Járműinformatika - rs1.sze.hurs1.sze.hu/~korosp/Jarmuinformatika_levelezo/01 - Jarmuinformatika.pdf · Ajánlottirodalom Gépjárművek buszhálózatai Dr. Kováts Miklós, Dr.

Járműinformatika1. Óra

Kőrös Péter

[email protected]

http://rs1.sze.hu/~korosp/

Ajánlott irodalom

Gépjárművek buszhálózatai

Dr. Kováts Miklós, Dr. Szalay Zsolt (ISBN 978-963-9945-

10-4)

Multiplexed Networks for Embedded Systems

Dominique Paret (ISBN 978-0-470-03416-3)

Járműinformatikai rendszereket generáló és

fenntartó irányvonalak a járműiparban

Két főbb generáló ok:

Jogszabályi (főleg emissziós és biztonsági előírások)

Piaci verseny (menetkomfort, multimédiás célok azaz kényelmi funkciók)

Új irányzat:

X by- Wire rendszerek (elektronikai és informatikai rendszereken alapuló módon):

Fékvezérlés

Kormányvezérlés

Motorvezérlés

1970 1980 1990 2000

Befecskendezés,

irányjelzők, központi zár,

tempomat

Automataváltó,

blokkolásgátló,

klímavezérlés,

elektronikus tükör

Légzsák, navigáció,

asszisztens rendszerek

X by-Wire rendszerek,

telematika, ad-hoc

hálózatok

Járműinformatikai rendszerek jellemzői

Jellemzően buszrendszerek (lehet más topológia is)

Fő célja kábelezés egyszerűsítése (ha egy mai autóban minden egység külön-külön

saját jelkábelekkel csatlakozna, akkor a kábelezés tömege meghaladná a jármű

önsúlyát)

Mechatronikai, kompakt és önálló alrendszerek térnyerése

Kormányszervó

ESP

Motorvezérlés

Stb.

Biztonság (kapcsolatok számának csökkentése, önszabályozás)

Ár!

Járműinformatikai kommunikációs

protokollokkal szemben támasztott

követelmények

Képes legyen sok szereplős vezérlőegységek kiszolgálásra

(csomópontok)

Kellő adatátviteli sebesség

Integráció, komplex rendszerek igényei

Adat sérthetetlenség

Biztonságkritikusság?

Ár!

Járműinformatikai kommunikációs

protokollok

Járműves buszrendszerek osztályozása

Alaprendszerek:

CAN (High-Speed, Low-Speed)

SAE J1567 (C2D), SAE J1850 (PWM)

SAE J1850 (PWM)

VAN

Nagysebeségű / Valós idejű rendszerek

ByteFlight

FlexRay

SAE J2106

TTCAN

TTP

Multimedia

D2B

GigaStar

IEEE1394

MOST

SubBus:

BSD

Ford UBP

GM Single-Wire-CAN

I2C

K-Line/L-Line/ISO9141/KWP2000

LIN

RS-232, RS485

SAE J2058

SPI

Vezeték nélküli kapcsolat:

Bluetooth

WLAN (IEE 802.11)

Buszrendszerek átviteli sebessége alapján

való besorolása SAE szabvány szerint

A-osztály B-osztály C-osztály

< 10 kbit/s

Diagnosztika

Komfort funkciók

10…100 kbit/s

Karosszéria- és Komfort-

elektronika

100 kbit/s…1 Mbit/s

Valósidejű adatfeldolgozó és

multimédia rendszerek

Buszrendszerek költsége és adatátviteli

sebessége

D2B

J1850

20K

1M

10M

25M

0,5 5,02,51,0

Adatá

tvit

eli s

ebess

ég

(Bit

/s)

Relatív

költségek (€)

Domestos

Digital

Bus

TTP

CANZweidrahtbus

Buszrendszerek összehasonlító táblázata

Specifikáció 1999 19991983

Átviteli sebesség 20 Kbit/s 1 Mbit/s 22,5 Mbit/s

Adatmennyiség Kicsi Közepes Magas

Medium Egy vezetékes Két vezetékes Optikai

Rel. Ár/Csomópont Kicsi (~1€) Közepes(~2€) Magas (~5€)

Busz-kezelésMaster/Slave Multi-Master Master/Slave

BuszhozzáférásAszinkron Aszinkron Szinkron /

Aszinkron

Résztvevők száma Master

+ 16 Slaves

Javasolt: Max. 32 Max. 64

2009

2x10 Mbit/s

Magas

2x Két vezetékes

Közepes(~3€)

Multi-Master

Nem definiált

Szinkron /

Aszinkron

Buszrendszerek alkalmazási területei

egy járműben

LIN

CAN

(TTCAN)

