Характеристика и принцип работы основных элементов бортовой информационно–управляющей системы автомобиля

3. Перспективные направления развития БИУС

Совсем недавно микропроцессорные системы зажигания, электронные системы управления гидравлическими тормозами, системы впрыска бензина, бортовая самодиагностика считались последними достижениями в области автомобилестроения. Теперь такие системы относят к классическим и устанавливают почти на каждый серийный автомобиль.

В наши дни на вновь разрабатываемые модели автомобилей дополнительно начинают устанавливать совершенно нетрадиционные бортовые автоматические системы, к которым относятся: информационная система водителя с микропроцессорным обеспечением; спутниковая навигационно-поисковая система; радарные и ультразвуковые системы зашиты автомобиля от столкновений и угона; системы повышения безопасности и комфорта людей в салоне; система круиз-контроля; система «электронная карта»; мультиплексная электропроводка и другие системы, которые рассмотрены в предыдущих главах.

В данной работе рассматривалась различная организация (архитектура) бортовой информационно-управляющей системы. Сравнение этих архитектур показывает, что БИУС с центральной (однопроцессорной архитектурой) имеет множество недостатков из-за сложности системы, многофункцианальности, высоких требований к надежности и быстродействию системы.

Использование системы с иерархичной организацией дает ряд преимуществ. Это - распределение задач, возможность управления сложными агрегатами в режиме реального времени, что обеспечивает более высокую надежность системы.

Однако такая архитектура имеет свои недостатки - усложняется процедура решения задач управления: возникают сложности распределения общей задачи на ряд отдельных подзадач, сложности увязки этих подзадач между собой; сложности создания алгоритмического и программного обеспечения такой иерархической системы управления.

Наиболее перспективной архитектурой я считаю - децентализованную, или топологическую схему «шина». Развитие компьютерных и сетевых технологий позволяет в настоящее время перейти к созданию децентрализованных распределенных систем компьютерного управления, которые представляю собой множество полностью равноправных процессоров, объединенных в единую систему управления с помощью сетевого канала связи.

Такая организация БИУС имеет ряд преимуществ: отсутствует центральный процессор, выход которого из строя приводит к отказу всей информационно-управляющей системы; отказ любого процессора не приводит к катастрофическим последствиям - задачи, решаемые отказавшим процессором, могут быть перераспределены/размещены на работоспособных процессорах. Таким образом, помимо параллельности решения задачи управления, такая БИУС будет обладать высокой надежностью. Обмен информацией между отдельными подсистемами БИУС, датчиками и исполнительными механизмами может осуществляться по стандартным сетевым протоколам обмена.

Современные подходы автомобилестроителей к комплексному решению задач автоматического контроля, управления и регулирования приводят к тому, что подавляющее большинство новейших автомобильных систем бортовой автоматики являются автотронными, входными воздействиями для которых являются неэлектрические проявления режима работы, условий движения, дорожных ситуаций и других факторов, а выходными потребителями информации (объектами управления) -- неэлектрические узлы, блоки, устройства, газообразные и жидкостные среды, имеющие место на автомобиле, и сам водитель. Это принципиальные отличия автотронных систем от чисто электронных и электрических.

Параллельно проводятся поиски более эффективных компьютерных технологий обработки информации в бортовых электронных системах. Разработаны и уже находят применение так называемые лингвистические функциональные преобразователи, работающие с нечеткими подмножествами лингвистических переменных, выраженных отдельными словами или целыми предложениями на естественном - английском или искусственном - компьютерном языке. При некотором усложнении логических и арифметических операций в микропроцессоров это позволяет повысить точность и скорость обработки сигналов. Значительно усложнился интерфейс, и возникла необходимость в ведении CAN-пpoтокола в мультиплексную систему.

Информационно-управляющие системы автомобиля развиваются в направлении не только повышения уровня программного обеспечения, но и применения в качестве индикаторов современных светодиодов, жидкокристаллических экранов и люминесцентных панелей.

В настоящее время практически отработана концепция автомобилей с повышением бортового напряжения до 42 вольт. Так существует два накопителя энергии: аккумуляторные батареи с напряжением 36 и 12 вольт, молекулярный емкостный накопитель на напряжении 42 вольта. Применение двухуровневой системы обусловлено резким возрастанием числа и мощности бортовых потребителей электроэнергии в системах управления двигателем, активной подвеской и т.д.

Для систем информирования по-прежнему характерны логометрические приборы, но уже с поворотом стрелки на 360 градусов и управление с помощью специализированной микросхемы, что, с точки зрения передачи аналоговой информации, сделало их конкурентоспособными по отношению к электронным комбинациям приборной панели. Появился и новый класс таких систем, как навигационные, которые связаны со спутниками, дорожными радиомаяками и позволяют водителю ориентироваться в сложных городских условиях.

Говоря о тенденциях и перспективах развития автомобильных бортовых устройств, следует отметить, что традиционно наиболее интенсивно совершенствуются узлы, агрегаты и схемы классического электрооборудования. Уже скоро в бортсеть автомобиля будет внедрено второе рабочее напряжение 42 вольта. Это связано с необходимостью повышения напряжения электропитания для новейших энергоемких потребителей, таких как силовые электромагнитные гидроклапаны, электромагнитные соленоиды силовых исполнительных устройств, мощные электродвигатели, силовые электронные коммутаторы, мультиплексная электропроводка и т. п. Ясно, что при повышении напряжения электропитания соответственно уменьшаются токи в цепях потребителей, что приводит к более надежной и экономичной их работе. Но сразу переводить все электропотребители на новое напряжение, как это было сделано при переходе с 6 на 12 вольт, в настоящее время нерационально. Причина тому -- выпуск 12-вольтовых потребителей огромными сериями, технологическая оснащенность производства. А самое главное, все эксплуатируемые в настоящее время автомобили оборудованы 12-вольтными потребителями (электролампы, электродвигатели, электронное и микрокомпьютерное оснащение, аудио-, радио-, видеоаппаратура, бортовая самодиагностика и др.).

