Какие приборы и устройства входят в систему управления машиной

Электронные системы управления современных автомобилей. Фундаментальные основы. MilSpecWiring как #хeштэг. Часть 1.

Современная автомобильная техника оснащена большим количеством электронного оборудования. Начиная с сенсоров ДВС, заканчивая блоками управления с алгоритмами работы роботизированной КПП, систем «трекшн», «лаунч» контроля, акустических, охранных систем и т.п.

Чем больше данных требуется той или иной системе для управления своей работой, тем больше датчиков и исполнительных устройств необходимо соединить проводами с тем или иным ЭБУ. Если таких систем у машины много, то электропроводка автомобиля представляет собой очень большой и сложный узел.
При подготовке («постройке») спортивной техники многие энтузиасты лично разрабатывают свои «конфиги» и даже лично осуществляют монтажные работы. Однако модификации ЭЛЕКТРОПРОВОДКИ почти всегда требуют привлечения специалиста.

Электронные схемы некоторых систем могут вызвать ужас у простого обывателя, однако если у Вас под рукой есть учебник Физики 8 класса или в детстве Вы были отличником, разобраться в электронных системах управления своего автомобиля не составит проблем.

Сегодня, при наличии современных социальных сетей, парой «хэштэгов» можно найти массу фото профессиональных электрических «кос», изготовленных из специальных проводов, электрических круглых разъемов, покрытых специальной глянцевой «термоусадкой» в стиле Дарта Вейдера.

Так выглядит проводка гоночных болидов Формул, автомобилей участвующих в Le Mans 24, DTM, а также многих «западных» любительских проектов.

Если Вы ищете способ подключить универсальный ЭБУ взамен заводского «мозга» своего автомобиля — поищите хештэг #milspecwiring в Instagram. Это — современный способ модификации любых электронных систем.
«MilSpec» – это сокращение от термина Military Specification. Термин представляет собой набор спецификаций, определяющих эксплуатационные стандарты для товаров, предназначенных для нужд Министерства обороны США. Так как ключевые параметры этих спецификаций для электроники совпадают с нуждами современного автоспорта – термин был позаимствован.

Итак, если Вы ставите перед собой цель избежать проблем с электроникой, на устранение которых обычно требуется большое количество сил и времени, то первое, от чего нужно отказаться – это паяные соединения проводов.

Это может показаться весьма спорным, так как существует множество людей, которые уверены что «пайка» — это лучший способ соединения двух проводов. К сожалению, это не так. «Пайка» — это то, чего Вы никогда не найдете в профессиональных жгутах проводов спортивной техники.

Проблема паяных соединений кроется в местах перехода паяной гильзы в провод. Т.е. там, где заканчивается «пайка» и начинается провод. В этом месте соединение очень хрупкое и обладает очень низкими показателями вибрационной устойчивости. Из-за вибрационных воздействий окружающей среды, такие соединения могут очень быстро выйти из строя.

Предпочтительный способ – механический обжим – кримпинг. Это техника, которую используют как заводские производители, так и инженеры Формулы-1. Правильно обжатая гильза – крепче, чем среднестатистический провод, т.е. провод порвется раньше, чем сломается «кримпинг».

Вспомните черные круглые разъемы на фото с хештэгом #motorsportwiring. Если Вы собираетесь изготовить электропроводку класса Hi-End, то это — самые надежные электрические разъемы из ныне существующих. Они обладают сверх легким весом и малыми размерами, при этом очень хорошо защищены от влаги и пыли. Использование таких разъемов позволяет существенно упростить монтаж целых узлов и агрегатов. Один разъем может отсоединить двигатель от электроники кузова или шасси в одно движение – полуоборот коннектора против часовой стрелки.

Если Вы не собираетесь «строить» болид Формулы-1, или отдать свою почку и легкое за электропроводку, Ваш выбор — разъемы Deutsch DTM, DT, DTP.

Огромный ассортимент этих коннекторов позволяет использовать различные по площади сечения провода и соединять от 2-х до 12-ти контактов. Стоимость таких разъемов очень небольшая, при этом соединения проводов получаются защищенными от влаги и пыли и очень надежными.

