docBiuletyn Komunikacji Miejskiej
download 
Reklamacja Transkrypt
Biuletyn Komunikacji Miejskiej
NOWOCZESNE STANOWISKO KIEROWCY AUTOBUSÓW MIEJSKICH Waldemar Bałaziński NOWOCZESNE SYSTEMY ELEKTRONICZNE W AUTOBUSACH − MAGISTRALA CAN W latach osiemdziesiątych samochody osobowe wyższych klas oferowane na ryn− ku zaczęto wyposażać w sterowniki elek− troniczne, zarządzające pracą różnych układów, takich jak np. układ zapłonowy/ wtryskowy− Motronic, urzadzenie przeciw− poślizgowe − ABS czy układ sterowania au− tomatyczną skrzynią biegów − EGS. Ukła− dy te realizowały autonomicznie swoje za− dania, działałając całkowicie niezależnie od siebie. Stopniowo stawało się jednak oczy− wiste, że w oparciu o zainstalowane w pojeździe sterowniki cyfrowe tych układów można by wprowadzić dodat− kowe funkcje, podwyższające walory użytkowe i bezpieczeństwo czynne po− jazdów . Dla realizacji tego zamiaru konieczne było zorganizowanie współpracy urządzeń zaangażowanych w realizację tych nowych funkcji. Warunkiem optymalnego współ− działania była wzajemna cykliczna wymia− na danych i rozkazów. Początkowo wystar− czały połączenia bezpośrednie, a ilość ka− nałów łączności w postaci przewodów łą− czących pary sterowników odpowiadała ilo− ści rozmaitych parametrów używanych w ich pracy. Rosnąca ilość urządzeń, które powinny współpracować ze sobą, prowadzi− ła do krzyżowania się połączeń, wzrostu długości przewodów i ilości złącz, a w kon− sekwencji − do spadku niezawodności całe− go układu. W końcu uznano, że konieczne będzie zastąpienie bezpośrednich połączeń prostszym i dającym się zaadaptować ela− stycznie do specyfiki pojazdu systemem przesyłania danych za pomocą cyfrowej magistrali bitowo−szeregowej. Biuletyn Komunikacji Miejskiej nr 47 Podjęte w roku 1983 w firmie Bosch pra− ce doprowadziły do stworzenia funkcjonu− jącego systemu transmisji danych, który swe działanie oparł na protokole komunikacyj− nym CAN (Controller Area Network), defi− niującym zasady korzystania z takiej magi− strali / inaczej nazywanej szyną danych/ . Protokół CAN określają m. in. normy ISO 11898 oraz 11519−2 oraz norma SAE J 1859. Znormalizowany protokół zarządzania prze− pływem informacji w magistrali pozwalił na tworzenie sieci umożliwiających synchroni− zowanie pracy różnych urządzeń cyfrowych kontaktujących się ze sobą zgodnie ze stan− dardem CAN. Zasady budowy sieci Sieć tworzą wymienniki informacji / tzw. węzły / połączone magistralą danych. TECHNIKA W KOMUNIKACJI MIEJSKIEJ Wstęp 33 Węzły mogą być zarówno nadajnikami jak i odbiornikami informacji. Dla zapewnienia technicznych możli− wości współpracy z magistralą każdy wy− miennik musi posiadać: sprzęg mechanicz− ny − złącze, układ sprzęgający elektrycz− ny − dopasowujący poziomy i strukturę sy− gnałów elektrycznych do wymagań ogól− nych obowiązujących w całej magistrali, układ sterowania wymianą danych − gene− rujący sygnały potrzebne do wyprowadze− nia komunikatu na magistralę i do przyję− cia komunikatu z magistrali, układ sprzę− gający wewnetrznie układ sterowania wy− mianą danych z obsługiwanym sterowni− kiem funkcjonalnym lub źródłami sygna− łów dochodzacych do węzła.Wspomnia− ne funkcje sprzęgania i sterowania