SISTEME DE BORD INFORMATIZATE

SISTEME DE BORD INFORMATIZATE
CURS ANUL IV I.A. FACULTATEA DE INGINERIE ELECTRCĂ, ENERGETICĂ ŞI INFORMATICĂ APLICATĂ

BIBLIOGRAFIE Denton, T.: Automobile Electrical and Electronic Systems, Ed. Arnold - London, Ed. 3, 2005 Jurgen, R. K.: Sensors and Transducers, Ed. American Technical Publishers Ltd., 1997 Nwagboso, Ch. O.: Automotive Sensors Systems, Ed. Chapman & Hall – London, 1993 Ganesan, V.: Introduction to On BoardDiagnostics (II), 2010, Westbrook, M. H., Turner, J. D.: Automotive Sensors, Institute of Publishing, 1994 Huang C.-M.: Chen Y.-S., Telematics Communication Technologies and Vehicular Networks: Wireless Architectures and Applications, Inf. Sc. Reference, Hershey - New York, 2010 Guo H.: Automotive Informatics and Communicative Systems: Principles in Vehicular Networks and Data Exchange, Inf. Sc. Reference, Hershey - New York, 2009 Vlacic L., Parent M.: Intelligent Vehicle Technologies: Theory and Applications, Butterworth-Heinemann, 2001 Bonnick A. W. M. : Automotive Computer Controlled Systems: Diagnostic tools and techniques, Butterworth-Heinemann, 2001 Leen G. and Heffernan D.: Expanding Automotive Electronic Systems, Computer, Jan. 2002 EPA420-R : Inspection Maintenance Program Requirements Incorporating the Onboard Diagnostic Check, 2001 EPA420-R : Performing Onboard Diagnostic System Checks as Part of a Vehicle Inspection and Maintenance Program, 2001

CUPRINS 1. AFIŞAREA INFORMAŢIEI LA BORDUL AUTOVEHICULELOR
1.1 Rolul şi structura aparatelor de bord 1.2 Sisteme de informare de bord pentru autovehicule 1.3 Tehnici de afişare 2. INTERFAŢAREA SISTEMELOR DE BORD INFORMATIZATE 2.1 Standarde de interfaţare 2.2 Protocolul CAN 2.3 Protocolul OBD 3. MĂSURAREA MĂRIMILOR SPECIFICE AERONAVELOR 3.1 Introducere, clasificări 3.2 Sisteme de coordonate utilizate în navigaţia aeriană 3.3 Principii de prezentare a informaţiei în cabina echipajului 3.4 Condiţiile de funcţionare a aparatelor de bord 3.5 Aparate de bord pentru aeronave destinate navigaţiei 3.6 Echipamente de radiolocaţie pentru aeronave

CAPITOLUL 2 INTERFAŢAREA SISTEMELOR DE BORD
2.1 STANDARDE DE INTERFAŢARE Figura 2.1 Cerinţele generale pentru o interfaţă

2.1 STANDARDE DE INTERFAŢARE Specificaţiile standardelor de interfaţare: Mecanice, ce definesc: conectorii; cablurile ; topologia reţelei. Electrice, ce definesc: nivelele de tensiune şi de curent; impedanţele de sarcină şi de ieşire. Funcţionale, ce definesc precis: scopul şi utilizarea fiecărei linii fizice din magistrală; protocolul; restricţiile de temporizare în transmiterea mesajelor. Operaţionale, ce definesc: modul în care aparatele utilizează interfaţa prin intermediul programelor; rutina de diagnostic; codurile de programare a funcţionării fiecărui aparat.

2.1 STANDARDE DE INTERFAŢARE O proprietate importantă - transparenţa - ce presupune : separarea datelor prin memorare şi retransmisie schimbarea modului de transmisie, a vitezei şi conversii de cod: datele sunt multiplexate, convertite dintr-o formă în alta; formatate într-un cod cerut de reţeaua de transmisie. ordonare: înlănţuite după criterii bine precizate. Moduri de interconectare: serial paralel.

2.1 STANDARDE DE INTERFAŢARE Comunicaţia între două unităţi poate fi: Simplex, între un emiţător de date şi un receptor Semi-duplex (Half-duplex) Duplex (Full-duplex). 2.1.1 Protocolul comunicaţiei: Asincron, fig. 2.2 a-c; Sincron, fig. 2.2 d. Figura 2.2 Formele de undă pentru diverse protocoale de comunicaţie

2.1 STANDARDE DE INTERFAŢARE 2.1.2 Configuraţia spaţială a unui sistem multiprocesor: In linie, între mai multe calculatoare cuplate la aceeaşi interfaţă, fig. 2.3 a; In stea, fig. 2.3 b. Figura 2.3 Configuraţii ale reţelelor cu unităţi multiple de calcul

2.1 STANDARDE DE INTERFAŢARE 2.1.3 Protocolul comunicaţiei: CSMA-CD: Carrier-Sense Multiple Access with Collision Detection Etape şi operaţii: Aranjarea datelor în pachete; Adăugarea biţilor de detecţie a erorilor; Aranjarea fiecărui pachet într-un cadru (frame); Transmiterea cadrelor către reţea; Detecţia coliziunilor, oprirea transmisiei si generarea semnalului de transmisie oprită; Reluarea transmisiei după un timp (variabil). 2.1.4 Tipuri de reţele în vehicule: Clasă A: Viteză redusă (până la bits/s), utilizate pentru legături la componente de pe caroserie (ex. lămpi); Clasă B: Viteză medie (până la 125 kilobits/s), utilizate pentru controlul vitezei, instrumentaţie, controlul combustiei, etc.; Clasă C: Viteză mare (timp real) până la 1 Mbit/s (sau mai mult), utilizate pentru controlul frânelor, al tracţiunii şi al stabilităţii.

