Implementace řídicího systému vozidla

Charakteristika moderního nákladního automobilu, autobusu, mobilního stroje nebo speciální nástavby

• Komplexní funkčnost, snadné ovládání, komfort pro obsluhu i pro servis
• Sofistikované řízení výstupů (např. brzdící účinek je úměrný nejen poloze pedálu brzdy, ale i rychlosti jeho sešlápnutí a aktuální hmotnosti vozidla); změna funkčnosti s ohledem na podmínky (např. přepínač směrových světel při „vypnutém klíčku“ rozsvítí jen jednu stranu vnějšího osvětlení vozidla); blokování nebezpečných či nevhodných režimů (např. dokud nejsou zavřeny dveře či zapnuty pásy, lze jet pouze omezenou rychlostí, při určené rychlosti se vozidlo vrací do normální jízdní výšky …)
• Vícenásobný význam ovladačů (např. tlačítka pro změnu rychlosti v režimu „tempomat“ slouží za stání ke změně volnoběžných otáček motoru, při vypnutém klíčku k nastavení palubních hodin…)
• Vysoká spolehlivost a nízké procento prostojů kvůli potřebě servisu; snadné diagnostikování v případě problémů a jejich rychlá oprava
• Použití standardizovaných modulů, certifikovaných a homologovaných podle legislativních požadavků v nejrůznějších částech světa
• Výrazné zjednodušení kabelových svazků, jejich minimalizace a unifikace při zachování široké nabídky alternativních agregátů a zařízení, množství možných variant a ‘opcí‘; snížení hmotnosti
• Absence relé, časovačů, přerušovačů a dalších jednoúčelových zařízení

Etapy implementace elektroinstalace s řídicím systémem

Přechod od „klasické“ elektroinstalace (pro kterou jsou typické silné vodičové svazky, množství relé a pojistek a jednoúčelových zařízení) k elektroinstalaci s řídicím systémem představuje pro výrobce radikální změnu, která může být bolestivá.
Je totiž potřebné změnit celou koncepci elektroinstalace vozidla či stroje. Svým charakterem je celá akce podobná přechodu z „papírově“ vedeného účetnictví na počítačové zpracování.

• Definování a algoritmizace funkčního schématu
  • Fixní a rozšiřující komponenty řídicího systému, jejich elektrické a datové propojení, způsob začlenění všech elektrických zařízení na vozidle včetně alternativních variant a volitelných výbav.
  • Parametry pro správu alternativních variant a volitelných výbav.
  • Metody získávání vstupních hodnot, logika řízení výstupů a blokování nežádoucích stavů.
  • Rozsah a způsob indikace provozních stavů.
  • Rozsah a způsob „on-board“ diagnostiky jednotlivých komponent, způsoby indikace problémů a případné automatické reakce systému na ně.
  • Rozsah a způsob „off-board“ diagnostiky.

• Vytvoření software
  • Pro hlavní jednotku vozidla, případně pro centrální displej.
  • Pro nastavování parametrů řídících volbu alternativních variant a volitelných výbav.
  • Pro „off-board“ diagnostiku.
• Projekce a výroba vodičových svazků a rozvaděčů
• Stavba a zprovoznění prototypu, ladění software
• Zaškolení pracovníků výroby a servisu, instalace diagnostiky, tvorba přípravků pro nahrávání software

Projekce a stavba prvního prototypu představuje krátkodobý, obvykle 3-6 měsíční, nárůst požadavků na inženýrskou kapacitu konstrukčního oddělení.

Větším problémem bývá, že nová koncepce vyžaduje i novou kvalifikaci – projektant a programátor řídicího systému a diagnostického software. Kvalita této kvalifikace, která zásadním způsobem ovlivňuje rychlost, efektivnost a „bezbolestnost“ přechodu na novou koncepci, je úměrná délce praxe a počtu úspěšných projektů.

To jsou nároky citelné především pro menší firmy, kde konstrukční oddělení bývá plně vytíženo řešením aktuální výroby a běžného, neskokového vývoje.

Ale i větší firmy mívají při řešení prvního projektu implementace řídicího systému potíže plynoucí z odlišností technologie průmyslové počítačové sítě od „klasické elektroinstalace“.

Nejschůdnější cestou k zavedení řídicího systému proto bývá úzká spolupráce výrobce stroje s externím dodavatelem, který má praktické zkušenosti získané na již realizovaných projektech a který pomáhá s osvojením příslušného know-how. V řadě případů spolupráce pokračuje i po úspěšném dokončení prvního projektu formou outsourcingu specializovaných činností (především programování).

CONTINENTAL a ELBAS

Jedničkou v oboru vývoje řídicích systémů pro užitková vozidla a mobilní stroje je platforma KIBES, kterou pod značkou VDO nabízí firma Continental AG.

Za 15 let existence platformy, která je nyní nabízena ve 3. generaci, moduly KIBES osvědčily svoje přednosti v milionech vozidel a strojů. Značka Continental je zárukou vysoké kvality výroby jednotlivých modulů i budoucího pokračování a rozvoje platformy KIBES.

Firma ELBAS je systémovým integrátorem KIBES. ELBAS poskytuje kompletní inženýrský servis, dodávky modulů, technickou a aplikační podporu při implementaci řídicího systému KIBES.

Navíc díky svému zaměření a výrobním kapacitám ELBAS umí projektovat a vyrábět kabelové svazky i rozvaděče pro sériovou výrobu, takže je schopen dodávat kompletní elektroinstalaci vozidla včetně naprogramovaného a parametrizovaného řídicího systému.

