Sistem digital de control cu monitorizarea operativa a erorii la pornirea sistemului de operare

Inventator: Toshiro Matsuda, Sagamihara, JapanNumarul brevetului: 4,597,052Mandatarul: Nissan Motor Company, Limited, Yokohama, JapanNumarul aplicatiei.:610,004Completat: 14.05.1984Data Publicarii: 24.06.1986Examinatorul Principal – Eward. J. Wise

Abstract

Un sistem digital de control este prevazut cu un sistem de monitorizare a erorii, care se aplica inactiv unui actuator si unei lampi de controlat,pentru a verifica functionarea acestuia.Sistemul digital de control, are de asemenea, un ceas-timer responsabil de un semnal periodic produs atata timp cat microprocesorul sistemului de control functioneaza normal.Sistemul de control este adaptat pentru a fi iniţializat ca răspuns la debutul alimentarii cu energie şi ca răspuns la semnalele de eroare de la ceas-timer.Un discriminator este furnizat în sistemul de control pentru a discrimana cauza initializarii sistemului de control.Discriminatorul permite sistemului de monitorizare a erorii sa se initializeze cand alimentarea cu energie este detectata, dar nu, când iniţializarea se datorează erorilor detectate de ceasul-timer.

Sistem digital de control cu monitorizarea operativa a erorii la pornirea sistemului de operare

Contextul inventiei

Inventia de faţă se referă în general la un sistem digital de control, cum ar fi sistemul de control al motorului la automobile, sistemul de control al franei antiderapare sau similare, care includ un sistem de monitorizare operativă asupra funcţionării sistemului de plecare, pentru a verifica sursa de alimentare, a indicatorilor şi aşa mai departe.Mai precis, invenţia se referă la un sistem de initializare a monitorizarii receptive pentru verificarea condiţiilor de funcţionare a sistemului de control digital, ca răspuns la initializarea care monitorizează sistemul care distinge dacă initializarile au avut loc sau nu ca răspuns la activarea sistemului, adică o pornire "la rece", şi efectuează operaţiuni de monitorizare a răspunsului la o pornire “la rece”.În ultimii ani, sistemele de control digital al procesoarelor diferitelor componente auto de vehicule, cum ar fi motoare, sisteme de frânare, sisteme de aer conditionat şi aşa mai departe au devenit disponibile pe scară largă.

1

Multe astfel de sisteme sunt prevazute cu functii de auto-control si cu functii de resetare-initiala din momentul startarii sistemului de operatii.Aceste functii sunt esentiale pentru a preveni o functionare defectuoasa a sistemului.

Sistemele de control sunt echipate cu ceas-timere sau cu componente echivalente care monitorizeaza erorile de programare in sistemul de control.In mod general un ceas-timer verifica semnalele de iesire produse periodic de sistemele de control si produc un semnal de eroare cand intervalul dintre semnalele de iesire ale sistemului devin mai mari decat perioada prestabilita.Cand un semnal de eroare este eliberat de ceasul-timer,sistemul de control este reinitializat pentru a pastra in siguranta sistemul.Un astfel de sistem în condiţii de siguranţă nu au fost dezvăluit în Pat SUA. NO.4.363.092, cesionarul de inventie a fost eliberat la 7 Dec. 1982 pentru Toshimi ABO si colaboratorilor.

US Pat No. 4363092 prezintă o defecţiune prevenind sistemul microcalculatorului, care detectează o condiţie anormală în execuţia programului pentru a produce un semnal de alarmă sau un semnal de resetare pentru a restarta automat computer.

Semnalul programului este detectat în verificarea funcţionării microcalculatorului prin măsurarea intervalelor de semnal a programului.

Avand in vedere ca semnalele programului se deduc la intervale de timp prestabilite, atunci cand microcalulatorul functioneaza in conditii normale, judecata care poate fi facuta este ca microcalculatorul este in esuare cand intervalul in care semnalul programului este mai mare decat o anumita perioada de timp.

