ChSTU repository
ChSTU repository preserves and enables easy and open access to all types of digital content including text, images, moving images, mpegs and data sets
Learn More
Please use this identifier to cite or link to this item:
https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6486| Title: | Дослідження засобів комп’ютерної діагностики електронних систем автомобілів |
| Authors: | Уткіна, Тетяна Юріївна Олійников, Сергій Олександрович |
| Issue Date: | Jan-2024 |
| Abstract: | Метою кваліфікаційної роботи магістра є підвищення ефективності засобів комп’ютерної діагностики електронних систем автомобілів за рахунок: систематизації інформації про сучасні тенденції розвитку електронних блоків управління автомобілів у світі, визначенню основних принципів їх роботи; аналізу сучасних методів та засобів діагностики автомобілів; проведенню якісної оцінки засобів комп’ютерної діагностики електронних систем автомобілів з наданням рекомендацій по використанню тих чи інших засобів в конкретній ситуації; розробки моделі функціонування клієнтського додатку комп’ютерної діагностики електронних систем автомобілів; розробці алгоритму проведення комп’ютерної діагностики електронних систем автомобілів та побудові інтерфейсу клієнтського додатку комп’ютерної діагностики автомобілів. Об’єкт дослідження – процеси комп’ютерної діагностики електронних систем автомобілів. Предмет дослідження – засоби комп’ютерної діагностики електронних систем автомобілів. Вирішено наступні основні завдання: 1. Систематизована інформація про сучасні тенденції розвитку електронних блоків управління автомобілів у світі, визначені основні принципи їх роботи. 2. Систематизована інформація про сучасні методи та засоби діагностики автомобілів, визначено переваги і недоліки їх застосування. 3. Проведена якісна оцінка засобів комп’ютерної діагностики електронних систем автомобілів. 4. Розроблено модель функціонування клієнтського додатку комп’ютерної діагностики електронних систем автомобілів. 5. Запропоновано алгоритм проведення комп’ютерної діагностики електронних систем автомобілів. 6. Розроблено інтерфейс клієнтського додатку комп’ютерної діагностики електронних систем автомобілів, що наддасть змогу детальної розшифровки кодів та дозволить протягом найкоротших строків ефективно і якісно визначити всі основні несправності транспортного засобу й, відтак, виконати їх подальший ремонт. |
| URI: | https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6486 |
| Appears in Collections: | 123 Комп’ютерна інженерія (Спеціалізовані комп’ютерні системи) |
Files in This Item:
| File | Description | Size | Format | |
|---|---|---|---|---|
| М_123_2023_Олійников+.pdf Restricted Access | 2.94 MB | Adobe PDF | View/Open Request a copy |
Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.
Extracted text
ЧЕРКАСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ТЕХНОЛОГІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ФАКУЛЬТЕТ ІНФОРМАЦІЙНИХ ТЕХНОЛОГІЙ І СИСТЕМ КАФЕДРА РОБОТОТЕХНІКИ ТА СПЕЦІАЛІЗОВАНИХ КОМП’ЮТЕРНИХ СИСТЕМ Пояснювальна записка до кваліфікаційної роботи освітнього ступеню «магістр» на тему: Дослідження засобів комп’ютерної діагностики електронних систем автомобілів Виконав: здобувач вищої освіти 2 курсу, групи МСКС-2207 спеціальності 123 «Комп’ютерна інженерія» (освітня програма «Спеціалізовані комп’ютерні системи») Сергій ОЛІЙНИКОВ (ім’я та прізвище) Керівник Тетяна УТКІНА (ім’я та прізвище) Рецензент Сергій РОТТЕ (ім’я та прізвище) Черкаси 2023 року 2 ЗМІСТ ПЕРЕЛІК СКОРОЧЕНЬ ТА УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ ................................. 4 ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ ..................................................... 6 РОЗДІЛ 1. СТАН ПРЕДМЕТУ ДОСЛІДЖЕННЯ ТА ФОРМУЛЮВАННЯ ЗАВДАНЬ ........................................................................................................... 12 1.1. Огляд сучасних тенденцій розвитку електронних блоків управління автомобілів у світі .................................................................................................. 13 1.2. Загальні відомості про електронні блоки управління ................................ 20 1.3. Конструкція електронних блоків управління ............................................. 23 1.4. Функціонування та обробка сигналів .......................................................... 27 1.5. Класифікація електронних систем автомобілів за функціональним призначенням ......................................................................................................... 30 1.6. Формулювання проблемних завдань дослідження ..................................... 36 Висновки ............................................................................................................... 37 РОЗДІЛ 2. СИСТЕМНИЙ АНАЛІЗ МЕТОДІВ ТА ЗАСОБІВ ДІАГНОСТИКИ АВТОМОБІЛІВ ..................................................................... 38 2.1. Класифікація сучасних методів діагностики автомобілів .......................... 38 2.1.1 Візуальна діагностика ............................................................................ 44 2.1.2 Технічна діагностика .............................................................................. 44 2.1.3 Комп’ютерна діагностика ...................................................................... 48 2.1.4 Діагностування гальмівних систем ....................................................... 49 2.2. Класифікаційні ознаки засобів діагностики ............................................... 52 2.3. Функціональність засобів діагностики автомобілів ................................... 56 2.4. Автомобільні датчики .................................................................................. 58 2.5. Стандарти автомобільних інтерфейсів у блоках управління ..................... 59 2.6. Діагностичний роз’єм OBD2 ....................................................................... 60 Висновки ............................................................................................................... 62 3 РОЗДІЛ 3. ЯКІСНА ОЦІНКА ЗАСОБІВ КОМП’ЮТЕРНОЇ ДІАГНОСТИКИ ЕЛЕКТРОННИХ СИСТЕМ АВТОМОБІЛІВ ................... 63 3.1. Дилерські сканери ........................................................................................ 64 3.2. Портативні універсальні сканери ................................................................ 65 3.3. Адаптери смартфону .................................................................................... 66 3.4. Обґрунтування розробки клієнтського додатку комп’ютерної діагностики електронних систем автомобілів ........................................................................... 69 Висновки ............................................................................................................... 73 РОЗДІЛ 4. ПРОЕКТУВАННЯ СИСТЕМИ КОМП’ЮТЕРНОЇ ДІАГНОСТИКИ ЕЛЕКТРОННИХ СИСТЕМ АВТОМОБІЛІВ ................... 74 4.1. Розробка моделі функціонування клієнтського додатку комп’ютерної діагностики електронних систем автомобілів ...................................................... 74 4.2. Розробка алгоритму проведення комп’ютерної діагностики електронних систем автомобілів клієнтським додатком ........................................................... 76 4.3. Вибір технологій для розробки клієнтського додатку ............................... 78 4.4. Фреймворк Xamarin ...................................................................................... 80 4.5. Принцип роботи Android ОС та Android-додатків ..................................... 81 4.6. Розробка інтерфейсу клієнтської частини додатку .................................... 81 4.7. Розробка серверної частини клієнтського додатку .................................... 87 4.8. Побудова контролерів клієнтського додатку .............................................. 88 Висновки ............................................................................................................... 92 ВИСНОВКИ .......................................................................................................... 93 СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ........................................................... 95 4 ПЕРЕЛІК СКОРОЧЕНЬ ТА УМОВНИХ ПОЗНАЧЕНЬ ACC – (Adaptive Cruise Control) – адаптивний круїз- контроль. ADAS – Advanced Driver-Assistance Systems – удосконалена система допомоги водію. AFS – Система активного кермового управління. Airbag – Системи керування подушками безпеки. AKC – Active Kinematics Control – безпека водіння. CAN – Controller area network – єдина мережа управління контролерами. CBC – Система стабілізації гальмування при повороті (ESBS). Climatronic – Системи клімат-контролю. DAA – (Dynamische Anfahrassistent) – асистент рушання з місця. DSR – Асистент корекції керма. EBV – Електронний регулятор розподілу гальмівних сил. ECU – Engine Control Unit – електронний блок управління. EPB – Електромеханічне гальмо. EVO – Електронне регулювання гідропідсилювача. FBS – Компенсація падіння ефективності гальм при нагріванні (Overboost). FSA – Сканування простору перед автомобілем (FA). GMB – Система впливу на розгортаючий момент (GMA). HBA – Гідравлічний гальмівний асистент. HBV – Гідравлічний підсилювач гальм. HDC – Помічник руху на спуску. 5 HHC – (Hill Hold Control) – асистент торкання на підйомі (HSA). HSA – (Hill Start Assistent) – асистент торкання на підйомі (ННС). HVV – Система уповільнення задніх коліс. M-ABS – Motoreingriff-Antiblockiersystem – антиблокувальна функція, що реалізується через керування двигуном (розширення ABS). MSR – Асистент гальмування двигуном. OBD-II – On-Board Diagnostics – стандарт бортової діагностики автомобіля. ROP – Система запобігання перекиданню. RАМ – Оперативна пам’ять з довільною вибіркою. RОМ – Постійна пам’ять. TSA – Функція стабілізації автоїзди. АSR – Системи керування тяговим зусиллям. АВS – Антиблокувальні гальмівні системи. АТЗ – Автотранспортний засіб. ДВЗ – Двигун внутрішнього згоряння. ЕSР – Системи стабілізації руху автомобіля. ЕРRОМ – Постійна пам’ять з можливістю стирання. ККД – Коефіцієнт корисної дії. МК – Мікроконтролер. ОЗП – Оперативно-запам’ятовуючий пристрій. ПЗП – Постійно-запам’ятовуючий пристрій. ТSC – Протибуксувальна система. ТО – Технічне обслуговування. ШІМ – Широтно-імпульсна модуляція. 6 ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ Комп’ютерна діагностика автомобіля передбачає тестування різних електронних систем та виконавчих механізмів автомобіля, що впливають на роботу бортових систем, а також виявлення несправностей, пов’язаних з роботою електронних систем автомобіля та складання діагностичної карти несправностей для подальшого ремонту та усунення несправностей. В сучасних автомобілях, як правило, використовують множину різних комп’ютерних систем: системи керування бензиновими, дизельними та тазовими двигунами; системи електронного керування коробками перемикання передач; антиблокувальні гальмівні системи (АВS); системи керування тяговим зусиллям (АSR); протибуксувальні системи (ТSC), системи стабілізації руху автомобіля (ЕSР); системи керування подушками безпеки (Airbag), системи клімат-контролю (Climatronic) тощо. При виявленні підсистемами діагностики дефектів і збоїв у функціонуванні автомобільних електронних систем відповідна інформація зберігається у спеціальних ділянках пам’яті блоків управління. При діагностиці автотранспортного засобу інформація, збережена в пам’яті блоків управління, зчитується за допомогою спеціального інтерфейсу, що забезпечує швидкий і надійний пошук та усунення несправностей. Інтегровані в блоках управління автомобільних електронних систем підсистеми діагностики є насьогодні стандартним компонентом електронних автомобільних систем. Алгоритми контролю підсистем діагностики перевіряють вхідні і вихідні сигнали електронних компонентів при експлуатації автомобіля. Крім того, вся система перевіряється па наявність збоїв в роботі та похибок. Завданням діагностики автомобілів на автотранспортному підприємстві є: − уточнення виявлених у процесі експлуатації відмов і несправностей; − виявлення автомобілів, технічний стан яких не відповідає вимозі безпеки руху і охорони навколишнього середовища; − виявлення перед технічною експлуатацією несправностей, для усунення яких необхідні трудоємні ремонтні чи регулювальні роботи у зоні поточного ремонту; 7 − уточнення виявлених в процесі проведення технічної експлуатації та поточного ремонту характеру й причин відмов і несправностей; − прогнозування безвідмовної роботи агрегатів, систем і автомобіля у цілому в межах міжоглядового пробігу; − видача інформації про технічний стан автотранспортного засобу для планування, підготовки й управління технічною експлуатацією та поточним ремонтом. Актуальність теми. В сучасних автомобілях без комп’ютерного діагностування визначення стану автомобіля стає майже неможливим. Усі електронні схеми автомобіля, які встановлені заводом виробником, можуть інформувати лише про несправності, без аналізування у процесі експлуатації. Надійність автомобіля – це один із найважливіших показників якості транспортного засобу. Застосування ж новітніх комп’ютерних технологій у діагностиці автомобіля те тільки дозволить підвищити надійність транспортного засобу за рахунок точного визначення конкретних відмов та несправностей, але й заощадить час на їх пошук. Тому аналіз сучасних засобів комп’ютерної діагностики електронних систем автомобілів, які відрізняються своєю функціональністю й враховують множину відмов і несправностей, що можуть бути виявлені у процесі експлуатації транспортного засобу, для їх своєчасного усунення і підвищення безпеки руху й охорони навколишнього середовища є завданням актуальним. Комп’ютерна діагностика дає змогу адекватно оцінити функціональний стан та роботу окремих вузлів та деталей, ефективно виміряти ключові параметри транспортного засобу. Основним методом комп’ютерної діагностики автомобіля є підключення портативних або стаціонарних електронних пристроїв, які з’єднуються зі штатною електронною системою та зчитують дані в електронному вигляді. Отримані дані про статуси датчиків, коди несправностей і помилок дозволяють судити про характер поломки, що виникла, і загальний стан автомобіля. 8 Питанням дослідження засобів комп’ютерної діагностики електронних систем автомобілів присвячені праці багатьох науковців. Значний внесок в розвиток даних питань внесли вчені: Андрєєв В. І., Біліченко В. В., Білоковильський А. М., Босюк П. В., Глущенко О.О., Голдун В. Ю., Доманов С. С., Заверуха Р. Р., Клименко Л. П., Клімов О. М., Коньок М. М., Крещенецький В. Л., Кукурудзяк Ю. Ю., Левкович М. Г., Легков О. І., Лопарев О. О., Люлька В. С., Лянденбурський В. В., Мигаль В. Д., Перинський Ю. Є., Пиндус Ю. І., Плотников С. О., Польшакова Н. В., Прищепов О. Ф., Тесля В. О., Хейнес Д. Х., Хендерсон Б., Цимбал С. В., Шаронов Г. І., Ширшиков О. С., Яковлев В. Ф. та ін., але в цих роботах недостатньо висвітлені рішення, що дозволять забезпечити належне функціонування засобів комп’ютерної діагностики електронних систем автомобілів. Мета і задачі дослідження. Метою кваліфікаційної роботи магістра є підвищення ефективності засобів комп’ютерної діагностики електронних систем автомобілів за рахунок: систематизації інформації про сучасні тенденції розвитку електронних блоків управління автомобілів у світі, визначенню основних принципів їх роботи; аналізу сучасних методів та засобів діагностики автомобілів; проведенню якісної оцінки засобів комп’ютерної діагностики електронних систем автомобілів з наданням рекомендацій по використанню тих чи інших засобів в конкретній ситуації; розробки моделі функціонування клієнтського додатку комп’ютерної діагностики електронних систем автомобілів; розробці алгоритму проведення комп’ютерної діагностики електронних систем автомобілів та побудові інтерфейсу клієнтського додатку комп’ютерної діагностики автомобілів. Це дозволить забезпечити технічну та екологічну надійність транспортного засобу завдяки своєчасному уточненню виявлених у процесі експлуатації відмов і несправностей автомобіля для підвищення безпеки руху й охорони навколишнього середовища. 9 Для досягнення цієї мети необхідно вирішити наступні завдання: − проаналізувати сучасні тенденції розвитку електронних блоків управління автомобілів у світі, визначити основні принципи їх роботи; − проаналізувати сучасні методи та засоби діагностики автомобілів, визначити переваги і недоліки їх застосування; − провести якісну оцінку засобів комп’ютерної діагностики електронних систем автомобілів; − розробити модель функціонування клієнтського додатку комп’ютерної діагностики електронних систем автомобілів, що дозволить забезпечити технічну та екологічну надійність автомобіля завдяки своєчасному уточненню виявлених у процесі експлуатації відмов і несправностей транспортного засобу для підвищення безпеки руху й охорони навколишнього середовища; − запропонувати алгоритм проведення комп’ютерної діагностики електронних систем автомобілів клієнтським додатком; − розробити інтерфейс клієнтського додатку комп’ютерної діагностики електронних систем автомобілів. Об’єкт дослідження – процеси комп’ютерної діагностики електронних систем автомобілів. Предмет дослідження – засоби комп’ютерної діагностики електронних систем автомобілів. Методи дослідження. Для розв’язання поставлених завдань були використані теорії аналізу та синтезу, методи обробки сигналів, методи системного проектування, технологія проектування програмних систем. Наукова новизна одержаних результатів: − систематизована інформація про сучасні тенденції розвитку електронних блоків управління автомобілів у світі, визначені основні принципи їх роботи; − систематизована інформація про сучасні методи та засоби діагностики автомобілів, визначено переваги і недоліки їх застосування; 10 − проведена якісна оцінка засобів комп’ютерної діагностики електронних систем автомобілів, приведені якісні характеристики існуючих аналогів предмету дослідження та надано рекомендації по їх використанню; − розроблено модель функціонування клієнтського додатку комп’ютерної діагностики електронних систем автомобілів, що дозволить забезпечити технічну та екологічну надійність автомобіля завдяки своєчасному уточненню виявлених у процесі експлуатації відмов і несправностей транспортного засобу для підвищення безпеки руху й охорони навколишнього середовища. Практичне значення одержаних результатів полягає в тому, що на основі проведеного дослідження засобів комп’ютерної діагностики електронних систем автомобілів: − запропоновано алгоритм проведення комп’ютерної діагностики електронних систем автомобілів клієнтським додатком; − розроблено інтерфейс клієнтського додатку комп’ютерної діагностики електронних систем автомобілів. Апробація результатів роботи. Результати роботи доповідалися й обговорювалися на студентських наукових конференціях: − дні студентської науки ЧДТУ, 19-22 квітня, м. Черкаси, Україна, 2022; − дні студентської науки ЧДТУ, 18-20 квітня, м. Черкаси, Україна, 2023. Публікації. Результати досліджень опубліковані у тезах доповідей: 1. Олійников С. О., Уткіна Т. Ю. Засоби комп’ютерної діагностики електронних систем автомобілів [Електронний ресурс] / [упоряд. : Батраченко О. В., Бєляєва С. С., Захарова О. В. та ін.]