WO1996014226A1 - Mikroprozessoranordnung für ein fahrzeug-regelungssystem - Google Patents

Mikroprozessoranordnung für ein fahrzeug-regelungssystem Download PDF

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WO1996014226A1
WO1996014226A1 PCT/EP1995/004262 EP9504262W WO9614226A1 WO 1996014226 A1 WO1996014226 A1 WO 1996014226A1 EP 9504262 W EP9504262 W EP 9504262W WO 9614226 A1 WO9614226 A1 WO 9614226A1
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microprocessor system
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Helmut Fennel
Bernhard Kant
Hermann ESSELBRÜGGE
Michael Zydek
Bernhard Giers
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ITT Automotive Europe GmbH
Continental Teves AG and Co OHG
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ITT Automotive Europe GmbH
Alfred Teves GmbH
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    • B60T2270/40—Failsafe aspects of brake control systems
    • B60T2270/413—Plausibility monitoring, cross check, redundancy

Definitions

  • the invention relates to a microprocessor arrangement which is provided for a complex vehicle control system and which consists of a plurality of microprocessor systems which are connected to one another by bus systems and which have at least one anti-lock control (ABS) and / or traction control system (ASR) and at least one further one , perform computationally complex control functions, such as yaw moment control (GMR), and monitoring functions and which include input signal processing.
  • ABS anti-lock control
  • ASR traction control system
  • GMR yaw moment control
  • monitoring functions which include input signal processing.
  • ABS anti-lock braking systems
  • ASR traction control systems
  • EBV braking force distribution
  • GMR and FSR yaw moment control and driving stability control
  • the output signals and possibly also internal signals of the microcontrollers are monitored for correspondence in order to detect malfunctions in one of the two controllers. If the signals processed redundantly in the microcontrollers differ from one another, the electronic control is switched off to ensure that at least uncontrolled braking remains possible.
  • the invention is based on the object of developing a microprocessor arrangement for a complex vehicle control system which comprises, for example, ABS / ASR and GMR (FSR) and is distinguished by high operational reliability and relatively little effort, and in which, if an error occurs, if possible, only the component concerned needs to be switched off.
  • a complex vehicle control system which comprises, for example, ABS / ASR and GMR (FSR) and is distinguished by high operational reliability and relatively little effort, and in which, if an error occurs, if possible, only the component concerned needs to be switched off.
  • this object can be achieved according to claim 1 by a microprocessor arrangement of the type mentioned, the special feature of which is that three microprocessor systems are present and the individual functions are divided such that the first microprocessor system together with the second microprocessor system performs the ABS and / or ASR function, including the monitoring of these functions by at least partially redundant signal or data processing and switching off the control when redundancy faults occur, and that the third microprocessor system together with the second microprocessor system performs the further control function, including the monitoring of the further control function.
  • the microprocessor arrangement according to the invention is thus based on an existing ABS / ASR structure, including monitoring by redundant signal processing, and enables the inclusion, for example, of a computationally complex, complex yaw moment or driving stability control by using only one further microprocessor system.
  • a very high level of operational safety also applies to this driving stability control because redundant or partially redundant processing of the FSR data takes place with the aid of the second microprocessor arrangement, which primarily performs the ABS / ASR functions. If a malfunction is detected in the FSR component, the ABS / ASR function can continue without sacrificing operational reliability.
  • the input signals required for the anti-lock and / or traction control system in particular the relatively complex processing of wheel speed signals, in the first microprocessor system.
  • the input signals additionally required for the further control function can also be processed in the first system; however, they are expediently processed in the second and / or in the third microprocessor system.
  • the data processing for the control functions can run in the first and second microprocessor system according to the same program and simultaneously. If the mode of operation is intact, the results of the two systems must agree completely.
  • an algorithm which is simplified in comparison to data processing in the third system runs in order to monitor the further control function in the second microprocessor system, so that errors can again be identified by comparing the results.
  • Another advantageous embodiment of the invention consists in designing the microprocessor arrangement in such a way that the ABS / ASR functions are continued even if the monitoring of the further control function detects a fault and the further control function is overridden.
  • the three microprocessor systems of the microprocessor arrangement according to the invention are expediently connected to one another via a ring bus, each microprocessor system being equipped with a writable and readable shift register and with the data being passed on and / or exchanged continuously in a fixed sequence or by protocol.
  • a ring bus each microprocessor system being equipped with a writable and readable shift register and with the data being passed on and / or exchanged continuously in a fixed sequence or by protocol.
  • parallel bus systems or in a star shape it is also possible and in some cases advantageous to handle the data transfer between the three microprocessor systems via parallel bus systems or in a star shape.
  • EBV electronic control of the brake force distribution
  • BA radio tion the electronics or program structure required for a brake assistant.
  • the information required for this is also generated using the wheel sensors and additional sensors, for example a pedal actuation sensor required for the brake assistant.
  • an advantageous embodiment of the microprocessor arrangement according to the invention is that the individual functions are divided up among the three microprocessor systems in such a way that at least the input signals required for ABS and / or ASR functions are processed in the first microprocessor system, that the control functions (ABS, ASR, GMR) are carried out in the second microprocessor system, and that the monitoring of at least the ABS and / or ASR functions in the first microprocessor system and the monitoring of the further control function in the third Microprocessor system (MP3.4) take place, in order to monitor the control functions, the input data are processed according to an algorithm that is simplified compared to the complete data processing, the results of the complete data processing are compared with the results of the simplified data processing, and when deviations occur the Regulation is partially or completely switched off or changed.
  • FIG. 5 shows, in a schematically simplified representation, further details of the exemplary embodiment according to FIG. 3.
