БОРТОВАЯ ИНФОРМАЦИОННО-УПРАВЛЯЮЩАЯ СИСТЕМА (БИУС) АВТОМОБИЛЯ Российский патент 2003 года по МПК B60R16/02 

Изобретение относится к электронному оборудованию автомобилей.

В последнее время для автомобилей перспективными считаются бортовые информационно-управляющие системы (БИУС) с мультиплексными сетями, модульными интеллектуальными устройствами и агрегатами, осуществляющие сбор и обработку информации, а также управление исполнительными органами с помощью интерфейсных шин передачи данных и позволяющие отказаться от прокладки многочисленных проводных жгутов и кабелей. При этом все большее распространение получают конфигурации БИУС, предусматривающие использование одного или нескольких центральных, а также ряд периферийных процессорных блоков (контроллеров), связанных между собой общей и местными интерфейсными шинами (US 5957985 А, В 60 R 16/02, 28.09.1999; US 5890078, В 60 R 16/02, 30.03.1999; DE 19720285, В 60 R 16/02, 19.11.1998; DE 19815715 А1, В 60 R 16/02, 14.10.1999).

Однако известные БИУС характеризуются существенными недостатками, среди которых следует отметить сложности в конструктивном построении и обслуживании, невысокую пропускную способность, значительное потребление, высокую стоимость. Кроме того, в известных БИУС имеют место проблемы в осуществлении качественной диагностики оборудования, а также быстрой и удобной инсталляции новых модулей. Указанные недостатки существенно ограничивают область практического применения известных БИУС.

Наиболее близкой к предложенной является БИУС автомобиля, в состав которой входят связанные между собой центральный процессорный блок, осуществляющий сбор, анализ и обработку информации для контроля режимных параметров, управления электропотребителями автомобиля и их диагностики, информационно-исполнительные блоки, предназначенные для снятия сигналов от датчиков режимных параметров и формирования управляющих сигналов для электропотребителей, а также блок индикации, обеспечивающий обратную связь в процессе управления электропотребителями, при этом функциональные связи осуществлены опять же с помощью общей и местных интерфейсных шин (DE 19730319 А1, В 60 R 16/02, 29.01.1988).

Недостаток указанной БИУС также связан с ее конструктивной сложностью и высокой стоимостью, отрицательно сказывающимися на возможности ее широкого использования.

Задачей изобретения является усовершенствование и удешевление подобной БИУС с расширением области ее применения для автомобилей разных классов, в том числе характеризующихся невысокой стоимостью.

Поставленная задача решается тем, что в БИУС автомобиля, содержащей связанные между собой центральный процессорный блок, осуществляющий сбор, анализ и обработку информации для контроля режимных параметров, управления электропотребителями автомобиля и их диагностики, информационно-исполнительные блоки, предназначенные для снятия сигналов от датчиков режимных параметров и формирования управляющих сигналов для электропотребителей, а также блок индикации, обеспечивающий обратную связь в процессе управления электропотребителями, центральный процессорный блок снабжен программой, обеспечивающей идентификацию в реальном масштабе времени факта выхода из строя элементов оборудования автомобиля, наиболее важных с точки зрения обеспечения безопасности его эксплуатации, и включение вместо них исправных элементов, реализующих аналогичные или близкие к ним функции, информационно-исполнительные блоки размещены вблизи соответствующих электропотребителей, оснащены оптимальным набором входных цепей для связи с расположенными вблизи них датчиками режимных параметров и выполнены унифицированными и самоидентифицирующимися в зависимости от места установки в автомобиле и в соответствии с основным протоколом информационного обмена, в качестве которого применен последовательный несинхронизированный помехозащищенный программный протокол, не требующий использования кварцованной частоты в блоках системы, или стандартный протокол типа LIN-интерфейса, CAN-интерфейса или др., а информационная связь между центральным процессорным блоком, информационно-исполнительными блоками и блоком индикации осуществлена последовательной информационной шиной, выполненной с возможностью подключения дополнительных информационно-исполнительных блоков, а также групп пространственно разнесенных электронных устройств и осуществления информационного обмена между ними с использованием резервных пачек данных основного протокола либо информационного обмена по своим протоколам либо через шлюзы.

Решению поставленной задачи способствуют частные существенные признаки изобретения.

Центральный процессорный блок подключен входными цепями или посредством линии последовательного информационного обмена к органам управления автомобилем, расположенным на руле, рулевой колонке и панели торпедо.

