Глава 5. Спеціалізовані бортові системи автомобілів

5.1. Сучасна інформаційна система коштує водія

Автомобільна информационно-диагностическая система є складовою сучасного автомобіля і послуг призначена для збору, обробки, збереження і відображення інформації щодо білоруського режиму руху, і технічний стан автомобіля, і навіть те, які зовнішні чинники. Сьогодні система «водій — автомобіль — дорога — середовище» починає розглядатися як єдине ціле. Поліпшення руху на перевантажених автомагістралях можливо, якщо водій матиме оперативну інформацію про стан дороги, транспортних потоках і стані керованого автомобіля. Уряди різних країн фінансують проекти, створені задля збільшення безпеки, ефективності, пропускну здатність, зменшення забруднення довкілля на великих автомагістралях. Іноді у зв'язку говорять про концепцію інтелектуальної транспортної системи. У і Банк Японії такий проект називається ITS (intelligent transportation system — ITS), у Європі — Telematic. Проекти включають створення інфраструктури необхідної бортовий електронної апаратури для оптимальної організації руху транспортних засобів єдиним потоком «бампер до бамперу» (platoon), передачі водіям рекомендацій, попереджень тощо. буд. Будуть потрібні датчики визначення інтенсивності транспортних потоків, комп'ютери в обробці великих масивів інформації та генерації повідомлень, засоби зв'язку, автомобільні дисплеї й багато іншого. У деяких проектах (Telematic) передбачається, що, необхідна для функціонування ITS, чинитиме з самих автомобілів, необхідним чином оснащених телематичними системами. Що дасть реалізація програми ITS у майбутньому, ні ясно, але наявні технології дозволяють вже нині реалізувати сучасну інформаційну систему водія. На рис. 5.1 приведено блок-схема інформаційної системи водія, конкретної автомобіля реалізація може бути іншої. У інформаційну систему входять кілька підсистем, включаючи навігаційну систему, дистанційне управління дверними замками, систему зв'язку «автомобіль — дорога», цифровий аудіой видеокомплекс, систему передачі термінової інформації водієві на радіо. На бортовий комп'ютер надходять також сигнали від компаса, датчика швидкості обертання коліс, датчика становища керма та інших. Сучасні інформаційні системи водія зі своїми широкі можливості дедалі частіше називають телематичними (створено від слів телекомунікації і інформатика). Телематические системи — це устрою обміну інформацією між системами автомобіля, водієм навколишнім світом: бортовий комп'ютер, навігаційна система, засоби зв'язку тощо. буд. Електронні

Глава 5. Спеціалізовані бортові системи автомобілів

Приймач супутниковою глобальною позиционирующей системи

Рис. 5.1. Блок-схема інформаційної системи водія

блоки управління агрегатами автомобіля (двигун, гальма з ABS тощо. буд.) надають інформації системам телематики по шині даних. Очікується, що 2010 року майже всі автомобілі матимуть мінімальний пакет телематики. Система дистанційного управління дверними замками автомобіля широко використовується вже нині. Портативний передавач, інфрачервоний чи радіо, вміщується в руці («брелок»), посилає цифровий код названому влаштуванню автомобілем. Якщо код правильний, спрацьовує виконавчий механізм та замок відкривається. Якщо цю систему пізнає дві кодові посилки як хибні, дистанційне управління замками блокується, їх можна відкрити лише тоді ключем, у своїй блокування скидається. Таке рішення виключає добір кодів яким-небудь електронним пристроєм із єдиною метою викрадення. Система зв'язку «автомобіль — дорога» забезпечує передачу повідомлень від дорожніх інформаційних служб автомобілю на радіо. Система є інфраструктуру з приемопередатчиков невеличкий потужності на шляхах і коштів на генерації повідомлень. Локальний приемопередатчик має обмежений набір фіксованих повідомлень. Різні повідомлення може генерувати стаціонарний комп'ютер та передавати їх локальним точкам (наприклад, затори цьому маршруті). Приемопередатчики інформаційної системи можуть також автоматично отримувати від проходять повз автомобілів зведення з допомогою встановлених ними транспондеров.

