Материал: Бортовая информационно-управляющая система (БИУС) транспортного средства

На рисунке 2.3.1а и 2.3.1б схематично изображены алгоритмы работы пере датчика и приемника при использовании динамического кода Keeloq. При нажатии кнопки брелока (передатчика) его микросхема переходит из режима ожидания в рабочий режим. Запускается 16разрядный синхронизирующий счетчик, генератор динамического кода вырабатывает по определенному алгоритму динамический код (2832 бит) в зависимости от значения секретного ключа (статический код) и состояния синхронизирующего счетчика. Динамический код, заводской номер брелка и код нажатой клавиши образуют управляющее слово длиною 6070 бит, которое передается приемнику по радиоканалу или иным способом. Если брелок зарегистрирован в данном приемнике, т.е. его идентификационный номер, секретный код, состояние синхронизирующего счетчика помещены в постоянное программируемое запоминающее устройство (EEPROM) приемника, принятая информация идентифицируется по номеру брелка и обрабатывается. Синхронизирующий счетчик приемника запускается и в генераторе приемника вырабатывается динамический код. Если динамические коды приемника и передатчика совпадают, производится выполнение переданной команды.

Рисунок 2.3.1а Алгоритм работы передатчика

Рисунок 2.3.1б Алгоримт работы приемника

Заводской номер передатчика и секретный ключ  статические коды. Генератор динамического кода, тактируемый от 16разрядного синхронизирующего счетчика, вырабатывает 65 535 различных значений кода, меняющихся в каждой посылке, повторяющихся циклически. Если пользоваться брелком по 50 раз в день, повторение кода произойдет через 1310 суток. Системы дистанционного управления на основе динамического кода являются криптографическими. Защита автомобиля от вскрытия зависит от кодовой длины секретного ключа, т.е. от числа его возможных состояний. В современных противоугонных системах часто применяются специализированные микросхемы фирмы Microchip, реализующие алгоритм генерации псевдослучайной последовательности (динамического кода) Keeloq с длиной ключа 64 бита. Код Keeloq представляет собой двоичную псевдослучайную последовательность с периодом 26 4 1 бит. Для идентификации пере датчика используются блоки длиной 32 бита. Уникальный для каждого передатчика 64битовый ключ - это начальное состояние сдвигающего регистра генератора псевдослучайной последовательности. Стандартный формат кода Keeloq имеет вид, представленный на рисунке 2.3.1в.

Рисунок 2.3.1в Стандартный формат кода Keeloq

При данном формате кода Keeloq открыто передаются:  28 бит серийного номера передатчика, который должен быть уникальным для каждого выпускаемого производителем передатчика. Этот номер является первичной информацией для распознавания передатчика в приемнике устройства дистанционного управления. Как правило, он используется при формировании ключа кодирования для данного передатчика. Кроме того, в более секретных устройствах управления такой номер может передаваться в закодированном виде (EnvelopeCode) для исключения возможности применения различных кодграбберов;

4 бита кода команды (номер кнопки);

2 бита состояния источника питания передатчика и признака повтора посылки. Собственно алгоритм Keeloq используется для кодирования следующих 32 бит данных:  4 бита команды (номер кнопки);

12 бит значения дискриминанта - секретного слова, которое может задаваться для каждой группы устройств, выпускаемых производителем;

16 бит счетчика синхронизации передаваемых посылок, обеспечивающих правильную работу декодера на приемной стороне. На практике возможны случайные нажатия кнопок брелка, ведущие к рассинхронизации приемника и передатчика. В этом случае приемник начинает процедуру ресинхронизации, т.е. инкрементирует синхронизирующий счетчик и дешифрует сообщение с помощью соответствующих состояниям синхронизирующего счетчика и секретного ключа последовательностей, пока дискриминационное слово не дешифруется правильно. Далее реализуется алгоритм синхронизации приемника и передатчика»[3].

