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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Schaltungsmodul und ein Verfahren zur fehlertoleranten Beschaltung von elektronischen Geräten, insbesondere von avionischen Geräten oder dergleichen, mit einem Schaltungsmodul, wobei das elektronische Gerät mittels einer Steuervorrichtung des Schaltungsmoduls gesteuert wird, wobei mittels zumindest einer Schalteinheit einer Eingabeeinrichtung einer Bedienvorrichtung des Schaltungsmoduls einer von zumindest zwei möglichen Schaltzuständen eingegeben wird, wobei mittels einer Übertragungsvorrichtung des Schaltungsmoduls Statusdaten, welche einen Status der zumindest einen Schalteinheit, insbesondere nach der Eingabe des Schaltzustands, beschreiben, von der Bedienvorrichtung zu der Steuervorrichtung übertragen werden, wobei ein Status der Steuervorrichtung den Statusdaten entsprechend geändert wird.
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Derartige Schaltungsmodule und Verfahren sind aus dem Stand der Technik hinreichend bekannt und werden regelmäßig zur Beschaltung von elektronischen Geräten, insbesondere von avionischen Geräten oder dergleichen, eingesetzt. Dabei weisen derartige Schaltungsmodule regelmäßig eine Bedienvorrichtung mit einer Eingabeeinrichtung mit zumindest einer Schalteinheit auf, mittels derer einer von zumindest zwei möglichen Schaltzuständen eingegeben bzw. ausgewählt werden kann. Beispielsweise kann die zumindest eine Schalteinheit ein Schalter mit zwei möglichen Schaltzuständen bzw. Positionen EIN oder AUS sein. In diesem Falle ist dann unter einer Eingabe eines Schaltzustandes zu verstehen, dass der Schalter von beispielsweise der Position AUS in die Position EIN gebracht bzw. umgeschaltet wird. Bedingt durch die Eingabe des Schaltzustandes wird ein Status der Bedienvorrichtung bzw. der zumindest einen Schalteinheit geändert. Bezogen auf das obige Beispiel bedeutet das, dass sich der Status der Bedienvorrichtung bzw. des Schalters nach dem Umschalten des Schalters von der Position AUS in die Position EIN von dem Status AUS zu dem Status EIN ändert. Der Status der Bedienvorrichtung bzw. der zumindest einen Schalteinheit, insbesondere nach der Eingabe des Schaltzustandes, wird dabei in Form von Statusdaten beschrieben bzw. codiert. Diese Statusdaten werden dann anschließend von einer Übertragungsvorrichtung des Schaltungsmoduls von der Bedienvorrichtung zu einer Steuervorrichtung, mittels derer das elektronische Gerät gesteuert wird, übertragen, wobei ein Status der Steuervorrichtung den Statusdaten entsprechend geändert wird. Im Hinblick auf das obige Beispiel des Schalters heißt das, dass Statusdaten, welche den Status EIN des Schalters beschreiben, mittels der Übertragungsvorrichtung zu der Steuervorrichtung übertragen werden, wobei ein Status der Steuervorrichtung diesen Statusdaten entsprechend geändert bzw. ein diesen Statusdaten entsprechender Steuerbefehl ausgeführt wird. Wäre der besagte Schalter zum Beispiel für das Ein- und Ausschalten eines Autopiloten gedacht, dann würde die Steuervorrichtung beim Umschalten des Schalters von AUS nach EIN den Statusdaten entsprechend den Autopiloten aktivieren bzw. einschalten und ihren Status von Autopilot AUS nach Autopilot EIN ändern.
