Блок автомобильной телематической системы

Полезная модель относится к устройствам для дистанционного мониторинга, диагностики и управления транспортными средствами.
Под блоком автомобильной телематической системы понимается устройство, обеспечивающее автоматизированный сбор, обработку, передачу и представление владельцу транспортного средства или, например, диспетчерскому центру информации  о местоположении,  состоянии и другой информации о транспортном средстве и, таким образом, позволяющее реализовать охранные, логистические, диагностические и другие функции.
Известно устройство, предназначенное для мониторинга подвижных объектов, содержащее микроконтроллер и связанные с ним навигационный модуль GPS/ГЛОНАСС, акселерометр, память, резервный аккумулятор, модуль связи, модуль Bluetooth, интерфейс подключения к бортовой цифровой CAN шине  для проведения компьютерной диагностики электронных блоков, считывателем RFID ключей, кодов и карт доступа  (патент РФ №164628,10.04.2005).
Недостатками данного устройства является сложность монтажа в бортовую систему автомобиля. Кроме того, применение данного устройства не обеспечивает реализацию полного функционала телематических, (в том числе, охранных, логистических, диагностических и др.) систем, ввиду отсутствия средств связи с транспондерной меткой для обеспечения авторизации владельца автомобиля в системе или беспроводным реле для осуществления беспроводной радио блокировки двигателя в состоянии охраны или по команде диспетчерского центра, а также схемы определения состояния двигателя.
Техническая проблема, на решение которой направлена заявляемая полезная модель заключается в разработке компактного устройства, выполняющего все функции автомобильной телематической системы, не требующего вспомогательного оборудования и устройств для установки и эксплуатации.
Техническим результатом полезной модели является расширение функциональных возможностей устройства, что достигается за счет возможности  выполнения устройством широкого спектра функций автомобильной телематической системы, а также наличия  флеш-памяти, что обеспечивает энергонезависимое хранение телематических данных, схемы питания для осуществления бесперебойного электропитания блока автомобильной телематической системы, при сохранении компактности устройства и простоты в эксплуатации, снижении трудоемкости при установке.
Указанный технический результат достигается за счет того, что блок автомобильной телематической системы (блок) представляет собой единый блок и содержит корпус с установленными в нем микроконтроллером и связанными с ним GPS/GLONASS модулем, GSM модулем, BLUETOOTH модулем, трансивером, флеш-памятью, трехосевым акселерометром, драйверами цифровых шин, схемой питания.
Устройство, выполненное в виде единого блока, предназначено к подключению в OBD разъем автомобиля.
Подключение в транспортное средство дополнительного оборудования, состоящего из большого количества компонент, представляет собой большие трудности, связанные с высокой трудоемкостью процесса подключения, снижением общей надежности системы автомобиль-дополнительное оборудование в процессе эксплуатации, увеличением вероятности нанесения ущерба автомобилю в процессе подключения, необходимостью привлечения для подключения оборудования специалистов  с высокой квалификацией.
Выполнение предлагаемого устройства - блока автомобильной телематической системы  в виде единого устройства, содержащего полный набор автомобильных интерфейсов для организации управления узлами автомобиля, исключает  установку нескольких устройств для обеспечения всего функционала телематической системы, что обуславливает простоту эксплуатации устройства,  обеспечивает упрощение его установки в автомобиль и, таким образом,  снижение трудоемкости при установке,   не требует подключения дополнительных устройств для его работы. Кроме того, существенно повышается компактность устройства.
Микроконтроллер выполнен с возможностью реализации всех алгоритмов, обеспечивающих потребительские свойства: мониторинга, страховой телематики, защиты автомобиля от угона, диагностики автомобиля, управления автомобилем и считывания всех необходимых его параметров, обеспечивая шифрованую связь с меткой и беспроводным реле. Для этого, микроконтроллер электрически соединен с GPS/GLONASS модулем, GSM модулем, BLUETOOTH модулем, трансивером, трехосевым акселерометром, FLASH памятью, драйверами цифровых шинам CAN, ISO 9141-2, KWP-2000, LIN, WBUS, схемой питания и предназначен для обработки сигналов, полученных с данных устройств.