FlexRay

MOST

Fedélzeti

elektronika

Hajtás és

járműdinamikai

funkciók

Infotainment

Légkondicionálás LopásvédelemAjtó és világítási

modulok

Gateway

Gateway

Tűzfal

Hajtómű-vezérlés Motorvezérlés ABS ESP

Elektromos

fékezés

Elektromos

kormányzásElektromos hajtás

Multimédia Internet Navigáció

Alapfogalmak

Bitek és Byte-ok

Legkisebb információs egység: bit (0 vagy 1)

Jelölése: b

8 bit = 1 byte (28=256 különböző érték, de számábrázolásban 0-255)

Jelölése: B

1MB = 1.024 KB = 1.048.576 B = 8.388.608 bit

CAN hálózatok jellemző adatátviteli sebessége a járműiparban 500kbit/s (62.5 KB/s, 0.061 MB/s)

Alapfogalmak

Az adatátvitel „sebessége” (sávszélesség):

Egységnyi idő alatt továbbított jelek mennyisége

Informatika: MB/s (HDD: 120 MB/s, SSD: 220 MB/s)

Hálózatok: kb/s -> kbps (modem: 56 kbps, ADSL: 1024 kbps,

kábeles internet: 50 Mbps)

Járműinformatika: Baud/s, kBaud/s -> bps, kbps

Alapfogalmak

Real-Time rendszerek:

Nem azonnali beavatkozást jelent, hanem a időbeli korlátok teljesülését.

Várakozási

idő

Válaszolási idő

Szünet

Átvételi idő

Aktiválási

időpont

Abszolút

határvonal

Relatív határvonal

Idő

Alapfogalmak

Szinkron és aszinkron adatátvitel:

Aszinkron:

Nem folyamatos kommunikáció

Start és Stop jelek

Szünetek (mindig hosszabb egy bitidőnél)

Szinkron:

Folyamatos adatátvitel lehetséges

Jel-szinkronizáció (bonyolultabb elektronika)

Üzenetek tagolása

Alapfogalmak

Bitkódolás (információ nem

mindig egyenlő a fizikai jellel)

NRZ (Non Return to Zero)

MAN (Manchester kód)

PWM (Pulse With Modulation)

0 1

Hálózati fogalmak

Alapfogalmak

Hálózati topológiák

Csillag

Busz

Lánc

Gyűrű

Teljes

Csillag topológia

Jellemzően SubBus rendszerek

topológiája

Master-Slave rendszerek

Közvetlen címzés

Előnyök:

A hálózat egyes résztvevőinek kiesése – a

központi egység kivételével - nem jelenti

a hálózat működésképtelenségét.

Csillagközéppont jól elrejthető, védhető.

Hátrányok:

Központi egység kiesésekor a teljes

hálózat működésképtelen.

Csillag

Lánc topológia

Egyoldalú Gateway (jelerősítés

funkció, repeater)

Ismétlés funkció

Előnyök:

Egyszerű telepítés

Hátrányok:

Szakadás vagy egy egység kiesése estén

a hálózat csak a hiba helyéig

működőképes.

Lánc

Gyűrű topológia

Jellemzően nagysebességű, nem

irányítási feladatokat hajt végre

Előnyök:

Egyszerű rendszer

Hátrányok:

Szakadás vagy egy egység kiesése estén

a hálózat működésképtelen. Gyűrű

Busz topológia

Egységek minden adatot „látnak”

Multi-Master funkció szükséges

Előnyei:

Egyszerű egy új egység csatlakoztatása

Csak a jeltovábbító fizikai közeg kiesése jelenti a

hálózat működésképtelenségét

Hátrányai:

Korlátozott méret (fizikai kiterjedés)

Buszhozzáférés szervezése

Busz

Buszkapcsolati módszerek felosztása

Hozzáférés a

buszhálózathoz

Meghatározott

(vezérelt)

Sztochasztikus

(véletlenszerű)

Központi

vezérlés

(LIN)

Decentralizált

vezérlés

(FlexRay)

Ütközésmentes

(CAN)

Nem

ütközésmentes

(Ethernet)

Hálózatok közötti kapcsolatok

Elvben lehetséges egy, minden vezérlőegységet

összekötő hálózatra.

Miért kell úgynevezett Gateway-eket (Bridge-eket)

alkalmazni mégis a hálózatok között?

Mert olcsóbb rendszer lesz!

