Автомобильная охранная система и коммуникационный узел для этой охранной системы Российский патент 2017 года по МПК B60R25/00 

Изобретение относится к области автомобилестроения и касается конструктивного исполнения автомобильной охранной системы - сигнализации, применяемой для постановки автомобиля на защиту и контроль от противоправных действий третьих лиц.

Такая автомобильная охранная система (АОС) является автомобильной сигнализацией с возможностью управления по радиоканалу посредством брелока-коммуникатора с жидкокристаллическим дисплеем. Система осуществляет обмен информацией между брелоком-коммуникатором и процессорным блоком на некотором расстояние (возможно до 1500 м). Такая автомобильная охранная система представляет собой независимую систему, которую внедряют в автомобиль дополнительно к существующему и выполненному в заводских условиях иммобилайзеру без нарушения и изменения схемного решения последнего и электросистем жизнеобеспечения автомобиля. Таким образом, установка автомобильной охранной системы - сигнализации в изготовленный в заводских условиях автомобиль - это оснащение автомобиля без переделки последнего дополнительной электронной системой, функционирование которой не должно нарушать логические алгоритмы работы систем жизнеобеспечения автомобиля.

С начала 1940 г. автопроизводители непрерывно улучшали технологии своих автомобилей путем интеграции и наращиванием электронных компонентов. Технологический прогрессивный автомобиль становились более составными, так как электронные компоненты заменяли механические системы и создавали дополнительный комфорт, удобство, и характеристики безопасности. В связи с этим автомобили имели большое количество проводки, которая была необходима для соединения различных электронных компонентов. Ко всему прочему, с увеличением количества проводки усложнялся доступ к ней.

В соответствии с большим количеством проводов, установка АОС требовала от установщика не только понимать, как интегрировать системы и связать друг с другом, но также требовала многочисленных соединений, пролегающих по всей длине автомобиля. В результате установщикам необходимо иметь хорошие знания и затрачивать много времени для установки неоригинального оборудования или обучения установке. В итоге установщики сталкиваются с наращиваемыми сложностями по установке, что приводит к необходимости участия только квалифицированного персонала для обеспечения правильной и долговременной работы АОС.

К середине 70-х годов в жгуты увязывались уже сотни метров электрических проводов, что требовало кардинального нового решения. Идея упрощения электропроводки лежала на поверхности - хорошо бы проложить в автомобиле всего один провод, нанизать на него потребителей и возле каждого поставить некое управляющее устройство. Тогда по этому проводу можно было бы пустить и энергию для потребителей (лампочек, датчиков, исполнительных устройств) и управляющие сигналы. К началу 90-х был разработан сетевой интерфейс CAN (Controller Area Network) для создания бортовых мультипроцессорных систем реального времени (фиг. 1). В электронике проводную систему, по которой передаются данные, принято называть "шиной". CAN BUSE (информационная шина автомобиля) в автомобиле чаще всего представляет из себя двухпроводную дифференциальную шину, связывающую управляющие и исполнительные узлы автомобиля.

Если данные передаются по двум проводам (т.н. "витая пара" - двухпроводная шина) последовательно, импульс за импульсом - это будет последовательная шина (serial bus), витая пара последовательной шины способна передавать до 1 Мбит/сек, чего вполне достаточно. Правила, по которым отдельные блоки обмениваются информацией, в электронике называются протоколом. Протокол позволяет посылать отдельным блокам отдельные команды, опрашивать каждый блок в отдельности или всех сразу. Кроме адресного обращения к устройствам, протокол предусматривает и возможность задания приоритетов самим командам. Например, команда на управление двигателем будет иметь приоритет перед командой на управление кондиционером. Развитие и миниатюризация электроники позволяют теперь выпускать недорогие модули управления и связи, которые в автомобиле можно соединять в виде звезды, кольца или цепи. Обмен информацией идет в обоих направлениях, т.е. можно не только включить например лампочку заднего хода, но и получить информацию светит ли она.

