacht. Außerdem bilden die Programme der zweiten Ebene die Antwort auf eine ausgewählte, vom Überwachungsmodul im Rahmen einer Ablaufkontrolle übermittelten Fragen, mit deren Hilfe die korrekte Berechnung der Überwachungsfunktionen überprüft wird, und führen eine Rechnerüberwachung mittels eines Tests der Überwachungsfunktionen durch Simulationsdaten durch. Die dritte Ebene schließlich enthält die Frage-Antwort-Kommunikation (auf der Basis der übermittelten Frage und der gebildeten Antwort) mit dem Überwachungsmodul, mit deren Hilfe die Funktionsweise der Programme der zweiten Ebene überwacht wird. Dieser Ebene sind ferner Überwachungsfunktionen zugeordnet, die Komponenten des Funktionsrechners wie Speicher, Analog-/Digital-Wandler, etc. prüfen. Eine derartige Vorgehensweise ist aus dem obengenannten Stand der Technik bekannt.
- Das aus der
DE 44 38 714 A1 bekannte Verfahren wird in derWO 97/33083 A1 - Aus der
DE 4113959 A1 ist zudem ein Verfahren zur gegenseitigen Überwachung von Steuereinheiten mit einer ersten und einer zweiten Steuereinheit bekannt. - In modernen Steuersystemen werden in der Regel mehrere Steuereinheiten eingesetzt, die separate Bauelemente bilden oder auch in einem Gerät baulich vereinigt sind. So sind beispielsweise bei einer modernen Fahrzeugsteuerung Steuergeräte zur Steuerung der Antriebseinheit, zur Steuerung des Fahrverhaltens (ABS, ASR, ESP), zur Steuerung eines automatischen Getriebes, zur Steuerung der Radbremsen, etc. vor handen. Zur Eigensicherheit dieser einzelnen Steuergeräte wäre jedes einzelne Steuergerät im Sinne des obengenannten Standes der Technik zu überwachen. Dies ist mit verhältnismäßig großem Aufwand verbunden. Entsprechendes gilt bei wenigstens zwei, in einem Gerät vereinigten Steuereinheiten (z. B. Rechnern), die diese Funktionen ausführen.
- Es ist Aufgabe der Erfindung, Maßnahmen zu einer verbesserten Überwachung von wenigstens zwei in einem Verbund arbeitenden Steuereinheiten (Steuergeräten, Rechner, etc.) anzugeben.
- Dies wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche erreicht.
- Vorteile der Erfindung
- Die nachfolgend beschriebene Vorgehensweise erlaubt die gegenseitige Überwachung von wenigstens zwei Steuereinheiten, die in einem Verbund (z. B. einem Verbund mehrerer Steuergeräte) miteinander verbunden sind, durch den mehrere Steuerfunktion unter gegenseitiger Beeinflussung der Steuereinheiten durchgeführt werden. Besonders vorteilhaft ist, daß die Überwachung trotz gewohnter Zuverlässigkeit mit geringerem Aufwand durchzuführen ist, als dies bei einer eigensicheren Einzelüberwachung jeder einzelnen Steuereinheit für sich der Fall wäre. Dies deshalb, weil durch die gegenseitige Überwachung der Steuereinheiten das aus dem Stand der Technik im Zusammenhang mit der Überwachung eines einzelnen Rechners bekannte Überwachungsmodul entfällt. Die Folge ist ein erhebliches Einsparungspotential bei der Entwicklung eigensicherer Steuereinheiten.
- Besonders vorteilhaft ist, daß zur gegenseitigen Überwachung der Steuereinheiten auf die aus dem Stand der Technik be kannte, zuverlässige und erprobte Vorgehensweise zurückgegriffen wird. Dies erlaubt, daß in gewohnter Weise Sicherheit und Verfügbarkeit des Steuersystems gewährleistet sind, ohne daß ein Mehr an Aufwand bezüglich der Überwachung der Steuereinheiten eingesetzt werden muß.
- 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. Die einzige Figur zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der gegenseitigen Überwachung von zwei Steuergeräten eines Steuergeräteverbunds, wobei ein Steuergerät ein Steuergerät zur Steuerung der Antriebseinheit des Fahrzeugs ist.
