Analýza diagnostických metód motorových vozidiel v prostredí CANoe

	Trenčianska Univerzita Alexandra Dubčeka v Trenčíne Fakulta Mechatroniky
	Analýza diagnostických metód motorových vozidiel v prostredí CANoe zadanie práce Diplomová práca

Autor:	Bc. Boris Ilkyw
Pedagogický vedúci:	Ing. Ján Žabka, CSc.
Študijný odbor:	Mechatronika
Akademický rok	2009/2010

Obsah práce

1.	História CAN
2.	Analýza diagnostických metód motorových vozidiel

Abstrakt slovensky

Abstract anglicky

Úvod V dnešnej dobe je nutné neustále napredovať zvyšujúcim sa požiadavkám na bezpečnosť jazdy, jazdný komfort, nízky obsah škodlivín vo výfukových plynoch, malú spotrebu paliva, preto sa neustále v automobiloch integrujú nové moderné elektronické systémy. Každému elektronickému systému v automobile je priradená digitálna riadiaca jednotka, napr. pre zapaľovanie a vstrekovanie, pre ABS alebo pre automatickú prevodovku. Každej riadiacej jednotke sú priradené určité špeciálne snímače, čidlá, akčné členy a prevodníky. Pochody kontrolované jednotlivými riadiacimi jednotkami musia byť vzájomne nadviazané, napríklad ak nastane v danom okamžiku zmena zapálenia zmesi a pri tom sa v priebehu radenia prevodových stupňov má zmeniť točivý moment kľukového hriadeľa.

Ďalším príkladom je zmenšenie hnacieho momentu v priebehu zamedzovania prekĺznutia hnacích kolies pri akcelerácii, poprípade decelerácií = ASR (tzv. regulácia prešmyknutia kolies pohonu). Je výhodné využívať snímače a čidlá všetkých riadiacich jednotiek spoločne. Neustále sa zvyšujúca výmena informácií medzi riadiacimi jednotkami má pre celkový systém auta nesmierny význam. Aby elektrická a elektronická časť automobilu zostala aj naďalej prehľadná a nezaberala v aute veľa miesta, je nutné nájsť a uplatniť jednoduchý systém. Tento systém sa nazýva implementovanie dátovej zbernice CAN.

Systém, ktorý využíva dátové zbernice CAN, bol vyvinutý špeciálne pre použitie v motorových vozidlách špeciálne u vozidiel koncernu VW Group (Škoda, Seat, AUDI, Volkswagen). Dátová zbernica CAN použitá v automobiloch sa dá predstaviť ako dva výrazy, ktoré nás budú neustále sprevádzať. Jedna z nich sa volá CAN, je to systém pre dopravu a rozdeľovanie dát, vyvinutý špeciálne pre použitie v motorových vozidlách. Dátovú zbernicu BUS si môžeme predstaviť ako autobus ktorý prepravuje mnoho osôb, tak isto zbernica CAN prepravuje množstvo informácií (obr. č.1.).

Obr. č. 1: Názorné porovnanie zbernice CAN zo systémom BUS

História CAN

Prvými samostatne fungujúcimi regulačnými systémami v autách, aj keď v mechanickej podobe, boli do dnešného dňa známy termostat a časť karburátora, zabezpečujúca voľnobežné otáčky motora. V medzivojnovom období prišli na trh v Spojených štátoch autá s automatickou prevodovkou. Po dlhých rokoch sa objavil systém ABS. Niekto by mohol namietať, že mechanické, resp. elektromechanické vstrekovanie paliva bolo nasadené skôr, než systémy bez spätnej väzby (v prípade spaľovacieho motora ju tvoria sondy lambda, ktoré dávajú riadiacej jednotke informáciu o kvalite výfukových plynov) sa považujú za čisto ovládacie, (poloha plynového pedálu určí mieru otvorenia škrtiacej klapky, a tak je nasatý vzduch obohatený o zodpovedajúce množstvo paliva). Od tohto obdobia sa vďaka rozvoju polovodičovej techniky elektrické a elektronické systémy, ako aj v iných oblastiach života, začali udomácňovať aj v automobiloch. Pre vysvetlenie sú zámerne použité oba veľmi podobne znejúce výrazy (elektrické a elektronické systémy), keďže predstavujú dva rôzne princípy, a to elektrifikáciu vozidla a nahrádzanie alebo dopĺňanie komponentov fungujúcich na neelektrickej báze elektrickými komponentmi.

