Systemy monitorowania pojazdów – przegląd istniejących rozwiązań i kierunki ich rozwoju

(1)

STANISŁAW RADKOWSKI, KRZYSZTOF ROKICKI ROZWIĄZAē I KIERUNKI ICH ROZWOJU

Streszczenie

W niniejszym opracowaniu zebrano podstawowe informacje o rynku usług tele-metrycznych w Polsce oraz o najpopularniejszych systemach monitorowania pojaz-dów. BliĪej przedstawiono trzy z nich – AutoControl firmy AutoGuard, wykorzystują-cy sieü GSM do przesyłania informacji do centrum zarządzania oraz sygnał GPS do lokalizowania pojazdów, system rejestrujący CarChip firmy DAVIS Instruments ba-zujący na danych dostĊpnych poprzez złącze diagnostyczne w pojeĨdzie oraz reje-strator SuperVisor GPS wykorzystujący sygnał GPS i typowy noĞnik danych. Przed-stawiono równieĪ systemy opracowane w ramach prac prowadzonych na Wydziale Samochodów i Maszyn Roboczych Politechniki Warszawskiej. Przedstawiono takĪe dalsze kierunki rozwoju systemów monitorujących pojazdy.

Słowa kluczowe: systemy monitorowania pojazdów, diagnostyka pokładowa 1. Wprowadzenie

W ostatnich latach odnotowano dynamiczny rozwój systemów wspomagających zarządzanie imonitorowanie flot pojazdów firmowych. Wzrost zainteresowania takimi systemami moĪna przypisaü z jednej strony – szybkiemu rozwojowi nowych technologii, z drugiej – rosnącym kosztom utrzymania pojazdów, a w szczególnoĞci wzrostowi cen paliw. W wielu firmach istnieje problem wykorzystywania przez pracowników samochodów słuĪbowych niezgodnie zprzeznaczeniem. DziĊki obniĪeniu cen, stosowanie systemów monitorowania pojazdów opłaca siĊ juĪ nie tylko duĪym, ale i Ğrednim czy nawet małym firmom. Niektóre systemy dostĊpne na rynku oferują takĪe szereg dodatkowych funkcji związanych np. z diagnostyką pokładową czy teĪ umoĪliwiających odnalezienie pojazdu po kradzieĪy [3].

Według badaĔ przeprowadzonych przez firmĊ AutoGuard S.A. rynek usług związanych ztelemetrią w roku 2010 przekroczył 200 mln zł, a iloĞü pojazdów wyposaĪonych w urządzenia do monitorowania i zarządzania flotą miała wzrosnąü do 171 tysiĊcy – co oznacza wzrost o blisko 55% w przeciągu dwóch lat. Kryzys finansowy, który od roku 2009 szczególnie dotknął branĪĊ motoryzacyjną, paradoksalnie przyczynił siĊ do dynamicznego rozwoju rynku telemetrii. Instalacja tego typu urządzeĔ w pojazdach pozwala obniĪyü koszty związane m.in. z zuĪyciem paliwa czy zniĪkami w ubezpieczeniach [4].

WiĊkszoĞü produktów dostĊpnych na rynku posiada podstawowe funkcje pozwalające na Ğledzenie pozycji pojazdu na mapie na ekranie komputera z dostĊpem do Internetu, Ğledzenie zuĪycia paliwa i prĊdkoĞci pojazdu. CzeĞü pozwala na obserwacjĊ temperatur w jednym lub kilku

(2)

systemów pozwala równieĪ powiadomiü właĞciciela o kradzieĪy pojazdu i zlokalizowaü go za poĞrednictwem GPS i sieci GSM. Tylko nieliczne pozwalają na odnajdywanie pojazdu za poĞrednictwem innych dróg radiowych, bardziej odpornych na zakłócenia. Warto zwróciü uwagĊ, Īe przeglądu dokonano na bazie danych krajowych, które są reprezentatywne dla krajów europejskich.

2. System AutoControl firmy AutoGuard

Nadzorowanie floty pojazdów odbywa siĊ za pomocą autorskiej aplikacji AutoControl oraz urządzenia monitorującego GPS/GSM, zamontowanego w pojeĨdzie. Moduł wysyła z pojazdu regularny sygnał zawierający dane okreĞlające jego połoĪenie oraz informacje na temat prĊdkoĞci, zuĪycia paliwa oraz innych parametrów jezdnych pojazdu. Dane z pojazdu są wysyłane za poĞrednictwem sieci GSM do Centrum Monitorowania, gdzie są dekodowane i nanoszone na mapĊ. Tak przetworzone informacje trafiają do klienta, który moĪe na bieĪąco analizowaü trasĊ pojazdu oraz wybrane parametry eksploatacyjne takie jak: czas pracy kierowców, zuĪycie paliwa, stan techniczny auta.