Транспондер — це спеціальний автоматичний приемопередатчик, устанавг ливаемый на рухливих об'єктах. У у відповідь кодову посилку транспондер передає необхідну інформацію об'єкт, де вона встановлено. У авіації транспондеры йдуть на автоматичної передачі параметрів руху літака наземним службам. У автомобілях транспондеры йдуть на дистанційного стягування плати проїзд по шосе, отримання із завантаженням проходять вантажівок

5.7. Сучасна інформаційна система коштує водія тощо. п. Є можливість дистанційно отримувати передавати інформацію з бортовий діагностичної системи сервісним підприємствам. У разі виявлення відхилень, водій попереджується відповідним текстом на дисплеї чи прочитанням цього тексту комп'ютером. Цифровим аудіо-відео комплекс — CD-проигрыватель, радіоприймач — має у основному розважальне призначення. Система передачі повідомлень на радіо використовує додатковий канал в УКВ-диапазоне, що потребує спеціального приймача. По радіоканалу передається різна попереджувальна інформація (зсуви, ожеледь). Є можливість передачі коригуючої інформації для даної місцевості до сигналам від супутниковою глобальною позиционирующей системи. Це дозволяє точність визначення координат автомобілі з ±100 метрів до ±5 метрів. Технології в організацію такого інформаційного системи існують і сьогодні. Потрібна створення необхідною і економічно виправданою інфраструктури, і навіть системи генерації повідомлень. 5.1.1. Системи розпізнавання голосу і перетворення тексту в мова Під час руху автомобіля користуватися стільниковий телефон чи комп'ютером важко і, т. до. це відвертає увагу водія від дороги, особливо в напруженому русі межах міста. Існує програмне забезпечення, що дозволяє розпізнавати мова людини. Водій промовляють на мікрофон, а комп'ютер виконує нескладні команди. Донедавна подібні системи могли розпізнавати один-два голоси після спеціального навчання комп'ютера. Сьогодні розробники пропонують дедалі більше програм для розпізнавання голосу і читання тексту, наприклад, програма ViaVoice фірми IBM. Фірма модернізувала її під складні умови автомобільного салону (високий рівень шуму). Програма цілком розуміє голоси різних людей. ViaVoice дозволяє водієві давати голосом команди багатьом автомобільним системам і реально отримувати відповідь в видеосинтезированной промови. Чи припустимі, наприклад, такі команди: замкнути двері, включити CD-проигрыватель, налаштуватися на такуюто радіостанцію, запросити собі напрямок руху чи інформацію про дорогах від Web-сервера чи інших джерел, зачитати який надійшов електронної пошти, запросити спортивні чи біржові новини і прочитати їх, зв'язатися телефоном із таким-то номером тощо. буд. У концептуальному автомобілі Buick Bengal (General Motors) використовується програмне забезпечення фірми Visteon. Програма розпізнає 118 команд на шести мовами, включаючи місцеві акценти, за умов відкритого чи закритого салону. Водій, не випускаючи особисто від керма і відриваючи очі дороги, голосом може подати різні команди, починаючи з управління режимом CD-проигрывателя чи кондиціонера і закінчуючи зміною швидкість руху автомобіля. Технологія управління голосом дозволить відмовитися багатьох кнопок і індикаторів на приладовій панелі. 5.1.2. Бортовий комп'ютер Бортовий комп'ютер (іноді званий маршрутним чи дорожнім процесором) видає водієві різну інформацію, необхідну па маршруті, про стан автомобіля, управляє засобами зв'язку автомобілі з зовнішнім світом,