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Die Bedienvorrichtung ist im Bereich der Avionik oftmals räumlich und logisch von der Steuervorrichtung getrennt, was einerseits Platzverhältnissen in einem Cockpit eines Flugzeugs und anderseits einer Anpassbarkeit der Steuervorrichtung an verschiedene Flugzeugtypen, Cockpitdesigns und Bedienvorrichtungen geschuldet ist. Dabei ist die Bedienvorrichtung gemäß einer Systemarchitekturentscheidung im Stand der Technik mit einer geringstmöglichen Komplexität ausgelegt. Bedingt dadurch werden Statusdaten als unplausibilisierte Rohdaten von der Bedienvorrichtung zu der Steuervorrichtung übertragen. Unplausibilisierte Rohdaten bedeuten in diesem Zusammenhang, dass die Statusdaten unabhängig von einer Güte zu der Steuervorrichtung übertragen werden bzw. dass keine zu den Statusdaten zusätzlichen Informationen an die Steuervorrichtung übermittelt werden, welche die Güte der Statusdaten beschreiben. Somit hat die Steuervorrichtung a priori keine Informationen darüber, wie sie die Zustandsdaten zu verwerten hat. Beispielsweise kann ein durch elektrische oder mechanische Fehler bedingter Effekt die Güte der Statusdaten reduzieren bzw. fehlerhafte oder inkonsistente Statusdaten, welche keinen gültigen, d. h. mit einem Schaltzustand verbundenen Status beschreiben, hervorrufen. Damit liegt die Steuerhoheit durch elektrische oder mechanische Fehler verursachte Effekte von gültigen bzw. zuverlässigen und abgesicherten Eingaben von Schaltzuständen zu unterscheiden bei den aus dem Stand der Technik bekannten Schaltungsmodulen vollständig bei der Steuervorrichtung. Nachteilig ist hier jedoch, dass dazu detaillierte Informationen und deren Anwendung in einer Auswertelogik der Steuervorrichtung erforderlich sind. Des Weiteren steigert eine Einbettung von Algorithmen, welche zu einer Auswertung der Statusdaten zur Anwendung gebracht werden, in die Steuervorrichtung deren Komplexität erheblich, was zudem eine Wiederverwendbarkeit bewährter Steuervorrichtungen erschwert.
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Weiter sind die bekannten Schaltungsmodule regelmäßig derart ausgebildet, dass die Bedienvorrichtung bzw. die zumindest eine Schalteinheit auch im Falle einer einfachen Fehlfunktion ihren Dienst aufrechterhält, was nicht zuletzt im Bereich der Avionik, in dem ein erhöhtes Sicherheitsbedürfnis besteht, eine wichtige Rolle spielt. Hier ist es notwendig, dass die Bedienvorrichtung bzw. die zumindest eine Schalteinheit auch im Falle einer einfachen Fehlfunktion eine Betriebsfähigkeit aufrechterhält bzw. noch bedienbar ist, also fehlertolerant ist. Nachteilig ist jedoch, dass diese Fehlertoleranz im Stand der Technik derart realisiert ist, dass die Komplexität des elektronischen bzw. avionischen Geräts bzw. der Steuervorrichtung zusätzlich gesteigert wird.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren sowie ein Schaltungsmodul vorzuschlagen, mit dem eine zuverlässige und fehlertolerante Beschaltung von elektronischen Geräten, insbesondere von avionischen Geräten oder dergleichen, ermöglicht wird.
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Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und ein Schaltungsmodul mit den Merkmalen des Anspruchs 18 gelöst.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur fehlertoleranten Beschaltung von elektronischen Geräten, insbesondere von avionischen Geräten oder dergleichen, mit einem Schaltungsmodul, wird das elektronische Gerät mittels einer Steuervorrichtung des Schaltungsmoduls gesteuert, wobei mittels zumindest einer Schalteinheit einer Eingabeeinrichtung einer Bedienvorrichtung des Schaltungsmoduls einer von zumindest zwei möglichen Schaltzuständen eingegeben wird, wobei mittels einer Übertragungsvorrichtung des Schaltungsmoduls Statusdaten, welche einen Status der zumindest einen Zeiteinheit, insbesondere nach der Eingabe des Schaltzustandes, beschreiben, von der Bedienvorrichtung zu der Steuervorrichtung übertragen werden, wobei ein Status der Steuervorrichtung den Statusdaten entsprechend geändert wird, wobei die zumindest eine Schalteinheit redundant mit zumindest drei Schaltkanälen ausgebildet ist, wobei eine der Bedienvorrichtung nachgeordnete Erfassungsvorrichtung des Schaltungsmoduls eine Plausibilitätsprüfung der Eingabe durchführt, wobei die Erfassungsvorrichtung bei der Eingabe des Schaltzustandes die Statusdaten und Integritätsdaten, welche eine Güte der Statusdaten beschreiben, generiert, wobei eine der Erfassungsvorrichtung nachgeordnete und der Übertragungsvorrichtung vorgeordnete Verarbeitungsvorrichtung des Schaltungsmoduls die Statusdaten und die Integritätsdaten verarbeitet.
