УСТРОЙСТВО БОРТОВОГО КОНТРОЛЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА
DEVICE FOR BOARD CONTROL OF TECHNICAL CONDITION OF VEHICLE

Изобретение относится к области технической диагностики и может быть использовано в качестве бортовых средств контроля технического состояния транспортных средств (ТС).
Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является устройство для замера и фиксации параметров движения транспортного средства, а также контроля технического состояния и прогноза его изменения (RU 61446 U1, 2006). Устройство содержит блок съема визуальной информации, блок съема акустической информации, датчик скорости, блок датчиков контроля параметров технического состояния двигателя ТС, блок датчиков контроля параметров технического состояния, характеризующих безопасность транспортного средства при использовании, блок предварительной обработки сигналов датчиков, блок предварительной обработки аналоговых сигналов, аналого-цифровой преобразователь, блок управления, таймер, блок памяти для хранения значений параметров технического состояния транспортного средства и их анализа, подблок прогноза состояния ТС по контролируемому параметру, подблок данных о допустимых, номинальных и предельных значениях параметров, подблок значений параметров технического состояния ТС для прогноза по контролируемому параметру, блок индикации данных и прогноза, блок предварительной обработки цифровой информации, блок памяти, блок считывания информации, блок передачи информации по радиоканалу, зуммер и блок блокировки транспортного средства.
Указанное устройство не обеспечивает реализацию основных задач технического диагностирования, а именно сокращения затрат на обнаружение и уменьшения потерь, связанных с простоем транспортных средств в результате потери работоспособного состояния (наступления отказа) и преждевременных выходов транспортных средств в ремонт.
Технический результат предлагаемого решения направлен на расширение функциональных возможностей устройства, увеличение быстродействия и точности производимых автоматизированных расчетов бортовой системы технического состояния ТС, а также сокращение времени и трудоемкости при оценке фактического технического состояния ТС.
Технический результат достигается тем, что устройство дополнительно снабжено:
- блоком обработки видео/аудиопотока;
- блоком памяти с возможностью записи на внешний Flash накопитель;
- подблоком анализа предотказного технического состояния;
- подблоком оценки фактической работоспособности ТС;
- подблоком базы данных неисправностей и рекомендаций;
- информационно-управляющей панелью (ИУП);
- дополнительными коммуникационными связями.
Взаимодействие между элементами устройства осуществляется следующим образом: выход блока предварительной обработки аналоговых сигналов подключен к первому входу блока обработки видео/аудиопотока, первый выход блока обработки видео/аудиопотока подключен к входу блока памяти (с записью на внешний Flash накопитель), выход блока памяти (с записью на внешний Flash накопитель) подключен ко второму входу блока обработки видео/аудиопотока, второй выход блока обработки видео/аудиопотока подключен к первому входу ИУП, первый выход ИУП подключен к третьему входу блока обработки видео/аудиопотока, второй выход блока памяти подключен к входу блока передачи информации по радиоканалу, первый выход блока считывания информации подключен ко второму входу блока памяти.
На фиг. 1 представлена структурная схема заявляемого устройства бортового контроля технического состояния ТС.
Устройство содержит:
1 - блок съема визуальной информации;
2 - блок съема акустической информации;
3 - блок предварительной обработки аналоговых сигналов;
4 - блок обработки видео/аудиопотока;
5 - блок памяти (с записью на внешний Flash накопитель);
6 - датчик скорости;
7 - блок датчиков контроля параметров технического состояния двигателя ТС;
8 - блок датчиков контроля параметров технического состояния, характеризующих безопасность ТС при использовании;
9 - блок предварительной обработки сигналов датчиков;
10 - аналого-цифровой преобразователь;
11 - центральный процессор;
12 - таймер;
13 - блок хранения, обработки и анализа значений контролируемых параметров технического состояния;
14 - подблок данных о допустимых, номинальных и предельных значениях параметров;
15 - подблок прогноза изменения технического состояния ТС и расчета остаточного ресурса;
16 - подблок анализа предотказного технического состояния;
17 - подблок хранения значений контролируемых параметров для расчетов;
18 - подблок оценки фактической работоспособности транспортного средства;
19 - подблок базы данных неисправностей и рекомендаций;
20 - информационно-управляющую панель;
21 - блок предварительной обработки цифровой информации;
22 - блок памяти;
23 - блок считывания информации;
24 - блок передачи информации по радиоканалу;
25 - зуммер;
26 - блок блокировки транспортного средства.