. Студентська науково- практична конференція ЧДТУ : зб. тез доповідей, 19–22 квітня 2022 р. М-во освіти і науки України, Черкас. держ. технол. ун-т. Черкаси : ЧДТУ, 2022. С. 56–57. 11 2. Олійников С. О., Уткіна Т. Ю. Дослідження засобів комп’ютерної діагностики електронних систем автомобілів [Електронний ресурс] / [упоряд. : Єгорова О. В., Захарова О. В., Кисельов В. Б. та ін.]. Студентська науково- практична конференція ЧДТУ : зб. тез доповідей, 18–20 квітня 2023 р. М-во освіти і науки України, Черкас. держ. технол. ун-т. Черкаси : ЧДТУ, 2023. С. 22-23. Структура та обсяг кваліфікаційної роботи. Кваліфікаційна робота складається з вступу, 4 розділів, висновків та списку використаних джерел. Робота викладена на 97 сторінках. Ілюстрована 36 рисунками. Список використаних джерел містить 23 найменування. 12 РОЗДІЛ 1. СТАН ПРЕДМЕТУ ДОСЛІДЖЕННЯ ТА ФОРМУЛЮВАННЯ ЗАВДАНЬ В автомобілі для надання йому високих експлуатаційних властивостей широко застосовується обладнання різних областей техніки. Обладнання, в якому використовуються електротехнічні, електромеханічні, електронні та світлотехнічні пристрої, прийнято об’єднувати в єдиний комплекс під назвою електронні системи автомобіля. Пристрої, що входять до складу електронних систем, виходячи з завдань можна віднести до наступних основних груп: джерел та споживачів електричної енергії. Завдання джерел – забезпечення споживачів необхідною кількістю електричної енергії за умов експлуатації. Споживачі електричної енергії виконують найрізноманітніші функції. Вже традиційним стало застосування електричної енергії для запалення робочої суміші в циліндрах карбюраторного двигуна та його пуску, освітлення шляху проходження автомобіля та передачі необхідної інформації (світловий та звуковий) іншим учасникам дорожнього руху, контролю роботи вузлів, агрегатів та автомобіля в цілому. І це далеко не всі функції, які виконує або у виконанні яких задіяно електрообладнання. Розмаїття функцій електронних систем привело до розуміння необхідності зміни підходу щодо нього як із конструюванні, і під час експлуатації. Комп’ютерна діагностика автомобіля є процесом визначення стану його електронних систем, за допомогою спеціальних засобів контролю, які підключають до нього безпосередньо. Засоби контролю оснащені спеціальною програмою, що дозволяє виконувати перевірку наявності помилок та відображати деякі характеристики роботи автомобіля в режимі реального часу. Електронне управління необхідне для задоволення високих вимог щодо екологічності, паливної економічності, експлуатаційних характеристик, зручності обслуговування та діагностики, що висуваються до сучасних автомобілів та їх двигунів технічними регламентами та споживачами. 13 1.1. Огляд сучасних тенденцій розвитку електронних блоків управління автомобілів у світі Сучасний автомобіль неможливо уявити без наявності різноманітних електронних систем, які здійснюють контроль та управління за різними вузлами та агрегатами транспортного засобу. В даний час значного поширення набули бортові системи контролю на базі електронних блоків управління (ЕБУ). Всі такі електронні блоки за функціональним призначенням можуть бути розділені на три основні групи систем управління: двигуном; трансмісією та ходовою частиною; обладнанням салону та безпекою автомобіля. У світі розроблено та серійно випускається множина різноманітних систем управління двигунами, що хоч за принципом дії і мають багато спільного, проте істотно відрізняються. Система управління бензиновим двигуном забезпечує оптимальну його роботу завдяки управлінню впорскуванням палива, кутом випередження запалення, частотою обертання колінчастого валу двигуна на холостому ходу та проведенням діагностики. Система електронного управління дизельним двигуном контролює кількість палива, що впорскується, момент початку впорскування, струм факельної свічки тощо. В електронній системі управління трансмісією об’єктом регулювання є переважно автоматична трансмісія. На підставі сигналів датчиків кута відкриття дросельної заслінки та швидкості автомобіля ЕБУ вибирає оптимальні передавальне число трансмісії та час включення зчеплення. Електронна система управління трансмісією в порівнянні з гідромеханічною системою, що застосовувалась раніше, підвищує точність регулювання передавального числа, спрощує механізм управління, підвищує економічність та керованість. Управління ходовою частиною включає управління процесами руху, зміни траєкторії і гальмування автомобіля. Вони впливають на підвіску, кермо і гальмівну систему, забезпечують підтримку заданої швидкості руху. Управління обладнанням салону покликане підвищити комфортабельність та споживчу цінність автомобіля. З цією метою використовуються кондиціонер 14 повітря, електронна панель приладів, мультифункціональна інформаційна система, компас, фари, склоочисник з переривчастим режимом роботи, індикатор ламп, що перегоріли, пристрій виявлення перешкод при русі заднім ходом склопідйомники, сидіння зі змінним положенням. Електронні системи безпеки включають: протиугінні пристрої, апаратуру зв’язку, центральне блокування замків дверей, режими безпеки тощо. Автомобільний ЕБУ – це сімейство комп’ютерних систем, які контролюють і обслуговують усі електронні, електричні та механічні системи транспортного засобу. Автомобільні функції, починаючи від переміщення вікон і закінчуючи кількістю повітряно-паливної суміші, необхідної для кожного циліндра двигуна, мають вбудовану систему ЕБУ, яка записується, аналізується та зберігається в мікроконтролері [4]. За типом двигуна ринок поділяється на двигуни внутрішнього згоряння, гібридні та акумуляторні електромобілі. За типом застосування ринок поділяється на ADAS (Advanced Driver- Assistance Systems – удосконалена система допомоги водію – електронна система, що допомагає водію керувати автомобілем і парковкою) та системи безпеки, системи управління кузовом та забезпечення комфорту, інформаційно- розважальні системи та системи зв’язку, а також системи трансмісії. За типом ринок ЕБУ поділяється на 16-, 32- та 64-розрядні ЕБУ. За автономним типом ринок поділяється на звичайні, напівавтономні та автономні транспортні засоби. За типом транспортного засобу ринок поділяється на легкові та комерційні транспортні засоби. За географією ринок сегментований на Північну Америку, Європу, Азіатсько-Тихоокеанський регіон та решту світу [4]. Відповідно до статистичних оцінок та прогнозу (рис. 1.1) дослідної і консультаційної компанії “Mordor Intelligence” (Індія), ринок автомобільних ЕБУ в 2021 році оцінювався в 132,72 млрд. доларів США і, як очікується, досягне 15 185,43 млрд. доларів США в 2027 році при середньорічному темпі зростання в 5,73 % протягом прогнозованого періоду 2022-2027 років. Негативний вплив пандемії COVID-19 на ринок автомобільних ЕБУ був неминучим через закриття автомобільних виробництв та карантину. Тим не менш, очікується, що ринок набере обертів через рівень впровадження електромобілів у всьому світі, який стрімко зростає з року в рік [4]. Ринок насамперед обумовлений технологічними досягненнями та інноваціями у системах. У розвинених країнах зростаючі потреби споживачів щодо зручності та безпеки водіння стимулюють зростання ринку. Впровадження навігаційних та інформаційно-розважальних систем зростає, оскільки вони стали стандартними функціями більшості автомобілів по всьому світу. Для з’єднання цих систем одина з одною необхідні автомобільні роз’єми центрального ЕБУ. Рисунок 1.1 – Статистичні оцінки та прогноз розвитку ринку автомобільних ЕБУ Іншими основними факторами, що призводять до високого зростання ринку ЕБУ в автомобільному секторі, є державні норми щодо зменшення споживання палива та збільшення попиту на автомобілі зі збільшеним пробігом. Неухильне зростання вибору альтернативних транспортних засобів, таких як гібридні та повністю електричні автомобілі, у розвинених країнах зробило значний внесок у ринок ЕБУ через високу складність цих транспортних засобів у порівнянні зі звичайними транспортними засобами. Безпека водія, міркування 16 безпеки, простота водіння та низькі експлуатаційні витрати, які вимагають клієнти, також є одними з факторів, що сприяють зростанню ринку ЕБУ. Підключення смартфонів до транспортного засобу та надання водієві інформації про стан автомобіля в режимі реального часу є основною тенденцією останнім часом. Ці передові системи ЕБУ з можливістю легкого підключення до смартфонів можуть призвести до ще більшого зростання попиту на ринку ЕБУ. Очікується, що в Азіатсько-Тихоокеанському регіоні, за яким йдуть Північна Америка і Європа, спостерігатиметься значне економічне зростання протягом прогнозованого періоду 2022-2027 років через збільшення попиту на електромобілі. Крім того, очікується, що збільшення попиту на технологічно просунуті транспортні засоби, такі як гібридні автомобілі, у розвинених країнах і країнах, що розвиваються, стимулюватиме зростання ринку ЕБУ [4]. Попит на електромобілі швидко зростає в усьому світі, і очікується, що це збільшить попит на ЕБУ в цих транспортних засобах. Крім того, сприятливі державні субсидії та ініціативи діють як каталізатори для прискорення зростання ринка ЕБУ. За даними дослідної і консультаційної компанії “Mordor Intelligence” (Індія) до 2040 року майже 54 % продажів нових автомобілів і 33 % світового автопарку будуть електричними (рис. 1.2). Європейський уряд вже розпочав різні проекти зі створення інфраструктури зарядки в регіонах, щоб досягти цілі продажів електромобілів. Очікується, що ця трансформація в автомобільному секторі вплине на виробників автомобілів, виробників електронних компонентів, вторинного ринку та ланцюг поставок у цьому секторі [4]. 17 Рисунок 1.2 – Прогноз зростання продажів електромобілів Виробники частин і компонентів, що стосуються лише автомобілів із двигунами IC, зараз розширюють свій бізнес у сфері електромобілів, оскільки зростає попит на електромобілі та їх продаж. На ринку автомобільної діагностики компоненти, такі як ЕБУ для управління двигуном і трансмісією, будуть замінені на ЕБУ для електричної архітектури та систем керування акумулятором. Крім того, очікується, що звичайні діагностичні системи будуть повністю замінені бортовими діагностичними системами, які будуть постійно контролювати стан всіх електричних і механічних компонентів автомобіля [4]. Компанія “Mordor Intelligence” запевняє, що Азіатсько-Тихоокеанський регіон буде домінувати на ринку ЕБУ протягом прогнозованого періоду 2022- 2027 років (рис. 1.3). Рисунок 1.3 – Прогноз зростання продажів електромобілів 18 Азіатсько-Тихоокеанський регіон домінує на ринку автомобільних ЕБУ через зростання попиту на автомобільні інформаційно-розважальні та комунікаційні програми в легкових транспортних засобах, збільшення наявного доходу та зростання виробництва автомобілів у цьому регіоні. Електрифікація в Азіатсько-Тихоокеанському регіоні має високий рівень проникнення через присутність Китаю та Японії, оскільки Китай є провідним ринком для електромобілів, а більшість автовиробників, які просуваються в технологіях електромобілів, є з Японії. Такий розвиток електромобілів можна співвіднести зі збільшенням попиту на ринку ЕБУ в регіоні, який наразі займає найвищу частку ринку як за доходом, так і за обсягом. Очікується, що Північна Америка також стане свідком зростання ринку автомобільних ЕБУ через збільшення попиту на розкішні автомобілі, зростання попиту на енергоефективні транспортні засоби та строгі урядові правила щодо зменшення викидів вуглецю в цьому регіоні. Європейський ринок автомобільних ЕБУ зростає, оскільки інформаційно- розважальні та комунікаційні програми користуються великим попитом для їх впровадження в розкішні та пасажирські транспортні засоби. Зростаюча зосередженість провідних виробників автомобілів у європейських країнах, включаючи Німеччину, Італію та ін., на забезпечення розкішних та комфортних функцій, створює можливості для зростання ринку [4]. На ринку автомобільних ЕБУ домінують такі гравці (рис. 1.4), як Lear Corporation, Robert Bosch GmbH, Nidec Corporation, Continental AG та Delphi Technologies та ін. Компанії в усьому світі впроваджують різноманітні інноваційні технології та інвестують у R&D проекти. Крім того, виробники розширюють свої мережі, розвиваючи дилерські та дистриб’юторські мережі по всьому світу, щоб отримати прибутки та посилити свою присутність у галузі. Наприклад, у жовтні 2021 року Motherson розширила співпрацю з Marelli Automotive Lighting (Marelli) для нового інструментального приміщення в Індії. Це перша у своєму роді кімната інструментів в Індії, присвячена специфічним освітлювальним приладам. Інструментальне приміщення є продовженням 19 існуючого спільного підприємства Marelli Motherson Automotive Lighting India Private Limited. СП 50/50 було створено в 2008 році для індійського ринку зовнішнього освітлення, і зараз воно має 4 заводи в Індії. Рисунок 1.4 – Домінуючі компанії на ринку автомобільних ЕБУ У березні 2020 року Robert Bosch GmBH і Nikola Motor Company уклали партнерство для розробки вантажівки на паливних елементах вантажопідйомністю 40 т. Ключовим елементом удосконаленої системи вантажівок є ЕБУ транспортним засобом Bosch, який забезпечує більшу обчислювальну потужність для розширених функцій, зменшуючи кількість незалежних блоків. ЕБУ підтримує майбутні інновації, надаючи масштабовану платформу для комплексної архітектури електронних систем, яка є важливою для підтримки передових функцій вантажівок Nikola. У жовтні 2021 року ZF оголосила, що з моменту запуску в 2013 році було випущено мільйон одиниць її активної системи керування задньою віссю AKC (Active Kinematics Control). AKC забезпечує маневреність, безпеку та комфорт у багатьох ситуаціях водіння. Враховуючи вищезгадані випадки та розвиток подій, очікується, що гравці на ринку автомобільних електронних блоків управління зосередять свою увагу на захопленні більшої частки ринку та, ймовірно, розширять свою географічну присутність протягом прогнозованого періоду [4]. 20 Також зростання ринку ЕБУ до 129 млрд. доларів США у 2025 році (рис. 1.5) прогнозує компанія “Wards Intelligence”, що є лідером автомобільних досліджень та розвідки з 1924 року [5]. Рисунок 1.5 – Прогноз розвитку ринку автомобільних ЕБУ у млрд. доларів США “Wards Intelligence”, являючись частиною Informa Tech Automotive Group: TU-Automotive, WardsAuto та Wards Intelligence, проводить дослідження та консультації світового рівня. Вона надає інформацію про бізнес світової автомобільної промисловості завдяки безперервній аналітичній інформації, тенденціям та кількісним прогнозним даним, картуванню екосистеми, планам продуктів, OEM-стратегії та ін. за основними автомобільними тенденціями. Відтак, ЕБУ є і буде невід’ємною частиною транспортних засобів, оскільки він є складовою електронних систем автомобілів, що дозволяють покращити характеристики та знизити вартість експлуатації двигуна та трансмісії, а також систем підвищення безпеки. Його використання буде і надалі зростати з появою все нових технологій в автомобільній промисловості. 1.2. Загальні відомості про електронні блоки управління Розвиток цифрових технологій привів до появи та значного поширення різноманітних можливостей щодо управління та регулювання електронних 21 систем автомобілів. Одночасно можливо застосовувати множину параметрів для забезпечення оптимальної роботи різних систем. ЕБУ приймає електричні сигнали від датчиків, обробляє їх і генерує керуючі сигнали, які поступають на виконавчі механізми. Ці дані обробляються за особливим алгоритмом, після чого створюються команди для складових виконавчого характеру. Наявність у конструкції автомобіля ЕБУ дає можливість оптимізувати основні показники функціонування силового агрегату [2]: − обертаючий момент; − потужність; − склад відпрацьованих газів; − витрати і т.д. А ще електроніка здійснює діагностику всіх систем машини. Зовнішній вигляд ЕБУ представлено на рис. 1.6. Рисунок 1.6 – Зовнішній вигляд ЕБУ від фірми “Bosch” Програми для замкнутого контуру управління закладені в пам’ять ЕБУ. Реалізація програм здійснюється мікроконтролером. Компоненти ЕБУ називаються апаратними засобами. ЕБУ містить всі алгоритми замкнутого і розімкненого контурів управління, необхідні для 22 реалізації процесів управління (наприклад, для двигуна це – управління запаленням, сумішоутворенням, впуском і т.д.). До ЕБУ висуваються доволі жорсткі вимоги. Він піддасться великому навантаженню під дією: − екстремальних температур навколишнього середовища (при нормальному режимі роботи від -40 до +60 .... + 125 °С); − сильних перепадів температури; − агресивних експлуатаційних матеріалів (масло, паливо і т.