Системы управления автомобилем
Под системой управления автомобилем понимается совокупность устройств и (или) механизмов, предназначенных для изменения скорости авто и изменения направления движения.
Система изменения скорости движения, попросту тормозная система, является главным узлом безопасности водителя и пассажиров. Служит так же для экстренного торможения в случае необходимости.
Система изменения направления движения (рулевое управление) применяется для «адекватного» управления авто. Почему адекватного? Все очень просто, можно было бы установить и автопилот для управления, но ни одна, даже очень «умная» автоматическая система управления не сможет оценить дорожную ситуацию и среагировать правильно.
Знаете, какая тормозная система была на самом первом автомобиле? Никакой! Водитель просто заливал необходимое количество топлива, что бы доехать до определенной точки, после чего двигатель глох и автомобиль останавливался.
В настоящее время тормозные системы «шагнули» так далеко, что появились полуавтоматические тормоза, но об этом позже. Самые, конечно, распространенные тормозные системы, это гидравлические барабанные или дисковые тормоза.
Рулевое управление первых автомобилей не отличалось оригинальностью, это была простая рычажная система, которая при вращении руля или движения рычагов поворачивала колеса в ту или другую сторону.
Современная рулевая система управления представляет собой сложнейший узел, где применяются «помощники» водителя – гидроусилители, антипробуксовочные системы, и др. Ну а рулевые рычаги? Конечно, остались, но претерпели очень серьёзные изменения.
Есть еще одна система управления на современных автомобилях – бортовой компьютер, который берет на себя функцию контроля и управления за узлами, механизмами, на основании полученных данных от внешних датчиков.
|
РЕКОМЕНДУЕМ ТАКЖЕ ПРОЧИТАТЬ:
|
Системы управления автомобиля — органы управления автомобилем
Современные автомобили отличаются легкостью в управлении.
Развитие экономики и строгое следование ее основным принципам привели к тому, что автопроизводители сделали управление автомобилем простым и интуитивно понятным.
Это касается как удобства расположения органов управления, так и усилий, прикладываемых к ним. Кроме этого автомобиль может быть оборудован множеством различных дополнительных систем.
Органы управления автомобилем
Рулевое колесо — наиболее часто используемый во время движения орган управления автомобилем. Воздействие на рулевое колесо позволяет поворачивать управляемые колеса автомобиля в требуемую сторону. На рулевом колесе могут быть расположены кнопки для управления аудиосистемой, системой круиз-контроля и другими.
Подрулевые переключатели. Многофункциональные подрулевые переключатели предназначены для управления наружным освещением, указателями поворота, стеклоочистителями и стеклоомывателями.
Щиток приборов. Щиток приборов является основным источником информации о состоянии систем автомобиля и текущем режиме движения.
Самым главным прибором в щитке является спидометр. Этот прибор сообщает водителю текущую скорость движения. Что бы ни случилось, в любой ситуации наши специалисты по выездной тех помощи на дорогах москвы приедут и окажут необходимую помощь.
Рядом со спидометром обычно расположены еще два очень важных прибора — указатель температуры охлаждающей жидкости и указатель уровня топлива в баке. Из следующей главы можно будет узнать обзор основных типов двигателей: бензиновый, дизельный, газовый, электрический, гибридный (гибридная установка).
На многих автомобилях установлен тахометр. Этот прибор показывает текущую частоту вращения коленчатого вала двигателя.
Раньше тахометр имел важное значение для предохранения двигателя от превышения предельно допустимой частоты вращения, но на двигателях с электронной системой управления это уже не актуально.
Электроника системы управления не позволит превысить максимально допустимую частоту вращения коленчатого вала.
Выключатель (замок) зажигания. Выключатель зажигания является главным рубильником системы электрооборудования. На автомобилях с дизельным двигателем зажигания нет, и формально выключатель надо называть выключателем электрооборудования, но в быту это не прижилось.
Центральная консоль. На центральной консоли обычно размещены аудиосистема и блок управления климатической установкой. Также на ней могут быть установлены информационный дисплей и всевозможные выключатели.
Рычаг переключения передач. Служит для управления механической коробкой передач. Если автомобиль оборудован автоматической трансмиссией, его принято называть селектором АКП. Селектор служит для выбора требуемого режима работы автоматической трансмиссии.
Педали. Служат для управления двигателем, трансмиссией и тормозами.
На панели приборов также расположены выключатели систем комфорта, которыми оснащен автомобиль.
К ним относятся электростеклоподъемники, электроприводы зеркал заднего вида, подогрев сидений, обогрев заднего стекла и наружных зеркал (многие автомобили также оснащены электрообогревом ветрового стекла), электроприводы регулировки сидений и многие другие устройства. Эти
В этой главе мы рассмотрели основные типы автомобилей и выяснили, из каких основных узлов и агрегатов они состоят. Теперь самое время разобраться, как это все работает. Начнем с двигателя.
Электронные системы автомобиля
ВНИМАНИЕ! в Санкт-Петербурге новый адрес! Дальневосточный проспект 73В (коричневое здание с 5ю воротами напротив).
Использование электронных систем отнюдь не превращает авто в интеллектуального робота. Во главе по-прежнему остается водитель, который обязан критически осмысливать дорожную ситуацию и реальные возможности своей машины.
Электронные системы призваны облегчить работу водителя и исправить мелкие оплошности. Автопроизводители обозначают названия систем безопасности своих автомобилей такими аббревиатурами:
ABS — антиблокировочная система.
Ее задача — предотвращение блокировки притормаживаемых колес автомобиля, сохранение ее курсовой устойчивости и управляемости.
Когда колеса заблокировались и машину вот-вот \»понесет\», электронный блок несколько раз \»отпускает — прижимает\» тормозные колодки, благодаря чему колеса проворачиваются. Эффективность в значительной степени зависит от ее настройки. При слишком раннем срабатывании может увеличиться тормозной путь.
HDC — система контроля тяги для спуска с крутых и скользких уклонов.
Работает через \»удушение\» двигателя и подтормаживание колес, но с фиксированным ограничением скорости в пределах 7 км/ч.
ASR — антипробуксовочная система ( она же ASC, ETC, ESR, TCS, STC, TRACS).
