Интеллектуальные системы управления автомобилем. Ч. 2

тивления, уменьшая большие токи. Диод уменьшает ток в сети питания шины LIN при небольшом напряжении питания модуля LIN.

Если блок управления не отсылает сигнал, т. е. все посылающие транзисторы заперты, то к шине LIN приложено напряжение, близкое к напряжению питания. Напряжение будет немного меньше, так как на диоде и нагрузочном резисторе не происходит падения напряжения.

Если блок управления посылает сигнал, то это значит, что на базе отсылающего транзистора имеется напряжение. Оно поступает и подтягивает уровень шины почти до потенциала массы. Остаются только потери напряжения на транзисторе.

Высший уровень является рецессивным, так как он достигается только тогда, когда отсылающие транзисторы запирают все узлы LIN. Нижний уровень является доминантным, так как отсылающий модуль LIN снижает общий уровень шины.

Конструкция сообщения (фрейм) задается форматом данных сообщения LIN. Сообщение состоит из заголовка и содержания.

Заголовок сообщения (Header) всегда отсылается основным блоком LIN, так как начинает коммуникацию в одиночку. Он разделен на четыре области:

•синхронизирующая пауза (sync break), во время которой вспомогательные блоки LIN настраиваются на прием сообщения;

•синхронизирующее ограничение (sync delimiter), после которого начинается синхронизирующее поле;

•синхронизирующее поле (sync field), служит для того, чтобы все вспомогательные блоки управления установить на частоту системной синхронизации основного блока управления LIN;

•адресное поле (identifier-field), в котором находится само содержание сообщения.

Содержание сообщения (Response) отсылается либо основным блоком LIN, когда директива следует к исполнительному элементу, либо вспомогательным блоком управления LIN, когда основной блок управления считывает информацию датчиков. Содержание сообщения заканчивается контрольной суммой (Checksum), в которой, проще говоря, сформирована сумма всех битов данных. На основании данных контрольной суммы, сообщение может быть проверено на предмет ошибок.

11

Контроль переноса данных основной блок LIN осуществляет одновременно с самим переносом. Данные, отсылаемые через линию TX, будут одновременно получены и считаны через линию RX.

По установленному распорядку (рис. 1.11), основной блок LIN проверяет отдельные части своего отсылаемого сообщения и продолжает работу, если ошибка не обнаружена. Если же основной блок LIN обнаруживает ошибку в передаче, то он начинает передачу данных заново.

Рис. 1.11. Алгоритм проверки сообщения

12

Основной блок LIN в состоянии распознать ошибки в передаче битов или при сбое оборудования (например, короткое замыкание массы шины). Однако, основной блок LIN исходит из того, что отправку данных может распознать каждый блок, если он сам тоже ее распознает. Если между основным и вспомогательным блоками LIN коммуникация не происходит, то основной блок LIN повторяет отправку своего сообщения (запроса).

Если, несмотря на многочисленные попытки передачи, проблема продолжает сохраняться, то основной блок LIN вносит запись в базу хранилища ошибок, которая может считываться шиной CAN.

1.6.Основные характеристики шины LIN

•Недорогая система шины для применения при простых операциях датчиков-исполнительных элементов с двухнаправленной проводкой (как k-линия);

•Максимальное количество блоков-участников шины – 16 штук. Ограничение действует вследствие определенного количества идентификаторов сообщений;

•Из-за специфики электрики, максимальная длина шины не более 40 м;

•Основной блок управления периодически отсылает заголовок сообщения и каждый из вспомогательных блоков управления выполняет команду или отвечает, но не длиннее, чем в 8 бит данных;

•Отсылка всех сообщений периодическая, по жесткому временному графику с различными периодами повторных отсылок. Шаг отсылки статически конфигурирован в основном блоке управления,

ввиде таблицы расписания сообщений. Для различных рабочих состояний возможно наличие различных таблиц расписания сообщений;

•Содержание сообщения распознается благодаря идентификатору; блок-приемник распознает релевантность посредством идентификатора (адресация, ориентированная на содержание);

•Требования к точности двоичного разряда и определению времени протокола совсем незначительные. Вспомогательные блоки управления не имеют своего собственного кварца, они согласуются с основным тактом (синхронизация в заголовке сообщения);

•Простое отслеживание ошибок путем обратного считывания сигнала шины и контрольной суммы. Считывание и обработка ошибок

13

зависит от производителя и потребителя и вследствие этого не унифицирована;

• Основной блок управления LIN-кластера является межсетевым шлюзомкдругимсистемам шинв автомобиле, например, шинеCAN.

