ГЕНЕРАТОР ИМПУЛЬСОВ ДЛЯ УСТРОЙСТВА, В ЧАСТНОСТИ ДЛЯ ТАХОГРАФА, И СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ГЕНЕРАТОРА ИМПУЛЬСОВ
PULSE GENERATOR FOR DEVICE, PARTICULARLY FOR TACHOGRAPH, AND METHOD OF OPERATING PULSE GENERATOR

Изобретение относится к генератору импульсов для устройства, в частности для тахографа, или тахоспидографа, согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения.
Кроме того, изобретение относится к устройству, оснащенному таким генератором импульсов, а также к способу эксплуатации такого генератора импульсов.
В области автомобилей изготавливаются тахографы, или тахоспидографы, применяемые в автомобилях для регистрации скорости движения или пробега, а также других данных, как, например, времени движения и стоянки. В частности, для регистрации скорости движения или пробега, применяются генераторы импульсов, встроенные в автомобиль и установленные предпочтительно на выходе коробки передач для регистрации механических оборотов колеса датчика, или тактового колеса, как, например, шестерни спидометра или аналогичного элемента. Известные генераторы импульсов содержат измерительную головку, имеющую по меньшей мере один датчик, отслеживающий механические обороты и формирующий соответствующий им сигнал датчика. Сигнал датчика часто формируется в виде импульсов с помощью электрооптического или электромагнитного прибора. Часто используется так называемый датчик Холла, регистрирующий вращение оснащенных ферромагнитными зубьями колеса генератора, или тактового колеса, соединенных с шестерней спидометра, и преобразующий их в соответствующие электронные импульсы. При этом количество сформированных импульсов пропорционально пробегу. По количеству импульсов в единицу времени можно непосредственно определить скорость в данный момент времени.
Вообще говоря, генераторы импульсов используются таким образом для регистрации эксплуатационных данных автомобилей.
В частности, в области записи эксплуатационных данных в автомобилях общего назначения безоговорочно следует избегать манипуляций с тахографами и/или генераторами импульсов из-за документального характера записей. Было обнаружено, что генераторы импульсов для тахографов при использовании датчика Холла в результате внешнего воздействия измерительной головки допускают несанкционированные манипуляции. К тому же генераторы импульсов, опломбированные с коробкой передач, разбираются и с помощью управляемой электрической катушки подвергаются воздействию переменных магнитных полей. Это ведет к возбуждению датчика Холла и тем самым к выдаче датчиком ложных сигналов. Другим видом манипуляции является наложение магнитного поля, необходимого для формирования импульсов, на сам датчик Холла. Для этого на постоянное магнитное поле накладывается мощное поле помех, так что датчик Холла устанавливается за пределами своей рабочей точки, что, в свою очередь, делает невозможным точное отслеживание механических оборотов.
Аналогичным образом несанкционированным манипуляциям могут быть подвержены также генераторы импульсов, оснащенные оптическими датчиками.
Для противодействия таким манипуляциям в WO 2006/027297 Al предлагается, например, способ распознавания манипуляций с помощью датчика, выдающего импульсы. Для этого датчик передает в блок записи импульсы измерения в реальном масштабе времени, а также по первой команде запроса - первый сигнал данных, содержащий информацию о промежуточных по времени импульсах в реальном масштабе времени, причем модуль обработки сигналов данных на основе сигналов данных определяет количество импульсов для числа импульсов сигнала данных, причем на основе второй команды запроса он передает в модуль обработки сигналов данных количество импульсов в реальном масштабе времени, соответствующее сумме импульсов в реальном масштабе времени, и причем первая и вторая команды запроса смещены относительно друг друга на определенный промежуток времени, и происходит сравнение количества импульсов в реальном масштабе времени с числом импульсов сигнала данных. Таким образом, в предложенном там способе сравнивается разность количества импульсов в реальном масштабе времени в текущих запросах и их количества в предыдущем запросе с числом импульсов, определенным за тот же период времени в результате обработки циклически передаваемых сигналов данных. Следовательно, этот способ требует определенной внутренней связи между блоком обработки и анализа данных и датчиком. Однако он может быть также весьма успешно применен в уже известных генераторах импульсов для затруднения манипуляций при передаче сигнала, относящегося к пробегу или скорости, от датчика, выдающего импульс, к блоку записи.
