УСТРОЙСТВО ДЛЯ БЛОКИРОВКИ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ОРГАНОВ АВТОМОБИЛЯ
AUTOMOTIVE INTERLOCKING DEVICE

Изобретение относится к технике защиты транспортных средств от несанкционированного использования.
В существующих противоугонных системах в качестве оконечных устройств применяются устройства для блокировки функциональных органов автомобиля, осуществляющие разрыв электрических цепей в наиболее значительных местах, в частности в цепях электростартера, зажигания, двигателя. При этом в большинстве случаев указанный разрыв производится контактами электромеханических реле, которые имеют ряд недостатков (RU 2059484 C1, B60R 25/00, 10.05.1996; RU 2124992 C1, B60R 25/04, 20.01.1999; RU 2309861 C1, B60R 25/00, 10.11.2007).
В электромеханических реле замыкание и размыкание коммутируемой цепи происходит за счет изгиба миниатюрной металлической пластины под действием электромагнитного поля, возникающего при протекании тока через обмотку возбуждения. С течением времени механические свойства пластины изменяются. Поэтому срок службы электромеханических реле ограничен и временем, и режимом работы.
В процессе эксплуатации электромеханических реле электрохимические характеристики контакта меняются (контакт «пригорает»), и сопротивление замкнутого контакта в течение срока службы может существенно изменяться.
Для электромеханических реле характерен дребезг контактов, т.е. неоднократное замыкание-размыкание контакта при переключении. Это, во-первых, увеличивает уровень электромагнитных помех в аппаратуре, а во-вторых, может потребовать дополнительных антидребезговых мер.
В электромеханических реле возможно нештатное замыкание контактов под действием ударных или вибрационных воздействий.
Поскольку переключение в электромеханических реле происходит под воздействием электромагнитного поля, возможны нештатные срабатывания от внешних электромагнитных полей. Это приводит к необходимости дополнительных конструктивных мер, например разнесению соседних реле на безопасное расстояние, экранированию и т.д.
Наконец, для электромеханических реле неизбежен акустический шум от срабатывания контактов в процессе работы, в результате чего такое реле может быть обнаружено.
В связи с этим перспективным представляется применение устройств для блокировки функциональных органов автомобиля, в которых для разрыва электрических цепей используются полупроводниковые силовые ключи с изолированным управлением (DE 4414505 A1, B60R 25/04, 02.11.1995; US 5453730 A, B60R 25/04, 26.09.1995).
По сравнению с электромеханическими реле, полупроводниковые силовые ключи не имеют дребезга контактов и проблем вследствие ударов, вибрации и безразличны к монтажному положению. Они не содержат изнашивающегося механизма, который ограничивал бы количество срабатываний, не создают магнитных полей, электрического шума и нечувствительны к электромагнитным помехам. Такие ключи так же отличает сверхмалый потребляемый ток на управление, измеряемый долями микроампер, что на пять порядков меньше, чем у электромеханических реле.
Полупроводниковые силовые ключи имеют аттестованные рабочие характеристики в диапазоне температур от -40 до +125 градусов по Цельсию (но могут работать вплоть до +175 градусов), усиленную изоляцию (более 3 кВ), высокую стойкость к переходным помехам (более 1 кв/мкс) и обеспечивают отличное подавление шума с входа на выход и между разомкнутыми выводами на выходе, что позволяет снизить нежелательные переходные явления.
Немаловажным является и тот факт, что габариты полупроводниковых силовых ключей в десятки раз меньше, чем габариты электромеханических реле, имеющих схожие параметры по максимальному току через контакты. Это дает возможность проектировать и изготовлять устройства для блокировки функциональных органов автомобиля в разы меньших габаритов, с непревзойденной надежностью.
В некоторых устройствах для блокировки функциональных органов автомобиля применяются акселерометры, обеспечивающие выявление несанкционированного доступа в транспортное средство и правильную отработку противоразбойной функции (RU 54567 U1, B60R 25/04, 10.07.2006; WO 0058136 A1, B60R 25/04, 05.10.2000).