wymia− ną danych poprzez magistralę realizuje w każdym z wymienników sterownik CAN (controller ) nazywany niejednokrotnie mi− krokontrolerem CAN. Pierwszy sterownik CAN został opracowany i wykonany wspólnie przez firmy Bosch i Intel na prze− strzeni lat 1985 − 1987, a pierwszy seryjny pojazd posiadający system CAN wyprodu− kowano w roku 1991. Urządzenia cyfrowe posiadające własne mikrokontrolery CAN (najczęściej są to ste− rowniki) można włączyć bezpośrednio do sie− ci, tworzą one wówczas samodzielnie jej węzły. Urządzenia, które działają na zasadzie analogowej, takie jak np. przełączniki, czujniki, silniki elektryczne itp., integru− je się w innych węzłach, w których roz− Biuletyn Komunikacji Miejskiej nr 47 szerzony zakres dzialania mikrokontrolerów CAN za− pewnia przyłączonym do nich urządzeniom kontakt z innymi nadajnikami i od− biornikami informacji w sposób zgodny z wymaga− niami protokołu. Takie urządzenia grupuje się w węzłach na zasadzie lokal− nej bliskości albo w opar− ciu o podobieństwo speł− nianych przez nie funkcji. Magistralę w sieci CAN wykonuje się zazwyczaj w postaci dwóch skręconych ze sobą przewodów elektrycznych. Dwa przewody potrzebne są do realizacji funkcji arbitrażu a ich skręcenie niwelu− je działanie zewnętrznych zakłóceń elektromagnetycznych.Ostatnio magi− strale wykonuje się także jako linie świa− tłowodowe. Organizacja sieci CAN Sieć CAN jest odmianą komputerowej sieci lokalnej, która może pracować bez udziału jednostki centralnej synchronizu− jącej pracę wymienników informacji, co podnosi niezawodność transmisji infor− macji / system multimaster /.Transmisja danych odbywa się w systemie szerego− wym. Obowiązuje zasada, że w jednej chwili może być aktywnych wiele odbior− ników, ale tylko jeden nadajnik. W sytu− acjach konfliktowych, gdy wiele nadajni− ków zgłasza się jednocześnie do wejścia ze swymi sygnałami (odpowiednikami żądań przerwań w procesorze) na magi− stralę, działa mechanizm arbitrażu. Każ− dy z nadajników ma przyporządkowany różny stopień ważności, tzw. priorytet przerwań. Jest to uzasadnione tym, że róż− ne źródła przerwań (nadajniki) tolerują różne opóźnienia czasowe w obsłudze ich żądań (np. żądanie przerwania dla za− pewnienia poprawnej pracy systemu ukła− du antypoślizgowego będzie pilniejsze od żądania przerwania dla wyprowadzenia danych na wyświetlacz ekranowy na pa− TECHNIKA W KOMUNIKACJI MIEJSKIEJ NOWOCZESNE STANOWISKO KIEROWCY AUTOBUSÓW MIEJSKICH 34 NOWOCZESNE STANOWISKO KIEROWCY AUTOBUSÓW MIEJSKICH W związku z różnym charakterem da− nych wykorzystywanych do regulacji ukła− du napędowego i przy obsłudze urządzeń zapewnienia komfortu w samochodach osobowych i użytkowych stosowane są za− zwyczaj dwie, działające niezależnie sieci o różnych szybkościach transmisji. Ostat− nio rozszerzono zastosowanie sieci także do obsługi urządzeń łączności i audio/vi− deo. Transmisja danych w takich sieciach odbywa się z największymi prędkościami. Jeżeli w pojeździe występuje kilka sieci lo− kalnych o różnych szybkościach transmisji to w razie potrzeby połączenia ich wszyst− kich w jedną sieć stosuje się pomiędzy nimi moduły sprzęgające. Biuletyn Komunikacji Miejskiej nr 47 Przykład wykorzystania