- Beschreibung von Ausführungsbeispielen
- Die Figur zeigt ein erstes Steuergerät
10 , die im bevorzugten Ausführungsbeispiel zur Steuerung einer Brennkraftmaschine dient, sowie ein zweites Steuergerät12 , welches zur Steuerung des Fahrverhaltens, einer Bremsanlage und/oder eines automatischen Getriebes dient. Beide Steuergeräte umfassen jeweils einen Rechner, der in1 jeweils durch die Programmebenen I bis III dargestellt ist. Dabei sind der Ebene I jeweils die Funktionen zugeordnet, welche zur Gewährleistung der Steuerfunktion, d. h. der eigentlichen Steuerungsaufgaben, sowie systemspezifische Überwachungsfunktionen der Eingangsgrößen und Endstufen zugeordnet. Dies ist in1 jeweils durch die Programme14 bzw.14' dargestellt. Den Steuergeräten werden über Eingangsschaltungen16 bzw.16a von nicht dargestellten Meßeinrichtungen Ein gangsgrößen über die Eingangsleitungen18 bis22 bzw.18a bis22a zugeführt. Diese Eingangsgrößen liegen der Berechnung der Steuerfunktionen zugrunde. Daher werden die Eingangsgrößen den Programmen der Ebene I zur Verfügung gestellt. Die Programme der ersten Ebene bilden auf der Basis der Eingangsgrößen Stellgrößen, die über die Ausgangsleitungen24 und26 im Falle des Steuergeräts10 und die Ausgangsleitung24a im Falle des Steuergeräts12 an die jeweiligen Endstufen28 und30 bzw.28a ausgegeben werden. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel handelt es sich beim Steuergerät10 um ein Steuergerät zur Steuerung einer Brennkraftmaschine, wobei die Endstufe28 Endstufen zur Steuerung von Einspritzventilen und Zündeinrichtungen, etc. darstellen, während die Endstufe30 eine Endstufe zur Betätigung einer elektrisch betätigbaren Drosselklappe der Brennkraftmaschine repräsentiert. Je nach Anwendungsfall steuert das Steuergerät12 Endstufen zur Betätigung von Kupplungen eines automatischen Getriebes, von Bremsenstelleinrichtungen, etc. an. - Wie aus dem eingangs genannten Stand der Technik bekannt, sind der zweiten Ebene II Programme
32 bzw.32a zugeordnet, welche die Funktionsfähigkeit der Programme der ersten Ebene und somit die Funktionsfähigkeit der Steuerfunktion überwachen. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel wird dies auf der Basis von Ein- und Ausgangsgrößen durchgeführt, so daß den Programmen der zweiten Ebene redundant zu den Programmen der ersten Ebene die Eingangsgrößen zugeführt werden, ferner von der ersten Ebene über die Leitungen34 bis38 bzw.34a bis38a Ausgangsgrößen oder Zwischengrößen der Programme der ersten Ebene. Durch Vergleich dieser Größen bzw. daraus abgeleiteter Größen stellen die Programme der zweiten Ebene die Funktionsfähigkeit bzw. eine Fehlfunktion der Programme der ersten Ebene fest. Zur Sicherstellung der Betriebssicherheit ist vorgesehen, daß wenigstens eine der Endstufen (im Beispiel der Steuereinheit10 die Endstufe30 ) über eine Aus gangsleitung40 bzw.40a durch die Programme der zweiten Ebene im fehlerfreien Fall freigeschaltet wird bzw. bei auftretendem Fehler abgeschaltet wird. - Die dritte Programmebene III umfaßt Programme, welche die Funktionsfähigkeit der Programme der Ebene II sowie von Komponenten des Rechners überprüfen. Die Programme dieser Ebene kommunizieren im Rahmen der Überwachung mit externen Bauelementen, beim eingangs genannten Stand der Technik mit einem Überwachungsmodul, gemäß der vorliegenden Vorgehensweise mit dem jeweilig anderen Steuergerät
12 bzw.10 . Die Ebene III umfaßt Programme wie Speichertestprogramme42 bzw.42a , Programme zur Ablaufkontrolle44 bzw.44a und Programme zum Fremdgerätetest46 bzw.46a . Im eingangs genannten Stand der Technik, welche eine Einzelüberwachung eines Steuergeräts beschreibt, stehen die Programme der Ablaufkontrolle der Ebene III mit einem Überwachungsmodul in Verbindung. Im vorliegenden Fall wird diese Verbindung der Programme der Ablaufkontrolle mit den Programmen des Fremdgerätetests des anderen Steuergeräts bereitgestellt. So stellen die Programme des Fremdgerätetests44a des Steuergeräts12 über die Kommunikationsverbindung48 der Ablaufkontrolle44 des Steuergeräts10 vorbestimmte Fragen, wie sie aus dem eingangs genannten Stand der Technik bekannt sind. Die Ablaufkontrollprogramme44 des Steuergeräts10 veranlassen über die Speicherkontrollprogramme42 die Programme der Ebene II zur