2.3.2 Системы бортовой самодиагностики автомобиля

«Сегодня многие легковые и грузовые автомобили оборудованы системами бортовой диагностики. В 1970хначале 1980х годов производители начали использовать электронные системы управления двигателем и диагностики двигателя. Причиной этого стало ужесточение требований стандартов ЕРА (EnvironmentalProtectionAgency- Агентство по защите окружающей среды при Правительстве США) по выбросам в атмосферу. Со временем системы бортовой диагностики развились в сложные системы. OBDII (OnBoardDiagnosticП  система бортовой самодиагностики, версия II)  но вый стандарт, разработанный в середине 1990х годов, предоставляет полный контроль за двигателем, позволяет проводить мониторинг частей кузова и дополнительных устройств, а также диагностирует сеть управления автомобилем. Разработка требований и рекомендаций по стандарту OBDII велась под эгидой ЕРА при участии CARB (CaliforniaAirResourcerBoard- Калифорнийский совет по ресурсам атмосферы) и SAE (SocietyofAutomotiveEngineers- Международное общество авто мобильных инженеров). Стандарт OBDII предусматривает более точное управление двигателем, трансмиссией, каталитическим нейтрализатором и т.д. Доступ к системной информации бортового ЭБУ можно осуществлять не только специализированными, но и универсальными сканерами. С 1996 года все продаваемые в США автомобили стали соответствовать требованиям OBDII. В

Европе аналогичные документы традиционно принимаются с запаздыванием по отношению к США. Аналогичные правила EOBD (EuropeanOnBoardDiagnostic) вступили в силу с 1 января 2000 года. С применением стандартов EOBD и OBDII процесс диагностики электронных систем автомобиля унифицируется, теперь можно один и тот же сканер без специальных адаптеров использовать для тестирования автомобилей всех марок.

Система OBDII предназначена для контроля за исправностью систем и компонентов автомобиля, влияющих на качество эмиссии (выхлопа): топливной системы; системы зажигания; системы рециркуляции отработавших газов; системы улавливания паров бензина; датчиков кислорода; нагревателей датчиков кислорода; катализаторов; нагревателей катализаторов; системы вторичного воздухозабора. Состояние системы поддержания требуемого состава смеси и пропуски сгорания смеси контролируются постоянно, другие системы и компоненты автомобиля тестируются 1 раз за по ездку автомобиля (DriveCycle). В случае определения неисправности система самодиагностики OBDII сохраняет код ошибки в памяти ЭБУ и зажигает индикатор ошибок (MIL -MalfunctionIndicatorLamp, CheckEngine или просто Check). При помощи про граммы OBDII можно считать ошибки и найти причину неисправности. Кроме считывания кодов ошибок программа позволяет: стирать ошибки; просматривать зафиксированные параметры (freezeframedata); контролировать состояние топливной системы (открыта/закрыта); контролировать работу датчиков кислорода; просматривать параметры работы системы в режиме реального времени (datastream); просматривать результаты тестов самодиагностики; считывать идентификационные данные ЭБУ.

В рамках OBDII используются пять протоколов обмена данными: ISO 9141, ISO 14230 (второе название - KWP2000), PWM, VPW и CAN. Каждый из протоколов имеет несколько разновидностей, отличающихся по скорости обмена информацией и другим признакам.

Общим признаком того, что автомобиль поддерживает OBDII диагностику, является наличие 16контактного диагностического разъема (DLC -DiagnosticLinkConnector) трапециевидной формы (рисунок 2.3.2). На подавляющем большинстве автомобилей он находится под приборной панелью со стороны водителя; разъем может быть как открыт, так и закрыт легко снимаемой крышкой с надписями «OBDII», «Diagnose» и т.п. Для оценки применимости того или иного сканера для диагностики конкретного автомобиля необходимо определить тип OBDII протокола, используемого на данном автомобиле (если OBDII во обще поддерживается). Для этого нужно осмотреть диагностический разъем и определить наличие выводов в нем (как правило, присутствует только часть задействованных выводов, а каждый протокол использует свои выводы разъема).