Cieľom je zlepšenie komfortu alebo zvýšenie presnosti riadenia jednotlivých ovládacích elementov, čo má však za následok zvýšený príkon a celkový odber elektrického prúdu vozidla. Vyžaduje teda väčší zdroj elektrického prúdu a napájacie vodiče s väčším priemerom, resp. efektívnejšie spínanie napájania pre jednotlivé spotrebiče.

V nedávnej minulosti sa za riešenie považovala zmena terajšieho palubného napätia z 12 V na 24 V, no investície do vývoja nových polovodičových komponentov a svoriek tento trend spomalili. Príklad elektrifikácie je aj napríklad integrácia elektronických členov do okruhu kúrenia na rýchly pred ohrev vzduchu, nahradenie podtlakovej regulácie tlaku v turbokompresore elektromotorom. Elektronizácia vozidla bola hlavne o nahrádzaní jednotlivých riadiacich systémov vozidla, fungujúcich na mechanickej báze, elektronickými systémami, resp. vybavenie vozidla systémami, ktoré pri zohľadnení nárokov kladených na vozidlo môžu fungovať len na elektronickej báze napríklad Elektronizácia systému monitorovania tlaku v pneumatikách, alebo elektronický stabilizačný systém ESP.

Po čase nasledovalo elektronicky riadené vstrekovanie paliva, elektronické riadenie automatickej prevodovky, airbagu a ESP, elektronicky riadený podvozok a množstvo komfortných a bezpečnostných funkcií. Tieto systémy pracovali na začiatku nezávisle od seba, nevyužívali žiadne merané veličiny a len minimálne ovplyvňovali svoju činnosť navzájom.

Nárastom počtu funkcií sa však komunikácia medzi riadiacimi systémami ukázala z viacerých, hlavne ekonomických dôvodov ako potrebná. Väčšina výrobcov automobilov si zobrala za štandard CAN zbernicu , na ktorej sa v rámci danej komunikácie vymieňajú namerané a vypočítané hodnoty, napr. riadiaca jednotka ESP opakovane vysiela na CAN zbernicu informáciu o momentálnej rýchlosti auta, ktorú ako vstupnú veličinu môžu použiť riadiace systémy motora, automatickej prevodovky, pruženia, diferenciálov, servoriadenia, airbagu, kúrenia a klimatizácie, natáčania reflektorov do zákruty, a iné asistenčné systémy

Zbernice CAN

Výrobcovia automobilov neustále zdokonaľujú technológie používané vo vozidlách integrovaním rôznych elektronických systémov a komponentov. Tie postupne nahrádzajú mechanické systémy a zvyšujú komfort a bezpečnosť vozidiel. Takisto ale vyžadujú použitie veľkého množstva kabeláže (u niektorých vozidiel až niekoľko kilometrov). To viedlo k myšlienke vytvoriť sieť, ktorá by spájala elektronické komponenty vo vozidle použitím menšieho množstva vodičov viď na obr. č.2.

Obr. č. 2: Technológia zapojenia elektronických komponentov cez zbernicu CAN

CAN BUS je sériová zbernica, ktorú vyvinuli firmy Intel a Róbert Bosch špeciálne pre automobilový priemysel už v roku 1988. CAN BUS funguje ako “počítačová“ sieť. Spája jednotlivé riadiace jednotky a senzory vo vozidle pomocou jedného, alebo dvoch vodičov. Tie medzi sebou komunikujú pomocou dátových prenosov. Dnešné vozidlá v sebe integrujú jednu, dve alebo tri dátové zbernice CAN, ktoré operujú na rôznych rýchlostiach. Pri nízkych rýchlostiach komunikuje CAN pod úrovňou 125 Kb/s a riadi elektronické prvky karosérie, ako napríklad kontrolné funkcie dverí (zrkadlá, centrálne zamykanie dverí, vnútorné osvetlenie, sťahovanie okien) a ďalšie užívateľské rozhranie. Pri vysokej rýchlosti (až 1 Mb/s) riadi dátová zbernica CAN v reálnom čase kritické funkcie, akými sú napríklad riadenie motoru, proti blokovací brzdový systém ABS a systém udržiavania rýchlosti jazdy. Vysielané dáta nemajú žiadnu adresu, príjem týchto dát môže byť mnohonásobný (jedna správa môže byť prijatá niekoľkými zariadeniami).

