Интеллектуальные системы управления автомобилем. Ч. 2

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ Белорусский национальный технический университет

Кафедра «Техническая эксплуатация автомобилей»

ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ АВТОМОБИЛЕМ

Лабораторный практикум для студентов специальности 1-37 01 07 «Автосервис»

и направления специальности 1-37 01 06-1 «Техническая эксплуатация автомобилей (автотранспорт общего и личного пользования)»

В 3 частях

Часть 2

Рекомендовано учебно-методическим объединением по образованию в области транспорта и транспортной деятельности

в качестве пособия

Минск

БНТУ

2021

1

УДК 629.33.02.585 (075.8) ББК 34.446я7

И73

С о с т а в и т е л и:

А. С. Гурский, В. С. Смольская

Р е ц е н з е н т ы:

зав. отделом научно-методического обеспечения и инновационного развития ГУ «БелИСА», канд. техн. наук, доцент С. Б. Соболевский; кафедра «Технологии и организация технического сервиса» Белорусского государственного аграрного

технического университета

Интеллектуальные системы управления автомобилем : пособие : И73 лабораторный практикум для студентов специальности 1-37 01 07 «Автосервис» и направления специальности 1-37 01 06-1 «Техническая эксплуатация автомобилей (автотранспорт общего и личного пользования)» : в 3 ч. / сост. : А. С. Гурский, В. С. Смольская. –

Минск : БНТУ, 2019. – Ч. 2. – 2021. – 50 с. ISBN 978-985-583-599-9 (Ч. 2).

Пособие предназначено для изучения автомобильных шин передачи данных: шины LIN и оптической шины MOST. Пособие будет использовано для дисциплин «Интеллектуальные системы управления автомобилем» и «Электронные системы управления автомобилем». Закрепление материала предусматривает использование учебного стенда НТЦ-15 «ExtLab», с соответствующими платами расширения, в которых рассматриваются конструкционные особенности и алгоритмы работы, основные методы диагностирования, с возможностью анализа функционирования систем в различных режимах работы автомобильных шин передачи данных.

Часть 1 «Силовые установки» вышла в 2019 г.

2

1.ШИНЫ LIN

1.1.Автомобильные системы шин

Вавтомобилях используются следующие системы шин:

1)двоичные (CAN, LIN, FlexRay, K-Line);

2)оптические (MOST, D2B, Byteflight);

3)беспроводные (Bluetooth).

Данные системы отличаются по скорости передачи данных

(рис. 1.1).

Рис. 1.1. Скорости передачи данных различных шин

Шина класса А – это контрольная шина данных, которая развивалась для решения несложных задач управления и регулирования. Большой диапазон изменения напряжения защищает процесс обмена данными от электромагнитных помех, но замедляет его.

3

Шина класса В – это контрольная шина данных, которая развивалась для решения задач управления и регулирования. Данные передаются по двум проводам, однако сама шина является однопроводной. Диапазон изменения напряжения меньше, чем у шин класса А, поэтому данные шины более скоростные. Вследствие наличия симметричных сигналов в двух проводах, данные в шине защищены от электромагнитных помех.

Шина класса С – это контрольная шина данных, которая развивалась для решения задач управления и регулирования. Для защиты от электромагнитных помех, данные всегда симметрично передаются по проводам. Шина данных, как правило, не однопроводная. Небольшие диапазоны изменения напряжения дают возможность высокой скорости передачи данных.

FlexRay – эта система шины, которая развивалась с учетом применения в будущем в качестве X-by-Wire (электрическое управление), Brake-by-Wire (электрическое управление тормозной системой), Steer-by-Wire (электрическое управление рулевым механизмом). Требования к безопасности, по сравнению со стандартизированными шинами CAN, повышены, передача данных происходит через двухпроводную систему.

Диагностическая шина – разрабатывалась для того, чтобы отсортировывать блоки управления или их параметры. Требования к данной шине возрастают.

Мультимедийная шина – разрабатывалась для работы с телематическими и мультимедийными данными. Высокая скорость передачи данных позволяет сохранять высокий приоритет благодаря протеканию процессов в режиме реального времени и безопасности передачи данных.

Шина LIN со своей скоростью передачи данных от 1000 бит/сек до 20 кбит/сек относится к низкоскоростным системам шин. В европейских автомобилях используется скорость передачи данных в 19,2 кбит/сек, в Америке эта скорость, преимущественно, составляет 10,4 кбит/сек.

1.2.Архитектуры шин

Вавтомобиле можно выделить следующие структуры соединения отдельных блоков в шине:

4

1. Линейная (шинная) структура (рис. 1.2), в которой блоки управления расположены в логической последовательности в виде ряда, имеющего два свободных края. В начале такой цепочки шины LIN находится Ведущий блок (Мaster – Мастер).

Рис. 1.2. Линейная структура

2. Структура «пассивная звезда» (рис. 1.3), в которой проводка от нулевой точки лучевидно расходится к блокам управления. Нулевая точка при этом не занята блоком управления.

Рис. 1.3. Структура «Пассивная звезда»

3. Структура «активная звезда» (рис. 1.4), в центре которой находится блок управления. В случае системы шины LIN, это LIN – Мастер.

Рис. 1.4. Структура «Активная звезда»

5

4. Кольцевая структура (рис. 1.5) в автомобиле в настоящее время ограничена сферой исключительно оптических систем шин, так как оптические сигналы не могут разветвляться в узловых точках. В шине LIN эта структура не нашла применения, так как блок LIN – Мастер не производит проверку циркулирующих наборов данных.