În plus, sistemul digital de control poate fi prevăzut cu un sistem de auto-monitorizare pentru a verifica daca actuatorii sunt controlati,indicatorii sau displayul din sistem sunt resetati si initializati. Când sistemul digital de control care se aplică pentru controlul motorului, motorul va fi condus indiferent de condiţie pentru a degrada senzaţie de unitate. În cel mai rău caz, motorul se va bloca în timp ce vehiculul este în execuţie. Pe de altă parte, atunci când sistemul digital de control este aplicat pentru un sistemul control al franei antiderapare, o supapă de control al presiunii într-un circuit de frânare hidraulic pot fi puse in poziţia de presă pentru a nu fi de acord cu aplicarea frânei în timp ce sarcina se aplică la acţionare. În plus, prin rotirea indicatorilor, unitatea trebuie să se teamă în cazul în care sistemul digital de control al actuatorilor este deteriorat.

Rezumatul inventiei

Prin urmare, este obiectul inventiei actuale sa prevada un sistem de monitorizare a erorii pentru un sistem de control digital, care este operativ numai pe durata pornirii sistemului “la rece”..

Un alt obiect şi mai specific al inventiei este de a oferi un sistem de monitorizare a erorii pentru un sistem de control digital care nu iniţializează sistemul numai atunci când sistemul este pornit primul, dar şi atunci când sunt detectate erori in functiune.

In scopul de a realiza cele mai sus mentionate un sistem digital de control este prevazut cu un sistem de monitorizare a erorii, care se aplica unui sistem de control pentru a verifica componentele de control, inclusiv sistemul de indicatori de afisare si actuatorii de control, si verifica sistemul de control de la faza initiala a operatiunii de

2

control.Sistemul de monitorizare a erorii este asociat cu un contor de timp, care furnizeaza un semnal de nivel inalt pentru o perioada predeterminata de timp de la debutul alimentarii cu energie a sistemului digital de control.Sistemul de verificare a erorii efectueaza operatiunile de verificare de mai sus numai in prezenta unui semnal de nivel inalt venit de la contorul de timp.

Scurtă descriere a desenelor

Prezenta inventie va fi inteleasa pe deplin prin descrierea detaliata data mai jos si din desenele care insotesc inventia.În desene:

Fig.1. Diagrama schematica este un bloc de intruchipare preferata a unui sistem de control digital, inclusiv un sistem de mionitorizare a erorii in functie de inventia prezenta;

Fig.2.Este o diagrama circuit a unui timer in intruchiparea preferata a sistemului de control digital din fig1;

Fig.3.Este un flowchart a unui sistem de resetare a programului de catre sistemul digital de control din fig1;

Fig.4.Este o diagrama de timp a sistemului de resetare, ca raspuns la pornirea alimentarii cu energie electrica;

Fig.5.Este o diagrama de timp a sistemului de resetare, ca raspuns la un semnal de eroare de la un ceas-timer in sistemul digital de control.

Descrierea aplicatiei preferate

Referindu-ne acum la desene, în special la FIG. 1, un sistem digital de control include un microprocesor(10) care este adaptat pentru a efectua controlul motorului unui automobil, controlul sistemului de franare anti-derapare sau similare. Microprocesorul 10 are o putere de terminal Vc conectat la o baterie de vehicul 12 servind ca sursă de energie, prin intermediul unui comutator de aprindere 14, servind ca un comutator de alimentare. Microprocesorul 10, de asemenea, dispune de un terminal de resetare RES conectat la un generator de semnal 16 printr-o poarta SAU 18 . Generatorul de semnal 16 este conectat la o linie de alimentare cu energie electrică 20 conectand comutatorul de aprindere 14 la terminalul de putere Vc a microprocesorului 10. Generatorul de semnal 16 este raspunzator de actul de închidere al comutatorului de aprindere 14 şi, prin urmare, de debutul alimentarii cu energie, la ieşirea unui semnal de nivel scazut la terminalul RES al microprocesorului printr-o poarta SAU pentru o anumita perioada de timp. Microprocesor 10 este programat pentru a iniţializa sistemul de control prin stabilirea de valori iniţiale în contoare diverse şi aşa mai departe şi să acceseze primul pas al unui program de control, ca răspuns la încetarea semnalului de nivel scazut după anumită perioadă de timp de la debutul alimentarea cu energie. Poarta SAU este de asemea conectata ca intrare la un detector de eroare(22) conectat la un terminal de monitorizare a erorii PR a microprocesorului prin care semnalul programului iese periodic. Detectorul de eroare cuprinde un contor de timp care monitorizeaza intervalele de timp dintre semnalele programului. Generatorul de eroare de semnal 22 masoara intervalele dintre