Существуют разъемы средней ценовой категории, которые используют такие же контакты и технологии соединений, как Deutsch Autosport – Amphenol Aerospace. Отличительные черты – материал разъемов (сталь), чуть большие размеры по сравнению с Deutsch AS и ощутимо более низкая стоимость. Ассортимент каталога Amphenol Aerospace позволяет создать надежные влаго- и пылезащищенные быстроразъемные соединения от 3-х до 61 контакта. Такие коннекторы часто используются в авиации.

Все вышеприведенные разъемы используют контакты одного типа – цилиндрические клеммы. Для их обжима необходим специальный инструмент – кримпер. Профессионалы используют дорогие кримперы с револьверными головками, которые позволяют обжимать разные по размеру провода различными по размеру контактами. Например, кримпер американского производства DMC Кримпер цилиндрических ножевых клемм Mil Crimp Tool Frame DMC

Однако, существуют более бюджетные инструменты, например Кримпер Deutsch DT / DTP / DTM

Обжим любого контакта начинается с удаления изоляции с конца провода. Для этого существует специальный инструмент – стриппер. В зависимости от того, какие провода Вы используете – Вам нужен стриппер с подходящим к этим проводам набором лезвий.

Профессиональные жгуты проводов спортивной техники изготовлены из специальных проводов – MilSpec Wire, так называемого Tefzel Wire. Существуют два вида таких проводов – “Spec 44” и “Spec 55”.
Кабель Raychem M22759/16 (Spec 44) покрыт одним слоем изоляции из Этилен-Тетрафлуороэтилена (ETFE) – полимерный материал, так же известный, как Tefzel. Провод был разработан изначально для применения в аэрокосмической промышленности. Кабели, покрытые изоляцией ETFE, стойки к химическому, радиационному воздействиям, механическому истиранию и высоким температурам. Также обладают малым весом. Проводник кабеля M22759/16 представляет собой луженую медную жилу, за счет которой стоимость провода существенно ниже стоимости M22759/32 “Spec 55 Wire” c посеребренным проводником.

Итак, для осуществления правильного кримпинга необходимо удалить изоляцию с провода на определенную длину.

В каждой цилиндрической клемме есть смотровое окно, в которое должен быть виден оголенный проводник.

При этом зазор между клеммой и изоляцией провода должен быть минимальным.

Источник

Устройство автомобиля

Основные узлы устройства автомобиля

Несмотря на огромное число моделей и брендов, при детальном рассмотрении оказывается, все легковые транспортные средства устроены одинаково.

Основные части любого автомобиля:

Все перечисленные элементы крепятся к несущей конструкции – кузову автомобиля. Последний состоит из днища, передних и задних лонжеронов (силовые детали каркаса, делающие его прочным и устойчивым), моторного отсека, крыши и навесных элементов (двери, капот, крышка багажника, бампер, крылья).

Данный перечень — лишь «верхушка айсберга», но ее вполне достаточно, чтобы начать понимать базовый принцип устройства автомобиля.

Если вы ищете учебник или пособие, в котором легко и доступно, «для чайников», расписано устройство автомобиля, рекомендуем обратить внимание на книгу Бескаравайного М.И. «Устройство автомобиля просто и понятно для всех». Пособие легко скачать в Интернете из любой онлайн-библиотеки.

Краткий обзор важных систем и агрегатов устройства авто

Итак, согласно схеме общего устройства машины, она работает следующим образом.

Благодаря кузову все узлы устройства собраны вместе. Системы работают синхронно и слаженно. За запуск двигателя отвечает аккумулятор. Последний выдает искру, из-за которой воспламеняется бензин в камере сгорания. Детонация запускает движение поршней в моторе. Двигатель, с помощью трансмиссии (если максимально просто, это сила, которая крутит колеса) передает энергию на колеса. За плавность и исправность хода отвечает ходовка. Машина едет или останавливается. Эти процессы контролируются педалями «газ» и «тормоз». В автомобилях с механической коробкой передач есть еще педаль «сцепление» (об этом чуть ниже). Чтобы работали все лампочки и датчики, а также исправно функционировал бортовой компьютер, генератор вырабатывает ток.

Водитель, сидя за рулем в комфортабельном салоне, не видит и не ощущает всю сложность технического устройства автомобиля. Он лишь поворачивает ключ в замке, переключает рычаг коробки, давит педали, крутит руль, да жмет кнопочки на панели. Ну, и контролирует уровень топлива в баке. Сказка, да и только!