Könnyű illeszthetőséget biztosítanak

Jól tagolható, rendszerezhető az informatikai rendszer

Biztonsági funkciókat valósítanak meg

Gateway (Bridge)

Két hálózat között biztosít kapcsolatot, szűrő funkciókat is elláthat

Gateway

CAN hálózat 1 CAN hálózat 2

01101101101110001011001

011011010100110101010110011010101

Gateway két különböző hálózat között

(Firewall)

Az adattovábbítás egyirányú

Gateway

CAN hálózat 1 LIN hálózat

01101101101110001011001

01101101010011010101

SuperGateway

Minden hálózatot képes kezelni, egyre gyakoribb központi egység (minden hálózatra fel van fűzve)

Super

Gateway

CAN hálózat 1

CAN hálózat 2

LINFlexRay

VAN hálózat

GSMWLAN

Bluetooth

Az elektronikus vezérlőrendszer

elemeinek áttekintése

Vezérlőrendszerek egységei

Szenzorok és előírt érték-adók

• Gázpedál-állás

• Levegőtömeg mérés

• Fojtószelep-állás

• Lambdaszonda

• Kopásmérők

• Akkumulátor feszültség

• Sebességfokozat

• Jármű sebessége

Vezérlőegység

• Logika

• Vezérlő

• Szabályozó

• Look-up-Table

• Állapotgép

• Ellenőrző modul

• Diagnosztika

Beavatkozó elemek

(aktuátorok)

• Relék

• EGAS-állító

• Gyújtógyertyák

• Szekunder levegő

• Vezérműtengely-vezérlés

• Motor-fordulatszámmérő

Szenzorok

Szenzor

Zavarások

(hőmérséklet,

Tápfeszültség ingadozások)

Fizikai, kémiai,

elektromos

mennyiségek

Leggyakrabban

elektromos

kimeneti jel

Szenzorok integráltsági foka

Elektronika nélkül SzenzorZavarásra

érzékeny

Átviteli út

Vezérlőegység

(Jelfeldolgozó, A/D

átalakító)

1. Integráltsági fokSzenzor

(Jelfeldolgozó)

Zavarásra

szegény

Vezérlőegység (A/D

átalakító)

2. Integráltsági fok

Szenzor

(Jelfeldolgozó,

A/D, BUS

csatlakozás)

ZavarmentesVezérlőegység (BUS

csatlakozási pont)

3. Integráltsági fok

Szenzor

(Jelfeldolgozó,A/D,

BUS csatlakozás,

mikroszámítógép)

ZavarmentesVezérlőegység (BUS

csatlakozási pont)

010011010

01001

010011010

01001

Leggyakrabban előforduló szenzorok

Fordulatszám szenzorok:

Magnetorezisztív jeladók

Indukciós jeladók

Elfordulás- és perdület-szenzorok:

Optikai

MEMS (Microelectromechanical

systems)

Hőmérséklet szenzorok:

NTC, PTC elemek

Szögjel adók

Potenciméter

Hall szenzorok

Indukciós

Gyorsulásszenzorok

MEMS

Képalkotás, térfigyelés

Video

Ultrahang

Lézer

Fényhatás, esőérzékelő

Optikai érzékelők

Vezérlőegység

Szenzoros jelek feldolgozása

(analóg, digitális)

Memória (EEPROM)

Mikroprocesszor

Döntések, logika

Vezérlés

Szabályozás

Számítások

Önellenőrzés

Diagnosztika

Teljesítményelektronika

Beavatkozók (aktuátorok)

Elektromechanikus működtetők

Vezérlőegység által kiadott elektromos jelet mechanikai munkává alakítja

(elfordulás, elmozdulás)

Jellemzően külső terhelés biztosítja a 0 állapotot (rugó, laprugó stb.)

Mágnesszelepek

Proporcionális szelepek

Közvetlen mágneses

Elektrohidraulikus

Számrendszerek és az átváltások

műveletei

Bináris

Egy helyiértéken 0 vagy 1 (fizikai jel reprezentálása)

24 23 22 21 20

16 8 4 2 1

Hexadecimális

Egy helyiértéken 0 … 15 (helyiérték értékkészlete: 0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F)

164 163 162 161 160

65536 4096 256 16 1

Decimális

Egy helyiértéken 0 … 9

104 103 102 101 100

10000 1000 100 10 1

Tízes számrendszerből kettesbe (osztás 2-vel)

199

99

1

49

1

24

1

12

0

6

0

3

0

1

1

11000111

Kettesből tizenhatos számrendszerbe

11000111

8 4 2 1 8 4 2 1

12

C

7

7 C7

Tízes számrendszerből tizenhatosba (osztás 16-tal)

199

12

7

C C7

Tizenhatos számrendszerből tízesbe

BC7

162x11 + 161x12 + 160x7 =

256x11 + 16x12 + 7 =

3015

Kettes számrendszerben való összeadás

011011011

011001010

101001011

XOR kapu igazságtáblája

0 0 0

1 0 1

0 1 1

1 1 0

Köszönöm a figyelmet!