Глава 5. Спеціалізовані бортові системи автомобілів навігаційної системою та т. буд. Зазвичай бортовий комп'ютер видає інформацію на цифровий дисплей, поводиться з пульту управління на приладовому щитку автомобіля. На рис. 5.2 показаний пульт управління з рідкокристалічним дисплеєм одного з типів бортових комп'ютерів. Починають застосовуватися і більше зручні кольорові графічні сенсорні дисплеї з програмованими віртуальними органами управління (рис. 5.3). Випускаються портативні коммуникаторы і органайзери, які можна підключати до шині даних автомобіля. Відповідне програмне забезпечення

Рис. 5.3 Пульт керування бортового компютера

Рис. 5.3 Сенсорний дисплей

зробила їх частиною автомобільної інформаційної системи. Усі послуги зв'язку, реалізовані в стаціонарному офісі, сьогодні доступні й у автомобілів: факсиміле, автовідповідач, модем для комп'ютера та т. буд. Комп'ютер в автомобілі то, можливо підключено до мережі Internet. Електронна пошта (e-mail) стає досяжною для водія. При підключенні через супутникову антену (direct PC) забезпечується висока швидкість передачі. Автомобіль перетворюється на офіс на колесах. Бортовий комп'ютер визначає точний час і дату, витрати за сумою длительностей відкритого стану форсунок, швидкість і пройдене відстань. На дисплей зазвичай виводиться наступна інформація: • час, день педелі й час; • середня швидкість па маршруті; • час у дорозі; • середня витрата палива на маршруті; • миттєвий витрати; • витрати на маршруті; • відстань, що можна пройти на останньому запасі палива. Якщо за виїзді на маршрут водій з клавіатури ввів відстань до пункту призначення, бортовий комп'ютер видаватиме інформацію про очікувану часу прибуття пункт призначення і відстані, останньому до пункту призначення.

5.1.3. Інформація про стан бортових систем автомобіля

Бортовий комп'ютер автоматично здійснює станом систем автомобіля видає одержану інформацію на рідкокристалічний дисплей, наприклад оскільки показано на рис. 5.2. Інформація представляється в зручному графічному вигляді, за необхідності привернути увагу водія видається звуковий сигнал чи включається синтезатор промови. Яких саме контролюючі функції реалізує бортовий комп'ютер, залежить від моделі і виробника автомобіля, по, принаймні, є такі можливості:

• індикація несправності сигналів гальмування;

• індикація несправності освітлювальних приладів;

• індикація открытою стану двері чи кришки багажника;

• індикація низькою температури навколишнього повітря;

• індикація низького рівня охолоджувальної рідини в двигуні;

• індикація низького рівня олії вбираються у картері;

• індикація низького рівня миючої рідини в бачку омивала скла; • індикація надмірного зносу гальмівних накладок. Дисплей на рис. 5.2 показує, що у автомобілі відкриті чотири двері, включені фари, температура забортного повітря низька (символ «сніжинка» даху). Контроль станом електричних ланцюгів освітлювальних приладів здійснюється, наприклад, шляхом виміру електричного струму в проводах, підключених до відповідним лампам. Струм вимірюється зазвичай двома методами:

• в ланцюг харчування лампи послідовно включається низкоомный резистор, сигнал від якого посилюється і подається на компаратор. При обриві ланцюга струм зникає, що зумовлює низького рівня сигналу не вдома компара 93

тору і появі відповідної запобіжної інформації на індикаторі чи дисплеї;