д.); − вологості; − механічних навантажень, наприклад, вібрації двигуна. ЕБУ при пуску двигуна повинен надійно працювати навіть при недостатньо зарядженій акумуляторній батареї (наприклад, при пуску холодного двигуна) й при високій зарядній напрузі (коливання напруги в бортовій мережі). Інші вимоги базуються на необхідності дотримання електромагнітної сумісності. Дуже високі вимоги відносно чутливості до електромагнітних перешкод та обмеженню вироблення високочастотних сигналів [1]. Поява ЕБУ двигуном була обумовлена необхідністю подачі в циліндри двигуна паливної суміші в потрібній кількості та необхідної консистенції. До створення ЕБУ ці функції виконував карбюратор, на вдосконалення якого було спрямовано основні сили конструкторів. Проте, поява доступних і дешевих мікрочіпів ознаменувала в 70-х роках захід карбюраторної епохи. Проте перші ЕБУ були створені італійцями Alfa Romeo для їх моделі 6C2500 в середині 50-х років. Називався цей блок – Capproni-Fuscaldo. Поступово ЕБУ вдосконалювалися, охоплюючи показання дедалі більшої кількості датчиків. Сучасний ЕБУ є складовою ланкою бортової мережі автомобіля. Він веде постійний обмін даними за допомогою шини CAN (Controller Area Network, єдина мережа управління контролерами) з іншими компонентами системи: антиблокувальною системою, автоматичною коробкою 23 передач, системами стабілізації та безпеки автомобіля, круїз-контролем, клімат- контролем. Основними функціями ЕБУ є: − управління та контроль за впорскуванням палива в інжекторних двигунах; − контроль за запалюванням; − керування фазами газорозподілу; − регулювання та підтримання температури в охолодній системі двигуна; − контроль за положенням дросельної заслінки; − аналіз складу вихлопних газів; − контроль над роботою системи рециркуляції відпрацьованих газів. Крім того, на контролер надходить інформація про положення та частоту обертання колінчастого валу, поточну швидкість руху транспортного засобу, про напругу в бортовій мережі автомобіля. Також ЕБУ оснащений системою діагностики та у разі виявлення будь-яких неполадок чи збоїв інформує про них власника за допомогою кнопки “Check-Engine”. 1.3. Конструкція електронних блоків управління Незалежно від того, який тип пристрою встановлений на автомобілі і де саме знаходиться модуль ЕБУ, всі його складові елементи умовно поділяються на дві частини: програмну та апаратну складові [3]. Програмна складова пристрою включає кілька модулів: − контрольний модуль призначений для перевірки та регулювання параметрів сигналів, що відправляються. Програмна складова може за необхідності зупинити роботу двигуна. − функціональний модуль призначений для отримання імпульсних даних, що подаються на електронний модуль від різних контролерів та датчиків. Після прийому функціональна складова ЕБУ виконує обробку інформації та формування команд, що подаються на виконавчі компоненти. 24 Апаратна складова блоку включає множину електронних елементів, йдеться про мікропроцесори та інші модулі. Візуально електронний модуль є друкарською платою, встановленою в пластиковий або металевий корпус для забезпечення ефективного захисту блоку (рис. 1.7). Сам пристрій монтується в підкапотному просторі або салоні машини, в районі панелі приладів або навпроти пасажирського крісла. Місце монтажу ЕБУ зазвичай вказується у сервісній документації до транспортного засобу [1]. Рисунок 1.7 – Блок керування системи МЕ-Motronic: 1 – багатополюсний штекерний роз’єм; 2 – друкарська плата; 3 – задаючі каскади; 4 – мікроконтролер (функціональний процесор) з пам’яттю RОМ; 5 – пам’ять Flash-EPROM; 6 – пам’ять EEPROM; 7 – мікроконтролер (процесор з розширеними можливостями) з пам’яттю RОМ; 8 – пам’ять Flash-EPROM для процесора з розширеними можливостями; 9 – датчик атмосферного тиску; 10 – периферійний модуль (інтегрована подача напруги 5 В). Датчики, виконавчі механізми і електроживлення підключені до блоку керування за допомогою багатополюсного штекерного роз’єму 1. Задаючи каскади 3 великої потужності, які забезпечують безпосередню дію на виконавчі 25 механізми, вмонтовані в корпус блоку керування таким чином, що забезпечується дуже добре тепловідведення на корпус і в навколишнє середовище. Більшість електронних компонентів виконано за технологією поверхневого монтажу. Це дозволило отримати особливо компактні і легкі конструкції. Тільки деякі потужні компоненти виконані на платі по роз’ємній схемі. Для установки блоків керування безпосередньо під капотом автомобіля біля двигуна існують також гібридні варіанти, що поєднують в собі компактність і високу термостійкість [3]. Мікроконтролер. Мікроконтролер будучи центральним компонентом блоку керування керує послідовністю процесів. Окрім центрального процесора, мікроконтролер містить канали входу і виходу, таймери, модулі пам’яті RОМ і RАМ, серійні інтерфейси і інші периферійні пристрої, розташовані на мікрочіпі. Тактові імпульси для мікроконтролера створює кварц. Мікроконтролер для розрахункових операцій потребує програмного забезпечення. Програма завантажується в програмний пристрій у вигляді двійкових числових значень, які розділені на набори даних. Центральний процесор зчитує ці дані, інтерпретує їх як команди і послідовно виконує. Програма закладена в постійну пам’ять (RОМ, ЕРRОМ або Flash-ЕРRОМ), яка також містить особливі дані (окремі значення, характеристичні криві і діаграми) При цьому мова йде про постійні дані, які не можуть змінюватися в процесі експлуатації автомобіля. Ці дані впливають на процес програмованого керування (замкнуті і розімкнені контури керування). Програмний запам’ятовуючий пристрій може інтегруватися в мікроконтролер і, залежно від застосування, ще додатково розширюватися її окремим компонент, наприклад, за рахунок зовнішнього модуля пам’яті ЕРRОМ або модуля пам’яті Flash-ЕРRОМ [3]. Постійна пам’ять (RОМ). Програмовані пристрої, що запам’ятовують, можуть бути виконані постійними (RОМ). Зміст цього ПЗП визначається при виготовленні і потім вже не може змінюватися. Ємність пам’яті RОМ, інтегрованої в мікроконтролер, обмежена. Для комплексного використання потрібний додатковий запам’ятовуючий пристрій. 26 Постійна пам’ять з можливістю стирання (ЕРRОМ). Пам’ять ЕРRОМ може стиратися шляхом опромінювання ультрафіолетовими променями і наново записуватися програмуючим пристроєм. Найчастіше пам’ять ЕРRОМ виконується як окремий компонент. Центральний процесор запрошує пам’ять ЕРКОМ через адресну шину і шину даних. Програмована пам’ять з груповим електричним стиранням (Flash- ЕРRОМ або FЕРRОМ). Пам’ять Flash-ЕРRОМ стирається електричним шляхом. Завдяки цьому блок керування з цією пам’яттю може бути перепрограмований в центрі обслуговування без його розбирання. При цьому блок керування з’єднується з центром перепрограмування через інтерфейс. Якщо мікроконтролер додатково забезпечений постійною пам’яттю (RОМ), то в нього закладається комплект програм для флеш-програмування. Пам’ять Flash- ЕРRОМ може бути інтегрована разом з мікроконтролером на мікрочіпі. Пам’ять Flash-ЕРRОМ за рахунок своїх переваг значною мірою витіснила традиційну пам’ять ЕРRОМ [3]. Оперативна пам’ять. Така пам’ять з оперативним записом і зчитуванням необхідна для зберігання таких змінних, як, наприклад, дані розрахунків і значення сигналів. Оперативна пам’ять з довільною вибіркою (RАМ). Всі поточні значення зберігаються в пам’яті RAМ (пристрої оперативною запису і зчитування). Обсягу нам’яті, інтегрованої в мікроконтролер, недостатньо для комплексного застосування, тому необхідне використання додаткового модуля RАМ. Він підключається до мікроконтролера за допомогою адресної шини і шини даних. При відключенні блоку керування від електроживлення, пам’ять RAМ втрачає весь масив даних. Проте після пуску двигуна блок керування знову повинен мати доступ до даних, що коректують (відповідним технічному стану двигуна і умовам його роботи). Вони не повинні стиратися з пам’яті при виключенні запалення. Щоб цього не допустити, пам’ять RАМ постійно підключається до джерела струму (постійна подача електроживлення). Але при відключенні акумуляторної батареї втрачаються і ці дані [3]. 27 Постійна пам’ять, що електрично перепрограмовується (ЕЕРRОМ або Е2РRОМ). Дані, які не повинні втрачатися навіть при відключеній акумуляторній батареї (наприклад, важливі корегуючі параметри, коди блокування руху автомобіля), повинні постійно зберігатися в незалежному довготривалому запам’ятовуючому пристрої. Пам’ять ЕЕРRОМ с постійною пам’яттю з електричним стиранням, в якій, на відміну від пам’яті Flash-ЕРRОМ, інформація в кожному елементі пам’яті може стиратися окремо. Завдяки цьому пам’ять ЕЕРRОМ може застосовуватися як незалежний запам’ятовуючий пристрій з оперативним записом і зчитуванням. У деяких варіантах блоків керування в якості енергонезалежної пам’яті використовуються також роздільно перепрограмовані області пам’яті Flash-ЕРRОМ [1-3]. Адаптивна інтегральна схема (модуль АSІС). Через постійне зростання функціональної складності блоку керування вже недостатньо стандартних мікроконтролерів, що є на ринку. В цьому випадку допомагають модулі АSІС. Ці інтегральні схеми, що розробляються і виготовляються згідно вимогам розробників блоків керування, містять додаткову пам’ять RАМ, а також вхідні і вихідні канали, завдяки чому здатні генерувати і передавати сигнали ШІМ (широтно-імпульсної модуляції) [2]. Модуль контролю. Мікроконтролер і модуль контролю в ЕБУ контролюють один одного в режимі «запит-відповідь». Якщо розпізнається збій в роботі, то один з цих елементів (незалежно від іншого) запускає відповідну компенсуючу функцію. 1.4. Функціонування та обробка сигналів Обробка інформації від датчиків здійснюється протягом одного обороту колінчастого валу. Блок управління вибирає проміжне значення з двох найближчих точок кожної програми і подає сигнали, що управляють подачею палива та кутом випередження запалення. У пам’яті блоку управління закладено оптимальні характеристики як для тих, хто встановився, так і для режимів роботи двигуна, що не встановилися 28 Вхідні сигнали. Датчики разом з виконавчими механізмами, утворюють периферію ЕБУ, що сполучає автомобіль і центральний процесор. Електричні сигнали з датчиків надходять до ЕБУ по кабельній розводці та штекерному роз’єму. Ці сигнали можуть мати різні форми: аналогову, цифрову або імпульсну (рис. 1.8). Рисунок 1.8 – Схема обробки сигналів в ЕБУ Аналогові вхідні сигнали можуть мати будь-яку величину напруги в межах певного діапазону. Прикладами фізичних величин, які передаються у вигляді аналогових сигналів, є масова витрата повітря, напруга акумуляторної батареї, тиск у впускному трубопроводі і тиск наддування, температура охолоджуючої рідини і всмоктуваного повітря. Ці сигнали перетворюються в мікроконтролері ЕБУ аналого-цифровим перетворювачем в цифрову форму, якою може оперувати центральний процесор мікроконтролера. Максимальне розширення цих аналогових сигналів рівне 5 мВ. В загальному вимірювальному діапазоні від 0 до 5 мВ є приблизно 1000 ступенів приростів [2, 3]. Цифрові вхідні сигнали володіють тільки двома станами: «High» (логічна одиниця) і «Low» (логічний нуль). Прикладами цифрових вхідних сигналів є сигнали включення (вкл./викл.) або цифрові сигнали від датчиків, наприклад, 29 імпульси частоти обертання колінчастого валу, датчика Холла або магніторезисторного датчика. Цифрові сигнали можуть оброблятися безпосередньо в мікроконтролері [3]. Імпульсні вхідні сигнали від індуктивних датчиків з інформацією про частоту обертання колінчастого валу і положення контрольних міток обробляються за допомогою спеціальної схеми в ЕБУ. При цьому імпульсні перешкоди видаляються, а імпульсні сигнали перетворюються в цифрові прямокутні сигнали [1, 2]. Напруга вхідних сигналів обмежується в схемах захисту до рівнів, що забезпечують їх обробку. Корисний сигнал шляхом фільтрації в значній мірі звільняється від перешкод і, якщо необхідно, шляхом посилення адаптується до допустимої напруги на вході мікроконтролера (0-5 В). Залежно від ступеня інтеграції обробка сигналів може частково або навіть повністю здійснюватися в самому датчику. ЕБУ представляє собою центр управління, контролюючий всі функції та послідовність роботи систем управління двигуном. Алгоритми управління реалізуються в мікроконтролері. Вхідними параметрами слугують вхідні сигнали від датчиків і інтерфейсів зв’язку з іншими системами, наприклад, шиною бортового контролера зв’язку CAN [3]. Під час надходження на процесор вони ще раз перевіряються на достовірність. За допомогою програмного забезпечення ЕБУ розраховуються вихідні сигнали для управління виконавчими механізмами. Вихідні сигнали. За допомогою вихідних сигналів мікроконтролер включає задаючі каскади, потужність яких зазвичай достатня для безпосередньою управління виконавчими механізмами. Для окремих споживачів високої потужності (наприклад, вентилятор двигуна) деякі задаючі каскади управляють реле. Задаючі каскади захищені від коротких замикань на масу або стрибків напруги, а також від руйнування внаслідок електричного або тепловою перевантажень. Інтегральні схеми задаючих каскадів розпізнають ці нештатні ситуації, а також вихід з ладу датчиків як помилки й передають про це сигнал до мікроконтролера. 30 Цифрові вихідні сигнали можуть вироблятися як сигнали ШІМ. Ці сигнали є послідовними прямокутними імпульсами постійної частоти і змінної тривалості. За допомогою цих сигналів різні виконавчі механізми можуть переводитися в будь-яке робоче положення [3]. Передача даних. Периферійні пристрої, що підтримують роботу мікроконтролера, повинні надавати можливість для зв’язку з ним. Це здійснюється за допомогою адресної шини і шини даних. Мікроконтролер видає через адресну шину, наприклад, адресу пам’яті RAM, вміст якої повинен зчитуватися. Шина даних потім використовується для передачі тих даних, що відносяться до цієї адреси [3]. Раніше на автомобілях обходилися 8-розрядною шиною, по яких одночасно можна передавати 256 значень. За допомогою звичайної для цих систем адресної шини на 16 біт можна запрошувати 65536 адрес. Сучасні системи вимагають використання 16-, 32- та 64-розрядних шин даних. Для того, щоб зменшити кількість електричних імпульсів, адресна шина і шина даних можуть об’єднуватися в одну мультиплексну систему, тобто адреси і дані передаються із здвигом за часом та з використанням одних і тих же провідників [3]. Для даних, які можуть передаватися менш швидко (наприклад, дані пам’яті про несправності), застосовуються послідовні інтерфейси тільки з однією лінією передачі даних. 1.5. Класифікація електронних систем автомобілів за функціональним призначенням Сучасні електронні системи автомобілів розглядається як сукупність систем, що мають своє власне призначення і по-різному взаємопов’язані між собою та з іншими системами автомобіля (рис. 1.9). У систему об’єднуються пристрої, що беруть участь у виконанні певних функцій, та зв’язок між ними. Керуючись таким підходом, можна виділити такі основні електронні системи автомобілів [6, 7]: 31 − систему електропостачання; − систему запуску; − систему запалювання; − систему освітлення; − інформаційно-діагностичну систему; − системи автоматичного управління агрегатами автомобіля; − систему допоміжного електроустаткування. Рисунок 1.9 – Сучасні електронні системи управління автомобілем Всі електронні системи управління за функціональним призначенням можуть бути класифіковані на дві великі групи (рис. 1.10). До першої групи відносяться електронні системи активної дії, до другої – пасивної дії [8]. Активні електронні системи – це системи, що впливають на процес керування автомобілем. До них відносяться системи управління: двигуном; трансмісією та ходовою частиною; рульовим управлінням та тормозною системою. Пасивні електронні системи – це системи, які впливають процес управління, але виконуючі функції забезпечення комфорту та безпеки руху. 32 Коробки Двигуни передач Активні Трансмісії Підвіски Рульове Положення управління кузову Електронні Тормозні системи системи Клімат- контроль Пасивні Охоронні Безпеки водія та пасажирів Навігації Контрольно- вимірювальні Рисунок 1.10 – Класифікація електронних систем управління Система управління бензиновим двигуном забезпечує оптимальну його роботу шляхом управління впорскуванням палива, кутом випередження запалення, частотою обертання колінчастого валу двигуна на холостому ходу та проведення діагностики. 33 Система електронного управління дизельним двигуном контролює кількість палива, що впорскується, момент початку упорскування, струм факельної свічки і т.п. В електронній системі управління трансмісією об’єктом регулювання є переважно автоматична трансмісія. На базі сигналів з датчиків кута відкриття дросельної заслінки та швидкості автомобіля ЕБУ вибирає оптимальні передавальне число трансмісії та час включення зчеплення [8]. Електронна система управління трансмісією, в порівнянні з застосовуваною раніше гідромеханічною системою, підвищує точність регулювання передавального числа, спрощує механізм управління, підвищує економічність та керованість. Управління ходовою частиною включає управління процесами руху, зміни траєкторії і гальмування автомобіля. Вони впливають на підвіску, кермо і гальмівну систему, забезпечують підтримку заданої швидкості руху. Системи управління трансмісією та ходовою частиною умовно можуть бути поділені на 3 підгрупи [8]: 1. Управління початком руху: − (EDS (Elektronische Differenzialsperre) – електронне блокування диференціалу (EDL); − ASR (Antriebsschlupfregelung) – протибуксувальна система (TCS); − M-ABS (Motoreingriff-Antiblockiersystem (erweitertes Antiblockier- system)) – антиблокувальна функція, що реалізується через керування двигуном (розширення ABS); − HHC (Hill Hold Control) – асистент торкання на підйомі (HSA); − AUTO HOLD – функція автоматичного включення гальма стоянки; − DAA (Dynamische Anfahrassistent) – асистент рушання з місця; − HSA (Hill Start Assistent) – асистент торкання на підйомі (ННС). 2. Управління у процесі руху: − ACC (Adaptive Cruise Control) – адаптивний круїз-контроль; − EDS (EDL); 34 − ASR; − ESP (Elektronisches Stabilisierungs programm) – електронна система підтримки курсової стійкості (AHS, DSC, PSM, VDC, VSC, ESC, VSA); − MSR (Motorschleppmomentregelung) – асистент гальмування двигуном; − BSW (Rain Brake Support) – система підсушування гальм; − M-ABS; − DSR (Driver-Steering Recommandation) – асистент корекції керма; − ROP (Roll Over Programm) – система запобігання перекиданню (ARP); − HDC (Hill Descent Control) – помічник руху на спуску; − TSA (Trailer Stabilisation Assistent) – функція стабілізації автоїзди; − EBV (Elektronische Bremskraftverteilung) – електронний регулятор розподілу гальмівних сил; − EVO (Electronic Variable Orifice) – електронне регулювання гідропідсилювача; − AFS (Active Front Steering) – система активного кермового управління. 