Предложенное изобретение ставит перед собой задачу принятия мер в отношении измерительной головки самого генератора импульсов и в части более масштабного затруднения манипуляций вышеупомянутого рода.
Для решения задачи в изобретении предлагается генератор импульсов с признаками пункта 1 формулы изобретения.
Кроме того, предлагаются устройство для регистрации эксплуатационных данных автомобиля, в частности тахограф или тахоспидограф, а также способ эксплуатации генератора импульсов.
Предложенный генератор импульсов отличается, в частности, тем, что измерительная головка имеет несколько пространственно разнесенных, т.е. удаленных друг от друга датчиков, формирующих несколько сигналов датчиков, соответствующих отслеживаемым оборотам, причем блок обработки данных сравнивает несколько сформированных сигналов датчиков между собой и/или только с одним записанным эталонным сигналом. Таким образом, при способе согласно изобретению сигналы нескольких пространственно разнесенных датчиков измерительной головки регистрируются и сравниваются между собой и/или с записанным эталонным сигналом.
В основу изобретения положена идея обеспечения генератора импульсов несколькими отдельными пространственно разнесенными датчиками измерительной головки и проверки сигналов отдельных датчиков на предмет достоверности путем сравнения с относительным и абсолютным эталоном. Операция сравнения относится к сравнению нескольких сигналов датчиков между собой (в качестве относительных эталонов) и/или к сравнению с определенным заранее эталонным сигналом (в качестве абсолютного эталона). Таким образом, может быть точно установлено, являются ли сигналы датчиков, полученные от измерительной головки, достоверными или искаженными в результате манипуляций.
Если, например, обнаруживается, что сформированные сигналы датчиков соответствуют эталонному сигналу, выученному (натренированному) во время или после установки генератора импульсов, то сигналы датчиков считаются действительными. В противном случае, например, с помощью используемой в настоящее время зашифрованной передачи данных, на тахограф передается сообщение об ошибке, в результате чего вслед за этим манипуляция может визуализироваться.
Измерительная головка, используемая в генераторе импульсов согласно изобретению, состоит по меньшей мере из двух, предпочтительно трех или более, отдельных датчиков. Последние предпочтительно интегрированы в ASIC (специализированную интегральную схему) и непосредственно интегрированы на одном чипе с интеллектуальным блоком обработки или анализа данных.
Магнитное поле, необходимое для обнаружения импульсов, предпочтительно, создается с помощью так называемого магнита Back-Bias (обратного смещения), т.е. магнита, установленного за чипом. Последний подает на датчики, находящиеся на чипе, магнитное смещение. На это смещение затем при прохождении ферромагнитного колеса датчика, т.е. тактового колеса или шестерни, накладывается сигнал детектора, который в зависимости от расположения отдельных датчиков имеет определенные форму и фазовый угол. Следовательно, получается однозначный эталонный сигнал, состоящий из нескольких сигналов датчика.
При попытке манипуляции с генератором импульсов с помощью внешних магнитных полей отдельные сигналы датчиков, в частности изменение их амплитуды или их фазовый угол искажаются настолько сильно, что они перестают совпадать с ранее выученным эталонным сигналом. Таким образом, манипуляция распознается достоверно и может визуализироваться.
Изобретение может также дискретным или гибридным способом быть реализовано с использованием тонко- или толстопленочной технологии с узлами или чипами на подложках, принятых в настоящее время в автомобильной технике.
