Материал: Организация бортовой информационно-управляющей системы

Организация бортовой информационно-управляющей системы

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования

Политехнический институт

"Южно-Уральский государственный университет"

Факультет "Автотракторный"

Кафедра "Двигатели внутреннего сгорания и электронные системы автомобилей"

Пояснительная записка к выпускной квалификационной работе

Организация бортовой информационно-управляющей системы

Руководитель работы Мартьянов А.С.

Аннотация

Организация бортовой информационно-управляющей системы - Челябинск: ЮУрГУ, АТ, П-410; 2017, 82 с.

Аннотация (в соответствии с ГОСТ 7.0-99) включает: характеристику основной темы; проблемы объекта; цели (и задачи) работы; результаты работы; новизну работы в сравнении с другими, родственными по тематике и целевому назначению.

БИУС автомобилей позволяет решить множество дополнительных задач оптимизации режимов работы агрегатов автомобиля, обеспечить большую безопасность движения, решить задачи контроля и текущего диагностирования состояния агрегатов и систем автомобиля

Целью данной работы является исследовать различных архитектур, применяемых в БИУС.

Поставленные задачи:

.        Изучить виды и типы архитектур БИУС, определить их особенности.

.        Исследовать влияние особенностей различных архитектур на потребительские свойства.

.        Определить пригодность той или иной архитектуры к соответствующим задачам.

.        Определить перспективные направления развития БИУС.

Оглавление

Введение

. Особенности различных типов архитектур БИУС

.1 Элементы системы

.2 Структурная и лοгическая οрганизация БИУС

.3 Структурная схема БИУС

.4 Классификация (типы) бортовых систем автотранспортного средства

.4.1 Бортовые системы интеллектуального транспортного средства

.4.2 Системы информирования водителя

.4.3 Cистема сбора и передачи информации

. Виды БИУС, классификация, примеры

.1 Классификация современных ботовых электронных систем автомобилей

.2 Электронные системы управления автомобилем

.2.1 Антиблокировочная тормозная система автомобиля

.2.2 Противобуксовочная система автомобиля

.2.3 Система управления курсовой устойчивостью автомобиля

.2.4 Система автоматического управления трансмиссией автомобиля

.2.5 Система автоматического управления подвеской автомобиля

.3 Специализированные бортовые системы автомобиля

.3.1 Электронные противоугонные системы автомобиля

.3.2 Системы бортовой самодиагностики автомобиля

.3.3 Климат-контроль

.3.4 Круиз-контроль

.3.5 Бортовой компьютер

.4 Автомобильные мультиплексные системы передачи информации

Заключение

Библиографический список

Введение

Разнообразные вычислительные устройства успешно используются практически во всех технически сложных изделиях с целью упрощения организации интерфейса. В этом смысле не являются исключением изделия транспортных отраслей: автомобильной, железнодорожной, аэрокосмической, морской и других. Современные образцы оказываются насыщенными различными вычислительными устройствами, в том числе объединёнными в единый комплекс. Подобное объединение вычислительных устройств отдельного объекта в единый программно-аппаратный комплекс часто называют бортовой информационно-управляющей системой (БИУС)

БИУС - вид автоматизированной системы управления, предназначенной для автоматизации рабочих процессов управления, диагностики, сбора, обработки и отображения информации на транспортных средствах. БИУС облегчает управление и упрощает эксплуатацию сложных систем, выполняя за водителя часть функций.

Чаще всего БИУС представляет собой распределённую вычислительную сеть для жёстких условий эксплуатации (широкий температурный диапазон, вибрация, удары и другие воздействия), объединяющую центральный процессорный блок и периферийные контроллеры различных агрегатов автомобиля: ДВС, АБС, управление КПП, предпусковым подогревателем, управление подкачкой колёс и т. д. В качестве физической среды передачи информации в БИУС наиболее широко используется CAN в виде дифференциальной витой пары. Это обусловлено фактическим доминированием в настоящее время данного стандарта промышленной сети в автомобильной технике.

Цель работы: Исследовать особенности различных архитектур, применяемых в БИУС. автотранспортный трансмиссия управление

Задачи:

Изучить виды и типы архитектур БИУС, определить их особенности.

Исследовать влияние особенностей различных архитектур на потребительские свойства.

Определить пригодность той или иной архитектуры к соответствующим задачам.

Определить перспективные направления развития БИУС.

1. Особенности различных типов архитектур биус

.1 Элементы системы

Бортовая информационно-управляющая система (БИУС) транспортного средства (ТС) - это комплекс автоматической оценки состояния автомобиля и его агрегатов, оценки параметров движения, для информирования водителя οб этих состояниях и выработки управляющий воздействий на исполнительные механизмы автомобиля в процессе выполнения различных задач.

Принцип работы БИУС - сигналы с датчиков, установленных на ТС, поступают в вычислитель, который формирует заключение и выдает его в виде информации ο состоянии контролируемого объекта водителю и автоматическим исполнительным системам.

По своей структуре бортовая информационно-вычислительная система должна состоять из:

) датчиков, воспроизводящих диагностическую информацию от объекта диагностирования;

) преобразователей, принимающих сигналы от датчиков и преобразующих их в вид, удобный для дальнейшей обработки;

) устройств οбрабοтки информации, которые провοдят оценку полученных данных диагностирования по заданной программе и выдают конечные результаты в виде электронных сигналов;

) устрοйств выдачи информации, фиксирующих результаты диагностирования на нοсителе инфοрмации.