К центральному процессорному блоку подключены линии последовательного информационного обмена с автономными системами климат-контроля, маршрутного компьютера, аудиообеспечения или мультиплексные сети управления электропотребителями дверей, багажника и др.

Информационно-исполнительные блоки конструктивно выполнены однопроцессорными или многопроцессорными, при этом информационная связь между унифицированными субмодулями при многопроцессорном исполнении осуществлена посредством последовательного программного протокола.

Количество и расположение информационно-исполнительных блоков выбрано в зависимости от взаимного расположения электропотребителей в кузове автомобиля с возможностью получения универсальной конфигурации информационно-исполнительных блоков и минимальной длины силовых цепей управления электропотребителями.

Унификация информационно-исполнительных блоков осуществлена за счет идентичных аппаратной конфигурации и программного обеспечения с возможностью полной взаимозаменяемости на одной или различных моделях автомобиля.

Блок индикации выполнен в виде блока комбинации приборов, и/или дисплейного блока, и/или блока вывода речевой информации.

Силовое питание всех электропотребителей автомобиля осуществлено через общую силовую шину питания с защитой предохранителями на выходах из информационно-исполнительных блоков, к которым они подключены, при этом общая силовая шина имеет защиту в точке подключения ее к источнику электропитания автомобиля (аккумулятору, электрогенератору и т.п.).

На чертеже представлена структурная схема предложенной БИУС автомобиля.

На схеме отмечены центральный процессорный блок 1, осуществляющий сбор, анализ и обработку информации для контроля режимных параметров, управления электропотребителями автомобиля и их диагностики, блок индикации 2, обеспечивающий обратную связь в процессе управления электропотребителями, информационно-исполнительные блоки 3, 4, 5, предназначенные для снятия сигналов от датчиков режимных параметров и формирования управляющих сигналов для электропотребителей, и LIN-подобная последовательная информационная (интерфейсная) шина 6 (с резервированием или без резервирования), выполненная с возможностью подключения дополнительных информационно-исполнительных блоков, а также групп пространственно разнесенных электронных устройств и осуществления информационного обмена между ними с использованием резервных пачек данных основного протокола либо информационного обмена по своим протоколам либо через шлюзы.

Центральный процессорный блок 1 снабжен программой, обеспечивающей идентификацию в реальном масштабе времени факта выхода из строя элементов оборудования автомобиля, наиболее важных с точки зрения обеспечения безопасности его эксплуатации, и включение вместо них исправных элементов, реализующих аналогичные или близкие к ним функции.

Информационно-исполнительные блоки 3-5 размещены вблизи соответствующих электропотребителей, оснащены оптимальным набором входных цепей для связи с расположенными вблизи них датчиками режимных параметров и выполнены унифицированными и самоидентифицирующимися в зависимости от места установки в автомобиле и в соответствии с основным протоколом информационного обмена, в качестве которого применен последовательный несинхронизированный помехозащищенный программный протокол, не требующий использования кварцованной частоты в блоках системы, или стандартный протокол типа UN-интерфейса, CAN-интерфейса или др.

Информационная связь между центральным процессорным блоком 1, информационно-исполнительными блоками 3-5 и блоком индикации 2 осуществлена шиной 6, которая обладает высокой помехозащищенностью.

Центральный процессорный блок управления 1 подключен входными цепями или посредством линии последовательного информационного обмена к органам управления автомобилем, расположенным на руле, рулевой колонке и панели торпедо. К центральному процессорному блоку 1 подключены линии последовательного информационного обмена с автономными системами климат-контроля, маршрутного компьютера, аудиообеспечения или мультиплексные сети управления электропотребителями дверей, багажника и др.

Информационно-исполнительные блоки 3-5 конструктивно выполнены однопроцессорными или многопроцессорными, при этом информационная связь между унифицированными субмодулями при многопроцессорном исполнении осуществлена посредством последовательного программного протокола. Количество и расположение информационно-исполнительных блоков 3-5 выбрано в зависимости от взаимного расположения электропотребителей в кузове автомобиля с возможностью получения универсальной конфигурации информационно-исполнительных блоков и минимальной длины силовых цепей управления электропотребителями (на схеме с целью упрощения чертежа показаны лишь три информационно-исполнительных блока). Унификация информационно-исполнительных блоков 3-5 осуществлена за счет идентичных аппаратной конфигурации и программного обеспечения с возможностью полной взаимозаменяемости на одной или различных моделях автомобиля.

Блок индикации 2 выполнен в виде блока комбинации приборов, и/или дисплейного блока, и/или блока вывода речевой информации.