Рисунок 2.3.2 Диагностический разъем OBDII

Назначение выводов («распиновка») 16контактного диагностического разъема OBDII:

02J1850Bus+;

 Chassis Ground;

 Signal Ground;

 CAN High (J2284);

ISO 91412 KLine;

J1850 Bus;

 CAN Low (J2284);

ISO91412 LLine;

 Battery Power (напряжениеАКБ).

По наличию выводов можно ориентировочно судить об используемом протоколе(таблица 2.3.2):

Таблица 2.3.2 Стандарты диагностического разъема OBDII.

протокол ISO91412 идентифицируется наличием контакта 7 и отсутствием контактов 2 и/или 10 в диагностическом разъеме (Kline). Используемые выводы: 4, 5, 7, 15 (может не быть), 16;

SAE J1850 VPW (VariablePulseWidthModulation) использует выводы: 2, 4, 5, 16 (без 10);

SAE J1850 PWM (Pulse Width Modulation) используетвыводы: 2,4,5,10,16.

Протоколы PWM, VPW идентифицируются отсутствием кон такта 7 в диагностическом разъеме.

Основная часть автомобилей использует протоколы ISO, исключения составляют:

большая часть легковых автомобилей и легких грузовиков концерна GeneralMotors, использующих протокол SAE Л 850 VPW;

большая часть автомобилей Ford, использующих протокол J1850PWM  и другие.

Световой индикатор наличия неисправности CheckEngine, расположенный на приборном щитке (на некоторых моделях специальные светодиоды, расположенные непосредственно на устройствах управления), загорается при включении зажигания и гаснет через некоторое время после запуска двигателя. Если при самодиагностике обнаружатся неисправности компонентов, под лежащих диагностике, то индикатор не погаснет. В случае возникновения некоторых неисправностей во время движения индикатор также загорится, причем при однократной незначительной неисправности он может погаснуть (сохранив ошибку в памяти для последующего считывания), но если индикатор продолжает гореть, то не удастся избежать немедленной остановки, более глубокой диагностики и ремонта.

Сохраненные в памяти коды ошибок считываются специальным прибором (сканером) или вручную при помощи определенной процедуры, которая вводит ЭБУ в режим индикации кодов само диагностики. После их изучения и анализа дополнительных данных оператором принимается решение о последующих мероприятиях.

В настоящее время доступно большое количество различных сканеров с невысокой стоимостью, что предоставляет возможность владельцу автомобиля обнаружить и устранить неисправности собственными силами. Сканеры  это действительно мощный инструмент, позволяющий с применением соответствующего программного обеспечения быстро и устойчиво установить связь с бортовым устройством и автоматически получить информацию. Возможно также, при подключении к диагностическому разъему, получать данные во время движения автомобиля. Подключение к ноутбуку (через адаптер) позволяет использовать дополнительную память, получать и обрабатывать информацию с использованием различных графических приложений» [4].

2.3.3 Климатконтроль

Система климатконтроля обеспечивает полностью автоматическое и эффективное управление климатом в салоне автомобиля. Основным ее элементом на автомобиле является блок отопителякондиционера. Именно в нем холодный воздух превращается в теплый и наоборот, а в конструкции и принципах управления этим блоком заключены основные различия между климатическими установками различного типа. Пользователь системы климат контроля избавлен от необходимости двигать рычаги заслонок  ему нужно лишь задать желаемую температуру. Микропроцессорное устройство, ориентируясь на информацию, приходящую от различных датчиков (температурных, а в некоторых системах и датчиков уровня солнечной радиации), автоматически выбирает, устанавливает и поддерживает нужные режимы независимо от внешней температуры и погодных условий.

2.3.4 Круизконтроль

Круизконтроль - это система управления скоростью автомобиля. Она получает сигнал от положения педали управления подачей топлива и поддерживает заданную водителем скорость вне зависимости от погодных и дорожных условий. Система имеет обратную связь, при помощи которой производится сравнение заданной и действительной скоростей движения. Когда блок сравнения обнаруживает различие между ними, он формирует сигнал для открытия или закрытия дроссельной заслонки.