sieci Komunikacja nawiązywana jest pomię− dzy węzłami sieci dla wymiany informacji o statusie albo danych zawierających war− tości mierzonych parametrów. Do danych statusowych należą np.: kody usterek, na− stawy regulatora prędkości, ograniczenia prędkości, wybrany zakres pracy skrzyni biegów, informacja: hamulec silnikowy włączony. Danymi zawierającymi wartości aktualne mierzonych parametrów mogą być z kolei: ciśnienie w układzie wtrysko− wym, ciśnienie powietrza w kolektorze do− lotowym, temperatura silnika, prędkość jazdy, prędkość obrotowa silnika, procent wykorzystania rozporządzalnego momen− tu obrotowego przy danej prędkości chwi− lowej itp. Parametry mogące być przydatne w pra− cy wielu układów są wprowadzane cyklicz− nie na magistralę i wykorzystywane stosow− nie do potrzeb przez rozmaite sterowniki. Praca układów automatycznego sterowania − nawet w przypadku stosunkowo łatwych zadań składa się z szeregu działań wyma− gających wykorzystania magistrali CAN. Czynność taka, jak np. zmiana przełożenia w automatycznej skrzyni biegów, wymaga skoordynowanego działania sterowników EDC, ASR/MSR i EGS. Najpierw ustala się, czy podejmować cykl zmiany biegu. Brane są pod uwagę: zakres pracy skrzyni − ustalony zadanym przez kierującego położeniem dźwigni wy− boru zakresu, zamierzony sposób jazdy − ustalony położeniem pedału gazu, stan sil− nika − określony wielkością momentu i ci− śnieniem doładowania oraz stan pojazdu − określony przede wszystkim prędkością jazdy mierzoną na wałku wyjściowym skrzyni biegów. Zmiana biegu następuje w normalnych warunkach jazdy w drodze uzgadnianego współdziałania różnych urządzeń. I tak, sterownik EGS żąda od ste− rownika EDC ograniczenia wartości mo− mentu napędowego, potem następuje wy− sprzęglenie i przejście skrzyni do pozycji neutralnej, później sterownik EDC zarzą− dza “przygazówkę”, po czym następuje TECHNIKA W KOMUNIKACJI MIEJSKIEJ nelu informacyjnym kierowcy). Celem ar− bitrażu jest takie przydzielanie magistrali wymiennikom informacji, aby nie dopu− ścić do zbyt długiego oczekiwania wy− mienników na udostępnienie magistrali i zarazem zapobiec nakładaniu się na sie− bie różnych komunikatów. Nadajniki o wyższym priorytecie pierwsze rozpoczną transmitowanie swoich komunikatów. W sieci CAN stosowany jest system arbitrażu typu CSMA/CA (Carrier − Sense Multiple Access/ Collision Avoidance, czyli testo− wania magistrali i kontroli sygnału dla uni− kania kolizji). Przesyłany komunikat jest przejmowa− ny przez wszystkie węzły sieci CAN (tzw. broadcasting), które następnie w oparciu o własną “inteligencję” decydują, czy chcą z tej wiadomości zrobić użytek (filtracja). Norma CAN definiuje dwa formaty komu− nikatów: ramki standardowe z 11−bitowym identyfikatorem (co daje możliwość wpro− wadzenia 2048 różnych identyfikatorów) albo ramki rozszerzone z identyfikatorem 29 bitowym (co daje 536 milionów różnych identyfikatorów). Każdy komunikat CAN rozpoczyna się bitem początku ramki (SOF), po którym na− stępuje identyfikator, określający jedno− znacznie komunikat. Identyfikator jest ko− dem określającym, które urządzenia powin− ny być zainteresowane w odbiorze komu− nikatu. 