2.1 STANDARDE DE INTERFAŢARE 2.1.5 Protocoale seriale de transmitere a datelor: NRZ, non-return to zero, fig. 2.4; CAN, controller area network, fig. 2.5. Figura 2.5 Secvenţă de transmisie CAN Figura 2.4 Secvenţă de transmisie NRZ

2.1 STANDARDE DE INTERFAŢARE 2.1.6 Concepte de organizare hardware: Ierarhic, pe mai multe niveluri, fig. 2.6 a; Descentralizat, fig. 2.6 b. a) b) Figura 2.6 Modalităţi de organizare hardware

2.1 STANDARDE DE INTERFAŢARE 2.1.7 Reţele de comunicaţie în automobile Tabelul 2.1 Rata de transfer şi costul specific protocoalelor. Sistemele moderne de comunicaţie ca TTP, FlexRay, Bluetooth, FireWire sunt gata să fie implementate pe scară largă alături de protocoalele de comunicaţie clasice cum ar fi CAN, LIN, D2B, Byteflight şi MOST. Realizarea de reţele de comunicaţie în automobile, permite obţinerea unui automobil mult mai sigur, mult mai uşor de controlat, cu un preţ de producţie mai mic. În tabelul 2.1 sunt prezentate câteva protocoale de comunicaţie cu principalele caracteristici legate de rata de transfer şi cost. Figura 2.7 prezintă raportul, în funcţie de cost şi de rata de transfer, dintre diferitele protocoale utilizate în industria automobilelor. Fiecare protocol are caracteristici diferite, ceea ce face să fie adecvat pentru aplicaţii diferite. PROTOCOL RATA DE TRANSFER COST (Scăzut,Mediu,Ridicat) FireWire Până la 400Mbps R D2B 20Mbps MOST 25Mbps FlexRay 10Mbps M Byteflight TTP 5-25Mbps Bluetooth 3Mbps SAE J1850 10.4Kbps sau 41.6Kbps S LIN 20Kbps CAN 1Mbps S/M Figura 2.7 Rata de transfer versus cost.

2.1 STANDARDE DE INTERFAŢARE 2.1.7 Reţele de comunicaţie în automobile Exemplu Volvo XC90 are: aproape 40 de unităţi ECU interconectate de o reţea LIN o reţea MOST o reţea CAN cu rată mică de transfer şi o reţea CAN cu rată mare de transfer.

2.1 STANDARDE DE INTERFAŢARE 2.1.7 Reţele de comunicaţie în automobile A. Protocolul FireWire Acest protocol a fost creat în 1995 de APPLE Inc. şi are o rată mare de transfer, până la 400Mb/s. Lucrează în timp real. FireWire a fost adoptat ca interfaţă standard de comunicaţie HANA pentru componentele audio/video de comunicare şi control. Acest tip de protocol de comunicaţie este disponibil în versiunile wireless, fibră optică şi coaxial. B. D2B (Domestic Digital Bus) Este o reţea optică cu rata de transfer de 20Mb/s, dezvoltată din anul 1992 de Matsushita şi Philips. Este utilizată la unele modele Mercedes Benz din clasa S. D2B a fost proiectată pentru comunicaţii audio/video şi aplicaţii media la automobile. În figura 2.8 se prezintă cum se realizează transferul semnalului. D2B utilizează fibra optică pentru a transmite datele şi a controla semnalul. Componenta care transmite converteşte semnalul electric într-un semnal luminos care este trimis componentei receptoare utilizând un FOT (Fiber Optic Transceive). Fiecare componentă are două FOT-uri: FOT-in şi FOT-out. Figura 2.8 Transferul semnalului la D2B.

2.1 STANDARDE DE INTERFAŢARE 2.1.7 Reţele de comunicaţie în automobile C. MOST (Media-Oriented Systems Transport) Protocolul MOST a fost realizat în 1996 de consorţiul Oasis Silicon Systems în colaborare cu firmele BMW, Becker Radio şi DaimlerChrysler,pentru aplicaţii multimedia în mediul automobilelor. A fost proiectat să funcţioneze pe sistemul fibrei optice, astfel încât rata de transfer să fie ridicată, ajungându-se la viteze de transfer de 25Mb/s. Este utilizat ca soluţie optimă pentru periferice ca radioul maşinii, CD şi DVD playere, şi sisteme de navigare GPS. Figura 2.9 arata ca MOST are toate cele şapte niveluri ale sistemului ISO/OSI. Figura 2.9 Sistemul MOST şi reprezentarea ISO/OSI.

2.1 STANDARDE DE INTERFAŢARE 2.1.7 Reţele de comunicaţie în automobile D. Protocolul FlexRay FlexRay este un protocol cu performanţe ridicate, cu rata de transfer a datelor de 10Mb/s, utilizat pentru aplicaţii avansate cum ar fi controlul motorului. În anul 1998 BMW şi Daimler-Chrysler au analizat soluţiile disponibile de la acea vreme şi au constat că nici una dintre ele nu le putea satisface cerinţele pentru viitoarele sisteme de control a automobilelor. Arhitectura “dual chanel” a protocolului FlexRay oferă redundanţă sistemului, ceea ce îndeplineşte cerinţele de fiabilitate a sistemului. De asemenea acest protocol poate fi implementat ca şi componentă principală în cadrul sistemului electronic al automobilului, lucrând într-o foarte bună colaborare cu sistemele deja existente, cum ar fi CAN şi LIN. Avantajele obţinute prin utilizarea protocolului FlexRay sunt următoarele: • arhitectură simplă a reţelei automobilului; • control ridicat; • reducerea numărului de fire; • reducerea greutăţii automobilului; • sistemele electromecanice înlocuiesc componentele hidraulice. Toate aceste avantaje au influenţat în bine industria automobilelor, obţinându-se astfel automobile mult mai sigure, mai inteligente, mai fiabile, mai puţin poluante şi mult mai uşor de condus.