Bildung von Antworten, die dann zu einer Gesamtantwort verbunden und von den Programmen der Ablaufkontrolle über die Kommunikationsverbindung50 zu den Programmen des Fremdgerätetest des Steuergeräts12 zur Auswertung übertragen werden. Diese vergleichen die aufgrund der gestellten Frage zu erwartende Antwort mit der tatsächlichen Antwort und stellen daraus die Funktionsfähigkeit der Programme der Ebene II des Steuergerätes10 fest. Über eine Ausgangsleitung52 greifen die Programme des Fremdgerätetests des Steuergeräts12 auf wenig stens eine der Endstufen28 und30 , die vom Steuergerät10 bedient werden, ein, wobei im Fehlerfall die Endstufen abgeschaltet werden bzw. im fehlerfreien Fall freigeschaltet werden. - Eine entsprechende Vorgehensweise ist zur Überwachung des Steuergerätes
12 vorgesehen (vgl. Fremdgerätetestprogramme46 , Kommunikationsleitung54 und56 , Ausgangsleitung58 ), die im Rahmen der Überwachung entsprechend der obigen Darstellung mit einander kommunizieren und auf wenigstens eine Endstufe eingreifen. - Auf diese Weise ist sichergestellt, daß sich die beiden Steuergeräte
10 und12 gegenseitig überwachen und die Außenwirkung des als fehlerbehaftet festgestellten Geräts vom anderen eingeschränkt wird. Eine bevorzugte konkrete Vorgehensweise der Ablaufkontrolle wird z. B. im eingangs genannten Stand der Technik beschrieben. - Neben der Überwachung von zwei Steuergeräten, die baulich getrennt sind, wird durch die vorstehend beschriebene Vorgehensweise auch eine Überwachung zweier Rechnereinheiten (allgemein Steuereinheiten), die baulich in einem Steuergerät vereinigt sind, durchgeführt.
Claims (6)
- Verfahren zur gegenseitigen Überwachung von Steuereinheiten, mit wenigstens einer ersten Steuereinheit (
10 ) und einer zweiten Steuereinheit (12 ), welche jeweils wenigstens eine erste Programmebene (I), der Programme zugeordnet sind, die die Steuerfunktion berechnen, eine zweite Programmebene (II), die Programme umfaßt, welche die Funktionsfähigkeit der Programme der ersten Ebene überwachen und eine dritte Programmebene (III) aufweisen, welche die Funktionsfähigkeit der Programme der zweiten Ebene überwachen, wobei die Programme (44 ,46a ) der dritten Ebene (III) im Rahmen einer Ablaufkontrolle aufgrund einer vorgegebenen Frage mit Hilfe von Programmen der zweiten Ebene eine Antwort bilden, und wobei eine Steuereinheit (10 ,12 ) die Frage von der anderen Steuereinheit (10 ,12 ) empfängt und die Antwort an diese abgibt. - Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß beide Steuereinheiten Fragen für die andere bilden und Antworten an die andere übermitteln.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Frage von Programmen (
44 ,44a ) der dritten Ebene der zweiten Steuereinheit (10 ,12 ) gebildet und an die erste Steuereinheit (12 ,10 ) übertragen wird, während die Antworten von der zweiten Steuereinheit (10 ,12 ) empfangen und ausgewertet werden. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Programme (
46 ,44a ) der dritten Ebene einer Steuereinheit (10 ,12 ) auf die Endstufen (28a ,28 ,30 ) im Sinne einer Abschaltung bzw. Freigabe der anderen Steuereinheit (12 ,10 ) zugreifen. - Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Steuereinheit (
10 ) eine Steuereinheit zur Steuerung einer Brennkraftmaschine ist, während die zweite Steuereinheit eine Steuerung des Fahrverhaltens, der Radbremsen und/oder eines automatischen Getriebes durchführt. - Vorrichtung zur gegenseitigen Überwachung von Steuereinheiten, mit einer ersten und einer zweiten Steuereinheit (
10 ,12 ), welche jeweils eine erste Programmebene (I), der Programme zur Durchführung der jeweiligen Steuerfunktion zugeordnet sind, eine zweite Programmebene (II), der Programme zur Überwachung der Programme der ersten Ebene zugeordnet sind, und eine dritte Programmebene (III) aufweisen, in der Überwachungsprogramme zur Überwachung der Programme der zweiten Ebene enthalten sind, wobei unter diesen Programmen eine Ablaufkontrolle (44 ,46a ) ist, die aufgrund einer vorgegebenen Frage mit Hilfe von Programmen der zweiten Ebene eine Antwort bildet, und wobei eine Steuereinheit (10 ,12 ) die Frage von der anderen Steuereinheit (10 ,12 ) empfängt und die Antwort an diese abgibt.
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