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Demnach ist die zumindest eine Schalteinheit redundant mit zumindest drei Schaltkanälen ausgebildet. Ein Schaltzustand bzw. ein Status einer Schalteinheit ist also mit zumindest drei Schaltkanälen verknüpft. Dadurch ist das Schaltungsmodul bzw. die Schalteinheit tolerant gegenüber zumindest einer einfachen Fehlfunktion und bleibt im Falle einer derartigen Fehlfunktion bedienbar. Weiter weist das erfindungsgemäße Schaltungsmodul eine der Bedienvorrichtung logisch nachgeordnete Erfassungsvorrichtung auf, welches eine Plausibilitätsprüfung bzw. eine Fehlerdiagnose der Eingabe durchführt. Dabei generiert die Erfassungsvorrichtung bei der Eingabe des Schaltzustands die Statusdaten. Beispielsweise kann die Erfassungsvorrichtung einen Analog-Digital-Umsetzer aufweisen, der an den zumindest drei Schaltkanälen anliegende elektrische Signale in digitale Signale umwandelt. Neben den Statusdaten generiert die Erfassungsvorrichtung zusätzlich Integritätsdaten, welche eine Güte der Statusdaten beschreiben. Insbesondere sagen die Integritätsdaten etwas darüber aus, ob die Statusdaten korrekt oder fehlerhaft sind. Weiter weist das erfindungsgemäße Schaltungsmodul eine der Erfassungsvorrichtung nachgeordnete und der Übertragungsvorrichtung vorgeordnete Verarbeitungsvorrichtung auf. Nachgeordnet bzw. vorgeordnet bezieht sich hier auf eine Richtung eines Datenflusses, d. h. die Statusdaten bzw. Integritätsdaten passieren von der Erfassungsvorrichtung kommend zuerst die Verarbeitungsvorrichtung, bevor sie zu der Übertragungsvorrichtung gelangen können. Die Verarbeitungsvorrichtung verarbeitet die von der Erfassungsvorrichtung empfangenen Status- bzw. Integritätsdaten und bereitet diese zur Übertragung bzw. zur Übermittlung an die Steuervorrichtung auf. Somit ist die Steuervorrichtung von der Steuerhoheit über eine angemessene Verwertung der Zustandsdaten zu entscheiden bzw. eine fehlerhafte Eingabe von einer gültigen Eingabe zu unterscheiden entbunden, da diese Steuerhoheit bei dem erfindungsgemäßen Schaltungsmodul auf die Erfassungsvorrichtung bzw. die Verarbeitungsvorrichtung verlagert wurde. Somit wird die Komplexität der Steuervorrichtung erheblich reduziert, so dass keine detaillierten Informationen und deren Anwendung in der Auswertelogik der Steuervorrichtung mehr erforderlich sind, was die Wiederverwendbarkeit bewährter Steuervorrichtungen zudem deutlich erleichtert. Die Erfindung kann vornehmlich in dem Bereich der Avionik eingesetzt werden. Darüber hinaus kann sie in allen weiteren sicherheitsrelevanten Feldern zum Einsatz kommen, in denen eine Verlässlichkeit von Eingaben eines Bedieners eine wichtige Rolle spielt, insbesondere in der Medizintechnik, Fahrzeugtechnik, Schifffahrt und Anlagensteuerung.
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Der Schaltzustand kann durch an den zumindest drei Schaltkanälen anliegende Spannung mit Werten nur aus einer Anzahl von gültigen Spannungsbereichen erfasst werden, wobei zwischen zwei gültigen Spannungsbereichen zumindest ein ungültiger Spannungsbereich liegt, wobei die Anzahl der gültigen Spannungsbereiche zu einer Anzahl der möglichen Zahlzustände der zumindest einen Schalteinheit proportional ist, wobei ein von den gültigen und ungültigen Spannungsbereich gebildetes Spektrum oben und unten von jeweils einem ungültigen Spannungsbereich begrenzt wird. Demnach kann das Spektrum elektrisch möglicher Signale bzw. durchgeleiteter Spannungen für jeden der zumindest drei Schaltkanäle in 2*n+1 Spannungsbereiche geteilt werden, wobei n durch die Anzahl der möglichen Schaltzustände der zumindest einen Schalteinheit gegeben ist. Beispielsweise ergeben sich für den Fall, dass die Schalteinheit ein Schalter mit zwei Schaltzuständen bzw. Positionen ist, fünf Spannungsbereiche, bestehend aus zwei gültigen Spannungsbereichen und drei ungültigen Spannungsbereichen, wobei zwischen den beiden gültigen Spannungsbereichen ein ungültiger Spannungsbereich liegt, wobei ein von den fünf Spannungsbereichen gebildetes Spektrum oben und unten von jeweils einem ungültigen Spannungsbereich begrenzt wird. Die zumindest eine Schalteinheit kann dann derart beschaltet werden, dass der Schaltzustand mit bzw. als Spannungen mit Werten nur aus der Anzahl von gültigen Spannungsbereichen verknüpft bzw. erfasst wird.
