Автомобили

Электронные системы управления автомобилем

1. Общие аспекты безопасности ТС

Требования безопасности к ТС все время ужесточаются и выходят на первое место, опережая даже экономические и динамические параметры. Потери обществом от аварий, ДТП или катастроф не ограничены причиненным ущербом, главное — это причинение вреда здоровью и жизни участникам движения.

Почему, например, жизнь и здоровье пешехода должны подвергаться опасности от транспортного средства, представляющего угрозу для них? По этой причине в цивилизованном мире предпочтение в правилах движения всегда отдается пешеходу. Это должен помнить каждый, кто садится за руль.

К водителю ТС предъявляются серьезные требования. Это, в первую очередь, состояние здоровья, психологическая уравновешенность, профессионализм и навыки вождения. Исходя из этих требований понятно, что не каждый может управлять ТС. Лучше быть хорошим пешеходом, чем плохим водителем. Навыки вождения приобретаются в школах, ведущих подготовку водителей. Следует отметить, что необходимо совершенствовать методику обучения и процедуру выхода молодого водителя на профессиональную работу по управлению ТС. Это и автотренинг по психологическим параметрам, обучение управлению ТС в экстремальных условиях вождения, изучение устройства и особенностей автомобиля. И, наконец, выход в профессиональную деятельность. Он должен быть логически последовательным. Во-первых, не должно быть деления водителей на профессионалов и любителей. Права и обязанности по управлению транспортом распространяются на всех. Однако профессионала невозможно сразу обучить и дать практический навык вождения ТС. В некоторых странах, например в Канаде, оговариваются условия работы стажера или молодого водителя, которые ограничиваются управлением автомобилем только в дневное время суток, обязательным тестированием и пр.

Водителю, как оператору сложной системы, свойственно ошибаться. Не случайно количество аварий по вине водителя намного больше, чем по другим причинам, в том числе из-за отказа или неисправности ТС. Поэтому в автомобиле с целью обеспечения безопасности дорожного движения конструкцией предусмотрен ряд устройств и систем, которые можно разделить на пассивные и активные системы безопасности.

Пассивные средства безопасности снижают тяжесть ДТП. К ним можно отнести бамперы передний и задний, боковые удароотбойники, ремни безопасности, пироподушки (airbag), механизмы блокировки дверей, защитный силовой контур салона, механизмы крепления двигателя, конструктивно ослабленные места для обеспечения пластической и остаточной деформации крышки капота, вала рулевого колеса и прочих частей ТС. Для поглощения ударной нагрузки при ДТП или другом внешнем воздействии применяются более податливые конструкции багажного и моторного отделений, а также жесткая конструкция салона.

Активные системы безопасности снижают вероятность аварии или ДТП при движении ТС. К ним можно отнести противоблокировочную (антиблокировочную), противобуксовочную системы управления колесами автомобиля, систему стабилизации управляемости (см. главу 5), а также встроенную систему контроля и диагностики состояния ТС и параметров основных систем и агрегатов.

Владельцы ТС считают безопасность автомобиля определяющим показателем при его покупке. При этом среди главных систем безопасности в первую очередь называют подушки и ремни безопасности — пассивные средства, которые способны лишь уменьшить негативные последствия аварии. Гораздо меньше опрошенных проявили осведомленность об активных системах, призванных предотвратить ДТП. Между тем большинство водителей хоть раз использовали экстренное торможение ТС, в основном, чтобы избежать столкновения с другим автомобилем или наезда на пешехода.

Несмотря на то что водители уделяют большое внимание как собственной безопасности, так и защите пассажиров, многим до сих пор неизвестны преимущества активных систем безопасности. Например, из 94 % респондентов, знающих о существовании ABS, только 43 % смогли правильно назвать ее функции. В этой связи возрастает роль автопроизводителей и служб безопасности движения. Важнейшими шагами в этом направлении могут стать внедрение активных систем безопасности в стандартный набор автомобильного оборудования.

Технические специалисты производителей ТС работают над тем, чтобы автомобиль, оснащенный системой безопасности, самостоятельно справился со всеми критическими ситуациями, возникающими на дорогах. В их число входят и случаи, когда ТС в автоматическом режиме покидает поток движения, чтобы найти безопасное место для остановки. Это может понадобиться, когда водитель не в состоянии принять управление на себя. Помимо этого, испытываются системы автоматической парковки, не требующие нахождения водителя в салоне машины.