Система, оснащенная генератором импульсов согласно изобретению, может даже достоверно распознавать манипуляцию путем возбуждения измерительной головки с помощью искусственно созданного магнитного поля. Пространственно разнесенное расположение отдельных датчиков обеспечивает надежное разграничение магнитного поля, изменяемого в результате прохождения тактового колеса или зуба, и наведенного магнитного поля. Таким образом, попытка манипуляции серьезно осложняется, поскольку создание трехмерного магнитного поля с соответствующим изменением почти невозможно, особенно если оно к тому же по времени должно было бы коррелировать с фактически зафиксированным магнитным полем. Сюда же следует добавить осложнения, связанные с самим автомобилем. Таким образом, благодаря изобретению любая попытка манипуляции исключается системным образом.
Такой достоверности обычные генераторы импульсов обеспечить не могут, поскольку они располагают только одним датчиком. Так, например, при одном датчике Холла следует учесть, что он или имеет фиксированный порог переключения, или порог переключения записывается при вводе датчика в эксплуатацию, так что накладывающиеся статические внешние поля, или поля помех, выделяться более не могут. Поэтому обычным генераторам импульсов или импульсным системам в принципе нелегко распознать манипуляцию с соответственно управляемыми магнитными полями. Эта проблема также успешно преодолевается с помощью решения согласно изобретению.
Настоящее изобретение и вытекающие из него преимущества более подробно описаны ниже на примерах выполнения со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых изображено:
фиг.1 - вид спереди, а также вид сбоку устройства измерительной головки генератора импульсов согласно изобретению;
фиг.2 - изменяющаяся во временной последовательности ориентация измерительной головки относительно ферромагнитного зуба и получающаяся в результате временная последовательность сигналов датчика;
фиг.3 - генератор импульсов согласно изобретению с измерительной головкой и блоком обработки данных в положении относительно тактового колеса, снабженного зубьями;
фиг.4 - временная характеристика сформированных сигналов и получающийся из нее эталонный сигнал.
На фиг.1 изображены виды спереди и сбоку принципиального устройства измерительной головки 10, используемой в генераторе импульсов согласно изобретению. Измерительная головка 10 имеет, например, три пространственно разнесенных датчика 11, предпочтительно, установленных на одной подложке 12. На обратной стороне или вблизи подложки 12 находится постоянный магнит 13, выполненный в качестве так называемого магнита обратного смещения и создающий магнитное поле, пронизывающее датчики 11, выполненные в качестве датчиков Холла, под прямым углом. Таким образом, в каждом из датчиков Холла 11 создается магнитное смещение (Offset), на которое при прохождении тактового, или зубчатого, колеса накладывается полезный сигнал. На основе эффекта Холла соответствующий датчик 11 формирует собственный сигнал датчика.
Формирование сигнала более подробно поясняется на фиг.2, которая для иллюстрации изменения ориентации измерительной головки 10 во времени относительно проходящего рядом тактового колеса-зуба Z воспроизводит положение в трех изображениях в моменты а), в) и с).
На основе эффекта Холла в каждом датчике 11 формируется импульс напряжения, пропорциональный скорости проходящего рядом зуба Z. В первом изображенном положении а) измерительная головка 10 сориентирована таким образом, что в двух из трех датчиков, а именно, S1 и S2, импульс формируется одновременно, а в третьем датчике S3 - позже. Таким образом, сигналы датчиков формируются во временной последовательности «S1 и S2, а затем S3», что означает, что сигналы S1 и S2 датчиков формируются синхронно, а сигнал S3 датчика только после них. Таким образом, пространственная ориентация измерительной головки 10 воспроизводит соответствующий эталонный сигнал «S1 ││ S2 → S3».
Во втором положении в) измерительная головка 10 установлена со слегка повернутой ориентацией, так что сигналы датчика формируются в другой момент времени, а именно во временной последовательности S2, затем S1, а после этого S3. Следовательно, образующийся эталонный сигнал состоит из трех сигналов датчиков, смещенных относительно друг друга по фазе, и изображается следующим образом: «S2→S1→S3».
В третьем положении с) на фиг.2 формируется другая последовательность, а именно сначала S2, затем S3, затем S1. Здесь также возникает эталонный сигнал «S2→S3→S1».