CAN protokol je vhodný pre použitie v automobiloch aj z dôvodu, že detekuje a opravuje prenosové chyby vznikajúce od okolitých elektromagnetických polí. Dovoľuje tiež jednoduché nastavenie systému a umožňuje centrálnu diagnostiku pomocou daného diagnostického softwaru ( podľa výrobcu ). CAN zbernica ktorú opisuje model ISO 11898, obsahuje vrstvy ISO/OSI.

Výhody:

• jednoduchosť komunikačného protokolu,
• vysoký výkon najmä v časovo kritických aplikáciách,
• schopnosť činnosti aj ťažkých prevádzkových podmienkach (elektromag. rušenie),
• dostupnosť lacných komunikačných obvodov,
• veľmi krátka doba pre prioritné správy,
• krátke dĺžky dátových segmentov umožňujúce rýchle reakcie,
• lacné komunikačné procesory od firiem Bosch, Intel, Philips,

Základné parametre: prenosové médium krútená dvojlinka (RS-485), prenosová rýchlosť od 10Kb/s. do 1Mb/s , podľa dĺžky zbernice. Druhy zberníc:

• Full-CAN
• Basic-CAN Full CAN sa líši rozdielnou aplikáciou 7. vrstvy ISO/0SI modelu fyzickú a linkovú má rovnakú.

Full – odovzdáva správy automaticky, informačné dáta sú vysielané prostredníctvom dvoj bránovej pamäte, výhoda je malé zaťaženie centrálnej jednotky (CPU), nevýhoda obmedzený počet správ odovzdaných a pripravených na spracovanie.

Basic – jednoduchší radič zbernice, výmenu správ zabezpečuje CPU, medzi radič zbernice a CPU je zaradená vysielacia a prijímacia vyrovnávacia pamäť. Výhodou je skoro neobmedzený počet správ, ktoré môžu byť odovzdané a pripravené na spracovanie, nevýhoda vysoké zaťaženie CPU.

Prenášanie dát a komunikácií v automobiloch po zbernici CAN

K výmene informácií medzi jednotlivými riadiacimi jednotkami dochádza po samostatných vodičoch, kde je vždy jeden vodič určený k prenosu jedného druhu informácie. S každým ďalším druhom prenášanej informácie, rastie počet potrebných vedení a počet pinov na svorkovnici riadiacich jednotiek. Pri tejto forme výmeny informácii sa všetky dáta prenášajú len po dvoch vedeniach. Na obidvoch (obojsmerných) vedeniach sa prenášajú rovnaké dáta, a to nezávisle na počte riadiacich jednotiek a množstve dopravovaných údajov. Tento spôsob prenosu dát je vhodný len do určitého množstva prenášaných dát po zbernici. Prenos informácii pomocou dátovej zbernice CAN má význam vtedy, ak je potreba prenášať mnoho informácií medzi viacerými riadiacimi jednotkami. Dátová zbernica CAN je druh prenosu medzi riadiacimi jednotkami ktorou sú jednotlivé riadiace jednotky spojené do uceleného systému. Čím viacej má riadiaca jednotka informácií o stave celého systému, o to lepšie môže vyhodnocovať jednotlivé funkcie. V motorových vozidlách existujú tri základné oblasti použitia zberníc CAN (dátová zbernica hnacieho ústrojenstva automobilu, dátová zbernica jednotky komfortnosti elektriky vozidla a dátová zbernica luxusu).

• Dátová zbernica jednotky komfortnosti - zahrňuje centrálnu jednotku komfortnosti elektriky a jednotku komfortnosti elektriky dverí.
• Dátová zbernica hnacieho ústrojenstva automobilu – zahrňuje prepojenie nasledujúcich ďalších riadiacich jednotiek ako sú riadiaca jednotka motora, riadiaca jednotka ABS, riadiaca jednotka automatickej revodovky viď na obr. č.3.

