Pomiar parametrów pracy silnika i pojazdu z wykorzystaniem pokładowej sieci CAN

Współczesne samochody są wyposażone w dużą liczbę układów elektronicznych, które wymagają wzajemnej wymiany informacji, np. sterowniki: silnika (ECU), systemu zapobiegającego blokowaniu kół jezdnych (ABS), systemu stabilizacji toru jazdy (ESP), systemu przeciwpoślizgowego przy ruszaniu (ASR), multimediów itd. Techniczne proble-my niezależnego łączenia ze sobą dużej liczby sterowników doprowadziły do powstania pokładowych sieci wymiany danych [29, 120, 121, 154, 177]. Do najpopularniejszych z nich zalicza się obecnie system CAN (Controller Area Network). System CAN jest szere-gową siecią (magistralą) opracowaną przez firmę Bosch w 1986 roku. Magistrala CAN pracuje z maksymalną prędkością transmisji 1 Mbit/s na dystansie do 40 m. Wraz ze zwiększaniem dystansu spada maksymalna prędkość transmisji, np. 250 kbit/s na 250 m.

Magistrala CAN łączy ze sobą sterowniki kolejnych systemów, przy czym nie ma wyod-rębnionej jednostki nadrzędnej. Sterowniki wchodzące w skład systemu CAN wysyłają komunikaty w postaci szeregu stanów logicznych 0 lub 1. Używane są dwa formaty komu-nikatów, które różnią się długością bitową. Komunikaty te nazywane są ramkami wiado-mości i składają się z siedmiu różnych pól bitowych (rys. 4.1). Jedno z pól bitowych o nazwie „Pole Danych” zawiera informację o wartościach wybranych parametrów, np. o prędkości obrotowej, temperaturze silnika itp.

Rys. 4.1. Ramka wiadomości w systemie CAN

34 4. Założenia dla przyjętej metodyki badań

Magistrala CAN ma strukturę liniową i można do niej dołączać zarówno sterowniki, jak i urządzenia wskaźnikowe oraz wykonawcze. Dołączenie kolejnego urządzenia do magistrali wymaga połączenia z dwoma liniami CAN H i CAN L. Współczesne samochody posiadają również bardzo często dostęp do magistrali CAN przez złącze diagnostyczne.

Wynika to między innymi z małej prędkości transferu danych przez konwencjonalne połą-czenia szeregowe typu K-line [29]. Odczytanie informacji przesyłanych magistralą CAN wymaga więc podłączenia urządzenia rejestrującego przebieg sygnałów w postaci cyfrowej w liniach CAN H i CAN L. W najprostszej z opisanych sytuacji możliwe jest to za pośred-nictwem złącza diagnostycznego.

W niniejszej pracy do pomiaru i rejestracji parametrów eksploatacyjnych silnika i pojazdu posłużono się komercyjnym urządzeniem rejestrującym [159] współpracującym z siecią CAN, które zawiera również system GPS (Global Positioning System) [138]. Jest to urządzenie przeznaczone do „śledzenia” informacji przesyłanych przez sterowniki do sieci pokładowej samochodu. Urządzenie to nie posiada możliwości komunikowania się z inny-mi sterownikainny-mi dołączonyinny-mi do magistrali. Może wyłącznie odczytywać ramki wiadomo-ści transferowane do magistrali. Pomiar i rejestracja musi być poprzedzona identyfikacją ramek wiadomości, które są używane przez sterowniki oraz przypisaniu poszczególnym bitom „Pola Danych” konkretnych parametrów pracy silnika lub pojazdu. W ramach niniej-szej pracy przygotowano specjalne procedury sterowań układem napędowym samochodu służące identyfikacji grupy bitów reprezentujących określony parametr pracy. Ponadto konieczna była również kalibracja sygnałów z systemu CAN dla przyjętych jednostek po-miarowych. Do tego celu wykorzystano rejestrator współpracujący z układem diagnostyki pokładowej OBD (On-Board Diagnostics) [67, 68, 69, 120, 121, 125]. Wykorzystanie łącza komunikacyjnego OBD do rejestracji parametrów pracy silnika i pojazdu umożliwia zapis już wyskalowanych parametrów, np. prędkości obrotowej silnika w obr/min, jednak odby-wa się to przy stosunkowo małej częstotliwości 2 Hz (dla dwóch parametrów). Zapis mak-symalnie 20 skalibrowanych sygnałów, z użyciem rejestratora współpracującego z siecią CAN może się natomiast odbywać przy częstotliwości 100 Hz. Na rysunku 4.2 przedsta-wiono okno dialogowe rejestratora użytego w badaniach, gdzie zdefiniowano jeden para-metr pracy silnika transmitowany siecią CAN. W skład wielkości definiujących parapara-metr pracy wchodzą między innymi:

 identyfikator ramki wiadomości (Vehicle Bus ID (Hex)),

 numery bitów w „Polu Danych” reprezentujących wybrany parametr pracy (reprezenta-cja graficzna w postaci ciemnych słupków),

 nazwa (Name) i jednostki parametru pracy (Units),

 przyjęta skala wiążąca rzeczywistą jednostkę parametru pracy z bezwymiarową warto-ścią liczbową grupy bitów (Scale).

Na rysunku 4.3 przedstawiono okno dialogowe rejestratora z zestawieniem parame-trów odczytywanych z sieci pokładowej CAN, np. prędkość obrotowa silnika n, sygnał trybu pracy klimatyzacji automatycznej AC.

Zużycie paliwa wskazywane przez sterownik silnika obliczano na podstawie liczby cykli pracy w jednostce czasu, czasu otwarcia wtryskiwaczy oraz współczynnika propor-cjonalności [82], który nie jest przez producenta ustalany indywidualnie dla każdego pojaz-du. Dlatego też wskazania sterownika silnika mogą być obarczone pewnym systematycz-nym błędem i przy kalibracji sygnału reprezentującego zużycie paliwa wskazane jest wyko-rzystanie metody pomiaru bezpośredniego, np. metody pełnego zbiornika.

Należy podkreślić, że opracowana metoda identyfikacji grupy bitów reprezentujących określony parametr pracy silnika lub pojazdu oraz jego kalibracji dla przyjętych jednostek

4.2. Pomiar parametrów pracy silnika i pojazdu z wykorzystaniem… 35

pomiarowych umożliwia szybkie i nieinwazyjne stworzenie systemu pomiarowego. Insta-lacja systemu pomiarowego polega na połączeniu urządzenia rejestrującego z gniazdem diagnostycznym OBD. Ponadto, w przypadku pojazdów tej samej marki, używane są te same identyfikatory ramek wiadomości przez sieć pokładową CAN. Oznacza to skrócenie prac nad przygotowaniem systemu pomiarowego do skalibrowania sygnałów dla przyjętych jednostek pomiarowych. Instalowane seryjnie przez producentów na pokładzie współcze-snych pojazdów systemy pomiarowe zapewniają dużą dokładność, zarówno w zakresie próbkowania, np. 120 znaczników na kole zamachowym do pomiaru chwilowej prędkości obrotowej silnika, jak i filtracji „surowego” sygnału. Wynika ona między innymi z zasto-sowanych zaawanzasto-sowanych systemów autodiagnostyki, np. kontroli wypadania zapłonów na podstawie przebiegu prędkości obrotowej silnika.

Rys. 4.2. Definiowanie (dla potrzeb rejestracji) wybranego parametru pracy silnika transmitowanego siecią CAN

Rys. 4.3. Okno dialogowe rejestratora z zestawieniem parametrów odczytywanych z sieci pokładowej CAN

36 4. Założenia dla przyjętej metodyki badań

4.3. Pomiar parametrów trakcyjnych pojazdu z wykorzystaniem