Способ мониторинга нарушений работоспособности систем бортового электрооборудования транспортных средств, возникающих в следствие воздействия внешнего электромагнитного поля
METHOD FOR MONITORING MALFUNCTIONS OF THE SYSTEMS OF ON-BOARD ELECTRICAL EQUIPMENT OF VEHICLES ARISING FROM THE EFFECT OF AN EXTERNAL ELECTROMAGNETIC FIELD

1
2
Изобретение относится к процессам непрерывного наблюдения за работоспособностью бортовых систем электрооборудования транспортных средств (ТС) и регистрации нарушений* работоспособности, возникающих вследствие воздействия внешнего электромагнитного поля (ЭМП); изобретение может быть использовано для выявления / распознавания нарушений, имевших место или возникших в период эксплуатации* ТС.
*1 -нарушение работоспособности - состояние изделия, при котором выполнение заданной функции с установленными требованиями технической документации параметрами невозможно.
*2 - от фр. exploitation - использование по назначению.
3
Из Правил № 10 ЕЭК ООН, 2008 г., «Единообразные предписания, касающиеся официального утверждения транспортных средств в отношении электромагнитной совместимости» (добавление 9, пересмотр 3) известен способ мониторинга нарушений работоспособности, возникающих вследствие воздействия внешнего ЭМП, в котором испытуемое АТС, оснащенное контролируемыми бортовыми системами, располагают на динамометрическом роликовом стенде (симуляторе) экранированной или безэховой камеры, снабжённой устройством сбора данных, а затем реализуют предусмотренный испытаниями ездовой цикл под воздействием высокочастотного ЭМП с заданными параметрами. Где, устройство сбора данных включает в себя помехозащищённую видео акустическую аппаратуру, расположенную в испытательной камере с возможностью наблюдения за зрительными и/или акустическими проявлениями (отображаемыми данными), характеризующими собой работоспособность контролируемых систем/устройств испытываемого АТС, и монитор*, расположенный снаружи испытательной камеры (или в защищённой от ЭМП зоне камеры), соединённые посредством помехо устойчивой линии связи.
*3 - Монитор от лат. monitor - напоминающий, предупреждающий - устройство отображения графической, акустической, текстовой информации (в комментируемом примере - устройство отображения зрительной и/или звуковой диагностической информации).
Воздействие высокочастотным ЭМП в процессе реализации ездового цикла осуществляют внешними полеобразующими системами (антеннами или полосковыми системами), расположенными в испытательной камере.
Оценку работоспособности контролируемых систем электрооборудования АТС, при реализации данного способа, осуществляют посредством постоянного, в процессе испытаний, зрительного и/или звукового наблюдения за их работой.
Нарушения работоспособности электросистем АТС, возникающие в процессе испытаний, однозначно сопоставляются с вызвавшими их эпизодами воздействия внешнего ЭМП, однако, способ применим исключительно в лабораторных условиях и для выявления визуально и/или акустически отображаемых / проявляемых сбоев в работе электрооборудования.
Способ непригоден для оценки работоспособности систем электрооборудования ТС при воздействии природных и техногенных ЭМП, имеющих место при эксплуатации ТС.
4
Из статьи Подгорний А.С., Николаев П.А. «Помехозащищенное устройство сбора данных для испытаний автомобилей на устойчивость к электромагнитному воздействию». XVII Международная научно-техническая конференция «Проблемы техники и технологий телекоммуникаций». Самара. - ПГУТИ. - 2016. - С.424-435 известен способ мониторинга нарушений работоспособности, возникающих вследствие воздействия внешнего ЭМП, в котором АТС с заданной комплектацией электрооборудования, устанавливают на поворотный симулятор экранированной или безэховой камеры, симулятор с установленным на его роликах АТС ориентируют относительно полеобразующей системы согласно нормативным требованиям и реализуют предусмотренные регламентом испытаний ездовые циклы при воздействии на АТС ЭМП с заданными параметрами. Работоспособность электрооборудования, при реализации данного способа, контролируют посредством устройства сбора данных, которое включает в себя помехозащищённый оптоэлектронный преобразователь, расположенный в испытательной камере, монитор*, расположенный снаружи испытательной камеры (или в защищённой от ЭМП зоне камеры), а также оптоволоконный и экранированный электрический кабели. Где, оптоэлектронный преобразователь выполнен соединённым, посредством электрокабеля, с информационно-диагностической шиной АТС, а, посредством оптоволоконного кабеля, с монитором.