Силовое питание всех электропотребителей автомобиля осуществлено через общую силовую шину питания с защитой предохранителями на выходах из информационно-исполнительных блоков 3-5, к которым они подключены, при этом общая силовая шина имеет защиту в точке подключения ее к источнику электропитания автомобиля.

В процессе работы БИУС все команды водителя, т.е. со слаботочных кнопок, выключателей, переключателей, рычагов и т.п., расположенных на руле, рулевой колонке, панели торпедо, поступают в центральный процессорный блок 1, программно обрабатываются, а затем в форме информационных команд включения/выключения направляются в информационно-исполнительные блоки 3-5. Туда же подводятся сигналы от расположенных вблизи и относящихся к этим блокам датчиков режимных параметров. Все формируемые сигналы являются одноуровневыми (да-нет, включение-выключение). Таким образом, функции классического (релейного) монтажного блока в данном случае распределяются между информационно-исполнительными (электронными) блоками 3-5, приближенными к электропотребителям, а все сигналы от датчиков автомобиля обрабатываются фактически в месте их формирования. При этом информацинно-исполнительные блоки 3-5 оснащены микропроцессорами, силовыми (сильноточными) выходными цепями и некоторым набором (комбинацией) входных цепей для приема сигналов датчиков, оптимальным с точки зрения обеспечения эффективной обработки сигналов.

Аппаратная конфигурация и программное обеспечение информацинно-исполнительных блоков 3-5 являются идентичными между собой, что позволяет считать данные блоки унифицированными и полностью взаимозаменяемыми. После подключения какого-либо из информационно-исполнительных блоков 3-5 к электрическому соединителю (разъему) информационной шины 6 происходит программная самоидентификация блока в зависимости от места его установки в автомобиле. Дополнительные информационно-исполнительные блоки подключаются при необходимости к шине 6 также через электрические соединители. Их самоидентификация производится в соответствии с основным протоколом информационного обмена.

Дополнительная пара пространственно разнесенных, взаимодействующих между собой электронных устройств также подключается к электрическим соединителям информационной шины 6, при этом для информационного обмена между устройствами используются резервные пачки данных основного протокола, либо информационный обмен осуществляется по своим протоколам, в том числе и через дополнительные модули согласования - шлюзы, представляющие собой универсальные устройства с микропроцессором и несколькими каналами выхода на мультиплексную сеть с различной физической реализацией (оптико-волоконными линиями, витыми парами, коаксиалами и т.д.). Дополнительные группы электронных устройств могут осуществлять информационный обмен по шине 6 в интервалах между пачками данных рассматриваемой БИУС по своим протоколам, если это не приводит к ошибкам обмена информацией между основными блоками сети.

Диагностика оборудования осуществляется автоматически сразу после включения зажигания, затем непрерывно в реальном масштабе времени параллельно с выполнением функций контроля и управления оборудованием.

Обратная связь в процессе управления электропотребителями реализуется с помощью блока индикации 2. При этом его функции могут быть возложены на комбинацию приборов, и/или дисплейный блок, и/или блок вывода речевой информации.

Информация о выявленных неисправностях предъявляется средствами обратной связи сразу после включения зажигания, через некоторое время после остановки автомобиля и сразу после выключения зажигания.

Для проведения более глубокой (тестовой) диагностики оборудования и поддержания на должном уровне технического состояния автомобиля в центральном процессорном блоке 1 запускается соответствующая программа.

При функционировании БИУС в реальном масштабе времени средствами оперативной диагностики выявляются вышедшие из строя элементы светотехники и другого электрооборудования. Наиболее важные с точки зрения безопасности эксплуатации автомобиля элементы, такие как стоп-сигналы, сигналы поворота, сигналы заднего хода, габаритные огни, огни аварийной сигнализации, задние противотуманные фонари, автоматически дублируются программными средствами.

Например, вместо вышедших из строя фонарей стоп-сигнала при включении концевого выключателя педали тормоза центральным процессорным блоком 1 автоматически включаются задние противотуманные фонари, или сигналы заднего хода, или оба задних сигнала поворота, габаритов и т.д.

Таким образом, предложенная БИУС автомобиля обеспечивает качественное выполнение всех основных функций по контролю и управлению автомобилем, повышает безопасность его эксплуатации. Вместе с тем ее преимущество проявляется в снижении номенклатуры используемых составных элементов и общей стоимости.