Для закрепления материала:

1.Ознакомиться с устройством панели ExtLab (прил. А).

2.Подготовить панель ExtLab к работе:

a)Выключатель питания 1 установить в положение 0.

b)Выключатели делителя осциллографа установить в положение 1:1 (положение 1).

c)Установить тумблеры С1 в положение ВЫКЛ.

d)Подключить к сети универсальную расширяемую платформу ExtLab (подключить кабель 4 сетевого питания в сеть).

e)Подключить кабель 5 USB к порту ноутбука.

f)Включить в сеть ноутбук и запустить программу ExtLab-

SOFT.

3.Установить съемнуюпанель NTC-15/7 в картоприемникExtLab. Ознакомиться с устройством платы расширения (рис. 1.12). Схему занести в отчет по лабораторной работе.

Рис. 1.12. Панель NTC-15/7:

1 – SB1; 2 – SB2; 3 – SB3; 4 – SB4; 5 – SB6; 6 – SB8; 7 – SB5; 8 – SB7; 9 – SA1

14

4.С помощью гибких перемычек собрать схему, как показано на рис. 1.12. Разъем XP1 соединить с XP3 и XP6, затем XP2 соединить

сXP5, а затем XP4 – с XP7. Разъем XP8 соединить с разъемом XP1 верхней платы (NTC-15/7.2), XP9 – с разъемом XP3 верхней платы

(NTC-15/7.2), XP10 – с разъемом XP2 верхней платы (NTC-15/7.2).

Данная схема будет использоваться при проведении всех опытов.

5.Установить переключатель 9 в среднее положение.

6.С помощью гибких перемычек подключить осциллограф, как показано на рис. 1.12. Разъем XP1 соединить с сигнальным выводом А осциллографа 6, затем XP4 соединить с массой осциллографа.

7.Включить панель ExtLab (перевести выключатель 2 в положение 1 (прил. А)).

Часть I. Логика работы протокола LIN

Последовательность выполнения работы:

1.1.Выбрать в меню номер сменной панели 15/7.

1.2.Выбрать вкладку «УПРАЖНЕНИЯ И ОПЫТЫ».

1.3.Выбрать название работы «ЛОГИКА РАБОТЫ ПРОТОКО-

ЛА LIN».

1.4.Запустить программу для работы с шиной LIN, нажав соответствующую иконку в нижней панели окна (LIN шина).

1.5.Убедиться в подключении программы к стенду (на индикаторе состояния подключения отображается надпись «Подключено»). Если после запуска программы на индикаторе состояния подключения длительное время отображается надпись «Поиск устройства», то рекомендуется убедиться в подключении питания устройства и USBкабеля, при необходимости выключить питание панели ExtLab (перевести выключатель 2 в положение 0 (прил. А)), а затем включить.

1.6.В окне программы «LIN шина» (рис. Б1, прил. Б) снять флаги «Ручное управление».

1.7.Нажимая кнопки блока пульта управления, убедиться в правильности работы индикации нажатия кнопок и включения/выключения мотора стеклоподъемника. Соответствующие узлы анимированной модели приложения отображают в реальном времени нажатие кнопок пульта, показания датчика температуры и положение окна.

1.8.В окне программы в узлах графа «Заголовок кадра» и «Ответ кадра» можно наблюдать данные, передаваемые по сети LIN в данный момент.

15

1.9.Контролируя работу датчика температуры, определить показания температуры окружающей среды, затем, прикасаясь к датчику температуры, определить изменение температуры до максимального значения. Полученные результаты занести в отчет.

1.10.Внимательно пронаблюдать логику работы протокола LIN, которую демонстрирует программа при изменении температуры. Описать последовательность работы протокола.

1.11.При помощи кнопок SB8, SB5 на панели изменить положение окна. Наблюдать при этом, как меняются сигналы в шине LIN. Одновременно контролировать на панели значения датчика положения окна (в процентах) и на съемной панели значения (в цифровом виде) в блоке «Window», светодиоды D8–D12. Полученные результаты занести в отчет.

1.12.При помощи кнопки SB7 на панели изменить состояние обогревателя. Наблюдать при этом, как меняются сигналы в шине LIN. Одновременно контролировать на верхней панели (NTC-15/7.2) сигнал включения/выключения обогревателя с помощью светодиода D7. Полученные результаты занести в отчет.

