Koncepti savremenih električnih instalacija na vozilima

Dr Milan Bebić

Agenda

• Pregled klasičnih rešenja

• Primena procesorskih modula - hardver i logika.

• Primena komunikacije

• Primena distribuiranih modula

• SAE 1939 – komunikacija sa pogonskim sistemom – motor, menjač, ABS,

• Struktura grafičke instrument table.

Karakteristike i zahtevi za automobilske električne instalacije

• Pouzdanost, pouzdanost, pouzdanost ...

• Nema elektro ormana, oprema se pakuje u kutije

• Visok stepen IP zaštite, otpornost na vibracije

• Niži napon (veća struja), tanja izolacija, specijalni konektori i kablovi, plastična creva za kablove

• Minimizacija težine, koristi se šasija vozila za masu.

• Velike serije – projekti razrađeni do tančina

• Ne koriste se šeme za izradu, nego proizvodna dokumentacija

Pregled klasičnih rešenja • Prekidači uključuju potrošače – direktno

• Senzori se vezuju na instrumente – direktno

• Veći potrošači se vezuju preko releja.

• Izmena u logici zahteva izmenu ožičenja.

• Visoka koncentracija signala oko instrument table kod vozača.

• Snopovi provodnika povezuju prednju i zadnju stranu vozila.

• Kvarovi na jednom sitemu ne izazivaju prestanak funkcionisanja drugih sistema – prednost.

Zahtevi i složenost instalacija se neprekidno povećavaju

Primena procesorskih modula u vozilima

• Slično kao i kod sistema za automatizaciju u industriji, programabilni logički kontroleri (PLC) pružaju brojne prednosti u odnosu na klasina rešenja

• Procesorski moduli na sebi sadrže:

– Redundantno priključenje napajanja

– Digitalne, analogne i brojačke ulaze, digitalne izlaze, PWM izlaze

– Komunikacione portove (CAN bus)

– Logičku obradu ulaza i komunikacije (procesor)

Hardverske karakteristike modula

• Nadgledanje napajanja po grupama (procesora i izlaza).

• Zaštita izlaza od kratkog spoja, prekida provodnika do potrošača, preopterećenja.

• Stanje na ulazima se detektuje kao povezan na masu (Active LOW, napon ispod zadate vrednosti), ili na +Vcc (Active HIGH, napon iznad zadate vrednosti), i nepovezano stanje (Active OPEN).

• Izlazi sa različitim kapacitetima struje potrošača (do 8A, 24V). Veliki broj izlaza.

• Veliki broj ulaza za digitalne i analogne signale.

• Za veće potrošače ipak se moraju koristiti releji.

Continetnal, KIBES® 32

Napajanje podeljeno u 6 grupa Izlazi

Primer strukture digitalnih izlaza. Bezkontaktno uključenje potrošača.

Logika za razvoj programa

• Specijalizovani softver za razvoj, LogiCAD podržava više platformi.

• Koristi se deo programskih jezika definisanih standardom IEC 61313-3: FBD i ST

• Off-line simulacija i On-line testiranje • Logika za rad vozila je relativno jednostavna

– Aktiviran prekidač uključuje potrošač. – Aktiviran senzor uključuje lampicu. – Dijagnostika izlaza je funkcionalnost koja nije postojala

u klasičnim rešenjima. – Komunikacija sa pogonskim sistemom i instrument

tablom. – Podela funkcija u različite vremenske cikluse.

Logika – podeljena u funkcije, uz rigorozno testiranje funkcionalnosti

Primena komunikacije

• Komunikacija je uglavnom bazirana na CANbus protokolu

• Razvoj CAN bus-a je počeo 1983 (Robert Bosch GMBH), prihvaćen 1986 od strane SAE (Soc. of automotive Engineers), CAN standard ISO 11898 objavljen 1993.

• Bosch je i dalje aktivan u razvoju

• CAN se primenjuje i u industrijskim aplikacijama, ali je prihvaćen kao glavni protokol za automobilsku industriju.

CAN bus • Multi master serial bus – mogu postojati

ravnopravni članovi komunikacije, ali i master-slave struktura koja je logički definisana

• Svi “nodovi” su povezani paralelno na dvožični bus – posmatraju se naponski signali.

• Žice su uvrnute parice specifične impedanse 120Ω, sa otporničkom terminacijom na krajevima od takođe 120Ω.

• Signali su naponski, max 5V i min 0V, posmatra se razlika potencijala na oba provodnika

• Aktivno stanje BUS-a se tumači kao 0. • Arbitraža pristupu bus-u je rešena u protokolu.

CAN bus

Primena distribuiranih modula

• Povezuju se sa procesorom pomoću multipleksiranog CAN bus protokola, MCAN.

• Procesor proziva module, očitava stanja ulaza i šalje stanja izlaza.

• Moduli ne izvršavaju logiku, ali obezbeđuju hardversku i komunikacionu podršku, dijagnostiku ulaza/izlaza i zaštitne funkcije.

• Moduli se integrišu u hardversku strukturu projekta i pojavljuju se na sličan način kao i ulazi procesorskog modula (putnog računara).

Distribuirani modul - primer • Stepen zaštite IP 67 / IP 6K9K (K – za vozila)

• Radna temperatura -40°C ... +85°C

• 8 dig. ulaza

• 8 analognih ulaza

• Napajanje senzora

• Izlazi: 8A – 2 kom. 6A – 6 kom. 5A – 3 kom. 3.3A – 5 kom. 1.1A – 6 kom.

SAE 1939 protokol • Viši nivo komunikacije baziran na CAN bus protokolu

• Komunikacija sa pogonskim sistemom

• Komunikacija komponenti pogonskog sistema međusobno!

• Pogonski sistem čine: Motor, automatski menjač sa ručicom, ABS kočioni sistem, prečistač izduvnih gasova, monitoring pritiska u pneumaticima, merenje nagiba (inklinomoetar), pedala gasa, i mnogi drugi sistemi...

• Svi sistemi su sa elektronskom kontrolom (ECU- electronic control unit)

Matlab Vehicle Network ToolboxTM

USB to CAN converter, VECTOR informatics

Instrument tabla

• Grafički ekran dijagonale 12,3 inča = 31cm

• Resolucija : 1440 x 540 (8:3)

• Namenski digitalni signali za uobičajenu signalizaciju

• Kontrola osvetljenosti ekrana

• Zvučni izlaz

• Veliki broj digitalnih ulaza

• ICAN komunikacija (Instrument CAN)

Instument tabla

• Grafički i logički dizajn

• Poseban program za dizajniranje instrumenata

• Promena scene, 3D prikaz, animacije

• Jednostavno povezivanje instrumenata sa promenljivama u programu

• Povezivanje džojstika za kontrolu menija

• Razmena informacija u oba smera sa procesorskim modulom

Audi Virtual Cockpit

Tesla model S

Da li su vozaču potrebne tolike informacije?

Ko gleda na put?

Hvala na pažnji.

Pitanja, diskusija.