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Folglich kann die Erfassungsvorrichtung einen Fehler durch Spannungen aus ungültigen Spannungsbereichen erkennen, wobei sie aus einem ungültigen Spannungsbereich auf eine Art des Fehlers schließen kann. Somit können die Spannungen auf einfache Weise als Fehlererkennungskriterium verwendet werden. Dabei können sowohl Grenzen der Spannungsbereiche als auch ein Toleranzzeitfenster derart groß gewählt werden, dass eine kurzzeitig auftretende Spannungsschwankung nicht unmittelbar als Fehler erkannt wird. Darüber hinaus können aber auch je nach Ausführungsform Abweichungen von weiteren Charakteristika beispielsweise bekannter Prellzeiten der zumindest einen Schalteinheit oder typischer Spannungsverläufe während eines Prellvorgangs als Fehlererkennungskriterien herangezogen werden.
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Weiter kann ein Ausfall der zumindest einen Schalteinheit mit einem bestimmten der Erfassungsvorrichtung und der Steuervorrichtung bekannten Schaltzustand der zumindest einen Schalteinheit verbunden sein. Dadurch kann eine unkontrollierte Störung vermieden werden, weil die zumindest eine Schalteinheit für den Fall eines Ausfall in einen für diesen Fall bestimmten der Erfassungsvorrichtung und der Steuervorrichtung bekannten Schaltzustand bzw. sicheren Status übergehen kann. Somit kann der Ausfall bzw. eine mehrfache Fehlfunktion in einer für die Steuervorrichtung bzw. einen Bediener erkennbarer Weise erfolgen.
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Ferner kann die Erfassungsvorrichtung softwarebasiert oder mittels einer programmierbaren Logik eine Entprellung der zumindest einen Schalteinheit durchführen. Damit kann vermieden werden, dass vorübergehend inkonsistente Statusdaten, d. h. Statusdaten, die keinem möglichen Schaltzustand bzw. Status der zumindest einen Schalteinheit entsprechen, an die Steuervorrichtung übermittelt werden. Softwarebasiert bedeutet hier, dass die Entprellung per Software bzw. Signalverarbeitung und nicht per Hardware mittels einer Entprellschaltung erfolgt. Beispielsweise kann eine Statusänderung der zumindest einen Schalteinheit erst dann erfasst werden, wenn diese eine bestimmte Zeit, eine so genannte Entprellzeit, vorliegt. Jedoch ist es ebenso denkbar, dass die Entprellung per Hardware, einschließlich programmierbarer Logik, erfolgt.
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In einer möglichen Ausführungsform kann mittels zumindest einer Ausgabeeinheit eine Ausgabeeinrichtung der Bedienvorrichtung der Status der zumindest einen Schalteinheit ausgegeben werden. Somit kann ein Bediener bzw. ein Pilot sofort erkennen, in welchem Status sich die zumindest eine Schalteinheit befindet. Beispielsweise ist es denkbar, dass die Schalteinheit als ein Schalter mit den beiden Schaltzuständen bzw. Positionen AN und AUS, und die Ausgabeeinheit als eine LED ausgebildet ist, wobei die LED in den Schalter integriert sein kann. Die LED kann dann beim Umschalten des Schalters von AUS nach EIN aufleuchten, wodurch der Bediener bzw. Pilot optisch direkt erkennen kann, dass der Schalter sich im Status EIN befindet.
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Die Statusdaten können nur im Falle einer ausreichend hohen Güte mittels der Übertragungsvorrichtung zu der Steuervorrichtung übertragen werden. Damit werden Zustandsdaten, deren Güte derart reduziert ist, dass diese nicht mehr verwendet werden dürfen, erst gar nicht an die Steuervorrichtung übermittelt.
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Außerdem kann vorgesehen sein, dass die Steuervorrichtung ihren Status nur im Fall einer ausreichend hohen Güte der Statusdaten ändert. Dadurch kann vermieden werden, dass die Steuervorrichtung auf Basis von Statusdaten, deren Güte derart reduziert ist, dass sie nicht mehr verwendet werden dürfen, einen Steuerbefehl ausführt bzw. ihren Status ändert.