Lokalizacja i transmisja danych miĊdzy pojazdem i dyspozytorem odbywa siĊ za poĞrednictwem niewielkich rozmiarów modułów – nadajników ukrytych w pojeĨdzie. Urządzenia posiadają awaryjne zasilanie, którego zadaniem jest podtrzymanie sprawnoĞci systemu, gdy napiĊcie w instalacji elektrycznej samochodu spadnie poniĪej 10,5 V lub gdy zostanie odłączony akumulator.

WłaĞciciel pojazdu moĪe byü informowany równieĪ o próbie włamania lub kradzieĪy pojazdu. Aplikacja AutoControl pozwala na ciągłą analizĊ i optymalizacjĊ wykorzystania taboru transportowego. Pozwala na tworzenie róĪnorodnych raportów o charakterystyce pracy poszczególnych pojazdów. ZasiĊg działania systemu AutoControl obejmuje całą EuropĊ [5].

Firma AutoGuard S. A. przewiduje w najbliĪszych latach wprowadzenie nowej wersji systemu, umoĪliwiającej zdalną komunikacjĊ z systemami diagnostyki pokładowej pojazdu OBD-II. Obecna wersja systemu nie ma takich funkcji.

(3)

Stanisław Radkowski, Krzysztof Rokicki

Systemy monitorowania pojazdów – przegląd istniejących rozwiązaĔ i kierunki ich rozwoju

Rysunek 1. Schemat działania systemu AutoControl firmy AutoGuard ħródło: http://www.autoguard.pl.

3. Auto Gaz ĝląsk – DAVIS Instruments CarChip / DriveRight [6]

Systemy firmy DAVIS Instruments dystrybuowane przez AUTO GAZ ĝLĄSK Sp. z o.o. opierają siĊ na urządzeniach CarChip Fleet Pro i DriveRight 600E. Ich funkcje i zastosowanie róĪnią siĊ miĊdzy sobą.

Urządzenie CarChip Fleet Pro instalowane jest w złączu diagnostycznym OBDII – tym samym jest urządzeniem nieinwazyjnym. Wystarczy włoĪyü urządzenie do gniazda diagnostycznego by dane były automatycznie zapisywane.

Rysunek 2. Urządzenie CarChip Fleet Pro ħródło: http://www.carchip.pl.

(4)

silnika i jego podzespołów, oraz odczytywanie i kasowanie kodów błĊdów pracy silnika.

UmoĪliwia weryfikacjĊ pracy samochodu w warunkach drogowych, rejestruje i zapamiĊtuje 4 z 23 dowolnie wybranych parametrów pracy silnika w odstĊpach od 5 do 60 sekund. MoĪe rejestrowaü: RPM – prĊdkoĞü obrotową silnika, połoĪenie przepustnicy, obciąĪenie silnika, stan układu paliwowego, korektĊ krótkoterminowa dawki paliwa, korektĊ długoterminową dawki paliwa, napiĊcie akumulatora, wyprzedzenie zapłonu, temperaturĊ silnika, iloĞü powietrza zasysanego, temperaturĊ powietrza zasysanego, ciĞnienie w kolektorze, napiĊcie sond lambda.

Pokazuje, które elementy systemu kontroli emisji spalin w samochodzie moĪna testowaü poprzez złącze OBDII. Monitoruje wypadanie zapłonów, korekty mieszanki i zachowanie siĊ elementów układu paliwowego.

Urządzenie nie posiada modemu GSM do zdalnego przesyłania danych do centrali – dane mogą byü dostĊpne dopiero po podłączeniu terminala do komputera przez złącze USB lub sieü WiFi. Jest to urządzenie pełniące funkcjĊ „czarnej skrzynki”.

Drugi z systemów firmy DAVIS Instruments – oparty o urządzenia DriveRight 600E posiada moĪliwoĞü zdalnej transmisji danych do centrali za poĞrednictwem sieci GSM.

Rysunek 3. Urządzenie Driveright600e ħródło: http://www.carchip.pl.

(5)

W porównaniu do CarChip nie posiada jednak moĪliwoĞci rejestracji kodów błĊdów i wyboru parametrów pracy silnika do odczytu.