2.1 STANDARDE DE INTERFAŢARE 2.1.7 Reţele de comunicaţie în automobile E. Protocolul Byteflight A fost introdus în 1996 de BMW, şi a dezvoltat ulterior de consorţiul BMW, ELMOS, Infineon, Motorola şi Tyco EC. Domeniul principal de aplicare a acestui protocol este în cadrul sistemelor critice de siguranţă. Aplicaţii tipice al acestui tip de protocol sunt sistemul airbag şi sistemul de tensionare al centurilor de siguranţă, aplicaţii ce necesită timp de răspuns rapid, instantaneu. Viteza de transfer ajunge până la 10Mb/s. F. TTP (Time-Triggered Protocol) TTP a fost introdus în anul 1994, fiind disponibil în 2 versiuni, TTP-A şi TTP-C. TTP-A este un protocol master/slave, spre deosebire de TTP-C care este un protocol distribuit. Prima dată, TTP a fost folosit în industria automobilelor în anul Utilizând TTP rata de transfer a datelor poate fi de 5Mb/s până la 25Mb/s, în funcţie de domeniul de utilizare. Un exemplu de implementare a TTP este H1 Hummer, la care cele trei unităţi TTP controlează sistemul de frânare, sistemul de acceleraţie şi transmisia.

2.1 STANDARDE DE INTERFAŢARE 2.1.7 Reţele de comunicaţie în automobile G. Protocolul Bluetooth Este un protocol fără fir utilizat pentru transfer de informaţii pe distanţe scurte (1m, 10m, 100m), făcând legătura între dispozitivele fixe şi mobile. Tabelul 2.2 Puterea maximă permisă şi rata de transfer pentru protocolul Bluetooth. Clasa Puterea maximă permisă Distanţa Versiunea Rata de transfer 1 100mW(20dBm) ~100m 1.2 1Mbps 2 2.5mW(20dBm) ~10m 2.0 3Mbps 3 1mW(20dBm) ~1m 3.0 Până la 480Mbps Protocolul Bluetooth a fost conceput ca alternativa fără fir pentru cablul RS232. Poate conecta mai multe dispozitive eliminând problemele de sincronizare. Aplicaţiile în domeniul automobilelor a protocolului Bluetooth sunt în: sistemul hands-free, CD şi DVD playere portabile, sistemul de diagnoză şi comunicare cu calculatorul personal.

2.1 STANDARDE DE INTERFAŢARE 2.1.7 Reţele de comunicaţie în automobile H. SAE J1850 Este folosit pentru diagnoză şi transfer de date. Se prezintă sub două forme: una de 41,6kb/s (pe două fire) şi una de 10kb/s (un singur fir). Varianta pe un singur fir poate avea o lungime de până la 40m, realizând conectarea a 32 de noduri. J1850 este un protocol de clasă B care a fost adoptat se SAE (Society of Automotive Engineers) în anul În multe cazuri J1850 este găsit în aplicaţii legate de motor, transmisie, sistemul ABS.

2.1 STANDARDE DE INTERFAŢARE 2.1.7 Reţele de comunicaţie în automobile I. Protocolul LIN (Local Interconnect Network) LIN este un protocol serial de comunicaţie conceput pentru a funcţiona în sisteme electronice distribuite. Este utilizat ca o reţea low-cost, conectând componente simple, cum ar fi: senzorii şi actuatorii. LIN a fost iniţiat în anul 1998 de un consorţiu de companii, fondat de Audi, BMW, Daimler-Chrysler, Volcano, Volvo şi Volkswagen, în colaborare cu Motorola. LIN este un protocol ieftin, cu viteze de transfer de până la 20kb/s (vitezele standard fiind 2,4kb/s, 9,6kb/s, 19,2kb/s). Toate aceste subsisteme care utilizează LIN sunt interconectate prin intermediul protocolului CAN. Comparaţia dintre principalele caracteristici ale protocoalelor LIN şi CAN este prezentată în tabelul 2.3. Tabelul 2.3 Caracteristici generale LIN şi CAN. Aplicaţiile caracteristice protocolului LIN cuprind unităţi cum ar fi: uşile, scaunele, senzorii şi motoarele din cadrul sistemului de climatizare, sistemul de iluminat, senzorii de ploaie, sistemul de acţionare a ştergătoarelor. Se pot conecta uşor la reţelele maşinii şi pot deveni accesibile tuturor tipurilor de diagnoză. Principalele avantaje ale protocolului LIN sunt: • preţ scăzut; • implementare pe un singur fir; • viteză de transfer a datelor până la 20kb/s; • concept “Single Master/Multiple Slave”; • autosincronizarea în nodurile slave fără rezonator de cristal sau ceramică. Caracteristica LIN CAN Tipul configuraţiei Single Master Multi Masters Rata de transfer 2.4, 9.6 şi 19.2Kbps 6.25…1000Kbps Identificarea mesajelor 6 biţi 11/29 biţi Numărul de noduri 2…16 noduri 4…20 noduri Maxim 70 (pentru automobilele moderne) Numărul de byte pe cadru 0…8 2…8 Timpul de transmisie 6 ms la 19.2KBps 0.8 ms la 125KBps Detecţia erorilor 8-biţi de verificare 15 biţi de control al redundanţei ciclice Nivelul fizic (conectare) Un singur fir, 40V Două fire torsadate şi ecranate, 5V Rezonator de Quartz/Ceramic Doar nodul master Toate nodurile

2.1 STANDARDE DE INTERFAŢARE 2.1.7 Reţele de comunicaţie în automobile Protocolul LIN (Local Interconnect Network) Aplicaţii tipice ale protocolului LIN sunt prezentate în fig. 2.10: Figura 2.10 Aplicaţii tipice protocolului LIN.