Из-за того что системы жизнеобеспечения автомобиля могут выполнять различные задачи, иногда несовместимые по скорости, иногда не совместимые по времени, то разработчики начали использовать более одной CAN шины в автомобиле. Также такое разделение важно с точки зрения сохранения энергии аккумуляторной батареи, чтобы можно было часть узлов обесточить во время стоянки. На фиг. 2 показан пример организации шины (топологии) в автомобиле BMW 5** Е39. На этом примере видно применение в топологии шести различных CAN шин, которые решают локальные задачи, решение каждой из которых не оказывает влияние на исполнение функций узлами, сидящими на других шинах.

В связи с использованием системы CAN шин в автомобиле разумеющимся образом стало очевидно, что эти CAN шины модно использовать в качестве системы проводниковых связей для подключения АОС. Одним из наиболее часто встречающихся вариантов подключения систем охранной сигнализации к автомобильной шине CAN является использование внешних CAN-модулей, выполненных в отдельном корпусе (например, универсальный CAN-адаптер CAN-ART-A тюнинг-центра "AGT" (г. Москва, http://www.agt-company.ru/tu_eg_1_1), адаптер цифровой шины автомобиля FALCON CAN-02 компании «Мега-Ф Столица» (г. Москва, http://www.mega-f.ru/ru/product/service_device/can/can-02/), адаптеры серии AUTOCAN ООО "ТЭК электронике" (г. Москва, http://www.tec-electronics.ru/page.html?p=18&id=0).

К числу недостатков данного рода решений следует отнести увеличение количества дополнительно устанавливаемого оборудования и возрастающие габариты охранного комплекса, состоящего из системы охранной сигнализации и внешнего модуля адаптера CAN-шины, что усложняет возможности скрытной установки комплекса в транспортное средство, снижая тем самым его охранные возможности. Кроме того, использование внешнего модуля адаптера CAN-шины требует применения дополнительных схемотехнических решений предусматривающих возможность согласования адаптера с системой охранной сигнализации устанавливаемой на транспортное средство, что ограничивает возможности полноценного функционирования модуля CAN-шины и системы охранной сигнализации в целом.

Известно решение устройства для адаптации системы охранной сигнализации транспортных средств с шиной CAN транспортного средства, содержащее CAN-модуль в корпусе с выводами для подсоединения к системе сигнализации, предназначенный для установки внутрь корпуса системы охранной сигнализации, где указанный корпус CAN-модуля представляет собой корпус съемного модуля памяти, выполненный либо в корпусе Compact Flash (CF) с аналоговыми выходами либо Secure Digital (SD) со стандартизованным открытым последовательным протоколом (RU 90746, RU 2415766 (ООО "ТЭК электронике", г. Москва).

К числу недостатков данного решения можно отнести вышеуказанную для аналогичных обособленных решений адаптеров, выполненных в отдельном корпусе, необходимость применения дополнительных мер для его согласования с системой охранной сигнализации устанавливаемой на транспортное средство, что ограничивает возможности полноценного функционирования модуля CAN-шины и системы охранной сигнализации в целом. Заданный формат съемного модуля памяти не позволяет обеспечить применение дополнительных контактных площадок помимо стандартизованных, что также ограничивает возможности системы в целом. Кроме того, возможность установки съемного модуля памяти в корпус блока системы охранной сигнализации непосредственно пользователем, согласно информации раскрытой в патентах, создает предпосылки к нарушению целостности схемного решения блока охранной сигнализации и нештатной установке адаптера, что может негативно сказаться на стабильности ее работы.