Благодаря соответствующей ориентации измерительной головки 10 каждый раз получается определенный эталонный сигнал. Эталонные сигналы различаются по меньшей мере различными смещениями по фазе, или по времени. Они могут также различаться по изменению амплитуды, так что соответствующий эталонный сигнал определяется как фазами, так и амплитудами сигналов S1, S2 и S3. Каждая устанавливающийся эталонный сигнал (см., например, сигнал, изображенный на фиг.4) для последующего сравнения с сигналами датчиков, зарегистрированными при эксплуатации автомобиля, может записываться при установке генератора импульсов.
На фиг.3 изображена система генератора IG импульса, содержащая такую измерительную головку 10, а также соединенный с ней блок 20 обработки данных, причем измерительная головка 10 сориентирована на ферромагнитные зубья Z колеса R датчика, или такта. При вращении колеса R такта в измерительной головке 10 формируются и сравниваются в блоке 20 обработки данных три различных сигнала S1, S2 и S3 датчиков.
о
Как показано на фиг.4, получается эталонный сигнал SM, однозначно определяемый сигналами S1, S2 и S3 датчиков. В этом примере сигналы датчиков формируются в последовательности S2, затем S1, а затем S3. При этом относительное смещение Т между сигналами S2 и S1 датчиков имеет определенную величину, например 95°. Смещение Т´ по фазе между сигналами S2 и S3 датчиков является бльшим и составляет, например, 240°.
Точно так же сформированные сигналы отличаются по соответствующему изменению амплитуд, т.е. своих амплитуд А сигналов. Сигнал S2 датчика имеет, например, наибольшую амплитуду, в то время как сигнал S3 датчика - наименьшую. Изменение А амплитуды между сигналами S2 и S1 датчиков меньше изменения амплитуды А´ между сигналами S2 и S3 датчиков. Эта характеристика также определяет однозначную структуру SM цифрового сигнала. Эталонный сигнал SM изображенный на фиг.4 может формироваться, например, системой, представленной на фиг.2b.
Таким образом, в распоряжении всегда имеются несколько сигналов датчиков, которые для проверки достоверности сигналов датчиков могут сравниваться между собой непосредственно или же в виде группы с одним заранее записанным эталонным сигналом.
Эталонный сигнал SM, изображенный на фиг.4, записывается, например, в блоке 20 обработки данных и используется для последующего сравнения. Если позднее при эксплуатации автомобиля формируются сигналы S1-S3 датчиков, то при эксплуатации без вмешательств, т.е. при эксплуатации без манипуляций, можно исходить из того, что зарегистрированные сигналы соответствуют эталонному сигналу SM. Если блок 20 обработки данных устанавливает некоторые отклонения, выходящие за рамки заданного допуска, то на тахограф подается предупредительный сигнал, указывающий на манипуляцию.
Тем самым с помощью изобретения добиваются того, что каждая попытка манипуляции сразу же и надежно распознается. Для установления наличия или отсутствия манипуляции в каждом случае может быть даже достаточно сравнить между собой только два отдельных сигнала из числа сформированных сигналов датчиков.
Во временной последовательности сигналов датчиков, изображенной здесь на основе фиг.2b и 4, следует ожидать, что в случае эксплуатации без вмешательств сигналы датчиков формируются в последовательности: «S2→S1→S3». Если теперь в блоке 20 обработки данных установлено, что, например, сигнал S3 датчика появляется раньше сигнала S1 датчика, то это было бы признаком манипуляции. Это было бы обнаружено и индицировано автоматически.
Пример выполнения изобретения относится, в частности, к генератору импульсов, оснащенному датчиками Холла. Однако аналогичным образом генераторы импульсов могут быть выполнены с другими датчиками, как, например, с магниторезистивными датчиками, в частности, с так называемыми датчиками GMR (Giant Magneto-Resistive) или же электрооптическими датчиками. Изобретение предпочтительно используется в тахографах или тахоспидографах, однако оно может быть также использовано в других видах электронных измерительных систем, в частности для регистрации эксплуатационных данных в автомобиле.