Согласно плану некоторых производителей, например Volvo, к 2020 г. автомобили их марки перестанут попадать в аварии. Этого компания расчитывает добиться за счет применения электронных систем, способных следить за окружающими объектами и без участия водителя совершать необходимые маневры для того, чтобы избежать столкновения.

Разработкой систем автономного управления автомобилями занимаются компании Toyota, Audi, Volvo, BMW, Volkswagen, Cadillac, Continental, Google и др.

Например, в Великобритании разрешили использовать автомобили-беспилотники на дорогах общего пользования. Ученые из Оксфордского университета заявили о разработке доступного автопилота стоимостью около 7,7 тыс. долларов. В течение ближайших десяти лет стоимость системы планируется снизить до 154 долларов. В США предлагают оборудовать ТС автопилотом стоимостью 10 тыс. долларов.

Компания Google построила собственный автомобиль с автопилотом, который не имеет руля и педалей. Впервые выезжать беспилотникам на дороги общего пользования разрешили в США.

Автомобили с автопилотом тестирует в Швеции компания Volvo, в Японии — Lexus, а в Германии — BMW и Volkswagen. Разработку беспилотников ведут также Renault, Ford, Nissan, MercedesBenz, Cadillac, Toyota и др.

Сегодня ученые ищут способы для создания новейших систем безопасности, способных не только снизить последствия аварии, но и предвидеть столкновение ТС и предотвратить его.

2. Электронный блок управления

В конструкциях автомобилей все более широкое применение находят электронные системы управления. По прогнозам специалистов, в ближайшее десятилетие только 15…18 % изменений конструкции автомобилей будет отдано механике, основные изменения будут касаться электронных систем управления автомобилем. Если упрощенно рассматривать электронную систему управления автомобилем, можно выделить четыре основных блока: входные сигналы — датчики, системы передач данных, электронный блок (электронные блоки) управления (ЭБУ), исполнительные механизмы (ИМ) (рис. 1).

Электронная система управления автомобилем

Рис. 1. Электронная система управления автомобилем

Электронный блок управления. Является самым сложным прибором систем управления двигателем или отдельных систем автомобиля, координирующим их работу. Основу блока составляет центральный процессор, или микрокомпьютер.

ЭБУ получает электрические сигналы от датчиков или от генераторов в ожидаемом интервале значений, оценивает их и затем вычисляет пусковые сигналы для исполнительных устройств (приводов).

Входные сигналы могут быть аналоговыми, цифровыми и импульсными (рис. 2).

Схема блока управления

Рис. 2. Схема блока управления: Н — высокий уровень; L — низкий уровень; FEPROM — программируемая память (постоянное запоминающее устройство, ПЗУ); EEPROM — постоянная память (ПМ); RAM — оперативная память (ОП); A/D — аналого-цифровой преобразователь (АЦП); CAN — шина передачи данных

Цифровые входные сигналы имеют только два состояния — «высокий уровень» и «низкий уровень». Примерами являются сигналы включения/выключения или сигналы цифровых датчиков, такие как импульсы от датчика Холла. Такие сигналы обрабатываются непосредственно микропроцессором.

Аналоговые входные сигналы в пределах заданного диапазона принимают значения напряжения. Примерами физических величин, которые рассматриваются как аналоги измеренных значений напряжения, являются массовый расход воздуха на впуске, напряжение аккумуляторной батареи, давление во впускном коллекторе и давление наддува, температура охлаждающей жидкости и воздуха на впуске. Аналого-цифровой преобразователь (АЦП) в микропроцессоре ЭБУ преобразует эти значения в цифровые сигналы, с которыми затем микропроцессор проводит расчеты.

Разновидностью аналоговых сигналов являются быстро изменяющиеся сигналы напряжения, называемые импульсными входными сигналами. Импульсные входные сигналы от индуктивных датчиков, содержащие информацию о частоте вращения и положении вала (по метке), обрабатываются в их собственном контуре в ЭБУ. Здесь ложные импульсы подавляются, импульсные сигналы преобразуются в цифровые прямоугольные сигналы.