Назначение системы — обеспечить устойчивость автомобиля при резком старте или при движении в гору по скользкой поверхности. Избежать \»прокрутки\» колес удается благодаря перераспределению крутящего момента двигателя на те колеса, у которых в данный момент наилучшее сцепление с дорогой. Система работает на скоростях до 40 км/ч.
MSR применяется на переднеприводных дизельных автомобилях для предотвращения блокировки передних колес.
Система полезна в следующих ситуациях: когда колеса слишком сильно скользят, при резком торможении на передаче. Свои функции MSR осуществляет путем воздействия на системы управления топливным насосом высокого давления дизельного двигателя.
ESP — она же VDC, VSC, DSTC, DSC, ATTS, VSA.
Наиболее сложное устройство, управляющее работой антиблокировочной, антипробуксовочной систем, контролирующее тягу и управление дроссельной заслонкой. Блок электронного управления использует информацию от датчиков.
Процессор ESP связан с блоком электронного управления двигателем, что позволяет корректировать мощность и обороты коленчатого вала.
EBD — электронная система распределения тормозных сил (она же EBV).
EDS — система электронной блокировки дифференциала.
Благодаря этой системе:
- повышается безопасность автомобиля
- улучшаются его тяговые характеристики при неблагоприятных дорожных условиях
- облегчается старт
- интенсивный разгон
- движение на подъем
EDS oпределяет угловые скорости ведущих колес и непрерывно сопоставляет их между собой.
При несовпадении угловых скоростей, возникающем, например, при буксовании одного их колес, последнее подтормаживается до тех пор, пока не сравняется по частоте вращения с небуксующим.
При разности частот вращения около 110 об/мин система автоматически включается в работу и без ограничений действует на скоростях до 80 км/ч.
Механизмы управления автомобилем
Механизмы управления автомобилем включают рулевое управление и тормозную систему. Рулевое управление (рис. 2) служит для изменения направления движения автомобилем, что осуществляется поворотом передних колёс вместе с цапфами, на которых они установлены, посредством рулевого механизма (червячная, винтовая, кривошипная или реечная передачи), связанного валом с рулевым колесом (штурвалом) и системой привода с цапфами передних колёс.
Рис. 2. Рулевое управление : 1 — рулевое колесоКолесо — деталь машин и механизмов; имеет форму диска или обода со спицами, вставленными в ступицу.
Колесо может свободно вращаться на оси или быть закрепленным на ней. Служит для передачи или преобразования вращательного движения.; 2 — рулевой вал; 3 — рулевой механизм; 4 — рулевая сошка; 5 — продольная рулевая тяга; 6 — поворотная цапфаЦапфа (от немецкого Zapfen) — участок вала или оси, поддерживаемый опорой. Концевая цапфа называется шипом, расположенная в средней части вала, — шейкой, торцевая — пятой. Шипы и шейки выполняются цилиндрическими, коническими, иногда сферическими; пяты — кольцевыми (с одной опорной плоскостью) и иногда гребенчатыми (с несколькими плоскостями).; 7 — рулевой рычаг; 8 — поперечная рулевая тяга.
Для облегчения управления автомобилем в рулевой приводПривод — устройство для приведения в действие машин. Состоит из двигателя, силовой передачи и системы управления. Различают приводы групповой (для нескольких машин или рабочих органов) и индивидуальный (для отдельной машины или для каждого рабочего органа). вводятся гидравлические, пневматические или гидропневматические усилителиУсилитель в технике — устройство, в котором осуществляется увеличение энергетических параметров сигнала (воздействия) за счет использования энергии вспомогательного источника.
В соответствии с физической природой усиливаемых сигналов различают усилители механические, пневматические, гидравлические и электрические. Усилитель — один из основных элементов устройств автоматики, телемеханики, радиотехники и др.. В России и других странах, где принято правостороннее движение, применяют левое рулевое управление, и наоборот. Это улучшает обзорность дорогиДороги — общее наименование всех разновидностей наземных путей сообщения, предназначенных для передвижения людей, транспорта и грузов., что особенно важно при обгоне. Рулевое управление должно обеспечивать хорошую поворотливость автомобиля без бокового скольжения управляемых колёс на повороте при минимальном усилии на рулевом колесе, а также стабилизацию колёс при прямолинейном движении.
Лёгкость управления создаётся необходимым передаточным числом рулевого механизма и рулевого привода (силовое передаточное числоПередаточное число — отношение числа зубьев колеса к числу зубьев шестерни в зубчатой передаче, числа зубьев колеса к числу заходов червяка в червячной передаче, числа зубьев большой звездочки к числу зубьев малой в цепной передаче; диаметра большого шкива или катка к диаметру меньшего в ременной или фрикционной передаче (нерегулируемой).
Всегда больше или равно 1. находится в пределах 100 — 300), причём передаточное число рулевого механизма часто бывает переменным. Рулевой привод осуществляет одновременный поворот управляемых колёс на различные углы с качением их без бокового скольжения. Стабилизация управляемых колёс, т. е. их способность сохранять положение, занимаемое при прямолинейном движении, и автоматически возвращаться в это положение, когда рулевое колесо будет отпущено, достигается поперечным и продольным наклоном шкворней поворотных цапф колёс.
Для повышения маневренности автомобиля, особенно повышенной проходимости, делают управляемыми все колёса (2-осные автомобили) или колёса двух передних осей (4-осные автомобили). Для этой же цели выполняют поворотными колёса прицепов-роспусков или полуприцепов у автопоездов.
Запуск голосового управления | Использование системы управления голосом | Технические и юридические статьи
Что такое система управления голосом?
Система голосового управления поможет вам управлять некоторыми функциями информационно-развлекательной системы и климат-контроля с помощью голосовых команд.
Система может отвечать голосом и показывать информацию на дисплее водителя.
Система голосового управления — это поддержка, которая может облегчить использование различных команд в вашем автомобиле. Она функционирует, в основном, как обычное приложение, в которое вы вводите данные в определенном порядке для выполнения задачи, но вместо ввода с клавиатуры используются голосовые команды. Поэтому рекомендуем ознакомиться с тем, как и в каком порядке нужно произносить голосовую команду, чтобы получить желаемые результаты.