• у ланцюзі харчування лампи послідовно включається обмотка геркона чи іншого токового реле. Температура навколишнього (забортного) повітря вимірюється термистором з негативним температурним коефіцієнтом. Він розміщається в закритих місцях, далеко від джерел тепла, зазвичай за переднім бампером. За зменшення температури опір термистора зростає й після проходження рівня +4 °З на дисплеї з'являється попередження можливий оледенении дороги. Контроль за рівнем експлуатаційних рідин (олії, гальмівний, охолоджувальної і омывающей рідин) здійснюється з допомогою датчиків з урахуванням геркона і плаваючого кільцевого магніту. Геркон вміщують у герметичний циліндр, яким переміщається пластиковий поплавець з кільцевим постійним магнітом. За нормального рівні експлуатаційної рідини поплавець фіксується у верхній становищі стопором, магніт замикає контакти геркона. При зниженні рівня рідини нижче критичного поплавець опускається, контакти геркона розмикаються, на дисплеї з'являється відповідне попередження. Рівень олії вбираються у двигуні комп'ютер вимірює протягом кількох секунд до пуску двигуна, т. до. рівень олії на картері працюючого двигуна нижче контрольної мітки і коливається на поворотах і за гальмуванні, що чоловік-українець може спричинить генерації хибних повідомлень комп'ютером. Стан електричних ланцюгів автомобіля постійно контролюється ЭБУ. Щоб можна було розрізнити закрите й відкриту стан геркона від несправностей у ланцюги датчика, у його ланцюг вводяться додаткові резистори. Датчики зносу гальмівних накладок бувають двох типів: размыкающие і прикінцеві контрольовану ланцюг. У размыкающем датчику провід, закладений накладку на задану глибину, відповідну максимально допустимому зносу, в разі настання останнього перетирається і розмикає контрольовану ланцюг. Який Замикає датчик в разі настання граничного зносу замикає контрольовану ланцюг через гальмівний диск чи барабан на масу. Недоліком замикаючого датчика є ненадійність контакту, що утворюється під час застосування гальм. 5.2. Бортові кошти відображення інформації Основне завдання будь-якого індикатора є надання інформації із заданої влучністю і в зручному для водія вигляді. Більшість автомобільних індикаторів повинні оперативно видавати інформацію, вимоги до точності у своїй щодо невисокі. Аналогові індикатори представляють інформацію у вигляді, зручнішої швидкого зчитування водієм. Наприклад, якщо стрілка покажчика температури охолоджувальної рідини перебуває у межах середини шкали, водієві досить погляду на покажчик, аби зрозуміти, що температура двигуна у межах норми. Точність у разі байдужа. Відлік 98 °З на цифровому покажчику температури непросто інтерпретувати, потрібно ще встигнути зметикувати, багато це 94

5.2. Бортові кошти відображення інформації

чи мало. Цей приклад наочно демонструє, чому автомобілями, попри наявність контролерів та цифрового обробки інформації керувати різними системами, інформація водієві чаші представляється в аналогової формі. На рис. 5.4 показані аналоговий та цифрового індикатори одному й тому ж інформації (швидкість руху автомобіля).

РИС. 5.4. Аналоговий та цифрового індикатори

Цифрові і графічні індикатори (дисплеї) використовуються автомобілем на вирішення, наприклад, завдань:

• видача картографічної інформацією навігаційних системах;

• дисплей бортового комп'ютера;

• годинник;

• дисплей магнітоли тощо. буд.

Ці дисплеї може мати різну конструкцію. Для управління окремими сегментами і частинами дисплеїв застосовується мультиплексная система передачі. 5.2.1. Стрілочні індикатори

Неэлектрический параметр на борту автомобіля (швидкість, температура, тиск тощо. буд.) перетвориться відповідним датчиком в електричний сигнал. Цей сигнал фільтрується, піддається необхідним перетворенням і подається як електричного струму чи напруги на аналоговий (стрелочный) індикатор. Амперметр електромагнітної системи (рис. 5.5) складається з підстави 4, постійно го магніту 3, латунною шини 1, якоря 5 і стрілки 2. При розімкнутої ланцюга якір зі стрілкою під впливом магнітного поля постійного магніту утримується загалом становищі на нульовому розподілі. При про ходінні струму через латунну шину створює ся магнітне полі, під впливом якого намагнічений якір зі стрілкою повертається той чи інший бік залежно від напрямку струму і кут згідно

Рис. 5.5. Стрілковий індикатор з що вимірюється значенням параметра. електромагнітної системи

Глава 5. Спеціалізовані бортові системи автомобілів 5.2.2. Цифрові індикатори (дисплеї) Цифрова система індикації працює багато в чому як і, як описана вище аналогова. Сигнали з датчиків надходять на ЭБУ панелі приладів у анлоговой чи цифровий формі. У ЭБУ виробляється необхідна обробка отриманої інформації, потім він передається на індикатори, як яких можна використовувати: світлодіоди, рідкокристалічні дисплеї, электронно-лучевые трубки.