Обработка сигналов. ЭБУ является управляющим центром системы, ответственным за последовательность функциональных операций. Управляющие функции с учетом и без учета обратной

связи выполняются в микропроцессоре. Входные сигналы, формируемые датчиками, генераторами с ожидаемыми значениями параметров и интерфейсами других систем, служат входными координатами. Они подвергаются в микропроцессоре дальнейшей проверке на достоверность. Входные сигналы обрабатываются специальными формирователями либо преобразуются в цифровую форму входными АЦП. После формирования управляющие сигналы с необходимыми параметрами (частотой, скважностью, длительностью и т.д.) поступают на выходные ключи (драйверы), осуществляющие усиление по току и непосредственное управление различными исполнительными элементами (форсунками, реле, соленоидами, катушкой (катушками) зажигания и т.д.).

Программируемая (перезаписываемая) память. Для своей работы микропроцессору требуется программа, которая хранится в программируемой памяти (постоянное запоминающее устройство — ROM, или EEPROM/FEPROM).

Эта память предназначена только для считывания информации. Она также содержит специальные данные (индивидуальные данные, характеристические и программируемые матрицы, значения поправочных коэффициентов и данные, необходимые процессору для расчетов длительности управляющих импульсов форсунок, угла опережения зажигания и т.п.). Это фиксированные данные, которые не могут быть изменены во время управления автомобилем. Перезаписывающая память является энергонезависимой, т.е. вся занесенная в нее информация сохраняется при отключении энергопитания сколь угодно долго.

Оперативная память (RAM) необходима для хранения таких изменяющихся данных, как численные значения сигналов. Для правильной работы оперативная память требует постоянного электрического питания. При выключении зажигания или выключателя пуска ЭБУ выключается и, следовательно, теряет всю память (так называемая «испаряющаяся» память). Адаптирующие значения величин, т.е. те, которые «изучаются» системой во время работы и касаются рабочих режимов двигателя, должны быть восстановлены при включении ЭБУ в работу.

Данные, которые не могут быть потеряны (например, коды иммобилайзера и коды неисправности), хранятся в постоянной памяти (EEPROM). В этом случае они не теряются даже при отсоединении аккумуляторной батареи.

Блок текущего контроля. ЭБУ оснащается следящим контуром, встроенным в специализированную интегральную схему (ASIC — Application Specific Integrated Circuit). ASIC имеет повышенную оперативную памятью (extraRAM) и усовершенствованные входные и выходные блоки, может генерировать и передавать сигналы широтно-импульсной модуляции. Микропроцессор и блок текущего контроля следят друг за другом, и, как только обнаруживается неисправность, любой из них может выключить подачу топлива независимо от другого.

Выходные сигналы. Микропроцессор запускает задающие каскады, используя свои выходные сигналы, которые рассчитываются с использованием программ, характеристик и программируемых матриц.

Выходные сигналы обычно являются достаточно мощными, чтобы непосредственно управлять исполнительными устройствами или реле. Задающие каскады защищены от короткого замыкания на «массу» или аккумуляторную батарею, а также от разрушения при электрической перегрузке. Такие нарушения в работе, вместе с обрывами цепи или неисправностями датчиков, определяются контроллером задающих каскадов, и эта информация передается в микропроцессор.

Выходные сигналы могут быть переключающими и сигналами широтно-импульсной модуляции.

Переключающие сигналы используются для включения и выключения исполнительных устройств, например электровентилятора системы охлаждения двигателя.

Сигналы широтноимпульсной модуляции (pulse-width modulation signals, PWM-signals) — прямоугольные сигналы с постоянным периодом, но переменные по времени (рис. 3), которые могут быть использованы для пуска электромагнитных приводов, например клапана системы рециркуляции отработавших газов.

Сигналы широтно-импульсной модуляции

Рис. 3. Сигналы широтно-импульсной модуляции: а — постоянный период; b — длительность сигнала