2.2 INTERFATA C A N Caracteristici generale ale CAN: Propusă de firma Bosch şi evoluată în standard SAE (Society of Automotive Engineers) Realizată pe 2 fire torsadate: CAN-L, 1,5-2,5 V şi CAN-H, 2,5-3,5 V 0 = CAN-L în H şi CAN-H în L 1 = CAN-L în L şi CAN-H în H Imunitate la zgomot şi scurtcircuit Posibilităţi mari de detecţie a erorilor De clasă C: Viteză mare, de 1 Mbit/s sau chiar mai mult Utilizată pentru controlul frânelor, al tracţiunii şi al stabilităţii în timp real.

2.2 INTERFATA C A N Aplicaţia CAN in sistemele de bord: Figura 2.8 Exemplu de interfaţă CAN pentru controlul transmisiei CAN, Controller Area Network

2.2 INTERFATA C A N Modelul OSI pentru CAN: Logical Link Control (LLC) - Acceptance filtering - Overload notification - Recovery management Medium Access Control (MAC) - Data encapsulation/decapsulation - Frame coding (stuffing/de-stuffing) - Error detection/signaling Serialization/deserialization Physical Signaling - Bit encoding/decoding - Bit timing/synchronization Physical Medium Attachment - Driver/receiver characteristics Medium Dependent Interface - Connectors/wires Figura 2.12 Modelul OSI pe 7 niveluri pentru CAN CAN, Controller Area Network OSI = multilayer Open System Interconnection

2.2 INTERFATA C A N Formatul mesajului în CAN: Figura 2.13 Formatul mesajului în CAN CAN, Controller Area Network

2.2 INTERFATA C A N Diagrama bit-timp: Figura 2.14 Diagrama de timp pentru transmiterea bitilor si sincronizare Sync-seg, segmentul de sincronizare pentru nodurile magistralei Prop-seg, pentru compensarea întârzierii fizice din reţea Phase-seg1, un segment tampon ce poate fi mărit pe durata resincronizării Phase-seg2, un segment tampon ce poate fi micşorat pe durata resincronizării Sync-seg, durează o “cuantă” de timp Prop-seg, durează 1-8 “cuante” de timp, programabil Phase-seg1, durează 1-8 “cuante” de timp, programabil Phase-seg2, durează maximul dintre Phase-seg1şi timpul de procesare (max. două cuate de timp)

2.2 INTERFATA C A N CÂMPUL DE CONTROL DATA FRAME: număr admisibil de bytes: {0,1,....,7,8}. Alte valori nu pot fi utilizate. Figura 2.15 Codarea DLC DLC, DATA LENGTH CODE

2.2 INTERFATA C A N Detecţia erorilor în CAN: CAN a fost proiectat ca o interfaţă robusta şi fiabilă pentru comunicatii cu mesaje scurte. Localizarea mecanismului de detecţie: La nivelul mesajului La nivelul bitului Mecanismele la nivelul mesajului: Verificare redundanţei ciclice (CRC = Cyclic Redundancy Checks): X15+X14+X10+X8+X7+X4+X3+1 Verificare cadre Verificarea erorii de recunoaştere (ACK = Acknowledgment Error Checks) Mecanismele la nivelul bitului: Monitorizare bit Bitul adăugat (bit stuffing)

2.2 INTERFATA C A N Detecţia erorilor în CAN: Detecţia unei erori de către un nod are ca urmare apariţia unui flag Acesta constă în 6 biţi consecutivi: daca nodul este în starea de eroare activă daca nodul este în starea de eroare pasivă Alte noduri vor fi probabil în aceeaşi situaţie Lungimea codului cadrului de eroare este între 17 şi 31 biţi, fig Figura 2.16 Cadrele de eroare în modul activ şi pasiv

2.2 INTERFATA C A N Verificare redundanţei ciclice (CRC = Cyclic Redundancy Checks): CÂMPUL CRC conţine SECVENTA CRC urmată de DELIMITATORUL CRC SECVENTA CRC este obţinută astfel: Fluxul de date între SOF şi LSBs constituie polinomul de împărţit (fără biţii adăugaţi) Polinomul împărţitor se calculează cu secvenţa: X15+X14+X10+X8+X7+X4+X3+1 Restul acestei împărţiri reprezintă Secvenţa CRC (CRC SEQUENCE) transmisă pe magistrală. DELIMITATORUL CRC conţine un bit recesiv. Figura 2.17 Câmpul CRC

2.2 INTERFATA C A N Implementarea CRC Polinomul este implementat cu un registru de deplasare de 15 biti, CRC_RG(14:0) Fluxul de date între SOF şi sfârşitul DATA FIELD, fără biţii adăugaţi, este verificat astfel: CRC_RG = 0; // initialize shift register REPEAT CRCNXT = NXTBIT EXOR CRC_RG(14); CRC_RG(14:1) = CRC_RG(13:0); // shift left by CRC_RG(0) = 0; // 1 position IF CRCNXT THEN CRC_RG(14:0) = CRC_RG(14:0) EXOR (4599hex); ENDIF UNTIL (CRC SEQUENCE starts or there is an ERROR condition) DELIMITATORUL CRC conţine un bit recesiv.