Наиболее близким аналогом, выбранным в качестве прототипа, является известное решение интегрированного (встраиваемого) съемного модуля CAN-шины системы охранной сигнализации транспортного средства (RU 116107, B60R 25/10, опубл. 20.05.2012), заключающееся в том, что модуль CAN-шины выполнен в бескорпусном исполнении в виде печатной платы снабженной электронной схемой с управляющим микроконтроллером и с разъемами подключения к плате автосигнализации в виде групп контактов штырьковых соединителей, устанавливаемых на штатные разъемы соединения платы автосигнализации. Использование системы охранной сигнализации транспортного средства с интегрированным модулем CAN-шины позволяет подключать автомобильную сигнализацию непосредственно к цифровой CAN-шине автомобиля, без увеличения количества устанавливаемых устройств и габаритных размеров охранного комплекса в целом. Кроме того, интегрированный модуль CAN-шины позволяет значительно сократить вмешательство в штатную электропроводку, а также избежать необходимости согласования системы сигнализации с устройством модуля адаптера CAN-шины, так как данный модуль является составной частью схемотехнического решения блока автосигнализации.

Применение модуля CAN-шины в АОС позволило использовать штатные шины автомобиля в качестве проводников для получения информации о состоянии периферических узлов автомобиля и выдачи управляющих сигналов, что серьезно облегчило возможность монтажа многофункциональных охранных систем с развитой архитектурой. Но, в реалиях, системы АОС модернизируются и начинают контролировать также и те узлы, которые не подключены к CAN шине или которые устанавливаются дополнительно. Это приводит к необходимости установки дополнительной проводки, что не всегда возможно по компоновочным параметрам автомобиля. Если же устанавливается необходимость подключения к АОС дополнительного оборудования, то возвращаются все те проблемы, которые привели в созданию CAN архитектуры.

Настоящее изобретение направлено на достижение технического результата, заключающегося в расширении функциональных возможностей АОС при постановке в автомобиль за счет применения беспроводной связи для части компонентов АОС, для синхронной работы модулей, для обмена информацией между модулями и использования мобильного компьютеризированного средства типа смартфона МП как устройства отображения, хранения, обработки информации и управления состоянием АОС с безопасной передачей информации по радиоканалу.

Указанный технический результат достигается тем, что автомобильная охранная система, содержащая блок автосигнализации, выполненный на плате, на которой смонтирован по крайней мере один процессор, связанный с периферийными узлами, выполненными в виде приемопередатчиков для обеспечения связи с одной частью штатного оборудования автомобиля через CAN шины последнего, снабжена блоком беспроводной связи, устанавливаемом на плате блока автосигнализации и включающем в себя связанный с процессором блока автосигнализации процессор для обеспечения связи со смарфоном через приложение для IOs или ANDROID для организации выхода системы в Интернет для обновления программного обеспечения и для организации внутреннего канала беспроводной связи ближнего радиуса для другой части штатного оборудования автомобиля и дополнительных распределенных узлов охранной системы, оснащаемых приемопередатчиками для связи с процессором блока беспроводной связи.

Указанный технический результат достигается тем, что коммуникационный узел для автомобильной охранной системы, выполнен со средствами подключения к плате блока автосигнализации, на нем размещено процессорное ядро архитектуры CORTEX с периферийными узлами, обеспечивающими связь охранной системы со штатным оборудованием автомобиля через два приемопередатчика CAN BUSE, два универсальных приемопередатчика LIN BUSE/K-LINE, и модуль беспроводной связи BLUETOOTH для организации локальной сети связей с штатным оборудованием автомобиля и дополнительными распределенными узлами охранной системы, связи со смартфоном, выхода системы в Интернет для обновления программного обеспечения.

Указанные признаки являются существенными и взаимосвязаны с образованием устойчивой совокупности существенных признаков, достаточной для получения требуемого технического результата.

Настоящее изобретение поясняется конкретным примером исполнения, который, однако, не является единственно возможным, но наглядно демонстрирует возможность достижения требуемого технического результата.

На фиг. 1 - пример применения шины CAN BUSE в автомобиле для связи управляющих и исполнительных узлов автомобиля;

фиг. 2 - пример организации системы шести различных CAN шин в автомобиле BMW 5** Е39;

фиг. 3 - пример беспроводной связи АОС со смартфоном через приложение для IOs или ANDROID;

фиг .4 - представлена блок-схема обмена данными между компонентами АОС.