35 zmiana przełożenia i zwolnienie sprzęgła w chwili osiągnięcia momentu napędowego wy− liczonego przez sterownik EGS, a zrealizowa− nego przez odpowiednie działania sterowni− ka EDC. Wszystkie wymienione wyżej para− metry i polecenia przekazywane są pomiędzy sterownikami za pośrednictwem sieci. Warun− kiem współdziałania urządzeń jest niezawod− na i bezbłędna transmisja wszystkich potrzeb− nych danych z odpowiednią prędkością trans− misji. W tym celu mikrokontrolery zainstalo− wane w urządzeniach działających w sieci CAN muszą w tym przypadku posiadać: inter− fejsy − umożliwiające przyjmowanie odpo− wiednio dużych identyfikatorów, np. 29−bito− wych, filtry − pozwalające na ignorowanie nie− przydatnych informacji, pamięci − umożliwia− jące przyjęcie do 15 komunikatów 8−bajto− wych, przetwarzanych następnie przez proce− sor (CPU), zintegrowany z kontrolerem moduł CAN − ułatwiający dostęp do rejestrów, nieza− leżny i wystarczająco dokładny przetwornik A/C − zamieniający analogowe sygnały pomia− rowe na sygnały cyfrowe, liczniki o rozdziel− czości 50ns ( nanosekund) zliczające sygnały wejściowe i wyjściowe, procesory − umożli− wiające szybką zmianę zadania, kontrolery przerwań o jak najkrótszych czasach reakcji rzędu 400ns. Mikrokontrolery CAN o różnej konfigura− cji i różnych parametrach roboczych opraco− wywane są przez wyspecjalizowanych produ− centów sprzętu elektronicznego, a następnie oferowane producentom pojazdów w formie chipów. Chipy te stanowią później integralne części urządzeń pracujących w sieciach. Po− siadane przez nie pamięci pozwalają na zmia− nę oprogramowania mikrokontrolera, stosow− nie do aktualnej konfiguracji sieci i zakresu za− dań przypisanego do danego węzła sieci przez konstruktora pojazdu. Co słychać w autobusach Z pojazdów najwyższych klas sieci CAN trafiły i do pojazdów użytkowych. Nic dziwnego. Tam także, zwłaszcza w grupie autobusów miejskich, szeroko stosowane są elektroniczne sterowniki silników i au− tomatycznych skrzyń biegów, urządzenia ABS/ASR oraz realizowane są rozmaite Biuletyn Komunikacji Miejskiej nr 47 funkcje zabezpieczenia pojazdu i pasaże− rów. Zapewnianie współdziałania tych urządzeń stanowi naturalny obszar zasto− sowania dla sieci CAN. Pod różnymi na− zwami własnymi jak np. BNS w Scanii, czy FPS w Mercedesie kryją się sieci oparte na protokole CAN. Także producenci podze− społów oferują swoje układy, które mogą znaleźć uniwersalne zastosowanie w do− wolnym typie pojazdu. Przykładem może tu służyć system KIBES (Kienzle Board Elec− tronic System) firmy Mannesmann VDO − Kienzle, w którym magistrala CAN łączy moduły tworzące standaryzowane węzły sieci , do których przyłącza się m in. wy− stępujące w pojeździe przełączniki i elek− tryczne mechanizmy wykonawcze. W wa− riancie KIBES−1 centralny komputer (mo− duł) współpracujący z magistralą CAN jest wyposażony w interfejs CAN 2.0B , posia− da 30 wejść dla sygnałów statusowych (stan: jest/nie ma) oraz 4 wejścia dla sy− gnałów analogowych (ciągłych) i umożli− wia obsługę 31 przełączników − odbiorni− ków napięcia. Ponadto posiada wejścia cyfrowe dla sygnału prędkości i układu in− formacyjnego oraz zgodne ze standardem ISO 9141 interfejsy dla układu diagno− stycznego i