4. SuperVisor GPS

Firma Supervisor Sp. z o.o. z Gdyni oferuje urządzenie SuperVisor GPS. Jest ono nowoczesnym rejestratorem, słuĪącym do monitorowania tras jazd pojazdów, oraz do kontrolowania efektywnoĞci wykorzystania taboru. UmoĪliwia rozliczanie czasu pracy pojazdów, zuĪytego paliwa, iloĞci zatankowanego paliwa w baku. Rejestruje iloĞü, czas i miejsce, w którym zatankowano paliwo.

Do zapisu tras, oraz do rozliczenia czasu jazdy pojazdów wykorzystano satelitarny system GPS. System ten pozwala na rejestrowanie tras pojazdów z dokładnoĞcią do 15m. Rejestrator zapisuje ponadto wiele innych istotnych parametrów jazd samochodów, w tym zuĪycie paliwa.

Dane po przeniesieniu z rejestratora do komputera (przy pomocy karty pamiĊci) mogą byü poddawane szczegółowej analizie przy pomocy specjalistycznego oprogramowania (stanowi ono integralną czĊĞü oferowanych przez nas systemów); trasy jazd samochodów mogą byü analizowane przy pomocy mapy komputerowej [7].

System SuperVisor GPS monitoruje nastĊpujące parametry podczas pracy pojazdu [8]: • czas

• przebyta droga

• prĊdkoĞü Ğrednia i maksymalna

• czas przekroczenia prĊdkoĞci granicznej • obroty silnika (analiza graficzna)

• poziom paliwa w zbiorniku (pełne rozliczenie zuĪycia paliwa i weryfikacja tankowaĔ) • indywidualna identyfikacja kierowcy

• czas pracy pojazdu na "biegu jałowym" • temperatura w chłodni

• praca dodatkowych urządzeĔ zamontowanych w pojeĨdzie (podnoĞniki, betoniarki, Īura-wie, pompy itp.

• rejestracja prób ingerencji w zainstalowany sprzĊt w pojeĨdzie

System zarządzania flotami pojazdów SuperVisor GPS do zbierania danych wykorzystuje dwie metody pomiaru poziomu paliwa w zbiornikach. Pierwsza z nich, dedykowana do mniejszych pojazdów dokonuje pomiaru z wykorzystaniem fabrycznego pływaka. Sonda paliwowa jest natomiast urządzeniem przeznaczonym do bardzo precyzyjnego pomiaru poziomu paliwa wzbiornikach o duĪej pojemnoĞci. Wysoka dokładnoĞü pomiaru jest niezwykle przydatna wprzypadku pojazdów ciĊĪarowych, autobusów oraz maszyn budowlanych, drogowych irolniczych.

(6)

Rysunek 4. Urządzenie SuperVisor GPS ħródło: http://www.supervisor.pl/.

5. Proponowane kierunki rozwoju

W ostatnim czasie Zintegrowane ĝrodowiskowe Laboratorium Systemów Mechatronicznych Pojazdów i Maszyn Roboczych Politechniki Warszawskiej prowadzi prace nad telemetrycznymi systemami przejmowania danych z pojazdów. ħródłem danych są znormalizowane systemy diagnostyki pokładowej OBD-II oraz komunikaty przesyłane za poĞrednictwem cyfrowych magistral pojazdowych CAN-bus.

Pierwszy etap prac polegał na opracowaniu koncepcji interfejsu autonomicznego układu monitorującego parametry pojazdu. ZałoĪono, Īe parametry powinny byü monitorowane podczas jazdy, bez koniecznoĞci montaĪu w samochodzie dodatkowych sensorów – poprzez złącze diagnostyczne w systemie OBD-II. System ten umoĪliwia komunikacjĊ miĊdzy pojazdem ainterfejsem diagnostycznym w jednym z piĊciu znormalizowanych protokołów. System OBD II słuĪy miĊdzy innymi do wymiany danych diagnostycznych miĊdzy sterownikami takich podzespołów pojazdu jak silnik, skrzynia biegów, systemy bezpieczeĔstwa, a urządzeniami zewnĊtrznymi – np. czytnikami diagnostycznymi. DostĊpne dane obejmują równieĪ bieĪące parametry pracy i chwilowe wartoĞci wielkoĞci mierzonych przez szereg czujników w pojeĨdzie. Dane te mogą byü odbierane, a nastĊpnie przetwarzane i analizowane lub zapisywane – np. w celu analizy off-line – przez zewnĊtrzne urządzenie, jakim ma byü projektowany „Interfejs”. Komunikacja ze sterownikami w pojeĨdzie odbywa siĊ z wykorzystaniem magistrali CAN. Jest to obecnie jedna z najczĊĞciej stosowanych sieci przesyłu danych miĊdzy układami sterowania – dziĊki temu na rynku dostĊpnych jest szereg tanich urządzeĔ wspierających komunikacjĊ po CAN.