Согласно настоящему изобретению рассматривается конструкция автомобильной охранной системы, в которой задачи А, В, С решаются наличием полного набора приемопередатчиков (драйверов) всех основных используемых в автомобиле стандартов шин. Нет необходимости подключения непосредственно к исполнительным механизмам, обмен данными происходит на уровне информационных шин. То есть АОС содержит блок автосигнализации, выполненный на плате, на которой смонтирован по крайней мере один процессор, связанный с периферийными узлами, выполненными в виде приемопередатчиков для обеспечения связи с одной частью штатного оборудования автомобиля через CAN шины последнего.

Для понимания взаимосвязей в АОС ниже предлагается следующий список сокращений:

МП - мобильное приложение для смартфона

АОС - автомобильная охранная система с поддержкой CAN-BUS.

Брелок - устройство управления АОС и устройство идентификации пользователя

Иммобилайзер - устройство блокировки работы двигателя автомобиля

GSM-модуль - устройство, предоставляющее доступ в интернет

ECU - блок управления двигателем автомобиля.

BLE - радиокомпоненты с поддержкой протокола Bluetooth Low Energy спецификации 4.Х

Internet-сервер - выделенный сервер для передачи данных между GSM-модулем и МП.

Особенностью заявленной АОС является то, что все описанные задачи А…Е могут быть решены посредством использования современной элементной базы в комплексе.

Задачи D, Е, F - решаются путем использования модуля беспроводной связи BLUETOOTH 4.0 (LOW ENERGY или BLE). Он обеспечивает связь со смартфоном через приложение для IOs или ANDROID а также с «умными часами». Пример приложения показан на фиг. 3. На фиг. 3 показан интерфейс смартфона в состоянии связи с АОС.

АОС дополнительно снабжается блоком беспроводной связи BLUETOOTH 4.0, устанавливаемым на плате блока автосигнализации и включающим в себя связанный с процессором блока автосигнализации процессор для обеспечения связи со смартфоном через приложение для IOs или ANDROID для организации выхода системы в Интернет для обновления программного обеспечения и для организации внутреннего канала беспроводной связи ближнего радиуса для другой части штатного оборудования автомобиля и дополнительных распределенных узлов охранной системы, оснащаемых приемопередатчиками для связи с процессором блока беспроводной связи.

Блок беспроводной связи BLUETOOTH 4.0 может быть выполнен на отдельной мезонинной плате, устанавливаемой на плате блока автосигнализации.

Также модуль беспроводной связи BLUETOOTH 4.0 одновременно используется и как внутренний канал беспроводной связи ближнего радиуса для распределенных узлов охранной системы. Это могут быть микроиммобилайзеры (реле, разрывающие цепи автомобиля, отвечающие за работу двигателя для предотвращения несанкционированного использования), радиомаяки и модемы GSM, LTE (для управления и контроля системы на большом удалении), дополнительные сервисные использующие совместимый модуль беспроводной связи BLUETOOTH 4.0. (например, реле управления замком багажника). А также это позволяет разрабатывать дополнительные компоненты под требования рынка без значительного изменения основного блока системы, что сокращает сроки и иные издержки на разработку.

Таким образом, сущность изобретения состоит в использовании BLE для беспроводной связи между компонентами АОС для синхронной работы модулей, для обмена информацией между модулями и использовании МП как устройства отображения, хранения, обработки информации и управления состоянием АОС с безопасной передачей информации по радиоканалу с криптографической защитой от перехвата.

МП служит устройством управления состоянием и свойствами АОС, устройством отображения, хранения и обработки информации, полученной от АОС и ECU, а также устройством идентификации пользователя. МП должно устанавливаться на смартфоны с поддержкой BLE.