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In einer möglichen Ausführungsform können die Statusdaten und die Integritätsdaten mittels der Übertragungsvorrichtung zu der Steuervorrichtung übertragen werden. Danach kann es der Steuervorrichtung obliegen, die Zustandsdaten in einer angemessenen Weise zu verwerten. Dies kann insbesondere für eine Steuervorrichtung mit einer höheren Komplexität vorteilhaft sein.
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In einer weiteren Ausführungsform können die Integritätsdaten mittels zumindest einer Ausgabeeinheit einer Ausgabeeinrichtung in der Bedienvorrichtung ausgegeben werden. Dies kann für einen Fall eines Ausfalls der zumindest einen Schalteinheit vorteilhaft sein. Die Zustandsdaten können dann in einem Fehlerfall übertragen werden, während die Integritätsdaten in der Bedienvorrichtung verbleiben und mittels zumindest einer Ausgabeeinheit ausgegeben werden können. Auf diese Weise kann die Steuervorrichtung von jeder Verantwortung den Fehler zu behandeln, entbunden werden. Dies kann insbesondere für eine Steuervorrichtung mit einer niedrigen Eigenkomplexität und ohne Notwendigkeit oder Möglichkeit einer Reaktion auf den Fehler angewandt werden. Beispielsweise ist es denkbar, dass die Ausgabeeinheit als ein Display ausgebildet ist, auf welchem die Integritätsdaten in Form einer Fehlermeldung ausgegeben werden können.
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Die Steuerrichtung kann nach ihrer Statusänderung Statusdaten, welche den Status der Steuervorrichtung nach ihrer Statusänderung beschreiben, und Integritätsdaten, welche eine Güte dieser Statusdaten beschreiben, generieren, wobei diese Statusdaten mittels der Übertragungsvorrichtung übertragen werden, wobei die Statusdaten von der Verarbeitungsvorrichtung verarbeitet werden, wobei der von diesen Statusdaten beschriebene Status mittels zumindest einer Ausgabeeinheit einer Ausgabeeinrichtung der Bedienvorrichtung ausgegeben wird. Somit kann ein Bediener bzw. ein Pilot anhand der Ausgabeeinheit, welche beispielsweise als eine LED ausgebildet sein kann, erkennen, ob die Steuervorrichtung auch tatsächlich gemäß der Eingabe des Schaltzustands ihren Status geändert hat bzw. einen mit dem Schaltzustand verbundenen Steuerbefehl ausgeführt hat.
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Folglich kann der Status zumindest zweifach redundant ausgegeben werden. Beispielsweise können für eine Ausgabe eines Status ein oder zwei LEDs verwendet werden. Somit kann eine Toleranz der Ausgabeeinrichtung gegenüber zumindest einem einfachen Fehler sichergestellt werden.
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Weiter kann die Ausgabe überwacht werden. Beispielsweise kann ein Stromfluss durch die Ausgabeeinheit von der Erfassungsvorrichtung überwacht werden. Zusätzlich kann eine Rückmeldung über die erfolgte Ausgabe an die Steuervorrichtung übermittelt werden, wobei die Rückmeldung in gleicher Weise behandelt und übertragen werden kann wie eine Eingabe. In diesem Fall kann eine fehlerhafte Ausgabe in gleicher Weise wie eine fehlerhafte Eingabe erkannt werden.
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Auch kann es vorteilhaft sein, wenn in einem festen Zyklus, vorzugsweise alle 5ms, Statusdaten bzw. Integritätsdaten, welche den Status der Bedienvorrichtung bzw. der Steuervorrichtung bzw. eine Güte dieser Statusdaten beschreiben, generiert und der Übertragungsvorrichtung zugeführt werden, wobei die Übertragungsvorrichtung in einem festen Zyklus, vorzugsweise alle 50ms, die ihr zugeführten Statusdaten bzw. Integritätsdaten bidirektional überträgt, wobei die Übertragungsvorrichtung in einem festen Zyklus, vorzugsweise alle 5ms nach übertragenen Statusdaten bzw. Integritätsdaten abgefragt wird. Demnach können in einem festen, allen Kommunikationspartnern bekannten Zeitschema, Statusdaten übertragen werden. Unter Status der Bedienvorrichtung ist hier der Status aller möglichen Komponenten der Bedienvorrichtung, wie der zumindest einen Schalteinheit oder einer eventuell vorhandenen Ausgabeeinheit einer Ausgabeeinrichtung der Bedienvorrichtung, zu verstehen. Auf diese Weise kann ein Kommunikationspartner die Steuervorrichtung bzw. eine Komponente der Bedienvorrichtung über den Status der jeweils anderen Kommunikationspartner regelmäßig unterrichtet werden.