  • the microprocessor arrangements according to the invention basically consist of three microprocessor systems MP1, MP2, MP3, which are connected to one another by a bus system.
  • a ring bus is provided, and a star-shaped bus according to FIGS. 2 and 4.
  • the data are expediently passed on and exchanged with a fixed sequence or by protocol using write and readable shift registers, which are components of the microprocessor systems MP1, MP2, MP3.
  • these are microprocessor arrangements for a motor vehicle control system which, as can be seen in FIG. 5, comprise both an anti-lock control (ABS), a traction control system (ASR) and a yaw moment control (GMR) and therefore also for Driving stability control can be used.
  • EVS brake force distribution
  • the complex processing of the input signals, in particular the wheel sensor signals, is designated SC (Signal Conditioning).
  • ABS control functions for ABS, ASR and EBV are basic additionally combined in the same microprocessor system and, for the sake of simplicity, designated “ABS” in FIGS. 1 to 4.
  • the small letters “abs” or “abs / asr / ebv”"gmr” in FIGS. 1 to 5 symbolize those computing processes which, in comparison to those labeled "ABS / ASR / EBV” or “GMR”, are represented by large letters Functions or data processing operations run according to a simplified algorithm and only serve to check or monitor the complete data processing processes (ABS / ASR / EBV and GMR).
  • the data are always processed redundantly or "partially redundantly" in two microprocessor systems; "partially redundant” here denotes processing according to the simplified algorithm that simulates the control functions.
  • the calculations with a simplified algorithm are symbolized with the small letters.
  • the microprocessor arrangement according to FIG. 1 is based on the redundant calculation of all functions.
  • the ABS / ASR / EBV functions are calculated in the microprocessor systems MP1.1 and MP2.1 using the same algorithms, and the GMR functions in the microprocessor systems MP2.1 and MP3.1. This type of redundant calculation is referred to as "symmetrical redundancy".
  • the signal processing SC at least the wheel sensor signals, is likewise accommodated in the microprocessor system MP1.1.
  • both the ABS functions (as explained above: including ASR and EBV) and the GMR functions are monitored in that the results of the complete calculations in the microprocessor systems MP2.2 and MP3 .2 are compared with the results of simplified data processing (abs or gmr). This type of monitoring is referred to as "asymmetrical redundancy".
  • the microprocessor systems 1,2,3 (MPl.3, MP2.3, MP3.3) are connected to each other via a ring bus 4,5,6.
  • wheel sensors Si to S ⁇ signals are obtained which reflect the rotational behavior of the individual vehicle wheels.
  • This in- formations are required for all control systems (ABS, ASR, EBV, GMR).
  • Additional information and control variables, which are required above all for yaw moment control (GMR) are obtained with the help of a further sensor unit 7, which includes, for example, a steering angle sensor LW, a yaw moment sensor GM or lateral acceleration sensor, pressure sensors P etc. - depending on the type of design and requirements for the control system.
  • a further sensor unit 7 which includes, for example, a steering angle sensor LW, a yaw moment sensor GM or lateral acceleration sensor, pressure sensors P etc. - depending on the type of design and requirements for the control system.
  • At least some of the information determined with the sensor unit 7 is also useful for improving and / or monitoring the
  • a signal processing SC for the wheel sensor signals is accommodated in the first microprocessor system 1 (MPl.3).
  • the signals supplied by the sensor unit 7 are processed in corresponding program or hardware structures SC2, SC3 of the microprocessor systems 2 and 3.
  • the second microprocessor system 2 contains the data processing for the anti-lock control system (ABS), including the traction control system (ASR) and the electronic control of the brake force distribution (EBV), as well as the data processing for the yaw moment control ( GMR).
  • ABS anti-lock control system
  • ASR traction control system
  • ESV brake force distribution
  • GMR yaw moment control
  • brake pressure control signals are calculated in the microprocessor system 2, with which hydraulic valves, pressure modulators, hydraulic pumps, etc., symbolized in FIG. 5, in a known manner a hydraulic unit 8 - can be controlled.
  • the hydraulic unit 8 contains all components for setting and Modulation of the brake pressure in the individual wheel brakes of a vehicle.
  • the redundancy element 9 is also designed redundantly and by software, i.e. realized by appropriate programming of the microprocessors.
  • a comparison of the output signals or the processes running in the processors takes place both in the microprocessor system 2 and in the system 3, as is e.g. is known from the aforementioned patent DE 32 34 637 C2.
  • the switch 10 in FIG. 5 also stands for a redundant shutdown system comprising two switches or two switch functions.
  • a second redundancy element 11 compares the ABS / ASR / EBV signals with the abs / asr / ebv signals obtained on the basis of simplified algorithms. If there are deviations from this asymmetrical redundancy, there is an error which in turn leads to the control being switched off via a switch 12.
  • the redundancy element 11 is of course expediently implemented in the same way as the redundancy element 9 by software or programming. A signal comparison takes place independently of one another both in the microprocessor system 1 and in the microprocessor system 2. The shutdown using a switch 12 is also carried out redundantly. Redundancy elements 11 and 9 and switches 12 and 10 are implemented according to the same redundancy principle.
  • valves which are symbolically indicated in the hydraulic unit 8 are signal lines 13, 14 to the microprocessor system 1 (MPl.3) and the microprocessor system 3 (MP3.3), that contains the GMR function. It is checked whether the respective valve functions agree with the calculations in system 3 or with the simplified calculation in system 1.