Ниже приведено введение с общими инструкциями, как начать работу и использовать голосовое управление в вашем автомобиле. Следуя ссылкам в «Дополнительной информации», вы можете узнать больше о том, как голосовое управление может использоваться более конкретно для пяти разных областей: «навигация», «климатическая установка в автомобиле», «телефон», «текстовые сообщения», «радио и медиа».
Система управления голосом
Примечание
Не все системные языки поддерживают голосовое управление.
Системные языки, поддерживающие голосовое управление, в списке доступных системных языков отмечены символом . Подробнее о том, какие системные языки поддерживают голосовое управление, см. Языковые настройки для голосового управления.
Запуск голосового управления
Запуск голосового управления
Your browser does not support the video tag.Примечание
Перечень настроек и меню, представленный на центральном дисплее, зависит от версии программного обеспечения.
Чтобы дать команды через систему голосового управления, вы можете начать «диалог» с системой. Диалог запускается кратким нажатием на кнопку голосового управления с правой стороны рулевого колеса. После нажатия кнопки вы услышите тональный сигнал, и на дисплее водителя появится символ голосового управления.
Символ показывает, что система начала прослушивание, и теперь вы можете вводить команды с помощью цифр. Как только вы начинаете говорить, система распознавания речи обучается понимать ваш голос, это занимает несколько секунд и выполняется автоматически, то есть вам не нужно вручную запускать систему обучения.
Использование голосового управления
Когда вы находитесь в режиме диалога с системой, говорите в естественном темпе и с обычными интонациями. Как правило, система настроена на прослушивание основной команды, за которой следуют более подробные данные, которые определяют, что должна выполнять система.
Для регулировки громкости звука системы поверните ручку громкости во то время, когда говорит система. Во время голосового управления вы можете пользоваться другими кнопками. Однако вы не сможете управлять с помощью кнопок некоторыми функциями, которые связаны со звуком, так как во время диалога с системой другой звук отключается.
Прерывание голосового управления
Чтобы прервать голосовое управление, выполните одно из следующих действий:
- Длительно нажмите на кнопку голосового управления до появления двойного тонального сигнала:
- Кратко нажмите на кнопку голосового управления и произнесите «Отмена».
Голосовое управление также прерывается, если вы не отвечаете во время диалога.
Сначала система три раза задаст вопрос после вашего ответа, и если ответа не последует, система будет автоматически отключена.
Задание пункта назначения с помощью списка контактов в телефонной книге
Если вы хотите в качестве пункта назначения указать адрес контакта из списка абонентов в телефонной книге, вы можете использовать команду «Доехать до [контакт]». Однако адрес может быть найден в базе данных карт только, если он написан правильно и без сокращений. Проверить правильность написания адреса в базе данных HERE можно на сайте wego.here.com.
Обновление системы голосового управления
Система голосового управления вашего автомобиля постоянно улучшается. Вы можете самостоятельно загружать файлы обновления. Дополнительную информацию см. Обновление системы голосового управления.
Команды общего типа
Следующие команды могут использоваться в любой ситуации:
- «Повторить» – повторение последней голосовой инструкции.
- «Отмена» – прерывание диалога.
- «Справка» – запуск диалога-подсказки. В ответ система произносит команды, которые можно использовать в данной ситуации, подсказывает или приводит пример.
Модель автомобиля/модельный год
XC90 и XC90 Twin Engine начиная с модельного года 2016
S90, V90 и V90 Cross Country начиная с модельного года 2017 по модельный год 2021 включительно
XC40, XC60, XC60 Twin Engine, V90 Twin Engine и S90 Twin Engine, начиная с модельного года 2018 по модельный год 2021 включительно
V60, V60 Twin Engine и V60 Cross Country начиная с модельного года 2019 и позже
S60 и S60 Twin Engine, начиная с модельного года 2020
Ассортимент моделей меняется от рынка к рынку.
Управление автомобилем по CAN / Хабр
Введение
Беспилотный автомобиль StarLine
на платформе
Lexus RX 450h— научно-исследовательский проект, стартовавший в 2018 году. Проект открыт для амбициозных специалистов из
Open Source Community. Мы предлагаем всем желающим поучаствовать в процессе разработки на уровне кода, опробовать свои алгоритмы на реальном автомобиле, оснащенном дорогостоящим оборудованием.
Для управления автомобилем было решено использовать Apollo, открытый фреймворк. Для работы Apollo нам необходимо было подключить набор модулей. Эти модули помогают программе получать информацию об автомобиле и управлять им по заданным алгоритмам.
К таким модулям относятся:
- модуль позиционирования автомобиля в пространстве с помощью GPS-координат;
- модуль управления рулем, ускорением и торможением авто;
- модуль состояния систем автомобиля: скорость, ускорение, положение руля, нажатие на педали и т.д.;
- модуль получения информации об окружении автомобиля. С этим справятся ультразвуковые датчики, камеры, радары и лидары.
Прежде всего перед нашей командой стояла задача научиться управлять рулем, ускорением и торможением автомобиля. А также получать информацию о состоянии систем автомобиля. Для этого была проведена большая работу по изучению CAN-шины Lexus.
Теоретическая часть
Что такое CAN-шина
В современных автомобилях управление всеми системами взяли на себя электронные блоки (Рис.
1.). Электронные блоки — это специализированные компьютеры, каждый из которых имеет все необходимые интерфейсы для интеграции с автомобилем. С помощью цифровых интерфейсов связи, блоки объединяются в сеть для обмена информацией друг с другом. Самые распространенные цифровые интерфейсы в автомобилях — CAN, LIN, FLEXRay. Из них наибольшее распространение получил именно CAN.
CAN (Controller Area Network) шина — это промышленный стандарт сети. В 1986 году этот стандарт разработали в компании Bosch. А первым автомобилем с CAN-шиной стал Mercedes-Benz W140, выпущенный в 1991 году. Стандарт разрабатывался для возможности устройствам общаться друг с другом без хоста. Обмен информацией осуществляется с помощью специальных сообщений, которые состоят из полей ID, длины сообщения и данных. Каждый блок имеет свой набор ID. При этом приоритет на шине имеет сообщение с меньшим ID. Поле данных может нести информацию, например, о состоянии систем и датчиков, команды управления механизмами и т.д.
Рис.
1. Шина CAN автомобиля.
На физическом уровне шина представляет собой витую пару из медных проводников. Сигнал передается дифференциально, за счет чего достигается высокая помехоустойчивость.
