Использование CAN технологии в бортовых системах управления транспортными средствами.
Песельник М.Г. Московский Государственный Университет Леса
В настоящее время эксплуатация современного автомобиля невозможна без использования бортовой системы управления. Сложность создания бортовой системы управления определяется большим объемом сбора, обработки и передачи информации между различными узлами и агрегатами автомобиля и окружающей средой. Эти потоки информации могут иметь различное происхождение (например, сигналы с датчиков, от приборов управления, от вычислительных устройств) и различное назначение (информационное, управляющее, вспомогательное). С возрастанием информационных потоков решение задачи сбора и обработки информации в режиме реального времени при применении традиционных средств становится невозможным.
Технология CAN (англ. Controller Area Network — сеть контроллеров) — стандарт промышленной сети, ориентированный прежде всего на объединение в единую систему различных исполнительных устройств и датчиков. Режим передачи в шине CAN - последовательный, широковещательный, пакетный [1]. Технология CAN считается стандартом в автомобильной автоматике и применяется на подавляющем большинстве современных автомобилей. Преимущества шины CAN очевидны: [2]
Возможность работы в режиме жёсткого реального времени.
Простота реализации и минимальные затраты на использование.
Высокая устойчивость к помехам.
Арбитраж доступа к сети без потерь пропускной способности.
Надёжный контроль ошибок передачи и приёма.
Широкий диапазон скоростей работы.
Большое распространение технологии, наличие широкого ассортимента продуктов от различных производителей.
В связи с этим всё большее распрстранение при проектировании современных бортовых систем управление получает CAN технология.
В данной статье рассматривается только бортовая часть большой системы сбора и обработки информации с транспортного средства, отличительными особенностями которой являются наличие сервера сбора и обработки данных в Интернете, интеграция с бортовой CAN шиной, а также нацеленность на конечного пользователя. Предлагается использовать микроконтроллер NXP LPC2109 на базе ядра ARM7 и со встроенным CAN модулем. Небольшие размеры LPC2109 (10 х 10 х 1.4) позволяют разместить его компактно на печатной плате и уменьшить размеры конечного устройства.
Обобщенная структура системы представлена на рис. 1.
Рис. 1. Обобщенная структура системы сбора и обработки информации с транспортного средства.
Шина CAN – это сигнальный (физический) уровень передачи информации. Поверх этого уровня могут быть реализованы самые различные протоколы передачи информации. Очень широкое применение технологии CAN нашлось в диагностической и информационной системе автомобиля.
Бортовая диагностика, или OBD – это общее понятие, относящееся к возможностям транспортного средства по самодиагностированию и информированию [3]. OBD предоставляет владельцу машину или техническому специалисту доступ к информации о состоянии «здоровья» различных подсистем автомобиля. Система OBD предоставляет стандартизированный список диагностических кодов неисправностей (diagnostic trouble codes, DTC), позволяющих быстро идентифицировать и устранить неисправности транспортного средства. Также OBD предоставляет список параметров, описывающих рабочий процесс двигателя, функционирование различных узлов и систем автомобиля. Ко всем этим параметрам предоставляется стандартизированный доступ в соответствии с международным стандартом SAE J1979 [4].
Таким образом, владелец автомобиля или специалист в техническом центре имеют доступ к подробной информации о состоянии автомобиля, если обладают достаточным набором инструментов для того, чтобы её получить и обработать.
Информация о режимах работы автомобиля, двигателя, неисправностях в системе, а также местоположении транспортного средства (GPS) передается посредством канала GSM/GPRS на специализированный сервер, где осуществляется её обработка, хранение и выдача по требованию определенного лица (например, владельца, страховой компании, автосервиса и других). Информационные, диагностические, охранные функции такой системы огромны и выходят за рамки описания данной статьи.
Рассматривая бортовую часть этой системы, а именно ту часть, которая ответственна за сбор и обработку информации из шины CAN, сразу видим необходимость ввести ранжирование информационных потоков.
Ниже представлен неполный список параметров, которые доступны по OBD [4]:
Цикловая подача воздуха
Температура охлаждающей жидкости
Отсечки топлива (по цилиндрам)
Давление топлива
Абсолютное давление на впуске
Частота вращения коленчатого вала
Скорость автомобиля
Угол опережения зажигания
Температура воздуха на впуске
Расход воздуха
Положение дросселя
Диагностика лямбда зонда
Стандарты OBD, которым соответствует автомобиль
Время с запуска двигателя
Расстояние (время), пройденное с горящей лампочкой MIL
Состояние системы рециркуляции отработавших газов
Уровень топлива
Атмосферное давление
Температура внешней среды
Положение педали акселератора
Тип топлива
VIN номер
Список DTC гораздо больше, и эти параметры не ограничиваются только двигателем – существуют коды неисправностей и параметры других систем автомобиля - кузова, трансмиссии, шасси.
Ранжирование информации позволяет определить, какие из параметров, в каком режиме работы представляют интерес, и в каком случае их требуется передавать на сервер сбора и обработки данных.
Пример ранжирования информации по уровням приведен в Табл. 1.
Уровни событий
Частота посылки данных
Данные
Информационный
При изменении направления движения (азимута) на заданный угол. При изменении скорости движения на заданную величину.
Координаты и скорость по GPS
Охранный
При срабатывании охранной системы
Координаты и скорость по GPS, источник срабатывания
Аварийный
В случае срабатывания подушки безопасности, ABS, резкого изменения скорости, оборотов двигателя
Координаты и скорость по GPS, скорость, педаль акселератора, обороты, дроссель, педаль тормоза (по OBD)
Диагностический
При изменении отслеживаемого параметра (например, обороты или скорость выше порога) или появлении/исчезновении ошибки DTC
Координаты и скорость по GPS, скорость, педаль акселератора, обороты, дроссель, код DTC, значения отслеживаемых параметров в момент появления ошибки (по OBD)
Оперативный
Сохранение в ПЗУ в случае аварии, при выключении системы
Координаты и скорость по GPS, скорость, педаль акселератора, обороты, дроссель, педаль тормоза (по OBD)
Таблица 1. Ранжирование событий в бортовой системе управления
Таким образом, бортовая система управления транспортным средством предоставляет огромные возможности при использовании CAN технологии.
Библиографические ссылки:
CAN in Automation [Электронный ресурс]. — Режим доступа: свободный.
Bosch. Системы управления дизельными двигателями. Перевод с немецкого. Первое русское издание. — М.: ЗАО «КЖИ «За рулем», 2004. — 480 с: ил. ISBN 5-85907-348-8.
Песельник М.Г. Использование CAN технологии в бортовых системах управления транспортными средствами // III Международная научная конференция «Современные проблемы информатизации в системах моделирования, программирования и телекоммуникациях».
URL: http://econf.rae.ru/article/4840 (дата обращения: 20.04.2024).
Прочитать публикацию в формате PDF