Однако, все же, если он хочет понимать устройство автомобиля, хотя бы на уровне «для начинающих», должен разбираться еще в некоторых механизмах.

Что такое сцепление? Как работает данный элемент устройства? Вы когда-нибудь задумывались, почему, когда мы заводим тачку, она сразу не едет. Почему при заведенном двигателе она стоит на месте, пока мы не переключим скорость и не нажмем на педаль газа (тормоза и сцепления, потом газа при МКПП)? Сейчас попробуем объяснить:

Ну что же, мы разобрали базовые элементы конструкции и устройства современного автомобиля, постарались объяснить все максимально доступно и просто. Теперь вы понимаете, каким образом тачка едет, почему работает двигатель, за что отвечает тот или иной агрегат.

Мало кто поспорит, управлять современной машиной, да еще с АКПП – одно удовольствие. Но это – только если соблюдать рекомендации по уходу, относиться к авто бережно, вовремя проходить ТО и реагировать на малейшие неисправности.

Электрооборудование и системы помощи водителю

Многое в машине контролируется электрикой. Она довольно сложная, но значительно облегчает процесс вождения и делает пребывание в салоне максимально комфортным. Именно она запускает двигатель, поддерживая его в рабочем состоянии. Блок управления, аккумулятор, генератор, распределитель, искрообразующие свечи, — всё это отдельные части автомобиля, без которых невозможно представить его нормальное функционирование.

Второстепенными элементами автоэлектрики являются источники освещения: фонари, габаритные огни, поворотники, подсветка салона и т. д. Сюда же относится звуковой сигнал, всевозможные датчики и регуляторы.

К электрооборудованию можно причислять и системы, призванные улучшать курсовую устойчивость и управляемость автомобиля.

Тормозная система

Позволяет замедлять движение машины, вплоть до её полной остановки. Незаменима система во время экстренных ситуаций, а также когда автомобиль надо удерживать от самопроизвольного движения вниз. Автомобильные тормоза включают несколько подсистем: ручную, запасную, вспомогательную, антиблокировочную. Их совокупность называется тормозным управлением.

Задача основной тормозной системы — регулировать скорость движения машины, останавливать транспортное средство в случае необходимости. Состоит она из привода и исполнительных механизмов (барабан, диск). На современных легковых авто чаще используется гидропривод, реже — электрический, пневмо или комбинированный варианты. В некоторых случаях для повышения давления жидкости и эффективности торможения применяются вакуумный усилитель и регулятор.

При отказе или неисправности главного тормоза (разгерметизация одного из контуров и понижение уровня жидкости до критического) задействуется резервная тормозная система. Работает она как самостоятельный узел или вкупе с ручником.

Ручной или стояночный тормоз, оснащённый механическим приводом, предназначен для:

Коэффициенты эффективности замедления автомобиля, движущегося со скоростью 80 км/ч при усилии на педаль до 50 кг основной системы и подсистем:

Принцип функционирования тормозов прост. После нажатия на педаль тормозное усилие передаётся на колёсные механизмы. Последние прижимают к дискам колодки, тем самым останавливая вращение.

Устройство шасси автомобиля

Шасси автомобиля состоит из множества механизмов, передающих крутящийся момент от двигателя к колесам, передвигающих автомобиль и управляющих им: трансмиссии, механизма управления автомобилем и ходовой части.

Сцепление автомобиля

Сцепление служит для того, чтобы передавать крутящий момент двигателя к коробке передач и плавно соединять или разъединять двигатель с механизмами трансмиссии. От педали сцепления идет трос, приводящий в действие механизм сцепления. Сцепление служит для предохранения деталей двигателя и трансмиссии от перегрузки и повреждения при резком включении передачи или торможении.

Источник

Электронные автомобильные системы

В настоящее время, автомобиль, практически, уже невозможно представить без электроники, которую можно условно разделить на группы по назначению: управление двигателем, управление движением (трансмиссией), повышение безопасности движения, обеспечение комфортных условий для людей в салоне.

Системы управления автомобилем (например, D-4, DME, DDE) делают его более экономичным и экологичным, увеличивают эксплуатационные характеристики мотора и способствуют плавной его работе, а некоторые из них даже следят за состоянием аккумуляторной батареи.