Na základě smlouvy s CONTINENTAL AG, která zaručuje firmě ELBAS úzkou spolupráci, je ELBAS oprávněn užívat označení „Recommended System Partner of CONTINENTAL AG„.

Systém KIBES

Řídicí systém KIBES pracuje jako digitální síť elektronických modulů, které komunikují spolu vzájemně i s dalšími elektronickými jednotkami prostřednictvím protokolu CAN. To zajišťuje vysokou spolehlivost a efektivitu přenosu dat, odolnost vůči rušení a snadnou rozšiřitelnost. Jsme odborníky na systémovou integraci elektronických řídících multiplexových systémů.

Jednotlivé, velkosériově vyráběné a k použití připravené („off-the-shelf“) moduly jsou optimalizované z hlediska výkonu a ceny. Samozřejmostí je certifikace „automotive qualified“ stejně jako vestavěné monitorování správnosti komunikace, detekce přepětí nebo rozpojení vstupů, detekce zkratů, přehřátí nebo rozpojení výstupů. Výsledky tohoto monitoringu předávané v rámci „on-board“ i „off-board“ diagnostiky výrazně zjednodušují hledání chyb a jejich odstraňování.

K programování centrálních jednotek, případně displejů, slouží grafická programovací prostředí KIBES-32, KIBES 3 a CAVTAN, CGI Studio, grADI (splňují standard IEC-61131), což zaručuje vysokou výkonnost vývoje software řídicích jednotek.
Co je úkolem software hlavní jednotky vozidla a jaké jsou přednosti jeho použití?

• Vyhodnocování vstupů
  • Vstupy jsou vyhodnocovány tak, že s ohledem na zadané parametry je aktuálnímu napětí na vstupu přiřazen jeden ze 4 stavů „Neaktivní – Aktivní – Chyba – Hystereze“.
    Logické vyhodnocení je tak zcela odděleno od fyzického stavu, což přispívá k přehlednosti software a efektivnosti jeho vývoje.

  

• Řízení výstupů
  • Veškeré výstupy jsou spínány podle naprogramované logiky, která může využívat širokou škálu softwarových modulů: logická hradla AND, OR, NOT a XOR, „flip-flop“ moduly, časovače, detektory náběžných hran, moduly početních operací, čítače, PID-regulátory, omezovače, typové konverze… Ze softwarových modulů lze vytvářet uzavřené bloky, které jsou po svém „odladění“ snadno přenositelné do nových projektů (blok řízení samoobslužných dveří, blok řízení vzduchového pérování, blok řízení zpomalovacích brzd, blok odpojování energeticky náročných zařízení při nízkém napětí v síti vozidla…..). Tím se minimalizuje doba vývoje a prototypování nových produktů.

• Datová komunikace s řídicími jednotkami agregátů
  • Prostřednictvím jediné kroucené dvojlinky se formou CANových zpráv rychle a spolehlivě předává množství informací a požadavků jednotlivých zařízení; např.
    při aktivitě klimatizace za stání vozidla vysílá hlavní jednotka požadavek k motoru na zvýšení volnoběžných otáček motoru;
    dokud nejsou zavřené všechny dveře autobusu, řídící jednotka blokuje funkci pedálu akcelerátoru;
    po zavření všech dveří autobusu vyšle řídicí jednotka požadavek k jednotce vzduchového pérování (ECAS) k „narovnání“ karoserie se stavu ‚kneeling’ do standardní jízdní výšky….

• Řízení přístrojového svazku, hlavního displeje a kontrolek
  • Určené provozní hodnoty a stavy jsou převáděny do tvaru a rozsahu, který umožní jejich zobrazení na ručkových ukazatelích, kontrolkách a displeji na pracovišti řidiče; např. hodnota rychlosti se přepočítá podle stupnice „budíku“ na km/h nebo miles/hr, při tlaku v 2. zásobníku vzduchu pod 5.5 bar se aktivuje rozsvícení kontrolky „Nízký tlak 2. okruhu“…
    Přístrojovému svazku jsou potřebná data předávána formou CANových zpráv.
• Přeposílání určených zpráv mezi různými CAN(y)- (funkce „gateway“)
  • Řídicí jednotky bývají připojeny na jednotlivé CANové sběrnice s ohledem na svoji funkčnost: CAN hnacího řetězce, CAN karoserie, CAN přístrojového svazku…. Některé CANové zprávy jsou ale potřebné pro jednotky připojené na různé sběrnice; např. tachograf bývá připojen na CAN přístrojového svazku, ale jím vysílané informace „rychlosti vozidla“ a „otáčky výstupního hřídele převodovky“ jsou potřebné i pro jednotky hnacího řetězce (motor, ABS…). Software hlavní jednotky zajišťuje předávání určených zpráv mezi různými CANy.

• Diagnostika vstupů/výstupů a „time-out“ zpráv
  • Ze všech monitorovaných stavů se průběžně vyhodnocuje stav celého řídicího systému, případně aktivuje signalizace a spouští automatická opatření (zastavení motoru, otevření dveří, spuštění hasicího zařízení…)
• Načtení a ukládání parametrů, vyhodnocování statistik
  • Do „flash“ paměti hlavní jednotky se prostřednictvím parametrizačního software ukládají parametry, které modifikují činnost řídicího systému s ohledem na konfiguraci konkrétního výrobku; např. motor dieslový/CNG, převodovka manuální/automatická/automatizovaná, klimatizace ano/ne, snímání tlaku a teploty pneumatik ano/ne, couvací kamera ano/ne….
    Do stejné paměti mohou být ukládány i záznamy o zjištěných problémech nebo nestandardních stavech; např. doba jízdy s motorem ve vysokých otáčkách, počet výpadků komunikace s jednotkou nástavby…