3. Управління гальмуванням: − ABS; − EBV; − CBC (Corner Brake Control) – система стабілізації гальмування при повороті (ESBS); − GMB (Giermomentbeeinflussung) – система впливу на розгортаючий момент (GMA); − HBA (Hydraulischer Bremsassistent) – гідравлічний гальмівний асистент; − HBV (Hydraulische Bremskraftverstärkung) – гідравлічний підсилювач гальм; − HVV (Hinterachsvollverzögerung) – система уповільнення задніх коліс; − FSA (Front Scan Assist) – сканування простору перед автомобілем (FA); − ESP; 35 − FBS (Fading Brake Support) – компенсація падіння ефективності гальм при нагріванні (Overboost); − EPB (Elektrische Parkbremse) – електромеханічне гальмо. Управління обладнанням салону покликане підвищити комфортабельність та споживацьку цінність автомобілю. З цією метою використовується кондиціонер повітря, електронна панель приладів, мультифункціональна інформаційна система, компас, фари, склоочисник з переривчастим режимом роботи, індикатор згорівших лапм, пристрій виявлення перекод при русі заднім ходом, склопід’йомники, сидіння зі змінним положенням. Електронні системи безпеки містять протиугінні пристрої, апаратуру зв’язку, центральне блокування замків дверей, режими безпеки тощо [8]. Бортові системи контролю сучасних транспортних засобів створені на основі ЕБУ. Всі ЕБУ за функціональним призначенням класифікуються на три основні системи управління: двигуном; трансмісією та ходовою частиною; обладнанням салону та безпекою автомобіля (рис. 1.11). Електронний блок управління Трансмісією Обладнанням Двигуном та ходовою салону те частиною безпекою авто Рисунок 1.11 – Класифікація електронних блоків управління Сьогодні широко використовуються два типи управління електронними системами автомобілів (рис. 1.12.) Збільшення обсягів функції управління автомобілем, які передаються електроніці, привело до появи таких додаткових систем як ABS, SRS, AT, Immobilaser та ін. 36 Тип системи управління Роздільна (один CAN (Controller ЕБУ – одна Area Network- система) диспетчер Рисунок 1.12 – Типи систем управління Суміщення цих функцій в одному блоці ЕБУ призвело до його громіздкості та надто великій складності, а також до втрати надійності, коли вихід з ладу однієї системи може призвести до втрати керованістю усього транспортного засобу. Тому виробники підійшли до цього питання шляхом розподілу функцій управління і виділення всіх систем в окремі блоки [2, 8]. Для того щоб пов’язати всі системи в єдине ціле для вирішення загальних завдань управління автомобілем, використовується система Controller Area Network (CAN), особливістю якої є те, що різні ЕБУ та пристрої зв’язані єдиною бортовою комунікаційною мережею [8]. 1.6. Формулювання проблемних завдань дослідження − проаналізувати сучасні тенденції розвитку електронних блоків управління автомобілів у світі, визначити основні принципи їх роботи; − проаналізувати сучасні методи та засоби діагностики автомобілів, визначити переваги і недоліки їх застосування; − провести якісну оцінку засобів комп’ютерної діагностики електронних систем автомобілів; − розробити модель функціонування клієнтського додатку комп’ютерної діагностики електронних систем автомобілів, що дозволить забезпечити технічну та екологічну надійність автомобіля завдяки своєчасному уточненню виявлених у процесі експлуатації відмов і несправностей транспортного засобу для підвищення безпеки руху й охорони навколишнього середовища; 37 − запропонувати алгоритм проведення комп’ютерної діагностики електронних систем автомобілів клієнтським додатком; − розробити інтерфейс клієнтського додатку комп’ютерної діагностики електронних систем автомобілів. Висновки 1. Систематизована інформація про сучасні тенденції розвитку електронних блоків управління автомобілів у світі, визначені основні принципи їх роботи. 2. Проаналізовано предметну область, досліджено конструкцію електронних блоків управління та визначені основні типи електронних систем автомобілів, що розрізняють за функціональним призначенням. 3. Сформовано завдання дослідження. 38 РОЗДІЛ 2. СИСТЕМНИЙ АНАЛІЗ МЕТОДІВ ТА ЗАСОБІВ ДІАГНОСТИКИ АВТОМОБІЛІВ Поступово і відносно недавно діагностика двигуна вийшла на перший план, що сталось завдяки безперервному вдосконаленню і ускладненню конструкції самого двигуна та всіх його систем. В минулому моторний агрегат був відносно простим: запалення контактне, живлення карбюраторне, та і механіка двигуна без особливих тонкощів, що не вимагало особливо складної і дорогої апаратури для пошуку несправностей. Тому цілком вистачало компресометра й стробоскопа, до яких пізніше додалися газоаналізатор для паливоповітряной суміші і стетоскоп для прослуховування шумів двигуна [11]. Такий набір був достатнім, поки повсюдне посилювання норм токсичності вихлопу не змусило відмовитися від карбюраторів. Системи паливоподачі і запалення стали електронними, з’явився ЕБУ (бортовий комп’ютер) з інформаційною базою у вигляді датчиків витрат, тиску та температури повітря, детонації, положення колінчастого і розподільного валів, а також куту відкриття дросельної заслінки. Подальші кроки в боротьбі за екологію виглядали ще серйознішими: застосування 3-компонентних нейтралізаторів вихлопних газів, введення так званого лямбда-регулювання (зворотний зв’язок за кількістю кисню у вихлопних газах), управління системою рециркуляції вихлопних газів, інжектування до системи вихлопу вторинного повітря, уловлювання пари палива [9]. Зрозуміло, що все це було досягнуто шляхом значного ускладнення електронних систем управління. 2.1. Класифікація сучасних методів діагностики автомобілів Зважаючи на стрімкий розвиток автомобільних технологій останніми роками значно збільшилася кількість автомобілів, оснащених найскладнішими електронними системами. До таких систем та елементів належать: системи керування впорском палива та запалювання, антиблокувальна система гальм, система курсової стійкості (противозаносна), система допомоги водію при 39 екстреному гальмуванні, система елементів пасивної безпеки, антипробуксовочна систем, адаптивний круїз-контроль тощо. Сьогодні електроніка і мікропроцесорний контроль відіграє значну роль в автомобілі й все тісніше перетинається з механікою. При цьому справність її роботи – один з найважливіших чинників, які визначають безпеку водія та його пасажирів на дорозі. Поява таких сучасних систем як управління двигуном, електронних систем стабілізації руху і гальм, систем безпеки та комфорту, принципово змінили методику діагностування автомобілів. Як правило, серед систем контролю та регулювання параметрів роботи агрегатів і систем автомобіля виокремлюють три групи: чутливі елементи (датчики), системи аналізу та вироблення команд (контролери) і виконавчі механізми. Датчики реєструють ті чи інші параметри роботи агрегату або системи (обороти коленвала, витрати палива, обороти та крутні моменти на валах і колесах і т.д.) [9]. Ці дані відправляються для аналізу до контролерів, де виробляються відповідні команди, що розсилаються по виконавчих пристроях (механізмах). Виконавчі механізми безпосередньо впливають на роботу агрегату або системи (змінюють подачу палива і повітря, тиск у каналах гальмівної системи тощо). Як правило, в першу чергу виходять з ладу датчики (особливо у вітчизняних машинах), а потім виконавчі механізми. Діагностування сьогодні значно відрізняється, від того, що було ще 10-20 років назад. Висока надійність сучасної автомобільної електроніки привела до скорочення числа простих дефектів, що легко виявляються ремонтниками на станціях технічного обслуговування. Варто відмітити, що на сучасних автомобілях іноді досить важко зафіксувати і сам факт наявності несправності [11]. З іншого боку, якщо спостерігається несправність, можна вказати багато ймовірних причин її появи, що ускладнює проблему діагностики сучасних автомобілів. 40 На сучасних автомобілях діагностика основних робочих схем проводиться постійно при безпосередній експлуатації автомобіля. Це відбувається завдяки вбудованим засобам технічного діагностування (датчикам). Вони дають змогу водію постійно контролювати стан гальмівної системи, витрату палива, токсичність відпрацьованих газів тощо, а також обрати найекономічніші й безпечні режими роботи автомобіля чи своєчасно припинити рух у разі аварійної ситуації [9]. На практиці на станціях технічного обслуговування процес діагностики займає близько години і його можна умовно розділити на 7 етапів: − зовнішній огляд автомобіля; − перевірка гальмівної системи; − перевірка амортизацій та підвіски автомобіля; − перевірка рульового управління автомобіля; − огляд автомобіля знизу; − перевірка світла; − діагностика електронних пристроїв автомобіля; − аналіз відпрацьованих газів на газоаналізаторі й димовимірювачі. Для проведення комп’ютерної діагностики автотранспорту використовується найдосконаліше і високоточне обладнання, завдяки чому отримані дані максимально точні і їх можна порівнювати з базовими, для того щоб зробити висновок про необхідність ремонтних робіт. Така процедура стала дуже затребуваною в сучасному світі, оскільки дозволяє людині, яка купує потриману машину дізнатися про її стан практично все, і навіть найдрібніші подробиці, що насилу зможе визначити навіть професіонал, який не має спеціалізованого обладнання [11]. На рис. 2.1 наведена класифікація методів діагностування технічного стану транспортних засобів, агрегатів, які характеризуються фізичною сутністю та способом вимірювання діагностичних параметрів, найбільш прийнятних для використання залежно від задачі діагностування [21]. 41 Методи діагностування автомобіля За геометричними За вихідними параметрами (зазор, параметрами За параметрами люфт, вільний хід, експлуатаційних супутніх процесів кути встановлення властивостей управляємих колес) Тягово-економічні показники Герметичність робочих (сила тяги на провідних колесах, об’ємів пробіг, витрата пального) Гальмівна ефективність Інтенсивність тепловиділення (гальмівні сили, час спрацьовування приводу, гальмівний шлях) Параметри коливальних процесів: зміна напруги в Ходові властивості (бічні сили електричних ланцюгах; рівень на керованих колесах) вібрації; пульсація тиску у проводах Шкідливий вплив на оточуюче середовище (токсичність Фізико-хімічний склад відпрацьованих газів, відпрацьованих димність, шум) експлуатаційних матеріалів Рисунок 2.1 – Класифікація видів діагностики 42 Метод діагностування за параметрами робочих процесів, полягає у встановленні технічного стану автомобіля за динамікою зміни параметрів експлуатаційних властивостей, наприклад, зміна тиску впорскування палива, час розгону до заданої швидкості, час до повної зупинки при гальмуванні тощо. Такі показники безпосередньо характеризують стан агрегатів та вузлів транспортних засобів. Вимірювані цим методом параметри утворюють множину внутрішніх параметрів та множину вихідних параметрів об’єкта діагностування [21]. Методи цієї групи базуються на імітації швидкісних та навантажувальних режимів роботи автомобіля, визначенні за заданих умов вихідних параметрів та порівнянні їх кількісних значень з еталонними. Діагностування проводиться з використанням стендів із біговими барабанами або безпосередньо у процесі роботи автомобіля. Методи широко застосовують для загальної оцінки технічного стану автомобілів та агрегатів. До методів діагностування за параметрами супутніх процесів належать [21]: − методи діагностування за герметичністю робочих об’ємів, що полягає у створенні в контрольованому обсязі надлишкового тиску (або розрідження) та оцінці інтенсивності його зниження. Таким методом діагностують циліндро- поршневу групу двигуна, пневматичні приводи гальм, щільність прилягання клапанів та ін; − тепловий метод, який полягає у визначенні параметрів, що характеризують кількість теплоти, яка виділяється в результаті перебігу процесів згоряння, роботи сил тертя при заданих швидкісному та навантажувальному режимах. Такими параметрами можуть бути температура нагрівання, швидкість зміни. Метод застосовується для діагностування двигуна, агрегатів трансмісії, підшипникових вузлів, проте широкого застосування на автомобільному транспорті не знайшов; − методи діагностування вузлів та систем за параметрами коливальних процесів, які широко використовують при створенні засобів технічного діагностування автомобілів. Серед них виокремлюють: методи оцінки коливань 43 напруги, струму, електричного опору в електричних ланцюгах (на цій основі створені мотор-тестери), параметрів віброакустичних сигналів, що отримуються при роботі зубчастих зачеплень, клапанних механізмів, підшипників тощо; пульсації тиску в гідравлічному акумуляторі та трубопроводах (на цій основі створені дизель-тестери для діагностування дизельної паливної апаратури); − методи, що оцінюють стан вузлів та агрегатів з фізико-хімічного складу відпрацьованих газів та експлуатаційних матеріалів. Наприклад, найпростіший експрес-аналіз відпрацьованої олії на забруднення, спектральний аналіз проб масел, в результаті проведення якого за наявності та концентрації різних хімічних елементів в маслі можна встановити працездатність окремих вузлів та сполучення агрегату. Група методів за геометричними параметрами включає методи, що оцінюють стан машини за герметичністю робочих об’ємів, ступеня зносу циліндро-поршневої групи двигуна, працездатності пневматичного приводу гальм, щільності прилягання клапанів та ін. шляхом створення в контрольованому обсязі надлишкового тиску або, навпаки, розрідження, а також визначальні інтенсивність падіння тиску (розрідження). Метод діагностування за структурними (геометричними) параметрами, що безпосередньо характеризують стан вузлів та агрегатів транспортних засобів ґрунтується на об’єктивній оцінці геометричних параметрів (зазор, люфт, вільний хід, усунення тощо). Метод застосовується, коли зазначені параметри доступні для безпосереднього вимірювання. Технічний стан встановлюється за зазорами у сполученнях, значеннях регульованих параметрів тощо. Відповідно до класифікації параметрів діагностування, вимірювані цим методом параметри утворюють підмножину внутрішніх та вихідних параметрів [21]. Структурні параметри, що змінюються в процесі експлуатації машин, оцінюють різними діагностичними методами, які можна поєднати у дві групи: − що вимагають повного або часткового розбирання; − вузли, які дозволяють без розбирання оцінити технічний стан. 44 Методи першої групи дуже трудомісткі. По впливу на досліджуваний об’єкт методи другої групи розділяють на контактні і безконтактні. 2.1.1 Візуальна діагностика Діагностика автомобіля – це перевірка, що дозволяє визначити технічний стан машини без потреби її розбирати. Діагностування автомобіля проводиться для того, щоб виявити будь-які несправності, визначити причини їх появи, а також встановити безвідмовний термін служби. Для автомобільної діагностики використовуються всілякі засоби і методи, які здатні по температурі, вібрації, шуму або витраті палива визначити не тільки технічний стан, але і працездатність авто в цілому, а також усіх його механізмів агрегатів. Діагностика як правило, виконується перед ТО-1 і ТО-2 і в процесі його, визначають технічний стан агрегатів та вузлів, які забезпечують безпеку руху й придатність автомобіля до експлуатації [20]. Візуальна діагностика – включає в себе зовнішній огляд вузлів і агрегатів, перевірку на предмет цілісності електропроводки та обладнання. Слуховий контроль на предмет відсутності сторонніх шумів, стуків і перевірку за допомогою нюху. 2.1.2 Технічна діагностика Технічна діагностика – це галузь знань, що досліджує технічні стани об’єктів діагностування і прояви технічних станів, розробляє методи їх визначення, а також принципи побудови та організацію використання систем діагностування [9, 10]. Технічне діагностування – процес визначення технічного стану об’єкта діагностування з певною точністю, що сприяє [20]: − підвищенню надійності автомобілів за рахунок своєчасного призначення впливів ТО або ремонту та попередження виникнення відмов та несправностей; 45 − підвищенню довговічності агрегатів, вузлів за рахунок скорочення кількості часткових розборок; − зменшенню витрат запасних частин, експлуатаційних матеріалів і трудових витрат на ТО і ремонт за рахунок проведення останніх за потреби на підставі даних діагностування, проведеного, як правило, планово. При діагностиці для оцінки технічного стану автомобіля (агрегату) використовують так звані вихідні процеси функціонуючого механізму. Розрізняють робочі вихідні процеси (наприклад, споживання або віддача потужності, витрата палива, теплообмін із зовнішнім середовищем) і супутні (наприклад, шуми, вібрації, світлові явища і т.