Изобретение относится к электронному оборудованию автомобилей. БИУС содержит связанные информационной шиной центральный процессорный блок, осуществляющий контроль параметров, управление электропотребителями и их диагностику, информационно-исполнительные блоки, а также блок индикации. Процессорный блок снабжен программой, обеспечивающей идентификацию факта выхода из строя элементов оборудования автомобиля, наиболее важных с точки зрения обеспечения безопасности его эксплуатации, и включение вместо них исправных элементов, реализующих аналогичные или близкие к ним функции. Информационно-исполнительные блоки размещены вблизи соответствующих электропотребителей, оснащены оптимальным набором входных цепей для связи с датчиками и выполнены унифицированными и самоидентифицирующимися в зависимости от места установки в автомобиле и в соответствии с протоколом информационного обмена. В сети применен последовательный программный протокол, не требующий использования кварцованной частоты в блоках. Информационная шина выполнена с возможностью подключения дополнительных информационно-исполнительных блоков. БИУС обеспечивает качественное выполнение основных функций по контролю и управлению автомобилем. Ее преимущество проявляется в снижении номенклатуры составных элементов и общей стоимости. 7 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Бортовая информационно-управляющая система (БИУС) автомобиля, содержащая связанные между собой центральный процессорный блок, осуществляющий сбор, анализ и обработку информации для контроля режимных параметров, управления электропотребителями автомобиля и их диагностики, информационно-исполнительные блоки, предназначенные для снятия сигналов от датчиков режимных параметров и формирования управляющих сигналов для электропотребителей, а также блок индикации, обеспечивающий обратную связь в процессе управления электропотребителями, отличающаяся тем, что центральный процессорный блок снабжен программой, обеспечивающей идентификацию в реальном масштабе времени факта выхода из строя элементов оборудования автомобиля, наиболее важных с точки зрения обеспечения безопасности его эксплуатации, и включение вместо них исправных элементов, реализующих аналогичные или близкие к ним функции, информационно-исполнительные блоки размещены вблизи соответствующих электропотребителей, оснащены оптимальным набором входных цепей для связи с расположенными вблизи них датчиками режимных параметров и выполнены унифицированными и самоидентифицирующимися в зависимости от места установки в автомобиле и в соответствии с основным протоколом информационного обмена, в качестве которого применен последовательный несинхронизированный помехозащищенный программный протокол, не требующий использования кварцованной частоты в блоках системы, или стандартный протокол типа LIN-интерфейса, CAN-интерфейса или др. , а информационная связь между центральным процессорным блоком, информационно-исполнительными блоками и блоком индикации осуществлена последовательной информационной шиной, выполненной с возможностью подключения дополнительных информационно-исполнительных блоков, а также групп пространственно разнесенных электронных устройств и осуществления информационного обмена между ними с использованием резервных пачек данных основного протокола либо информационного обмена по своим протоколом либо через шлюзы. 2. БИУС автомобиля по п. 1, отличающаяся тем, что центральный процессорный блок подключен входными цепями или посредством линии последовательного информационного обмена к органам управления автомобилем, расположенным на руле, рулевой колонке и панели торпедо. 3. БИУС автомобиля по п. 1, отличающаяся тем, что к центральному процессорному блоку подключены линии последовательного информационного обмена с автономными системами климат-контроля, маршрутного компьютера, аудиообеспечения или мультиплексные сети управления электропотребителями дверей, багажника и др. 4. БИУС автомобиля по п. 1, отличающаяся тем, что информационно-исполнительные блоки конструктивно выполнены однопроцессорными или многопроцессорными, при этом информационная связь между унифицированными субмодулями при многопроцессорном исполнении осуществлена посредством последовательного программного протокола. 5. БИУС автомобиля по п. 1, отличающаяся тем, что количество и расположение информационно-исполнительных блоков выбрано в зависимости от взаимного расположения электропотребителей в кузове автомобиля с возможностью получения универсальной конфигурации информационно-исполнительных блоков и минимальной длины силовых цепей управления электропотребителями. 6. БИУС автомобиля по п. 1, отличающаяся тем, что унификация информационно-исполнительных блоков осуществлена за счет идентичных аппаратной конфигурации и программного обеспечения с возможностью полной взаимозаменяемости на одной или различных моделях автомобиля. 7. БИУС автомобиля по п. 1, отличающаяся тем, что блок индикации выполнен в виде блока комбинации приборов и/или дисплейного блока, и/или блока вывода речевой информации. 8. БИУС автомобиля по п. 1, отличающаяся тем, что силовое питание всех электропотребителей автомобиля осуществлено через общую силовую шину питания с защитой предохранителями на выходах из информационно-исполнительных блоков, к которым они подключены, при этом общая силовая шина имеет защиту в точке подключения ее к источнику электропитания автомобиля.