Járműinformatika 1. Óra Kőrös Péter korosp@sze.hu 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: SubBus: CAN (High-Speed, Low-Speed) SAE J1567 (C 2 D), SAE J1850 (PWM) SAE J1850 (PWM) VAN Nagysebeségű / Valós idejű rendszerek ByteFlight FlexRay SAE J2106 TTCAN TTP Multimedia D2B 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 GigaStar WLAN (IEE 802.11) IEEE1394 MOST
Buszrendszerek átviteli sebessége alapján való besorolása SAE szabvány szerint A-osztály B-osztály C-osztály < 10 kbit/s 10 100 kbit/s 100 kbit/s 1 Mbit/s Diagnosztika Komfort funkciók Karosszéria- és Komfortelektronika Valósidejű adatfeldolgozó és multimédia rendszerek
Adatátviteli sebesség (Bit/s) Buszrendszerek költsége és adatátviteli sebessége 25M 10M TTP 1M D 2 B Domestos Digital Bus CAN Zweidrahtbus 20K J1850 Relatív költségek ( ) 0,5 1,0 2,5 5,0
Buszrendszerek összehasonlító táblázata Specifikáció 1999 1983 1999 Rel. Ár/Csomópont Kicsi (~1 ) Közepes(~2 ) Magas (~5 ) Medium Egy vezetékes Két vezetékes Optikai Átviteli sebesség 20 Kbit/s 1 Mbit/s 22,5 Mbit/s Adatmennyiség Kicsi Közepes Magas 2009 Közepes(~3 ) 2x Két vezetékes 2x10 Mbit/s Magas Busz-kezelés Buszhozzáférás Résztvevők száma Master/Slave Multi-Master Master/Slave Aszinkron Aszinkron Szinkron / Aszinkron Master + 16 Slaves Javasolt: Max. 32 Max. 64 Multi-Master Szinkron / Aszinkron Nem definiált
Buszrendszerek alkalmazási területei egy járműben LIN Fedélzeti elektronika Légkondicionálás Lopásvédelem Ajtó és világítási modulok Gateway CAN (TTCAN) Hajtás és járműdinamikai funkciók Hajtómű-vezérlés Motorvezérlés ABS ESP Gateway FlexRay Elektromos fékezés Elektromos kormányzás Elektromos hajtás Tűzfal MOST Infotainment Multimédia Internet Navigáció
Alapfogalmak Bitek és Byte-ok Legkisebb információs egység: bit (0 vagy 1) Jelölése: b 8 bit = 1 byte (2 8 =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. Átvételi idő Várakozási idő Válaszolási idő Szünet Idő Aktiválási időpont Relatív határvonal Abszolút határvonal
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 Busz Lánc Csillag Teljes Gyűrű
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 0110011010101 01101101010011010101 CAN hálózat 1 CAN hálózat 2 Gateway 01101101110001011001 011
Gateway két különböző hálózat között (Firewall) Az adattovábbítás egyirányú 01101101010011010101 CAN hálózat 1 LIN hálózat Gateway 01101101110001011001 011
SuperGateway Minden hálózatot képes kezelni, egyre gyakoribb központi egység (minden hálózatra fel van fűzve) GSM CAN hálózat 1 Bluetooth Super Gateway WLAN VAN hálózat CAN hálózat 2 FlexRay LIN
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 Vezérműtengelyvezérlés Motorfordulatszámmérő
Szenzorok Fizikai, kémiai, elektromos mennyiségek Szenzor Leggyakrabban elektromos kimeneti jel Zavarások (hőmérséklet, Tápfeszültség ingadozások)
Szenzorok integráltsági foka Átviteli út Elektronika nélkül Szenzor Zavarásra érzékeny Vezérlőegység (Jelfeldolgozó, A/D átalakító) 1. Integráltsági fok Szenzor (Jelfeldolgozó) Zavarásra szegény Vezérlőegység (A/D átalakító) 2. Integráltsági fok Szenzor (Jelfeldolgozó, A/D, BUS csatlakozás) 010011010 Zavarmentes 010011010 Vezérlőegység (BUS csatlakozási pont) 3. Integráltsági fok Szenzor (Jelfeldolgozó,A/D, BUS csatlakozás, mikroszámítógép) 01001 Zavarmentes 01001 Vezérlőegység (BUS csatlakozási pont)
Leggyakrabban előforduló szenzorok Fordulatszám szenzorok: Gyorsulásszenzorok Magnetorezisztív jeladók MEMS Indukciós jeladók Képalkotás, térfigyelés Elfordulás- és perdület-szenzorok: Optikai MEMS (Microelectromechanical systems) Video Ultrahang Lézer Fényhatás, esőérzékelő Hőmérséklet szenzorok: Optikai érzékelők NTC, PTC elemek Szögjel adók Potenciméter Hall szenzorok Indukciós
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) 2 4 2 3 2 2 2 1 2 0 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) 16 4 16 3 16 2 16 1 16 0 65536 4096 256 16 1 Decimális Egy helyiértéken 0 9 10 4 10 3 10 2 10 1 10 0 10000 1000 100 10 1
Tízes számrendszerből kettesbe (osztás 2-vel) 199 99 49 24 12 6 3 1 1 1 1 0 0 0 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 16 2 x11 + 16 1 x12 + 16 0 x7 = 256x11 + 16x12 + 7 = 3015
Kettes számrendszerben való összeadás 011011011 011001010 110100101 XOR kapu igazságtáblája 0 0 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0
Köszönöm a figyelmet!