Микроконтроллер, GPS/GLONASS модуль, GSM модуль, BLUETOOTH модуль, трансивер, трехосевой акселерометр, FLASH память, драйвера цифровых шинам CAN, ISO 9141-2, KWP-2000, LIN, WBUS, схема питания смонтированы на печатной плате.
Схема  питания состоит из импульсного преобразователя постоянного тока, выполненного на интегральной микросхеме, обеспечивающего преобразование напряжения бортовой сети в напряжение, необходимое для питания всех компонентов блока автомобильной телематической системы при наличии напряжения в бортовой сети автомобиля, литий-полимерного аккумулятора, обеспечивающего питание всех компонентов блока при отсутствии напряжения бортовой сети, компаратора, выполненного в виде интегральной микросхемы, осуществляющего контроль напряжения в бортовой сети и переключение на работу от аккумулятора и обратно при снижении этого напряжения ниже заданного порога, с помощью ключей, выполненных на транзисторах.
Трехосевой акселерометр позволяет измерять ускорение автомобиля для детектирования аварий, стиля вождения, ускорения при маневрах. При этом, трехосевой акселерометр выполнен с возможностью передачи данной информации в микроконтроллер. Полученная трехосевым акселерометром информация широко используется в страховой телематике для расчета страхового скоринга, влияющего на тариф полисов страхования, а также для детектирования факта увоза (эвакуации) автомобиля, что позволяет реализовать охранные функции блока автомобильной телематической системы.
Наличие цифровых шин CAN, ISO 9141-2, KWP-2000, LIN, WBUS позволяет реализовать диагностические функции устройства и обеспечивает взаимодействие с транспортным средством для диагностики его систем путем считывания данных (состояние двигателя: заведен/не заведен, состояние дверей, уровень топлива, пробег, VIN, диагностические коды и тп), управление автомобилем (управление замками дверей, снятие/постановка автомобиля на охрану, управление светом, габаритными огнями, управление предпусковыми подогревателями, стирание ошибок и т.п.). Информация о состоянии функциональных узлов транспортного средства с цифровых шин передается на микроконтроллер на обработку. Это позволяет владельцу оперативно получать информацию о состоянии транспортного средства. Кроме того, обеспечивается подключение к блоку дополнительных компонентов (датчиков топлива и т.п.), управление предпусковыми подогревателями, модулями автозапуска и другими устройствами сторонних производителей.
Устройство также выполнено с возможностью определения состояния двигателя заведен/не заведен, что обеспечивает основную функциональность системы на автомобиле любой марки и модели даже для случая, когда блок подключен к OBD разъему клиентом самостоятельно, еще до загрузки в блок настроек для конкретного автомобиля. Статус работающего двигателя может определяться по следующим каналам – данные с CAN шины, данные с LIN шины, по аналогову входу, по наличию пульсаций в цепи постоянного тока. Данная информация направляется на обработку в микроконтроллер.
GPS/GLONASS модуль обеспечивает получение точных координат, времени, скорости, курса транспортного средства и связан с микроконтроллером для передачи данной информации.
GSM модуль обеспечивает связь блока с диспетчерским центром по сети GSM. При этом, GSM модуль связан с микроконтроллером  для передачи информации, полученной микроконтроллером, в том числе, с GPS/GLONASS модуля, трехосевого акселерометра, цифровых шин в диспетчерский центр.
В свою очередь диспетчерский центр на основе полученных данных может получать информацию о местоположении транспортного средства, его скорости, курсе, опасных маневрах, сообщения об угоне транспортного средства, авариях и т.п. и осуществлять отправку полученной информации владельцу транспортного средства.
BLUETOOTH модуль выполнен с возможностью обеспечения  связи с телефоном владельца автомобиля с целью передачи данных. Кроме того, BLUETOOTH модуль связан с микроконтроллером для получения и передачи информации, полученной микроконтроллером, в том числе, с GPS/GLONASS модуля, трехосевого акселерометра, цифровых шин на телефон (смартфон) владельца транспортного средства.