К электронным системам управления автомобилем можно отнести коробку-автомат, адаптивный круиз-контроль, систему помощи при парковке. Стремительное развитие электронных автосистем постепенно воплощает в реальность создание и применение автопилотов.

Электронные системы управления авто

Системы повышения безопасности движения состоят из:

Смотрите видео об электронных системах стабилизации автомобиля.

В салоне для обеспечения комфортных условий используются кондиционеры с климат-контролем, система управления голосом, система контроля загрязнения воздуха снаружи и его очистки.

Основные виды электронных автомобильных систем

К основным видам электронных автомобильных систем управления относят:

В автомобиле, где установлена полноценная электрическая система управления тормозной системой автомобиля, отсутствует механическая связь между тормозной системой и самой педалью тормоза. При нажатии на педаль в действие приходит электронный переключатель, который усилиями механического привода применяет необходимый уровень торможения.

К вспомогательным системам современного автомобиля относятся автоматическое включение/выключение света фар, датчик дождя, автонавигатор, контроль давления в шинах. Не все из выше перечисленных систем управления машиной могут входить в состав базового оснащения на серийных автомобилях, но они могут быть установлены дополнительно.

Благодаря электронным системам управления автомобилем, механизмы и узлы автомобиля стали надёжнее, а само транспортное средство безопаснее, но следует помнить, что водитель, по-прежнему, должен правильно и быстро оценивать ситуацию на дороге, оперативно реагировать и трезво мылить.

Источник

Электронные системы управления автомобилем

Контроль за механическими, гидравлическими и пневматическими системами автомобиля. Управление электроникой. Локальная система связи (Controller Area Network).

Управление электроникой

Установка электронных систем управления авто – это возможность снабдить транспортное средство средствами самодиагностики, предупредить водителя о потенциальных сбоях функционировании систем, сделать более рациональной работу персонала автосервиса.

Современные автомобильные компьютеры способны мгновенно оценивать дорожную ситуацию и отклонения от нормального режима управления автомобилем. Они способны вывести автомобиль из сложного заноса, перехватывая управление автомобилем, своевременно предупреждают водителя об опасности, согласуют управление автомобиля с движущимися по соседней полосе автомобилями, и позволяют выбрать наиболее выгодный режим разгона или замедления на слиянии, пересечении дорог.

Компоненты электронной системы управления автомобилем: что есть что?

Современный автомобиль оснащен несколькими электронными модулями управления, десятками датчиков и актуаторами – исполнительными устройствами, способными передавать данные главному процессору.

Длительность открытого состояния инжектора ti = 2,4 мс позволяет сформировать необходимое соотношение воздуха и топлива в цилиндре двигателя.

Controller Area Network

Современные транспортные средства активно освещают локальной системой связи (Controller Area Network). Мощный процессор, направлен на комплексное управление электронными системами и механизмами автомобиля.

Для обмена информацией модули управления системами автомобиля подключают к этой локальной сети. В этом случае легко решается вопрос с получением сигналов от датчиков и реагированием на изменения положения органов управления.

В случае выявления ошибки электронным модулем управления центральный процессор сразу же видит сигнал и запускает процесс, направленный на сохранение работоспособности той или иной системы и поддержание безопасности во время движения. Водитель о возникшей неисправности также сразу получает соответствующий сигнал.

Считывать автоэлектрикам информацию о неисправностях, получить данные с датчиков и исследовать форму электросигнала исходящего от них можно посредством мотор-тестеров. Умения пользоваться этими устройствами становятся необходимыми для каждого современного диагноста, мехатроника.

Среди образовательных продуктов SENSYS на базе платформы ELECTUDE обязательно обратите внимание на тренинг «Автодиагност. Диагностика электронных систем управления двигателя при помощи мотор-тестера». Это эффективная тренировка навыков в области диагностики автомобиля с электронными системами управления.

Источник

Электронные системы управления автомобилем

1. 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.

При упрощенном рассмотрении электронной системы управления автомобилем можно выделить четыре основных блока (рис. 1): входные сигналы — датчики, системы передач данных, электронный (электронные) блок (блоки) управления (ЭБУ), исполнительные механизмы (ИМ).

Рис. 1. Схема электронной системы управления автомобилем

Электронный блок управления является самым сложным прибором систем управления двигателем или отдельных систем автомобиля и координирует их работу. Основу блока составляет центральный процессор или микрокомпьютер.