Нестабильность скорости движения автомобиля уменьшается за счет включения специального блока задержки сигналов. Установленный на педали тормоза выключатель гарантирует мгновенное отключение системы. На некоторых моделях выключатель установлен и на педали сцепления во избежание перегазовки двигателя при переключении передач.

Адаптивный круизконтроль (АСС  AdaptiveCruiseControl) - усовершенствованная система круизконтроля, которая может автоматически поддерживать не только скорость, но и безопасную дистанцию до впереди идущего автомобиля. С помощью встроенных в переднюю часть машины радаров, система измеряет расстояние до находящегося впереди автомобиля и в случае сокращения дистанции сбавляет скорость, а при необходимости слегка притормаживает машину. Как только расстояние увеличивается, автомобиль опять набирает заданную скорость. Если расстояние до препятствия сокращается очень быстро, система звуковым сигналом сообщает водителю о необходимости принудительного торможения.

Радиолокационный контроль дороги основан на эффекте Доплера. Приемопередатчик, встроенный в переднюю часть автомобиля, непрерывно испускает радиоволны. При отражении эти волны возвращаются и улавливаются приемным устройством. По изменению частоты сигнала определяются расстояние до препятствия и относительная скорость движения автомобиля.

2.3.5 Бортовой компьютер

В последние годы в связи со значительным снижением стоимости микропроцессоров компьютерная техника все шире внедряется в автомобилестроение, и бортовой компьютер становится обычным оборудованием автомобиля.

Типичный бортовой компьютер может давать следующую информацию:

мгновенный расход топлива;

средний расход топлива;

стоимость топлива на километр (или милю) пробега;

ожидаемое время прибытия в пункт назначения;

ожидаемый пробег на оставшемся топливе;

количество израсходованного топлива;

температура наружного воздуха;

пройденный путь.

Для расчета компьютером некоторых параметров водитель должен перед выездом ввести в него исходные данные, после чего компьютер сможет давать указанную выше информацию при нажатии соответствующей кнопки на пульте управления. Для отображения информации все чаще применяются цветные жидкокристаллические дисплеи.

2.4 Автомобильные мультиплексные системы передачи информации

«За последние двадцать лет возросла сложность автомобильной электропроводки. Сегодня разработка и изготовление автомобильного жгута проводов является проблемой изза его размеров и массы. В современном автомобиле может быть более 1200 отдельных проводов. Большое число проводов и соединений ухудшает надежность. По стоимости автомобильный жгут проводов занимает четвертое место после кузова, двигателя и трансмиссии.

Растет число систем автомобиля, имеющих автотронное управление, таких как:

управление двигателем;

антиблокировочные системы;

управление коробкой передач;

управление клапанами;

активная подвеска и т.д.

Эти системы в той или иной степени связаны друг с другом. Выходные сигналы некоторых датчиков могут использоваться не сколькими электронными системами. Можно применять один компьютер для управления всеми автомобильными системами (но на текущий момент и в ближайшем будущем это экономически нецелесообразно). Начинает претворяться в жизнь другое техническое решение, когда контроллеры отдельных ЭБУ связываются друг к другом коммуникационной шиной для обмена данными. Датчики и исполнительные механизмы, подключенные к данной шине через специальные согласующие устройства, становятся доступными для всех ЭБУ. Это решение представляет собой локальную вычислительную сеть (ЛВС) на борту автомобиля.

Термин «мультиплексный» широко используется в автомобильной промышленности. Обычно его относят к последовательным каналам передачи данных между различными электронными устройствами автомобиля. Несколько проводов, по которым пере даются управляющие сигналы, заменяются шиной для обмена данными. Уменьшение количества проводов в электропроводке автомобиля  одна из причин разработки мультиплексных систем. Другая причина  необходимость объединения в ЛВС контроллеров различных ЭБУ для эффективной работы и диагностики.