Блок 1 съема визуальной информации представляет собой миниатюрную камеру с объективом 3,2 мм и углом обзора 130° (по диагонали) и разрешающей способностью 1920×1080 точек на дюйм. Блок 2 съема акустической информации содержит микрофон, предварительный усилитель и усилитель низкой частоты. Блок 3 предварительной обработки аналоговых сигналов, поступающих от блоков 1 и 2 соответственно - съема визуальной информации и акустической информации, обеспечивает автоматическое регулируемое усиление этих сигналов и формирование частотных характеристик сигналов в требуемых пределах. Блок 4 обработки видео/аудиопотока обеспечивает его захват (оцифровку), последующую классификацию по событиям, а также считывание регистрируемой информации для последующего воспроизведения по запросу пользователя. Блок 5 позволяет производить запись на внешнюю карту памяти. Датчик скорости 6 представляет собой в конкретном примере счетчик числа оборотов вала провода спидометра с электрическим (частотным) выходом. Блок 7 датчиков контроля параметров технического состояния двигателя ТС представляет собой совокупность аналоговых датчиков. К ним относятся аналоговые датчики давления моторного масла в главной масляной магистрали двигателя ТС, аналоговые датчики температуры охлаждающей жидкости, частотные датчики по определению частоты вращения коленчатого вала двигателя, датчики, определяющие мгновенный расход топлива, и т.д. Блок 8 датчиков контроля параметров технического состояния, характеризующих безопасность ТС при использовании, также представляет собой совокупность датчиков. К ним относятся датчики контроля износа тормозных колодок, давления и уровня тормозной жидкости или давления в пневмоприводе тормозной системы ТС, датчики контроля величины люфта в рулевом управлении ТС, датчик контроля давления рабочей жидкости гидроусилителя рулевого управления ТС, датчики контроля световой сигнализации, датчики контроля давления воздуха в шинах и т.д. Блок 9 предварительной обработки сигналов датчиков обеспечивает выравнивание амплитуды этих сигналов для корректной работы аналого-цифрового преобразователя. Блок 10 является аналого-цифровым преобразователем. Блок 11 представляет собой центральный процессор, который производит текущие математические расчеты, аналитические и управляющие действия. Таймер 12 представляет собой программируемый частотный генератор, задающий частоту работы центрального процессора в соответствии с режимом работы устройства. Блок 13 предназначен для хранения, обработки и анализа значений контролируемых параметров технического состояния и состоит из шести подблоков:
- подблок 14 данных о допустимых, номинальных и предельных значений параметров;
- подблок 15 прогноза изменения технического состояния ТС и расчета остаточного ресурса;
- подблок 16 анализа предотказного технического состояния;
- подблок 17 хранения значений контролируемых параметров для расчетов;
- подблок 18 оценки фактической работоспособности ТС;
- подблок 19 базы данных неисправностей и рекомендаций.
В подблоке 14 данных о допустимых, номинальных и предельных значениях параметров хранятся заложенные для конкретного ТС вышеуказанные значения по всем контролируемым параметрам, причем и по тем, изменение которых спрогнозировать невозможно.
