Transporto priemonių telematikos tinklai ir duomenų magistralės

Šiuolaikinėje sparčiai besivystančioje skaitmeninėje eroje efektyvus bendravimas yra labai svarbus. Kalbant apie automobilių ir pramonės taikymą, niekas neprilygsta CAN (Controller Area Network) nuosekliojo ryšio efektyvumui ir patikimumui. Transporto telematika, kuri vystosi jau daugiau nei 20 metų, didina transporto efektyvumą ir teikia didelę naudą ne tik vežėjams. Šiame straipsnyje paaiškinama, kas yra telematika ir kaip ji veikia TSL (Transporto, ekspedijavimo, logistikos) pramonėje, taip pat detaliau aptariama CAN magistralė ir jos palyginimas su RS485 protokolu.

Kas yra telematika?

Transporto telematika - tai informacinių ir telekomunikacijų sistemų derinys. Ši technologija plėtojama nuo 1990-ųjų, nors jos pavadinimas kilęs iš prancūziško žodžio télématique ir buvo sukurtas XX a. aštuntajame dešimtmetyje. Pagrindinės telematikos funkcijos yra duomenų rinkimas ir vėlesnė jų analizė. TSL pramonėje tokio tipo technologiniai sprendimai leidžia gerokai padidinti sunkvežimių parkų naudojimo efektyvumą, taip pat palengvinti vairuotojų, dispečerių ir transporto vadybininkų darbą. Telematikos dėžės veikia kaip sąsaja tarp transporto priemonių ir RIO Platform. Per jas perduodami svarbūs transporto priemonės duomenys, kurie vadybininkui pateikiami skaitmeninių paslaugų forma.

Transporto telematikos technologijos

Kelių transporto telematikai naudojama korinio tinklo technologija ir belaidis duomenų perdavimas. Jų dėka informacija, surinkta iš transporto priemonės naudojant FMS (transporto priemonių parko valdymo sistemą), realiuoju laiku patenka į serverį ir yra prieinama transporto priemonės savininko arba už transporto įmonę atsakingo asmens paskirtiems asmenims.

Transporto ir logistikos telematika negalėtų atlikti savo funkcijų be palydovinės navigacijos. GPS duomenys reikalingi transporto priemonės buvimo vietai nustatyti, o tada suplanuoti optimalų maršrutą dispečerio nurodytu adresu. Duomenų iš minėtų šaltinių kaupimas yra informacinių sistemų, kuriomis grindžiama telematika logistikoje, pažangios analizės objektas. Tada duomenys naudojami pagal vežėjo pageidavimus ir poreikius. Dažniausiai telematika TSL pramonėje naudojama siekiant padidinti vairavimo ekonomiškumą, kontroliuoti vairuotojų laiką ir efektyviai planuoti maršrutus.

Kaip veikia telematika?

FMS - tai sprendimas, be kurio TSL telematika nebūtų įmanoma. Šis nedidelis modulis montuojamas į sunkvežimius, kuriuose įrengta CAN (valdiklių tinklas) - nuosekliojo ryšio magistralė. Nuo 2003 m. šis įrenginys yra privaloma įranga kiekvienoje naujoje transporto priemonėje Europoje. Dėl sprendimo universalumo FMS modulį galima įdiegti net ir į senesnius sunkvežimius, todėl telematika transporte tampa prieinama praktiškai bet kuriam kelių vežėjui. Prieiga prie nuolat atnaujinamų duomenų, pavyzdžiui, degimo, vairavimo stiliaus, staigių sustojimų skaičiaus, važiavimo tuščiąja eiga ir daugelio kitų, leidžia beveik iki smulkmenų išskaidyti transporto procesą.