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Folglich kann eine Statusänderung der Bedienvorrichtung von der Steuervorrichtung bzw. der Steuervorrichtung von der Bedienvorrichtung erst dann erkannt werden, wenn innerhalb eines bestimmten Zeitfensters, vorzugsweise 50ms, zwei identische Datenpakete mit denselben Statusdaten und Integritätsdaten an die Steuervorrichtung bzw. die Bedienvorrichtung übertragen werden. Durch diese zeitliche Redundanz kann eine Sicherheit der Beschaltung zusätzlich erhöht werden.
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Die zu übertragenden Statusdaten bzw. Integritätsdaten können mit einer Hamming-Distanz codiert werden, welche für eine Kritikalitätsstufe der zu übertragenden Statusdaten bzw. Integritätsdaten angemessen ist, wobei die Übertragungsvorrichtung einen Übertragungsfehler in Abhängigkeit von der Hamming-Distanz erkennt und, sofern möglich, automatisch korrigiert. Angemessen bedeutet hier, dass die Hamming-Distanz umso größer ist, je größer die Kritikalitätsstufe ist.
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Auch kann die Übertragungsvorrichtung einen Übertragungsfehler mittels eines Paritätsbits erkennen. Im Fall eines Übertragungsfehlers können die Statusdaten bzw. Integritätsdaten dann verworfen werden.
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Das erfindungsgemäße Schaltungsmodul zur fehlertoleranten Beschaltung von elektronischen Geräten, insbesondere von avionischen Geräten oder dergleichen, wobei das elektronische Gerät mittels einer Steuervorrichtung des Schaltungsmoduls steuerbar ist, weist eine Bedienvorrichtung mit einer Eingabeeinrichtung mit zumindest einer Schalteinheit zur Eingabe von einem von zumindest zwei möglichen Schaltzuständen auf, wobei mittels einer Übertragungsvorrichtung des Schaltungsmoduls Statusdaten, welchen einen Status der zumindest einen Schalteinheit, insbesondere nach der Eingabe des Schaltzustands, beschreiben, von der Bedienvorrichtung zu der Steuervorrichtung übertragbar sind, wobei ein Status der Steuervorrichtung den Statusdaten entsprechend änderbar ist, wobei die zumindest eine Schalteinheit redundant mit zumindest drei Schaltkanälen ausgebildet ist, wobei mittels einer der Bedienvorrichtung nachgeordneten Erfassungsvorrichtung des Schaltungsmoduls eine Plausibilitätsprüfung der Eingabe durchführbar ist, wobei mittels der Erfassungsvorrichtung bei der Eingabe des Schaltzustands die Statusdaten und Integritätsdaten, welche eine Güte der Statusdaten beschreiben, generierbar sind, wobei mittels einer der Erfassungsvorrichtung nachgeordneten und der Übertragungsvorrichtung vorgeordneten Bearbeitungsvorrichtung des Schaltungsmoduls die Statusdaten und die Integritätsdaten verarbeitbar sind. Zu den vorteilhaften Wirkungen des erfindungsgemäßen Schaltungsmoduls wird auf die Vorteilsbeschreibung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwiesen.
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Die Bedienvorrichtung, die Erfassungsvorrichtung, die Verarbeitungsvorrichtung und die Übertragungsvorrichtung können modular ausgebildet sein. Dadurch kann eine Austauschbarkeit funktionsgleicher Vorrichtungen erreicht werden. Auch können die Bedienvorrichtung, die Erfassungsvorrichtung, die Verarbeitungsvorrichtung und die Übertragungsvorrichtung in einer einzigen Einheit integriert sein, um den Platzverhältnissen in einem Cockpit eines Flugzeugs gerecht zu werden.
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Als zumindest eine Schalteinheit kann ein Taster, ein Drehknopf, ein Stufenschalter oder eine berührungssensitive Oberfläche vorgesehen sein. Ebenso ist ein Kippschalter, ein Schiebeschalter oder irgend ein anderer Schalter denkbar. Eine derartig ausgebildete Schalteinheit kann platzsparend verbaut und trotzdem gut bedient werden. Die vorstehende Aufzählung ist rein beispielhaft. Grundsätzlich kann die Schalteinheit alles sein, was einem Bediener eine Eingabe eines Schaltzustands ermöglicht.