Obr. č. 3:Technológia zapojenia Riadiacich jednotiek a ovládacích komponentov cez zbernicu CAN (prevzaté z dielenskej príručky).

Na komunikáciu po dátovej zbernici CAN je nutné aby sa hardwarovo zbernica CAN skladala z jedného radiča, jedného vysielača, dvoch ukončení dátovej zbernice a dvoch vedení dátovej zbernice. Z výnimkou dátových vedení sa všetky jej časti nachádzajú v puzdre riadiacich jednotiek. Úloha radiča CAN je nasledovná: radič CAN dostáva od mikropočítača ktorý je v riadiacej jednotke dáta ktoré sa majú po zbernici CAN poslať. Tento radič ich pripravuje na ďalšie spracovanie a posiela ich vysielaču CAN. Súčasne však prijíma aj od vysielača dáta ktoré spracuje a pošle ich nazad riadiacej jednotke ktorá ich spracuje. Vysielač CAN je vlastne vysielač a prijímač v jednom (Transreceiver).Vysielač má za úlohu meniť dáta radiča CAN na elektrické signály. Tak isto aj prijíma elektrické signály ktoré mení na dáta pre radič CAN.

Dátová zbernica ktorá je nutná na komunikáciu medzi aktívnymi a pasívnymi prvkami zbernice sa musí ukončiť odpormi ktoré zabraňujú aby sa už raz poslané dáta znova vracali z koncov zbernice a skresľovali dáta nové (takzvaná nepriama spätná väzba) viď na obr. č.4. Pri prenose dátovou zbernicou nie je príjemca dát určený, ale dáta sú do dátovej zbernice vysielané a prijímané spravidla všetkými účastníkmi.

Obr. č.4: Technológia zapojenia dátovej zbernice CAN a jej nasledovné ukončenie (prevzaté z dielenskej príručky).

Priebeh dátového prenosu:

1. Príprava dát – Dáta vychádzajú vždy z riadiacej jednotky ktorá odovzdáva svojmu radiču vždy len dáta ktoré sú pripravené a majú sa poslať ďalej.
2. Posielanie dát – Vysielač CAN dostáva dáta od radiča CAN premení ich na sériové elektrické signály a pošle ich ďalej.
3. Prijatie dát – Ostatné riadiace jednotky ktoré sú zapojené do siete riadiacich jednotiek poslané dáta prijmú.
4. Kontrola dát – Riadiace jednotky si preveria či sú prijaté dáta pre ich činnosť potrebné.
5. Prevzatie dát - Ak sú prijaté dáta pre riadiacu jednotku potrebné tak si ich riadiaca jednotka prevezme a nasledovne aj spracuje. Ak nie sú dané dáta potrebné pre činnosť riadiacej jednotky tak ich jednotka naďalej ignoruje.

Prenos dát po zbernici CAN je teda nasledovný, dátová zbernica CAN prenáša po veľmi krátkych časových intervaloch medzi riadiacimi jednotkami dátový protokol nazývaný správa. Tento protokol sa skladá z množstva po sebe pre posielaných bitov, tento počet je však závislý na veľkosti dátového poľa (dátového protokolu). Dátový protokol je vždy vytváraný podľa zhodného dátového rámca (data-frame). Tento rámec je vytvorený siedmimi po sebe idúcimi poľami viď na obr. č.5.

Obr. č.5: Štruktúra dátového rámca.

Počiatočné pole 

označuje začiatok dátového rámca .

Stavové pole 

v tomto poli je stanovená priorita dátového protokolu. Ak chcú napríklad 2 riadiace jednotky vyslať svoje dáta súčasne tak dáta ktorých je priorita vyššia majú prednosť. Túto prioritu určuje stavové pole.

Riadiace pole 

Riadiace pole obsahuje kód alebo šifrovaný 1 bit počtu informácií ktoré sú obsiahnuté v dátovom poli. Vďaka tomu môže príjemca skontrolovať či mu prišli na spracovanie všetky.

Dátové pole 

V dátovom poli sú prenášané informácie ktoré sú dôležité pre ostatné riadiace jednotky. Obsahom informácií (0-8byte) toto pole pojme najviacej dát.