д.). Кожен з вихідних процесів кількісно оцінюється з допомогою відповідних параметрів (наприклад, віддача потужності може бути оцінена відповідної величиною, темпом її зростання). Між структурними параметрами і параметрами вихідних процесів існує функціональний зв’язок, завдяки чому за значеннями останніх можна досить повно оцінити технічний стан автомобіля (агрегату), якість його функціонування. Номінальним значенням структурних параметрів відповідають номінальні значення параметрів вихідних процесів. У міру погіршення технічного стану автомобіля (агрегату) параметри вихідних процесів або збільшуються (наприклад, вібрації, витрата палива), або зменшуються (тиск масла). Граничне значення параметра вихідного процесу свідчить про несправний стан автомобіля, визначає необхідність ТО або ремонту. Знаючи характер, темп зміни параметра вихідного процесу та його граничне значення, можна визначити ресурс роботи автомобіля до чергового ТО або ремонту. Параметри вихідних процесів на відміну від структурних зазвичай вимірюються безпосередньо на працюючому автомобілі і використовуються для визначення його технічного стану без розбирання [20]. Для проведення діагностики функціональних систем автомобіля застосовують спеціальні прилади та стенди стаціонарні або портативні. Один стенд може бути використаний для визначення декількох параметрів автомобіля і відповідно для перевірки декількох систем. Вони можуть бути розташовані у 46 відділенні діагностики або знаходитися на борту автомобіля, включаючи датчик та приймач із виводом інформаційного виводу у зручній для сприйняття формі. Засоби технічного діагностування (ЗТД) представляють собою технічні пристрої, призначені для вимірювання кількісних значень діагностичних параметрів. До їх складу входять такі основні елементи: − пристрої, що задають тестовий режим; − датчики, що сприймають діагностичні параметри і перетворюють їх в сигнал, зручний для обробки або безпосереднього використання; − вимірювальний пристрій і пристрій відображення результатів (стрілочні прилади, цифрова індикація, екран осцилографа). Крім того, ЗТД можуть включати в себе пристрої автоматизації завдання і підтримки тестового режиму, вимірювання параметрів і автоматизований логічний пристрій, що здійснює постановку діагнозу. Зовнішні ЗТД включають в себе прилади та стенди, що не входять до конструкції автомобіля, в залежності від їх розташування та технологічного призначення можуть бути стаціонарними або переносними. Стаціонарні стенди встановлюються на фундаменти, як правило, в спеціальних приміщеннях, обладнаних відсмоктуванням відпрацьованих газів, вентиляцією, шумоізоляцією. Переносні прилади використовуються як у комплексі зі стаціонарними стендами, так і окремо для локалізації та уточнення несправностей на спеціалізованих ділянках і постах ТО і ремонту [20]. Вбудовані (бортові) ЗТД входять в конструкцію автомобіля датчики, пристрої вимірювання, мікропроцесори та пристрої відображення діагностичної інформації. Найпростіші вбудовані ЗТД – це традиційні прилади на панелі перед водієм, номенклатура яких на сучасних авто постійно розширюється за рахунок введення нових ЗТД, особливо електронних, які все ускладнюються і забезпечують контроль за станом елементів конструкції автомобілів. Більш складні вбудовані ЗТД дозволяють водієві постійно контролювати стан елементів приводу та робочих механізмів гальмівної системи, витрати палива, токсичності відпрацьованих газів у процесі роботи і вибирати найбільш 47 економічні і безпечні режими руху автомобіля або своєчасно припиняти рух при виникненні аварійної ситуації [9, 20]. В даний час проводяться дослідження з розробки нових і вдосконалення існуючих методів діагностування стосовно ускладнених конструкцій автомобілів, зміни елементної бази мікроелектроніки та мікропроцесорної техніки. Одна і та ж діагностична ознака найчастіше може бути встановлена за допомогою декількох методів діагностування. Питання вибору найбільш доцільного з них в кожному конкретному випадку вирішується з урахуванням: рівня інформативності і точності, ступеня універсальності методу діагностування, трудомісткості діагностування та різних організаційно- економічних чинників [20]. Електрообладнання автотранспортного засобу (АТЗ) являє комплекс електромеханічних пристроїв, електричних апаратів, електронних блоків, датчиків та виконавчих механізмів, поєднаних в електричні системи (електромеханічні, електронні, мікропроцесорні). Таким чином, перелік діагностичних параметрів електрообладнання АТЗ складається з параметрів електричних сигналів (сила струму, значення напруги, частота, скважність та тривалість періодичних сигналів), електричних кіл (опір, ємність, індуктивність) та параметрів неелектричних величин (зазори між контактними парами, пружність притискних пружин, щільність електроліту, частота обертання) [10, 20]. Електричні вимірювання електричних величин (апаратні методи) виконують контактним (гальванічним) або безконтактним способом, за допомогою перетворювачів електромагнітної енергії (датчиків електричних величин) та електричних вимірювальних приладів (вольтметрів, амперметрів, частотомірів, осцилографів, омметрів). Електричні вимірювання неелектричних величин (апаратні методи) виконують тільки за допомогою перетворювачів неелектричної величини (впливу) до електричної (сигналу, параметру). Такі перетворювачі називають датчиками неелектричних величин (датчики температури, тиску, переміщення). 48 Реєстрація неелектричної величини, в такому разі, здійснюється непрямо на підставі показань електричних індикаторів (вимірювальних приладів). Неелектричні вимірювання неелектричних величин (інструментальні методи) виконують за допомогою вимірювального інструменту та вимірювальних пристроїв безпосередньої оцінки (щупи, динамометри, термометри, манометри, ореометри). Неелектричні (механічні, гідравлічні, пневматичні, оптичні) пристрої та системи, в більшості випадків, діагностуються за допомогою електричних вимірювальних систем з використанням датчиків неелектричних величин. Більшість приладів діагностування електрообладнання АТЗ будуються на базі електричних вимірювальних приладів загального застосування. Для тестування електронних блоків та систем, у якості імітаторів періодичних сигналів використовуються електронні релаксатори, які будуються на базі вимірювальних генераторів [20]. Адаптація універсальних вимірювальних приладів загального застосування до діагностування електрообладнання АТЗ з одного боку спрощує конструкцію (схемне рішення) приладу (за рахунок обмежених діапазонів вимірюваних параметрів), з іншого – підвищує витрати на їх реалізацію (за рахунок специфіки зняття і аналізу діагностичних параметрів). Слід додати, що для підключення автомобільних вимірювальних приладів, в ряді випадків, застосовуються спеціальні вимірювальні адаптери (зонди, термопари, безконтактні датчики струму, високовольтні подільники напруги). 2.1.3 Комп’ютерна діагностика Комп’ютерна діагностика дозволяє визначити несправність з високою точністю за наявності відповідного обладнання. Діагностика за допомогою комп’ютерної техніки виконується або мобільним сканером, або комп’ютером із спеціальним адаптером. Особливої різниці у застосуванні обладнання немає. Єдине, що мобільність дозволяє визначити несправність, яка виявляється в динамічних режимах тобто в русі. 49 Також якість діагностики як послуги залежить від знання пристрою та роботи конкретної системи [20]. На сучасних автомобілях можуть використовуватись десятки різноманітних комп’ютерних систем: системи керування бензиновими, дизельними та тазовими двигунами; системи електронного керування коробками перемикання передач; антиблокувальні гальмівні системи (АВS); системи керування тяговим зусиллям (АSR); протибуксувальні системи (ТSC), системи стабілізації руху автомобіля (ЕSР); системи керування подушками безпеки (Airbag), системи клімат-контролю (Climatronic) та багато ін. При виявленні підсистемами діагностики дефектів і збоїв у функціонуванні автомобільних електронних систем відповідна інформація зберігається у спеціальних ділянках пам’яті блоків управління. При діагностиці автомобіля інформація, збережена до пам’яті блоків керування, зчитується за допомогою спеціального інтерфейсу, що забезпечує швидкий і надійний пошук та усунення несправностей. В даний час інтегровані підсистеми діагностики в блоках управління транспортних засобів є стандартним компонентом електронних автомобільних систем. Алгоритми контролю підсистем діагностики перевіряють вхідні і вихідні сигнали електронних компонентів при експлуатації автомобіля. Крім того, вся система перевіряється на наявність збоїв в роботі і похибок. 2.1.4 Діагностування гальмівних систем Справність гальмівної системи – один з найважливіших факторів, що визначають безпеку водія та його пасажирів на дорозі. Діагностування гальмівних систем є обов’язковим елементом планового ТО автомобілів. Перевірку гальмівної системи необхідно проводити після кожних 50 000 км пробігу, не рідше, ніж 1 раз на 2 роки [9]. Відмова гальмівних механізмів під час руху автомобіля приводить, як правило, до аварійних ситуацій, які ведуть до загибелі водія і пасажирів, незворотної руйнації техніки. Зміна технічного стану гальмівних механізмів 50 протікає поступово. Результатом поступової зміни є раптова відмова у процесі регулярної ТЕ, зокрема при ТО-1, не діагностуються основні зношувані елементи гальмівних механізмів та приводів до них [10]. Діагностування гальмівних систем здійснюють двома методами: ходовими випробуваннями і стаціонарними на спеціальних стендах. При ходових випробуваннях гальм їх ефективність перевіряють на довжині шляху гальмування і при максимальному (чи середньому) уповільненні [9]. Інструментальна оцінка загального стану гальмівних систем проходить за параметрами уповільнення, зусилля і дії шляху гальмування. Для визначення уповільнення застосовуються механічні деселерометри. Шлях гальмування автомобіля вимірюється на стендах з біговими барабанами з оцінки тягово-динамічних якостей. Дія стоянкової гальмівної системи перевіряють при ТО-1 у разі необхідності її регулюють. Необхідність в регулюванні виникає у ипадку, коли забезпечується повне гальмування автомобіля на ухилі або при випробуванні його на стенді. Повноцінна діагностика гальм реально можлива лише на стендових випробуваннях. Для стендових випробувань встановлено такі параметри [9]: − загальна питома гальмівна сила; − час спрацьовування гальмівний системи; − коефіцієнт нерівномірності гальмівних сил коліс осі. Додаткові параметри для автопоїздок: − коефіцієнт сумісності ланок автопоїздок; − асинхронність часу спрацьовування гальмівного приводу. Ще одним діагностичним параметром є зусилля робочому органу приводу гальмівний системи. Сьогодні є кілька методів випробування і деяких видів стендів: − випробування на силових роликових гальмівних стендах; − випробування на інерційних роликових гальмівних стендах; 51 − випробування на платформних гальмівних стендах. Силовий роликовий гальмівний стенд. Діагностику гальм здійснюють, вимірюючи діагностичні параметри, що визначають технічний стан як всієї системи в цілому, так і її елементів. Частина діагностичних параметрів характеризує стан окремих елементів гальм, а частина – загальну ефективність гальмівної системи в цілому. За допомогою елементних параметрів (хід педалі гальма, залишковий тиск в системі гідроприводу, зазор між колодками та барабаном та ін.) здійснюють поглиблену діагностику на рівні механізмів і деталей. Діагностику гальм починають з перевірки показників їх ефективності [9]. Силові роликові гальмівні стенди (рис. 2.2) можуть мати гідравлічний, пневматичний або механічний привід. Недоліком статичного способу діагностики гальм є неточність результатів, пов’язана з тим, що при цьому не відтворюються умови реального динамічного процесу гальмування. Рисунок 2.2 – Роликовий гальмівний стенд IW2 Eurosystem В даний час силовий метод діагностики гальм в динаміці є найбільш поширеним. До складу будь-якого роликового стенда входять дві основні частини: опорно-привідний пристрій і вимірювальний пристрій. Роликові стенди хороші для автомобілів з приводом на одну вісь. Для повнопривідних автомобілів така перевірка може дати істотну похибку, пов’язану з особливостями їх трансмісій. Повнопривідні машини бувають з постійним приводом і можливістю вимкнути 52 їх другу вісь. У другий випадку необхідно відключити повний привід. Найбільшу складність представляють машини з постійним повним приводом. Для запобігання цієї помилки під час роботи з повнопривідними автомобілями застосовується система, у якій барабани обертаються врізнобіч. При цьому вал трансмісії залишається нерухомим, а обертання коліс відбувається без урахування дії диференціала. Замірів у цьому випадку слід робити два, оскільки дія гальм під час обертання коліс уперед і у зворотному напрямку може різнитися. Тому спочатку вимірюється гальмівний момент на одному колесі, а потім на другому. Досягнення більшої точності вимірювання застосовують спеціальний датчик сили на педаль гальма [9]. Гальмівні стенди можуть працювати у діапазоні температур від –30 до+50°С, що дозволяє користуватися ними в неопалюваних приміщеннях та на відкритих ділянках з навісом. Недолік роликових стендів – це те, що пляма контакту шини з роликом щодо невеликого діаметра суттєво відрізняється від плями контакту на своєму шляху по рівному асфальту. Відповідно, і виведені результати вимірювання нижчі реально досяжних. Тому на таких стендах застосовуються по два ролика під кожне колесо [9, 11]. З огляду на велику вартість самого стенду, недостатню безпеку, трудомісткість і дуже великий час, потрібний на діагностику, стенд рентабельний лише за умов великих СТО. 2.2. Класифікаційні ознаки засобів діагностики Засоби діагностування можна розрізняти за декількома класифікаційними ознаками (рис. 2.3). В технічному завданні на розробку, спочатку визначають функціональне призначення діагностичного засобу та його категорію, що комплексно характеризує конструкцію або композицію і прив’язку засобу до об’єкту діагностики. Потім уточнюють конструктивні атрибути та функціональне наповнення засобу діагностики. Далі розглядається клас (марки) транспортних 53 засобів або їх складових (систем, агрегатів) для визначення переліку діагностичних параметрів, які підлягають аналізу, діапазонів та умов їх вимірювання (реєстрації) [3]. Рисунок 2.3 – Класифікаційні ознаки засобів комп’ютерної діагностики автомобілів Перелічені ознаки є підставою для складання ідентифікаційних кодів в каталогах продукції, що реалізується. За першою ознакою розрізнюють наступні категорії діагностичного засобу (рис. 2.4). Діагностичний прилад – засіб діагностики, в якому вимірювання та реєстрація (індикація) діагностичного параметру (електричного або неелектричного) реалізується електричним способом. Діагностичний пристрій – засіб діагностики, який входить до складу діагностичного приладу (стенду, комплексу), виконує певні функції перетворення, але не має операторської периферії (органів керування та індикаторів) [3]. 54 Рисунок 2.4 – Категорійна підпорядкованість засобів комп’ютерної діагностики автомобілів Діагностичне обладнання – засоби діагностики, які встановлюються на борту транспортного засобу або інтегровані в його агрегати чи системи (входить до складу транспортного засобу). Діагностичне устаткування – засоби діагностики, які використовуються за межами борта транспортного засобу (не входить до складу транспортного засобу). Діагностична установка – засіб діагностики, за допомогою якого активізується (стимулюється) об’єкт діагностики з метою проведення перевірок. Діагностичний стенд – стаціонарне конструктивне (в стаціонарному виконанні) та функціональне поєднання діагностичної установки з діагностичними приладами. Діагностична система – засіб діагностики, в якому реалізоване поєднання діагностичного обладнання та устаткування на функціональному (програмному) та апаратному рівні [3]. Діагностичний інструмент – простий неелектричний засіб діагностики, який призначено для вимірювання (реєстрації) неелектричного діагностичного параметру або налаштування вузлів та агрегатів. 55 Діагностичний комплекс – функціонально пов’язане діагностичне устаткування до складу якого входять діагностичні стенди та прилади різного призначення (діагностичні пости, лінії) [3]. За функціональним призначенням прилади та діагностичне устаткування для автомобільних транспортних засобів (АТЗ) можна поділити на функціональні групи (рис. 2.5). Рисунок 2.5 – Класифікація електричних засобів діагностування АТЗ за призначенням Стосовно традиційних (основних) систем електрообладнання АТЗ можна визначити прилади, які використовуються для діагностування певних пристроїв та систем електрообладнання й універсальні діагностичні прилади. До певної групи належать прилади спеціального призначення [3]: − стробоскопи для діагностування автоматів випередження запалювання; − реглоскопи – для контролю та регулювання світлових потоків фар головного освітлення; − тестери акумуляторної батареї – для визначення технічного стану акумуляторної батареї. 56 До універсальних приладів, які можуть застосовуватися для діагностування будь-якої електричної системи, слід віднести комбіновані вимірювальні прилади (автотестери) та автомобільні осцилографи. До цієї групи можна віднести імітатори сигналів датчиків електронних систем автомобіля. Якщо діагностування електромеханічних агрегатів проводиться в знятому з автомобіля стані, можуть застосовуватися спеціальні випробувальні стенди для імітації механічних впливів на пристрій. Процес діагностування механічних систем автомобіля зазвичай потребує використання випробувальних стендів для імітації дорожніх умов автомобіля та вимірювальних комплексів для реєстрації неелектричних діагностичних параметрів. Варто зазначити, що ДВЗ за функціональним складом являє сукупність механічних та електричних систем, і тому прилади для діагностування ДВЗ (мотор-тестери) розглядаються, як комплекс вимірювальних приладів електричних та неелектричних параметрів систем ДВЗ. При цьому передбачається вимірювання діагностичних параметрів на робочих режимах ДВЗ [3]. 