Pavyzdžiui, TruckLinc terminalas yra mobilaus ryšio terminalas, sujungtas su FMS/CAN-bus duomenų magistrale. TruckLinc renka visą reikiamą informaciją, reikalingą sugeneruoti įvairių vairavimo rodiklių ataskaitoms (KPI), ir GPRS ryšio pagalba perduoda ją į Astrata Tinklo Valdymo Centrą (NMC). Toliau unikalus ryšio informacijos portalas Fleetvisor ekspeditoriams ir vadybininkams nedelsiant sudaro galimybes realiu laiku peržiūrėti būsenas ir KPI ataskaitas. Galima realiu laiku stebėti vairuotojų, transporto priemonių ir, jei yra poreikis, puspriekabių ir krovinio charakteristikas, atsižvelgiant į vairavimo valandų nuostatas.

Telematikos funkcijos TSL pramonėje

• Transporto priemonių buvimo vietos nustatymo sistemos: Realiuoju laiku perduodami GPS duomenys leidžia nuolat stebėti sunkvežimio buvimo vietą ir apskaičiuoti laiką, kurio reikia, kad būtų pasiektas dispečerio nurodytas taškas. Tai leidžia laimėti pelningų užsakymų, nes klientui galima pateikti transporto priemonės buvimo vietą visą vežimo laiką.
• Nuvažiuotų kilometrų duomenų stebėsenos ir analizės sistemos: Nuvažiuotų kilometrų skaičius per dieną, savaitę ar visą transporto ciklą leidžia nustatyti kiekvienos transporto priemonės, esančios transporto priemonių parke, našumą. Aktualūs duomenys taip pat palengvina techninės priežiūros veiklos planavimą.
• Transporto priemonių parko valdymo sistemos: TSL telematiką galima taikyti bet kokio tipo sunkvežimiams, nuo tų, kurių bendroji masė neviršija 3,5 tonos, iki individualių sunkvežimių, vilkikų, puspriekabių ir priekabų. Sunkvežimių parko valdymas yra daug efektyvesnis dėl telematikos privalumų.
• Automatinės vairuotojų atsiskaitymo sistemos: Transporto telematika leidžia nuolat nuskaityti skaitmeninių tachografų duomenis. Tai leidžia analizuoti, kaip efektyviai išnaudojamas vairuotojo darbo laikas, ir nustatyti anomalijas, svarbias kelių transporto kontrolės tarnyboms.
• Automatinio maršruto planavimo sistemos: Nuolat stebint transporto priemonės buvimo vietą pagal GPS, kartu su duomenimis, susijusiais su esamu eismu ar oro sąlygomis, telematika TSL pramonėje tampa priemone, leidžiančia automatiškai planuoti optimalius maršrutus.

TSL telematika padeda kurti konkurencinį pranašumą. Sėkmę TSL pramonėje dažnai lemia mažos detalės, kurios sudaro didesnę visumą. Transporto telematika leidžia analizuoti beveik kiekvieną detalę, užtikrinant aukštesnį efektyvumo ir patikimumo lygį.

CAN magistralė transporto priemonėse ir jos veikimas

CAN (Valdiklio Srities Tinklas) magistralė yra nuosekliojo ryšio protokolas, tapęs šiuolaikinių automobilių ir pramonės sistemų pagrindu. Iš esmės CAN nuoseklusis ryšys apima duomenų perdavimą ir priėmimą per vieną laidų porą tinkle. Pirmoji CAN magistralė (Controller Area Network) Bosch sukūrė 1986 m. Po metų „Intel“ sukūrė pirmąjį CAN magistralės valdiklį. Pirmoji CAN magistralė automobilyje debiutavo 1992 m. prabangiame Mercedes S W140 modelyje.

CAN magistralė automobilyje - tai dviejų ar daugiau įrenginių sujungimas naudojant mikroprocesorines sistemas, leidžiančias perduoti informaciją ir tinkamai ją paskirstyti tarp atskirų modulių. CAN magistralė jungia visus valdymo blokus (ECU), o tai leidžia jų integravimą tarpusavyje ir pašalina daugybę problemų, kylančių dėl atskirų komponentų prijungimo. Kartu tai palengvina ir automobilio diagnostiką - automobiliuose po 2000 metų ODBII jungties dėka, net įprastas vartotojas gali nuskaityti klaidų kodus naudodamasis nebrangia diagnostikos įranga.