Kontrolné pole 

Kontrolné pole slúži ku kontrole CRC integrity (cyclical redundancy check) je to vlastne skript na zisťovanie chýb v prenose. Jedná sa o metódu založenú na cyklickom výpočte kontrolného kódu dát pred prenosom a po prenose.

Potvrdzovanie pole 

Slúži na potvrdenie prijatia dát po zbernici CAN. Príjemca signalizuje objektu ktorý správu vyslal , dáta o korektnom prijatí dátového protokolu. Ak bola zistená chyba je to okamžite danému vysielaciemu objektu oznámene a dátový protokol sa posiela znova .

Ukončovacie pole 

V tomto poli potvrdzuje vysielač svoj dátový protokol a potvrdzuje objektu ktorý správu vyslal či je daná správa alebo objekt v poriadku. Ak nie je, dochádza ku okamžitému prerušeniu a opakovaniu celého prenosu pomocou 7 komunikačných polí dátového rámca ktoré sa používajú pri komunikácií po zbernici CAN.

Tento dátový rámec bol popisom softwarovej komunikácie po zbernici CAN. Ku hardwarovej komunikácií po zbernici slúži systém (CAN ISO 11898). Špecifikuje len fyzickú a linkovú vrstvu prezentovanú krútenou dvojlinkou ako prenosové médium, maximálna dĺžka linky je 500m pri max prenosovej rýchlosti na danú vzdialenosť (6km/10Kbit/s), maximálna prenosová rýchlosť (1Mbit/s-40m). Maximálny počet pripojených zariadení ku zbernici CAN je 110 (čidlá, snímače).

Zbernica CAN obsahuje špeciálnu funkciu zasielania diagnostických údajov (Správa = Identifikátor + Obsah správy), vzdialený rámec posiela žiadosť o vyslanie údaja typu uvedeného v identifikátore rámca, ďalej diagnostický signál preťaženie, (zahltenie) – vysiela ho preťažené zariadenie, ktoré nestíha čítať údaje zo zbernice. Formát údajových rámcov je štandardný formát (11-bitový identifikátor). Aktívne členy v CAN, môžu komunikovať z RJ štýlom tak, že aktívne rámce prijíma aj vysiela, a pasívne – rámce len prijíma a nespracováva ich. Rámce v štandardnom formáte majú vyššiu prioritu ako rámce v rozšírenom formáte. Detekcia a signalizácia chýb nastáva pomocou kontroly CRC prenosu rámcov avšak pri chybe formátu sa overuje aj štruktúra a veľkosť rámca. Pri prenose často nastáva chyba potvrdenia, túto chybu odhaľuje vysielač, ak žiadny prijímač nevynuluje bit ACK slotu.

ACK slot má na starosti monitorovanie zariadení, ktoré vysielajú údaje na zbernicu a zisťujú rozdiely medzi vysielanými a (vlastnými) prijímanými bitmi, vkladanie bitov (bit stuffing) – po každých piatich rovnakých bitoch vkladá vysielač jeden opačný bit, ktorý je pri príjme vynechávaný. Tento komunikačný ISO štandard ktorý sa používa na komunikáciu v automobiloch alebo automobilovom priemysle vznikol spojením automobiliek - (Spoločnosť auto motivovaných inžinierov), v ktorej sa nachádzajú výrobcovia vozidiel (Opel, BMW, Daimler-Benz, Mercedes-Benz, Renault, Bosch, Siemens, Volkswagen).

Nové trendy v riadení automobilov pomocou zbernice CAN

Nové trendy a komfortné funkcie, ktorých činnosť závisí od rýchlosti vozidla (napr. z bezpečnostných dôvodov nemožno za jazdy sklápať vonkajšie spätné zrkadlá, elektricky posúvať vodičovu sedačku a po prekročení určitej rýchlosti sa vozidlo samostatne zamkne) posielajú príkazy iným riadiacim systémom, napr. požiadavka riadiacej jednotky automatickej prevodovky na zníženie krútiaceho momentu motora v okamihu radenia.