Ни одно из известных устройств для блокировки функциональных органов автомобиля не позволяет осуществлять измерение импеданса цепи нагрузки в непрерывном режиме для диагностических целей.
Таким образом, известные устройства для блокировки функциональных органов автомобиля либо являются недостаточно надежными в эксплуатации, либо характеризуются узкими функциональными возможностями.
Задачей изобретения является создание устройства для блокировки функциональных органов автомобиля с улучшенными техническими показателями в отношении надежности работы, срока службы, скрытности, влияния на другую электронную аппаратуру и расширенными функциональными возможностями, охватывающими, в частности, осуществление диагностики неисправностей в электрических цепях блокируемых и разблокируемых функциональных органов автомобиля.
Для решения поставленной задачи предложено устройство для блокировки функциональных органов автомобиля, содержащее приемопередатчик, связанный по радиоканалу на частоте 2,4 ГГц с приемопередатчиком устройства управления блокировкой, процессор, акселерометр, управляемое реле, включенное в цепи блокирования и разблокирования соответствующих функциональных органов автомобиля, при этом управляемое реле выполнено в виде полупроводникового силового ключа с изолированным управлением, процессор соединен входами с выходами приемопередатчика, акселерометра и управляемого реле, а выходом - с входом управляемого реле и выполнен с возможностью формирования команд для управляемого реле, не препятствования удаленному запуску ДВС, например при прогреве, при отсутствии запрещающих сигналов от акселерометра, отработки противоразбойной функции в случае захвата автомобиля при наличии запрещающих сигналов от акселерометра с запретом блокирования ДВС движущегося автомобиля до первого торможения и имитацией неисправности ДВС после первого торможения вплоть до его остановки, осуществления диагностики неисправностей в электрических цепях блокируемых и разблокируемых функциональных органов автомобиля в статическом и динамическом режимах и передачи ее результатов по радиоканалу на частоте 2,4 ГГц в приемопередатчик устройства управления блокировкой с последующим направлением их в персональный компьютер.
Решению поставленной задачи способствуют частные существенные признаки изобретения.
Управляемое реле выполнено на MOSFET или IGBT полупроводниковых приборах. Акселерометр выполнен трехосевым с возможностью измерения всех видов перемещений, свободного падения, ударов, наклонов.
На чертеже представлена функциональная схема предложенного устройства для блокировки функциональных органов автомобиля (модуля блокировки).
Устройство содержит приемопередатчик 1, связанный по радиоканалу на частоте 2,4 ГГц с приемопередатчиком 2 устройства 3 управления блокировкой (управляющим модулем), процессор 4, акселерометр 5, управляемое реле 6, включенное в цепи блокирования и разблокирования соответствующих функциональных органов 7 автомобиля. Управляемое реле 6 выполнено в виде полупроводниковых силовых ключей с изолированным управлением. Процессор 4, представляющий собой микроконтроллер с интегрированным на кристалле (или стоящим отдельно) радиотрансивером, соединен входами с выходами приемопередатчика 1, акселерометра 5 и управляемого реле 6, а выходом - с входом управляемого реле 6, и выполнен с возможностью формирования команд для управляемого реле 6, непрепятствования удаленному запуску ДВС, например при прогреве, при отсутствии запрещающих сигналов от акселерометра 5, отработки противоразбойной функции в случае захвата автомобиля при наличии запрещающих сигналов от акселерометра 5 с запретом блокирования ДВС движущегося автомобиля до первого торможения и имитацией неисправности ДВС после первого торможения вплоть до его остановки, осуществления диагностики неисправностей в электрических цепях блокируемых и разблокируемых функциональных органов 7 автомобиля в статическом и динамическом режимах и передачи ее результатов по радиоканалу на частоте 2,4 ГГц в приемопередатчик 2 устройства 3 управления блокировкой с последующим направлением их в персональный компьютер.