Встроенная диагностика. Одной из важных функций блока управления является непрерывная самодиагностика как входных и выходных цепей компонентов, так и некоторых функций внутреннего состояния системы. В современных блоках управления осуществление функций самодиагностики занимает до 50 % ресурсов микрокомпьютера. В случае нахождения неисправностей в какой-либо цепи (например, отсутствия или несоответствия заданному уровню сигнала какого-либо датчика) микропроцессор записывает соответствующий данной неисправности цифровой код в специальную область памяти. Чтобы получить информацию о характере неисправности, необходимо осуществить «считывание» кода из памяти компьютера. Ошибка, помимо своего информационного значения, несет флаг статуса, т.е. ошибки могут быть статическими (текущими) и случайными (спорадическими, накопленными). Каждый раз при включении зажигания ЭБУ начинает анализировать работу своих датчиков и исполнительных устройств до тех пор, пока работает двигатель. В случае обнаружения дефекта ЭБУ фиксирует неисправность, выставляет код ошибки и использует аварийную ветвь программы управления. Если какой-либо входной сигнал отсутствует или заведомо неправильный, блок управления рассчитывает и использует вместо него некоторое теоретическое значение, что позволяет ему продолжать дальнейшее управление двигателем. Например, при выходе из строя датчика давления во впускном коллекторе для определения времени впрыска используется значение, рассчитанное исходя из частоты вращения коленчатого вала и положения дроссельной заслонки.

После выключения зажигания блок управления сохраняет код в оперативной памяти запоминающего устройства (ОЗУ).

К ЭБУ предъявляются высокие требования по отношению к следующим факторам:

      • температура окружающей среды для легковых автомобилей (должна быть в пределах –40…+70 °C);
      • воздействие со стороны таких материалов, как масло, топливо и т.п.;
      • воздействие влажности окружающей среды;
      • механическая прочность (например, если при работе двигателя возникают вибрации);
      • защита от электромагнитных колебаний.

3. Системы передачи данных

Обзор систем передачи данных. Современное автомобилестроение быстрыми темпами внедряет инновационные технологии в системах управления. Общая тенденция в области автоматизации автомобилей состоит в замене традиционной централизованной системы управления на распределенную систему управления путем соединения блоков управления интеллектуальных датчиков и исполнительных механизмов. Это вызвано ростом числа проводов связи, увеличением количества соединений, сложностью диагностирования автомобилей и снижением надежности.

Возрастающее применение электронных систем управления автомобилей с обратной связью и без обратной связи требует, чтобы индивидуальные электронные блоки управления работали в сети друг с другом. Такие системы управления включают в себя:

  • управление коробкой передач;
  • электронное управление двигателем, или регулирование подачи топлива;
  • антиблокировочную систему тормозов (ABS);
  • противобуксовочную электронную систему (ASR);
  • электронную систему курсовой устойчивости (ESP);
  • систему управления тормозным моментом (MSR);
  • электронный иммобилайзер (EWS);
  • бортовой компьютер и т.д.

Обмен информацией между системами уменьшает общее количество необходимых датчиков и улучшает управление отдельными системами. Интерфейсы систем передачи информации, проектируемые для применения в автомобилях, могут быть подразделены на следующие категории:

  • обычные интерфейсы;
  • последовательные интерфейсы, т.е. сеть контроллеров (CAN);
  • широкополосные шины передачи данных с временным разделением каналов (шина FlexRay);
  • оптическая передача данных (шина типа МОSТ).

Обычная передача данных (интерфейсы). Обычная передача данных в автомобиле характеризуется тем, что каждый сигнал имеет собственный канал связи (провод) (рис. 4). Тем самым с каждой дополнительной информацией возрастает также число проводов и количество контактов на блоке управления, поэтому подобный тип передачи информации оправдывает себя только в случае ограниченного объема передаваемых данных.

Схема обычной передачи данных

Рис. 4. Схема обычной передачи данных

Обмен данными между электрическими компонентами автомобиля уже достиг таких объемов, что дальнейшее использование обычных интерфейсов уже не удовлетворяет современные системы управления, поэтому стали применяться шины передачи данных.

Последовательная передача данных (CAN). В связи с возросшими требованиями передачи информации в современных автомобильных системах управления, вместо обычной электропроводки все более широкое распространение находят электронные цифровые шины данных CAN (Controller Area Network). Цифровая передача данных значительно надежнее обычной аналоговой — шина лучше защищена от помех, контакты надежнее изолированы от внешних воздействий.

Шина данных CAN является открытой системой, к которой могут быть подключены как медные провода, так и стекловолоконные проводники.

CAN-шина облегчает диагностику и ремонт вышедших из строя компонентов. Универсальная проводка подходит для разных комплектаций одного автомобиля — дополнительные устройства просто подключаются к нужным разъемам.

В зависимости от приоритетов и требований к скорости передачи данных шина связи может быть одноили двухпроводной. Если для работы систем достаточно низкой скорости передачи данных, то используются шины с одним проводом связи. Если скорость должна быть высокой, применяют шины с двумя проводами связи.