Riadiace systémy v dnešnom vozidle sa dostávajú do vozidla na základe podnetu výrobcu, záujmu zákazníkov a podmienok zákonodarcov. Tí prví potrebujú vyrábať jednoduchšie a lacnejšie. Tí druhí sa chcú viesť spoľahlivejšie, bezpečnejšie a pohodlnejšie.

Zákonodarca predpisuje, za akých bezpečnostných, emisných a iných podmienok môže byť vozidlo prevádzkované na verejných komunikáciách. Sprísňujúce predpisy nútia výrobcov zdokonaľovať systémy riadenia (napr. emisií) alebo bezpečnostné systémy nasadením elektroniky, keďže splniť požadované podmienky pomocou mechanických komponentov, spĺňajúcich nároky kladené na dnešné automobily, už nie je možné.

Ako príklady nasadenia elektronických riadiacich systémov v dôsledku zákonodarných noriem môžeme uviesť:

• riadenie emisií a elektronický manažment motora (tzv. normy EU 2/EU 3/EU 4 pre EU a pre Severnú Ameriku),
• optimalizácia času aktivácie airbagu spolujazdca v závislosti od zaťaženia sedadla.

Najkomplikovanejšie riadiace systémy sa nachádzajú v oblasti pohonu a ovládania vozidla. Ich komplexnosť je daná vysokými nárokmi na bezpečnosť a rýchlosť rozhodovania. Oproti autám nedávnej minulosti, v ktorých sa využívali zosieťované systémy, sa dnes nasadili tzv. zosieťované funkcie. V praxi to znamená, že daný riadiaci systém sa nedá už presne ohraničiť riadiacou jednotkou, jej snímačmi a akčnými členmi. Daná jednotka „prepožičiava“ svoju výpočtovú kapacitu, svoje snímače a akčné členy inej jednotke (napr. vzťah Master-Slave pri riadení mnohovalcových motorov viacerými riadiacimi jednotkami), resp. zapája sa do realizácie funkcií iných riadiacich systémov ako subsystém (napríklad na stabilizácii vozidla pri šmyku sa popri ESP zúčastňujú aj riadiace systémy motora, automatickej prevodovky, diferenciálov a servoriadenia). Do vozidla sa samozrejme dostávajú aj funkcie ktoré si vynútila moderná, silne motorizovaná spoločnosť s rastúcim podielom vodičov, ktorých pozornosť je z nejakého dôvodu čiastočne znížená (vysoký vek, únava na dlhých cestách, prežité autonehody, stres atď.). Ide o tzv. asistenčné systémy podporujúce aktívnu bezpečnosť, ktoré čiastočne preberajú ovládanie vozidla a tým odbremeňujú pozornosť vodiča (napr. dažďový snímač, automatické zopnutie svetiel, tempomat, riadenie odstupu od predchádzajúceho vozidla, rozjazdová ručná brzda atď.) alebo upozorňujú vodiča na možné nebezpečenstvo (varovný systém neželaného vybočenia z jazdnej dráhy, varovný systém možnej kolízie s vozidlom idúcim rýchlejšie zozadu pri predbiehaní, sledovanie pozornosti vodiča atď.)

Riadiace systémy ovládania vozidla môžeme rozdeliť do viacerých skupín podľa toho, odkiaľ získavajú informácie a či svojimi riadiacimi procesmi zasahujú do ovládania vozidla s vedomím alebo bez vedomia vodiča. Z delenia vidíme, že existuje skupina systémov, ktoré pri rozhodovaní a zásahu do riadenia vozidla úplne vylučujú ľudský faktor. Všeobecne platí, že vozidlo vybavené ľubovoľným riadiacim systémom nesmie pri použití tohto systému v ľubovoľných podmienkach vykazovať horšie ekologické, bezpečnostné a jazdné vlastnosti, ako vozidlo bez daného systému. Tieto systémy reagujú oveľa rýchlejšie ako vodič (reakčný čas bežného človeka je niekoľko desatín sekundy) a dokážu aj to, čo nie je v možnostiach ani toho najskúsenejšieho vodiča (napr. brzdenie rozdielnym brzdiacim momentom na ľavej a pravej strane vozidla pri tzv. µ-splite, alebo takzvanom paralelnom brzdení na dvoch povrchoch s výrazne rozdielnou adhéziou tak, aby sa vozidlo nedostalo do šmyku). Tým vzniká nový fenomén – riadenie vozidla za určitých podmienok bez zásahu človeka.