ЭБУ получает электрические сигналы от датчиков или генераторов в ожидаемом интервале значений, оценивает их, затем проводит вычисление пусковых сигналов для исполнительных устройств (приводов).

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

Рис. 2. Схема электронного блока управления:

Цифровые входные сигналы — это входные сигналы, которые имеют только два состояния: «высокий уровень» и «низкий уровень». Примеры цифровых входных сигналов: сигналы включения/ выключения, сигналы цифровых датчиков (например, импульсы от датчика Холла). Такие сигналы обрабатываются непосредственно микропроцессором.

Аналоговые входные сигналы в пределах заданного диапазона принимают значения напряжения. Физические величины, которые Н — высокий уровень сигнала; L — низкий уровень сигнала; FEPROM — программируемая память (постоянное запоминающие устройство, ПЗУ); EEPROM — постоянная память (ПМ); RAM — оперативная память (ОП); A/D — аналогово-цифровой преобразователь (АЦП); CAN — электронная цифровая шина данных рассматриваются как аналоги измеренных значений напряжения: массовый расход воздуха на впуске, напряжение аккумуляторной батареи, давление во впускном коллекторе и давление наддува, температура охлаждающей жидкости и воздуха на впуске. Аналогово-цифровой преобразователь (АЦП) 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.

Для работы микропроцессору требуется программа, которая хранится в программируемой (перезаписываемой) памяти (постоянное запоминающие устройство — ПЗУ, или FEPROM). Эта память предназначена только для считывания информации. Она также содержит специальные фиксированные 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.), 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) служит для хранения таких изменяющихся данных, как численные значения сигналов. Для правильной работы ОП требуется постоянное электрическое питание. При отключении зажигания или выключателя пуска ЭБУ выключается и, следовательно, теряется вся память (так называемая испаряющаяся память). Адаптирующие значения величин, т.е. те, которые «обучаются» системой во время работы и касаются работы двигателя рабочих режимов, должны быть восстановлены при включении ЭБУ в работу.

Данные, которые нельзя терять (например, коды иммобилайзера и данные кодов неисправности), должны храниться в устройстве EEPROM (ПМ) — данные в ПМ не теряются даже в случае отсоединения аккумуляторной батареи.

Блок текущего контроля ЭБУ оснащается следящим контуром, который встроен в специализированную интегральную схему, которая оснащается повышенной оперативной памятью (extra RAM), усовершенствованными входными и выходными блоками и 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.

Используя выходные сигналы, микропроцессор запускает задающие каскады. Выходные сигналы обычно являются достаточно мощными, чтобы непосредственно управлять исполнительными устройствами или реле. Задающие каскады защищены от короткого замыкания на массу или аккумуляторную батарею и разрушения при электрической перегрузке. Такие нарушения в работе вместе с обрывами цепи или неисправностями датчиков определяются контроллером задающих каскадов, затем 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 широтно—импульсной модуляции (PWM signals) — это прямоугольные сигналы с постоянным периодом, но переменные по времени (рис. 3). Они могут быть использованы для пуска электромагнитных приводов (например, клапана системы рециркуляции ОГ — отработавших газов).

Встроенная диагностика. Одной из важных функций блока управления является непрерывная самодиагностика не только входных и выходных цепей компонентов, но и некоторых показателей внутреннего состояния системы. В современных ЭБУ осуществление самодиагностики занимает до 50 % ресурсов микрокомпьютера. В случае нахождения неисправностей в какой-либо цепи (например, отсутствие или несоответствие заданному уровню сигнала одного из датчиков) микропроцессор записывает соответствующий данной неисправности цифровой код в специальную область памяти, а для того чтобы получить информацию о характере неисправности, необходимо осуществить считывание кода из памяти компьютера.

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

ЭБУ постоянно контролирует исправность всех его компонентов, но ошибка помимо своего информационного значения несет флаг статуса, т.е. ошибки могут быть статические (текущие) и случайные (спорадические, накопленные).

Каждый раз при включении зажигания ЭБУ начинает анализировать работу своих датчиков и исполнительных устройств. Такой анализ длится все время, пока работает двигатель. При обнаружении дефекта ЭБУ фиксирует неисправность, выставляет код ошибки и использует аварийную ветвь программы управления. В случае 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 ОЗУ.