3

apariţii ale semnalelor programului şi compară intervalul măsurat cu o valoare de referinţă care este reprezentativa pentru un interval maxim admisibil al semnalului. Generator de semnal de eroare 22 are la iesire în mod normal, un semnal de nivel scazut, semnal resetat la intrarea in terminalul portii SAU 18. Nivelul semnalului scăzut este transmis la terminalul RES al microprocesorului 10, care initializeaza sistemul atunci când nivelul de intrare in terminalul este ridicat. Microprocesorul 10 are, de asemenea falsa sarcina de a afişa terminale P1 şi P2. Terminalul P1 este conectat la o bobină magnetică 24 a unui actuator pentru a fi verificat prin intermediul unui tranzistor Qi de putere. Pe de altă parte,terminalul P2 este conectat la o lampă indicatoare 26, prin intermediul unui tranzistor de putere Q2. Microprocesor 10 este adaptat la ieşirile terminalelor Pi şi P2, atunci când sistemul de control începe să funcţioneze pentru prima data şi în timpul etapei iniţiale 40 a operaţiunii de control. Prin intermediul acestor sarcini microprocesor 10 verifica bobina magnetica şi lampa indicatoare. Microprocesorul, în conformitate cu invenţia prezenta, are de asemenea terminal de intrare P3 conectat la un contor de timp 28. Timer-28 este la rândul său, conectat la linia de alimentare cu energie electrică pentru a primi energie electrică. Timer-28 este adaptat la ieşirea unui semnal de nivel inalt ca răspuns la debutul alimentarii cu energie a microprocesorului 10 prin linia de alimentarea cu energie electrică 20 şi deţine iesirii de semnal inalt pentru o anumita perioada de timp.Semnalul cel mai inalt a timer-ului este selectat pentru a fi mai lung decât perioada de timp în care generatorul de semnal genereaza semnale de nivel scazut.Microprocesorul 10 este adaptat la ieşiri prin intermediul terminalelor Pi şi P2 numai atunci când contribuţia la terminalul P3 este mare.

Fig. 2 prezintă circuitele detaliate a circuitului timerului-28 în sistemul de control digital al FIG. 1. Time-rul 28 include un comparator 280 care cuprinde un amplificator diferenţial. Borna pozitivă de intrare (+) al comparatorului, este conectata la un divizor tensiune 282 inclusiv rezistenţe R2 şi R3. Divizorul de tensiune este adaptat pentru a oferi un semnal de tensiune constanta comparatorului. Pe de altă parte, terminalul negativ intrare a comparatorului, este conectat la linia de alimentare cu energie electrică 20, printr-un circuit constant 284, care cuprinde un rezistor R1 şi un condensator C1. Condensator C1 este adaptat pentru a fi incarcat cu o rata de incarcare de catre energia electrică de la bateria unui vehicul, atâta timp cât comutatorul de aprindere 14 rămâne închis astfel încât să se definească o constanta de timp. Caracteristicile de incarcare a condensatorului C1 sunt in asa fel selectate incat condensatorul sa fie incarcat cu o tensiune mai mare decat tensiunea de referinţă aplicata, prin divizorul de tensiune după o perioadă de timp mai lungă decât perioada de timp pentru care nivelul de semnal scăzut dat de generator se menţine. În timp ce tensiunea condensatorului C1 este mai mică decât tensiunea de referinţă a divizorului de tensiunea , comparatorul scoate un semnal de nivel inalt. După ce timpul dat expiră, tensiunea condensatorului devine mai mare decât tensiunea de referinţă şi astfel nivelul de semnal scos este din nou scazut. Prin urmare, intrarea terminalului P3 rămâne ridicată, pentru anumită perioadă de timp după declanşarea alimentarii cu energie a sistemului de control şi, apoi, scade după expirarea perioadei de timp dată.