Рис. 1.5. Кольцевая структура

1.3. Использование шины LIN в автомобиле

Производительность шины LIN ниже, чем у шин CAN или FlexRay, однако она нашла широкое применение в области систем комфорта, в которых не требуются высокие скорость передачи данных и производительность, а также достаточно низкие требования к безопасности передаваемых данных.

Шина LIN (Local Interconnect Network – Локальная Сеть Переда-

чи Данных) связывает блоки управления элементов системы комфорта, находящиеся в тесной пространственной или функциональной близости. Такими компонентами являются:

•двери с электрическими стеклоподъемниками, боковые зеркала

сэлектрическим управлением, боковые указатели поворота и система центральной блокировки замков дверей;

•автоматика системы кондиционирования с различными температурными датчиками, вентиляторами и заслонками;

•автоматика стеклоочистителей с датчиком дождя-света и двигателями стеклоочистителей;

•сдвижная панель крыши с двигателем регулировки положения. Прежде, отдельные элементы и системы были соединены между

собой по отдельности, однако с увеличением количества функций, которые можно найти в системах современных автомобилей, систе-

6

ма их проводки, объединенной в кабельные стволы, больше не поддавалась управлению.

Благодаря совместной работе ведущих немецких автомобильных концернов, шина LIN была приведена к единому стандарту, который нашел свое развитие в системах современных автомобилей.

1.4. Процесс коммуникации в шине LIN

Шина LIN, как правило, является комбинацией из одного основного блока управления (Мастера) и до 16 вспомогательных блоков управления (Ведомых).

Чаще всего вспомогательные блоки управления соединены с основным блоком по линейной структуре или структуре «Активная звезда». Основные блоки (Мастера) связаны между собой с помощью шины CAN, посредством которой и происходит коммуникация между ними (рис. 1.6).

Рис. 1.6. Коммуникация блоков управления

Задачи основных блоков (MASTER):

•контроль передачи и скорости передачи данных;

•коммуникация между вспомогательными блоками управления

ипри необходимости перевод информации в язык протокола шины CAN (межсетевой интерфейс);

•диагностика для шины LIN;

•прием сигналов выхода из спящего режима (Wake-Up) вспомогательного блока управления. Задачи вспомогательных блоков SLAVE (интеллектуальных датчиков или исполнительных элементов):

7

•ожидание приказов и запросов от основного блока;

•синхронизация с основным блоком на предмет продолжительности цикла;

•выполнение приказов основного блока или формирование ответов в виде соответствующей информации.

Структура шины LIN предполагает, что каждый процесс коммуникации инициируется основным блоком управления. Вспомогательные блоки просто отвечают на соответствующие требования или запросы.

Преимущество этого метода заключается в том, что вспомогательные блоки управления могут быть изготовлены с небольшими затратами, так как им требуется совсем небольшая емкость памяти для вычислений и сохранения данных.

Шина LIN использует режим разделения времени, при котором

восновном блоке запрограммировано временное расписание – таблица, в которой для каждого сообщения предусмотрен временной интервал. Согласно этой таблице, основной блок опрашивает отдельные вспомогательные блоки, и по мере необходимости, отдельные блоки могут опрашиваться чаще, чем другие вспомогательные.

Информация от основного блока управления передается вспомогательному блоку управления посредством сигналов напряжения. Они могут быть зафиксированы с помощью соответствующих приборов.

В общей сети автомобиля основной блок управления выполняет функции межсетевого интерфейса. Он перенаправляет сообщения шины CAN для передачи на вспомогательный блок управления и обратно, а также проводит диагностику шины LIN и сохраняет

впамяти ошибки, которые могут вызываться шиной CAN. Передача данных происходит побитово через неэкранированное

однопроводное соединение.

Исключение: если LIN-блок находится в спящем режиме, то он может быть активирован специальным сигналом «пробуждения». Он является доминантным сигналом, имеющим длину 250 мксек – 5 мсек (5 отрезков битового времени). Собственно говоря, этот сигнал не является сообщением, как таковым. После паузы в 100–150 мсек «проснувший» узел (это может быть также вспомогательный блок) ожидает синхронизирующую паузу основного блока, который инициирует эту коммуникацию. Если синхронизирующей паузы нет, то

8

снова отсылается сигнал «пробуждения». После этого основной блок управления отрабатывает коммуникацию со всеми вспомогательными блоками управления согласно своему временному расписанию.

1. Вспомогательный модуль отвечает на запрос от основного модуля (рис. 1.7). Например, основной блок запрашивает содержимое заголовка для установки позиции окна до того, как он отдаст приказ двигаться стеклу вверх или вниз. Данные о положении оконного стекла онполучает вотклике, которыйидет от вспомогательногоблока.

Рис. 1.7

2. Основной блок посылает сообщение одному или нескольким вспомогательным блокам (рис. 1.8). Например, основной блок побуждает два или более вспомогательных блока управления одновременно выполнять определенное действие. Заголовок и отклик отсылаются основным блоком одному или нескольким вспомогательным блокам.

Рис. 1.8

3. Основной блок инициирует коммуникацию между двумя вспомогательными блоками (рис. 1.9). Например, основной блок в заголовке поручает одному вспомогательному блоку, например, датчику дождя, передать информацию об интенсивности дождя другому вспомогательному блоку, например, двигателю стеклоочистителя. Двигатель стеклоочистителя включается при соответствующем состоянии стекол.

9