układu programowania same− go modułu. Przekaźniki i bezpieczniki są zastąpione elementami półprzewodniko− wymi nadzorowanymi przez ten moduł. W wariancie KIBES−2 programowalny central− ny komputer łączy się za pośrednictwem lewej i prawej magistrali CAN z węzłami multipleksowymi utworzonymi z modułów spełniających analogiczne funkcje jak w wariancie KIBES−1. Ze względu na więk− szą złożoność systemu centralny kompu− ter ma kilka interfejsów pozwalających na połączenie z panelem informacyjnym w desce rozdzielczej − kokpicie, dwiema ma− gistralami, układem diagnostycznym , ukła− dem programowania , układem informacyj− nym autobusu miejskiego IBIS oraz w ra− zie potrzeby z układem sterowania silni− ka. Centralny komputer może współpraco− wać z szesnastoma węzłami multiplekso− wymi , z których każdy może mieć do 24 wejść statusowych, 4 wejść analogowych i sterować 32 przełącznikami − urządze− niami wykonawczymi. TECHNIKA W KOMUNIKACJI MIEJSKIEJ NOWOCZESNE STANOWISKO KIEROWCY AUTOBUSÓW MIEJSKICH 36 NOWOCZESNE STANOWISKO KIEROWCY AUTOBUSÓW MIEJSKICH Przykłady zastosowań Biuletyn Komunikacji Miejskiej nr 47 1996 roku. W tym samym roku także Mercedes Benz przedstawiłautobusmiejskiCitarowyposażony w sieć noszącą nazwę FPS. System KIBES zain− stalowanow dwupokładowymautobusieNeo− plan N4026/3L pokazanymw publicznie1997 roku.PodobnysystemKIBES2 zainstalowanow roku 1998 w autobusie miejskim M125 Dana produkowanym przez ZS Jelcz S.A. Sieć CAN zapewnia w nim między innymi funkcjonowa− niezintegrowanegokokpitukierowcyorazumoż− liwiastosowaniekomputerowejdiagnostykiukła− dów posiadających sterowniki elektroniczne. Także w 1998 roku firma MAN pokazała swój pierwszy autobus wyposażonyw sieć działają− cą w oparciu o protokół CAN. Był to autobus lokalnyNÜ 263.Jegosiećskładasię z centralne− TECHNIKA W KOMUNIKACJI MIEJSKIEJ Do węzłów multipleksowych z jednej stro− ny dociera za pomocą magistrali CAN infor− macja cyfrowa, która w węzłach zamieniana jest na sygnały napięciowe uruchamiająceod− biorniki przyłączo− ne do ich wyjść a z drugiej strony otrzy− mują one sygnały z rozmaitych nadaj− ników, zamieniają je na sygnały cyfro− we i wprowadzają do magistrali. Naj− prostszymi nadajni− kami mogą być zwykłe przełączni− ki dwustanowe sy− gnalizujące np. otwarcie drzwi w autobusie miej− skim. Przepływ in− formacji jest tu na− stępujący:przełącz− nik − węzeł multipleksowy − magistrala − wę− zeł multipleksowy/ komputer centralny/ − lampka sygnalizacyjnaalbo wyświetlaczekra− nowy w kokpicie, ew. inny odbiornik infor− macji. Sprzeczność pomiędzy prostotą sygna− łu a narzędziem użytym do jego transmisji jest tylko pozorna. Istnienie sieci CAN eliminuje bowiem w tym przypadku potrzebę prowa− dzenia przewodów od przełącznika do każ− dego odbiornika wykorzystującego sygnał otwarcia drzwi, a takich w autobusie ze względu na różne zabezpieczenia znajduje się kilka. Zastosowania sieci CAN w auto− busach to sprawa ostatnich kilku lat. I tak np. sieć pod na− zwą BNS zastoso− wano w autobusie miejskim Omni City firmy Scania, którego premiera miała miejsce w 37 go komputera i ośmiu modułów nadwozio− wych. To samo rozwiązanie wprowadzono na− stępnie do pozostałych przedstawicieli