В подблоках 15, 16 заложены алгоритмы оценки и расчета предотказного технического состояния и прогноза изменения технического состояния, а также остаточного ресурса по контролируемому параметру в зависимости от определенных переменных соответственно. Под переменными в данном случае понимаются изменяющиеся значения статистических характеристик по контролируемым параметрам. К ним относятся среднестатистическое значение контролируемого параметра, среднеквадратическое отклонение, дисперсия, коэффициент вариации. Под алгоритмами расчета в данном случае понимается совокупность логического анализа статистических данных, расчетных уравнений регрессии и математический аппарат для расчета прогноза и остаточного ресурса по всей измеряемой совокупности значений контролируемых параметров. Оценка предотказного технического состояния позволяет оперативно идентифицировать момент перехода ТС из исправного технического состояния в неисправное, до момента наступления неработоспособного технического состояния (отказа). В подблоке 17 хранения значений контролируемых параметров для расчета сохраняются все значения контролируемых параметров за последние, например, 100 часов работы ТС, с реализованной функцией архивирования критичных и выборочных расчетных значений по соответствующему алгоритму для последующих прогнозных расчетов. Совокупность оперативной статистической информации обновляется по принципу стековой памяти, то есть последние наиболее поздние значения вытесняются самыми «свежими». Подблок 18 оценки фактической работоспособности позволяет произвести реальную оценку возможных технических состояний ТС (критичное/некритичное), наложить ограничения по его дальнейшему использованию, например, скоростного режима, вплоть до полной остановки ТС. Подблок 19 базы данных неисправностей и рекомендаций позволяет произвести своевременное информирование водителя (обслуживающего персонала) на основе автоматизированных расчетных и прогнозных данных предлагаемого устройства: о возникших случаях наступления предотказного технического состояния; о возникновении неисправности или отказов в понятном для пользователя виде с рекомендациями по дальнейшему использованию ТС по назначению и возможными путями устранения неисправностей; о необходимом объеме ремонтных операций и подлежащих замене расходных материалов и специальных жидкостей. Блок 20 ИУП представляет собой жидкокристаллический дисплей с кнопками управления и выбора режима работы устройства. ИУП предназначена для оперативного информирования водителя (обслуживающего персонала) путем представления отчета о фактическом техническом состоянии ТС и другой запрашиваемой информации. Блок 21 предварительной обработки цифровой информации представляет собой адаптер, обеспечивающий обработку, классификацию цифровой информации, для последующего архивирования регистрируемых данных с датчиковой аппаратуры ТС. Блок 22 памяти наделен большим объемом информации и предназначен для длительного хранения данных, поступаемых с блока 21. Блок 23 считывания информации представляет собой в данном примере набор микросхем для передачи пакета данных по последовательному интерфейсу передачи данных (USB 2.0) к подключаемой персональной электронно-вычислительной машине (ПЭВМ), соединенный с блоком памяти 22 и блоком 20 ИУП. Устройство также снабжено блоком 24 передачи информации по радиоканалу, который представляет собой ультракоротковолновый передатчик, необходимый для организации беспроводной передачи пакетных данных. Блок 25 зуммера представляет собой устройство, предназначенное для подачи звукового сигнала об аварийных и критических ситуациях. Блок 26 блокировки ТС предназначен для наложения ограничения по дальнейшему использованию ТС. Для остановки двигателя ТС, например, для дизельного автомобиля, ограничение реализуется с помощью принудительного закрытия заслонки на выпускном коллекторе «горного тормоза» при поступлении управляющего сигнала от блока 11 центрального процессора. При этом выходы блоков съема визуальной и акустической информации подключены соответственно к первому и второму входам блока предварительной обработки аналоговых сигналов, выход блока предварительной обработки аналоговых сигналов подключен к первому входу блока обработки видео/аудиопотока, первый выход блока обработки видео/аудиопотока подключен к входу блока памяти (с записью на внешний Flash накопитель), выход блока памяти (с записью на внешний Flash накопитель) подключен ко второму входу блока обработки видео/аудиопотока, второй выход