Рис. 2. Физическое представление сигнала в CAN шине
Посредством CAN шины можно получать информацию о состоянии различных датчиков и системах автомобиля. Также по CAN можно управлять узлами автомобиля. Именно эти возможности мы и используем для своего проекта.
Мы выбрали Lexus RX, потому что знали, что сможем управлять всеми необходимыми узлами по CAN. Так как самое сложное при исследовании автомобиля — это закрытые протоколы. Поэтому одной из причин выбора именно этой модели авто стало наличие описания части протокола CAN-шины в opensource-проекте Openpilot.
Правильно управлять автомобилем — означает понимать, как работают механические части систем автомобиля. Нам было необходимо хорошо понимать, как правильно работать с электроусилителем или управлять замедлением автомобиля.
Ведь, например, при повороте колеса создают сопротивление на рулевое управление, что вносит свои ограничения на управление при повороте. Некоторые системы невозможно использовать без ввода авто в специальные рабочие режимы. Эти и другие детали нам пришлось изучать в процессе работы.
Электроусилитель руля
Электроусилитель руля EPS (Electric Power Steering) — система, предназначенная снизить усилие на руль при повороте (Рис. 3). Приставка «электро» говорит о типе системы — электрическая. Управление рулем с этой системой становится комфортным, водитель поворачивает руль в нужном направлении, а электродвигатель помогает довернуть его до необходимого угла.
Электроусилитель устанавливается на рулевой вал автомобиля, части которого соединены между собой торсионным валом. На торсионный вал устанавливается датчик величины крутящего момента (Torque Sensor). При вращении руля происходит скручивание торсионного вала, которое регистрируется датчиком момента. Данные, полученные от датчика момента, датчиков скорости и оборотов коленвала, поступают в электронный блок управления ECU.
А ECU, в свою очередь, уже вычисляет необходимое компенсационное усилие и подает команду на электродвигатель усилителя.
Рис. 3. Схематичное изображение системы электроусилителя руля
Видео: cистема LKA рулит автомобилем с помощью системы EPS.
Электронная педаль газа
Дроссельная заслонка — это механизм регулировки количества топливной смеси, которая попадет в двигатель. Чем больше смеси попадет, тем быстрее едет автомобиль.
Электронная педаль газа — это система, которая задействует работу нескольких электронных узлов. Сигнал о положении педали, при ее нажатии, поступает в блок управления двигателем ECM (Engine Control Module). ECM, на основе этого сигнала, рассчитывает необходимое количество топлива, которое нужно подать в двигатель. В зависимости от необходимого количества топлива, ECM регулирует угол открытия дроссельной заслонки.
Рис. 4. Система электронной педали газа.
Видео: Для работы круиз-контроля используется управление электронной педалью газа.
Электронные системы помощи водителю
Мы купили автомобиль, который оборудован множеством цифровых блоков и систем помощи водителю (ADAS). В нашем проекте мы используем LKA, ACC и PCS.
LKA (Lane Keep Assist) — это система удержания в полосе, которая состоит из фронтальной камеры и вычислительного блока. LKA удерживает автомобиль в полосе движения, когда водитель, например, отвлекся. Алгоритмы в вычислительном блоке получают данные от камеры и на их основе принимают решение о состоянии автомобиля на дороге. Система способна понимать, что автомобиль неконтролируемо движется к правой или левой полосе. В таких случаях подается звуковой сигнал для привлечения внимания водителя. При пересечении полосы система сама скорректирует угол поворота колес так, чтобы автомобиль остался в полосе движения. Система должна вмешиваться только в том случае, если осознает, что маневр между полосами движения не был вызван действием водителя.
ACC (Adaptive Cruise Control) — система адаптивного круиз-контроля, который позволяет выставить заданную скорость следования.
Автомобиль сам ускоряется и притормаживает для поддержания нужной скорости, при этом водитель может убрать ногу с педалей газа и тормоза. Этот режим удобно использовать при езде по скоростным магистралям и автострадам. Адаптивный круиз контроль способен видеть препятствия впереди автомобиля и притормаживать для избежания столкновения с ними. Если впереди автомобиля едет другое транспортное средство с меньшей скоростью, ACC сбавит скорость и будет следовать за ним. При обнаружении статичного объекта, ACC сбавит скорость до полной остановки. Для обнаружения объектов перед автомобилем такая система использует радар с миллиметровым диапазоном длин волн. Обычно такие радары работают на частоте 24-72 ГГц и способны уверенно видеть объекты на расстоянии до 300 метров. Радар обычно установлен за передним значком на решетке радиатора.
PCS (Pre-Collision System) — система предотвращения столкновения. Система призвана предотвратить столкновение с автомобилем, который движется впереди. При неизбежности столкновения, система минимизирует урон от столкновения.
Здесь так же используются радар для оценки расстояния до объекта и фронтальная камера для его распознавания. Фронт PCS прогнозирует вероятность столкновения на основе скорости автомобиля, расстояния до объекта и его скорости. Обычно у системы есть два этапа срабатывания. Первый этап — система звуком и индикацией на приборной панели оповещает об опасности водителя. Второй этап — активируется экстренное торможение с помощью системы ABS, и включаются преднатяжители ремней безопасности.
Практическая часть
Управление рулем
Первое, что захотелось сделать нашей команде, — это научиться рулить. Рулем в автомобиле могут управлять две системы: парковочный ассистент IPAS (Intelligent Park Assist) и LKA.
IPAS позволяет задавать напрямую угол поворота рулевого колеса в градусах. Так как в нашем автомобиле нет данной системы, проверить и освоить рулевое управление таким способом нельзя.
Поэтому мы изучили электрические схемы автомобиля и поняли, какие CAN-шины могут быть полезны.
Мы подключили анализатор CAN-шины. Лог содержит файл записей сообщений в шине в хронологической последовательности. Наша задача была найти команды управления электроусилителем руля EPS (Electric Power Steering). Мы сняли лог поворота рулевого колеса из стороны в сторону, в логе смогли найти показания угла поворота и скорость вращения рулевого колеса. Ниже пример изменения данных в шине CAN. Интересующие нас данные выделены маркером.