  • a major advantage of the microprocessor arrangement according to the invention is that, on the one hand, the described control processes - in particular ABS, ASR, EBV and GMR - including the redundant or partially redundant ones, with relatively little effort, ie relatively few microprocessor systems and comparatively little computing effort , necessary for the monitoring operations, can be realized.
  • a relative independence of the control systems from each other is achieved, which makes it possible, for example, to detect only this branch when a malfunction is detected in the GMR system or to limit it to an uncritical function, to function the other control systems (ABS / ASR / EBV, etc against it.
  • ABS ASR
  • EBV e.g., EBV
  • GMR global information technology

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  • Transportation (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
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  • Control Of Vehicle Engines Or Engines For Specific Uses (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

Es wird eine Mikroprozessoranordnung für ein Fahrzeug-Regelungssystem vorgeschlagen, das mehrere, untereinander durch Bussysteme verbundene Mikroprozessorsysteme aufweist, die zumindest eine Blockierschutz- (ABS) und Antriebsschlupfregelung (ASR) sowie mindestens eine weitere, rechenaufwendige Regelfunktion, wie Giermomentenregelung (GMR), und Überwachungsfunktionen ausführen. Die Mikroprozessoranordnung umfaßt drei Mikroprozessorsysteme (1, 2, 3; MP1, MP2, MP3), auf die die einzelnen Funktionen derart aufgeteilt sind, daß das erste Mikroprozessorsystem (1, MP1) zusammen mit dem zweiten Mikroprozessorsystem (2, MP2) die ABS- und ASR-Funktion, einschließlich der Überwachung dieser Funktionen, übernimmt und daß das dritte Mikroprozessorsystem (3, MP3) zusammen mit dem zweiten Mikroprozessorsystem (2, MP2) die weitere Regelfunktion (GMR) und deren Überwachung ausführt.

Description

Mikroprozessoranordnung für ein Fahrzeug-Regelungssystem
Die Erfindung bezieht sich auf eine Mikroprozessoranordnung, die für ein komplexes Fahrzeug-Regelungssystem vorgesehen ist und die aus mehreren, untereinander durch Bussysteme verbun¬ denen Mikroprozessorsystemen besteht, die zumindest eine Blockierschutz-(ABS) und/oder Antriebsschlupfregelung (ASR) sowie mindestens eine weitere, rechenaufwendige Regelfunk¬ tion, wie Giermomentenregelung (GMR), und Überwachungsfunk- tionen ausführen und die eine Eingangssignal-Aufbereitung einschließen.
Elektronische Regelungssysteme für Kraftfahrzeuge, die den Fahrer entlasten und die Sicherheit und Fahrstabilität erhö¬ hen, gewinnen ständig an Bedeutung. Dies gilt vor allem für Antiblockiersysteme (ABS), AntriebsschlupfregelungsSysteme (ASR), Systeme zur elektronischen Regelung der Bremskraft¬ verteilung (EBV) usw.. Zu den jüngeren Entwicklungen gehören Giermomentenregelung und Fahrstabilitätsregelung (GMR und FSR); dies sind nur einige Beispiele. Es i«?t auch schon bekannt, mehrere Regelungssysteme zu einem Verbund zusammen¬ zuschließen. Zur Lösung komplexer Regelaufgaben werden heutzutage Mikro¬ rechnerstrukturen unterschiedlicher Art eingesetzt. Aus der deutschen Patentschrift DE 32 34 637 C2 ist z.B. ein ABS be¬ kannt, dessen Regler zwei (oder mehrere) parallel arbeitende Mikrocontroller zur Erzeugung der Bremsdrucksteuersignale aufweist. Diese Mikrocontroller verarbeiten die gleichen Ein¬ gangssignale nach einem identischen Computerprogramm. Die Ausgangssignale und ggf. auch interne Signale der Mikrocon¬ troller werden auf Übereinstimmung überwacht, um Fehlfunktio¬ nen in einem der beiden Controller zu erkennen. Weichen die redundant in den Mikrocontrollern verarbeiteten Signale von¬ einander ab, wird die elektronische Regelung abgeschaltet, um sicherzustellen, daß zumindest ein ungeregeltes Bremsen mög¬ lich bleibt.
Des weiteren ist aus der DE 41 37 124 AI bereits eine derar¬ tige Schaltungsanordnung mit sogen, asymmetrischer Redundanz bekannt. Die Eingangssignale, nämlich die mit Hilfe von Rad¬ sensoren gewonnenen, das Drehverhalten der Räder wiedergeben¬ den Signale, werden, ebenso wie in dem vorgenannten Fall, zwei parallelen Mikrocontrollern zugeleitet, von denen jedoch nur der eine das volle Regelungsprogramm abarbeitet, während der zweite die Regelphilosophie in vereinfachter Form nach¬ bildet bzw. die Eingangssignale im Vergleich zu dem Haup - Mikrocontroller mit Hilfe vereinfachter Algorithmen verarbei¬ tet. Durch Vergleich der Ausgangssignale beider Mikrocontrol¬ ler läßt sich d_.:-r_ trotz der vereinfachten Verarbeitung in einem der beiden Mikrocontroller erkennen, ob die Datenverar¬ beitung fehlerhaft oder korrekt war. Bei der Erweiterung eines Kraftfahrzeug-Regelungssystems, z.B. einer ABS/ASR-Anläge, durch eine rechenaufwendige Fahr- stabilitätsregelung (FSR oder GMR), ist es grundsätzlich mög¬ lich, zusätzlich ein komplettes Regelungssystem, das auch die Sicherheitsfunktionen einschließt, zu installieren. Dies hat den Vorteil, daß die einzelnen Komponenten, sowohl die bishe¬ rige ABS/ASR-Anlage, als auch die Fahrstablitätsregelung, unabhängig voneinander sind und daß beim Auftreten von De¬ fekten oder Störungen nur die betroffene Komponente ausfällt.