блока обработки видео/аудиопотока подключен к первому входу ИУП, первый выход ИУП подключен к третьему входу блока обработки видео/аудиопотока, выход датчика скорости подключен к первому входу блока предварительной обработки сигналов датчиков, а выход блока датчиков контроля параметров технического состояния двигателя ТС подключен ко второму входу блока предварительной обработки сигналов датчиков. Кроме того, выход блока датчиков параметров технического состояния, характеризующих безопасность ТС при использовании, подключен к третьему входу блока предварительной обработки сигналов датчиков, выход блока предварительной обработки сигналов датчиков подключен к первому входу аналого-цифрового преобразователя, первый выход которого подключен ко второму входу блока хранения, обработки и анализа значений контролируемых параметров технического состояния, который, при этом используя выходы второй и третий, подключен ко второму входу ИУП и первому входу центрального процессора соответственно, второй выход ИУП, используя второй вход и второй выход центрального процессора, подключен к четвертому входу блока предварительной обработки сигналов датчиков, первый выход центрального процессора подключен к первому входу блока хранения, обработки и анализа значений контролируемых параметров технического состояния, третий выход ИУП подключен к четвертому входу блока хранения, обработки и анализа значений контролируемых параметров технического состояния, четвертый выход ИУП подключен ко второму входу блока считывания информации, третий выход центрального процессора подключен ко входу таймера. При этом выход таймера подключен к третьему входу центрального процессора, четвертый выход центрального процессора подключен ко второму входу аналого-цифрового преобразователя, второй выход аналого-цифрового преобразователя и четвертый выход центрального процессора подключены к первому и второму входам блока предварительной обработки цифровой информации соответственно, выход блока предварительной обработки цифровой информации и пятый выход центрального процессора подключены к первому и второму входам блока памяти, первый и второй выходы блока памяти подключены к первому входу блока считывания информации и входу блока передачи информации по радиоканалу, первый и второй выходы блока считывания информации подключены ко второму входу блока памяти и ПЭВМ соответственно, шестой и седьмой выходы центрального процессора подключены ко входу зуммера и блоку блокировки ТС.
Устройство работает следующим образом. Питание осуществляется от штатной системы электроснабжения автомобиля. Устройство также снабжено резервным источником питания, который обеспечивает его поддержание в режиме ожидания и хранения информации в энергозависимой памяти. При включении зажигания предлагаемое устройство переводится в активный режим работы и одновременно производит заряд резервного источника питания. Сигналы, содержащие информацию о скорости и техническом состоянии ТС с датчика скорости 6, датчиков контроля 8 параметров технического состояния двигателя ТС 7, датчиков контроля параметров технического состояния, характеризующих безопасность ТС при использовании, поступают в блок 9 предварительной обработки сигналов датчиков. В этом блоке они унифицируются по амплитуде, частоте и проходят окончательную обработку сигналов датчиковой аппаратуры: согласование уровней, автоматическая регулировка усиления и т.д. Затем сигнал поступает в блок 10 АЦП, в котором происходит преобразование входного аналогового сигнала в дискретный код (цифровой сигнал), который под управлением центрального процессора 11 с заданной частотой таймера 12 поступает на блок 13 хранения, обработки и анализа значений контролируемых параметров технического состояния, где он проходит предварительный анализ и сверку с допустимыми, номинальными и предельными значениями, в соответствии с режимами работы ТС за данный функционал отвечает подблок 14. Одновременно с этим подблок 15 прогноза изменения технического состояния ТС и расчета остаточного ресурса и подблок 16 анализа предотказного технического состояния в соответствии с конкретными алгоритмами расчета и анализа производят идентификацию момента перехода автотранспортного средства из исправного технического состояния в неисправное до момента наступления неработоспособного технического состояния (отказа), оценку фактического и прогнозного технического состояния ТС и остаточного ресурса, используя подблок 17 хранения значений контролируемых параметров для данных