Palubní diagnostika dopravních Fakulta strojního inženýrství VUT v Brně Ústav konstruování
Obsah Vývoj řízení skupin automobilů Řídící jednotka (Electronic Control Unit) Komunikační sítě automobilu Diagnostika elektronických systémů automobilu On Board Diagnostic Sériová komunikace Komunikace na bázi sběrnice CAN (Controller Area Network) Obrazové přílohy 2
Vývoj řízení skupin automobilů klasickým příslušenstvím (mechanickými, pneumatickými, hydraulickými a termickými metodami) elektronickými metodami (neelektrickéřídící veličiny jsou převedeny na elektrické signály a výstupní elektrický signál je převeden akčními členy na zákroky v regulovaném procesu) Motormanagement (ECU) Antiblock Braking System (ABS) Elektronické systémy automobilů Protiprokluzové systémy (ASR, ASC, DTC, EDS, ETC, ETS) Elektronické stabilizační systémy (AHS, DSC, ESP, VDC) Aktivní podvozek (ADS) Automatické převodové systémy Klimatizace (tzv. digitální klimatizace) Navigační systém (GPS navigace) Audiovizuální systémy Bezpečnostní systémy (airbagy, imobilizéry) 3
Řídící jednotka (Electronic Control Unit) (Řídí pracovní cyklus s cílem dosáhnout optimálního výkonu, spotřeby i minimální produkce škodlivin V paměti ŘJ jsou zaneseny ideální hodnoty sledovaných parametrů, které jsou za chodu motoru porovnávány se skutečnými Je-li zjištěna větší odchylka od optimálních hodnot provádí ŘJ kroky, které vedou k odstranění odchylky Pokud ani tento postup nepostačuje, je nutno zabránit poškození motoru a ŘJ přejde do nouzového režimu na dojetí Zásah palubní diagnostiky toto signalizuje na informačním displeji Jestliže ani nastavení nouzového režimu nepostačuje, dojde po výstraze k zastavení motoru obr. 1 4
Komunikační sítě automobilu běžné sítě určené pro přenos dat - podstatou je objem dat přenesený v určitém čase sítě určené pro práci v reálném čase - je podstatné, za jak dlouho dokáží přenést informaci z jednoho zařízení do druhého Specifikace SAE J2057 rozděluje sítě pro použití v automobilech: Class A - 1 kb/s až 10 kb/s. Ovládání zařízení integrovaných do automobilu (okna, zrcátka, sedadla atd.). Dále se používají pro testování a diagnostiku. Zástupcem je např. K-Line Class B - 10 kb/s až 125 kb/s. Pro ovládání zařízení u kterých jsou kladeny vyšší nároky na rychlost, neboť slouží mj. k zajištění spolupráce různých zařízení v reálním čase. Příkladem těchto sítí je rozhraní SAE J1850 (GM a Ford). Class C - 125 kb/s až 1 Mb/s. Vysoká rychlost, spolehlivost a bezpečnost. Jsou obvykle vystavěny na bázi sběrnice CAN a používají se např. pro ABS, řízení motoru, a stabilizační funkce. 5
Diagnostika elektronických systémů automobilu Vnitřní diagnostika (sériová komunikace) - kontrolovaná soustava je vybavena obvody samokontroly sledujícími průběžně její stav. Tyto obvody (On Board Diagnostic, OBD II, EOBD) komunikují s ŘJ (ECU) motorů Vnější diagnostika (paralelní komunikace) - kabelový adaptér externího analyzátoru se připojí přímo mezi ECU a její kabelový konektor a dochází ke komplexnímu monitorování jejího stavu Funkční diagnostika (paralelní komunikace) - externí přístroj umožňuje zjištění závad na elektronických i neelektronických systémech při běžícím motoru. Sleduje signály od a k ECU a porovnává je s mezními hodnotami, které má uloženy v paměti Speciální diagnostika - využívá OBD pro monitorování vozidla při jeho vývoji, testování a sportovním nasazení 6