Es wäre grundsätzlich auch denkbar, bei einer Erweiterung der Grundstruktur (ABS/ASR) durch eine Fahrstablitätsregelung, die zusätzliche Rechenleistung, einschließlich der Überwa¬ chungsfunktionen, in die Rechnerstruktur mit einzubeziehen, wenn Mikrorechnersysteme ausreichender Leistung zur Verfügung stehen. Dies hätte allerdings den Nachteil, daß beim Auftre¬ ten eines Fehlers in einer Komponente das gesamte System ab¬ geschaltet werden müßte. Da ein solches Gesamtsystem ziemlich komplex und aufwendig ist, wäre die Fehlerwahrscheinlichkeit relativ hoch.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Mikropro¬ zessoranordnung für ein komplexes FahrzeugregelungsSystem zu entwickeln, das beispielsweise ABS/ASR und GMR (FSR) umfaßt und sich durch hohe Betriebssicherheit sowie relativ geringen Aufwand auszeichnet, und bei der, wenn ein Fehler auftritt, möglichst nur die betroffene Komponente abgeschaltet zu wer¬ den braucht.
Es hat sich gezeigt, daß diese Aufgabe gemäß Anspruch 1 durch eine Mikroprozessoranordnung der eingangs genannten Art ge¬ löst werden kann, deren Besonderheit darin besteht, daß drei Mikroprozessorsysteme vorhanden und die einzelnen Funktionen derart aufgeteilt sind, daß das erste Mikroprozessorsystem zusammen mit dem zweiten Mikroprozessorsystem die ABS- und/oder ASR-Funktion, einschließlich der Überwachung dieser Funktionen durch zumindest teilweise redundante Signal- oder Datenverarbeitung und Abschalten der Regelung beim Auftreten von Redundanz-Störungen, ausführt, und daß das dritte Mik¬ roprozessorsystem zusammen mit dem zweiten Mikroprozessor¬ system die weitere Regelfunktion, einschließlich der Überwa¬ chung der weiteren Regelfunktion, ausführt.
Die erfindungsgemäße Mikroprozessoranordnung baut also auf einer bisherigen ABS/ASR-Struktur auf, einschließlich der Überwachung durch redundante Signalverarbeitung, und ermög¬ licht die Einbeziehung z.B. einer rechenaufwendigen, komple¬ xen Giermomenten- oder Fahrstabilitätsregelung durch Verwen¬ dung lediglich eines weiteren Mikroprozessorsystems. Für die¬ se Fahrstabilitätsregelung gilt ebenfalls eine sehr hohe Be¬ triebssicherheit, weil eine redundante oder teilweise redun¬ dante Verarbeitung der FSR-Daten mit Hilfe der zweiten Mik¬ roprozessoranordnung, die vornehmlich die ABS/ASR-Funktionen ausführt, stattfindet. Beim Erkennen einer Fehlfunktion in der FSR-Komponente kann die ABS/ASR-Funktion ohne Einbußen an Betriebssicherheit fortgesetzt werden. Einige besonders vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfin¬ dung sind in den Unteransprüchen beschrieben. So ist es in manchen Fällen günstig, die Aufbereitung der für die Blockierschutz- und/oder Antriebsschlupfregelung benötigten Eingangssignale, insbesondere die relativ aufwendige Aufbe¬ reitung von Raddrehzahlsignalen, im ersten Mik¬ roprozessorsystem vorzunehmen. Die für die weitere Regelfunk¬ tion zusätzlich benötigten EingangsSignale können ebenfalls in dem ersten System aufbereitet werden; sie werden jedoch zweckmäßigerweise in dem zweiten und/oder in dem dritten Mik¬ roprozessorsystem aufbereitet.
Die Datenverarbeitung für die Regelfunktionen kann in dem ersten und zweiten Mikroprozessorsystem nach dem gleichen Programm und gleichzeitig ablaufen. Bei intakter Arbeitsweise müssen die Ergebnisse beider Systeme vollständig übereinstim¬ men. Andererseits ist es jedoch nach einem weiteren Ausfüh¬ rungsbeispiel der Erfindung auch möglich und besonders zweckmäßig, die Mikroprozessoranordnung derart auszulegen, daß die Datenverarbeitung in dem ersten Mikroprozessorsystem im Vergleich zur Datenverarbeitung in dem zweiten System nach einem vereinfachten Regelalgorithmus abläuft, der den Regel¬ algorithmus im zweiten Mikroprozessorsystem lediglich nach¬ bildet, und zwar derart, daß durch Vergleich der Ergebnisse der Datenverarbeitung des ersten mit den Ergebnissen des zweiten Mikroprozessorsystems eine fehlerhafte Arbeitsweise eines der beiden Systeme erkennbar ist.
Zur Überwachung der in dem dritten Mikroprozessorsystem in¬ stallierten Regelfunktion, z. B. GMR, ist es zweckmäßig, die zugehörige Signal- oder Datenverarbeitung redundant in dem zweiten Mikroprozessorsystem - in identischer oder in verein¬ fachter bzw. nachgebildeter Form - auszuführen.
Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung ist es vorgesehen, daß zur Überwachung der weiteren Regelfunktion im zweiten Mikroprozessorsystem ein im Vergleich zur Datenver¬ arbeitung im dritten System vereinfachter Algorithmus ab¬ läuft, so daß wiederum durch Vergleich der Ergebnisse Fehler zu erkennen sind.