АОС защищает автомобиль от угона при помощи иммобилайзера, информирует пользователя о нарушении охранных зон, предоставляет пользователю информацию о состоянии автомобиля при помощи МП. АОС подключается к ECU посредством шин CAN/LIN/K-LINE для получения информации о состоянии датчиков и узлов автомобиля и передачи этих данных другим компонентам. Радиоэлектронная часть АОС содержит BLE.

Брелок предназначен для передачи команд управления в АОС, для отображения информации о состоянии АОС, а также служит устройством основной или дополнительной идентификации пользователя. Радиоэлектронная часть брелока содержит BLE и радиокомпоненты для радиосвязи на средних расстояниях.

Иммобилайзер блокирует работу двигателя автомобиля по команде АОС или в условиях обнаружения перемещения автомобиля при отсутствии соединения с АОС.

GSM-модуль предоставляет пользователю доступ к АОС посредством интернет- и GSM соединения. GSM-модуль служит также дополнительным устройством для передачи команд управления в АОС и оповещения пользователя о нарушении охранных зон. Радиоэлектронная часть GSM-модуля содержит BLE.

Радиокомпоненты BLE входят в состав любого из компонентов, которому необходим доступ к данным других компонентов или который способен предоставлять данные другим компонентам.

Ниже приведена таблица связей для обмена данными между компонентами новой АОС. Пример исполнения АОС, реализующей эти связи приведен на фиг. 4

Блок автосигнализации 1 АОС, выполненный на плате с драйверами 2 подключения к штатным шинам CAN BUSE, LIN BUSE/K-LINE автомобиля, получает информацию о состоянии штатного оборудования автомобиля: получение данных о состоянии датчиков автомобиля, числовых значений параметров по каналу 1, осуществляет управление исполнительными устройствами автомобиля и состоянием штатной охранной системы по каналу 2 и получение диагностических данных и кодов ошибок от контроллера двигателя автомобиля. АОС через контроллеры 3 указанных шин подключается к блоку управления 4 ECU автомобиля посредством шин CAN/LIN/K-LINE для получения информации о состоянии датчиков и узлов автомобиля и передачи этих данных другим компонентам. Таким образом, используя каналы связи по штатным шинам автомобиля АОС защищает автомобиль от угона при помощи штатного иммобилайзера, информирует пользователя о нарушении охранных зон звуковыми и световыми сигналами.

Блок автосигнализации 1 АОС содержит блок 5 ближнего радиодействия (middle range radio) для связи с брелоком 6, также имеющим блок 7 ближнего радиодействия для соединения с блоком 3. В режиме радиообмена информацией брелок осуществляет передачу команд управления в АОС на среднем расстоянии (до 3 км) от автомобиля и отображает состояния АОС на среднем расстоянии (до 3 км) от автомобиля (на фиг. 4 эти потоки информации указаны как каналы 4 и 5).

Блок автосигнализации 1 АОС выполнен с дополнением в виде мезонинной платы, являющейся блоком 8 беспроводной связи BLE, посредством которой АОС связывается с брелоком, так же выполненным с аналогичным добавлением BLE 9. Блок 8 так же предназначен для передачи на иммобилайзер 10 автомобиля команд блокировки работы двигателя автомобиля и для получения актуального состояния исполнительного элемента иммобилайзера через встроенный в иммобилайзер блок BLE 11 (канал 13 на фиг. 4).

GSM-модуль 12 предоставляет пользователю доступ к АОС посредством Интернет 13 и GSM соединения 14 (по каналу 11). GSM-модуль служит также дополнительным устройством, оснащенным блоком BLE 15, для передачи команд управления в АОС и оповещения пользователя о нарушении охранных зон. Радиоэлектронная часть GSM-модуля содержит BLE.