*4 - В данном примере под монитором подразумевается устройство отображения зрительной (графической и/или текстовой) диагностической информации.
Оценку работоспособности систем электрооборудования АТС, при реализации данного способа, осуществляют посредством постоянного, в процессе испытаний, зрительного наблюдения за графической и/или текстовой информацией, отображаемой на мониторе.
Нарушения работоспособности электросистем АТС или отклонения их показателей от нормируемых параметров, возникающие в процессе испытаний, однозначно сопоставляются с вызвавшими их эпизодами воздействия внешнего ЭМП, однако, способ применим исключительно в лабораторных условиях.
Способ непригоден для оценки работоспособности систем электрооборудования ТС при воздействии природных и техногенных ЭМП, имеющих место при эксплуатации ТС.
Из монографии Николаев П.А. «Электромагнитная совместимость современных автомобильных систем зажигания», Тольятти.: ПВГУС, 2011. - 224 с. известен способ мониторинга нарушений работоспособности, возникающих вследствие воздействия ЭМП, и обеспечения параметров электромагнитной совместимости (ЭМС) АТС в условиях эксплуатации, в котором в течение всего времени эксплуатации АТС осуществляют непрерывное выявление уровней собственных электромагнитных помех, создаваемых контролируемой системой (в монографии - системой зажигания) АТС, непрерывное сравнение обнаруженных, в процессе мониторинга, уровней электромагнитных помех с предельно-допустимыми значениями, а, в случае превышения обнаруженных уровней электромагнитных помех относительно предельно-допустимых значений, передачу сигналов, характеризующих собой уровни собственных электромагнитных помех, на устройство сбора данных.
*5
*6
При реализации данного способа выявление уровня собственных электромагнитных помех АТС осуществляют посредством детектора (в монографии - датчика), установленного на АТС, а сравнение обнаруженных датчиком уровней и их сопоставление с предельно-допустимыми значениями выполняют посредством дискриминатора (в монографии - микропроцессорной системы обработки данных).
detector
*5 - Детектор - лат.  - раскрывающий, обнаруживающий - первичный элемент измерительного, сигнального, регулирующего или управляющего устройства, преобразующий контролируемую величину в удобный для использования сигнал. Для обозначения устройств преобразования колебаний высокой частоты в колебания низкой частоты, о которых речь пойдёт ниже, будет использован термин демодулятор.
лат.
discrimino
*6 - дискриминатор -  - отделяю, различаю; устройство, служащее для отбора электрических импульсов, амплитуды которых превышают некоторое определённое значение.
В качестве устройства сбора данных, в цитируемом решении, использована система управления двигателем внутреннего сгорания (ДВС), которая, в случае превышения обнаруженных уровней собственных электромагнитных помех, относительно предельно-допустимых значений, изменяет режим своей работы таким образом, чтобы снизить собственные помехи до предельно-допустимого уровня, а в случае невозможности обеспечения собственных помех на предельно-допустимом уровне информирует водителя о наличии отклонении от нормируемых параметров.
Недостатком приведённого выше способа является его применимость исключительно для мониторинга уровня собственных электромагнитных помех, создаваемых контролируемой системой бортового электрооборудования конкретного ТС.
В случае адаптации способа под задачу выявления нарушений работоспособности, связанных именно с воздействием на ТС внешнего ЭМП, способ не обеспечивает регистрации выявленных нарушений работоспособности, определения местоположения ТС и точного времени формирования инцидентов (сбоев и отказов), что необходимо для набора статистики и последующего анализа проблем ЭМС в целях доработки помехоустойчивости электросистем ТС, а также для оценки электромагнитных качеств среды, в которой эксплуатируется ТС.
Задачей заявляемого решения является создание способа, позволяющего в процессе эксплуатации ТС выявлять / диагностировать и регистрировать нарушения работоспособности бортового электрооборудования, возникающие при внешнем электромагнитном воздействии, определять местоположение и точное время формирования сбоев и отказов для набора статистики и последующего анализа проблем ЭМС с целью дальнейшего повышения помехоустойчивости электросистем ТС, а также для оценки электромагнитных качеств среды, в которой эксплуатируется ТС.
Указанная задача решается в способе мониторинга нарушений работоспособности систем бортового электрооборудования транспортных средств, возникающих вследствие воздействия электромагнитных полей, заключающемся в непрерывном, в течение эксплуатации ТС, выявлении уровней ЭМП, в сравнении обнаруженных, в процессе мониторинга, уровней электромагнитных помех с предельно-допустимыми значениями.