CAN magistralės privalumai automobiliuose

• Elektros sistemos supaprastinimas (kitaip automobilyje būtų kilometrai laidų).
• Galimybė pritaikyti duomenų perdavimo greitį prie specifinių atskirų įrenginių poreikių.
• Didesnis patikimumas - kuo mažiau laidų ir jungčių, tuo mažiau problemų dėl jų gedimo.
• Mažesnės automobilio gamybos sąnaudos (mažiau laidų, mažiau darbo juos montuojant).
• Galimybė naudoti šiuolaikinius kompiuterinės diagnostikos metodus.
• Didesnis atsparumas trukdžiams.
• Šiek tiek sumažėjęs automobilio svoris (keliais kilogramais).
• Galimybė automobilyje naudoti daugybę jutiklių, valdiklių, rėlių ir mikrokompiuterių.

CAN magistralės veikimo principas

Kiekvienas CAN tinkle veikiantis įrenginys yra maitinamas elektra (teigiamas polius ir įžeminimas) ir yra prijungtas prie tinklo per CAN perdavimo liniją - du susuktus priešingos įtampos elektros kabelius, kuriuose perdavimas vykdomas diferencialiniu būdu. Perdava atliekama tam tikru greičiu, pritaikytu atskirų įrenginių poreikiams:

• Iki 10 kb/s - elektra valdomoms sėdynėms, veidrodėliams, langams ar centriniam užraktui.
• Iki 40 kb/s - oro kondicionavimo sistemai.
• Nuo 250 kb/s iki 1 Mb/s - įrenginiams, kuriems reikia informacijos perdavimo realiuoju laiku (pvz., ABS sistema, variklio valdiklis).
• Nuo 100 kb/s iki 1 Mb/s - multimedijos įrenginiuose.

Maksimalus CAN magistralės greitis automobilyje yra maždaug 1 Mb/s, jei naudojamos iki 40 metrų dviejų laidų vytos poros (CAN high ir CAN low). Kabelių ilgiui siekiant 250 metrų kabelio greitis sumažėja iki 250 kbit/s. Pagrindinis valdymo kompiuteris ir valdymo blokai bei kiti valdikliai, atsakingi už atskirų sistemų darbą, priima signalus iš jutiklių, valdiklių ir kt., taip pat siunčia savo komandas jiems. Visi įrenginiai prijungti prie tos pačios magistralės.

CAN magistralės pranešimo struktūra

Kiekvienas prie CAN magistralės automobilyje prijungtas įrenginys turi savo nedidelį valdiklį su unikaliu ID. Informacija tarp įrenginių siunčiama žinutėmis, kurios atitinka tam tikrą šabloną. Kiekviena per CAN magistralę siunčiama informacija turi tam tikrą prioritetą, todėl pirmiausia aptarnaujami svarbiausi moduliai, kas sumažina riziką, kad du vienu metu veikiantys moduliai prieštaraus vienas kitam. Pranešimo struktūra apima:

• Pradinis laukas (kadro pradžia).
• Būsenos laukas (identifikatorius): nustato tam tikros informacijos prioritetą.
• Valdymo laukas: nustato viso pranešimo struktūrą.
• Duomenų laukas: perduoda iki 64 bitų informaciją.
• CRC apsaugos laukas (cyclic redundancy check field): perduoda iki 16 bitų informacijos, reikalingos galimiems perdavimo sutrikimams kontroliuoti.
• ACK patvirtinimo laukas (patvirtinimo laukas): naudojamas patvirtinti pranešimo gavimą.
• EOF (kadro pabaigos) pabaigos laukas.

Yra įvairių tipų CAN nuosekliojo ryšio. Labiausiai paplitęs tipas yra CAN 2.0A, kuris naudoja 11 bitų identifikatorių. Kitas tipas yra CAN 2.0B, kuris naudoja ilgesnį 29 bitų identifikatorių. Taip pat yra CAN FD (lankstus duomenų perdavimo greitis), kuris siūlo didesnį duomenų perdavimo spartą. Be to, yra J1939, specifinis CAN variantas, naudojamas sunkiasvorėse transporto priemonėse, pvz., sunkvežimiuose ir autobusuose.