1.13.При помощи кнопок SB1–SB4 на панели изменить состояние положения зеркала. Наблюдать при этом, как меняются сигналы в шине LIN. Одновременно контролировать на верхней панели (NTC-15/7.2) сигнал состояния положения зеркала с помощью светодиодов D2–D5. Полученные результаты занести в отчет.

1.14.При помощи кнопки SB6 на панели изменить состояние блокировки дверей. Наблюдать при этом, как меняются сигналы

вшине LIN. Одновременно контролировать на панели сигнал включения/выключения блокировки дверей с помощью светодиода D13. Полученные результаты занести в отчет.

1.15.При помощи переключателя SА1 на панели изменить состояние включения указателя поворота (влево с помощью светодиода D3 или вправо – D2). Наблюдать при этом, как меняются сигналы в шине LIN. Одновременно контролировать на верхней панели (NTC-15/7.2) сигнал состояния указателя поворота с помощью светодиода D6. Полученные результаты занести в отчет.

1.16.Закрыть программу работы с шиной LIN и выбрать вкладку «НАЗАД В МЕНЮ». Сделать вывод.

16

Часть II. Формат передаваемого сообщения

Последовательность выполнения работы:

2.1.Запустить программу для работы с шиной LIN соответствующей кнопкой в нижней панели окна.

2.2.Убедиться в подключении программы к стенду (на индикаторе состояния подключения отображается надпись «Подключено»). Если после запуска программы на индикаторе состояния подключения длительное время отображается надпись «Поиск устройства», то рекомендуетсяубедиться в подключениипитанияустройства и USB-кабеля.

2.3.В окне программы «LIN шина» снять флаги «Ручное управление» и «Включить вирт. пульт».

2.4.С помощью программы изучить формат сообщения: «Заголовок кадра» и «Ответ кадра». При наведении мышкой на заголовок кадра дается более подробная расшифровка.

2.5.На рабочем столе ноутбука загрузить программу PicoScope 6 (прил. В).

2.6.Перейти к окну программы осциллографа. Рекомендуются следующие установки:

- Время сбора данных – Time/Div = 1 ms/Div; - Тип тока – Пост.;

- Диапазон входного сигнала канала А (синий) – авто; - Триггер – авто;

- Установить на нижней панели во вкладке «ФРОНТ»–«УСЛОЖ- НЕННЫЙ ФРОНТ», направление – повышение, пороговое значение– 4В, гистерезис– 3 % и включитьвременнуюзадержку 0 секунд.

Для удобства можно увеличить график, воспользовавшись функцией увеличения, а также остановить передачу сигнала и детальнее рассмотреть передаваемое сообщение.

2.7.Повторяя все пункты Части I, зарисовать осциллограмму, для этого нажать кнопку «Зарисовать» и выделить область экрана с осциллограммой. Полученные результаты занести в отчет.

Часть III. Изучение структуры заголовка и ответа

Последовательность выполнения работы:

3.1.Запустить программу для работы с шиной LIN, нажав соответствующую кнопку в нижней панели окна.

3.2.Убедиться в подключении программы к стенду (на индикаторе состояния подключения отображается надпись «Подключено»). Если после запуска программы на индикаторе состояния подключения дли-

17

тельное время отображается надпись «Поиск устройства», то рекомендуетсяубедиться в подключениипитанияустройства и USB-кабеля.

3.3.В окне программы «LIN шина» установить флаг «Ручное управление» в ведущем узле сети. В данном режиме ведущее устройство циклически шлет заголовок только выбранной задачи из списка.

3.4.Выбрать разные пункты списка, пронаблюдать и проанализировать поведение системы: управление зеркалом (рис. Б1–Б4, прил. Б), включение поворотов (рис. Б5, Б6, прил. Б), управление стеклоподъемником (рис. Б7, Б8, прил. Б).

3.5.Выбрать пункт «Опрос состояния кнопок» во вкладке «СПИСОК ЗАДАЧ». Обратить внимание, что на анимированной модели ответ поступает только от узла «Кнопочный пульт», система реагирует на нажатие кнопок, но показания датчиков положения и температуры не обновляются. Найти закономерности датчика температуры и данных ответа кадра и контрольной суммы. Полученные результаты занести в отчет.

3.6.Изучить структуру заголовка и ответа. При наведении мыши

на узел «Заголовок кадра» появляется всплывающая подсказка с пояснением назначения полей идентификатора (id) задачи (поле «break» инициирует начало передачи. Поле «sync» используется для автоматической настройки частоты передачи. Идентификатор задачи содержит в себе индекс задачи, число передаваемых байт (от 2 до 8) и биты контроля четности для проверки правильности передачи. Ответ содержит в себе передаваемые данные (от 2 до 8 байт) и байт контрольной суммы (CKSM)).