2.3. Функціональність засобів діагностики автомобілів За функціональним наповненням засоби діагностики можна поділити на окремі групи: найпростіші, спеціалізовані, спеціальні, універсальні, комбіновані, комплексні [3]. До найпростіших засобів відносять вимірювальні прилади безпосередньої оцінки (амперметр, вольтметр, омметр), пристрої (індикатор, пробник) і підручні засоби (перемичка, клемник). Спеціалізовані прилади та установки призначені для діагностування і регулювання окремих елементів систем електрообладнання. Такі прилади мають цілком визначену функцію за призначенням (реглоскоп, навантажувальна вилка, дефектоскоп обмоток). Більш широкі функціональні можливості мають спеціальні стенди та прилади, що використовуються для діагностування елементів та агрегатів окремих систем в майстернях (стенд перевірки елементів 57 системи запалювання СПЗ, прилад перевірки елементів системи контрольно- вимірювальних приладів) [3]. Для діагностування будь-якої електричної системи за параметрами електричних сигналів та кіл використовуються універсальні вимірювальні прилади загального призначення (осцилографи, мультиметри, генератори) та автомобільні універсальні прилади (автомобільні осцилографи, автотестери, імітатори сигналів). Комбіновані засоби діагностики – прилади та стенди, які виконують функції декількох спеціальних приладів (мотор-тестери). Комплексні засоби діагностики (діагностичні комплекси) – програмно апаратні засоби та діагностичне устаткування, що призначені для контролю комплексу діагностичних параметрів автомобіля (пости і лінії діагностики). Відтак, визначимо переважні конструкційні атрибути засобу діагностики для визначених умов (місця) проведення діагностичних робіт. На борту автомобіля в стаціонарних умовах перевага надається переносним універсальним приладам з цифровими індикаторами, які мають автономне живлення чи підключаються до акумуляторної батареї транспортного засобу [3]. На борту при русі автомобіля використовуються універсальні та комбіновані прилади комп’ютерної периферії, що комунікують з бортовою діагностичною системою. В таких приладах на відміну від попередньої групи виправдано застосування моніторних засобів індикації. В умовах діагностичного поста є можливість використання діагностичних комплексів стаціонарного або пересувного базування, прилади яких мають широку функціональність й операторську периферію (індикатори та органи керування). Живлення діагностичних комплексів передбачається від промислових мереж напруги та стисненого повітря. В умовах електровідділеня, як правило, використовуються спеціальні діагностичні стенди в стаціонарному та настільному виконанні та спеціалізовані прилади, які живляться від напруги промислової мережі. В такому 58 діагностичному устаткуванні достатньо обмежитись використанням стрілочних та світлосигнальних індикаторів [3]. В умовах дільниці відновлення електронних блоків виправдано використання універсальних вимірювальних приладів з штатними індикаторами, які живляться від напруги промислової мережі. 2.4. Автомобільні датчики У сучасному автомобілі налічується декілька десятків датчиків, які виконують найрізноманітніші функції, і справа йде не лише про справність двигуна. Навіть досвідчений майстер не зможе розповісти про весь функціонал датчиків автомобіля. Так сюди будуть включатися датчики, що відповідають за безпеку водія та пасажирів, датчики налаштування підвіски, датчики курсової стійкості автомобіля і, нарешті, всім відомий датчик рівня бензину. Сучасні діагностичні системи відображають усі дані, необхідні для налагодження певної проблеми, проте можливості ремонту часто можуть стати на заваді знання або досвід майстра, оскільки без розуміння суті проблеми він не зможе зрозуміти реально причину поломки, або буде розуміти поломку, проте через незнання принципу роботи певного вузла − не зможе полагодити. Для того, щоб автомобільний датчик зміг правильно відображати необхідні нам дані, він повинен вміти конвертувати отримані фізичні (температура, тиск) та хімічні (кількість відпрацьованих газів) речовини у певний електричний сигнал потрібної величини. Автомобільні датчики та основний рушійний орган керування автомобілем являють собою певну об’єднану магістраль, яка відіграє ключову роль у роботі механізму. Кожен вузол автомобіля передає інформацію на блок керування, який в свою чергу здатний інформувати водія про безпеку руху та фізичних стан автомобіля в цілому. Класифікацію автомобільних датчиків здійснюють за такими ознаками: 1. За принципом використання: ▪ за функціями; 59 ▪ за надійністю; ▪ за методом контролю та зчитуванню даних. 2. За характеристиками: ▪ з неперервною лінійною для контурів із широким діапазоном вимірювань; ▪ з неперервною нелінійною для контролю основних даних системи в вузькому діапазоні вимірювань, коли система спроможна відповісти на сигнал; ▪ з дискретною багаторівневою для сигналізування критичного значення, при цьому потрібне точне підрахування кількості сигналу; ▪ з дискретною двоступінчастою. 2.5. Стандарти автомобільних інтерфейсів у блоках управління ALDL (Assembly Line Diagnostic Link) – це власна бортова діагностична система, що була розроблена компанією GMC (General Motors Company). Попередня назва даної системи була ALCL (Assembly Line Diagnostic Link) та була початком ери стандарту OBD1. Завдяки багатофункціональності даного роз’єму та чіткому стандарту, ця система була офіціально допущена як специфікація забезпечення прямого та чіткого зв’язку майстра з автомобільними системами. Наразі існує три різні варіації такого роз’єму з різною кількістю контактів (5 контактів, 10 контактів та 12 контактів). Перші два могли використовуватись майже на всіх автомобілях при наявності роз’єму, а щодо останнього, то це більше специфікація безпосередньо для автомобілів GMC. Перші версії системи працювали на швидкості 160 біт/с, а от останні, більш модернізовані версії, мали швидкість 8192 біт/с та використовували систему Powertrain Module Control (PCM). Вона являє собою модуль для керування силовою передачею, зазвичай складається із блока керування двигуном та блоку керування коробкою передач. OBD1 (On Board Diagnostic) – не являвся стандартом США Federal, спрямований на регулювання та контроль виробників за кількістю викидів. 60 OBD-1.5 роз’єм можна віднести до неповноцінної реалізації OBD2, проте GMC використовувало його на своїх автомобілях у 1994 та 1995 роках. OBD2 являє собою модифіковану в зрівнянні із OBD1 систему і в можливостях, і в стандартизації. Стандарт визначає тип діагностичного роз’єму, його розпіновку (розведення контактів) електричних протоколів сигналізації доступна у форматі обміну повідомленнями. Існує контакт в роз’ємі , що забезпечує живлення для діагностичного прибору прямо від автомобільного акумулятора, що дає можливість не підключати даний пристрій у окреме джерело живлення. Проте деякі моделі мають можливість підключення до резервного джерела живлення. Це необхідно для безперебійної роботи, якщо автомобіль має проблеми із справністю подання електроенергії. Нарешті, стандарт OBD2 являє собою список із певним набором кодів помилок. Завдяки цій стандартизації ми маємо можливість підключитися майже до будь якого автомобіля та запросити інформацію з одного або декількох бортових комп’ютерів. Було запропоновано полегшити діагностування більш складного обладнання викидів і більшість виробників підтримали таку ініціативу, завдяки чому стало можливим виконання більшості робіт щодо діагностування та перепрограмування через OBD2. У цьому стандарті було використано декілька протоколів: − ISO 9142-2; − ISO 143230 Keyword Protocol 3000; − SAE J18550 VPW; − SAE J18550 PWM; − ISO 15765-2 Controller Area Network. 2.6. Діагностичний роз’єм OBD2 Специфікація SAE J1962 передбачала два стандартних апаратних інтерфейси, що називаються “тип А” та “тип В”. Має 2 ряди по 8 контактів. На відміну від порту типу OBD1, що розташовувався під капотом автомобіля, роз’єм 61 OBD2 розміщався в межах двох футів під рульовим колесом (приблизно 0,6 метри). Коди помилок OBD2 можна розділити на 2 категорії: − базові помилки (вони ж основні, Generic OBD2 Codes); − розширені коди (вони ж додаткові, Extended OBD2 Codes). Помилки першої категорії спільні для усіх автомобілів, у яких є підтримка даного стандарту. В більшості випадків, однакові поломки на різних автомобілях будуть показувати однаковий код помилки, оскільки несправності ідентичні для кожної моделі. На відміну від базових, розширені коди мають більш детальну класифікацію та можуть бути індивідуальними для кожного автомобіля. Кожен виробник намагається боротися за практичність автомобіля не лише під час експлуатації на дорозі, але й під час ремонту, тому вони створюють певні унікальні коди помилок для полегшення та розширення можливостей під час діагностування. Побудова базових та розширених помилок OBD2 повністю ідентична, складається з однієї латинської літери та чотирьох цифр. Проте іноді бувають і відхилення від правил. Розшифровувати коди помилок OBD2 слід у наступному порядку: 1. Перша позиція у коді помилки OBD2: ▪ Р − двигун автомобіля та/або Автоматична коробка передач ; ▪ В − Кузовні системи, такі як подушки безпеки, електропідйомники вікон, відсутність лампочки і т.д. ▪ С – шасі; ▪ U – взаємодія між електронними блоками керування автомобіля. 2. Друга позиція у коді помилки OBD2: ▪ 0 – загальний номер для усіх ELM327 кодів Bluetooth; ▪ 1 і 2 – код виробника; ▪ 3 – резерв. 62 3. Третя позиція помилок – детальний набір несправностей: ▪ 1 − подача повітря або паливна система; ▪ 2 − проблемі із збагаченісттю паливної суміші; ▪ 3 − запалювальна система; ▪ 4 − системи допомоги кермування; ▪ 5 − ДХХ (датчик холостого ходу); ▪ 6 − силова система; ▪ 7 – трансмісія. Висновки 1. Систематизована інформація про сучасні методи та засоби діагностики автомобілів, визначено переваги і недоліки їх застосування, наведено класифікацію існуючих методів та засобів діагностики автомобілів. 2. Проаналізовано класифікаційні ознаки існуючих видів автомобільних датчиків як основного рушійного органу керування автомобілем. 3. Досліджено сучасні стандарти автомобільних інтерфейсів у блоках управління, визначені категорії та розшифровка кодів помилок діагностичного роз’єму OBD2. 63 РОЗДІЛ 3. ЯКІСНА ОЦІНКА ЗАСОБІВ КОМП’ЮТЕРНОЇ ДІАГНОСТИКИ ЕЛЕКТРОННИХ СИСТЕМ АВТОМОБІЛІВ В авто, випущених в минулому столітті, у більшості випадків взагалі немає електронних блоків діагностики, у більш пізніх автомобілях такий блок тільки один і відповідає за роботу двигуна. В сучасних авто таких систем може бути до десятка (системи управління двигуном, трансмісією, підвіскою, комфортом тощо). Їх кількість залежить від марки автомобіля [9]. Кожна електронна система містить унікальну інформацію про контрольований вузол. Комп’ютерна діагностика автомобіля є процесом визначення стану його електронних систем, за допомогою спеціальних засобів контролю, які підключають до нього безпосередньо. Комп’ютерна діагностика проводиться на всіх пристроях, керованих ЕБУ (клімат-контроль, електропідсилювач керма, активна підвіска, АКПП або преселективна КПП, мультимедіа, система управління комфортом і т.д.). Комп’ютерна діагностика дозволяє максимально точно визначити несправність електроніки або інших систем автомобіля, завдяки чому можна визначити [11]: − технічний стан окремих вузлів і систем; − приблизний план усунення несправності, починаючи від скидання помилок; − контроль за роботою двигуна в режимі реального часу; − можливість змінювати деякі параметри в режимі реального часу. Як правило, електронна діагностика починається з огляду на предмет зовнішніх пошкоджень, або по звуку обертових деталей. Потім потрібно підключити до діагностичного роз’єму, що знаходиться в салоні під торпедою або під капотом, спеціальні засоби контролю. До таких засобів відносять: дилерські сканери, портативні універсальні сканери або адаптери смартфону (пристрої для підключення до електронних систем з інтерфейсом OBD2 [17-19]). 64 Засоби контролю оснащені спеціальною програмою, що дозволяє виконувати перевірку наявності помилок та відображати деякі характеристики роботи автомобіля в режимі реального часу [15, 16]. Незалежно від марки транспортного засобу комп’ютерна діагностика включає етапи: − підключення сканера зі спеціальним програмним забезпеченням; − зчитування кодів; − отримання інформації про технічний стан автомобіля і наявні несправності; − формування й узгодження необхідного ремонту. Спеціальна програма, запущена на комп’ютері, використовуючи внутрішні бази, перетворює сервісні коди на словесні описи виявлених помилок. Зазвичай комплексна діагностика несправностей транспортного засобу спеціалістом складає 20-30 хв., тоді як комп’ютерна діагностика – близько 10-15 хв. 3.1. Дилерські сканери Дилерський сканер – сканер, який призначений виключно для однієї марки автомобіля, їм оснащують СТО всіх офіційних дилерів. Таке обладнання дозволяє не тільки провести правильну діагностику, а й побачити можливі втручання в ЕБУ, точний пробіг та історію помилок (рис. 3.1). Рисунок 3.1 – Дилерське обладнання для діагностики автомобілів AUDI, Volkswagen 65 Устаткування високоточне, а значить діагностика проводиться швидко і якісно визначити несправність, відкоригувати роботу електронних систем. 3.2. Портативні універсальні сканери Універсальний сканер – портативний пристрій, який відрізняється компактністю і простотою використання (рис. 3.2). Пристрій показує помилки, є можливість їх видалення, однак функціонал не такий широкий, проте прийнятна вартість дозволяє мати такий сканер кожному автовласнику. Рисунок 3.2 – Універсальне обладнання для діагностики автомобілів AUDI, Volkswagen Мультімарочний сканер (рис. 3.3) може бути двох видів: у вигляді портативного комп’ютера , або блок з планшетом. Рисунок 3.3 – Мультімарочний сканер-блок до планшету або смартфону 66 Зазвичай застосовується на різних СТО, завдяки широкому функціоналу виконує 90 % необхідних операцій. Залежно від марки і вартості є можливість коригування роботи ЕБУ. 3.3. Адаптери смартфону Загоряння індикатору “Check Engine” є ознакою появи проблеми у автомобіля при самодіагностиці. В будь-якому разі, навіть якщо з автомобілем, на перший погляд, все нормально, ігнорувати це повідомлення автовласнику не варто. Сучасні транспортні засоби обладнані складною електронікою з комп’ютерним управлінням [15]. Бортовий комп’ютер, крім управління системами автомобіля, постійно виконує моніторинг їх стану й може діагностувати проблеми ще на ранній стадії. Привід подання сигналу про несправність може бути будь-який, починаючи від виходу з ладу датчиків до дійсно серйозних порушень в роботі обладнання. При будь-якому порушенні в роботі, незалежно від складності поломки, бортовий комп’ютер транспортного засобу видає повідомлення про несправність. Це причина, по якій необхідно скинути чек-лист (повідомлення про помилку). Процедура є нескладною, для вирішення якої можна, звичайно, звернутися до сервісу, де швидко позбавлять від неприємності. Але у такого рішення є суттєві недоліки: − після скидання можна залишитись без потрібних даних про причини загоряння цього індикатора; − виконання вартісних, але не завжди потрібних ремонтних робіт. Недобросовісні “фахівці” можуть не з’ясувати причини ситуації з появою загоряння індикатору “Check Engine” і, не проводячи комп’ютерну діагностику, зробити лише скидання стану індикатора. Такий підхід дуже простий – для цього просто знімається клема з АКБ. Оскільки при відключенні живлення відбувається скидання коду несправності. Але причина несправності при цьому залишається невідомою, а також залишається велика ймовірність того, що індикатор загориться знову. 67 Для того щоб позбутися не тільки самого повідомлення “Check Engine”, а й усунути справжню причину, по якій цей індикатор спрацював, необхідно з’ясувати яка саме проблема призвела до цього. Бортовий комп’ютер автомобілів має інтерфейс – роз’єм для зв’язку з зовнішніми діагностичними пристроями. Саме він і допоможе виявити несправність і виконати коректне скидання повідомлення про збої в роботі систем автомобіля. Найбільш поширений роз’єм стандарту OBD2 [17-19]. Його розташування в більшості моделей автомобілів – поруч з рульовою колонкою. Для виконання діагностики є кілька способів: звернутися на СТО, де є обладнання для комп’ютерної діагностики, але кожен такий візит буде коштувати грошей і часу; обзавестися власним сканером; використати адаптер смартфону. Придбавши сканер, потрібно встановити необхідні програмами і виконати роботи, використовуючи стаціонарний комп’ютер або ноутбук. В цьому випадку з’являється можливість виконувати налаштування, прошивати бортовий комп’ютер, проводити пошук несправностей. Спосіб хороший, але не мобільний. Використання адаптера смартфону – це найпростіше і недороге вирішення питання (рис. 3.4). Одні з найбільш популярних адаптерів – це пристрої для підключення до систем з інтерфейсом OBD2, які надають змогу вивести й розшифрувати коди несправностей на звичайному смартфоні. Адаптер до OBD2 – це компактний пристрій, який можна тримати постійно підключеним до роз’єму автомобіля. Для зв’язку з смартфоном використовується бездротове з’єднання по Bluetooth або Wi-fi. Такий адаптер дає можливість в реальному часі контролювати роботу автомобіля, оперативно проводити діагностику несправностей, скидати чек-лист помилок. До цього пристрою можна підключати будь-який пристрій – мобільний телефон, планшетний комп’ютер або ноутбук. Для діагностики є велика кількість безкоштовних програм. Розглянемо виконання діагностики на базі адаптера OBD2 та смартфона з ОС Android. Можна скористатись за наявності і планшетом, що також буде зручно. 68 Однією з найбільш розповсюджених програм для комп’ютерної діагностики є програма “Torque”. Це програмне забезпечення безкоштовне й з широкими можливостями для індивідуального налаштування та діагностики. Рисунок 3.4 – Діагностика і скидання коду несправності за допомогою адаптера та смартфону Перед початком діагностики завантажуємо та встановлюємо потрібне програмне забезпечення, а саме програму “Torque” на власний смартфон. Налаштовуємо профіль авто дотримуючись інструкції. Наступний етап – вставляємо блок адаптера до роз’єм й запускаємо двигун. Потім необхідно активувати Bluetooth або Wi-fi на смартфоні (залежить від наявних можливостей) і запустити утиліту діагностики. Знайти бездротовий пристрій в налаштуваннях і виконати сполучення пристроїв. Після синхронізації адаптера та смартфона програма почне відображати інформацію про параметри ДВЗ в реальному часі. Програма обробляє інформацію, отриману з ЕБУ, за наявності помилок – відображає їх коди і розшифровку на екрані. Можна використовуючи пошук в Інтернет, знайти більш детальну інформацію про отриманий код помилки, і звичайно, зробити скидання всіх знайдених помилок, що призведе до відключення індикатора “Check Engine”. 69 Таким чином, можна позбавитися від сигналізації про несправності і при цьому виявити причину несправності при самодіагностиці роботи транспортного засобу та визначитися з необхідністю ремонту. При цьому весь процес виконується самостійно, не витрачаючи часу на поїздки в СТО та без додаткових витрат на діагностику. Особливість цього виду адаптерів в тому, що вони універсальні. Їх можна підключити до системи будь-якого автомобіля, в якому встановлений сервісний роз’єм стандарту OBD2 [17-19]. Також потрібно відмітити, що більшість сучасних адаптерів також застосовуються і для налаштування газобалонного обладнання автомобілів. Авжеж функціональні можливості багато в чому залежать від програмного забезпечення, яке застосовується для діагностики, але його кількість розширюється. Кращою насьогодні програмою для пристроїв, які працюють на ОС Android, вважається програма “Torque”. Її безкоштовна версія, не дивлячись на обмеження, надає можливість виконати основні діагностичні заходи: отримати коди несправностей, зробити їх розшифровку, зберегти або роздрукувати звіт тощо. Також є і платна версія програми “Torque Pro”, що має розширений функціонал, який в реальному часі виводить актуальну інформацію про стан систем і датчиків та має дуже простий й легкий для розуміння користувацький інтерфейс. Важливою перевагою “Torque Pro” перед безкоштовною версією є те, що “Torque Pro” може використовуватися навіть на простих телефонах, де немає операційної системи. 