Fig. 3 este un flowchart a unui sistem de control executat ca răspuns la intrarile de nivel scazut, la terminalul RES a microprocesorului. În sistemul programului de control, intrarea de nivel la terminalul P3 este verificat cu pasul 100. Dacă nivelul de intrare la terminalul P3 este scăzut, ieşirile de la terminalele Pi şi P2 sunt ţinute la nivel scazut pentru a aplica o sarcina bobinei magnetice sau lămpii indicatoare cu pasul 102. Pe de altă parte, în cazul în care nivelul de intrare la P3 terminal este mare, atunci când verifică la pasul 100, apoi nivelul de ieşire de la

4

terminalele Pi şi P2 creste, astfel încât să se aplice o sarcină bobinei magnetice pentru testarea-acţionarea acesteia din urmă şi lampii indicatoare de a transforma ON , la pasul 104. Având în vedere că iesirea timer-ului rămâne scăzută, atâta timp cât puterea este continuu livrata după ce condensatorul C1 timeru-lui a fost incarcat la o tensiune mai mare decat tensiune de referinţă, nivelul de intrare de la terminalul P3 rămâne scăzută.Prin urmare, chiar dacă nivelul de intrare la terminalul RES scade la un nivel scazut datorita nivelului scăzut de semnal de eroare, nivelurile de ieşire de la terminalele P1 şi P2 vor fi tinute scazut,astfel încât să nu poata efectua operaţiunile de control privind bobina magnetica şi lampa indicatoare. După pasii 102 şi 104, nivelul de intrare la terminalul RES este verificat în mod repetat, la un pas 106 atâta timp cât nivelul de intrare in terminalul RES rămâne scăzut.Asta este,verificare nivelului de intrare la pasul 106 continuă până la nivelul de intrare in RES devine ridicat.După ce nivelul de intrare la terminalul RES este ridicat, initializarea sistemului se continua la pasul 108..

Fig. 4 şi Fig.5 ilustrează calendarul de funcţionare a microprocesorului cand programul de verificare a sistemului din Fig.3 este executat. FIG. 4 reprezintă operaţiunea, ca răspuns la închiderea comutatorului de aprindere. În acest caz, presupunând ca, comutatorul de aprindere este închis într-un timp t 1, nivelul de intrare de la terminalul P3, face un salt pana la un nivel înalt la timpul t 1. În acelaşi timp, generatorul de semnal incepe să scoata semnale de nivel scazut catre terminalul RES prin poarta SAU. Presupunând că durata de semnal scazut este T1 şi durata de nivel înalt a ieşiri timer-ului este T2, nivelul de intrare la terminalul RES creste la un timp t 2, după ce durata T1 a trecut. Ulterior, cronometrul se stabilizează la un nivel scăzut la un timp t 3, scăzând astfel nivelul de intrare de la terminalul P3.

Prin urmare, sistemul de control al programului din FIG. 3 începe să execute, la timpul t 1, ca răspuns la scăderea nivelului de intrare in terminalul RES. În acest moment, deoarece nivelul de intrare de la terminalul P3 este ridicat, sunt aplicate sarcini bobinei magnetice a actuatorului prin intermediul terminalului P1 şi lampii indicatoare prin intermediul terminalului P2, în scopul de a verifica funcţionarea bobinei magnetice şi a lampii indicatoare. Deoarece nivelul de intrare in terminalul RES este ridicat la timpul t2 initializarea sistemului se efectueaza la timpul t2.

Fig.5 arată operaţiunea ca răspuns al semnalulului de eroare dat de generatorul semnalului de eroare. Presupunând că absenţa semnalului de program a durat mai mult decât valoarea de referinţă de către un timp t 4, nivelul de intrare in terminalul RES scade la timpul t4. Presupunând că perioada semnalului de program revine la nivelul său normal şi intr-un interval mai scurt decât valoarea de referinţă detectata la un timp t 5,

Ca răspuns la întoarcerea nivelului de intrare in terminal la nivel înalt, sistemul este iniţializat.

Cu toate acestea, deoarece nivelul de intrare in terminalul P3 a rămas scazut în toată această perioadă, sarcinile nu sunt aplicate bobinei magnetice şi nici lampii indicatoare. Prin urmare, în conformitate cu invenţia prezenta, testarea sau verificarea actuatorilor şi indicatorilor se efectuează numai în cazul în care alimentarea cu energie a microprocesorului se stabilesc prima dată. Acest lucru previne în mod satisfăcător sistemul de control sa efectueze in mod eronat operatiuni de verificare şi actionare a actuatorilor şi de a porni indicatorul ca răspuns la initializarea sistemului din cauza erorilor din sistem.

Astfel, inventia indeplineste toate obiectivele şi avantajele solicitate de la aceasta.