2. Системы передачи данных

Современное автомобилестроение интенсивно внедряет инновационные технологии в системах управления. Общая тенденция в области автоматизации автомобилей состоит в замене традиционной централизованной системы управления распределенной системой 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. Увеличивающееся применение электронных систем управления автомобилей с обратной и без обратной связи требует, чтобы индивидуальные ЭБУ работали в сети друг с другом. Такие системы управления включают:

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 четыре категории:

Обычная передача данных в автомобиле (рис. 4) характеризуется тем, что каждый сигнал имеет свой собственный канал связи (провод). При этом 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.

Рис. 4. Схема обычной передачи данных

Увеличение обмена данными между электрическими компонентами автомобиля уже достигли таких объемов, что дальнейшие попытки управления через обычные интерфейсы уже не удовлетворяют современные системы управления, поэтому стали применяться шины передачи данных.

В связи с возросшими требованиями передачи информации в автомобильных системах управления, вместо обычной электропроводки в современных автомобилях используется последовательная цифровая передача данных. Все более широкое распространение находят электронные цифровые шины данных CAN (Controller Area Network). Цифровая передача данных значительно надежнее обычной аналоговой, так как шина лучше защищена от помех, контакты надежно 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 системы управления автомобилем. Универсальная проводка подходит и для разных комплектаций одного автомобиля — дополнительные устройства просто подключаются к нужным разъемам.

В зависимости от приоритетов и требований к скорости передачи данных шина CAN может быть одноили двухпроводной.

Если для работы систем достаточно низкой скорости передачи данных, то используются шины с одним проводом связи, если скорость передачи должна быть высокой — 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 H (High), другой — нижним — CAN L (Low). Два невзаимозаменяемых скрученных провода (рис. 5) образуют пару (Twisted Pair).

Рис. 5. Шина CAN

Скручивание проводов производится для того, чтобы ослабить помехи электромагнитного характера, а также излучающие помехи. Скручивание позволяет также устранить излучение шины, способное создать помехи в работе других устройств.

По проводу CAN H информация передается в виде электрических сигналов напряжением от 2,5 до 3,5 В, а по проводу CAN L — от 1,5 до 2,5 В (рис. 6). Разность напряжений, равная нулю, дает уровень логического нуля, а разность напряжений 2,0 В — уровень логической единицы.

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

CAN — мультимастерная шина, т.е. без 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 их передавать.

CAN-шина относится к типу последовательных; передача данных в шине 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 — базовая единица измерения количества информации, равная количеству информации, содержащемуся в опыте, имеющем два равно вероятных исхода (да или нет).

Данные передаются бит за битом и в такой же последовательности принимаются. Биты составляют отдельные поля (рис. 7), из них складываются так называемые кадры — основные информационные единицы.

Начало кадра обозначает начало протокола передачи данных.

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

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

В поле управления (контрольное поле) в виде кода записывается количество элементов информации в поле данных. Этим обеспечивается возможность для каждого приемника проверить, были ли получены все необходимые данные.

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

Поле CRC используется для обнаружения ошибок в процессе передачи данных.

Поле ACK содержит сигнал приемника передатчику о том, что протокол данных был успешно выполнен. В случае обнаружения ошибки информация об этом немедленно поступает в передатчик и 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:

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 послания (2 бит)

Некоторые 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 протоколу, содержит данные о каком-либо физическом параметре, например, о частоте вращения коленчатого вала.

Примером идентификационного кода послания может быть: двигатель, частота вращения коленчатого вала двигателя. В этом же послании могут содержаться и другие данные (например, указания о холостом ходе, передаче крутящего момента и 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.

Рис. 9. Передача электрических сигналов по времени

Пример упрощенной передачи данных на примере угла положения дроссельной заслонки, который показывает, как строится информация, дан в табл. 1. Положение дроссельной заслонки от 0° до 102° передается с шагом 0,4° 8 битами, таким образом возможно 256 вариантов комбинаций битов.

Таблица 1. Зависимость изменения данных в шине от положения (угла) дроссельной заслонки

В современных автомобилях, как правило, применяются три вида шин, работающие с разными скоростями (рис. 10). Наиболее важные устройства и системы (антиблокировочная система тормозов, система курсовой устойчивости и др.) подключаются к скоростной магистрали с пропускной способностью 500…1000 Кб/с, практически обеспечивающей работу системы в реальном времени. Менее быстрые и важные приборы — система «Комфорт» или информационно-командная система (радио, монитор на центральной консоли, система навигации и кондиционирования) — завязаны на вторую шину со скоростью 95,2…100,0 Кб/с. Для остальных «медленных» устройств — система «Комфорт» (дверных замков, систем освещения, стеклоподъемников) — служит третья шина со скоростью 33,3…100,0 Кб/с.