3.4. Обґрунтування розробки клієнтського додатку комп’ютерної діагностики електронних систем автомобілів Проведено аналіз сучасних засобів комп’ютерної діагностики автомобілів, визначені їх переваги та недоліки (табл. 3.1.). 70 Таблиця 3.1 Порівняння сучасних засобів комп’ютерної діагностики автомобілів Засоби № комп’ютерної Переваги Недоліки п.п. діагностики Обмеженість дії, тобто, Вони за визначенням є не можна оригінальними і Дилерські використовувати прилад 1 володіють найбільшим сканери для діагностики різних функціоналом, для машин. певної марки. Дуже висока вартість. Висока функціональність. Зокрема, з їх допомогою можна не тільки Портативні Висока ціна. виявити помилку, але і 2 універсальні Портативність для отримати додаткові сканери швидкого використання. діагностичні відомості про той чи інший автомобільному агрегаті. Прийнятна ціна, Функціонал, залежно від Адаптери достатній функціонал в 3 програмного смартфону залежності від забезпечення. встановлених програм. За результатами проведеного аналізу визначено, що найбільш зручними для використання у повсякденному житті є адаптери смартфону, або “адаптивні автосканери”, що мають змогу виявляти будь-які несправності на будь-якому автомобілі незалежно від марки за допомогою роз’єму OBD2. Також вони мають доволі просту конструкцію. Зовнішній вигляд яких представляє собою невелику коробочку, що здатна підключатися до портативного електронного пристрою – смартфону, планшету, ноутбука, на який 71 встановлено відповідне додаткове програмне забезпечення для проведення комп’ютерної діагностики. Для зв’язку з портативними електронними пристроями використовується зазвичай бездротове з’єднання по Bluetooth або Wi-fi. Тобто за допомогою адаптивного автосканера можна легко отримати інформацію від до ЕБУ, а вже обробка отриманої інформації виконується за допомогою програмного забезпечення на зовнішньому пристрої. Функціонал таких пристроїв зазвичай нижче (хоча, як правило, це залежить від можливостей встановлених програм). Головною ж перевагою адаптивних автосканерів є їх прийнятна ціна, яка вкупі з цілком значними функціональними можливостями й стає вирішальним чинником для їх повсюдного поширення. Більшість пересічних автолюбителів користується саме адаптивними автосканерами. Дилерські сканери більше підходять для роботи на станції технічного обслуговування, яка спеціалізується на комп’ютерній діагностиці та аналізі несправностей конкретних марок автомобілів. Ці пристрої розробляються безпосередньо виробником автомобілів, й призначені для конкретної моделі (в деяких випадках для декількох типів схожих транспортних засобів). Вони за визначенням є оригінальними й мають найбільший функціонал. Проте дилерські автосканери мають два суттєвих недоліки. Перший – обмеженість дії, тобто, не можна використовувати прилад для діагностики різних машин. Другий – дуже висока вартість. Саме з цієї причини вони не набули широкої популярності й використовуються, як правило, на сервісних центрах конкретних марок автомобілів та великих СТО, де діагностика коштує недешево. Портативні універсальні сканери – це більше професійні пристрої, які використовують, в тому числі, в автосервісах. Вони безпосередньо підключаються до ЕБУ, і зчитують звідти відповідну інформацію. Перевагою таких сканерів є їх висока функціональність. Зокрема, з їх допомогою можна не тільки виявити помилку, але й отримати додаткові діагностичні відомості про той чи інший автомобільний агрегат, що згодом дає можливість швидше і простіше усувати виниклі помилки та несправності. Недолік таких приладів лише один, і полягає він у високій вартості. 72 В результаті аналізу існуючих систем комп’ютерної діагностики технічного стану автомобілів визначено такі їх недоліки: − не врахування динамічного навантаження, що діє на основні вузли автомобілів; − відсутність прогнозу стану автомобілів через деякий час; − існуючі системи комп’ютерної діагностики автомобілів не спроможні на машинне навчання, тому сигналізують лише про вже існуючі проблеми в електричних або механічних елементах автомобілів. Відтак, усунути зазначені вище недоліки можливо за допомогою розробки клієнтського додатку комп’ютерної діагностики електронних систем автомобілів, який дозволить: − здійснювати моніторинг параметрів електронних систем автомобіля ставлячи у відповідність поточні вимірювання зі збереженою у базі даних інформацією щодо попередньої якісної оцінки; − аналізувати в динаміці навантаження, порівнюючи зі збереженою статистикою навантажень та наявним ресурсом автомобіля; − визначати технічний стан автомобіля з можливістю прогнозу термінів подальшого ремонту. Інтерфейс запропонованого клієнтського додатку має забезпечувати багатофункціональність, гнучкість та простоту для користувача. Важливим критерієм також є забезпечення універсальності додатку для використання користувачем незалежно від марки чи моделі автомобіля. Запропонована система діагностики повинна мати можливість корегування прогнозу термінів поточного ремонту завдяки побудові відповідної моделі, отриманню статистичних даних, врахуванню рішень експертів, для чого потрібно забезпечити моніторинг процесу діагностики зі створенням бази даних, контролем граничних даних параметрів, пошуку можливості покращення прогнозу та оптимізації процесу діагностики для надання більш достовірного кінцевого результату клієнту. Це дозволить визначати, яка саме система 73 транспортного засобу може вийти з ладу, часовий інтервал, коли це може статися та коли саме несправність буде критичною. Також важливо передбачити супровід запропонованого клієнтського додатку розробником, для чого забезпечити механізм звітування розробнику та менеджеру про продуктивність та коректність наданих даних системою діагностики автомобілів. Висновки 1. Проведена якісна оцінка засобів комп’ютерної діагностики електронних систем автомобілів, приведені якісні характеристики існуючих аналогів предмету дослідження та надано рекомендації по їх використанню. 2. Обґрунтовано необхідність розробки клієнтського додатку комп’ютерної діагностики електронних систем автомобілів. 74 РОЗДІЛ 4. ПРОЕКТУВАННЯ СИСТЕМИ КОМП’ЮТЕРНОЇ ДІАГНОСТИКИ ЕЛЕКТРОННИХ СИСТЕМ АВТОМОБІЛІВ 4.1. Розробка моделі функціонування клієнтського додатку комп’ютерної діагностики електронних систем автомобілів На рис. 4.1 представлена запропонована модель функціонування клієнтського додатку комп’ютерної діагностики електронних систем автомобілів. Розроблена модель функціонування клієнтського додатку комп’ютерної діагностики електронних систем автомобілів складається з основного модуля (Main Activity), що містить набір з п’яти основних процедур, які відповідають функціям процесу діагностування: 1. Процедура навігаційного меню (Navigation Menu): відповідає за навігаційне меню, яке дозволяє користувачеві переходити між різними функціональними частинами додатку. 2. Процедура автентифікації (Authentication Module): відповідає за сервіс авторизації та реєстрації користувачів. 3. Процедура діагностики (Diagnostics Module): містить відповідний інтерфейс та інструменти для виконання діагностування електронних систем автомобілів. 4. Процедура завантаження та обробки даних (Data Upload/Processing Module): відповідає за збір інформації про стан електронних систем автомобілів та аналіз результатів діагностування. 5. Процедура перегляду оброблених даних (Processed Data Viewer): служить для перегляду обробленої інформації, дозволяє користувачам вивчати результати діагностування електронних систем автомобілів та завантажених додаткових даних. 75 Основний модуль (Main Activity) Процедура навігаційного меню (Navigation Menu) Процедура автентифікації (Authentication Module) Процедура діагностики (Diagnostics Module) Процедура завантаження та обробки даних (Data Upload/Processing Module) Процедура перегляду оброблених даних (Processed Data Viewer) Рисунок 4.1 – Модель функціонування клієнтського додатку комп’ютерної діагностики електронних систем автомобілів З рис. 4.1. видно, що запропонована модель відображає загальну організацію та взаємозв’язок між процедурами клієнтського додатку комп’ютерної діагностики електронних систем автомобілів. Опис основних процедур та їх функціоналу: 1. Процедура навігаційного меню (Navigation Menu): забезпечує користувача можливістю переходити між різними функціональними частинами клієнтського додатку. Використовуються бібліотеки та компоненти для створення меню. 76 2. Процедура автентифікації (Authentication Module): включає функції для входу в систему, реєстрації нових користувачів та управління обліковим записом. Використовуються токени або сесії для забезпечення безпеки. 3. Процедура діагностики (Diagnostics Module): містить засоби для отримання, обробки та відображення даних про стан електронних систем автомобілів. Використовуються зовнішні API та бібліотеки для взаємодії з електронних систем автомобілів. 4. Процедура завантаження та обробки даних (Data Upload/Processing Module): здійснює взаємодію з автомобільними датчиками або іншими джерелами для отримання даних, обробляє отримані дані для подальшого використання з використанням відповідних алгоритмів обробки сигналів. 5. Процедура перегляду оброблених даних (Processed Data Viewer): відображає оброблені дані та результати діагностики за допомогою інтерфейсу користувача. Для візуалізації використовуються графіки, діаграми або таблиці даних. 4.2. Розробка алгоритму проведення комп’ютерної діагностики електронних систем автомобілів клієнтським додатком На рис. 4.2 наведено запропонований алгоритм проведення комп’ютерної діагностики електронних систем автомобілів клієнтським додатком. Поетапний алгоритм проведення комп’ютерної діагностики електронних систем автомобілів за допомогою запропонованого в роботі клієнтського додатку складається з таких кроків: 1. Старт (Start): користувач запускає клієнтський додаток. 2. Автентифікація (Authentication): користувач завдяки наявному обліковому запису входить в систему комп’ютерної діагностики або реєструє новий обліковий запис. 3. Вибір автомобіля (Choose/Add Vehicle): користувач обирає або додає потрібний автомобіль до системи комп’ютерної діагностики. 77 Старт (Start) Автентифікація (Authentication) Вибір автомобіля (Choose/Add Vehicle) Збір даних (Collect Data) Аналіз Даних (Data Analysis) Діагностика (Diagnostic) Генерація звіту (Generate Report) Відображення результатів (Display Results) Рекомендації та ремонт (Recommendations/Repair) Завершення (Finish) Рисунок 4.2 – Алгоритм проведення комп’ютерної діагностики електронних систем автомобілів 78 4. Збір даних (Collect Data): система комп’ютерної діагностики починає збирати дані про стан досліджуваного автомобіля, використовуючи датчики та інші джерела. 5. Аналіз Даних (Data Analysis): зібрані дані піддаються аналізу для виявлення можливих несправностей або аномалій. 6. Діагностика (Diagnostic): система комп’ютерної діагностики використовує алгоритми діагностування для визначення конкретних проблем або несправностей. 7. Генерація звіту (Generate Report): створюється звіт, де містяться результати діагностики та рекомендації для користувача. 8. Відображення результатів (Display Results): результати діагностики відображаються за допомогою інтерфейсу користувача. 9. Рекомендації та ремонт (Recommendations/Repair): система комп’ютерної діагностики надає рекомендації щодо того, як виправити виявлені несправності, а також дозволяє виконати планування термінів сервісного обслуговування або ремонту. 10. Завершення (Finish): користувач може завершити сеанс діагностики та вийти з клієнтського додатку. 4.3. Вибір технологій для розробки клієнтського додатку Android – відкрита операційна система, що працює на ядрі Linux та власною оболонкою від Google. Вибір даної операційної системи пов’язано з великою популярністю та значною кількістю пристроїв, які її використовують. Доступність платформи дозволяє швидко і без проблем розпочати створення клієнтського додатку. Також завдяки доволі простим умовам використання Play Market (додаток-магазин на Android). Після завершення розробки додатку розробник легко може опублікувати його у цьому магазині для всіх користувачів. 79 Для розробки клієнтського додатку вирішено використовувати середовище розробки додатків для Android − Microsoft Visual Studio з використанням мови C# та фреймворком Xamarin. Xamarin – це платформа, яка спрямована на розробку клієнтських додатків для ОС Android, IOS та Windows 10. Ця платформа має переваги перед іншими, оскільки дозволяє створювати додатки більш ніж для однієї платформи, тобто крос платформні. При розробці додатків для IOS та Android розробники зазвичай стикаються з деякими проблемами, а саме: − різні підходи до графічного інтерфейсу, що має вплив на подальшу розробку додатку. Розробник має підлаштовуватись під особливості вимог кожної з платформ; − різні API – різниця у програмних інтерфейсах, що вимагає від програміста забезпечення адаптації під кожну з платформ; − різні платформи для розробок. Наприклад, для розробки додатків для IOS потрібно використовувати Mac OS X та ряд певних інструментів, таких як XCode, а в якості мови програмування часто використовують SWIFT. Для Android також використовують різні інтегровані середовища розробки, такі як Eclipse, Android Studio та ін. Для створення додатків для Windows, як правило, використовують середовище Visual Studio з використання різноманітних мов програмування. Такий діапазон інструментів, середовищ та мов програмування не може позитивно відображатися на процесі розробки програм. Тому даний підхід потребує додаткових грошових інвестицій, часу та команди розробників. Кращим вибором при цьому може стати такий набір інструментів, що дозволить програмісту здійснювати розробку клієнтських додатків відразу для декількох платформ. Платформа Xamarin як раз і надає таку можливість розробки. Вона дозволяє зберігати єдину логіку програм з використанням C# та .Net для різних платформ. 80 4.4. Фреймворк Xamarin Основні переваги використання Xamarin: − в процесі розробки програми написання єдиного коду для всіх платформ; − наявність прямого доступу до нативних API кожної з платформ; − можливість використовувати мову C#, яка достатньо продуктивна та має не складний синтаксис для вивчення та використання; − Xamarin Forms підтримують платформи Android, IOS, Windows, а також є можливість бета розробки для платформи Mac OS. Під час розробки під кожну з платформ Xamarin здійснює розгалуження на декілька субплатформ, такі як: − Xamarin.Android – бібліотека для створення програм для Android; − Xamarin.IOS – бібліотека для створення програм для IOS. Дані субплатформи чинять значний вплив на розробку – з їх допомогою програми можуть зв’язуватись з інтерфейсом кожної з платформ під керуванням Android та IOS. Це відбувається наступним чином: за допомогою Xamarin.Android код, написаний мовою C#, компілюється в Intermediate Language, який пізніше при старті програми компілюється в нативну збірку. Додаток, написаний на Xamarin, запускається в середовищі Mono. Код напряму не може контактувати з Android API, для цього необхідно звернутися до функціональності імен Android, які надаються віртуальною машиною Android Runtime. Спеціальне середовище Managed Callable Wrappers (MCW) дозволяє направляти виклик коду в нативні виклики та звернення до функціонального набору імен Android. І навпаки, коли Android Runtime звертається до програмного коду Xamarin, то все відбувається через середовище Android Callable Wrappers (ACW). Звідси, завдяки цим платформам створимо два окремих додатки для Android та IOS, але завдяки особливостям фреймворку Xamarin матимемо 81 можливість написання крос платформних програм, тобто зі збереженням однакової логіки для кожної платформи. 4.5. Принцип роботи Android ОС та Android-додатків Під час розробки додатків для Android найчастіше використовують мови програмування Java та C#. Завершений та скомпільований код (разом з усіма допоміжними компонентами) заносять у спеціальний файл Android package з розширенням .apk. Він у подальшому використовується для поширення та інсталяції клієнтського додатку на Android-пристрої. За замовчуванням, кожен Android-додаток ізольований один від одного, тобто для кожної програми Linux. Також саме ядро визначає об’єм пам’яті, яку потрібно надати додатку. Отже, зазвичай програмний код клієнтського додатку запускається та виконується окремо від інших процесів і так само завершується, коли він більше не потрібен, щоб звільнити ресурси пристрою для інших цілей. Система налаштована так, що кожній програмі надається певний ID користувача. Завдяки цьому, доступ до файлів цієї програми надається лише цьому користувачу та певній програмі. Проте іноді ID може розділитися між двома додатками для того, щоб відразу дві програми здійснювали обмін даними або бачили файли один одного. Для оптимізації ресурсів наявна можливість запуску двох додатків з однаковими ID в одному Linux-процесі. 4.6. Розробка інтерфейсу клієнтської частини додатку Завдяки фреймворку Xamarin та середовищу Mono розроблено клієнтський Android-додаток “CR”. Для початку потрібно сказати про. На головній сторінці клієнтського додатку можна побачити декілька кнопок: − меню навігації; − можливість авторизації та реєстрування; − діагностування; − завантаження даних про автомобіль/діагностику; − перегляд обробленої інформації. 