5.2.3. Індикатори на світлодіодах Діод, зроблений із фосфида арсеніду галію (GaAsP), при протікання електричного струму у напрямку створює електромагнітне випромінювання в світловому діапазоні. Це правда звані світлодіоди, котрі випромінюють зелений, жовтий чи червоне світло залежно від технологічного процесу під час виробництва. Світлодіоди широко використовують як індикатори в електронному обладнанні й в цифрових дисплеях. Вони безвідмовно працюють тривалий час (більш 50000 годин) і споживають маленький струм. Нині є про+ тенденція заміни автомобіль- -J—. , ных світлодіодних індикаторів

РИС. 5.6. Світлодіодні індикатори

Індикатор (дисплей) автомобіля зазвичай складається з групи світлодіодів (матриці), яка організована для видачі інформацією певну форму. Можуть використовуватися окремі світлодіоди, семисегментные індикатори чи складні шкали спидометров (рис. 5.6). 5.2.4. Рідкокристалічні дисплеї Молекулярна структура рідких кристалів та його оптичні властивості можуть змінитися додатком механічного зусилля, електричного чи магнітного поля, тиску, температури. Рідкі кристали розсіюють світло, падаючий ними. Рідкі кристали застосовують у індикаторів калькуляторів, годин, автомобільних дисплеях, дисплеях портативних комп'ютерів, телеекранах, мультимедіа проекторах тощо. буд. Розглянемо принцип дії індикатора на рідких кристалах (рис. 5.7). Нехай кристал не збуджено, дисплей пропускає лише поляризований світло, який, проходячи через перший поляризатор, потрапляє у кристал і повертається їм у кут 90°. На виході кристала встановлено другий поляризатор з точки 90" до першого. Світло проходить через другий поляризатор, відбивається дзеркалом і повертається до через другий поляризатор, кристал, перший поляризатор. У незбудженному рідкому кристалі світло просто відбивається. Коли рідкий кристал подано напруга порядку 10 У із частотою 50 гц, молекули його стають неупорядоченными і світло, проходячи через рідкий кріс 96

Рис. 5.7. Принцип роботи рідкого кристала

талл, нічого очікувати повертатися на 90°. Це означає, що світло, пройшовши перший поляризатор, не пройде другий РАЕС і не позначиться. На дисплеї цьому буде видно темний сегмент. Розміри сегментів визначаються призначенням дисплея, наприклад, для дисплея комп'ютера чи телеекрана сегмент набуває форми й розміри пикселя. Рідкокристалічні дисплеї споживають невелику потужність, але потребують в зовнішніх джерелах висвітлення. Іноді замість дзеркала в рідкокристалічних дисплеях використовується фоновий джерело світла. 5.2.5. Вакуумні флуоресцентні індикатори Схематично пристрій таких індикаторів показано на рис. 5.8. Катод нагрівається до температури кілька сотень градусів і випромінює електрони, потік яких до аноду управляється сіткою. Анод освічений сегментами, які покры Ускорящая сітка Скляна пластина

Рис. 5.8. Вакуумний флуоресцентний індикатор 97

Глава 5. Спеціалізовані бортові системи автомобілів ти флуоресцентним матеріалом, та па що подаються управляючі електричні сигнали. При подачі сигналу на сегмент він починає світитися. Уся конструкція зібрано у скляній колбі, з якої откачан повітря до створення вакууму. Потенциометром в цінуй сітки змінюють яскравість світіння індикатора. Індикатор залежно від застосовуваного флуоресцентного речовини світиться жовто-зеленим чи зеленою-зеленим-синьо-зеленим світлом Перевагою вакуумних флуоресцентних індикаторів є висока яскравість світіння, недолік — крихкість скляній колби. 5.2.6. Электронно-лучевые трубки Ці дисплеї не знайшли широко він автомобілями. Їх основні недоліки:

• незручність монтажу на приладовій панелі через довгою катодного трубки;

• потрібен час для розігріву;

• зображення втрачає яскравість при висвітленні сонячним світлом тощо. буд. На деяких моделях автомобілів (наприклад, Buick Riviera, 1986 р.) электроннолучевые трубки все-таки встановлювали. Сьогодні там, де потрібно видача графічної інформації, наприклад, у навігаційних системах, застосовуються кольорові рідкокристалічні дисплеї. 5.3. Приладові панелі Водій отримує інформацію щодо білоруського режиму руху, і технічний стан автомобілі з допомогою контрольно-вимірювальних приладів та індикаторів, розміщених на панелі приладів. Панель приладів сучасного легкового автомобіля містить 3—6 стрілкових приладів та 5—7 світлових індикаторів, розміщення яких полягає в наступних принципах:

• у центрі панелі групуються кошти відображення інформації, связан¬ные із забезпеченням безпеки дорожнього руху;

• розміщення приладів та індикаторів то ближче до центру панелі, що стоїть частота звернення до них водія;

• угруповання в єдині блоки функціонально пов'язаних приладів та індикаторів. Розвиток дослідницько-експериментальної і впровадження автомобільної електроніки дозволило конструкторам і дизайнерам створити електронну панель приладів, у якій замість звичних електромеханічних приладів встановлюються електронні інформаційні пристрої і індикатори. Електронні індикатори, крім функцій, виконуваних электромеханическими приладами, здатні надавати водієві інформацію у цифровій, графічної і текстовій формах. З допомогою електронних пристроїв можливі синтез людської промови, індикація показників, визначення яких потрібні складні обчислення, аналіз доцільності передачі водієві. Електромеханічні прилади, зазвичай, призначені для відображення лише одну параметра, бо за використанні кількох шкал погіршується можливість зчитування показань. З іншого боку, вони теж мають значні габаритні розміри, що робить складним їх розміщення на панелі приладів. 98

5.3. Приладові панелі Електронні індикатори з меншими розмірах можуть інформувати про значеннях одного, а кількох параметрів, передавати різноманітні повідомлення й тому дозволяють різко збільшити інформативність приладовій наспівали за ті самі габаритів. Необхідно також відзначити, що електронні інформаційні устрою надають водієві імовірніші дані. Це як на підвищення точності приладів, і з цифровим поданням інформації. Проблема оптимальної компонування приладів на панелі в автомобілі постійно вивчається. Важливим моментом тут є час, затрачуване водієм те що, щоб відвернути погляд від дороги, знайти в панелі потрібний прилад і від нього інформацію. На рис. 5.9 показано типова панель приладів сучасного автомобіля. Вона компактна, усе перебуває до поля зору водія. Якість дизайну приладовій панелі враховується споживачем для придбання автомобіля.

Рис. 5.9. Приладова панель сучасного автомобіля

Слід зазначити, що з цифрових дисплеїв погано засвоюється водіями. Виникли й дедалі більше використовуються електронні аналогові дисплеї, але де вони збільшують ціну автомобіля на 200...400 доларів.

На рис. 5.10 показано типова блок-схема сучасного цифрового автомобільної системи відображення інформації. Обробка сигналу і логічні функції покладено на ЭБУ. Стандартні датчики під'єднані до ЭБУ, який управляє необхідними пристроями відображення інформації та дисплеєм. ЭБУ допускає конфигурирование системи під конкретну модель автомобіля.

► Розглянемо що з виповняючих функцій. 1. Коли опір резистивного датчика рівня палива на баку прийме певне значення, займеться індикатор низького рівня палива. 2. При заданому значенні опору термистора займеться індикатор пере Рис. 5.10. Блок-схема цифровий грева двигуна. системи відображення інформації