Поворот руля влево на 360 градусов
Поворот руля вправо на 270 градусов
Следующим этапом мы исследовали систему удержания в полосе. Для этого мы выехали на тихую улицу и записали логи обмена между блоком удержания в полосе и DSU (Driving Support ECU). С помощью анализатора шины CAN нам удалось вычислить сообщения от системы LKA. На рисунке 6 изображена команда управления EPS.
Рис. 5. Команда управления рулем с помощью системы LKA
LKA управляет рулем путем задания значения момента на валу (STEER_TORQUE_CMD) рулевого колеса.
Команду принимает модуль EPS. Каждое сообщение содержит в заголовке значение счетчика (COUNTER), которое инкрементируется при каждой отправке. Поле LKA_STATE содержит информацию о состоянии LKA. Для захвата управления необходимо выставлять бит STEER_REQUEST.
Сообщения, которые отвечают за работу важных систем авто, защищаются контрольной суммой (CHECKSUM) для минимизации рисков ложного срабатывания. Автомобиль проигнорирует такую команду, если сообщение содержит некорректную контрольную сумму или значение счетчика. Это встроенная производителем защита от вмешательств сторонних систем и помех в линии связи.
На графике (Рис. 6.) представлена диаграмма работы LKA. Torque Sensor — значение с датчика момента на торсионном валу. Torque Cmd — команда от LKA для управления рулем. Из картинки видно, как происходит подруливание LKA для удержания автомобиля в полосе. При переходе через ноль меняется направление поворота руля. Т.е. отрицательное значение сигнала говорит о повороте вправо, положительное — влево.
Удержание команды в нуле говорит об отсутствии управления со стороны LKA. При вмешательстве водителя, система перестает выдавать управление. О вмешательстве водителя LKA узнает с помощью второго датчика момента на валу со стороны рулевого колеса.
Рис. 6. График работы системы LKA
Нам предстояло проверить работу команды управления рулем. С помощью модуля StarLine Сигма 10 мы подготовили прошивку для проверки управления. StarLine Сигма 10 должен выдавать в CAN-шину команды на поворот руля влево или вправо. На тот момент у нас не было графического интерфейса для управления модулем, поэтому пришлось использовать штатные средства автомобиля. Мы нашли в CAN-шине статус положения рычага круиз-контроля и запрограммировали модуль таким образом, что верхнее положение рычага приводило к повороту руля вправо, нижнее положение — к повороту влево (Рис. 7).
Рис. 7. Первые попытки рулить
На видео видно, что управление осуществляется короткими секциями. Это возникает по нескольким причинам.
Первая из причин — это отсутствие обратной связи. Если расхождение между сигналом Torque Cmd и Torque Sensor превышает определенное значение Δ, система автоматически перестает воспринимать команды (Рис. 8). Мы настроили алгоритм на корректировку выдаваемой команды (Torque CMD) в зависимости от значения момента на валу (Torque Sensor).
Рис. 8. Расхождение сигнала приводит к ошибке работы системы
Следующее ограничение связано с системой защиты встроенной в EPS. Система EPS не позволяет командами от LKA рулить в широком диапазоне. Что вполне логично, т.к. при езде по дороге резкое маневрирование не безопасно. Таким образом, при превышении порогового значения момента на валу, система LKA выдает ошибку и отключается (Рис. 9).
Рис. 9. Превышение порогового значения регулировки момента на валу
Независимо от того, активирована система LKA или нет, сообщения с командами от нее присутствуют в шине постоянно. Мы посылаем модулю EPS команду повернуть колеса с конкретным усилием влево или вправо.
А в это время LKA перебивает наши посылки «пустыми» сообщениями. После нашей команды со значением момента, приходит штатная с нулевым (Рис. 10).
Рис. 10. Штатные сообщения приходят с нулевыми значениями момента и перебивают наше управление
Тогда мы, с помощью модуля StarLine Сигма 10, смогли фильтровать весь трафик от LKA и блокировать сообщения с ID 2E4, когда нам это было нужно. Это решило проблему, а нам удалось получить плавное управления рулем (Рис. 11).
Рис. 11. Плавная регулировка поворота руля без ошибок
Управление газом
Система адаптивного круиз-контроля ACC управляет ускорением и торможением программно по CAN-шине. Блок управления двигателем ECU принимает команды DSU, если необходимо ускориться — активирует электронную педаль газа. Для торможения автомобиля используется рекуперативное торможение. При этом на торможение и ускорение используется одна команда, отличаются только значения.
Команда управления ускорением или замедлением представлена на рисунке 12.
2, ACCEL_CMD = 1000 (0x03E8).
Рис. 12. Команда управления ускорения/замедления автомобиля
Мы сняли логи со штатной системы ACC и проанализировали команды. Сравнили с имеющимся у нас описанием команд и приступили к тестированию.
Рис. 13. Лог управления ускорением/замедлением системы адаптивного круиз-контроля ACC (выделено маркером)
Здесь не обошлось без трудностей. Мы выехали на дорогу с оживленным трафиком для тестирования команды ускорения. Команды управления ускорением или замедлением автомобиля работают только при активированном круиз контроле, не достаточно активировать его кнопкой. Необходимо найти движущийся впереди автомобиль и включить режим следования за ним.
Рис. 14. Активация круиз контроля происходит при наличии впереди другого траснпортного средства
С помощью модуля StarLine Сигма 10 посылаем команду ускорения, и автомобиль начинает набирать скорость. К этому моменту мы подключили графический интерфейс для управления модулем StarLine Сигма 10.
Теперь мы управляем рулем, ускорением и торможением с помощью кнопок в приложении.
Команды работали до тех пор, пока не потеряли автомобиль впереди. Система круиз-контроля отключилась, а следовательно, и команды ускорения перестали работать.
Мы приступили к исследованию возможности использовать команды без активного круиз-контроля. Пришлось много времени потратить на анализ данных в шине CAN, чтобы понять как создать условия для работы команд. Нас интересовало, в первую очередь, какой блок блокирует выполнение команд ACC на ускорение или замедление. Пришлось изучить какие ID идут от DSU, LKA, радара и камеры, подсовывая липовые данные различных датчиков.
Решение пришло спустя 3 недели. К тому времени мы представляли как происходит взаимодействие блоков автомобиля, провели исследование трафика сообщений и выделили группы сообщений, посылаемых каждым блоком. За работу адаптивного круиз-контроля ACC отвечает блок Driving Support ECU (DSU). DSU выдает команды на ускорение и замедление автомобиля, и именно этот блок получает данные от радара миллиметрового диапазона.
