Структурная и логическая организация биус
Современные автомобили, в том числе и грузовые, требуют функционирования целого комплекса систем управления, обеспечивающих эффективность эксплуатации, безопасность движения и т.д. Использование большого числа датчиков и исполнительных механизмов, распределенных по автомобилю, в совокупности с бортовыми микропроцессорами и конроллерами, объединенных в многоуровневую систему управления, способно дать решение многих проблем оптимизации и адаптации режимов функционирования важнейших агрегатов автомобиля и автомобиля в целом.
Обобщенная структурная схема информационно-управляющей системы, реализующей многоуровневое управление, приведена на рисунке 1.2.1.
Распределение функций управления по уровням (сценарий, ситуационный, локальный) возможно осуществить c помощью программы.
Рисунок 1.2.1 – Обобщенная структурная схема БИУС.
С учетом большого объема данных, передаваемых через CAN-интерфейс автомобиля в реальном времени, требований высокой надежности и безопасности функционирования очевидно необходимо использование совокупности шин данных (рисунок 1.2.2).
Рисунок 1.2.2 – Архитектура сетевого интерфейса БИУС.
На рисунке 1.2.2 применены следующие обозначения: ЦБУ – центральный блок управления, БАФ – блок (библиотека) автомобильных функций; Бди – ММи – мехатронные модули измерительной/диагностирующей системы; ММдв – мехатронные модули двигателя; ММд R – мехатронные модули системы диагностики; ММа N, F – модули агрегатов автомобиля; ММ п/с Р – модули подсистем автомобиля; ММт I, L – мехатронные модули тормозной системы; ММ торм сист – головной ММ тормозной системы; ММ АКПП – модуль автоматической коробки переключения передач.
Использование БИУС автомобилей позволяет решить множество дополнительных задач оптимизации режимов работы агрегатов автомобиля, обеспечить большую безопасность движения, решить задачи контроля и текущего диагностирования состояния агрегатов и систем автомобиля. Так, например, интеллектуальное управление скоростью грузового автомобиля является перспективным с точки зрения экономии топлива за счет выбора наиболее подходящего скоростного режима: как показывает анализ и моделирование отдельных режимов – экономия может достигать 5 – 7 %. Одновременно с этим решается задача существенного уменьшения психофизического утомления водителя транспортного средства.
Логически организация БИУС автомобиля может быть различной. Но, очевидно, что структура с центральной (однопроцессорной) организацией вряд ли возможна из-за большой сложности системы, многофункциональности, повышенных требований по надежности функционирования, требований к быстродействию и т.д.
Использование в БИУС иерархической организации, когда в систему входит один центральный процессор и ряд подчиненных к нему процессоров, дает целый ряд преимуществ: распараллеливание решения задач управления позволяет существенно повысить быстродействие; обеспечивают возможность управления сложными объектами (агрегатами автомобиля) в режиме реального времени; обеспечивает более высокую надежность системы.
Но вместе с этим, усложняется процедура решения задач управления: возникают сложности распределения общей задачи на ряд отдельных подзадач, сложности увязки этих подзадач между собой; сложности создания алгоритмического и программного обеспечения такой иерархической системы управления.
Развитие компьютерных и сетевых технологий позволяет в настоящее время перейти к созданию децентрализованных распределенных систем компьютерного управления, которые представляю собой множество полностью равноправных процессоров, объединенных в единую систему управления с помощью сетевого канала связи.
Такая организация БИУС имеет ряд преимуществ: отсутствует центральный процессор, выход которого из строя приводит к отказу всей информационно-управляющей системы; отказ любого процессора не приводит к катастрофическим последствиям – задачи, решаемые отказавшим процессором, могут быть перераспределены/размещены на работоспособных процессорах. Таким образом, помимо параллельности решения задачи управления, такая БИУС будет обладать высокой надежностью. Обмен информацией между отдельными подсистемами БИУС, датчиками и исполнительными механизмами может осуществляться по стандартным сетевым протоколам обмена [1].