Единой стратегии перевода бортовой сети автомобиля на более высокое напряжение пока нет. Полагают, что некоторое время на автомобиле будет два напряжения: 12 вольт -- для классического электрооборудования, и 42 вольта -- для новейших мощных потребителей. Такой подход широко используется па многотонных грузовых автомобилях, где мощные электропотребители 24-вольтовые, а освещение -- от 12 вольт. Еще более яркий пример -- электромобили. Здесь главная тяговая аккумуляторная батарея, управляющий контроллер и тяговый электродвигатель рассчитаны на напряжение 120 - 380 В и соединены между собой отдельными цепями. При этом бортовая сеть остается двенадцативольтовой.

Из вышеперечисленных примеров видно, что функциональное многообразие бортовых электрических устройств приводит к необходимости применения на автомобиле нескольких первичных источников электроэнергии с различными рабочими напряжениями. При этом не исключено, что будет использоваться и переменное синусоидальное напряжение для специальных потребителей.

Под новые напряжения в первую очередь будут модернизированы бортовые электромашины. Уже в наши дни значительно видоизменен электростартер. В нем не применяется последовательное возбуждение, которое заменено возбуждением от постоянных магнитов. Жесткая механическая характеристика электродвигателя +12В стартера согласовывается с пусковым моментом ДВС посредством планетарного редуктора (редуктора Джемса). Давно нет коллекторных генераторов постоянного тока, их заменили многофазные синусоидальные генераторы с полупроводниковыми выпрямителями и электронными регуляторами напряжения. Но и такие генераторы могут значительно видоизмениться при появлении второго рабочего напряжения или если необходимость в высоковольтном переменном напряжении станет реальной.

Ведутся также разработки по созданию универсальной электрической машины, так называемого «стартер-генератора», которая сможет выполнять две функции: запуск ДВС и подачу электроэнергии в бортсеть после запуска ДВС.

Современная микропроцессорная система зажигания с низкоуровневым многоканальным распределением энергии по свечам является наиболее совершенным решением проблемы принудительного электроискрового воспламенения ТВ-смеси в цилиндрах поршневого ДВС. Но и это не предел достижений. Уже испытаны лазерные свечи зажигания, которые работают непосредственно от электронной схемы управления без промежуточного энергонакопителя. Это позволит значительно повысить надежность и КПД системы зажигания, а также избавить ее от высокочастотных электроискровых помех на другие узлы и блоки бортовой электронной автоматики. Электронной схемой управления может стать магнитный модулятор сжатия, работающий на ферромагнитных сердечниках насыщения.

Если магнитопровод трансформатора ввести в режим насыщения, то его коэффициент трансформации резко падает и энергия из первичной обмотки во вторичную не трансформируется.

Выходной трансформатор имеет два изолированных друг от друга магнитопровода -- М, и М2, охваченных общей первичной обмоткой W,. Каждый магнитопровод оснащен отдельной обмоткой управления (WB' и WB") и отдельной двухвыводной вторичной обмоткой (W2' и W2").

Когда по управляющей обмотке W,,' протекает ток, достаточный для насыщения сердечника М,, а обмотка WB" обесточена, то высокое напряжение будет наводиться только во вторичной обмотке W2". Если обесточить управляющую обмотку WEJ' и пропустить ток насыщения по обмотке WB", то насытится сердечник М и высокое напряжение будет трансформировано только в обмотку W2.

Система зажигания с трансформатором насыщения обладает высокой надежностью, малыми габаритами и весом.

В заключение следует отметить, что не все известные разработки бортовых систем вышли из стадии экспериментальных исследований. Они используются в основном на фирменных моделях спортивных и концептуальных автомобилей. Но, как и прежде, почти все новации, испытанные на концепт-карах, рано или поздно начинают применяться на серийных автомобилях.

Таковы тенденции развития автомобильной техники и, в частности, систем бортового электрического, электронного и автотронного оборудования.

Заключение

мультиплексный мехатронный автомобильный сетевой

Термин бортовая информационно-управляющая (БИУС) появился не так давно, но быстро вошёл в обиход разработчиков автоматизированных систем управления современных и перспективных транспортных средств. Сегодня БИУС можно считать отдельной, самостоятельной системой и обособленной областью профессиональной деятельности автомобильных инженеров. Именно под понятием БИУС сейчас объединяются множественные электронные системы транспортных средств. Такое объединение расширяет функциональные возможности транспортных средств, повышает их безопасность, энергоэффективность и «интеллектуальность» за счёт расширения возлагаемых на БИУС функций и реализации усложнённых, в том числе адаптивных, алгоритмов.

В работе были рассмотрены различные типы и виды БИУС. Изучены различные архитектуры бортовых сетей, такие как централизованная, иерархическая и децентрализованная; так же способы построения и организации систем.

Представлены различные способы классификации различных типов бортовых систем. Бортовые системы делятся на системы управления автомобилем системы информирования водителя; системы сбора и передачи информации.

Рассмотрены специализированные бортовые системы автомобилей, такие как: система бортовой самодиагностики автомобиля, электронные противоугонные системы и автомобильные мультиплексные системы передачи информации.

Выяснены перспективы развития бортовых информационно-управляющих систем, а так же определена наиболее эффективная организация (архитектура) бортовой сети - децентрализованная.

Размещено на Allbest.ru