Радар сообщает DSU на каком расстоянии от машины движется объект, с какой относительной скоростью и определяет его положение по горизонтали (левее, правее или по центру).
Наша идея заключалась в подмене данных радара. Мы сняли лог следования за автомобилем, вытащили из него данные радара в момент следования. Теперь, после включения круиз-контроля, мы посылаем фейковые данные о наличии впереди идущего авто. Получается обманывать наш автомобиль, говоря что впереди движется другое авто на конкретном расстоянии.
a) б)
Рис. 15. Активация круиза: a) попытка активировать без подмены данных радара; б) активация при подмене данных от радара.
Когда запускаем нашу обманку, на приборной панели загорается значок наличия впереди идущего автомобиля. Теперь мы можем тестировать наше управление. Запускаем команду на ускорение, и автомобиль начинает быстро ускоряться.
Как мы уже узнали, команда на ускорение и замедление одна. Поэтому тут же проверили и замедление. Поехали на на скорости с активным круиз-контролем, запустили команду на торможение, и авто сразу же замедлилось.
В итоге сейчас получается разгонять и замедлять автомобиль именно так, как нам было нужно.
Цель достигнута.
Что еще мы используем
Для создания беспилотника необходимо управление вспомогательными системами: поворотниками, стоп-сигналами, аварийной сигнализацией, клаксоном и пр. Всем этим так же можно управлять по CAN шине.
Оборудование и ПО
Для работ с автомобилем сегодня мы используем набор различного оборудования:
- Анализатор шины Marathon позволяет подключать и читать данные с двух шин одновременно. На сайте производителя анализатора есть бесплатное ПО для анализа логов. Но мы используем ПО, написанное в нашей компании для внутреннего пользования.
- Модуль StarLine Сигма 10 мы используем как платформу для работы с цифровыми интерфейсами. Модуль поддерживает CAN и LIN интерфейсы. При исследовании автомобиля пишем программы на C, зашиваем их в модуль и проверяем работу. Из модуля можем сделать сниффер трафика CAN-шины. Сниффер нам помогает понять, какие ID идут от блока или блокировать сообщения от штатных систем.
- Диагностическое оборудование Toyota/Lexus. С помощью этого оборудования можно найти команды управления системами автомобиля: поворотниками, стоп-сигналами, клаксоном, индикацией приборки.
Сегодня ведется активная работа по разработке беспилотного автомобиля, в ближайших планах реализация экстренного торможения перед препятствиями, их объезда и перестраивание маршрута автомобиля в зависимости от дорожной ситуации и указаний водителя.
Беспилотный автомобиль StarLine — это открытая площадка для объединения лучших инженерных умов России и мира с целью создания прогрессивных технологий беспилотного вождения, которые сделают наше будущее безопасным и комфортным.
GitLab проекта
Электроника НТБ — научно-технический журнал — Электроника НТБ
Представьте себе такую сцену: вы подходите к автомобилю, и его двери автоматически открываются, двигатель включается, а температура салона падает или поднимается до нужного уровня. Затем вы набираете на панели пункт назначения – и машина стартует.
При движении по маршруту вы заранее получаете информацию о каждом препятствии и вариантах объезда. А если путешествие проходит ночью, система ночного видения позаботится о том, чтобы вы видели дорогу так же четко, как днем. Этот сценарий – отнюдь не научная фантастика, так как сегодня уже созданы технологии, позволяющие его осуществить.По большому счету специалисты в области автомобильной электроники концентрируют свои усилия на двух направлениях – дорожная инфраструктура и разумный автомобиль*, которые, однако, тесно связаны между собой. Так, в 1999 году Управление транспортом США направит больше половины бюджетных средств (около 250 млн. долл.) на создание интеллектуальной транспортной системы (ITS), составными частями которой являются технологии разумного автомобиля и интеллектуальная инфраструктура. К 2005 году планируется завершить формирование базовых служб ITS для легковых и грузовых автомобилей, а к 2012-му – развернуть систему полностью. Исследования, в основном, сфокусированы на “человеческом факторе”, обеспечении безопасности и интеграции технологий, применяемых в автомобилях и инфраструктуре, в рамках единой системы ITS.
Пожалуй, сегодня наиболее продуктивно развиваются технологии разумного автомобиля. Остановимся на некоторых из них.СИСТЕМА АДАПТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ СКОРОСТЬЮ
Несколько лет назад в перспективные опытные образцы автомобилей стали включать недорогие радиолокационные системы переднего обзора, которые поддерживают безопасную дистанцию от впереди идущего транспорта, автоматически изменяя скорость автомобиля. Сегодня такие интеллектуальные системы управления скоростью активно разрабатывают многие автомобилестроители. Однако по мере испытаний в реальных условиях обнаруживалось все больше проблем. Например, при движении по магистрали, имеющей небольшую кривизну, сочетание узкого радиолокационного луча и кривизны дороги часто приводит к тому, что систему “стопорит” в другой полосе движения, и скорость автомобиля внезапно снижается.
Многие проблемы, связанные с конкретными ситуациями, можно решить, оснастив систему дополнительными датчиками, расширив объем обработки данных, а также усовершенствовав алгоритмы и увеличив их число.
Одна из возможностей – применение видеокамеры для расширения зоны видимости и обработка изображения, отображающего кривизну дороги. Уже продемонстрированы интересные приложения, которые позволяют компьютеру объединять изображения от оптимально расположенных видеокамер для создания искусственного зеркала заднего обзора и выполнения ряда дополнительных функций. Например, если видеокамеры фиксируют дождь или дымку на ветровом стекле, автоматически включаются стеклоочистители или система кондиционирования воздуха.
Главная задача сегодня – разработка компьютерных систем, способных быстро реагировать на любые изменения и полностью управлять автомобилем в аварийных ситуациях. Интеллектуальная система безопасного управления автомобилем будет содержать РЛС дальнего действия для управления скоростью; РЛС малой дальности действия для обеспечения безопасности; видеодатчики для обнаружения полосы движения (ограждения полосы движения), классификации препятствий и определения кривизны дороги.