Eine weitere, vorteilhafte Ausführungsart der Erfindung be¬ steht darin, die Mikroprozessoranordnung derart auszulegen, daß die ABS-/ASR-Funktionen auch dann fortgesetzt werden, wenn die Überwachung der weiteren Regelfunktion eine Störung erkennt und die weitere Regelfunktion außer Kraft setzt.
Die drei Mikroprozessorsysteme der erfindungsgemäßen Mikro¬ prozessoranordnung sind zweckmäßigerweise über einen Ringbus miteinander verbunden, wobei jedes Mikroprozessorsystem mit einem schreib- und lesbaren Schieberegister ausgerüstet ist und wobei die Daten ständig in einer fest vorgegebenen Se¬ quenz oder per Protokoll weitergegeben und/oder ausgetauscht werden. Natürlich ist es auch möglich und in manchen Fällen vorteilhaft, den Datentransfer zwischen den drei Mik¬ roprozessorsystemen über Parallel-Bussysteme oder sternförmig abzuwickeln.
Weiterhin ist es vorteilhaft, in dem ersten Mikroprozessor¬ system, das die ABS- und ASR-Funktion ausführt, eine EBV- Funktion (EBV = elektronische Regelung der Bremskraftvertei¬ lung) und ggf. auch die erforderliche Elektronik bzw. Programmstruktur für eine Bremsassistent-Funktion (BA-Funk- tion) unterzubringen. Die hierfür benötigten Informationen werden ebenfalls mit Hilfe der Radsensoren und zusätzlicher Sensoren, z.B. eines für den Bremsassistenten erforderlichen Pedalbetätigungssensor, erzeugt.
Schließlich besteht eine vorteilhafte Ausführungsart der erfindungsgemäßen Mikroprozessoranordnung noch darin, daß die einzelnen Funktionen derart auf die drei Mik¬ roprozessorsysteme aufgeteilt sind, daß in dem ersten Mik¬ roprozessorsystem zumindest die für ABS- und/oder ASR-Funk- tionen benötigten Eingangssignale aufbereitet werden, daß in dem zweiten Mikroprozessorsystem die Regelfunktionen (ABS,ASR,GMR) ausgeführt werden, und daß die Überwachung zu¬ mindest der ABS- und/oder ASR-Funktionen in dem ersten Mik¬ roprozessorsystem und die Überwachung der weiteren Regelfunk¬ tion in dem dritten Mikroprozessorsystem (MP3.4) erfolgen, wobei zur Überwachung der Regelfunktionen die Eingangsdaten nach einem im Vergleich zu der vollständigen Datenverarbei¬ tung vereinfachten Algorithmus verarbeitet werden, die Ergeb¬ nisse der vollständigen Datenverarbeitung mit den Ergebnissen der vereinfachten Datenverarbeitung verglichen werden und beim Auftreten von Abweichungen die Regelung teilweise oder vollständig abgeschaltet oder geändert wird.
Es bietet sich insbesondere bei der zuletzt genannten Ausfüh¬ rungsart an, in dem ersten und/oder dritten Mikroprozessor- systoir. zusätzlich Diagnose-Funktionen oder Service-Funktionen unterzubringen.
Weitere Einzelheiten der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Abbildungen hervor. Es zeigen
Fig. 1 - 4 in schematischer Darstellung alternative Aus¬ führungsbeispiele von Mikroprozessoranordnungen nach der Erfindung mit unterschiedlicher Auf¬ teilung der Funktionen auf die einzelnen Mikro¬ prozessorsysteme und
Fig. 5 in schematisch vereinfachter Darstellungsweise weitere Einzelheiten des Ausführungsbeispiels nach Fig. 3.
Die erfindungsgemäßen Mikroprozessoranordnungen bestehen grundsätzlich aus drei Mikroprozessorsystemen MP1,MP2,MP3, die untereinander durch ein Bussystem verbunden sind. In den Ausführungsbeispielen nach Fig. 1 und Fig. 3 ist ein Ringbus, nach Fig. 2 und 4 ein sternförmiger Bus vorgesehen. Die Daten werden zweckmäßigerweise mit Hilfe von schreib- und lesbaren Schieberegistern, die Bestandteile der Mikroprozessorsysteme MP1,MP2,MP3 sind, mit einer fest vorgebenen Sequenz oder per Protokoll ständig weitergegeben und ausgetauscht. Es handelt in dem vorliegenden Fall um Mikroprozessoranordnungen für ein Kraftfahrzeug-Regelungssystem, das, wie Fig. 5 zu entnehmen ist, sowohl eine Blockierschutzregelung (ABS), eine Antriebs¬ schlupfregelung (ASR) als auch eine Giermomentenregelung (GMR) umfaßt und daher auch zur Fahrstabilitätsregelung ein¬ gesetzt werden kann. Außerdem ist eine elektronische Regelung der Bremskraftverteilung (EBV) vorgesehen. Die aufwendige Aufbereitung der Eingangssignale, insbesondere der Radsensor¬ signale, ist mit SC (Signal Conditioning) bezeichnet.
Die Regelungsfunktionen für das ABS, ASR und EBV sind grund- sätzlich in dem gleichen Mikroprozessorsystem zusammengefaßt und der Einfachheit halber in den Fig. 1 bis 4 mit "ABS" be¬ zeichnet. Mit kleinen Buchstaben "abs" bzw. "abs/asr/ebv" "gmr" sind in den Figuren 1 bis 5 diejenigen Rechenprozesse symbolisiert, die im Vergleich zu den mit großen Buchstaben "ABS/ASR/EBV" bzw. "GMR" bezeichneten Funktionen bzw. Daten¬ verarbeitungsvorgänge nach einem vereinfachten Algorithmus ablaufen und nur zur Überprüfung oder Überwachung der voll¬ ständigen Datenverarbeitungsprozesse (ABS/ASR/EBV und GMR) dienen.
Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Mikroprozessoranordnungen werden grundsätzlich die Daten stets in zwei Mikroprozessor¬ systemen redundant oder "teilweise redundant" verarbeitet; mit "teilweise redundant" ist hier die Verarbeitung nach dem vereinfachten, die Regelfunktionen nachbildenden Algorithmus bezeichnet. Die Berechnungen mit vereinfachtem Algorithmus sind mit den kleinen Buchstaben symbolisiert. Durch Vergleich der mit vollständiger Redundanz oder teilweiser Redundanz erzielten Ergebnisse wird bei den erfindungsgmäßen Mik¬ roprozessoranordnungen in bekannter Weise die Funktion der Mikroprozessorsysteme überwacht.
Die Mikroprozessoranordnung nach Fig. 1 beruht auf redun¬ danter Berechnung aller Funktionen. Nach gleichen Algorithmen werden in den Mikroprozessorsystemen MP1.1 und MP2.1 die ABS/ASR/EBV-F-inktionen berechnet, in den Mikroprozessor¬ systemen MP2.1 und MP3.1 die GMR-Funktionen. Diese Art der redundanten Berechnung wird als "symmetrische Redundanz" be¬ zeichnet. Die Signalaufbereitung SC, zumindest der Radsensor¬ signale, ist ebenfalls in dem Mikroprozessorsystem MP1.1 un¬ tergebracht. In dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 werden dagegen sowohl die ABS-Funktionen (wie zuvor erläutert: einschließlich ASR und EBV), als auch die GMR-Funktionen dadurch überwacht, daß die Ergebnisse der vollständigen Berechnungen in den Mik¬ roprozessorsystemen MP2.2 und MP3.2 mit den Ergebnissen ver¬ einfachter Datenverarbeitung (abs bzw. gmr) verglichen wer¬ den. Diese Art der Überwachung wird als "asymmetrische Redun¬ danz" bezeichnet.
Nach Fig. 3 wird bei der Berechnung und Überwachung der GMR- Funktionen von der symmetrischen Redundanz, bei den ABS-Funk¬ tionen von der asymmetrischen Redundanz Gebrauch gemacht.
Fig. 4 unterscheidet, sich von dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 dadurch, daß in einem Mikroprozessorsystem MP2.4 so¬ wohl die ABS- als auch die GMR-Funktionen untergebracht sind. Die beiden anderen Mikroprozessorsysteme-MPl.4 und MP3.4 übernehmen die Datenvereinfachung nach den vereinfachten Al¬ gorithmen; für diese beiden genügen daher einfachere Mikro¬ prozessorsysteme, oder es bleibt Platz für zusätzliche Diag¬ nose- und/oder Service-Funktionen.
Die Ausgestaltung und Arbeitsweise einer erfindungsgemäßen Mikroprozessoranordnung wird nun anhand der Fig. 5 näher erläutert. Diesem Beispiel liegt die gleiche Aufteilung der Funktionen wie in dem Beispiel nach Fig. 3 zugrunde.
Die Mikroprozessorsysteme 1,2,3 (MPl.3,MP2.3,MP3.3) sind hier über einen Ringbus 4,5,6 miteinander verbunden. Mit Hilfe von Radsensoren Si bis S< werden Signale gewonnen, die das Dreh¬ verhalten der einzelnen Fahrzeugräder wiedergeben. Diese In- formationen werden für alle Regelungssysteme (ABS,ASR,EBV, GMR) benötigt. Zusätzliche Informationen und Regelgrößen, die vor allem für die Giermomentenregelung (GMR) erforderlich sind, werden mit Hilfe einer weiteren Sensoreinheit 7 gewon¬ nen, die z.B. einen Lenkwinkelsensor LW, einen Giermomenten- sensor GM oder Querbeschleunigungssensor, Drucksensoren P usw. - je nach Ausführungsart und Anforderungen an das Rege¬ lungssystem - umfassen. Zumindest manche der mit der Senso¬ reinheit 7 ermittelten Informationen sind auch zur Verbesse¬ rung und/oder Überwachung der anderen Regelungssysteme ABS/ASR/EBV von Nutzen.
In dem ersten Mikroprozessorsystem 1 (MPl.3) ist im Beispiel nach Fig. 5 eine Signal-Aufbereitung SC für die Radsensorsig¬ nale untergebracht. Die Aufbereitung der von der Sensor¬ einheit 7 gelieferten Signale findet im Beispiel nach Fig. 5 in entsprechenden Programm- oder Hardwarestrukturen SC2,SC3 der Mikroprozessorsysteme 2 und 3 statt.
Im zweiten Mikroprozessorsystem 2 (MP2.3) ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel die Datenverarbeitung für das Blockierschutzregelungssystem (ABS), einschließlich der An¬ triebsschlupfregelung (ASR) und der elektronischen Regelung der Bremskraftverteilung (EBV), als auch die Datenverarbei¬ tung für die Giermomentenregelung (GMR) untergebracht. In Abhängigkeit von den Sensorsignalen, die die Radsensoren Sα bis S4 und die Sensorei heit 7 liefern, werden in dem Mik¬ roprozessorsystem 2 Bremsdrucksteuersignale errechnet, mit denen in bekannter Weise Hydraulikventile, Druckmodulatoren, Hydraulikpumpen usw.- symbolisiert in Fig. 5 durch eine hy¬ draulische Einheit 8 - angesteuert werden. Die hydraulische Einheit 8 enthält alle Komponenten zur Einstellung und Modulation des Bremsdruckes in den einzelnen Radbremsen eines Fahrzeugs.