Составной частью АОС также является смартфон 16 с МП, который служит устройством управления состоянием и свойствами АОС, устройством отображения, хранения и обработки информации, полученной от АОС и ECU, а также устройством идентификации пользователя. МП должно устанавливаться на смартфоны с поддержкой BLE. Через блоки BLE АОС и смартфон осуществляют взаимопередачу данных и управляющих сигналов: передача команд управления в АОС на коротком расстоянии (до 10 м) от автомобиля, использование смартфона с МП в качестве метки идентификации владельца, отображение состояния АОС на коротком расстоянии (до 10 м) от автомобиля, отображение диагностики OBDII и кодов ошибок двигателя на коротком расстоянии (до 10 м) от автомобиля и изменение настроек компонентов, обновление микропрограмм компонентов на коротком расстоянии (до 10 м) от автомобиля.

Настоящее изобретение промышленно применимо и может быть изготовлено с использованием технологий построения электронных охранных систем. Новизна заявленной охранной системы для автомобиля заключается в использовании штатных шин автомобиля в качестве проводников связи с его штатными узлами, в использовании беспроводной связи BLUETOOTH в качестве радиосвязи с этими же штатными узлами автомобиля и с дополнительно установленными узлами, обеспечивающими сохранность автомобиля и его неприкосновенность, и в применении смартфона или иного компьютеризированного носимого средства связи в качестве блока управления АОС. Комбинация этих трех составляющих позволяет обеспечить возможность установки АОС любой архитектурной сложности при минимальном вмешательстве в компоновку самого автомобиля.

Изобретение относится к области противоугонных автомобильных систем. Автомобильная охранная система содержит блок автосигнализации (1), выполненный на плате, на которой смонтирован по крайней мере один процессор. Процессор связан с периферийными узлами, выполненными в виде приемопередатчиков для обеспечения связи с одной частью штатного оборудования автомобиля через CAN шины (2). Автомобильная охранная система содержит блок беспроводной связи (5), устанавливаемый на плате блока автосигнализации (1) и включающий в себя связанный с процессором блока автосигнализации процессор. Блок беспроводной (5) связи предназначен для обеспечения связи со смартфоном через приложение для IOs или ANDROID для организации выхода системы в Интернет для обновления программного обеспечения. Также блок беспроводной связи (5) предназначен для организации внутреннего канала беспроводной связи ближнего радиуса для другой части штатного оборудования автомобиля и дополнительных распределенных узлов охранной системы. Узлы охранной системы оснащаются приемопередатчиками для связи с процессором блока беспроводной связи (5). Предложен также коммуникационный узел для автомобильной охранной системы. Достигается расширение функциональных возможностей охранной системы за счет применения беспроводной связи для части компонентов. 2 н. и 1 з. п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

1. Автомобильная охранная система, содержащая блок автосигнализации, выполненный на плате, на которой смонтирован по крайней мере один процессор, связанный с периферийными узлами, выполненными в виде приемопередатчиков для обеспечения связи с одной частью штатного оборудования автомобиля через CAN шины последнего, отличающаяся тем, что она снабжена блоком беспроводной связи, устанавливаемым на плате блока автосигнализации и включающим в себя связанный с процессором блока автосигнализации процессор для обеспечения связи со смартфоном через приложение для IOs или ANDROID для организации выхода системы в Интернет для обновления программного обеспечения и для организации внутреннего канала беспроводной связи ближнего радиуса для другой части штатного оборудования автомобиля и дополнительных распределенных узлов охранной системы, оснащаемых приемопередатчиками для связи с процессором блока беспроводной связи.

2. Коммуникационный узел для автомобильной охранной системы, выполненный со средствами подключения к плате блока автосигнализации, на котором размещено процессорное ядро архитектуры CORTEX с периферийными узлами, обеспечивающими связь охранной системы со штатным оборудованием автомобиля через два приемопередатчика CAN BUSE, два универсальных приемопередатчика LIN BUSE/K-LINE, и модуль беспроводной связи BLUETOOTH для организации локальной сети связей с штатным оборудованием автомобиля и дополнительными распределенными узлами охранной системы, связи со смартфоном, выхода системы в Интернет для обновления программного обеспечения.

3. Коммуникационный узел по п. 2, отличающийся тем, что он представляет собой мезонинную плату, устанавливаемую на плате блока автосигнализации.