Komforto modulis (komforto blokas)

Komforto modulis (komforto blokas) yra atsakingas už daugelio sistemų, tokių kaip klimato kontrolė, navigacija, radijas, multimedija, GPS lokatorius, elektriniai langai ir veidrodėliai, centrinis užraktas, apsaugos sistemos ir daugelis kitų, valdymą. Paprastesnės komplektacijos automobiliuose naudojamas vienas pagrindinis valdymo kompiuteris, per CAN magistralę sujungtas su atskirų sistemų valdikliais. Šiuolaikiniai automobiliai, ypač aukščiausios klasės, komplektuojami su vis daugiau sistemų, todėl naudojama sudėtingesnė architektūra, kurioje yra keli pagrindiniai kompiuteriai.

Komforto modulis yra suprogramuojamas dar gamykloje ir turi iš anksto numatytas funkcijas. Jį galima išplėsti, naudojant diagnostinę įrangą ir specialius kodus. Modulis dažniausiai montuojamas po prietaisų skydeliu vairuotojo arba keleivio pusėje.

Komforto modulio ir CAN magistralės gedimai

Komforto bloko ir duomenų magistralės gyvenimas automobilyje nėra lengvas, nes komponentai patiria smūgių, vibracijų, drėgmės poveikį ir didelius temperatūrų svyravimus. Gedimus gali sukelti ir netinkamas tam tikrų komponentų įrengimas, pvz., ne gamyklinis radijo imtuvas. CAN magistralės remontas reikalauja aukštos kompetencijos ir specializuotų diagnostikos programų.

Gedimų simptomai:

• Periodiškas kai kurių sistemų (pvz., centrinio užrakto ar oro kondicionavimo) išsijungimas.
• Viena ar kelios komforto moduliu valdomos sistemos neveikia.
• Neveikia jokia su komforto moduliu susijusi sistema (dažniausiai modulio maitinimo šaltinio problema).
• Daugėja gedimų.
• Informacija apie neegzistuojančius gedimus rodoma borto kompiuterio ekrane.

Gedimų priežastys:

• Ilgalaikis akumuliatoriaus atjungimas.
• Pažeistas komforto modulio maitinimo šaltinis.
• Perdegęs saugiklis.
• Komforto modulio komponentų pažeidimas dėl prastos apsaugos nuo drėgmės.
• Įtampos šuoliai elektros instaliacijoje.
• Trumpieji jungimai magistralėje.
• Mechaninis kabelių pažeidimas.
• Rezistorių gedimai.
• Per žema maitinimo įtampa.

Profesionalų diagnostika:

• Specialistas patikrina, kurios komforto modulio funkcijos neveikia.
• Būtina prieiga prie gamintojo techninės informacijos.
• Tikrinami galimi pažeidimai - elektros įtampos pokyčiai grandinėje, perdegę saugikliai, fiziniai kabelių pažeidimai.
• Nuskaitomi saugomi klaidų kodai naudojant diagnostinę įrangą.
• Testuojami elektros įtaisai (pvz., elektra valdomo lango nuleidimo ir pakėlimo mechanizmo variklis).
• Naudojamas osciloskopas CAN magistralės signalams stebėti.
• Matuojama elektros įtampa grandinėje.

CAN magistralė ir RS485: Išsamus palyginimas

Pramoninės automatizavimo pasaulyje, renkantis tinkamą ryšio protokolą, sprendimas dažnai susiveda į du gerai žinomus protokolus: CAN magistralę ir RS485. Supratimas apie šių dviejų protokolų rinkinių skirtumus padeda projektuotojams ir inžinieriams priimti pagrįstus sprendimus.

Kas yra RS485?