In dem dritten Mikroprozessorsystem 3 werden ebenfalls die zur Giermomentenregelung (GMR) und Fahrstabilitätsregelung erforderlichen Berechnungen ausgeführt. Folglich kann nun durch Vergleich der redundant in den Systemen 2 und 3 ver¬ arbeiteten Daten die Funktion der Giermomentenregelung über¬ wacht werden. Mit Hilfe eines Redundanzgliedes 9, das die GMR-Ausgangssignale der Mikroprozessorsysteme 2 und 3 ver¬ gleicht, wird beim Auftreten von Abweichungen eine Fehlermel¬ dung ausgelöst und erforderlichenfalls ein Schalter 10 ange¬ steuert, der die Regelung zeitweise oder bis zur Behebung des Fehlers außer Funktion setzt.
Das Redundanzglied 9 wird - entgegen der zum besseren Ver¬ ständnis der Wirkungsweise vereinfachten Darstellung in Fig. 5 - ebenfalls redundant ausgebildet und durch Software, d.h. durch entsprechende Programmierung der Mikroprozessoren rea¬ lisiert. Tatsächlich findet ein Vergleich der Ausgangssignale bzw. der in dön Prozessoren ablaufenden Prozesse sowohl in dem Mikroprozessorsystem 2 als auch in dem System 3 statt, wie dies z.B. aus der eingangs genannten Patentschrift DE 32 34 637 C2 bekannt ist. Der Schalter 10 in Fig. 5 steht ebenfalls für ein redundantes, zwei Schalter oder zwei Schal¬ terfunktionen umfassendes Abschaltsystem.
Ein zweites Redundanzglied 11 vergleicht die ABS/ASR/EBV-Si- gnale mit den auf Basis vereinfachter Algorithmen gewonnenen abs/asr/ebv-Signalen. Treten Abweichungen von dieser asym¬ metrischen Redundanz auf, liegt ein Fehler vor, der wiederu über einen Schalter 12 zur Abschaltung der Regelung führt. Das Redundanzglied 11 wird natürlich zweckmäßigerweise ebenso wie das Redundanzglied 9 durch Software bzw. Programmierung realisiert. Sowohl im Mikroprozessorsystem 1 als auch im Mik¬ roprozessorsystem 2 findet unabhängig voneinander ein Sig¬ nalvergleich statt. Die Abschaltung mit Hilfe eines Schalters 12 wird ebenfalls redundant ausgeführt. Redundanzglieder 11 und 9 sowie Schalter 12 und 10 sind nach dem gleichen Redun¬ danzprinzip verwirklicht.
Bei der Anordnung nach Fig. 5 wird die Betätigung und der Schaltzustand der Ventile, die in der hydraulischen Einheit 8 symbolisch angedeutet sind, über Signalleitungen 13,14 zu dem Mikroprozessorsystem 1 (MPl.3) und dem Mikroprozessorsystem 3 (MP3.3), das die GMR-Funktion enthält, rückgemeldet. Es wird überprüft, ob die jeweiligen Ventilfunktionen mit den Berech¬ nungen im System 3 bzw. mit der vereinfachten Berechnung im System 1 übereinstimmen.
Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Mikropro¬ zessoranordnung besteht darin, daß zum einen mit relativ ge¬ ringem Aufwand, d.h. relativ wenigen Mikroprozessorsystemen und vergleichsweise geringem Rechenaufwand, die beschriebenen Regelungsvorgänge - insbesondere ABS, ASR, EBV und GMR -, einschließlich der redundanten oder teilweise redundanten, für die Überwachung notwendigen Rechenvorgänge, verwirklicht werden können. Zum anderen wird eine relative Unabhängigkeit der Regelungssysteme voneinander erreicht, die es erlaubt, z.B. beim Erkennen einer Fehlfunktion im GMR-Syste nur die¬ sen Zweig abzuhalten oder auf eine unkritische Funktion zu begrenzen, die Funktion der übrigen Regelungssysteme (ABS/ASR/EBV usw.) dagegen aufrechtzuerhalten. Dies führt insgesamt, wie ohne weiteres einzusehen ist, zu einem erheb- liehen Sicherheitsgewinn,

Claims

Patentansprüche
Mikroprozessoranordnung für ein Fahrzeug-Regelungssystem mit mehreren, untereinander durch Bussysteme verbundenen Mikroprozessorsystemen, die zumindest eine Block¬ ierschutz-(ABS) und/oder Antriebsschlupfregelung (ASR) sowie mindestens eine weitere, rechenaufwendige Regel- funktion, wie Giermomentenregelung (GMR), und Über¬ wachungsfunktionen ausführen und die eine Eingangssi¬ gnal-Aufbereitung einschließen, dadurch gekennzeichnet,
- daß drei Mikroprozessorsysteme (1,2,3,MP1,MP2,MP3) vorhanden sind und daß die einzelnen Funktionen der¬ art auf die drei Mikroprozessorsysteme aufgeteilt sind,
- daß das erste Mikroprozessorsystem (1,MP1) zusammen mit dem zweiten Mikroprozessorsystem (2,MP2) die ABS- und/ oder ASR-Funktion, einschließlich der Überwa¬ chung dieser Funktionen durch zumindest teilweise redundante Signal- oder Datenverarbeitung und Ab¬ schalten der Regelung beim Auftreten von Redundanz- Störungen, ausführt und
- daß das dritte Mikroprozessorsystem (3,MP3) zusammen mit dem zweiten Mikroprozessorsyatem (2,MP2) die wei¬ tere Regelfunktion (GMR), einschließlich der Überwa¬ chung der weiteren Regelfunktion (GMR), ausführt.