Первым легковым автомобилем, оснащенным адаптивной системой управления скоростью, стал роскошный “мерседес” S-класса.
Система обеспечивает безопасное расстояние от впереди идущей машины, регулируя скорость, даже когда водитель не касается педали газа или тормоза. Если автомобиль движется слишком медленно, то, взглянув в зеркало заднего обзора, водитель может перевести автомобиль на свободную соседнюю полосу. Движение моментально ускорится, так как система повышает скорость до заранее установленного значения. А вы все еще не нажимали на педаль акселератора!
Адаптивная система (рис.1) использует доплеровскую РЛС на 77 ГГц, соединенную с системами электронного управления и торможения. Миллиметровый диапазон работы системы обеспечивает технология монолитных ИС СВЧ-диапазона (MMIC) на арсениде галлия.
В этой области лидируют европейские фирмы Daimler-Benz и BMW, а третье место, вероятно, вскоре займет Volkswagen. По мнению аналитиков, активное формирование американского рынка таких систем начнется только тогда, когда работу РЛС удастся надежно согласовать с автоматической трансмиссией автомобиля.
АВТОМОБИЛЬНАЯЯ РЛС БОКОВОГО ОБЗОРА
Переводя автомобиль в другой ряд, водитель не в состоянии полностью оценить безопасность маневра только с помощью зеркал бокового и заднего обзора, особенно при движении ночью или в условиях плохой видимости.
К тому же вдоль боковой части большинства автомобилей существуют скрытые от обзора участки, что нередко вынуждает водителя поворачиваться назад, чтобы проверить, свободен ли ряд сбоку. В трудных дорожных ситуациях это может привести к серьезной аварии и даже катастрофе. Помочь водителю в оценке обстановки при выезде из ряда может радиолокационная система бокового обзора, недавно разработанная американской фирмой HE Microwave. Система представляет собой импульсную доплеровскую РЛС с несущей частотой 24,125 ГГц и шириной полосы 200 МГц. РЛС смонтирована в боковой части автомобиля заподлицо с его внешней поверхностью, так что апертура антенны перпендикулярна к направлению движения платформы и объекта. Зона обзора, таким образом, охватывает всю ширину соседнего ряда и при этом еще предпочтительны двусторонние радарные системы.
РЛС бокового обзора делает простую вещь – оповещает водителя, совершающего поворот, о появлении объекта в скрытой от обзора зоне сигнальными лампочками, установленными в зеркале бокового обзора или рядом с ним, а также звуковым аварийным сигналом.
Система функционирует постоянно и служит дополнением к зеркалам бокового обзора.
Система обладает достаточно высокой чувствительностью, чтобы реагировать на любой автомобиль и даже велосипед, движущийся вдоль боковой стороны платформы РЛС, т.е. в скрытой от водителя зоне. Однако это ее достоинство порой приводит к нежелательному эффекту – в качестве цели система может рассматривать и объекты, не представляющие опасности, иногда даже саму дорогу.
Нередко в зоне бокового обзора присутствуют интенсивные помехи (мешающие объекты). Так, в зону работы правостороннего радара попадают деревья, здания, столбы и др., а левостороннего – транспорт, движущийся навстречу и по средней полосе. И в правом, и в левом полях обзора радаров часто возникают распределенные помехи, например ограждение дорожного полотна. Оба вида РЛС реагируют и на припаркованные машины, которые считаются едва ли не самыми неприятными среди мешающих объектов.
Сигналы, возникающие из-за мешающих (шумящих) объектов, многие водители воспринимают как неприемлемые раздражители.
Чтобы свести эти раздражители на нет и повысить эффективность работы РЛС, в системе бокового обзора фирмы HE Microwave предусмотрена функция, позволяющая в реальном времени отличать опасные цели от помех: при скорости объекта относительно автомобиля больше нуля система относит его к опасным целям, а при скорости, меньшей или равной нулю, – к помехам.
Архитектура РЛС позволяет классифицировать объекты в пределах широкой зоны обзора (особенно по азимуту) при приемлемой стоимости. Стоимостные ограничения препятствуют применению узкого антенного луча, поэтому для охвата широкого азимутального угла необходима широкая диаграмма направленности антенны. Данная РЛС использует метод переключения луча, позволяющий сформировать две зоны обнаружения (рис.2), достаточные для обзора требуемого пространства. Методика обработки сигналов способна обеспечить сектор обзора по азимуту в 180о с разрешением приблизительно 45о. Добавляя антенные лучи, можно расширить сектор обзора.
РЛС обслуживает две зоны обзора путем переключения каналов СВЧ-приемопередатчика (рис.
3). Информацией, необходимой для классификации объекта, служит скорость цели по Х относительно платформы. РЛС оценивает ее путем анализа данных о дальности и скорости изменения дальности объекта и принимает решение в течение 100 мс после обнаружения цели.
Реализация таких методов слежения требует хорошего разрешения по дальности и доплеровской частоте в данных о параметрах цели. Применение в передатчике генератора, управляемого напряжением, а в приемнике – детектора гомодинного типа помогло решить эту задачу без существенного повышения стоимости системы. Генератор, управляемый напряжением, позволяет создавать радиоимпульс с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ). После смешения отраженного сигнала с ЛЧМ-импульсом и анализа модулирующего сигнала с помощью быстрого преобразования Фурье осуществляется импульсное сжатие. Операция повторяется до получения импульсной последовательности. В результате обработки этой группы импульсов получают импульсно-доплеровский сигнал с хорошим разрешением по дальности и доплеровской частоте.
РЛС задерживает последующее срабатывание в каждой из зон обнаружения до тех пор, пока не завершится обработка относящейся к ней группы импульсов. В результате формируется список ответных справок о целях с входящими в них параметрами дальности и скорости изменения дальности для текущей зоны обнаружения. Причем этот процесс завершается до начала сбора данных о следующей зоне. Полученные таким образом данные об обеих зонах анализируются с помощью процессора ложных сигналов и на его выходе объединяются. Критерием захвата цели является совпадение “трех из четырех возможных”, т.е. когда любые три из четырех циклов захвата цели обеспечивают данные, связанные со слежением. Если таких циклов меньше трех, данные слежения стираются, и процесс слежения начинается заново.