2.2 INTERFATA C A N Câmpul ACK (ACK = ACKnowledgment): CÂMPUL ACK durează doi biţi şi conţine ACK SLOT şi DELIMITATORUL ACK In CÂMPUL ACK staţia emiţătore transmite doi biţi recesivi iar receptorul răspunde astfel: Bit dominant pe durata ACK SLOT dacă a recepţionat corect mesajul Toţi receptorii supraînscriu răspunsul DELIMITATORUL ACK conţine un bit recesiv. ACK SLOT este mărginit de doi biţi recesivi: DELIMITATORUL CRC şi DELIMITATORUL ACK. Figura 2.18 Câmpul ACK

2.2 INTERFATA C A N Adăugare/extragere de biţi (bit stuffing/destuffing) Utilizarea secvenţelor pentru semnalarea erorilor trebuie evitată Modalitate: Secvenţa va fi urmată de un bit adăugat 1 Secvenţa va fi urmată de un bit adăugat 0 Procesul direct este realizat în emiţător şi cel invers în receptor Bitul adăugat poate fi motiv de adăugare pentru secvenţa următoare fig. 2.19 Timpul de transmisie creşte la: Cm = ( sm)τbit pentru identificator de 11 biţi Cm = ( sm)τbit pentru identificator de 29 biţi Figura 2.19 Adăugarea de biţi

2.2 INTERFATA C A N Reducerea erorilor în CAN: Distingerea erorilor după cauze: Defectări temporare Defectări permanente Numărarea erorilor: Erorile la recepţie contorizate într-un registru (REC = Receive Error Count) care se incrementează cu 1 la fiecare eroare Erorile la transmitere contorizate într-un alt registru (TEC = Transmit Error Count) care se incrementează cu 8 la fiecare eroare Un mesaj corect decrementează registrele Valoarea contorului într-un nod determină starea de eroare a acestuia

2.2 INTERFATA C A N Reducerea erorilor în CAN: Modul eroare-activ: Este mod normal pentru noduri Transmite ACTIVE ERROR FLAG la detectarea unei erori Contorizarea făcută în regiştri trebuie să fie sub 127 Modul eroare-pasiv: La depăşirea nr. 127 de către oricare registru, nodul trece în starea eroare pasiv Nodurile în această stare transmit/recepţionează restrictiv mesaje La detectarea unei noi erori transmite PASSIVE ERROR FLAG Modul linie-deconectată (bus off): TEC a depăşit 255 Deconectarea este permanentă până la intervenţia operatorului, celelalte noduri fiind funcţionale.

2.2 INTERFATA C A N Arbitrarea bazată pe prioritatea mesajelor Dacă două controlere transmit în acelaşi timp şi cel puţin unul transmite 0, valoarea pe magistrală va fi 0 (0 = dominant, 1 = recesiv). Acest mecanism este utilizat şi pentru controlul accesului la magistrală şi pentru semnalarea erorilor Protocolul CAN cere ca nodurile să aştepte până când magistrala este în stare liberă Dacă două sau mai multe noduri transmit simultan, fiecare nod determină dacă mesajul său este mai prioritar sau nu Rezultatul monitorizării va fi: Continuă să transmită dacă mesajul este prioritar (cel mai scăzut identificator numeric) Se opreşte şi aşteaptă un nou moment când magistrala este liberă

2.2 INTERFATA C A N Arbitrarea bazată pe prioritatea mesajelor Identificatorul numeric este o succesiune de 11 biţi. Biţii sunt transmişi în ordine de la ID-10 la ID-0 : Primii 7 biţi nu trebuie să fie toţi recesivi ID-0 este cel mai puţin semnificativ bit Nodul care transmite ultimul bit de identificare fără să fi detectat 0, transmite cel mai prioritar mesaj Acest nod va transmite şi restul mesajului Figura 2.20 Câmpul de arbitrare priorităţi

2.2 INTERFATA C A N Arbitrarea bazată pe prioritatea mesajelor Bitul RTR este destinat unei cereri de transmisie (Remote Transmission Request). Valoarea sa este astfel: ’dominant’ în DATA FRAMEs ’recesiv’ în REMOTE FRAME Figura 2.21 Câmpul de arbitrare priorităţi

2.2 INTERFATA C A N Interspaţiul mesajelor Este diferit funcţie de starea de eroare. Când staţiile nu sunt in starea de eroare pasivă sau au fost receptoare sunt două secvenţe, fig.2.21a): Inter-emisie, 3 biţi recesivi Magistrală liberă (bus idle) Pentru staţiile in starea de eroare pasivă şi care au fost transmiţătore, sunt trei secvenţe , fig.2.21b) : Suspendarea transmisiei Pe durata inter-emisiei se poate semnala doar suprasarcina (Overload) Nu este permis nici unui nod să iniţieze o transmisie Figura 2.22 Interspaţiul cadrelor

2.2 INTERFATA C A N Validarea mesajului Modul de considerare ca mesaj valid este diferit de la emiţător la receptor. Emiţătorul: Mesajul este valid dacă nu s-au produs erori până la sfârşitul câmpului EOF Mesajele corupte sunt retransmise imediat ce magistrala este liberă Receptorul:

2.2 INTERFATA C A N Implementări ale CAN: CAN bază CAN complet (full CAN) Mărimea reţelei: 32, 64, 110 noduri Viteza de transfer/lungimea liniilor magistralei: 1Mb/s la 40 m, 0.5Mb/s la 100m, 250 kb/s la 200 m, 125 kb/s la 500 m, 50 kb/s la 1 km şi 10 kb/s la 5km.