Второй провод используется для проверки правильности переданной модулем управления информации и для самоконтроля модуля. Данные передаются по обоим проводам одновременно. Сигнал на первом проводе представляет собой перевернутое повторение сигнала, передаваемого по второму проводу.

Все связанные через шину CAN блоки управления подключаются к ней параллельно. Один из проводов шины CAN называется верхним (CAN High), а другой — нижним (CAN Low). Два невзаимозаменяемых скрученных между собой провода образуют пару (Twisted Pair) (рис. 5).

Шина CAN

Рис. 5. Шина CAN

Скручивание проводов производится для ослабления помех электромагнитного характера, а также излучающих помех. Скручивание позволяет также устранить излучение шины, способное создать помехи работе других устройств.

По проводу CAN High информация передается в виде электрических сигналов напряжением от 2,5 до 3,5 В, а по проводу CAN Low — напряжением от 1,5 до 2,5 В (рис. 6). Разность напряжений, равная нулю, дает уровень логического нуля, а разность напряжений в 2 В — уровень логической единицы.

Передача информации по шине CAN

Рис. 6. Передача информации по шине CAN: а — напряжение; б — разность напряжений; А, С — логический уровень = 0; B — логический уровень = 1

CAN — мультимастерная шина, т.е. не имеет центрального управляющего устройства. Все подключаемые к центральному или центральным блокам электронные блоки разных систем (или контроллеры) равноправны — любой имеет доступ к передаваемым данным и может сам передавать.

CAN-шина относится к типу последовательных шин. Передача данных в шине CAN выполняется по протоколу в виде обмена сообщениями между блоками управления через очень короткие промежутки времени.

Протокол состоит из последовательности бит информации, передающихся друг за другом. Число бит в протоколе передачи данных зависит от размера поля данных. Бит — минимальная единица передачи информации. В электронике биту может быть присвоено одно из двух возможных значений: «0» или «1» («да» или «нет»).

Данные передаются бит за битом, как бусины по нитке, и таким же образом принимаются. Биты составляют отдельные поля (рис. 7), из них складываются так называемые кадры — основные информационные единицы.

Начало фрейма обозначает начало протокола передачи данных.

Арбитражное поле используется для обозначения приоритета протокола передачи данных. Например, если двум блокам управления требуется отправить сообщения одновременно, первым отправляет сообщение блок управления с более высоким приоритетом. Кроме того, поле используется для определения содержания сообщения (например, частота вращения коленчатого вала двигателя).

Кадр передачи данных

Рис. 7. Кадр передачи данных: 1 — начало кадра (1 бит); 2 — арбитражное поле (11 бит); 3 — неиспользуемое поле (1 бит); 4 — поле управления (6 бит); 5 — поле данных (64 бита); 6 — поле CRC (16 бит); 7 — поле ACK (2 бита); 8 — конец кадра (7 бит)

В поле управления (контрольном поле) в виде кода записывается количество элементов информации в поле данных. Это обеспечивает возможность каждому приемнику проверить получение всех необходимых данных.

В поле данных передаются элементы данных, являющиеся важными для других блоков управления. Поле содержит больше всего информации: от 0 до 64 бит (от 0 до 8 байт).

Поле CRC (англ. cyclic redundancy check — «циклический избыточный код») используется для обнаружения ошибок в процессе передачи данных.

Поле ACK (англ. acknowiedge — подтверждение) содержит сигнал приемника передатчику о том, что протокол данных был успешно выполнен. В случае обнаружения ошибки информация об этом немедленно передается передатчику, после чего отправка сообщения повторяется.

Конец кадра предназначен для проверки передатчиком протокола данных и отправки приемнику подтверждения о его безошибочном выполнении. В случае обнаружения ошибки передача данных немедленно прекращается, а затем выполняется повторно.

После этого протокол передачи данных считается выполненным. Один кадр может включать несколько параметров. Например, кадр, выдаваемый ЭБУ системы впрыска топлива, может состоять из следующих параметров:

  • частота вращения коленчатого вала двигателя;
  • средний эффективный крутящий момент двигателя;
  • заданная водителем скорость движения;
  • состояние системы круиз-контроля (включена или не включена);
  • разрешение на включение компрессора кондиционера;
  • величина крутящего момента двигателя без учета воздействия автоматической коробки передач.