Указанная задача решается тем, что:
в случае превышения обнаруженных уровней электромагнитных помех относительно предельно-допустимых значений,
- формируют внеочередной запрос, адресованный контролируемым системам бортового электрооборудования, о наличии у систем нарушений работоспособности,
- в случае обнаружения у любой из контролируемых систем нарушений работоспособности выявленному нарушению присваивают статус ошибки, связанной с воздействием ЭМП, и формируют запрос на определение точного времени и координат места расположения ТС, соответствующих выявленному нарушению работоспособности.
- затем выполняют регистрацию полученной на запросы информации о выявленном нарушении, о времени обнаружения выявленного нарушения, о координатах места расположения ТС, соответствующего выявленному нарушению.
Анализ, считывание и удаление зарегистрированной информации производят посредством внешнего устройства диагностики, подключаемого к информационно - диагностической линии / шине ТС в процессе технического обслуживания ТС.
Задача может дополнительно решаться тем, что
- в случае превышения обнаруженных уровней электромагнитных помех относительно предельно-допустимых значений, выполняют измерение величины этого превышения, а результат измерения, в случае обнаружения у систем нарушений работоспособности, регистрируют совместно с соответствующей информацией о выявленном нарушении, о времени обнаружения выявленного нарушения и о координатах места расположения ТС, соответствующего выявленному нарушению.
Изобретение поясняется следующими чертежами, иллюстрирующими принцип мониторинга в процессе эксплуатации ТС нарушений работоспособности бортового электрооборудования ТС, обусловленных воздействием внешнего ЭМП:
Фиг.1, где схематично показаны: 1 - источник внешнего ЭМП; 2 - эксплуатируемое ТС; 3 - бортовой детектор ЭМП; 4 - система (в аналогах и прототипе устройство) сбора данных о нарушениях работоспособности; 5 - бортовые электротехнические системы АТС; 6 - система определения точного времени и координат; 7 - информационно-диагностическая линия / шина связи.
Фиг.2 иллюстрирует обобщенный алгоритм диагностики нарушений работоспособности ТС при воздействии внешнего ЭМП.
Фиг.3, где показаны электрические процессы детектирования, демодулирования ЭМП и диагностики нарушений работоспособности АТС: 8 - воздействующая внешняя электромагнитная помеха (внешнее ЭМП); 9 - демодулированная электромагнитная помеха; 10 - запрос бортовых электросистем на наличие ошибок, синхронизированных с воздействием ЭМП; 11 - ответ бортовых систем о наличии ошибок синхронизированных с воздействием ЭМП; 12 - запрос системы сбора данных к системе определения точного времени и координат о координатах расположения ТС и времени появления ошибки; 13 - запрашиваемые данные о текущих координатах и времени появления ошибки.
Изобретение может быть реализовано в ТС 2, содержащем в своем составе известные из уровня техники бортовые электротехнические системы 5, объединенные по меньшей мере одной информационной линией связи 7, например, CAN шиной, и систему определения точного времени и координат, например, ЭРА ГЛОНАСС, а также, в соответствие с изобретением, бортовой детектор ЭМП 3 и систему 4 сбора данных о связанных с воздействием ЭМП нарушениях работоспособности бортового электрооборудования 5. Компоненты системы 4 сбора данных, могут быть скомпонованы либо в отдельно расположенном на ТС корпусе, либо выполненными интегрированными в корпус какого-либо из устройств любой из бортовых электротехнических систем ТС.
В качестве детектора 3 могут быть использованы или одна антенна, или набор антенн, или провода бортовой электрической сети ТС (на Фиг. 1 детектор показан условно; на Фиг. 3 позицией 8 обозначен сигнал внешней электромагнитной помехи, который в свою очередь может суммироваться с ЭМП работающего электрооборудования ТС). Для реализации изобретения система 4 сбора данных включает в себя демодулятор (не показан - на Фиг. 3 позицией 9 обозначен принятый детектором и демодулированный сигнал), дискриминатор (не показан), обеспечивающий отбор электрических импульсов, амплитуды которых превышают заданное нормативной документацией значение, и блок (не показан) выявления / диагностики и регистрации нарушений работоспособности систем бортового электрооборудования - далее блок диагностики. Блок диагностики выполнен, соответственно, электрически соединённым с CAN шиной 7 ТС 2 и, через дискриминатор и демодулятор, с детектором 3. Блок диагностики выполнен с возможностью периодического (скважность задана нормативной документацией на ТС) генерирования запросов, адресуемых через CAN шину 7 контролируемым системам 5 бортового электрооборудования, о наличии у систем 5 нарушений работоспособности, а также с возможностью регистрации полученных через CAN шину 7 ответов контролируемых систем 5 о наличии у систем 5 нарушений работоспособности.