RS485, dar žinomas kaip TIA-485 arba EIA-485, yra patikimas nuosekliojo ryšio tinklų standartas, plačiai naudojamas pramoninėje aplinkoje. Išsiskiriantis diferencinio signalizavimo naudojimu, RS485 užtikrina puikų atsparumą trikdžiams, todėl idealiai tinka aplinkai, kurioje yra dideli elektros trukdžiai. Viena iš išskirtinių RS485 savybių yra daugiafunkcinė galimybė, kuri palengvina kelių įrenginių prijungimą prie vieno tinklo. RS485 palaiko pusiau dvipusį perdavimą, leidžiantį siųsti ir gauti duomenis, bet ne vienu metu. RS485 pasižymi dideliu atstumu perduodamomis jungtimis dėl savo gebėjimo atsispirti signalo degradacijai.

Tiesioginis palyginimas

Tinkamo protokolo pasirinkimas

• Scenarijai, palankūs CAN magistralei: Tais atvejais, kai reikalingas didelis atsparumas gedimams ir patikimas signalizavimas. Ji labai patikima kritinėse sistemose, pvz., automobilių, medicinos prietaisų.
• Scenarijai, palankūs RS485: Pramoninėje aplinkoje, kur reikalingas tolimojo nuotolio ryšys ir daugelio mazgų palaikymas. Idealiai tinka pastatų automatizavimo ir pramoninėms valdymo sistemoms.
• Hibridinių sistemų aspektai: Galima integruoti abu protokolus, kad būtų išnaudoti jų privalumai - CAN magistralės realaus laiko ryšys ir atsparumas gedimams derinamas su RS485 lankstumu ir atstumo galimybėmis.

Automobilių Ethernet

Ryšys tarp elektroninių valdymo blokų (ECU) tapo sudėtingesnis, o tinklo pralaidumas išaugo padidinus programinės įrangos funkcionalumą automobiliuose. Ethernet pagrįstas ryšys siūlo didelį pralaidumą ir didesnį lankstumą integracijai su debesų paslaugomis ir vartotojų produktais.

Skirtumai tarp Ethernet ir automobilių Ethernet

Skirtumai tarp Ethernet ir automobilių Ethernet yra fiziniame sluoksnyje. Fizinis sluoksnis buvo optimizuotas aplink automobilių naudojimo atvejais. 100Base-T1 ir 1000Base-T1 yra komutuojami tinklai kaip standartinis Ethernet, tačiau Phy siųstuvai ir kabeliai yra skirtingi, naudojant mažesnę kainą vieną vytos poros su visiškai dvipusio ryšio, o ne dviguba vyta pora. Tai gali būti ekranuotas (STP) arba neekranuotas (UTP) vytos poros, priklausomai nuo poreikių. 10Base-T1S taip pat yra viena susukta pora, bet kelių lašų magistralė (pvz., CAN), o ne komutuojamas tinklas. Tai skiriasi nuo diagnostikos per IP (DoIP), naudojamo daugelio automobilių OEM prijungimui prie SAE J1962 diagnostikos lizdo, kuris yra standartinis 100Base-TX ethernet, 4 laidų, dviguba vyta pora.

Automobilių Ethernet pralaidumas

Pirmoji „Broadcom“ sukurta automobilių Ethernet versija kaip „Broadr-Reach“, tada standartizuota OPEN Alliance SIG, o IEEE 100Base-T1 perdavimo sparta yra 100Mbits/sek. Vėliau 1000Base-T1 buvo standartizuotas, siūlantis 1Gbit/sek, o 10Base-T1S yra naujausias, siūlantis mažesnių sąnaudų fizinį sluoksnį, palaikantį 10Mbits/sec, kad būtų alternatyva „FlexRay“ ir didelės perdavimo spartos CAN magistralės versijoms. Keli Ethernet perdavimo sparta gali būti naudojami kartu toje pačioje architektūroje, be sudėtingų skirtingų protokolų vartų, palengvinančių mastelio keitimą per tam tikros E/E architektūros gyvavimo laiką.