Одни кадры выдаются периодически (например, кадр системы впрыска топлива — через каждые 10 с), другие — при наступлении какого-либо события. Например, кадр, генерируемый ЭБУ подушек безопасности, выдается в случае удара, при этом выключается топливный насос, происходит разблокировка замков дверей и запрещается блокировка рулевой колонки.

Обмениваемая информация состоит из отдельных посланий, которые могут быть отправлены и получены каждым из блоков управления. Каждое из посланий (рис. 8), составленное согласно послания (2 бита) протоколу, содержит данные о каком-либо физическом параметре, например о частоте вращения коленчатого вала.

Структура послания через шину CAN

Рис. 8. Структура послания, передаваемого через шину CAN: 1 — идентификационный код послания (11 бит); 2 — содержание послания (до 8 × 8 бит); 3 — контрольная сумма (16 бит); 4 — подтверждение приема

Примером идентификационного кода послания может быть двигатель (частота вращения коленчатого вала). В этом же послании могут содержаться другие данные, например указания о холостом ходе, передаче крутящего момента и о других режимах работы двигателя. При этом величина частоты вращения представляется в двоичной форме, т.е. как последовательность нулей и единиц или бит (рис. 9). Например, значение частоты вращения двигателя 1800 об/мин может быть представлено как двоичное число 00010101.

Передача электрических сигналов по времени

Рис. 9. Передача электрических сигналов по времени

В табл. 1 показана упрощенная передача данных на примере угла положения дроссельной заслонки, показывающего, как строится информация. Положение дроссельной заслонки передается 8 битами, таким образом возможно 256 вариантов комбинаций битов. С шагом 0,4° передается положение заслонки от 0° до 102°.

Таблица 1. Изменение данных в шине в зависимости от положения дроссельной заслонки

Биты Угол дроссельной

заслонки, град.

0000 0000 0,0
0000 0001 0,4
0000 0010 0,8
0101 0101 34,0
1111 1111 102,0

В современных автомобилях, как правило, применяются три вида шин, работающих с разными скоростями (рис. 10). Наиболее важные устройства и системы (ABS, ESP, ЭБУ двигателем и др.) подключаются к скоростной магистрали с пропускной способностью 500…1000 Кбит/с, практически обеспечивающей работу системы в реальном времени.

Система шин CAN

Рис. 10. Система шин CAN (на примере автомобиля Polo, модель 2002 г.): 1 — шина наиболее важных устройств; 2 — шина информационной системы; 3 — шина системы комфорта

Менее быстрые и важные приборы системы «Комфорт» или информационно-командной системы (радио, монитор на центральной консоли, система навигации и кондиционирования) завязаны на другую шину со скоростью 95,2…100 кбит/с.

Для остальных «медленных» устройств системы «Комфорт» (дверных замков, систем освещения, стеклоподъемников) служит третья шина со скоростью — 33,3…100 кбит/с.

Вместо ключа зажигания в автомобилях, оборудованных CAN-шинами, все чаще используют электронный брелок, который взаимодействует с блоком управления двигателем через цифровую шину.

Шина FlexRay. Возросшие требования к скорости передачи и безопасности данных требуют применения широкополосных шин передачи данных с временным разделением каналов (временным управлением). Для сравнения: шина CAN представляет собой событийно-управляемую шину данных.

FlexRay — последовательная, детерминистическая и устойчивая к сбоям шина передачи данных для применения в автомобиле. Скорость передачи данных по шине FlexRay составляет 10 Мбит/с, что в 20 раз превышает скорость передачи по высокоскоростной шине CAN (500 кбит/с).

Другой важной особенностью является гарантированное время реакции, или латентный период реагирования, который представляет собой время, необходимое для прохождения сообщения от отправителя до получателя. В связи с этим говорят также о детерминистической (предопределенной, регламентированной) передаче.

Это означает, что данные поступают к адресату или адресатам в строго определенный или предварительно заданный момент времени (возможность применения в режиме реального времени).

Шина FlexRay двухпроводная. Плюсовой провод (batarea plus, BP) обозначают красным цветом, минусовый (batarea minus, ВМ) — синим. Уровень напряжения на обоих проводах колеблется в диапазоне 2,2…2,8 В (рис. 11) (в высокоскоростной шине CAN 1,5…3 В). Уровень разностного напряжения составляет не менее 600 мВ (в высокоскоростной шине CAN 2 В).