На вход демодулятора с детектора 3 поступает аддитивная смесь сигналов от электрооборудования ТС и внешней среды.
Преобразованный демодулятором сигнал детектора 3 поступает на вход дискриминатора. Если уровень сигнала детектора 3 превысит предельно-допустимый уровень, на выходе дискриминатора появится сигнал, инициирующий блок диагностики на формирование внеочередного, адресованного контролируемым системам 5, запроса о наличии у систем 5 нарушений работоспособности.
Если бортовые электротехнические системы 5, в ответ на такой запрос выявят / диагностируют хотя бы одно нарушение работоспособности, то блок диагностики такому нарушению присваивает статус ошибки, связанной с воздействием ЭМП, и формирует запрос на определение точного времени и координат места расположения ТС, соответствующих выявленному нарушению работоспособности, адресованный системе определения точного времени и координат, например, ЭРА ГЛОНАСС.
Полученную на запросы блока диагностики информацию о выявленном нарушении (о выявленных нарушениях), о времени обнаружения выявленного нарушения (выявленных нарушений), о координатах места расположения ТС, соответствующего инциденту (инцидентам), регистрируют в блоке диагностики с возможностью удаления информации из блока диагностики посредством внешнего устройства диагностики, подключаемого к CAN шине ТС в процессе технического обслуживания ТС.
Во время очередного (планового) или внеочередного технического обслуживания ТС сохранённая в блоке диагностики информация может быть проанализирована проводящим обслуживание специалистом на предмет наличия / отсутствия сбоев или отказов, имевших место в эксплуатации. Сохранённая в блоке диагностики информация, посредством упомянутого выше внешнего устройства диагностики, подключаемого к CAN шине ТС в процессе технического обслуживания ТС, может быть перенесена (предпочтительный вариант) в обобщающую базу данных для набора статистики и последующего анализа проблем ЭМС с целью дальнейшего повышения помехоустойчивости электросистем ТС, а также для оценки электромагнитных качеств среды, в которой эксплуатируется ТС.
Заявляемое техническое решение основано на том, что нарушения работоспособности электрооборудования ТС, возникающие / возникшие в процессе эксплуатации, сопоставляются с воздействием внешнего ЭМП.
Бортовое электрооборудование ТС имеет защиту от типовых внутренних и внешних электромагнитных помех; уровень этой защиты и задаёт нижний порог пропускания / ретрансляции дискриминатором сигнала, поступающего с детектора 3.
При мощном внешнем ЭМП электрооборудование ТС может оказаться не защищённым от его воздействия, что может привести к нарушениям работоспособности.
Проблемы ЭМС или помехоустойчивости электрооборудования ТС в эксплуатации являются трудно диагностируемыми. Ведение непрерывного мониторинга (бортовой диагностики), сопоставляющей любое из нарушений работоспособности электрооборудования с уровнем внешнего ЭМП, позволяет идентифицировать факт электромагнитного воздействия и его влияние на работу бортовых систем.
Данные о точном времени инцидента (инцидентов) и координатах расположения ТС, в которых воздействие внешнего ЭМП привело к нарушению работоспособности электрооборудования, необходимы для дальнейшего повышения помехоустойчивости электросистем ТС, а также для анализа электромагнитной обстановки, в которой происходила эксплуатация ТС, что обеспечивает выявление природных или техногенных источников ЭМП.
Электромагнитные параметры среды, в которой осуществляется эксплуатация ТС, наиболее полным образом могут быть оценены посредством реализации измерения величин превышения обнаруженных уровней электромагнитных помех относительно предельно-допустимых значений и регистрации измеренных величин в случае обнаружения у систем нарушений работоспособности.
Изобретение обеспечивает сопоставление возникших или имевших место нарушений работоспособности электрооборудования ТС с воздействием внешних ЭМП, амплитуда которых превышает предельно-допустимый уровень, заданный нормативной документацией, а также обеспечивает сбор статистических данных о проблемах ЭМС, возникающих в процессе эксплуатации ТС, для последующего повышения помехоустойчивости электросистем ТС, а также для оценки электромагнитных качеств среды, в которой эксплуатируется ТС.