расчетов. При идентификации неисправности, а также фактах их возникновения и какого-либо несоответствии сигналов от датчиковой аппаратуры ТС с эталонными, подблок 18 оценки фактической работоспособности ТС производит оценку возможных технических состояний ТС (критичное/некритичное), он также способен наложить ограничения по дальнейшему использованию ТС, например по скоростному режиму, вплоть до полной остановки ТС. Подблок 19 базы данных неисправностей и рекомендаций совместно с ИУП 20 позволяет произвести своевременное информирование водителя (обслуживающего персонала) на основе автоматизированных расчетных и прогнозных данных предлагаемого устройства: о возникших случаях наступления предотказного технического состояния, о возникновении неисправности или отказов в понятном для пользователя виде, а также выдавать рекомендации по дальнейшему использованию ТС по назначению и возможным путям устранения неисправностей, о необходимом объеме ремонтных операций и подлежащих замене расходных материалов и специальных жидкостей. Первый режим работы блока 20 ИУП предназначен для мониторинга эксплуатационных показателей ТС и для оперативной индикации предотказных, предельных (внезапных) состояний по контролируемым параметрам. Второй режим работы блока 20 ИУП заключается в выводе перечня неисправностей, их расшифровке и предлагаемых действиях по ограничению использования ТС. Третий режим блока 20 ИУП заключается в выводе значений технического обслуживания, сведений о необходимых ремонтных операциях и подлежащих замене расходных материалах и специальных жидкостях, на основе фактического технического состояния и нормативов проведения технического обслуживания и ремонта (ТО и Р) на конкретное ТС. Также по запросу пользователя ИУП способна воспроизводить регистрируемый аудио/видео поток как в реальном времени, так и просматривать архивные данные и события. Одновременно с этим, по факту идентификации предотказного технического состояния ТС или обнаружении какой-либо неисправности с блока 13 хранения, обработки и анализа значений контролируемых параметров технического состояния поступает сформированный сигнал на центральный процессор 11, который, проведя верификацию данного события, формирует команду на зуммер 25 для воспроизведения соответствующего звукового сигнала. Продолжительность сигнала составляет около 10 секунд, после чего центральный процессор 11 проводит подтверждение данного события посредством ИУП 20. Если идентифицированное событие является критическим и водитель не подтвердил (проигнорировал) информацию на ИУП 20, то центральный процессор 11 автоматически формирует команду остановки ТС, направляемую на блок 26. Если событие не критическое, то центральный процессор 11 посредством ИУП 20 информирует о событии с предложениями по устранению выявленных неисправностей. Дальнейшее движение ТС возможно после устранения неисправного состояния или выбора «продолжения использования ТС» на ИУП 20. Причем каждая регистрируемая неисправность, а также факт и условия ее возникновения с полной расшифровкой и ограничениями при использовании совместно с блоком 21 предварительной обработки цифровой информации регистрируется в блоке памяти 22. Эта информация может использоваться должностными лицами при анализе наступления предотказных состояний, неисправностей, отказов и аварийных ситуаций ТС. При этом может быть использован проводной и беспроводной интерфейс передачи данных, осуществляемый посредством блока 23 считывания информации и блока 24 передачи информации по радиоканалу.
Таким образом, предлагаемое техническое решение позволит расширить функциональные возможности устройства, увеличить быстродействие и точность производимых автоматизированных расчетов бортовой системы за счет исключения функционала обработки видео/аудиопотока данных с центрального процессора, а также сократить время и трудоемкость при оценке фактического технического состояния ТС за счет автоматизированного бортового контроля наступления предотказного технического состояния ТС путем недопущения момента наступления неработоспособного технического состояния (отказа) и последующего дорогостоящего ремонта, оперативного информирования водителя (обслуживающего персонала) о наступлении предотказного технического состояния, внезапного возникновения неисправностей, оценки фактической работоспособности ТС, а также отображения на дисплее ИУП первичной интерпретации в понятном для пользователя виде и рекомендаций по дальнейшим действиям и ограничениям при использовании ТС.