3.7.Нажимая кнопки пульта управления, обратить внимание на изменения значения битов данных и контрольной суммы.

3.8.Выбрать пункт «Опрос датчика температуры» во вкладке «СПИСОК ЗАДАЧ». Обратить внимание на изменение поля идентификатора задачи в заголовке кадра и числа байт передаваемых данных ответа. Также обратить внимание на то, что в анимированной модели ответ передается только от узла датчика температуры, показания температуры изменяются, но при этом система не реагирует на нажатие кнопок. Найти закономерности датчика температуры и данных ответа кадра и контрольной суммы. Полученные результаты занести в отчет.

3.9.Выбрать пункт «Опрос положения окна» во вкладке «СПИСОК ЗАДАЧ». Обратить внимание на изменение поля идентификатора задачи в заголовке кадра и числа байт передаваемых данных отве-

18

та. Также обратить внимание на то, что в анимированной модели ответ передается только от узла датчика положения окна, отсутствует реакция системы на нажатия кнопок и обновления показаний температуры. Найти закономерности датчика температуры и данных ответа кадра и контрольной суммы. Полученные результаты занести в отчет.

3.10.Закрыть программу работы с шиной LIN.

3.11.Сделать вывод.

3.12.Отключить от сети универсальную расширяемую платформу ExtLab. Убрать перемычки со съемной панели NTC-15/7. Извлечь съемную панель NTC-15/7 из карго приемника ExtLab.

2.ОПТИЧЕСКИЕ ШИНЫ

2.1. Оптические шины MOST в автомобилях

Шина MOST в настоящее время используется различными производителями преимущественно в автомобилях высшего класса. Она была задумана специально для использования в области мультимедиаданных, где необходима высокая скорость их передачи.

Обычно технология шины MOST базируется на передаче медиаданных с помощью искусственных световодов.

Скорость передачи данных в настоящее время составляет около 25 мБит/сек. Однако, в настоящее время обсуждается следующее поколение шины, имеющее скорость передачи около 50 мБит/сек, а на последней стадии разработки находится шина, имеющая скорость до 150 мБит/сек.

Как правило, в автомобилях используется логическая кольцевая структура шины, представленная на рис. 2.1.

Рис. 2.1. Кольцевая структура шины MOST

19

Данная структура предполагает наличие ведущего блока управления (Timing Master), который производит фреймы данных, и ведомых блоков управления.

Ведущий блок управления рассылает структуры сообщений, которые циркулируют по кольцу. Ведомые блоки управления извлекают блоки данных из принятых данных или добавляют туда данные для отсылки, т. к. самостоятельно их посылать они не могут.

Оптический сигнал принимается каждым блоком управления, проходит обработку или усиливается и направляется дальше к следующему блоку управления. Таким образом снижается рабочая длина кабелей и вместе с этим, демпфирование. Каждый блок управления имеет оптический вход и выход.

Неактивные блоки управления усиливают только приходящие данные и проводят их дальше, активные блоки управления извлекают структурные данные или добавляют свои структуры.

При начале работы сети, cетевой ведущий блок отыскивает в кольце шины MOST подключенные блоки управления, ведомые, опрашивает их свойства и составляет таблицу. Он отсылает блоки сообщений, в которые ведомые блоки добавляют свои данные и направляют их дальше.

Если сеть не активна, ведущий блок управления переводит ведомые блоки в энергосберегающее состояние (спящий режим), и при необходимости «будит» их соответствующим оптическим сигналом.

Недостатком кольцеобразной архитектуры является то, что сеть может выйти из строя при разрыве кольца – вследствие вышедшего из строя блока управления или обрыва световода.

Для диагностики разрыва кольца все блоки управления наряду с оптическим интерфейсом оснащаются также и электрическим однопроводным интерфейсом (Single-Wire-Interface), т. е. каждый отдельный блок управления может быть активирован и приглашен к обработке и отправке светового сигнала. Посредством однопроводной шины последующий блок управления может быть опрошен на предмет, будут ли приниматься оптические сигналы. Этот принцип позволяет относительно легко локализовать разрыв.

С помощью визуального осмотра или измерением оптического демпфирования можно определить наличие дефекта в отсылающем сигналы блоке управления (отсутствие светового сигнала на диоде-

20