5

Ceea ce se pretinde este:

1. Un sistem digital de control, inclusiv un microprocesor care, printre alte funcţii, verifica un actuator ca sa fie controlat de sistemul de operare si care cuprinde:

- inseamnă în primul rand resetarea şi initializarea sistemului de control;- al doilea mijloc de activare înseamnă, raspunsul la debutul alimentari cu energie a sistemului de control;- al treia-lea mijloc înseamnă detectarea funcţionarii necorespunzătoare a

sistemului de control şi activarea primului, când funcţionarea necorespunzătoare a sistemului de control este detectată;

- al patru-lea mijloc înseamnă punerea in aplicare a unei sarcini false actuatorului si monitorizarea functionarii testarii acesteia din urma;

- al cinci-lea mijloc inseamna ca raspunde de activarea sistemului de control si de dezactivare lui in cazul functionarii necorespunzatoare.

2.Sistemul digital de control asa cum este prezentat in cererea 1, este receptiv la debutul alimentarii cu energie pentru o perioada data de timp.3. Sistemul digital de control aşa cum este prezentat în cererea 2, este activ pentru o anumită perioadă de timp după declanşarea alimentarii cu energie a sistemului de control.4.Sistemul digital de control asa cum este prezentat in cererea 3, are perioada data de timp in care se activeaza mai mare decat perioada de timp in care este activ.5. Un sistem de monitorizare a erorii pentru un sistem de control digital care controlează un dispozitiv de autovehicul, cuprinde:

- un microprocesor care efectuează operaţiuni de control pentru dispozitivul de autovehicule, în conformitate cu un parametru de control preselectat, poduce semnale periodice, având o durată mai scurtă decât perioada predeterminata, atâta timp cât microprocesorul funcţionează în mod normal;

- un detector pentru măsurarea perioadei unui semnal atunci când perioada de măsurat este mai mare decat perioada prestabilita;

- un al doilea detector pentru detectarea alimentarii cu energie a microprocesorului şi scoaterea de catre acesta a unui semnal pentru o perioadă predeterminată de timp, ca răspuns la debutul de alimentare cu energie electrică;

- mijloace de resetare a sistemului de control, ca răspuns la oricare din semnalele primului sau celui de al doilea detector şi initializarea sistemului de control;

- mijloacele de aplicare a unui semnal fals de sarcină la dispozitivele care urmează să fie controlate de sistemul de control;

6. Sistemul de monitorizare a erorii aşa cum este prezentat în cererea 5, inseamna să răspundă la debutul alimentarii cu energie a sistemului de control pentru a permite dezactivarea sarcinii aplicate pentru o anumită perioadă de timp.7. Sistemul de monitorizare a erorii aşa cum este prezentat în cererea 6, unde având în vedere perioada de timp pentru care sarcina este mai lungă decât perioada prestabilită, semnalul celui de-al doilea detector este la ieşire.8. Sistemul de monitotizare a erorii aşa cum este prezentat în cererea 7, unde aplicarea de sarcină este activă numai atunci când semnalul detectorului de intrare este activat;9. Sistemul de monitorizare a erorii aşa cum este prezentat în cererea 8, unde primul detector cuprinde un timer watchdog.;

6

10. Sistemul de monitorizare a erorii aşa cum este prezentat în cererea 9, in care a spus ca resetarea înseamnă ca raspunsul este activ pana la marginea uneia dintre semnalele primului sau celui de-al doilea detector.

7

12

14

VcP1

P2

Pr

MICROPROCESSOR

P3TIMER

20

28

RES

RESETSIGNALGENERATOR

16 1810

ERRORSIGNALGENERATOR

16

Q2

26

Vc

Q1

24

Vc

FIGURA 1

8

FIGURA 2

R1

284

C1R3

+

-

280

20

Vc

R2

282FROM 14

TO P3

START

P3 = 1

100

P1 = 0P2 = 0

102

P1 = 1P2 = 1

104

RES = 1?

YES

NO

106

INITIALIZE

108

END

YES

FIGURA 3

9

FIGURA 4

IGNITION SW

RES

T1 1

P 3

TIMET1

t1 t2 t3

O1

O

OFFON

FIGURA 5

IGNITION SW

RES

P 3 O

OFFON

O1 1

t4 t5

10