On Board Diagnostic diagnostika poruch (umožňuje vypsat chybové kódy z registru událostí ve voze) mazáni a nulování chybových servisních navěstí (např. při výměně oleje atd.) nastavení parametrů součástí vozu (motor, imobilizér atd.) zobrazeni a uložení parametrů z jízdy - spotřeba, teplota, otáčky, dávkování paliva atd. nulování tachometru, odebírání, přidávání klíčů od auta atp. Technická realizace OBD K-Line (Bosch - blikací kód) obr. 2 K+L Line (diagnostická zásuvka) OBD2, EOBD (od 1996, od 2000 povinně) obr. 3, obr. 4, obr. 5 Protokol komunikace (ISO 9141, SAE J1850 VPW) CAN Bus (Controller Area Network) obr. 6 Softwarová podpora (VW VagCom) obr. 7, obr. 8 7
Sériová komunikace přímá probíhá pomocí kabelů, kterými jsou zařízení propojena nepřímá pomocí zprostředkovacího média (telefonní síť, optický kabel, radiové vlny) Pro převod signálů na signály vhodné pro zprostředkovací médium se používá tzv. modem (modulátor/demodulátor), který se připojuje k počítači jako běžné sériové zařízení. jednosměrná komunikace (v nejjednodušším případě pouze dva vodiče datový a signálová zem, další vodiče pro řízení spojení (handshaking) dvousměrná komunikace (minimálně tři vodiče (TxD, RxD, SG), handshaking dalšíčtyři vodiče (DSR, DTR, RTS, CTS), přídavné informace CD (detekce nosné) a RI (indikátor vyzvánění) 8
Sériová komunikace Data se přenášejí po slovech různé délky. Obvykle se používá terminologie spojená s kódováním textu, tj. přenos probíhá po znacích, které mají podle ASCII tabulky délku 7 nebo 8 bitů. Vysílač i přijímač musí používat stejnou délku slova. Přenosové rychlosti v bps (bity za sekundu) obyčejně v řadě 150, 300, 600, 1200, 2400, 4800, 9600 a 19200. synchronní přenos znaky jsou vysílány v blocích, jsou mezi nimi pravidelné mezery, po příjmu prvního znaku může přijímací zařízení přesně předpokládat, kdy přijde znak další, tj. může se synchronizovat s vysílačem asynchronní přenos znaky nejsou vysílány bez přerušení, před a po každém znaku je třeba vložit zvláštní bity, které indikují začátek a konec znaku (spouštěcí a závěrný bit), pro detekci chyb se vkládá ještě tzv. paritní bit 9
Komunikace na bázi sběrnice CAN (Controller Area Network) Průmyslová sběrnice CAN byla původně vyvinuta firmou Bosch pro řídicí systémy v automobilech. V průmyslové automatizaci ji využívá stále více výrobců řídicích systémů, senzorů a akčních členů. Značné celosvětové rozšíření této sběrnice je dáno především jejími význačnými vlastnostmi: vynikající poměr cena/výkon flexibilita přenosových rychlostí a dosahu (např. při rychlosti 1Mbit/s je dosah 40m, při 10kbit/s až několik kilometrů) komunikace je zajištěna přímo na úrovni běžně dostupného čipu od více výrobců snadná implementace a propojování (kroucený pár vodičů) snadná diagnostika zpráv na síti 10
Obrazové přílohy 11
Obr.1 PRIMA [online]. 1998-2005, [cit. 2006-6-20]. dostupné z <http://www.poweron.it/bosch/bosch.html> 12
Obr.2 Id2 Hack Zone [online]. 2005, poslední revize 14.9.2006 [cit. 2006-6-20]. dostupné z <http://www.id2.cz/obd2/obd_old_pinout.png> 13
Obr.3 Id2 Hack Zone [online]. 2005, poslední revize 14.9.2006 [cit. 2006-6-20]. dostupné z <http://www.id2.cz/obd2/pinout_obd2.png> 14
Obr.4 OBD2 VAG Diagnostic [online]. 1996-2006, [cit. 2006-6-20]. dostupné z <http://obd.ec.cz/img/obd-fabia.jpg> 15
Obr.5 OBD2 VAG Diagnostic [online]. 1996-2006, [cit. 2006-6-20]. dostupné z <http://obd.ec.cz/cables/cable-07.htm> 16
Obr.6 PRIMA [online]. 1998-2005, [cit. 2006-6-20]. dostupné z <http://www.poweron.it/bosch/bosch.html> 17
Obr.7 NEtech VAG-COM [online]. 2006, poslední revize 11.5.2006 [cit. 2006-6-20]. dostupné z <http://www.vag-com.dk/> 18
Obr.8 NEtech VAG-COM [online]. 2006, poslední revize 11.5.2006 [cit. 2006-6-20]. dostupné z <http://www.vag-com.dk/> 19