Рис. 10. Система шин CAN (на примере автомобиля Polo модели 2002 г.): 1 — шина наиболее важных устройств; 2 — шина информационно-командной системы; 3 — шина системы комфорта; БУ — блок управления; ЗУ — запоминающее устройство

Вместо ключа зажигания в автомобилях, оборудованных CAN-шинами, используют электронный брелок, который взаимодействует с блоком управления двигателем через цифровую шину. Возросшие требования к скорости передачи и безопасности данных требуют применения широкополосных шин передачи данных с временным разделением (временным управлением) каналов (для сравнения: CAN представляет собой событийно-управляемую шину данных).

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

Важной особенностью FlexRay является также гарантированное время реакции или латентный период реагирования, т.е. время, которое требуется на прохождение 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 (возможно применение в режиме реального времени).

Шина FlexRay двухпроводная: плюсовой провод обозначают красным цветом, минусовой — синим. Уровень напряжения на обоих проводах колеблется (рис. 11) от минимума (2,2 В) до максимума (2,8 В) (для сравнения в высокоскоростной шине CAN 1,5…3,0 В). Уровень разностного напряжения составляет не менее 600 мВ (в высокоскоростной шине CAN 2 В).

Рис. 11. Передача информации по шине FlexRay

FlexRay работает с тремя состояниями сигнала:

Доминирующий сигнал означает, что этот уровень напряжения не может быть превышен (перезаписан) другими блоками управления.

При таких параметрах уровня напряжения время передачи 1 бит составляет 100 нс (наносекунд) (для сравнения в высокоскоростной шине 2000 нс).

Центральный блок информационно-командной системы может соединяться с процессором навигационной и других систем посредством оптического кабеля — шины типа МОSТ (Media Oriented Systems Transport). Это необходимо для защиты линии передачи данных от помех. Для передачи данных через оптический кабель следует преобразовать аналоговую информацию в серии световых импульсов, которые затем могут распространяться по стеклянным волокнам кабеля. Длина световых волн меньше длины радиоволны, поэтому они не создают электромагнитных помех и сами являются невосприимчивыми к таковым.

Вокруг любого проводника, по которому проходит электрический ток (рис. 12), возникают поля, поэтому проложенные параллельно или перекрещивающиеся проводники тока создают взаимные помехи. Помехи создаются также электромагнитными волнами, генерируемыми, например, мобильным телефоном. При использовании волоконно-оптической связи такие помехи отсутствуют.

Рис. 12. Передача тока по волоконно-оптическому (а) и металлическому (б) проводникам: 1 — цифровая информация; 2 — оптический кабель; 3 — аналоговая или цифровая информация; 4 — металлический проводник; 5 — электромагнитное поле проводника

Преимуществом современных волокно-оптических систем, кроме отсутствия помех, является также скорость передачи данных, достигающая 21,2 Мб/с, что позволяет передавать информацию в виде цифрового сигнала. Такая связь применяется при приеме аудио- и видеопередач, что требует скорости передачи данных порядка 6 Мб/с и больше, в то время как шина CAN при большом количестве жил в жгуте проводов может передавать данные со скоростью не более 1 Мб/с.

Светодиод — один из основных компонентов волокно-оптической системы (рис. 13) предназначен для преобразования сигнала по напряжению в световой сигнал. Длина волны выработанных световых сигналов около 650 нм и их видно как красный свет. Световод предназначен для отправки световых волн, вырабатываемых в передатчике одного блока управления, на приемник другого блока управления. Фотодиод предназначен для преобразования световых волн в сигналы по напряжению.

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

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

Шина типа MOST представляет шину последовательной передачи данных (аудио- и видеосигналов, голосовых сигналов) по оптическому кабелю (рис. 14). С точки зрения физического исполнения в случае шины MOST речь идет о кольцевой структуре (топологии) сети. Шина типа MOST может включать до 64 устройств.

Рис. 14. Шина типа 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

Источник