Проектирование мультиплексной системы комплексного автомобильного тренажера

Савельев A.M. ПРОЕКТИРОВАНИЕ МУЛЬТИПЛЕКСНОЙ СИСТЕМЫ КОМПЛЕКСНОГО АВТОМОБИЛЬНОГО ТРЕНАЖЕРА

Рассмотрена возможность реализации комплексного автомобильного тренажера с использованием мультиплексной системы управления. Представлены результаты разработки мультиплексной системы на основе протокола CAN 2.0. Приводятся результаты схемотехнического и алгоритмического проектирования.

В настоящее время датчики и исполнительные устройства систем управления агрегатами автомобиля подключаются к электронному блоку управления (ЭБУ) с помощью жгутов проводов. Однако с увеличением числа электронных систем управления возрастает количество датчиков и исполнительных механизмов. Соответственно растет и число соединительных проводов, что помимо всего прочего ведет к уменьшению надежности, увеличению массы автомобиля, ухудшению диагностики. Эффективным средством сокращения числа жгутов и повышения надежности является мультиплексная связь.

Комплексный автомобильный тренажер (КАТ) по своей информационной емкости [1] приближается к современному автомобилю. Поэтому целесообразно использовать мультиплексную систему и в тренажере. Учитывая однотипность большинства узлов тренажера и автомобиля, будет целесообразно в качестве протокола регламентирующего работу мультиплексной системы КАТ выбрать один из протоколов используемых для организации мультиплексных систем в автомобилях.

На основании требований к информационной емкости и скорости передачи данных отдельных элементов КАТ, были выдвинуты суммарные требования к мультиплексной системе тренажера. Также в требования к мультиплексной системе входили следующие функциональные возможности: контроль доступа к среде передачи, дифференциальный режим передачи сигналов, исчерпывающая схема обработки ошибок. Проанализировав, используемые в настоящее время в автомобилях протоколы мультиплексирования, можно сделать вывод, что применение для организации мультиплексной системы КАТ протокола CAN наиболее целесообразно, т.к. он выполняет требования по скорости передачи данных с необходимым запасом, отличается продуманной системой защиты данных и сигнализации об ошибках, применяется большинством производителей автомобилей, а также нашел широкое распространение в промышленности.

На основе CAN-протокола разработана структурная схема мультиплексной системы КАТ (рисунок 1). Исходя из соображений оптимизации вычислений и расположения на тренажере, в схеме предусмотрено использование отдельных микроконтроллеров на каждый функциональный блок элементов тренажера. На каждый линейный электродвигатель (ЛЭДв) подвески КАТ предусмотрен отдельный микроконтроллер (МК1, МК2, МК8, МК9), это объясняется не только дальностью расположения электродвигателей (по углам тренажера), но и сложностью расчетов. На микроконтроллеры подвески КАТ возложена функция расчета управляющих сигналов автономного инвертора (АИН), по сигналам, поступающим через шину с центрального процессора и сигналам обратной связи с датчиков положения (ДП), скорости (ДС), тока (ДТ) . Схожие функции у микроконтроллеров в системе имитации момента сопротивления на руле (МК6) и поворотной платформе (МК7). Отдельный микроконтроллер (МК4) предусмотрен в панели приборов для управления спидометром, тахометром, указателем температуры охлаждающей жидкости, указателем уровня топлива и контрольными лампами. Нагрузка на микроконтроллер от одного переключателя незначительная, поэтому, учитывая также их близкую расположенность, объединим переключатели в один блок переключателей, с одним микроконтроллером МК5. МКЗ снимает информацию о положении педалей, рычага КПП и стояночного тормоза.

Рисунок 1 - Структурная схема мультиплексной системы КАТ

ПЭВМ выполняет обработку сигналов с органов управления тренажера, расчет управляющих сигналов на исполнительные механизмы, расчет визуализации и звуковых эффектов. Интерфейс USB-CAN выполняет функцию формирования фреймов, соответствующих протоколу CAN. В функции микроконтроллеров (МК1, МК2, МК4, МК6-9) входит прием CAN-фреймов и расчет управляющих сигналов на исполнительные механизмы (электродвигатели, указатели и лампы), микроконтроллеры МК3, МК5 выполняют кодировку сигналов с органов управления тренажера в формат CAN-фрейма. МК6 также передает информацию о положении рулевого колеса.

На основании разработанной функциональной схемы мультиплексной системы КАТ, разрабатывается ее принципиальная схема, проводится оптимизация алгоритма управления. Хочется отметить, что применение мультиплексной системы в тренажерах, может послужить развитию современных мультиплексных систем в отечественном автомобилестроении.

ЛИТЕРАТУРА

1. А.М. Савельев, К.А. Сухов. Комплексный автомобильный тренажер // Труды II Всероссийской научно-технической конференции с международным участием "Проблемы электротехники, электроэнергетики и электротехнологии", Ч. 2 - Тольятти, ТГУ, 2007, с. 108-112.