Трансивер 868 МГц может обеспечивать связь устройства с беспроводным реле для осуществления беспроводной радио блокировки двигателя в состоянии охраны или по команде диспетчерского центра. Кроме того, наличие трансивера в устройстве позволяет  обеспечить связь с транспондерной меткой, служащей для авторизации владельца автомобиля в системе. Возможность обеспечения связи устройства с транспондерной меткой является важным преимуществом устройства, поскольку транспондерная метка позволяет производить постановку транспортного средства на охрану и снятие с охраны комплекса автоматически, без дополнительных действий со стороны владельца.
Таким образом,  устройство отключает охранный режим автоматически при попадании метки в зону считывания, и автоматически переключается в охранный режим, когда владелец заглушил двигатель и покинул автомобиль вместе с меткой безопасности. Кроме того, наличие трансивера в устройстве обеспечивает возможность наращивания системы новыми компонентами со связью по радиоканалу (например, датчиками уровня топлива и т.п.).
Флеш-память (FLASH память) обеспечивает автономное энергонезависимое хранение телематических и других данных, полученных микроконтроллером с GPS/GLONASS модуля, GSM модуля, BLUETOOTH модуля, трехосевого акселерометра, драйверов цифровых шин, в необходимом объеме.  Данные для хранения передаются в FLASH память посредством микроконтроллера.  Таким образом, при отключении питания блока автомобильной телематической системы или разрядке внутренней батареи устройства обеспечивается гарантированное сохранение полученных телематических и других данных в любых условиях.
Наличие высокоомных входов и выходов с высокоимпедансным состоянием обеспечивает безопасное подключения блока к OBD разъему любого автомобиля любым неквалифицированным пользователем самостоятельно.
Схема питания электрически связана с бортовой сетью автомобиля,  микроконтроллером  и обеспечивает питание блока автомобильной телематической системы от бортовой сети автомобиля и автоматическое переключение (без паузы) на встроенный аккумулятор при отключении от бортовой сети или при исчезновении в ней напряжения, что обеспечивает полную работоспособность блока в автономном режиме. Таким образом, наличие в блоке автомобильной телематической системы схемы питания обеспечивает бесперебойную работу устройства и выполнение всего своего телематического, охранного функционала.
Кроме того, периферийные модули (датчик топлива, расширитель входов/выходов, другие по потребности клиентов),  могут быть подключены к центральному блоку по одной из имеющихся цифровых шин.
Таким образом, наличие в составе устройства указанной совокупности компонентов позволяет реализовать всю полноту функционала телематических (в том числе, охранных, логистических, диагностических и др.) систем, существующих на рынке в формате малогабаритного устройства с OBD разъемом, что позволяет существенно расширить функциональные возможности устройства.
Сущность полезной модели поясняется фигурой 1, на которой изображена схема блока автомобильной телематической системы.
На фигуре позициями 1-13 обозначены:
1 – Микроконтроллер,
2 – GPS/GLONASS модуль,
3 – GSM модуль,
4 – Bluetooth модуль,
5 – Трансивер,
6 – Трехосевой акселерометр,
7 – Flash память,
8 – Схема питания,
9 -  Драйверы цифровых шин CAN,
10 –Драйверы цифровых шин ISO 9141-2, KWP-2000, LIN, WBUS
11 – Драйверы высокоомных входов и выходов,
12 – разъем стандарта OBD-2,
13 – корпус устройства.
Согласно фигуре 1 блок автомобильной телематической системы содержит корпус 13, внутри которого расположена печатная плата (на фиг. не показана) с установленными на ней микроконтроллером 1, GPS/GLONASS модулем  2, GSM модулем 3, Bluetooth модулем 4,  трансивером 5, трехосевым акселерометром 6, Flash памятью 7, драйверами цифровых шин: CAN 1 и CAN 2 9, драйверами цифровых шин ISO 9141-2, KWP-2000, LIN, WBUS 10, драйверами высокоомных входов и выходов 11, а также схемой питания 8. Микроконтроллер 1 электрически соединен с GPS/GLONASS модулем 2, GSM модулем 3, BLUETOOTH модулем 4, трансивером 5, трехосевым акселерометром 6, FLASH памятью 7, драйверами цифровых шин CAN 9, ISO 9141-2, KWP-2000, LIN, WBUS 10, схемой питания 8.