rodzi− ny autobusów komunikacji publicznej , w tym i autobusów miejskich trzeciej generacji MAN. Sieć o nazwie Neocan posiada także produko− wany seryjnie od marca 1999 autobus Euroliner N316 ÜL firmy Neoplan. Jego sieć składa się z cen− tralnego komputera umieszczonego za kierowcą i sześciu modułów nadwoziowych. Zastosowanie sieci CAN zostanie rozszerzone w bieżącym roku także na autobusy rodziny Centroliner. Korzyści Zastosowanie sieci CAN upraszcza prze− bieg instalacji elektrycznej całego pojazdu. Za przykład niech posłuży autobus miejski Mercedes Benz − Citaro, w którym zastoso− wanie systemu FPS, opartego na sieci CAN, pozwoliło na wyeliminowanie z instalacji elektrycznej przewodów o łącznej długości 3,6 km, 400 elementów oraz 2700 punktów połączeń. Jakie ma to konsekwencje? Krótsze przewody i eliminacja części wy− posażenia elektrycznego oznaczają przede wszystkim obniżenie masy instalacji elek− trycznej. Ograniczenie ilości złącz, styków i bezpieczników oznacza podniesienie nie− zawodności całego pojazdu poprzez ogra− niczenie ilości najbardziej podatnych na usterki eksploatacyjne elementów. Sieć uła− twia także diagnozowanie stanu technicz− nego pojazdu i wyszukiwanie miejsc wystą− pienia usterek pozwalając na dotarcie w prosty sposób do pamięci każdego ze ste− rowników zainstalowanych w pojeździe. W rezultacie zastosowanie sieci ogranicza ilość usterek oraz oznacza skrócenie czasu przestojów. Są to czynniki sprzyjające ob− niżce kosztów eksploatacji ponoszonych przez użytkownika, która z pewnością bę− dzie zauważalna w dłuższym okresie cza− su. Inną korzyścią związaną z istnieniem sie− ci jest łatwość rozbudowy instalacji elektrycz− nej pojazdu bez potrzeby komplikowania jej struktury czy ingerencji w istniejące wiązki elektryczne. Dla wprowadzenia nowego urzą− dzenia do instalacji pojazdu łączy się je z najbliższym węzłem sieci. Podobnie czyni się z przełącznikami sterowania a następnie wprowadza się zmiany w oprogramowaniu sterowania siecią. Ewentualne usterki są na− tychmiast lokalizowane i łatwe do usunięcia bez kosztownych demontaży. Zbigniew Rusak NOWOCZESNE STANOWISKO KIEROWCY AUTOBUSÓW MIEJSKICH 1. Analiza aktualnej sytuacji rynku autobusów miejskich w Polsce Do końca lat osiemdziesiątych problem standaryzacji wyposażenia stanowiska kie− rowcy nie stanowił istotnej kwestii w pro− cesie eksploatacji pojazdów z uwagi na ograniczoną liczbę typów autobusów miej− skich (JELCZ PR−100 i M−11, IKARUS serii 200 oraz AUTOSAN H9−35) będących na stanie przedsiębiorstw komunikacyjnych. Biuletyn Komunikacji Miejskiej nr 47 Wraz z otwarciem polskiego rynku dla uży− wanych autobusów zachodnich oraz uru− chomieniem kolejnych fabryk autobusów problem ten stał się bardzo istotny, zwłasz− cza w dużych przedsiębiorstwach eksplo− atujących w okresie przejściowym znacz− ną liczbę typów pojazdów. Znaczne zróż− nicowanie układu przełączników i wskaź− ników kontrolnych, odmienna realizacja poszczególnych funkcji (np. załączanie przyklęku) w poszczególnych typach auto− busów, wprowadzenie automatyki wymu− szającej na kierowcy określone działania TECHNIKA W KOMUNIKACJI MIEJSKIEJ NOWOCZESNE STANOWISKO KIEROWCY AUTOBUSÓW MIEJSKICH 38