Atitiktis teisės aktams ir saugos reikalavimams

Transporto priemonių tinkluose pateikiama informacija yra labai svarbi - kai kurios yra susijusios su sauga arba teisės aktais, o kitos - vairuotojo patogumui ar patogumui. Vienalaikis poreikis perduoti su sauga susijusią ir su sauga nesusijusią informaciją nustato tokių duomenų apdorojimo ir pateikimo bei tinklo projektavimo reikalavimus. Ethernet tinklai suteikia papildomų konfigūravimo parinkčių tinklo dizaineriui. Jie gali naudoti įvairių lygių protokolus, metodus ir elementus, kad užtikrintų, jog prioritetiniai duomenys, signalai ir paslaugos būtų prieinami operatyviai, tuo pačiu leidžiant kelių tipų duomenis tame pačiame fiziniame tinkle.

Kiti automobilio komforto ir saugos aspektai

Šiuolaikiniame automobilyje komforto ir saugumo užtikrinimui naudojamos įvairios sistemos, kurios dažnai integruojasi su CAN magistrale ir komforto bloku.

Stabdžių antiblokavimo sistema (ABS)

Stabdžių antiblokavimo sistema (ABS), sukurta 1978 m., padeda optimaliai sustabdyti automobilį, kad ir kokia kelio danga jis važiuotų. Kai nėra ABS sistemos, stabdant automobilį atsiranda skersinės jėgos, traukiančios transporto priemonę į šoną. Todėl reikia kiekvienam ratui stabdymo momentą valdyti atskirai, norint užtikrinti saugų sustojimą. Automobilį, kuriame yra ABS sistema, stabdant galima valdyti, nes ši sistema neleidžia užblokuoti ratų. Ratų sukimosi dažnis dažniausiai matuojamas induktyviniais jutikliais. Kai transporto priemonė stabdoma atsargiai, ratai slysta tik truputį - jie neblokuojami. Esant dideliam slydimui reikia ABS, kad būtų išvengta ratų blokavimo. Iškilus rato blokavimo pavojui, atitinkamas elektromagnetas mažina stabdymo slėgį, valdo rato stabdymo momentą taip, kad jo slydimas būtų ne didesnis kaip 5 proc. Slydimui didėjant slėgis stabdžių sistemoje mažinamas.

Traukos kontrolės sistema (TCS)

Automobilio traukos sistema TCS (Traction control system), vokiškai - ASR (Antriebs-Schlupf-Regelung), pagerina automobilio stabilumą jam greitėjant bet kokiu paviršiumi. Ši sistema buvo sukurta 1985 metais.

Elektroninė stabilumo programa (ESP)

Automobilio važiavimo dinamikos valdymo sistema ESP padeda neprarasti važiavimo trajektorijos stabilumo posūkyje. Ši sistema, sukurta 1995 metais, veikia nuolatos. Jeigu automobilio važiavimo trajektorija neatitinka posūkio kreivės, ESP sistema pristabdo vieną arba kelis automobilio ratus. Jei automobilis slys į šoną, sistema akimirksniu pakoreguos stabdymo jėgą priekinei ašiai, kol automobilis atgaus stabilumą.

Susidūrimo prevencijos sistema (CMBS)

Susidūrimo prevencijos sistema (CMBS) užtikrina saugumą, naudodama papildomą stabdžių mechanizmą su įmontuotais radiolokaciniais davikliais ir naujausios kartos saugos sistemas PRE-SAFE. Radiolokacinė sistema užfiksuoja priekyje važiuojančius automobilius ir įspėja vairuotoją, jei atstumas iki artimiausio automobilio per mažas arba prie jo artėjama per dideliu greičiu. Jei stabdomas automobilis per greitai lėtėja arba grėsmingai slysta, sistema imasi atsargumo priemonių - įtempiami priekinių sėdynių diržai, išpučiamos sėdynių dalys ir jos sureguliuojamos taip, kad vairuotojas ir keleiviai būtų saugūs.

tags: #transporto #priemones #tinklas #duomenu #magistrale