2.2 INTERFATA C A N 9 Pin (male) D-Sub CANbus PinOut Specificaţii mecanice: Conectoare: 10-pin [5 x 2 multipole], RJ10, RJ45 [Modular Connector Jack]; 5-pin mini [circular]; 5-pin micro [circular]; Open Style, 7/8/9-pin, conector rotund; Conexiunile în cazul unui conector de 9 pini tip D sunt date în tabel. Pin # Nume semnal Descriere Semnal 1 Rezervat Cale Upgrade 2 CAN_L Dominant Low 3 CAN_GND Masă 4 5 CAN_SHLD Shield, Optional 6 GND Masă, Optional 7 CAN_H Dominant High 8 9 CAN_V+ Alimentare, Optional 9 PIN D-SUB MALE 9 PIN D-SUB FEMALE Figura 2.23 Conector de tip D

2.2 INTERFATA C A N Specificaţii I/O ale CAN: Tip semnal CANbus Digital Interface Tensiune iesire (High) VOH +4 volts min, +5,5 volts max Tensiune iesire (Low) VOL +0 volts min, +1,5 volts max Tensiune iesire +16 volts (Absolute Max) Curent de iesire 100mA Impedanta 124 ohm termination between +/- terminals Tipul circuitului Diferential Timpii de bit 1Mb/s; 0,5Mb/s 0,25Mb/s Formatul codării Non-Return-to-Zero (NRZ) Frecv. Transmisie/Receptie 40 meters Topologie Point-to-Point Mediu Shielded Twisted Pair 9 pin D-Sub Controlul Accesului Carrier Sense, Multiple Access with Collision Detect (CSMA/CD). None destructive bit wise arbitration

2.2 INTERFATA C A N Configuraţia CAN Structura conţine: Controler, Noduri, Magistrală şi Terminaţii. Valoarea terminaţiilor de la capetele magistralei este impusă (120 ). Figura 2.24 Configuraţie CAN

2.2 INTERFATA C A N Niveluri CAN/MCP2551 In starea recesiv (1 logic) sunt asigurate niveluri acoperitoare atât la intrare cât şi la ieşire: 0,5 V/1,5 V In starea dominant (0 logic) se depăşeşte pragul minim care asigură distincţia de recesiv necesară arbitrării pe bit: 1,5 V/0,9 V. Figura 2.25 Nivelurile nominale în ISO11898 şi MCP2551

2.2 INTERFATA C A N Specificaţii electrice ISO11898/MCP2551 Robusteţea este o caracteristică esenţială pentru a rezista condiţiilor severe de comunicare a nodurilor. Transceiver-ul trebuie să reziste la scurtcircuit de la -3V la +32V şi tranziţii de la -150V la +100 V. Tabelul 2.7 Comparaţie între MCP2551 şi cerinţele ISO11898

2.2 INTERFATA C A N TRANSCEIVER-ul CAN MCP2551 Implementează specificaţiile nivelului fizic ale ISO11898 Este adecvat alimentărilor de 12 V şi 24 V Asigură viteze de până la 1 Mbit/sec. Are protecţii la scurtcircuit şi la regim tranzitoriu până la 40V respectiv 250V Asigură reset-ul la power-on şi protecţie la căderi ale nivelului (brown-out) Asigură detecţia dominantului permanent pentru ca nodurile nealimentate sau defecte să nu perturbe magistrala Controlează frontul impulsurilor pentru a reduce emisiile perturbatoare RF Figura 2.26 Schema bloc a circuitului MCP2551

2.2 INTERFATA C A N Modalităţi de lucru ale transceiverului MCP2551 Viteză mare (High-speed) Controlul frontului (Slope control) Aşteptare (Standby) Regimul de lucru ale transceiverului MCP2551 Transmisie Recepţie Stare recesivă Stare dominantă Figura 2.26 Schema bloc a circuitului MCP2551

2.2 INTERFATA C A N Detecţia stării permanent dominante a transmiţătorului Transmiţătorul va fi oprit de MCP2551 dacă se detectează o stare dominantă extinsă la acesta Circuitele de comandă (driver-ele) sunt decuplate dacă TXD este în starea low mai mult de 1,25 ms până TXD revine în high, fig. 2.27 Figura 2.27 Detecţia stării permanent dominante a TXD la circuitul MCP2551

2.2 INTERFATA C A N Reset-ul la Power-on şi detecţia căderilor de nivel (brown-out) La cuplarea alimentării CANL şi CANH stau în starea de înaltă impedanţă până la atingerea stării VPORH la VDD sau până TXD trece în starea high CANL şi CANH stau în starea de înaltă impedanţă dacă apare BOD; acesta apare când VDD scade sub pragul VPORL şi se anulează dacă se atinge din nou VPORH Figura 2.28 Reset-ul la Power-on şi detecţia căderilor de nivel (brown-out) la circuitul MCP2551

2.2 INTERFATA C A N Conceptul de terminaţie la circuitul MCP2551 Terminaţiile sunt utilizate pentru a minimiza efectele reflexiei semnalului pe magistrală Valoarea terminaţiilor de la capetele magistralei este impusă (120 ) Sunt puţine posibilităţi de a creşte performanţele EMC, fig. 2.29: Terminaţia standard: un singur rezistor de 120  la fiecare capăt al liniei magistralei Terminaţia divizată: terminaţiile sunt realizate din câte două rezistoare de 60  şi un condensator la masă Terminaţia divizată polarizată: se încearcă menţinerea tensiunii de mod comun recesive la o valoare constantă, VDD/2 pe rezistoarele de 60 . Figura 2.29 Conceptele de terminaţie la circuitul MCP2551

2.2 INTERFATA C A N Reţea CAN adecvată MCP2551 Fiecare nod primeşte acelaşi mesaj Noduri multiple sunt integrate în sistem utilizând o implementare de control distribuit Noi noduri pot fi adăugate sau scoase cu uşurinţă Fiecare nod este prevăzut cu inteligenţă specifică. Figura 2.30 Reţea CAN distribuită; nodurile pot fi adăugate sau scoase