РЛС бокового обзора способна многократно возобновлять слежение за целью. Для выявления ассоциаций все сообщения о целях сопоставляются с уже имеющимися данными. Новые ассоциативные данные используются для обновления оценки положения цели и ее скорости.
Из-за широкого азимутального угла обзора при инициализации слежения оценка положения и скорости цели неоднозначна, поэтому последующие данные крайне важны для ее уточнения. Как только оценка признается правильной, начинается процесс распознавания скорости цели относительно Х. Дискриминатор активизирует сигнал тревоги, если одно или более значений скорости цели вдоль Х удовлетворяет классификационным критериям.
Большой объем эксплуатационных испытаний, в том числе длившиеся несколько месяцев дорожные испытания, подтвердили высокую способность системы к принятию решения. РЛС последовательно демонстрировала низкую интенсивность ложных тревог при высокой плотности помех, сохраняя чрезвычайно высокую интенсивность адекватных сигналов тревоги.
В автомобилях следующего десятилетия расширится применение не только радиолокационных систем, о которых шла речь в статье, но также дверей, окон, сидений, зеркал и крыш с сервоприводом; антиблокировочных систем торможения; разумных воздушных подушек и др.
В практику вождения войдут системы глобальной спутниковой навигации, аварийные системы, усовершенствованные системы безопасности и сигнализации (вход без ключа, потеря подвижности, поиск автомобиля), а также системы активного управления подвеской, электронного управления питанием, обнаружения близкого препятствия и предотвращения столкновений. Навигационные системы и системы управления скоростью уже готовы для эксплуатации. В США, например, автомобильную навигацию предполагают ввести в текущем году. А вот системы предотвращения столкновений, скорее всего, не найдут широкого применения до тех пор, пока не удастся повысить их надежность и снизить стоимость. По прогнозам, оснащение новых моделей автомобилей компьютерами начнется с 2001 года. Как отмечают многие эксперты, такой компьютер станет центром сети, одна из главных целей которой – сделать вождение менее утомительным. Ведутся работы по созданию плоской антенны, которую можно будет установить на крыше или заднем стекле автомобиля. Ключевой технологией таких антенн, вероятнее всего, станет фазированная решетка.
IEEE AES Systems Magazine, 1998, v.13, №6, p.3–7
GEC Review, 1998, v.13, №2, p.98–106
Components, 1998, v.33, №2, p.18–20
www.eet.com/story/OEG19981020S0007
www.pubs.cmpnet.com/eet/news/98/1004news/gov.html
www.techweb.com/se/directlink.cgi
Комплексные системы управления транспортными средствами (автомобили)
18.7.
Комплексные системы управления транспортными средствами
В принципе, полная система управления автомобилем включает один ECU, который управляет всеми аспектами автомобиля. На рис. 18.21 показано представление полной системы управления транспортным средством. Однако на практике вместо одного блока управления используются отдельные ЭБУ, которые могут обмениваться данными друг с другом.
Рис. 18.21. Представление полной системы управления транспортным средством.
18.7.1.
Преимущества центрального управления
Преимущества централизованного управления преобладают в основных областях, т.
е. входы и выходы. На стороне ввода рассмотрим все входы, необходимые для работы каждой из следующих трех систем.
• Система зажигания
• Топливная система
• Система трансмиссии.
Вскоре можно увидеть, что существует много общих требований, даже при наличии всего трех возможных областей управления транспортным средством.Одна центральная система управления потенциально может уменьшить сложность проводки, расширяя при этом возможности управления. Это фактически преимущество выходов. Рассмотрим обычное рабочее состояние автомобиля при внезапном резком ускорении и возможные реакции каждой из систем, перечисленных ниже:
| Система | Возможное действие |
| Трансмиссия зажигания | Замедление опережения зажигания Впрыск дополнительного топлива Переключение на более низкую передачу |
Если каждая система работает независимо, возможно, что каждая из них не будет реагировать в некоторой степени наилучшим образом по отношению к другим.
Например, время и количество топлива могут быть установлены, но тогда топливный ECU может принять решение о переключении на более низкую передачу, тем самым увеличивая частоту вращения двигателя. Это в свою очередь требует изменения топлива и ГРМ. На этапе передачи это вызывает снижение эффективности и увеличение выбросов.
При наличии одного блока управления или, по крайней мере, связи между этими тремя системами все правильные действия могут выполняться в наиболее подходящее время. Однако сложность программирования требует значительного увеличения вычислительной мощности.Это особенно очевидно, если принять во внимание другие системы автомобиля, такие как противобуксовочная система, активная подвеска с АБС и рулевое управление.
18.7.2.
Система Bosch Cartronic
В предыдущем разделе на простом примере выделена необходимость в отдельных электронных системах для связи друг с другом. Сложность комбинирования систем, как было предложено выше, возрастает, если учитывать другие факторы, такие как улучшение характеристик, выбросов, безопасности и комфорта водителя.
Bosch использует иерархическую структуру сигналов для решения этой проблемы. На рис. 18.22 показаны два способа соединения систем. Первый использует обычную проводку, а второй использует сеть контроллеров (CAN). Разница между потоком данных в автономной системе и потоком данных в иерархической системе представлена на рис. 18.23.
Рис. 18.22. Связывание систем автомобиля. A. Используя обычную проводку. Б. Использование CAN.
Система Cartronic работает по принципу, согласно которому каждой системой может управлять только система, стоящая над ней в иерархии.Например, интегрированные системы управления трансмиссией управления двигателем и коробкой передач взаимодействуют не напрямую, а через иерархически вышестоящую систему управления трансмиссией.
Ведутся исследования по разработке полных систем управления для транспортных средств. Ожидается, что по мере интеграции все большего количества систем стоимость необходимой электроники будет снижаться.
Вычислительная мощность, необходимая для этого типа системы, уже доступна. На самом деле может быть достаточно 32-битного высокоскоростного микроконтроллера.Проблема с использованием одного ECU для управления всем транспортным средством может заключаться в стоимости устройства. Однако надежность ЭБУ автомобилей постоянно повышается.
Рис. 18.23. Картронная система.
Полное централизованное управление имеет и другие возможные преимущества, такие как возможность расширения одной платы диагностики (OBD) для охвата всего автомобиля. Это может значительно сэкономить время ремонта и эксплуатационные расходы.
Система управления автомобильным двигателем: мозг, стоящий за двигателями