Realizácia riadiacich systémov a odolnosť elektronických a mechanických komponentov riadiacich systémov proti vlhkosti, agresívnemu prostrediu, prašnosti mechanickému namáhaniu v autách je v poradí hneď po kozmickej, leteckej a vojenskej technike. Jadrom riadiacich systémov sú elektronické riadiace jednotky (dnešné vozidlá luxusnej triedy ich môžu mať cca do 60 ks so 100 MB aplikačného softvéru a dát, okrem dát pre navigačný systém), ktoré komunikujú so svojimi snímačmi a akčnými členmi na orbite alebo pomocou GSM operátora (viac či menej inteligentnými), resp. inými riadiacimi jednotkami priamo (signálnym vedením) alebo cez počítačovú sieť (CAN, LIN, MOST atď.). Pre zaujímavosť je na obr.č.6 zobrazená kompletná kabeláž vozidla VW Touareg, ktorou sa realizuje prepojenie snímačov a RJ pomocou CAN (napájanie, signálne vodiče atď.).

Obr. č.6: Názorné zobrazenie zbernice CAN vo vozidle Touareg (prevzaté z dielenskej príručky).

Použitím tzv. elektronickej platformy sa znižujú náklady na vývoj nového typu automobilu. Jednotlivé riadiace systémy dodávajú subdodávatelia vo forme stavebníc (riadiaca jednotka, prislúchajúce akčné členy a snímače), ktoré sa vo fáze vývoja konfigurujú a upravujú pre daný typ automobilu, hlavne zmenou softvéru. Týmto sa výrobcom a vývojárom automobilov otvoril široký priestor na nasadenie zmien a individuálneho prístupu ku každému zákazníkovi.

Na želanie zákazníkov sa špeciálne potom vyvíjajú a do riadiacej jednotky pridávajú funkcie pre autá s vyššou výbavou. Ak sa výrobca rozhodne použiť jeden typ riadiacej jednotky pre rôzne výbavy, tak potom táto jednotka obsahuje softvér so všetkými funkciami, z ktorých niektoré sú blokované (uvoľniteľné kódovaním, keď sa na určité miesta v pamäti zapíše 1 = funkcia uvoľnená, alebo 0 = neuvoľnená pre dané vozidlo).

Takýmto spôsobom sa znižuje počet derivátov daného dielu. Daný kód sa zapisuje priamo vo výrobe alebo neskôr v servise, keď sa zákazník pre danú funkciu rozhodne. Včlenením elektronických komponentov, resp. riadiacich systémov, ktoré monitorujú, respektíve ovládajú priamo do prostredia, vznikajú mechatronické prvky. Výhodou tejto integrácie je úspora vodičov, káblových spojení a priestoru klasickej riadiacej jednotky vo vozidle. Na mechatronické riadiace systémy sa kladú oveľa vyššie mechanické nároky prostredia (tlak, teplota, vibrácie) ako na klasické, preto sú ich aplikácie do nových prostredí podmienené vývojom nových hybridných technológií či techník kontaktovania.

Príklady mechatroniky sú napríklad: riadiaca elektronika automatickej prevodovky zabudovaná priamo v prevodovke, ovládanie a riadenie stieračov a v elektronických systémoch sú integrované diagnostické funkcie, ktoré neustále vyhodnocujú svoju bezchybnosť a upozornia vodiča na vznikajúcu poruchu, resp. určia druh chyby pri diagnostikovaní v servise. Ďalší faktor ktorý je nutné pochopiť je ovládanie vozidla prevodom rozhrania človek a riadiacimi systémami automobilu. Vodič si v každom momente jazdy definuje svoj cieľ. Spôsob jeho dosiahnutia (smer, rýchlosť atď.) realizuje cez dané ovládače (volant, plyn, brzda atď.) ako vstupnú informáciu vozidlu. V prípade ovládania vozidla realizovanom na mechanickej resp. elektromechanickej báze, tento signál priamo určuje cez kolesá správanie vozidla (napr. pri zošliapnutí plynového pedála sa zvyšujú otáčky motora a tým rýchlosť vozidla). Toto ovládanie však v porovnaní s riadiacimi systémami vykazuje jeden hlavný nedostatok – len ťažko možno optimalizovať rozhodnutie vodiča (napr. v prípade klasickej, čisto mechanickej brzdovej sústavy nemožno ubrať brzdný tlak v prípade blokovania daného kolesa). Aby sa tento nedostatok dal eliminovať, nasádza sa do systému systém X -Wire riadenia.