2.2 INTERFATA C A N Exemplu de reţea CAN cu MCP2551 Are un singur nod Toate elementele de comunicaţie sunt realizate cu driver-ul CAN, controllerul CAN şi cu microprocesorul Rezultatul măsurării presiunii este transmis de către microprocesorul receptor controllerului CAN Limbajul comun nodurilor este generat şi urmărit de controllerul CAN iar nivelurile de tensiune în reţea sunt realizate de driverul CAN Fiecare nod poate îndeplini o singură funcţie într-o reţea CAN Modul de implementare nu este unic. Figura 2.31 Reţea CAN cu un singur nod cu MCP2551/MCP2515

2.2 INTERFATA C A N Exemplu de reţea CAN într-un automobil VW Sunt conectate aprox. 45 ECU Are trei Local Interconnect Networks (LIN) pentru conectarea de viteză redusă (20 kbiti/s) Datele cerute de diferitele ECU sunt trecute prin gateway controlată de un ECU performant Numărul de mesaje transmise poate fi foarte mare: ex pentru VW Phaeton Semnale transmise: viteza roţilor, temperaturile agenţilor de răcire şi de lubrifiere, viteza de rotaţie a motorului, treapta de viteză selectată, poziţia acceleraţiei, poziţia comutatoarelor de bord, setarea climatizării, etc. Figura 2.32 Arhitectura reţelei CAN la un automobil VW Passat

2.3 INTERFATA (E)OBD Introducere, OBD I În 1955 s-a pus pentru prima dată problema referitoare la efectele dăunătoare ale emisiilor provenite de la autoturisme care afectau atmosfera astfel punându-se bazele OBD-ului. OBD-ul a fost un sistem simplu care a monitorizat senzorii de oxigen, sistemul de recirculare a gazelor de evacuare (EGR), sistemul de distribuire a combustibilului, precum şi modul de control al motorului (ECM) pentru emisiile excesive lipsea cerinţa de standardizare pentru diferite tipuri de maşini; nu putea detecta apariţia anumitor tipuri de probleme (ex. defectarea convertorului catalitic); nu putea monitoriza deteriorarea progresivă a componentelor legate de emisii.

2.3 INTERFATA (E)OBD Cerinte generale ale OBD II Cerinţele generale ale OBD II sunt: monitorizarea tuturor sistemelor de control al emisiilor; detectarea defecţiunilor înainte ca emisiile să depăşească un anumit prag fixat prin standarde (1.5 x standardul emisiilor); reducerea timpului dintre apariţia unei defecţiuni, detectarea şi repararea acesteia; Sistemul OBD II este mult mai uşor de folosit de către un mecanic indiferent de modelul automobilului întrucât aceste sisteme: monitorizează aceleaşi componente; folosesc acelaşi limbaj computerizat; au aceleaşi criterii de evaluare a sistemelor vehiculului şi de indicare a defecţiunilor.

2.3 INTERFATA (E)OBD Caracteristici generale ale OBD II Introdusă ca obligatorie pentru automobile din 1996 pentru monitorizarea emisiilor de noxe (EPA, Environmental Protection Agency) Monitorizări pentru: Sistemul de recirculare a gazelor Senzorii de oxigen Efectul catalizatorului Detecţia rateurilor Comportarea blocurilor dotate cu inteligenţă Semnalizare a funcţionării defectuoase: MIL = Malfunction Indicator Light sau Check Engine Înregistrare a codurilor de eroare apărute în timpul funcţionării vehiculului, DTC = Diagnostic Trouble Codes Monitorizare a disponibilităţii tuturor componentelor sistemului (după testarea OBD, după o reparaţie sau după ştergerea codurilor DLC) Verificarea funcţionării ei atât cu motorul oprit - contact pus (KOEO = Key On and the Engine Off), cât şi pornit - cu cablul DLC conectat la dispozitivul de scanare a softului.

2.3 INTERFATA (E)OBD SISTEM CARE ÎNDEPLINEŞTE CERINŢELE ODB II Pentru a realiza controlul precis pe care aceste sisteme de diagnoză îl impun, vehiculele sunt echipate cu computere de bord ECU primeşte semnale de la o gamă largă de senzori pe care le comparate cu valorile salvate în memoria programului (figura 2.33). Dacă citirea senzorului este în conformitatea cu valoarea programului din ROM, microcomputerul va lua decizii cu privire la ieşirea cerută pentru actuatori. Dacă citirea senzorului nu se încadrează în limitele impuse, se va efectua o nouă citire . Iar în situaţia în care nici de această dată nu se încadrează în limitele impuse: MIL-ul se va aprinde (figura 2.34) un un cod de eroare va fi stocat într-o secţiune a memoriei RAM Fig Schema sistemului de control a motorului Fig Simbolul led-ului de indicare a unei defecţiuni

2.3 INTERFATA (E)OBD Caracteristici hardware ale OBD II: Conectorul este standardizat, cu 16 contacte, fig. 2.35, dintre care doar o parte sunt prezente, funcţie de protocolul de comunicaţie folosit: J1850 PWM - conectorul are contacte metalice la pinii 2, 4, 5, 10, şi 16 J1850 VPW - conectorul are contacte metalice la pinii 2, 4, 5, şi 16, dar nu la 10 ISO conectorul are contacte metalice la pinii 4, 5, 7, 15, şi 16. Dotări ale vehiculului cu: nr. dublat al senzorilor de oxigen Control al unui nr. mai mare de parametri (15000) cu constante introduse de OBD Cip-uri EEPROM pentru reprogramarea softului Senzor de monitorizare a sarcinii motorului Senzor de monitorizare a debitului de aer. Pin 2 - J1850 Bus+ Pin 4 - Chassis Ground Pin 5 - Signal Ground Pin 6 - CAN High (J-2284) Pin 7 - ISO K Line Pin 10 - J1850 Bus Pin 14 - CAN Low (J-2284) Pin 15 - ISO L Line Pin 16 - Battery Power Figura 2.35 Conectorul OBD DLC cu 16 contacte