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Ferner kann die Bedienvorrichtung eine Ausgabeeinrichtung mit zumindest einer Ausgabeeinheit aufweisen. Somit können insbesondere von der Steuervorrichtung empfangene Statusdaten oder auch sonstige Anzeigeinformationen ausgegeben bzw. angezeigt werden.
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Dabei kann als zumindest eine Ausgabeeinheit ein LED oder ein Display vorgesehen sein. Dadurch kann eine Ausgabe von einem Bediener bzw. einem Piloten in einer einfachen Weise erkannt werden.
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Als Übertragungsvorrichtung kann ein elektronisches Bussystem, vorzugsweise ein ARINC-429, vorgesehen sein. Somit können die Statusdaten und die Integritätsdaten bei einer hohen Datenübertragungsrate in einem Datenwort übertragen werden.
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Weiter kann die Übertragungsvorrichtung mit zumindest zwei Übertragungskanälen ausgebildet sein. Mit einer steigenden Redundanz kann eine Wahrscheinlichkeit von Übertragungsfehlern oder Ausfällen der Übertragungsvorrichtung auf nahe Null reduziert werden.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen des Schaltungsmoduls ergeben sich aus den Merkmalsbeschreibungen der auf den Verfahrensanspruch 1 rückbezogenen Unteransprüche.
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Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
- 1 Eine Teilansicht eines Schaltungsmoduls;
- 2 eine Prinzipdarstellung des Schaltungsmoduls;
- 3 ein Spektrum von Spannungsbereichen für einen Schalter mit zwei möglichen Schaltzuständen.
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Eine Zusammenschau der 1 und 2 zeigt eine Teilansicht eines Schaltungsmoduls 1 sowie eine Prinzipdarstellung des Schaltungsmoduls 1. Das Schaltungsmodul 1 umfassend eine modular ausgebildete Bedienvorrichtung 2, eine der Bedienvorrichtung nachgeordnete modular ausgebildete Erfassungsvorrichtung 3, eine der Erfassungsvorrichtung nachgeordnete modular ausgebildete Verarbeitungsvorrichtung 4 und eine der Verarbeitungsvorrichtung 4 nachgeordnete modular ausgebildete Übertragungsvorrichtung 5. Modulare Ausbildung bedeutet, dass insbesondere ein Austausch funktionsgleicher Komponenten möglich ist. Die Bedienvorrichtung 2 weist eine Eingabeeinrichtung 6 mit einer Schalteinheit 7 zur Eingabe von einem von zumindest zwei möglichen Schaltzuständen sowie eine Ausgabeeinrichtung 8 mit einer Ausgabeeinheit 9 auf. Die Schalteinheit 7 ist hier redundant mit drei Schaltkanälen 10, 11 und 12 ausgebildet. Die Eingabe des Schaltzustands mittels der Schalteinheit 7 wird durch bestimmte an den drei Schaltkanälen 10, 11 und 12 anliegende Spannungen mit Werten nur aus einer Anzahl von gültigen Spannungsbereichen 17 und 18 (siehe 3) von der Erfassungsvorrichtung 3 erfasst. Die Erfassungsvorrichtung 3 generiert Statusdaten, welche einen Status der Schalteinheit 7, insbesondere nach der Eingabe des Schaltzustands, beschreiben und Integritätsdaten, welche eine Güte der Statusdaten beschreiben. Die Statusdaten und die Integritätsdaten werden anschließend von der Verarbeitungsvorrichtung 4 verarbeitet und je nach Ausführungsform an die Übertragungsvorrichtung 5 weitergeleitet. Mittels der Übertragungsvorrichtung 5 werden die Statusdaten und Integritätsdaten über Übertragungskanäle 13 zu einer Steuervorrichtung 23 übertragen.