Pri týchto systémoch sa požiadavka vodiča prenáša čisto elektronicky (napr. na volante, plynovom a brzdovom pedáli sú len prevodníky uhol/elektronický signál), ktoré dávajú informáciu riadiacim jednotkám o tom, ako by chcel vodič vozidlo ovládať. Riadiaci systém po vyhodnotení požiadavky vodiča a na základe naprogramovaného fyzikálneho modelu daného systému rozhodne, ako ju bude realizovať (napr. či požiadavku na akceleráciu zrealizuje zvýšením krútiaceho momentu motora alebo podradením v automatickej prevodovke).

Najznámejšie systémy X- Wire sú:

• Drive-by-Wire (tzv. elektronický plynový pedál, dnes súčasť každého vozidla, spĺňajúceho emisné normy EU4).
• Steer-by-Wire (elektronické riadenie vozidla)
• Shift-by-Wire (elektronické ovládanie prevodovky)
• Brake-by-Wire (elektronické ovládanie bŕzd)

Dnes sa pre vysoké požiadavky na bezpečnosť jazdy kladú vysoké podmienky a tým vzniká veľká náročnosť na techniku a viacnásobné istenie v cestnej premávke. Preto sa najčastejšie používa metóda bez mechanického záložného systému čiže len el. plynový pedál. Pre riadiace systémy vozidla a ich komunikáciu pomocou zberníc CAN v budúcnosti a pre ich komunikačné možnosti alebo ešte vyššiu „samostatnosť“ sa v dnešných časoch môžme len pozastaviť a skonštatovať že sú často umelo obmedzené.

Technika predbehla dobu a v legislatíve mnohých štátov zatiaľ nie je definované, kto nesie zodpovednosť za eventuálnu nehodu, či vodič ktorý dostal vozidlo do situácie v ktorej už ani riadiaci systém nevie pomôcť, alebo výrobca systému či vozidla, že nevedel nezvládnuteľnú situáciu dostatočne skoro predpokladať, resp. nevybavil svoj systém ďalšími funkciami na odvrátenie nebezpečenstva. Typickým príkladom je napr. oklieštenie funkcie autonómneho zaparkovania vozidla do medzery medzi stojacimi autami na funkciu samostatného otáčania volantu riadiacim systémom riadenia vozidla s tým, že pedál plynu a brzdy ovláda naďalej vodič. Tým aj zostáva zodpovednosť v jeho rukách.

Ďalším zosúladením asistenčných systémov X-by-Wire a komunikačných systémov medzi vozidlami tak postupne vzniká možnosť prevádzkovania vozidiel bez vodiča v cestnej premávke. Cestujúci zadefinuje požiadavku na cieľ cesty, asistenčné systémy budú monitorovať premávku a riadiace systémy pohonu a ovládania zavedú vozidlo na požadované miesto. Je to fikcia alebo budúcnosť? Elektronické riadiace systémy v doprave sú dnes už samozrejmosťou na všetkých úrovniach riadenia. Ich efektívnejšiemu a rýchlejšiemu nasadeniu bráni však často legislatíva a, žiaľ, niekedy aj obchodno-organizačné záujmy. O tom, ako ďaleko vývoj pokročil, sa môžeme presvedčiť počas pretekov autonómne (bez vodiča) ovládaných terénnych vozidiel, ktoré budú organizované na jeseň tohto roku v USA. Cieľom je prejsť trať dlhú 250km v teréne v najkratšom možnom čase s tým, že vozidlo nesmie prijímať žiadne spracované informácie o svojej polohe a smere jazdy. Koncern Volkswagen postaví na štart v spolupráci s Electronics Research Laboratory (ERL) koncernu Volkswagen (USA, Kalifornia, Palo Alto) a Stanford University vozidlo VW Touareg, vybavené takýmto systémom.