2. Mikroprozessoranordnung nach Anspruch 1, dadurch ge¬ kennzeichnet, daß das erste Mikroprozessorsystem (MPl) zusammen mit dem zweiten Mikroprozessorsystem zusätzlich eine EBV-Funktion (elektronische Regelung der Bremskraftverteilung) ausführt.
3. Mikroprozessoranordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Mikroprozessorsystem (MPl) zusammen mit dem zweiten Mikroprozessorsystem (MP2) zusätzlich eine BA-Funktion (Bremsassistent-Funktion) ausführt.
4. Mikroprozessoranordnung nach einem oder mehreren der
Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Auf¬ bereitung (SC) zumindest der für die Blockierschutz- (ABS) und/oder Antriebsschlupfregelung (ASR) benötigten Eingangssignale, insbesondere die Aufbereitung von Rad¬ drehzahlsignalen, in dem ersten Mikroprozessorsystem (MPl) erfolgt.
5. Mikroprozessoranordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufbereitung (SC2,SC3) der für die weitere Regelfunktion (GMR) zusätzlich benötigten Eingangssignale in dem zweiten (MP2.3) und/oder in dem dritten (MP3.3) Mikroprozessorsystem erfolgt.
6. Mikroprozessoranordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenverarbeitung für die Regelfunktionen in dem ersten (MP1.1) und zweiten (MP2.1) Mikroprozessorsystem nach gleichem Programm abläuft.
7. Mikroprozessoranordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Datenverarbeitung in dem ersten Mikroprozessorsystem (MP1.2,MP1.3,MP1.4) im Vergleich zu der Datenverarbeitung in dem zweiten Mikroprozessorsystem (MP2.2,MP2.3,MP3.4) nach einem vereinfachten, den Regelalgorithmus der im zweiten Mikroprozessorsystem (MP2.2,MP2.3,MP2.4) ausgeführten Regel-Funktionen nachbildenden Algorithmus abläuft, derart, daß durch Vergleich der Ergebnisse der Datenverarbeitung des ersten mit den Ergebnissen des zweiten
Mikroprozessorsystems eine fehlerhafte Arbeitsweise des ersten oder zweiten Mikroprozessorsystems erkennbar ist.
8. Mikroprozessoranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachung der weiteren Regelfunktion (GMR-Funktion) durch redundante Signal- oder Datenverarbeitung in dem zweiten (MP2.3) und dritten (MP3.3) Mikroprozessorsystem erfolgt.
9. Mikroprozessoranordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zur Überwachung der weiteren Regelfunktion (GMR) dienende, im zweiten Mikroprozessorsystem (MP2.2) installierte Datenverarbeitung nach einem vereinfachten, den Regelal¬ gorithmus des dritten Mikroprozessorsystems (MP3.2) nachbildenden Algorithmus abläuft, derart, daß durch Vergleich der Ergebnisse der Datenverarbeitung des drit¬ ten Mikroprozessorsystems (MP3.2) mit den Ergebnissen der Datenverarbeitung mit Hilfe des vereinfachten, nach¬ bildenden Algorithmus im zweiten Mikroprozessorsystem (MP2.2) Fehler erkennbar sind.
10. Mikroprozessoranordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die ABS-/ASR-/EBV-Funktionen, wenn die Überwachung der wei¬ teren Regelfunktion (GMR-Funktion) eine Störung erkennt, fortgesetzt werden.
11. Mikroprozessoranordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die drei Mikroprozessorsysteme
(MP1.1,MP2.1,MP3.1;MP2.3,MP3.3) über einen Ringbus (4, 5, 6) miteinander verbunden sind, daß jedes Mikro¬ prozessorsystem mit einem schreib- und lesbaren Schiebe¬ register ausgerüstet ist und daß die Daten ständig in einer fest vorgegebenen Sequenz oder per Protokoll wei¬ tergegeben und/oder ausgetauscht werden.
12. Mikroprozessoranordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet,
- daß die einzelnen Funktionen derart auf die drei Mikroprozessorsysteme (MP1.4,MP2.4,MP3.4) aufgeteilt sind,
- daß in dem ersten Mikroprozessorsystem (MPl.4) zumindest die für ABS- und/oder ASR-Funktionen benötigten Eingangssignale aufbereitet werden,
- daß in dem zweiten Mikroprozessorsystem (MP2.4) die Regelfunktionen (ABS,ASR,EBV;GMR) ausgeführt werden, und
- daß die Überwachung zumindest der ABS- und/oder ASR- Funktionen in dem ersten Mikroprozessorsystem (MPl.4) und die Überwachung der weiteren Regelfunktion (GMR- Funktion) in dem dritten Mikroprozessorsystem (MP3.4) erfolgen, wobei zur Überwachung der Regelfunktionen die Eingangsdaten nach einem im Vergleich zu der vollständigen Datenverarbeitung vereinfachten, die Regelfunktionen nachbildenden Algorithmus verarbeitet werden, die Ergebnisse der vollständigen Datenverarbeitung mit den Ergebnissen der vereinfachten Datenverarbeitung verglichen werden und beim Auftreten von Abweichungen die Regelung teilweise oder vollständig abgeschaltet oder geändert wird.
13. Mikroprozessoranordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß in dem ersten (MPl) und/oder dritten (MP3) Mikroprozessorsystem zusätzlich Diagnose-Funktionen und/oder Service- Funktionen vorhanden sind.
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