82 Початкове вікно клієнтської частини запропонованого додатку має зовнішній вигляд показаний на рис. 4.3. Перш за все, потрібно пройти процес авторизації/реєстрації облікового запису в програмі. Цей етап є обов’язковим за декількома причинами: − потрібно впевнитись, що додатком користується реальна людина, а не бот або людина зі поганими намірами; − потреба комунікації з користувачами додатку, для отримання контактної інформації (номер телефону, e-mail користувача). Тому створено просту сторінку з можливістю реєстрації або авторизації облікового запису користувача в клієнтському додатку. Рисунок 4.3 – Початкова сторінка додатку Крім цього, передбачено можливість відновлення паролю у випадку, коли користувач не може згадати його. Є можливість авторизації через сторонні сервіси, такі як Facebook, Twitter, Gmail та ін. Така авторизація є дуже комфортною для користувача, оскільки немає необхідності щоразу вводити власні дані, й легко дістатись меню програми лише в один клік. Сторінка авторизації має зовнішній вигляд зображений на рис. 4.4. 83 Так як основна інформація та функціонал додатку знаходиться на початковій сторінці, спливаюча сторінка меню (рис. 4.5) слугує в якості додаткової інформаційної сторінки. Вона містить інформацію про компанію та прилад, форму зворотного зв’язку з клієнтом та можливість повідомлення про помилки тощо. Рисунок 4.4 − Сторінка авторизації Рисунок 4.5 − Спливаюча сторінка меню 84 При розробці дизайну головним критерієм була простота, тому основний функціонал розміщено відразу на головній сторінці та великих кнопках. Оскільки складний інтерфейс викликає багато проблем, деякі користувачі плутаються, що викликає в них негативні емоції. Для початку процесу діагностики автомобіля необхідно натиснути кнопку “Діагностика” (рис. 4.3), після чого розпочнеться процес сканування. Простотою інтерфейсу відрізняється не лише початкова сторінка, а й сторінка аналізу стану автомобіля (рис. 4.3 та 4.6). На кожному етапі сторінка включає підказки користувачу з метою зменшення ймовірності помилок або плутанини. На рис. 4.6 продемонстровано випадок, коли користувач не підключив модуль до роз’єму OBD2 або модуль/роз’єм виявився несправним. В цьому разі програма намагатиметься допомогти користувачу завдяки підказкам, а у разі виникнення питань, є можливість отримати роз’яснення шляхом натиснення кнопки “Допомога” для пошуку відповіді на питання користувача або для комунікації з службою підтримки. Рисунок 4.6 − Сторінка відображення помилки діагностики автомобіля Якщо підключення модуля успішне, то процес діагностики розпочнеться, а користувач зможе побачити відповідну сторінку з підказками (рис. 4.7). 85 Рисунок 4.7 − Сторінка процесу діагностики автомобіля Як правило, у користувача необхідність підключення смартфону або планшету до діагностичного пристрою виявляється не завжди. Якщо перед цим відповідний пристрій або смартфон були підключені, то, вірогідніше за все, у користувача буде змога завантажити дані на сервер. Наприклад, день назад користувач брав цей пристрій в поїздку та підключав його до власного смартфону, а зранку виникла деяка проблема й смартфон не підключається до обладнання. В такій ситуації, за день, може не відбутися жодних суттєвих змін й користувач матиме змогу завантажити попередню інформацію на сервер для аналізу даних (рис. 4.8). Якщо з’єднання пристрою та смартфон пройшло успішно, додаток спочатку проведе діагностику електронних систем автомобіля, після чого відправить отримані дані на сервер. Для завантаження інформації про стан автомобіля варто натиснути кнопку “Завантажити” на початковій сторінці додатку та керуватись підказками на екрані. Таким же чином, як і на сторінці помилок діагностики (рис. 4.6), наявна кнопка “Допомога”, тому при виникненні проблем користувач може легко звернутися до розробника й отримати помічь. 86 Рисунок 4.8 − Сторінка завантаження інформації на сервер Після проведення процесу діагностики автомобіля і завантаження даних на сервер, за наявності достатньої кількості попередньої інформації про стан транспортного засобу, запропонована система діагностування надсилатиме множину цих даних до клієнтського додатку. Користувач буде мати змогу побачити інформацію щодо результатів діагностики автомобіля та прогнозування можливого критичного стану відповідних електронних систем транспортного засобу (рис. 4.9) завдяки натисканню кнопки “Сервіс” на початковій сторінці додатку (рис. 4.3). Після переходу користувачу відкриється список, де кожен елемент відноситься до деяких електронних систем агрегатів транспортного засобу. Варто зазначити, що на початку експлуатації клієнтського додатку точне прогнозування буде неможливе, так як у базі даних не буде інформації щодо нового автомобілю та його поточного стану. Це також стосується власників рідкісних марок транспортних засобів чи взагалі саморобних автомобілів. Проте це не означає, що користування програмою не матиме сенсу. Навіть у такій ситуації система діагностування аналізуватиме поточний стан, але з певними примітками, що дані можуть бути неточними. 87 Рисунок 4.9 − Сторінка списку станів агрегатів 4.7. Розробка серверної частини клієнтського додатку Після аналізу клієнтської частини та визначення необхідного функціоналу, потрібно перейти до проєктування серверної частини. Для цього потрібно забезпечити структуру маппінгу або систему маршрутизації запитів за допомогою класу HomeControler у структурі MVC Core мови C#. За допомогою даної системи всі контролери клієнтського додатку матимуть можливість обміну інформацією між собою й отримуватимуть інформацію із бази даних. Перш за все варто виділити основний модуль, з якого буде починатись розробка і від якого можна відштовхуватись в подальшому. Так як головним функціоналом клієнтського додатку є надсилання та отримання інформації з сервера, тому розробку серверної частини варто розпочати з організації відповідної бази даних. Для цього необхідно визначити основні об’єкти, які використовуватимуться у клієнтській частині запропонованого додатку для відображення або надсилання даних. Також за допомогою фреймворку MVC Core є змога легко створити механізм CRUD (Create Read Update Delete) доступу до даних. 88 Після налаштування бази даних статистики, необхідно створити набір контролерів, які виконуватимуть певні дії із даними й здійснюватимуть маршрутизацію. Також потрібен окремий контролер для реалізації процесу маршрутизації між контролерами. В залежності від типу операцій використовуватиметься конкретний контролер. Такий підхід до проєктування дозволить підвищити гнучкість системи діагностики автомобілів та створить можливості для майбутньої модифікації запропонованого клієнтського додатку, без особливих змін. Контролери отримуватимуть деяку інформацію від клієнта, виконуватимуть її обробку та надсилання її на сервер, таким же чином і навпаки здійснюватиметься передача даних від сервера до клієнта. Тобто контролер виконуватиме функцію розмежування між клієнтом та сервером, що дозволить забезпечити надійність системи діагностування автомобілів. Зазначимо послідовність розробки відповідних модулів запропонованої системи діагностики електронних систем автомобіля: − база даних; − контролери обробки даних; − контролер маршрутизації. 4.8. Побудова контролерів клієнтського додатку Визначальним елементом у структурі ASP.NET Core MVC значиться контролер. При отриманні запиту програма за допомогою маршрутизації направляє інформацію до контролера, де відбувається обробка даних за допомогою визначеного методу. Після обробки контролер повертає інформацію для подальшої маршрутизації. Визначити контролер можна як звичайний клас C# з певним набором методів. Кожен із контролерів наслідується від базового абстрактного класу Microsoft.AspNetCore.Mvc.Controller. Також у кожному проєкті наявний клас HomeController − це клас, що є базовим контролером проєкту (рис. 4.10). 89 Рисунок 4.10 − HomeController – базовий контролер системи В контролері представлений конструктор, який за допомогою механізму Dependency Injection (DI) надає змогу логування дій через сервіс ILogger<>. Також контролер включає три методи: Index, Privacy та Error. Dependency Injection – механізм, за допомогою якого об’єкти у програмі стають малопов’язними, тобто зв’язаними через абстракції або інтерфейси, завдяки чому проєкт стає більш адаптивним до змін чи розширень. Існує декілька умовностей при створені контролерів. Всі контролери повинні бути розташовані у каталозі Controller (рис. 4.11). В кінці назви контролеру обов’язково має бути в наявності суфікс “Controller”, а все інше вважатиметься назвою, як у випадку з HomeController. Але це лише умовності, тобто так прийнято робити, але не є обов’язковим правилом. Рисунок 4.11 − Каталог контролерів Розглянемо детальніше один із контролерів програми під назвою FastErrorController, який був створений для обробки даних про помилки електронних систем автомобіля. 90 Всі запити в даному контролері асинхронні. Такий метод обробки даних обрано, так як під час обробки даних для прогнозу система діагностики автомобіля запитуватиме значну кількість інформації, а запропонований клієнтський додаток має працювати стабільно. Тому, поки інші процеси через основний потік будуть працювати, запити до бази даних будуть паралельно виконуватись через модифікатори Async та Await (рис. 4.12). Також в наявності об’єкт “Task<ActionResult>”, що представляє собою асинхронну операцію, яка виконується за певний проміжок часу. Рисунок 4.12 − Асинхронний Get запит до бази даних для отримання інформації Як видно з рис. 4.12, даний запит використовує Get запит до бази даних, тобто зчитування інформації. Окрім цього запиту, у контролері реалізовані й інші запити, а саме: Create (створення), Update (оновлення), Delete (видалення). Операція Create у запропонованому додатку реалізована через Post запит, також асинхронно, як і попередня операція (рис. 4.13). Рисунок 4.13 − Post запит для створення та запису інформації до бази даних 91 Операції Update та Delete також використовуються в проєкті. Операція Update (рис. 4.14) реалізована за допомогою Put запиту та містить метод, який перевіряє наявність необхідних даних для оновлення, у іншому випадку − отримаємо помилку. Рисунок 4.14 − Put запит до бази даних для оновлення існуючої інформації Далі залишається реалізація Delete запиту, що може видаляти інформацію з бази даний (рис. 4.15). Рисунок 4.15 − Delete запит для видалення інформації із бази даних 92 За допомогою методу _context.FastError.Remove() генерується SQL-запит для видалення інформації із бази даних, а вже після завдяки методу _context.SaveChangesAsync() запит відправляється на сервер, після чого об’єкт видаляється. Висновки 1. Розроблено модель функціонування клієнтського додатку комп’ютерної діагностики електронних систем автомобілів, що дозволить забезпечити технічну та екологічну надійність автомобіля завдяки своєчасному уточненню виявлених у процесі експлуатації відмов і несправностей транспортного засобу для підвищення безпеки руху й охорони навколишнього середовища. 2. Запропоновано алгоритм проведення комп’ютерної діагностики електронних систем автомобілів клієнтським додатком, що дозволить адекватно оцінити функціональний стан та роботу окремих вузлів та деталей, ефективно виміряти ключові параметри транспортного засобу. 3. Розроблено інтерфейс клієнтського додатку комп’ютерної діагностики електронних систем автомобілів, що наддасть змогу детальної розшифровки кодів та дозволить протягом найкоротших строків ефективно і якісно визначити всі основні несправності транспортного засобу й, відтак, виконати їх подальший ремонт. 93 ВИСНОВКИ В кваліфікаційній роботі магістра вирішена науково-технічна задача підвищення ефективності засобів комп’ютерної діагностики електронних систем автомобілів за рахунок: систематизації інформації про сучасні тенденції розвитку електронних блоків управління автомобілів у світі, визначенню основних принципів їх роботи; аналізу сучасних методів та засобів діагностики автомобілів; проведенню якісної оцінки засобів комп’ютерної діагностики електронних систем автомобілів з наданням рекомендацій по використанню тих чи інших засобів в конкретній ситуації; розробки моделі функціонування клієнтського додатку комп’ютерної діагностики електронних систем автомобілів; розробці алгоритму проведення комп’ютерної діагностики електронних систем автомобілів та побудові інтерфейсу клієнтського додатку комп’ютерної діагностики автомобілів. Це дозволить забезпечити технічну та екологічну надійність транспортного засобу завдяки своєчасному уточненню виявлених у процесі експлуатації відмов і несправностей автомобіля для підвищення безпеки руху й охорони навколишнього середовища. У результаті виконання досліджень отримано наступні наукові і практичні результати: − систематизована інформація про сучасні тенденції розвитку електронних блоків управління автомобілів у світі, визначені основні принципи їх роботи; − систематизована інформація про сучасні методи та засоби діагностики автомобілів, визначено переваги і недоліки їх застосування; − проведена якісна оцінка засобів комп’ютерної діагностики електронних систем автомобілів, приведені якісні характеристики існуючих аналогів предмету дослідження та надано рекомендації по їх використанню; − розроблено модель функціонування клієнтського додатку комп’ютерної діагностики електронних систем автомобілів, що дозволить 94 забезпечити технічну та екологічну надійність автомобіля завдяки своєчасному уточненню виявлених у процесі експлуатації відмов і несправностей транспортного засобу для підвищення безпеки руху й охорони навколишнього середовища; − запропоновано алгоритм проведення комп’ютерної діагностики електронних систем автомобілів клієнтським додатком, що дозволить адекватно оцінити функціональний стан та роботу окремих вузлів та деталей, ефективно виміряти ключові параметри транспортного засобу. − розроблено інтерфейс клієнтського додатку комп’ютерної діагностики електронних систем автомобілів, що наддасть змогу детальної розшифровки кодів та дозволить протягом найкоротших строків ефективно і якісно визначити всі основні несправності транспортного засобу й, відтак, виконати їх подальший ремонт. Комп’ютерна діагностика дає змогу адекватно оцінити функціональний стан та роботу окремих вузлів та деталей, ефективно виміряти ключові параметри транспортного засобу. Надійне програмне забезпечення та комп’ютерне обладнання допомагає зчитувати та виявляти зміни і помилки в роботі трансмісії, виявляти найменші похибки у функціонуванні системи керування двигуном, проблеми в системі гальмування та панелі приладів, а також фіксувати всі помилки в роботі інших автомобільних модулів і блоків. Сучасні засоби комп’ютерної діагностики електронних систем автомобілів за рахунок точного визначення конкретних відмов та несправностей дозволяють своєчасно усувати виявленні негаразди, заощаджуючи час на їх пошук, чим забезпечують високу технічну та екологічну надійність транспортних засобів, підвищують безпеку руху й охорону навколишнього середовища. 95 СПИСОК ВИКОРИСТАНИХ ДЖЕРЕЛ 1. Польшакова Н. В. Комп’ютерні технології діагностики автомобіля / Н. В. Польшакова, С. С. Доманов // Молодий учений. 2015. № 1 (81). С. 40–43. 2. Клименко Л. П. Елементи електронних систем керування автомобільними двигунами : навч. посіб. / Л. П. Клименко, О. Ф. Прищепов, В. І. Андрєєв, В. Ю. Голдун. Миколаїв : Вид-во ЧДУ ім. Петра Могили, 2013. 132 с. 3. Конспект лекцій з дисципліни «Комп’ютерна діагностика» для студентів освітньо-кваліфікаційного рівня «бакалавр» напряму підготовки 6.070106 «Автомобільний транспорт» усіх форм навчання / Укл.: М. Г. Левкович, П. В. Босюк, В. О. Тесля. Тернопіль : Тернопільський національний технічний університет ім. Івана Пулюя, 2016. 70 c. 4. Automotive Electronic Control Unit (ECU) Market – Growth, Trends, Covid-19 Impact, and Forecasts (2022-2027) [Електронний ресурс]. – Режим доступу : https://www.mordorintelligence.com/industry-reports/automotive- electronic-control-unit-market 5. Electronic Control Unit – A Simple Introduction (2021) [Електронний ресурс]. Режим доступу : https://autotechdrive.com/electronic-control-unit/ 6. Електронні системи автомобілів: навч. посіб. /О. С. Ширшиков, В. В. Лянденбурський, Г. І. Шаронов, А. М. Білоковильський. 2014. 232 с. 7. Глущенко О.О. Електронні системи автомобілів та тракторів : навч. посіб. 2019. 401 с. 8. Основи технічної діагностики колісних транспортних засобів : навч. посіб. / В. В. Біліченко, В. Л. Крещенецький, Ю. Ю. Кукурудзяк, С. В. Цимбал. Вінниця : ВНТУ, 2012. 118 с. 9. Епіфанов Л. І. Технічне обслуговування і ремонт автомобілів. К. : Вища школа, 2001. 278 с. 10. Основи діагностики автомобіля : навч.-методич. посіб. до практич. та самост. робіт студ. ВНЗ України / Укл. : В. С. Люлька, М. М. Коньок, 96 Ю. Є. Перинський, О. М. Клімов. Чернігів : ЧНПУ ім. Т. Г. Шевченка, 2013. 188 с. 11. Електрообладнання автомобілів [Електронний ресурс]. Режим доступу : https://studfile.net/preview/10028105/ 12. Електричне та електронне обладнання автомобілів: навч. посіб. (Част. І) / Ю. І. Пиндус, Р. Р. Заверуха. Тернопіль : ТНТУ, 2016. 145 с. 13. Автомобільний довідник BOSCH / Перек. з англ. Г. С. Дугіна та ін. ; 1- е вид. К. : За кермом, 2002. 895 с. 14. Автомеханіка. Діагностичне обладнання [Електронний ресурс]. Режим доступу : https://www.autom.com.ua/ua/articles/article4429 15. OBD2 Standard Car Engine Diagnostic Software Development [Електронний ресурс]. Режим доступу : https://ieeexplore.ieee.org/document/7062704/ 16. Мигаль В. Д. Основи технічної діагностики автомобілів : навч. посіб. ; 2-е вид., перер. и доп. X. : Майдан, 2016. 372 с. 17. Олійников С. О., Уткіна Т. Ю. Засоби комп’ютерної діагностики електронних систем автомобілів [Електронний ресурс] / [упоряд. : Батраченко О. В., Бєляєва С. С., Захарова О. В. та ін.]. Студентська науково- практична конференція ЧДТУ : зб. тез доповідей, 19–22 квітня 2022 р. М-во освіти і науки України, Черкас. держ. технол. ун-т. Черкаси : ЧДТУ, 2022. С. 56–57. 18. Олійников С. О., Уткіна Т. Ю. Дослідження засобів комп’ютерної діагностики електронних систем автомобілів [Електронний ресурс] / [упоряд. : Єгорова О. В., Захарова О. В., Кисельов В. Б. та ін.]. Студентська науково- практична конференція ЧДТУ : зб. тез доповідей, 18–20 квітня 2023 р. М-во освіти і науки України, Черкас. держ. технол. ун-т. Черкаси : ЧДТУ, 2023. С. 22-23.