Позицией 8 на чертеже обозначен источник стабилизированного напряжения, осуществляющий преобразование напряжения бортовой сети автомобиля в необходимые уровни напряжения и обеспечивающий электропитание узлов 1, 4, 5 и 6.
Управляемое реле 6 выполнено твердотельным, в частности, на MOSFET или IGBT полупроводниковых приборах. Акселерометр 5 выполнен трехосевым с возможностью измерения всех видов перемещений, свободного падения, ударов, наклонов.
Работает устройство следующим образом.
Блокирование и разблокирование функциональных органов 7 автомобиля осуществляется по командам от устройства 3 управления блокировкой. Прямая и обратная связь между устройством 3 управления блокировкой и устройством для блокировки функциональных органов производится по радиоканалу на частоте 2,4 ГГц, при этом сигналы в виде двунаправленных кодовых посылок передаются и воспринимаются соответственно приемопередатчиками 2 и 1, обрабатываются в соответствии с заложенным алгоритмом в процессоре 4 и направляются в управляемое реле 6 для разъединения электрических цепей блокируемых функциональных органов 7. Полупроводниковые ключи, на которых выполнено управляемое реле 6, включены таким образом, что при подаче на них разрешающего сигнала, разрешается протекание тока в обоих направлениях (АС-ключи). Коммутирующая цепь твердотельных реле 6, ввиду отсутствия механических частей, обеспечивает практически неограниченное количество переключений, а сопротивление замкнутого контакта в течение всей эксплуатации не меняется.
Трехосевой акселерометр 5, как уже указывалось, измеряет все виды перемещений и позволяет процессору 4 правильно отрабатывать противоразбойную функцию и, в частности, не допустить блокировки ДВС на скорости, которая могла бы повлечь за собой ДТП в виде столкновений автомобиля с блокированным ДВС и следующих за ним автомобилей. Кроме того, акселерометр 5 при отсутствии на его выходе запрещающего сигнала дает возможность пользователю производить удаленный (дистанционный) запуск ДВС, например при его прогреве. С началом же движения автомобиля, когда запрещающий сигнал на выходе акселерометра 5 имеет место, необходимые блокировки включаются.
В противоугонных системах особое значение приобретает диагностика неисправностей в электрических цепях блокируемых и разблокируемых функциональных органах автомобиля.
Как известно, все реле (и электромеханические, и твердотельные) управляют нагрузкой. То есть осуществляют коммутацию тока в цепи нагрузки. В автомобильном применении нагрузка может носить резистивный характер (нагревательный элемент заднего стекла) или индуктивный (электрические двигатели, форсунки впрыска, катушки зажигания и пр.). Индуктивных нагрузок значительно больше.
Штатный блок управления ДВС имеет функцию диагностики, которая выполняется непрерывно. Ведь автомобиль - это устройство повышенной опасности. В процессе диагностики, блок управления ДВС измеряет импеданс всех нагрузок в автомобиле (тех, разумеется, которые к нему подключены). Схемотехника измерителя импеданса весьма сложна. При отклонении значения импеданса блок управления ДВС зажигает сигнал «CHECK ENGINE» - «Проверить ДВС».
Измерить импеданс на требуемом уровне при использовании электромеханических реле не представляется возможным из-за неизбежного дребезга контактов и нестабильного значения сопротивления замкнутых контактов. Кроме того, ток управления электромеханические реле достигает 300 мА. При таком токе потребления измерить импеданс на уровне, которым оперирует блок управления ДВС весьма затруднительно, если вообще возможно. Ведь измерить, например, индуктивность, в составе импеданса без переключений невозможно даже теоретически. Большой ток, протекающий через катушку реле, при многократных переключениях в процессе измерения будет наводить потенциал как на "аналоговой земле", так и на разомкнутых контактах реле. Для борьбы с этим явлением нужно либо разносить реле и измерительную часть на большое расстояние (при этом придется использовать схемотехнику, компенсирующую импеданс линий соединения измерительной и контактной части), либо использовать разные "земли", что схемотехнически может оказаться еще труднее в условиях малых габаритов реле.