Блок управления автомобильной телематической системы вставляется в разъем стандарта OBD-2 12.
Устройство работает следующим образом. После подключения блока автомобильной телематической системы в  OBD-2 разъем посредством высокоомных входов и выходов 11, цифровые шины входят в контакт с  цифровыми шинами автомобиля. Таким образом, устройство осуществляет непрерывную диагностику транспортного средства, получая по цифровым шинам CAN, ISO 9141-2, KWP-2000, LIN, WBUS с блока управления двигателем, блока кузовной электроники и др. узлов транспортного средства информацию о состоянии двигателя: заведен/не заведен, состоянии дверей: открыты/закрыты, уровень топлива, информация о снятии/постановке автомобиля на охрану и др. и направляет ее в микроконтроллер на обработку. Далее микроконтроллер отправляет данную информацию посредством Bluetooth модуля на Bluetooth модуль сервера. Таким образом, владелец транспортного средства имеет возможность в любой момент получить данную информацию с сервера  дистанционно и  может контролировать  сохранность транспортного средства, то есть, что оно не угнано. Также микроконтроллер осуществляет автоматическую отправку  указанной информации на хранение в Flesh память. При этом, модуль GPS/GLONASS непрерывно осуществляет определение координат транспортного средства для передачи в микроконтроллер, который может направлять данную информацию по посредством Bluetooth модуля на смартфон владельцу автомобиля или в диспетчерский центр, что крайне важно в случае угона транспортного средства и позволяет быстро определить местонахождение автомобиля. Кроме того, в случае угона диспетчерский центр или автовладелец может дистанционно осуществить блокировку двигателя путем отправки команды на блок автомобильной телематической системы, в частности, микроконтроллер, посредством сотовой сети (GPRS, SMS), после чего микроконтроллер посредством шифрованного  радиоканала связывается с реле путем отправки  ему команды на блокировку (или разблокировку) двигателя. При этом, трансивер, являясь радиоприемником и радиопередатчиком, обеспечивает связь устройства с беспроводным реле, которое может быть установлено на любой цепи, позволяющей остановить работу двигателя, или предотвратить его запуск (например, цепи зажигания, цепи управления стартером, форсунках и т.п.).
Кроме того, трансивер в составе устройства, также обеспечивает радиосвязь устройства с транспондерной меткой. При приближении владельца к транспортному средству блок автомобильной телематической системы  микроконтроллер устанавливает связь с транспондерной меткой по радиоканалу, считывает данные, хранящиеся в метке и служащие для ее идентификации, опознает как свою, после чего микроконтроллер посылает сигнал беспроводному реле для снятия с охраны и разблокировки двигателя, что обеспечивает снятие транспортного средства с охраны. При этом обмен данными между блоком и меткой двусторонний и шифрованный.
Кроме того, трехосевой акселерометр непрерывно осуществляет измерение ускорения автомобиля и направляет данные в микроконтроллер, который, анализируя ускорение, определяет резкие маневры (торможения, ускорения, повороты) и аварии, формирует сообщения об этих событиях и отправляет их в диспетчерский центр или на сервер.  Таким образом, указанные данные могут быть получены диспетчерским центром или владельцем автомобиля, имеющего доступ к серверу посредством GSM модуля или Bluetooth модуля. По полученным данным возможно детектировать факт увоза (эвакуации) автомобиля.
При наличии напряжения в бортовой сети автомобиля питание блока обеспечивается импульсным преобразователем постоянного тока схемы питания 8. При отсутствии напряжения бортовой сети компаратор схемы питания переключает схему питания на работу от аккумулятора.
Приведённый пример является частным случаем и не исчерпывает всех возможных реализаций полезной модели.