Do wykonania prototypu systemu wykorzystano zestaw ewaluacyjny Keil MCB2300 oparty omikrokontroler ARM7 z zabudowanym tekstowym wyĞwietlaczem LCD, złączem sieci CAN, złączem kart pamiĊci SD, dwoma portami szeregowymi, portami USB i sieci Ethernet oraz

(7)

przyciskami interfejsu uĪytkownika. Mikrokontrolery ARM7 mają wystarczającą moc obliczeniową do zastosowaĔ w diagnostyce pokładowej [1].

Rysunek 5. Prototyp systemu oparty o zestaw Keil MCB2300

ħródło: Materiały własne.

Zaprojektowany układ moĪe pełniü szereg funkcji, których nie mają czytniki diagnostyczne ani komputery pokładowe w samochodach. MoĪliwe jest udostĊpnienie kierowcy wielu danych ostanie układów – czujników oraz elementów wykonawczych – juĪ podczas jazdy. Na ich podstawie doĞwiadczona osoba moĪe oceniü stan techniczny pojazdu. MoĪliwe jest takĪe odczytanie kodów błĊdów zapamiĊtanych przez sterowniki w pojeĨdzie, a takĪe ich kasowanie. „Interfejs” moĪe sam przetwarzaü, analizowaü oraz interpretowaü przechwytywane dane i na ich podstawie planowaü strategiĊ eksploatacji pojazdu. Przykładem moĪe byü sugerowanie kierowcy zmiany biegu w celu zmniejszenia zuĪycia paliwa, czy odciąĪenia silnika, pracującego na niekorzystnym fragmencie charakterystyki.

Funkcja „czarnej skrzynki” umoĪliwia gromadzenie danych w celach badawczych do póĨniejszej analizy. Dane mogą byü zapisywane są na karcie pamiĊci SD o dostĊpnej pojemnoĞci. Na tak zarejestrowanych danych mogą byü wykonywane skomplikowane algorytmy diagnostyczne. MoĪliwe jest takĪe porównywanie wartoĞci wielkoĞci mierzonych w pojeĨdzie z wzorcowymi, jakie są rejestrowane w stanie zdatnym układu – i na podstawie analizy wielkoĞci residualnych – podejmowane są decyzje o koniecznoĞci kontroli lub naprawy poszczególnych elementów wczeĞniej, niĪ bĊdzie to sugerował system OBD.

Port szeregowy został wykorzystany do komunikacji z odbiornikiem GPS, od którego pobierane są informacje o pozycji geograficznej pojazdu.

(8)

Na obecnym etapie trwają prace związane z rozszerzeniem funkcjonalnoĞci o komunikacjĊ zzewnĊtrznym centrum zarządzania poprzez sieü GSM/UMTS. Zaimplementowane zostaną takĪe funkcje wykorzystujące informacje dostĊpne w sieci CAN pojazdu, bez poĞrednictwa systemu OBD-II.

Równolegle prowadzono prace nad wykorzystaniem popularnych i tanich urządzeĔ – nawigacji samochodowych do diagnostyki pokładowej. Opracowano koncepcjĊ i zbudowano prototyp urządzenia opartego o układ OBD-II ELM327 BT oraz nawigacjĊ GPS Navroad Hugo. Komunikacja pomiĊdzy urządzeniami odbywa siĊ za pomocą wbudowanych odbiorników sieci bezprzewodowej bluetooth. Układy ELM327 pełnia funkcjĊ translatora miĊdzy pojazdem aurządzeniami diagnostycznymi – mogą pobieraü dane z OBD-II w kaĪdym z piĊciu istniejących protokołów wymiany danych, a nie tylko CAN jak w przypadku układu Keil MCB2300. Dane przesyłają dalej wykorzystując przewodowy lub bluetoothowy port szeregowy.

WiĊkszoĞü nawigacji samochodowych oraz przenoĞnych urządzeĔ PDA działa pod kontrolą systemów operacyjnych Windows CE/Mobile lub Android, które są stosunkowo proste wprogramowaniu i pozwalają na uruchomienie w tle aplikacji diagnostycznej [2].

Rysunek 6. System diagnostyczny oparty o urządzenia ELM327 i nawigacjĊ samochodową

Navroad Hugo ħródło: Materiały producentów.