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Die 2 zeigt eine Prinzipdarstellung des Schaltungsmoduls 1, wobei die Schalteinheit 7 der Eingabeeinrichtung 6 der Bedienvorrichtung 2 redundant mit drei Schaltkanälen 10, 11 und 12, welche hier schematisch als Schalter 14, 15 und 16 dargestellt sind, ausgebildet. Abhängig davon, ob ein Schalter 14, 15 oder 16 geöffnet bzw. geschlossen ist, liegt an den Schaltkanälen 10, 11 und 12 eine Spannung aus einem in der 3 gezeigten gültigen Spannungsbereich 17 oder 18 an. Dabei bezeichnet V eine Spannung und t eine Zeit. Die beiden gültigen Spannungsbereiche 17 und 18 werden durch einen ungültigen Spannungsbereich 20 voneinander getrennt, wobei ein von den Spannungsbereichen 17 bis 21 gebildetes Spektrum oben und unten von jeweils einem ungültigen Spannungsbereich 19 bzw. 21 begrenzt wird. Damit kann ein Schaltzustand der Schalteinheit 7 durch drei Spannungen mit Werten jeweils aus den gültigen Spannungsbereichen 17 und 18 beschrieben werden. Die in der 2 gezeigte Schalteinheit 7 befindet sich in einem Schaltzustand, bei dem die Schalter 14 und 16 geöffnet sind und der Schalter 15 geschlossen ist. Damit liegt an den Schaltkanälen 10 und 12 jeweils eine Spannung mit einem Wert aus dem gültigen Spannungsbereich 17, und an dem Schalter 15 eine Spannung mit einem Wert aus dem gültigen Spannungsbereich 18 an. Die Schalteinheit 7 kann derart beschaltet werden, dass dieser Schaltzustand dem Status AUS entspricht. Der Status EIN kann z. B. durch einen Schaltzustand realisiert werden, bei dem die Schalter 14 und 16 geschlossen sind und der Schalter 15 geöffnet ist, also an den Schaltkanälen 10 und 12 jeweils eine Spannung mit einem Wert aus dem gültigen Spannungsbereich 17 und an dem Schaltkanal 11 eine Spannung mit einem Wert aus dem gültigen Spannungsbereich 18 anliegt. Diese beiden Schaltzustände werden von der Erfassungsvorrichtung 3, welche in der 2 nicht dargestellt ist, durch jeweils drei Bits codiert. Z. B. kann der Status AUS als {0, 1, 0} und der Status EIN durch {1, 0, 1} codiert werden. Diese Wahl von Schaltzuständen bzw. der Codierung ist deshalb vorteilhaft, da die Zeichenketten 0, 1, 0 und 1, 0, 1 eine Hamming-Distanz von 3 besitzen. Somit kann ein Einfachfehler in der Übertragung mittels der Übertragungsvorrichtung 5 zuverlässig erkannt und korrigiert werden. Beispielsweise ist es denkbar, dass die Schalteinheit 7 für ein Ein- und Ausschalten eines Autopiloten eines Flugzeugs zuständig ist. Gibt nun ein Bediener bzw. ein Pilot den Schaltzustand EIN ein bzw. betätigt er die Schalteinheit 7, so befindet sich die Schalteinheit 7 danach im Status EIN. Die mit der Eingabe des Schaltzustands verbundenen Statusdaten werden von der Übertragungsvorrichtung 5 zu der Steuervorrichtung 23 übertragen, wobei ein Doppelpfeil 22 anzeigt, dass die Übertragung bidirektional erfolgen kann. Die Steuervorrichtung 23 führt den mit den Statusdaten verbundenen Steuerbefehl aus bzw. ändert ihren Status auf Autopilot EIN. Die mit der Statusänderung der Steuervorrichtung 23 verbundenen Statusdaten bzw. Integritätsdaten werden mittels der Übertragungsvorrichtung 5 zu der Verarbeitungsvorrichtung 4, welche in der 2 nicht dargestellt ist, übertragen, dort verarbeitet und anschließend mittels den beiden Ausgabeeinheiten 9 und 24 der Ausgabeeinrichtung 8 der Bedienvorrichtung 2 zweifach redundant ausgegeben. Anhand dieser Rückmeldung kann der Bediener bzw. der Pilot also erkennen, dass die Eingabe des Schaltzustands bzw. der Steuerbefehl auch tatsächlich von der Steuervorrichtung 23 erkannt bzw. ausgeführt wurde. Dabei überwacht die Erfassungsvorrichtung 3 die Ausgabe und übermittelt eine Rückmeldung an die Steuervorrichtung 23, wobei sie die Ausgabe wie eine Eingabe behandelt. Insgesamt werden durch die Erfindung alle erforderlichen Ressourcen in einer integrierten Einheit zusammengeführt, die im Fall von einfachen bzw. mehrfachen internen Fehlern zuverlässige und abgesicherte Eingaben über eine ebenfalls fehlertolerante Übertragungsstrecke an eine Steuervorrichtung übermittelt, über eine fehlertolerante Übertragungsstrecke von der Steuervorrichtung empfangene Informationen zuverlässig anzeigt und eine Rückmeldung hierüber übermittelt, und dabei derart ausgebildet ist, dass ein Austausch funktionsgleicher Komponenten möglich ist.