2.3 INTERFATA (E)OBD Protocoale OBD: Fabricanţii de automobile utilizează protocoale diferite pentru comunicaţii (4) deşi parametrii citiţi sunt standardizaţi Protocoalele actuale sunt: ISO International Standards Organization, mod de comunicaţie OBDII, utilizat de Chrysler, vehicule europene şi majoritatea asiatice J1850PWM - (Pulse Width Modulated) standard de comunicaţii OBD II – stabilit de SAE şi utilizat de Ford J1850VPW - (Variable Pulse Width Modulated) standard de comunicaţii OBD II – stabilit de SAE şi utilizat de GM CAN - Controller Area Network. Din 2008, CAN este singurul protocol pe vehicule noi Scanerele au posibilitatea de a comunica în toate protocoalele.

2.3 INTERFATA (E)OBD Codurile OBD: Sunt coduri legate de emisie, DTC = Diagnostic Trouble Codes, şi coduri legate de service Trei tipuri de DTC: Tip A – sunt cele mai serioase şi triggerează lampa MIL de la prima apariţie; se memorează un istoric al codurilor, defectul şi cadrul “îngheţat” de date Tip B – mai puţin grave şi nu declanşează semnalizarea MIL decât după cel puţin două apariţii Tip C şi D – nu sunt legate de emisii; tipul C determină aprinderea MIL dar tipul D nu. Monitorizare a disponibilităţii tuturor componentelor sistemului (după testarea OBD, după o reparaţie sau după ştergerea codurilor DLC) Verificarea funcţionării ei atât cu motorul oprit - contact pus (KOEO = Key On and the Engine Off), cât şi pornit - cu cablul DLC conectat la dispozitivul de scanare a softului.

2.3 INTERFATA (E)OBD Coduri de Diagnosticare a Problemelor şi Coduri de Eroare (DTC) În prezent sunt peste 400 de coduri de eroare care pot fi stocate în sistemul OBD II. Codul de Diagnosticare a Problemelor (DTC) este afişat sub forma unui cod alfanumeric de 5 caractere. Primul caracter este o literă care identifică sistemul din vehicul care l-a activat. P – codul a fost activat de către partea de propulsie; B – codul a fost activat de către bord; C – codul a fost activat de către sistemul şasiului ; U – este în prezent neutilizat, dar a fost împrumutat pentru a desemna o eroare de comunicare. Codurile P sunt cerute de către microprocesorul care controlează şasiul sau transmisia şi se referă la sistemele de control al emisiilor şi la componentele lor. Codurile B sunt cerute de către microprocesorul care controlează sistemele de bord. Ele sunt grupate ca iluminat, aer condiţionat sau instrumentaţie. Codurile C sunt cerute de către microprocesorul care controlează sistemul şasiului responsabil de dinamica maşinii, cum ar fi ajustarea înălţimii în timpul condusului, controlul tracţiunii, etc . Al doilea caracter disponibil reprezinta codul specific fiecărui producător de vehicule. Cele patru cifre care urmează literei detaliază informaţia aparţinând sub-sistemului care a declanşat codul.

2.3 INTERFATA (E)OBD Codurile OBD: Figura 2.36 Structura codurilor de eroare

2.3 INTERFATA (E)OBD Accesul la DTC-uri Pentru ca DTC-urile să nu fie pierdute atunci când motorul este oprit, secţiunea RAM pe care sunt stocate pot lua energie direct de la baterie, printr-o siguranţă. Acest tip de memorie este denumită uneori „keep alive memory” (KAM). În alte cazuri DTC-urile pot fi stocate pe EEPROM. DTC-urile sunt stocate până ce o acţiune voită este întreprinsă, acţiune care transmite circuitului din ECU să genereze un impuls electric care le va sterge din memorie. Procedura de “citire” a lor poate fi diferita de la un tip de vehicul la altul: Afişarea codului sub forma unei lumini intermitente pe ledul indicator de pe bord. Conectarea unui LED în exterior şi observarea numărului de flash-uri şi de pauze. Conectarea unui dispozitiv de citire a codului şi/sau a unui instrument de scanare, la portul de diagnostic de pe ECU.(figura 2.37) Fig Sistemul KTS 300 cu cablurile de interconectare Fig Adaptorul pentru conectarea la alte unitati

2.3 INTERFATA (E)OBD Paşii de conectare a vehiculului la OBD II Pasul 1: Instalarea direver-ului Pasul 2 : Conectarea scannerului la PC prin intermediul cablului USB Pasul 3 : Localizarea conectorului de diagnoză Pasul 4 : Conectarea scannerului la DLC

2.3 INTERFATA (E)OBD Prin intermediul echipamentului de scanare se pot realiza următoarele funcţii: citirea codurilor de eroare, atât pe cele generale cât şi pe cele specifice producătorului precum şi explicaţiile acestora ştergerea codurile de eroare şi stingerea indicatorului de disfuncţie (MIL). Fig Afişarea codurilor DTC Fig Ştergerea codurilor DTC

2.3 INTERFATA (E)OBD Codurile DTC-OBD: exemple

SISTEME DE BORD INFORMATIZATE

Similar presentations

Presentation on theme: "SISTEME DE BORD INFORMATIZATE"— Presentation transcript:

Similar presentations

About project

Feedback

Log in

Auth with social network:

SISTEME DE BORD INFORMATIZATE

Similar presentations

Presentation on theme: "SISTEME DE BORD INFORMATIZATE"— Presentation transcript:

Similar presentations

About project

Feedback