С использованием же предложенного устройства импеданс нагрузки измеряется в непрерывном режиме.
В противоугонных системах осуществляют разрыв цепей, питающих катушки зажигания, топливные насосы, топливные форсунки, мотор стартера и др., т.е. разрывают цепи индуктивных нагрузок.
Предположим, что управляемое реле последовательно включено в цепь питания форсунки впрыска (для простоты представим, что форсунка впрыска представляет собой электромагнит, который приподнимает топливный клапан, открывая путь топливу). Предположим далее, что блокируемый элемент - форсунка вышла из строя по причине износа (межвитковое замыкание, коррозия вследствие попадания влаги или других причин), в результате чего импеданс рассматриваемого участка цепи изменился. В этом случае штатный блок управления ДВС сразу обнаружит данную неисправность и зажжет на панели приборов автомобиля сигнальную лампу «CHECK ENGINE» - «Проверить ДВС». При этом, как правило, штатный блок управления ДВС активирует безопасный защищенный режим работы ДВС, характеризующийся повышенным расходом топлива.
Если у автовладельца установлено предложенное устройство для блокировки функциональных органов, он дает команду с помощью программатора, связанного с устройством 3 управления блокировкой, на диагностику. Измерение параметров электрических цепей (функция диагностики) проводится целиком внутри устройства для блокировки функциональных органов. В процессоре 4 заложен алгоритм измерений, а управляемое реле 6 содержит необходимые для этого схемотехнические решения. Результаты же диагностики передаются в устройство 3 управления блокировкой по тому же радиоканалу, по которому осуществляется и управление блокировками. Это продиктовано следующими соображениями:
- во-первых, устройство 3 управления блокировкой уже имеет внешнее устройство для связи с персональным компьютером (программатор), вследствие чего отпадает необходимость строить еще один внешний модуль для отображения результатов измерений;
- во-вторых, предложенное устройство для блокировки функциональных органов само по себе не может передавать диагностическую информацию - оно делает это только по запросу устройства 3 управления блокировкой, по штатному защищенному радиоканалу, этим гарантируется безопасность данных - они защищены протоколом связи и ключами шифрования;
- в-третьих, такой подход гарантирует, что данные не могут быть получены иначе как в присутствии автовладельца (того лица, у которого есть при себе подлинная метка);
- в-четвертых, распределенные вычисления всегда имеют более высокую надежность, чем те, которые проводятся на одном процессоре.
На экран компьютера или принтер выводится отчет, содержащий всю информацию о подключенных устройствах для блокировки функциональных органов, и характеристики всех блокируемых цепей. При этом информация может выдаваться как в статическом, так и в динамическом режимах (для импеданса цепей только в динамическом режиме).
Из отчета становится очевидным тот факт, что в цепи форсунки резко уменьшилось (в случае межвиткового замыкания) активное сопротивление в составе импеданса, что и приводит к возникновению ошибки. Так же в отчете видны все действующие уровни напряжения и тока в блокируемых цепях. При этом необходимость в демонтаже устройства для блокировки функциональных органов для целей диагностики неисправности на СТО отпадает.
Таким образом, предложенное устройство для блокировки функциональных органов автомобиля характеризуется улучшенными техническими показателями. Оно является малогабаритным, обладает высокими сроком службы, нагрузочной способностью и надежностью, не вносит помехи в штатную проводку автомобиля, не имеет демаскирующих его элементов. Функциональные возможности предложенного устройства позволяют осуществлять удаленный запуск ДВС и диагностику неисправностей в электрических цепях блокируемых и разблокируемых функциональных органов автомобиля.