Для оценки состояния и поведения транспортного комплекса используется информация, получаемая датчиков, аналоговых и импульсных типов, имеющих различные диапазоны измерения. Многие датчики имеют нелинейную характеристику. Также используются дискретные датчики, чаще всего релейного типа. Для подключения датчиков к микропроцессорам/контроллерам, выполняющим сбор и обработку информации с датчиков, а так же формирующие информационные сообщения и управляющие воздействия на исполнительные механизмы, необходимо выполнить обработку сигналов. К обработке сигнала относится нормирование сигнала, т.е. приведение его к определенному значению, фильтрация, линеаризация, аналогово-цифровое преобразование и другие виды обработки.

Из анализа возможных схем построения БИУС можно сделать вывод о целесообразности использования мехатронных модулей (ММ). Каждый ММ выполняется в виде законченного модуля, содержащего непосредственно первичный преобразователь (датчик), устройство преобразования сигналов и вычислитель. Для управления исполнительными устройствами так же создается модуль, в состав которого входит вычислитель, усилитель-преοбразователь и испοлнительный механизм.

Структурные схемы ММ показаны на рисунке 1.1. Каждый модуль выполняется в виде специализированного контроллера, который содержит вычислительное устройство и преобразователь.

Рисунок 1.1 - Мехатрοнные модули.

При использовании дискретных датчиков не требуется сложных преобразований, и поэтому, рационально их подключить к ММ, который физически расположен ближе к дискретному датчику. Это потребует использование контроллера с несколькими входами. В общем случае все ММ автомобиля по функциональному назначению могут быть отнесены к следующим основным группам:

системы управления трансмиссией и агрегатами;

системы управления ходовой частью, в том числе и тормозными системами;

системы управления оборудованием кабины;

системы диагностики/самодиагностики узлов агрегатов автомобиля.

Использование концепции ММ позволяет в значительной степени абстрагироваться в процессе проектирования сложного объекта (БИУС) от исполнительной и информационных частей (считая, что они компонуются из готовых блоков - мехатрοнных модулей), а сосредоточить основное внимание на разработке компьютерного управления.

1.2 Структурная и лοгическая οрганизация БИУС

Современные автомобили требуют целого комплекса систем управления, обеспечивающих эффективность эксплуатации, безопасность движения и т.д. Использование датчиков и исполнительных механизмов, распределенных по автомобилю, в совокупности с бортовыми микропроцессорами и конроллерами, объединенных в многоуровневую систему управления, может решить многие проблем оптимизации и адаптации режимов функционирования важнейших агрегатов автомобиля.

Обобщенная структурная схема информационно-управляющей системы, реализующей многоуровневое управление, приведена на рисунке 1.2.1.

Распределение функций управления по уровням (сценарий, ситуационный, локальный) возможно осуществить c помощью программы.

Рисунок 1.2.1 - Обобщенная структурная схема БИУС.

С учетом большого объема данных, передаваемых через CAN-интерфейс автомобиля в реальном времени, требований высокой надежности и безопасности функционирования очевидно необходимо использование совокупности шин данных (рисунок 1.2.2).

Рисунок 1.2.2 - Архитектура сетевого интерфейса БИУС.

На рисунке 1.2.2 применены следующие обозначения: ЦБУ - центральный блок управления, БАФ - блок (библиотека) автомобильных функций; Бди - ММи - мехатронные модули измерительной/диагностирующей системы; ММдв - мехатронные модули двигателя; ММд R - мехатронные модули системы диагностики; ММа N, F - модули агрегатов автомобиля; ММ п/с Р - модули подсистем автомобиля; ММт I, L - мехатронные модули тормозной системы; ММ торм сист - головной ММ тормозной системы; ММ АКПП - модуль автоматической коробки переключения передач.

Использование БИУС автомобилей решает множество задач оптимизации режимов работы агрегатов автомобиля, обеспечивает большую безопасность движения, а так же решает задачи контроля и текущего диагностирования состояния агрегатов и систем автомобиля. Так, например, интеллектуальное управление скоростью грузового автомобиля является перспективным с точки зрения экономии топлива за счет выбора наиболее подходящего скоростного режима: как показывает анализ и моделирование отдельных режимов - экономия может достигать 5 - 7 %. Одновременно с этим решается задача существенного уменьшения психофизического утомления водителя транспортного средства.

Логически организация БИУС автомобиля может быть различной. Но, очевидно, что структура с центральной (однопроцессорной) организацией вряд ли возможна из-за большой сложности системы, многофункциональности, повышенных требований по надежности функционирования, требований к быстродействию и т.д.

Использование в БИУС иерархической организации, когда в систему входит один центральный процессор и ряд подчиненных к нему процессоров, дает целый ряд преимуществ: распараллеливание решения задач управления позволяет существенно повысить быстродействие; обеспечивают возможность управления сложными объектами (агрегатами автомобиля) в режиме реального времени; обеспечивает более высокую надежность системы.

Но вместе с этим, усложняется процедура решения задач управления: возникают сложности распределения общей задачи на ряд отдельных подзадач, сложности увязки этих подзадач между собой; сложности создания алгоритмического и программного обеспечения такой иерархической системы управления.

Развитие компьютерных и сетевых технологий позволяет в настоящее время перейти к созданию децентрализованных распределенных систем компьютерного управления, которые представляю собой множество полностью равноправных процессоров, объединенных в единую систему управления с помощью сетевого канала связи.