Próby przeprowadzone na urządzeniu Navroad pokazały, Īe w prosty sposób moĪna stworzyü aplikacjĊ z interfejsem przyjaznym dla uĪytkownika i moĪliwoĞciami analizy i zapisu danych pozyskanych z pojazdu.

Wadą systemu okazała siĊ niewielka przepustowoĞü układu ELM327, nie przekraczająca 20 rekordów na sekundĊ.

(9)

6. Podsumowanie

Rozwój systemów do monitorowania pojazdów bĊdzie szedł w parze z pracami nad inteligentnymi systemami transportowymi. Byü moĪe w dalszej przyszłoĞci takie systemy zostaną zintegrowane. WczeĞniej jednak systemy monitorujące powinny zostaü wyposaĪone w funkcje związane z diagnostyką zarówno stanu pojazdu, jak i zachowania kierowcy.

Przeprowadzanie zdalnej diagnostyki przy wykorzystaniu zarówno systemów OBD-II, jak ifirmowych systemów diagnostycznych implementowanych przez producentów samochodów oraz łączy bezprzewodowych – np. GSM, jakie są wykorzystywane w systemach monitorowania pojazdów, znacznie ułatwi wykrywanie i usuwanie uszkodzeĔ podzespołów pojazdów. Pozwoli równieĪ na przyjĊcie odpowiedniej strategii eksploatacji.

Informacje przesyłane z pojazdu do centrum zarządzania flotą powinny mieü róĪne priorytety, powinny byü w wysyłane z róĪnymi interwałami czasowymi – w zaleĪnoĞci od potrzeby.

Kilku najwiĊkszych producentów samochodów wprowadza do swoich pojazdów systemy wykrywające stopieĔ zmĊczenia kierowcy, jak i jego koncentracjĊ. Dane rejestrowane przez takie systemy równieĪ powinny byü dostĊpne dla centrum zarządzania flotą, zwłaszcza w przypadku wykrycia zmĊczenia czy dekoncentracji kierowcy zagraĪającej bezpieczeĔstwu jazdy.

Istotnym problemem przy projektowaniu nowych systemów bĊdzie kwestia zabezpieczenia komunikacji miĊdzy pojazdem a centrum zarządzania. JeĪeli systemy te bĊdą miały moĪliwoĞü ingerowania w działanie urządzeĔ w pojeĨdzie, kaĪde włamanie do systemu bĊdzie mogło zakoĔczyü siĊ trudnymi do przewidzenia scenariuszami – od wykradania informacji, aĪ po przejĊcie kontroli nad jadącym pojazdem.

Praca naukowa finansowana ze Ğrodków na naukĊ w latach 2008–2011 jako projekt badawczy.

(10)

1. Mączak J., Rokicki K., Concept of the mobile system based on ARM microcontrollers for machine monitoring, IX International Technical Systems Degradation Conference, Liptovský Mikuláš, April 7–10.2010r., 2010.

2. Rokicki K., proactive maintenance strategy for transportation system – implementation of a prototype, X International Technical Systems Degradation Conference, Liptovský Mikuláš, April 27–30.2011r., 2011. 3. http://www.flota.com.pl/cms/index.php/33216/systemy_monitorowania_pojazdow_przeglad_ rynku.html. 4. http://www.autoguard.pl/centrum_prasowe/informacje_prasowe/4/15. 5. http://www.autoguard.pl/uslugi_i_produkty/podstawowe_uslugi/zarzadzanie_flota_pojazdow. 6. http://www.carchip.pl/katalog_davis.pdf. 7. http://www.toreuse.pl/read,id_6831.html. 8. http://www.supervisor.pl/.

VEHICLES MONITORING SYSTEMS – STATE OF ART AND DIRECTIONS OF DEVELOPMENT

Summary

The paper collect basic information about the services market in Poland and the telemetry of the most popular vehicle monitoring systems. Closer, three of them – AutoControl AutoGuard, using the GSM network to send information to the man-agement center and a GPS signal to locate the vehicle's registration system CarChip DAVIS Instruments based on data available through the diagnostic connector in the vehicle and a GPS recorder SuperVisor using the GPS signal and a typical medium. Also presents the systems developed in the work of the Faculty of Automotive and Construction Machinery Engineering, Warsaw University of Technology. It also provides future directions vehicle monitoring systems.

Keywords: fleet monitoring systems, on-board diagnostic systems Stanisław Radkowski

Krzysztof Rokicki Instytut Pojazdów

Wydział Samochodów i Maszyn Roboczych Politechnika Warszawska

e-mail: ras@simr.pw.edu.pl