Передача информации по шине FlexRay

Рис. 11. Передача информации по шине FlexRay

FlexRay работает с тремя состояниями сигнала:

  • холостой — уровень напряжения обоих проводов шины рецессивный и составляет 2,5 В (режим холостого хода). «Рецессивный» означает, что уровень напряжения может быть превышен (перезаписан) другим блоком управления;
  • 0 — провод BP имеет низкий, а провод BM — высокий доминирующий уровень напряжения. «Доминирующий» означает, что этот уровень напряжения не может быть превышен (перезаписан) другими блоками управления;
  • 1 — провод BP имеет высокий, а провод BM — низкий доминирующий уровень напряжения.

При таких параметрах уровня напряжения время передачи бита составляет 100 наносекунд (нс) (для сравнения: в высокоскоростной шине 2000 нс).

Шина MOST. Центральный блок информационно-командной системы может соединяться с процессором навигационной и других систем посредством оптического кабеля (шина типа МОSТ — Media Oriented Systems Transport). Это необходимо для защиты от помех линии передачи данных. Для передачи данных через оптический кабель следует преобразовать аналоговую информацию в серии световых импульсов, которые могут затем распространяться через стеклянные волокна кабеля. У световых волн длина волны короче по сравнению с радиоволнами, они не создают электромагнитных помех и сами являются невосприимчивыми к таковым.

У металлических проводников создаются поля вокруг любого проводника, по которому проходит электрический ток (рис. 12). Поэтому проложенные параллельно или перекрещивающиеся проводники тока создают взаимные помехи. Помехи могут быть вызваны также электромагнитными волнами, генерируемыми, например, мобильным телефоном. При использовании волоконнооптической связи такие помехи отсутствуют.

Передача тока через волоконно-оптический и металлический проводники

Рис. 12. Передача тока через волоконно-оптический (а) и металлический (б) проводники: 1 — цифровая информация; 2 — импульсы света в оптическом кабеле; 3 — электромагнитное поле проводника; 4 — аналоговая или цифровая информация; 5 — электроны в металлическом проводнике

Преимуществом современных волоконно-оптических систем, кроме отсутствия помех, является также скорость передачи данных, достигающая 21,2 Мбит/с, что позволяет передавать информацию в виде цифрового сигнала. Такая связь находит применение при приеме аудио- и видеопередач, когда необходима скорость передачи данных порядка 6 Мбит/с и больше, в то время как шина CAN может передавать данные со скоростью до 1 Мбит/с при большом количестве жил в жгуте проводов.

Основными компонентами волоконно-оптических систем (рис. 13) являются светодиоды и фотодиоды, составляющие приемопередатчик, трансивер, световод, микропроцессор.

Основные компоненты волоконно-оптической системы

Рис. 13. Основные компоненты волоконно-оптической системы: 1 — световод; 2 — фотодиод; 3 — светодиод; 4 — трансивер

Светодиод преобразует сигнал по напряжению в световой сигнал. Длина волны выработанных световых волн составляет от 650 нм и их видно как красный свет.

Фотодиод используется для преобразования световых волн в сигналы по напряжению.

Световод применяется для отправки световых волн, вырабатываемых в передатчике одного блока управления, на приемник другого блока управления.

Недостатком волоконно-оптической системы является требование плавных изгибов, радиус изгиба световода не должен превышать 25 мм.

Шина MOST представляет собой шину последовательной передачи данных (аудио-, видеосигналы, голосовые сигналы, данные) по оптическому кабелю (рис. 14). С точки зрения физического исполнения в случае шины MOST речь идет о кольцевой структуре (топологии) сети. Шина MOST может включать до 64 устройств.

Шина MOST

Рис. 14. Шина MOST (на примере Touareg 2011 Volkswagen): 1 — ЭБУ в комбинации приборов; 2 — диагностический интерфейс шин данных; 3 — ЭБУ информационной электронной системы; 4 — ТВ-тюнер; 5 — DVD чейнджер; 6 — головное устройство аудиосистемы; 7 — ЭБУ цифровой аудиосистемы

С помощью оптической шины MOST обмен данными между абонентами шины происходит в цифровом формате. Передача данных с помощью световых волн позволяет достичь существенно больших скоростей передачи данных.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *