Для создания современного, конкурентоспособного автомобиля, требуется программное обеспечение, которое в точности спроектирует продукт, испытает и укажет на возможные недостатки при эксплуатации. И все это в виртуальным мире, еще до схода продукта с конвейера.
Лидером в разработке программ для проектирования автомобилей является компания Dassault Systemes.
Корпорации принадлежит 11 брендов программного обеспечения, которые продаются в Азии, Америке и Европе. Эти продукты включают 3-D моделирование, создание производственных симуляторов, программы, изучающие динамику жидкостей и многое другое. Корпорация предлагает программное обеспечение не только для автопроизводителей, но и для геологов и горняков. Популярные продукты компании — это система автоматизированного проектирования - CATIA, САПР (системы автоматизированного проектирования) и программный комплекс для автоматизации работ промышленного предприятия на этапах конструкторской и технологической подготовки производства -SOLIDWORKS.
В механических САПР (системы автоматизированного проектирования) компания первая на рынке. 14 из 16 автопроизводителей используют CATIA. Примечательно, что первым клиентом, производящим автомобили у Dassault Systemes была компания Honda, еще в начале 1980-х годов. До этого Dassault Systemes имели дело только с аэрокосмической промышленностью.
Методы разработки и производства автомобилей кардинально изменились за последние 20 лет. До появления мощных компьютеров и 3-D САПР в 1970 году легионы рисовальщиков в отутюженных брюках и с тощими галстуками давили на карандаши и перемалывали тонны информации. Логарифмические линейки и рейсшины доминировали в процессе, что замедляло работу и увеличивало стоимость автомобиля.
В те дни нужно было "вживую" испытать каждый компонент транспортного средства. С приходом 3-D моделирования и 3-D симуляторов делать это начали виртуально.
Для примера возьмем краш - тесты. Производство одной «живой» модели для одного краш-теста обойдется производителю в 25 тысяч долларов США. Затраты возрастают с каждым новым шагом в дизайне. Сделайте поправки на неудачные испытания и переработку некоторых параметров машины, на появление с каждым годом новых видов краш-тесов, наподобие « », и поймете, почему разорились некоторые автоконцерны. Снизить затраты помогают компьютеры и специальное программное обеспечение, которое прогнозирует поведение автомобиля, участвующего в краш-тесте, еще до посадки туда несчастных кукол.
Также помогают базы данных, хранящие в себе информацию по проектам прошлых лет, все успехи и неудачи команды разработчиков. Инженеру больше не требуется перечитывать уйму литературы и отчетов. Все хранится в одной базе в форме практичных таблиц и конспектов.
Последние разработки компании Dassault Syatemes
Компания Dassault Syatemes, в этом году, разработала программу Target Zero Defects, которая помогает автопроизводителям и компаниям-поставщикам воспрепятствовать попаданию потенциально дефектного компонента в собираемое транспортное средство до запуска на линию сборки.
Инженер закладывает в программу параметры нового транспортного средства и Target Zero Defects виртуально тестирует работу электрических и механических систем автомобиля, выявляя сбои и причины сбоев. В результате, когда автолюбитель включит дворники в транспортном средстве, сработают дворники, а не клаксон или фары.
Постоянная конкурентная борьба автоконцернов увеличивает вероятность ошибки при проектировании и производстве автомобиля. Теперь с подобными проблемами будет бороться новое программное обеспечение Target Zero Defects от компании Dassault Systeme.
На Женевском автосалоне, прошедшем буквально несколько недель назад, компания Apple официально заявила о запуске продукта CarPlay. Как стало известно, многие производители автомобилей уже купили права на данное программное обеспечение. Это означает, что, возможно, уже через несколько месяцев, обрутившись в любой салон, где ведется продажа иномарок в Москве, можно будет приобрести новый автомобиль с установленным CarPlay.
Что же принципиально нового содержится в ПО от Apple? На первый взгляд, это всего лишь компьютерная программа, которая обеспечивает интерфейс автомобильных новинок. Список возможностей: развлекательные функции, карты, обмен сообщениями, голосовое управление. И почему вообще производители автомобилей стали активно участвовать в разработке программного обеспечения?
Вероятнее всего, в предыдущие годы автомобильные компании осознали, что их традиционный подход к автоэлектронике в современном мире обречен. Когда все развлечения в автомобиле включали лишь радио и проигрыватель компакт-дисков, автомобильные компании чувствовали себя в пределах своей зоны комфорта. Но как только у водителей появились новые потребности, в ответ на которые приборные панели стали оснащаться программным обеспечением, автомобильные компании поняли, что они не способны создать интересный для потребителя продукт самостоятельно. Ведь до сих пор навигационные и развлекательные системы, установленные стандартно в автомобилях, остаются намного менее функциональными, чем приложения, доступные для смартфонов и планшетов.
Однако теперь времена меняются и автомобильное ПО просто должно стать сложнее и удобнее, в нем должны появиться такие функции как возможность хранения музыкальных файлов, возможность прослушивания радиостанций онлайн, навигация, напоминания, адресная книга, подключение к социальным сетям и многое другое. Однако это должно быть не устройство, автономно встроенное в автомобиль, а система, помогающая использовать имеющийся у нас девайс (планшет или смартфон) для управления развлекательными функциями автомобиля. Так вот именно такую функцию и будет выполнять CarPlay.
Вероятно, в США это изобретение вызовет всплеск спроса на новые автомобили, оснащенные новой функцией. А также все больше пользователей смартфонов будут производить обмен старого авто на новый, уже содержащий новейшее программное обеспечение.
Об авторе: Андрей Страшко
Другие новости
09.04.2010 Юрген Мессингер
Когда вы купите свой следующий автомобиль, в нем окажется уже 100 млн строк кода, и, наверное, вам стоит задуматься о трудностях, связанных с созданием таких бортовых программных систем, и о новых возможностях, которые они открывают в автомобильной отрасли.
Первые электронные системы появились в автомобилях еще в 60-х годах, и благодаря этому отрасль серьезно изменилась – сегодня электроника, и особенно программное обеспечение, являются основными источниками инноваций. Программное обеспечение повышает надежность с помощью систем активной и пассивной безопасности, таких как антиблокировочная тормозная система и электронная система курсовой устойчивости (ESC). Кроме того, сегодня происходит постепенная интеграция бытовой электроники в автомобили.
Программное обеспечение для автомобилей очень надежно – уровень отказов составляет не более одного сбоя на миллион операций в год. Большинство людей даже не представляют, насколько много автомобильных функций управляются сегодня программно, тем не менее вряд ли вам приходилось когда-нибудь слышать о голубом экране в автомобиле, хотя для ПК это обычное дело.
Сейчас каждый автомобиль имеет несколько электронных блоков управления (electronic control unit, ECU), связанных между собой внутримашинной сетью. Эти блоки взаимодействуют через стандартные шинные архитектуры, такие как сеть контроллеров (controller area network, CAN), сеть передачи данных мультимедийных систем (media-oriented systems transport, MOST), FlexRay и локальный интерконнект (local interconnect network, LIN). В сравнении с Ethernet, широко используемым для связи ПК, перечисленные шины работают медленнее – в автомобилях объем пересылаемой информации невелик, но ее необходимо обработать за несколько миллисекунд. Увеличение числа связываемых ECU приводит к необходимости создания более сложных структур внутримашинных сетей, требующих особой электрической и электронной архитектуры. Основные отличия между автомобильным программным обеспечением и другими видами ПО:
- надежность: автомобильные программ-ные системы должны работать исключительно надежно в сложной сети ECU в течение всего срока эксплуатации автомобиля;
- функциональная безопасность: такие функции, как антиблокировочная тормозная система и ESC, требуют безотказной работы, что определяет высокие требования к процессам разработки программного обеспечения и к самим программам;
- работа в режиме реального времени: быстрая реакция (от микросекунд до миллисекунд) на внешние события требует оптимизированных операционных систем и особой программной архитектуры;
- минимальное потребление ресурсов: любое дополнение вычислительных ресурсов или памяти увеличивает стоимость продуктов, что при миллионных тиражах выливается в немалые деньги;
- надежная архитектура: автомобильное программное обеспечение должно выдерживать искажение сигналов и поддерживать электромагнитную совместимость;
- электронно-механическое управление замкнутого цикла .
При этом надо учесть, что перезагрузка во время работы для большинства ECU недопустима.
Процессы и технология
Если в первые годы появления автомобильного ПО его мог контролировать один разработчик, то теперь это уже невозможно.
В 70-х годах разработчики программного обеспечения для автомобилей начали использовать ассемблер, а Си стал основным языком в 90-х годах. На протяжении последнего десятилетия компания Robert Bosch и другие поставщики автомобильных компонентов стали разрабатывать программное обеспечение на базе моделей, используя ASCET (усовершенствованный инженерный инструментарий моделирования и управления) и Mathlab/Simulink.
Шинные системы, такие как CAN, серьезно усложняют программное обеспечение, поскольку допускают взаимодействия между программами различных ECU. В автомобилях класса люкс сложная сеть связывает сейчас до 80 ECU, в совокупности имеющих до 100 млн строк кода. Поскольку программное обеспечение становится все сложнее, возникает необходимость совершенствовать методы инжиниринга, соответственно в отрасли сегодня предлагаются параллельные организационные и технические процессы для разработки ПО. Компания Bosch давно применяет разработку на базе процессов инжиниринга и управления, соответствующих CMMI уровня 3, а ее инженерное подразделение в Индии уже добилось уровня 5.
Разработка на базе процессов и архитектуры является также необходимым условием эффективного аутсорсинга – компания Bosch стала отдавать на сторону некоторые разработки еще в начале 90-х годов. Сегодня работа над ПО ведется несколькими географически распределенными подразделениями, что оказалось весьма полезным для бизнеса, например, сейчас в филиале, находящемся в Индии, работает свыше 6 тыс. инженеров.
Управление двигателем
Задача сокращения расхода топлива и выбросов вредных веществ стимулирует деятельность по усовершенствованию трансмиссии, например выполнение требований международного законодательства по выбросам вредных веществ требует соблюдения гарантированного времени впрыска топлива и зажигания. Кроме того, частота впрысков значительно выросла – современные дизельные системы могут впрыскивать капли топлива меньше булавочной головки до семи раз за такт, что составляет 420 раз в секунду для четырехцилиндрового двигателя, вращающегося со скоростью 1800 оборотов в минуту. Это требует очень совершенных алгоритмов управления и программных функций для минимизации отклонений.
Необходимость сокращения выбросов CO2 привела к многообразию технологий обеспечения движения – в дополнение к традиционным двигателям внутреннего сгорания со временем существенная доля рынка будет принадлежать гибридным системам и электрическим двигателям. Возрастет также потребление альтернативного топлива, и программное обеспечение будет ключом к реализации этих технологий.
Модуль управления двигателем – основа управления трансмиссиями легковых автомобилей. Современные модули содержат свыше 2 Мбайт встроенной флэш-памяти, работают с тактовой частотой до 160 МГц, выполняя программы объемом до 300 тыс. строк кода.
Поставщики автомобильных систем часто продают больше продукции, чем каждый отдельный автопроизводитель. В 2008 году одна из крупнейших автомобилестроительных компаний продала около 9 млн автомобилей при общемировом объеме производства в 65 млн, в то время как объемы продаж поставщиков программных систем гораздо выше. Благодаря этому у поставщиков систем больше возможностей для того, чтобы добиться экономии за счет массового производства, требуемой для крупномасштабной программной разработки.
Стандартизация
Как правило, программные системы для автомобилей разрабатывают с учетом специфики конкретного ECU – программное обеспечение тесно связано с соответствующим оборудованием. Учитывая, что число автомобильных ECU растет, все большую важность приобретают повторное использование программного обеспечения, а для этого необходима стандартизация.
В 2003 году ведущие автопроизводители и поставщики создали сообщество Automotive Open System Architecture (Autosar, www.autosar.org) с целью разработки единого глобального стандарта и соответствующих технологий. Сегодня в Autosar входят свыше 150 компаний, и в рамках этого партнерства разрабатывается архитектура ECU, базовое программное обеспечение, методология и стандартизованные интерфейсы для прикладного программного обеспечения. Партнерство способствует разработке независимых от оборудования компонентов, позволяя автопроизводителям и поставщикам обмениваться программным обеспечением и повторно использовать его на различных ECU.
Архитектура Autosar ECU имеет несколько уровней абстракции, отделяющих ПО от аппаратного обеспечения (см. рисунок). На верхнем уровне расположено прикладное программное обеспечение, реализующее все прикладные функции. Далее идет базовое программное обеспечение, обеспечивающее необходимую абстракцию от аппаратного обеспечения, по аналогии с операционной системой для ПК. Среда исполнения в реальном времени (Autosar Runtime Environment, RTE) обеспечивает все взаимодействия как внутри ECU, так и между ними. Методология Autosar включает в себя шаблоны и форматы обмена, используемые для описания, конфигурации и генерации инфраструктуры.
Сегодня на долю электроники приходится около 80% функциональных инноваций автомобильной отрасли, и программное обеспечение – это ключ к большинству из них. По мере того как ПО становится все более существенной частью стоимости оборудования, в бизнес-моделях начинают учитывать необходимость повторного использования и обмена программным обеспечением.
Высокоскоростные шины, такие как Ethernet, все шире используются сегодня в автомобилестроении для поддержки взаимодействия между ECU и разработки новых функций, особенно в области безопасности. Информация из различных источников анализируется и консолидируется для формирования полной модели среды, позволяя разрабатывать новые функции, поддерживающие водителя в критических ситуациях. Например, если внимание водителя отвлекает пассажир, то приложение может определить, что едущий впереди автомобиль тормозит, и предупредить об этом водителя либо же автономно включить торможение. Водитель никогда не догадается о существовании такого программного обеспечения, пока не возникнет опасная ситуация.
В автомобилестроении сегодня назрела очередная программная революция – все шире начинают применяться средства мультимедиа и бытовой электроники. Автомобили будут подключаться к Интернету и ко всем видам мобильных и установленных дома устройств, причем неуклонно будет расти доля решений на базе свободного ПО.
В конструкциях автомобилей все более широкое применение находят электронные системы управления. Проведение диагностирования современного автомобиля без использования средств для анализа работы электронных систем управления может дать недостаточно полную информацию о его техническом состоянии.
Диагностические средства для определения технического состояния электронных систем управления можно подразделить на три категории:
- стационарные (стендовые) диагностические системы
- бортовое диагностическое программное обеспечение, которое позволяет индицировать неисправности соответствующими кодами
- бортовое диагностическое программное обеспечение, для доступа к которому требуется специальное дополнительное считывающее устройство
Стендовые диагностические системы
Эти системы не подключаются к бортовым электронным блокам управления и, таким образом, не зависят от бортовой диагностической системы автомобиля. Они обычно диагностируют отдельные механизмы двигателя и системы зажигания, поэтому их часто называют мотор-тестерами. Основными элементами мотор-тестера являются датчики, а также блок обработки и индикации результатов измерений воспринимаемых сигналов. Датчики и регистрирующие приборы соединены с кабелями с помощью штекеров и зажимов.
Рис. Мотор-тестер
Мотор-тестеры выполняются на базе компьютеров, имеют клавиатуру, дисплей, дисководы, привод CD-ROM. В комплект обычно входит набор соединительных проводов и кабелей, стробоскоп, а в отдельных случаях - и газоанализатор отработавших газов. Информация вводится в компьютер с помощью соответствующего анализатора, в котором размещены аналогово-цифровые преобразователи, компараторы, усилители и другие устройства предварительной обработки сигналов. Анализатор подключается к необходимым элементам на автомобиле с помощью комплекта кабелей, который представляет собой набор проводов, подключаемых к отрицательной, положительной клеммам аккумулятора и катушке зажигания, провода высокого напряжения к катушке зажигания и к свече первого цилиндра, а кроме того, бесконтактный датчик тока на шине зарядки аккумулятора, датчик температуры масла в двигателе (вставляется вместо щупа), датчик разрежения во впускном коллекторе и т.п.
Основная часть мотор-тестера - осциллоскоп, на экране которого появляются различные осциллограммы, отражающие режим работы и техническое состояние проверяемых деталей и приборов системы зажигания. Оценка сигнала, появляющегося на экране осциллоскопа, основывается на анализе изменений (при наличии неисправностей) характера электрических процессов, протекающих в цепях низкого и высокого напряжения. По отдельным частям изображения можно судить также о работе некоторых элементов систем питания и зажигания, а характер изменения позволяет выявлять причины неисправностей.
Компьютер мотор-тестера обрабатывает информацию, полученную от двигателя, и представляет результаты на дисплее или в виде распечатки на принтере. С мотор-тестером может поставляться комплект лазерных компакт-дисков с технической информацией о различных моделях автомобилей, а также с инструкциями оператору о порядке подключения мотор-тестера к автомобилю и о последовательности проведения контрольных операций.
Перед проведением диагностирования вводят модель автомобиля, тип двигателя, трансмиссии, системы зажигания, впрыска топлива и другие параметры, характеризующие объект диагностирования. Мотор-тестеры способны диагностировать большинство автомобильных систем, в том числе системы пуска, электроснабжения, зажигания, оценивать компрессию в цилиндрах, измерять параметры системы питания.
Современные мотор-тестеры могут выдавать информацию о состоянии системы зажигания в виде цифр или осциллограммы процесса. Примером служит мотор-тестер М3-2 (Беларусь), с помощью которого можно определять состояние двигателя (по развиваемой мощности, балансу мощности по цилиндрам, относительной компрессии), стартера, генератора, реле-регулятора, аккумулятора, прерывателя-распределителя, электропроводов, свечей зажигания, лямбда-датчика, форсунок системы впрыска бензиновых двигателей, дизельной топливной аппаратуры, измерять с помощью стробоскопа углы опережения зажигания для бензиновых двигателей и впрыска для дизельных двигателей.
По мере усложнения автомобильной электроники расширяются и функциональные возможности стационарных систем, поскольку необходимо диагностировать не только управление двигателем, но и тормозные системы, активную подвеску и т.д.
Универсальность компьютерных мотор-тестеров определяется их программным обеспечением. Многие из них работают в привычной большинству пользователей операционной системе Windows.
К недостаткам мотор-тестеров следует отнести то, что с их помощью трудно обнаружить непостоянные неисправности в сложных электронных системах, когда неисправность в одной системе проявляется в виде симптомов в других системах, функционально связанных с первой.
Бортовое диагностическое программное обеспечение, которое позволяет индицировать неисправности соответствующими кодами
Системы программного обеспечения автомобилей большинства ведущих стран мира начиная с 80-х годов XX в. обеспечиваются функцией считывания кодов неисправностей с помощью контрольной лампы, например Check engine - проверь двигатель. Это наиболее простой вид бортового диагностирования, которое заключается в условном присвоении ряду неисправностей электронной системы управления цифровых кодов. Эти коды при проявлении соответствующих им неисправностей заносятся в память электронного блока управления системой. После проведения определенных манипуляций данные коды могут отображаться контрольной лампочкой в виде ряда длинных и коротких импульсов. После визуального считывания импульсов их значение может быть расшифровано с помощью специальных таблиц.
Рис. Пример размещения индикатора Сheck engine (позиция 1)
Бортовое диагностическое программное обеспечение, для доступа к которому требуется специальное дополнительное считывающее устройство
Считывание информации с такого программного обеспечения осуществляется с помощью специальных устройств - сканеров. Контролируемые параметры и коды неисправностей считываются непосредственно с электронного блока управления и интерпретируются специалистами сервиса.
Сканером, или сканирующим прибором, называют портативные компьютерные тестеры, служащие для диагностирования различных электронных систем управления посредством считывания цифровой информации с диагностического разъема автомобиля.
Сканер, как правило, имеет небольшой по размеру жидкокристаллический дисплей, поэтому просматривать данные на нем, даже используя прокрутку кадра, не всегда удобно. Обычно имеется возможность подключения сканера к компьютеру через последовательный порт для передачи данных. Специальное программное обеспечение позволяет просматривать данные со сканера в табличном и графическом виде на мониторе компьютера, сохранять их, создавать базы данных по обслуживаемым автомобилям.
Рис. Программируемый сканер ДСТ-2М (Россия) без персонального компьютера
Сканеры различаются своими функциональными возможностями и спектром тестируемых автомобилей.
Наиболее широкими возможностями обладают специализированные сканеры, используемые для диагностирования автомобилей только одной марки. Применение таких сканеров вследствие их узкой специализации ограничивается отдельными предприятиями автосервиса, обслуживающими автомобили конкретных моделей. Более широкое распространение получили сканеры, предназначенные для диагностирования систем впрыска и других механизмов, агрегатов и систем автомобилей различных моделей.
Имеются программы, позволяющие вводить непосредственно в компьютер информацию через последовательный порт с автомобильного диагностического разъема с помощью соответствующего соединительного кабеля. Персональный компьютер в таком случае выполняет функции сканера, его иногда так и называют - компьютерный сканер. При использовании персонального компьютера нет необходимости иметь комплект программных картриджей для различных систем и моделей, так как емкость жесткого диска компьютера позволяет хранить на нем все необходимые данные и программы.
Система самодиагностики транспортного средства в процессе его работы непрерывно сравнивает текущие величины сигналов с эталонными значениями в памяти электронного блока управления. Кроме того, она отслеживает реакцию исполнительных механизмов. Любые несоответствия параметров друг другу или эталонным значениям расцениваются как неисправность, каждой из которых присвоен свой код. Ранее системы управления могли определить и запомнить 10-15 кодов, современные системы хранят до нескольких сотен кодов, относящихся не только к двигателю, но и к автоматической коробке передач, антиблокировочной системе (АБС), подушкам безопасности, климат-контролю и т.д.
В некоторых блоках управления самодиагностика позволяет корректировать угол опережения зажигания, а на автомобилях без нейтрализатора - регулировать содержание оксида углерода в отработавших газах. Кроме того, на современных моделях сканеров реализовано так называемое тестовое диагностирование: входные сигналы подаются в определенный момент с последующей проверкой датчиков и реакции исполнительных элементов.
Сканер проверяет входные и выходные параметры электрических цепей и информирует оператора об их величине. Таким образом, он всего лишь фиксирует наличие или отсутствие неисправностей в каком-либо узле, но не позволяет определять их причины, которых может быть много для одних и тех же значений контролируемых параметров.
По способу хранения информации аппаратные сканеры делятся на картриджные и программируемые. Для приведения картриджного сканера в рабочее состояние необходим картридж с диагностическим кабелем, соответствующим проверяемой модели автомобиля. Комплект такого сканера состоит из трех основных частей: самого сканера, сменных картриджей и соединительных кабелей, предназначенных для присоединения к диагностическому разъему проверяемого автомобиля. Каждый картридж предназначен для работы с блоком управления своего типа.
Рис. Картриджный сканер для диагностирования автомобилей одной или определенных марок
Указанного недостатка лишены программируемые сканеры. Их встроенную память (Flash-память) можно многократно перепрограммировать с помощью персонального компьютера. Устаревшие версии программного обеспечения можно обновить через интернет либо компакт-диск, поставляемый производителем транспортного средства или сканера. Такие сканеры хорошо приспособлены к эксплуатации в условиях автосервиса. Более того, они позволяют диагностировать системы движущегося автомобиля.
Более информативными являются сканеры, соединенные с персональным компьютером. Для согласования данных, получаемых компьютером с блока управления, используется адаптер.
Рис. Программируемый сканер с персональным компьютером
В настоящее время наибольшее распространение получили сканеры KST-500 и KST-520 фирмы «Бош», используемые с персональным компьютером, а также сканеры ДСТ-2, ДСТ-10-Кф (Россия) и др.
Сканеры имеют несколько режимов работы. В режиме «Ошибки» на экране высвечиваются цифровые коды той или иной неисправности, хранящиеся в памяти блока управления на автомобиле. Режим «Параметры» позволяет оценить работу двигателя при движении автомобиля: напряжение в бортовой сети, детонацию, частоту вращения коленчатого вала, состав смеси, скорость движения и т.д. Для просмотра изменения параметров работы двигателя в динамике предусмотрен режим «Сбор данных». Некоторые сканеры, например KST-520, для наблюдения за работой системы впрыска и других систем автомобиля в динамике могут выдавать графическое изображение сигналов на экране, т.е. позволяют наблюдать их визуально. Возможности сканеров при проверке системы впрыска конкретного автомобиля определяются диагностическими функциями блока управления данного автомобиля, однако, как правило, все сканеры считывают и стирают коды неисправностей, выводят цифровые параметры в реальном масштабе времени, могут приводить в действие некоторые исполнительные механизмы (форсунки, реле, соленоиды).
Сканер подключается через специальный разъем на автомобиле к конкретному блоку управления или электронной системе в целом.
До 2000 г. большинство автомобилей было оборудовано диагностическими разъемами, имеющими разное количество и расположение штырьков, что не позволяло применять универсальные сканеры для съема информации. Поэтому в 2000 г. большинством производителей транспортных средств был принят стандарт OBD-II по оборудованию электронных систем управления. Требования этого стандарта предусматривают:
- стандартный диагностический разъем
- стандартное размещение диагностического разъема
- стандартный протокол обмена данными между сканером и автомобильной бортовой системой диагностики
- стандартный список кодов неисправностей
- сохранение в памяти электронного блока управления кадра значений параметров при появлении кода ошибки («замороженный» кадр)
- мониторинг бортовыми диагностическими средствами элементов, отказ которых может привести к увеличению объемов токсичных выбросов в окружающую среду
- доступ как специализированных, так и универсальных сканеров к кодам ошибок, параметрам, «замороженным» кадрам, тестирующим процедурам и т.д.
- единый перечень терминов, сокращений, определений, используемых для элементов электронных систем автомобиля и кодов ошибок
На рисунке показан 16-штырьковый диагностический разъем, являющийся стандартным на автомобилях, соответствующих требованиям OBD-II.
Рис. Стандартный диагностический разъем
Диагностический разъем размещается в пассажирском салоне (обычно под приборной панелью) и обеспечивает доступ к системным данным. К такому разъему может быть подключен любой сканер.
Считывание диагностических кодов
Коды неисправностей могут быть считаны двумя способами. Первый (для уже уходящих в прошлое систем самодиагностики) - светодиодным пробником, подключаемым к диагностическому разъему, или с помощью контрольной диагностической лампы. Расшифровка кодов производится с использованием уже упоминавшихся таблиц, входящих в состав эксплуатационных документов на автомобиль. Второй, современный, способ - получение кодов сканером. Как правило, эти приборы не только извлекают коды ошибок, но и расшифровывают их.
Для предупреждения водителя о неисправности электронной системы управления на панели приборов имеется контрольная лампа. После включения зажигания на исправном автомобиле лампа горит в течение 3…10 с, а затем должна погаснуть. Если лампа не гаснет, это свидетельствует о неисправности системы управления, и следует проверить эту систему по определенным кодам. По требованиям нормативных документов по безопасности движения некоторых стран, автомобиль, имеющий активные коды неисправности определенных электронных систем управления, не допускается к эксплуатации.
Коды неисправностей иногда условно делят на «медленные» и «быстрые».
Рассмотрим «медленные» коды. При обнаружении неисправности ее код заносится в память и на панели приборов включается соответствующая контрольная лампа. Выяснить, какой это код, можно одним из следующих способов (в зависимости от конкретного исполнения блока управления):
- считать информацию по светодиоду на корпусе блока управления, который периодически вспыхивает и гаснет
- соединить проводником определенные клеммы диагностического разъема или замкнуть определенную клемму разъема на «массу» и включить зажигание, после чего контрольная лампа начнет периодически мигать, передавая информацию о коде неисправности
- подключить светодиод или аналоговый вольтметр к определенным контактам диагностического разъема и по вспышкам светодиода (или колебаниям стрелки вольтметра) получить информацию о коде неисправности
Так как «медленные» коды предназначены для визуального считывания, частота их передачи очень низкая (около 1 Гц), объем передаваемой информации мал.
Коды обычно выдаются в виде повторяющихся последовательностей вспышек. Код содержит несколько цифр, смысловое значение которых затем расшифровывается по таблице неисправностей, входящей в состав эксплуатационных документов на автомобиль. Длинными вспышками (1,5.2,5 с) передается старший (первый) разряд кода, короткими (0,5.0,6 с) - младший (второй) разряд.
Пример высвечивания кода 1-3-1-2, соответствующий неисправности электронной форсунки впрыска первого цилиндра двигателя Hyundai, приведен на рисунке:
Рис. Пример высвечивания кода неисправности
После обнаружения неисправности она локализуется путем последовательной проверки тех элементов электронной системы управления, которые находятся в электрической цепи, отвечающей за генерирование считанного кода (датчиков, разъемов, проводки и т.д.).
«Медленные» коды просты, надежны, не требуют дорогостоящего диагностического оборудования, но малоинформативны.
«Быстрые коды» обеспечивают выборку из памяти электронного блока управления большого объема информации через последовательный интерфейс. Этот интерфейс и диагностический разъем используются как при проверке и настройке автомобиля на заводе-изготовителе, так и при диагностировании.
Одной из функций, реализуемых сканерами, является проверка сигнала датчика на рациональность, т.е. на соответствие требуемым (штатным) сигналам. Датчик может быть неисправен и посылать в блок управления неверную информацию. Если проверка сигнала датчика на рациональность в программе блока управления не предусмотрена, то в них управляющие алгоритмы реализуются с использованием неверной информации датчика. При этом будут неправильно рассчитаны важные выходные параметры, например угол опережения зажигания и длительность импульса отпирания форсунок, что приведет к ухудшению ездовых характеристик автомобиля, двигатель может глохнуть после запуска и т.д. Однако пока в количественном выражении неверный сигнал с датчика будет в пределах нормы, никакие коды ошибок в память электронного блока не запишутся и неисправность никак не обозначится.
Для обнаружения неисправности реализуется функция отключения «подозрительного» датчика. Тогда электронный блок запишет в память код ошибки и изменит сигнал с датчика на расчетное (резервное) значение. Например, при отключении датчика массового расхода воздуха его сигнал заменяется резервным сигналом, рассчитанным по положению дроссельной заслонки и частоте вращения коленчатого вала двигателя. Если после отключения «подозрительного» датчика работа двигателя улучшится, это означает, что датчик неисправен.
В современных блоках управления по мере совершенствования программного обеспечения появляется возможность выявлять подобные неисправности. Это так называемая проверка на рациональность и правильное функционирование, которая реализуется в бортовых диагностических системах второго поколения (OBD-II). Она заключается в том, что текущие значения сигналов со всех датчиков постоянно проверяются на взаимооднозначное соответствие штатным сигналам для данного режима работы двигателя. Штатные значения сигналов хранятся в постоянной памяти микропроцессора электронного блока.
Для удобства измерения входных и выходных сигналов электронного блока управления применяют разветвитель сигналов. Он представляет собой комплект кабелей и разъемов, подключаемых между электронным блоком управления и жгутом проводов для доступа к входным и выходным сигналам. В состав разветвителя входит коммутационная панель для подключения контрольно-измерительных приборов к любой цепи жгута.
Рис. Разветвитель сигналов РС-2 (Россия)
Работа отдельных датчиков может быть сымитирована специальным имитатором датчиков, например типа ИД-4. Он предназначен для имитации выходного напряжения потен- циометрических и резистивных датчиков электронной системы управления инжекторных двигателей. Данный имитатор позволяет имитировать сигнал датчика положения дроссельной заслонки, потенциометра регулировки содержания оксида углерода, датчиков давления во впускном коллекторе, атмосферного давления, массового расхода воздуха и других датчиков. Входящие в состав имитатора кабели позволяют подключаться к разъемам различных типов.
Рис. Имитатор датчиков ИД-4 (Россия)
Удаление кодов неисправности
После ремонта все коды следует удалить из памяти блока управления, иначе блок будет ошибочно учитывать их при последующем управлении системами автомобиля.
Применяют три метода удаления (стирания) кодов неисправностей:
- Стирание кодов по команде со сканера, подключенного к диагностическому разъему. На некоторых автомобилях ранних моделей такая процедура невозможна, поскольку она не поддерживается блоком управления. Этот метод является наиболее предпочтительным и рекомендуемым производителями.
- Если нет сканера или электронный блок не поддерживает стирание кодов сканером, следует отключить питание блока путем извлечения соответствующего предохранителя. Вместе с кодами ошибок из памяти блока сотрется и информация для адаптивного управления.
- Отключение от «массы» шины аккумуляторной батареи. Следует иметь в виду, что в этом случае вместе с кодами стирается и прочая информация (установка времени на электронных часах, коды радиоприемника и т.д.).
Занимаясь организацией или расширением автосервиса, необходимо помнить, что приобретенное оборудование и нанятые работники - это далеко не все, что необходимо для организации работы станции технического обслуживания, в том числе, диагностического поста. Как правило, один из самых необходимых компонентов -информационное обеспечение. Иногда на СТО пытаются утолить информационный голод книгами и компакт-дисками из магазинов и рынков, рассчитанными на использование автолюбителями и содержащими информацию по отдельной модели автомобиля определенных годов выпуска. Эти попытки обречены на провал по нескольким причинам: Во-первых, эти книги предназначены для частного, а не профессионального использования - в них отсутствуют важные аспекты ремонта, а главное - диагностики (при этим они изобилуют ненужными для профессионала подробностями), Во вторых, для хорошего покрытия такой информацией всего, кто и что у нас ездит, нужно много таких книг.
Выходом является приобретение профессиональной литературы и электронных информационных баз данных по диагностике и ремонту, а также прочего программного обеспечения по автоматизации работы автосервиса. В этом обзоре для тех, кто купил (или собирается купить) оборудование для автосервиса (диагностическое, ремонтное и пр. - не имеет значения) рассказывается, какое программно-информационное обеспечение используется (точнее
Должно использоваться) в любом автосервисе (от гаража до крупного дилерского центра):
1. Управленческо-учетное программное обеспечение (ПО)
К этому классу относится бухгалтерское ПО, ПО автоматизации бизнес-процессов, ПО ведения складского учета, ПО учета рабочего времени, ПО подготовки и учета заказ-нарядов и пр. Многие из программных продуктов обеспечивают интеграцию с каталогами запасных частей (для автоматической загрузки цен и моделей деталей в бухгалтерско-учетные документы), информационными базами нормо-часов (для автоматизации загрузки номенклатур работ и расчета их стоимости).
Специфика этого ПО пока не входит в сферу специализации нашей фирмы - поэтому более подробную информацию о нем я не даю. На рынке представлено большое количество программных продуктов для решения этих задач таких как автономных, так и являющихся надстройками к универсальным системам (например, продуктов на базе платформы 1С). Вот «для затравки» несколько ссылок - продукты компании «Автодилер», внедренческого центра 1С-Рарус, компании «BVS Logic», компании «VERDI», система «TurboService», система «LogicStar-Avto», система «АИС@».
2. ПО специализированного оборудования - сюда относится программное обеспечение сканеров, мотор-тестеров, ПО для работы с газоанализаторами и дымомерами, ПО для чип-тюнинга, ПО для измерительных систем кузовного ремонта и т.п. Здесь, в принципе все понятно. Как правило, такое ПО поставляется вместе с самим оборудованием. Зачастую программное обеспечение этого класса выполняет не только свои основные (диагностические и пр.), но и справочные, обучающие функции.
С одной стороны возможности того или иного программно-аппаратного комплекса ограничены возможностями существующего для него ПО. Например, очень популярный сейчас адаптер K-L-Line никак не сможет работать с большим количеством марок, чем работает сейчас без выхода для него нового программного обеспечения. С другой стороны, границы развития возможностей программного обеспечения жестко предопределены аппаратными возможностями «железа». Поэтому, например, тот же K-L-Line адаптер никак не сможет работать с автомобилями, имеющими диагностический протокол обмена OBD-II-VPW или OBD-II-PWM, так как они просто аппаратно несовместимы (то есть невозможно под него разработать ПО с соответствующими функциями).
Некоторое ПО специализированного оборудования может использоваться и отдельно (без аппаратной части) - например, программа Autorobot Data System для известного одноименного комплекса правки кузовов с электронной измерительной системой может использоваться отдельно как справочная система по контрольным точкам и размерам кузовов.
3. Основное справочное ПО - сюда можно отнести информационно-справочные базы данных по диагностике и ремонту, электронные каталоги запчастей, справочники нормо-часов, справочники по геометрическим размерам автомобилей и т.п. Такие базы, как и оборудование, делятся на два больших класса - дилерские (авторизованные, оригинальные, первичные) и неавторизованные (вторичные, неоригинальные, как правило, мультимарочные).
Дилерские базы данных включают в себя информацию по одной или нескольким родственным маркам автомобилей (например, VW-Audi) и подготовлены самим автопроизводителем. Информация в них по отдельной марке наиболее полная и достоверная. Однако, официально такие базы распространяются только в рамках дилерской сети соответствующей марки. Соответственно, недилерские станции(даже если они специализируются на одной марке) могут приобрести эту информацию только у пиратов. Наибольшую известность имеют дилерские базы по диагностике и ремонту VW-Audi (ELSA), BMW (BMW TIS, BMW WDS), Ford (Ford TIS), Mercedes (Mercedes WIS), Opel (Opel TIS), Renault (Dialogys), Volvo (VADIS) и пр., а также каталоги запчастей VW-Audi (ETKA), BMW (BMW ETK), Mercedes (Mercedes EPC) и пр.
Мультимарочные базы включают информацию сразу по многим маркам автомобилей (разработчики баз стараются охватить «все что ездит»). Мультимарочность базы не исключает того, что в ней содержаться и некоторые дилерские материалы. Наиболее известными продуктами являются базы по диагностике и ремонту BOSCH ESI, Alldata, Autodata, Mitchell-on-Demand, Atris WM-KAT-Technik, Open@Car, Workshop, CAPS, ATSG и др.
Лицензионные версии этих баз в России мало доступны в плане приобретения – так как нам известны всего два официальных распространителя - это фирма BOSCH (база ESIftronic]) и фирма Легион-Автодата (база Autodata). Стоимость лицензионных продуктов создает ДОС таточно высокий барьер перед мелкими и средними станциями - около 980 долл. за полную версию базы Autodata и от нескольких тысяч евро (!) за годовой абонемент (!) на полный ESI. Контрафактные версии мультимарчных баз предлагаются буквально на каждом шагу за десятикратно меньшие суммы - от 30 до 250 долл.
Мультимарочные базы могут быть неспециализированными (включают информацию практически обо всем - например, база Autodata содержит и регулировочные параметры, и нормо-часы и информацию по диагностике электронных систем управления, и электросхемы и многое-многое другое) и специализированными (касаются информации по отдельным системам автомобиля - например в базе CAPS рассматриваются электронные системы управления, а в базах ATSG и Mitchell for Transmissions - коробки передач). Естественно, каждая база содержит разное количество информационных разделов - как правило, мультимарочные базы содержат следующую информацию:
Technical data - различные регулировочные данные по автомобилям. В базах имеются сотни и тысячи различных параметров, нормативов и прочего. Помнить эти цифры даже по одной обслуживаемой марке невозможно, но также невозможно и заниматься ремонтом и/или диагностикой, не имея их под рукой;
Repair times - основные нормы времени на ремонтные и регулировочные операции. Этот раздел может быть «встроен» в базу (Autodata), поставляться как дополнительный модуль, поставляться в виде отдельной базы;
Maintenance и Service schedules - сервисные интервалы и описания сервисных операций;
TSB (Technical Service Bulletins) - технические сервисные бюллетени - руководства и рекомендации от автопроизводителей по устранению конкретных типичных неисправностей и по другим вопросам. Эти руководства содержатся практически по всех дилерских базах (Ford TIS, Opel TIS, BMW TIS), а также в некоторых мультимарочных базах (например, в Mitchell on Demand и Alldata). Также в мультимарочных базах, например в базе AutoData, встречается аналогичный по назначению раздел Trouble shooter (разрешение конкретных неполадок). Зачастую руководства по устранению неисправностей представляются в виде алгоритмов или блок-схем (такие блок-схемы можно купить и отдельно в виде книги - «Блок-схемы поиска неисправностей в системах впрыска и зажигания бензиновых двигателей».
Сюда можно отнести и полезные таблицы (Fault tables) с анализом диагностических кодов неисправностей (DTC - Diagnostic Trouble Code) - такие разделы есть практически во всех электронных базах (Mitchell, Autodata, ELSA, Opel TIS и пр.) и содержат не только расшифровки кодов неисправностей, но и симптомы их проявления, возможные причины их возникновения, перечни проверок для устранения. Такая информация особенно полезна для начинающих диагностов;
Workshop или Repair - описания устройства, ремонта и диагностики отдельных систем автомобиля - двигателя, КПП, АБС, системы кондиционирования и пр.;
Component locations - расположение электронных и механических компонентов в автомобиле;
Wiring diagrams или Current flow diagrams - электросхемы.
Также встречаются и другие «форматы» документации - OFM (Official Factory Manuals), SSP (Service Self Study Programm) и пр.
Отдельно можно выделить каталоги запасных частей (ЕРС -Electronic Parts Catalog). В них содержится информация о запасных частях, их применимости, взаимозаменяемости, цене, зачастую встречаются и изображения. Каталоги запчастей делятся на каталоги оригинальных (произведенных или рекомендованных автопроизводителем) и неоригинальных (произведенных сторонними производителями) запчастей. Также каталоги могут быть мономарочными (содержат информацию о, как правило, оригинальных запчастях для одной марки - наиболее известны Mercedes EPC, BMW ETK и пр.) и мультимарочные (содержат информацию по запчастям к многим маркам - например, Tecdoc). Также
встречаются специализированные каталоги по расходным материалам, тюнингу, сводные каталоги производителей запчастей и т.п.
Специально надо отметить, что обладание таким массивом ценнейшей информации не избавляет диагноста, механика или автоэлектрика от необходимости иметь большой уровень основных (базовых) знаний об устройстве автомобиля, принципах работы его систем и т.п.! Кроме того, требуются навыки работы с ПК и литературой, для того, чтобы уметь нужную информацию из этого массива достать.
Покупая информационную базу, необходимо учитывать (уточнить эти вопросы у продавца):
По каким автомобилям в базе имеется информация? Здесь важны марки, года выпуска (или модельные года), рынок, для автомобилей которого выпущена база. Относительно годов выпуска надо заметить, что практически все существующие базы содержат наиболее полную информацию только по автомобилям последнего десятилетия (в основном, начиная с 1993 г.) - в частности, это касается таких баз как ELSA, Autodata, BMW TIS и пр.
Требует пояснения момент относительно рынка автомобиля. Дело в том, что одна и та же модель автомобиля отличается в зависимости от того, в какой регион (рынок) она поставляется - причем отличия могут быть не только в комплектации (например,наличие кондиционера для жарких стран или предпускового подогревателя для Севера), но и конструкцией (правый руль вместо левого, увеличенный клиренс и т.п.). Соответственно, могут различаться электросхемы, расположение компонентов, каталожные номера запчастей и пр. В основном выделяются рынки Европы (отдельно выделяется Великобритания из-за левостороннего движения и, соответственно, машин с правым рулем), Азии (отдельно выделяется Япония - по той же причине,что и Великобритания) и Америки. «Российский рынок» обладает той спецификой, что у нас ездит понемногу и отовсюду.
При покупке базы дополнительно необходимо уточнить, для автомобилей какого рынка она предназначена. Например, база Mitchell on Demand содержит информацию об автомобилях американского рынка - то есть автомобилях, произведенных в США для внутреннего рынка, а также автомобилях, поставляемых на рынок США из других регионов (Европы, Азии). Некоторые автомобили имеет смысл искать в таких базах под другой маркой и/или с другой моделью (например, в базе нет Mitsubishi Pajero, но есть Mitsubishi Montero). Аналогичные предостережения касаются и базы Autodata (английский рынок). Однако, и в Mitchell, и в Autodata, как правило, указывается, когда приведенные параметры касаются только машин конкретного рынка.
По каким системам в базе имеется информация? Соответственно, если Ваша мастерская специализируется на КПП - надо иметь специализированную базу (например, Mitchell on Demand For Transmissions и/или ATSG), но и «общие» базы также не помешают.
На каком языке выполнена оболочка базы (меню и пр.) и на каком языке в базе представлена информация? Сразу скажу, что можете не обольщаться - на русском языке даже оболочки у считанных единиц программ. Полностью русские -BMW TIS, Volvo VADIS. Частично русские - BOSCH ESI, Mercedes WIS - эти базы имеют русские оболочки и часть информации. То есть для нормальной работы хотя бы английский язык знать необходимо. Хотя бы потому, что в некоторых базах кроме русского и английского встречаются и документы на немецком (ELSA, ESIftronic], Mercedes WIS). Однако, бояться этого не стоит - технические тексты читаются достаточно легко. Хорошими помощниками при этом служат специализированные электронные и бумажные словари. Как правило, современные базы поставляются на CD или DVD. При этом DVD формат стремительно приобретает популярность, особенно при поставке баз, занимающих более 3-5 компакт-дисков (Mitchell - около 15, ESI - около 30, Alldata - около 100 CD-дисков и т.п.). Грубо 1 DVD диск заменяет 6-7 CD. Последние версии некоторых баз поставляются уже только на DVD (например, ESI). Поэтому перед покупкой серьезной базы имеет смысл подумать о приобретении DVD-привода (тем более, что по сравнению со стоимостью самой базы это копейки).
Какие системные требования к компьютеру и операционной системе предъявляет база? Большинство баз работают нормально под любой операционной системой -от Windows 98 (работа под Windows 95, как правило, не гарантируется, но и проблем не возникает) до Windows XP и Vista. Однако, бывают и «привередливые» базы - например, дилерская база по VW-Audi ELSA работает только под управлением систем на NT-платформе (Windows NT, 2000, XP, Vista). Особых требований к процессору и оперативной памяти базы, как правило, не предъявляют (естественно, чем современнее ПК - тем быстрее и комфортнее будет работа).
Важное требование - свободное место на жестком диске (винчестере). Всегда удобнее, когда база полностью будет перенесена на жесткий диск (некоторые базы предоставляют такую возможность как опцию, некоторые ставятся только в таком режиме) - это освобождает CD/DVD привод, делает ненужным постоянный поиск дисков и операции с ними, снижает вероятность порчи базы (диск легко поцарапать, облить и т.п.), ускоряет работу и т.п. Например, та же база ELSA ставится только полностью на жесткий диск и занимает на нем около 11 Гб.
Как осуществить регистрацию базы? Каков период беспрепятственного использования базы после покупки? Срок работы лицензионных баз, как правило, ограничен сроком действия абонемента (как правило, год). После его истечения требуется платное продление абонемента или покупка новой версии базы. Ограничения в работе нелицензионных версий зависят от способа регистрации базы, защиты базы, «качества взлома».
Каков порядок и стоимость обновлений? При покупке лицензионных баз эти условия обязательно оговариваются - как правило, обновления в рамках действия абонемента осуществляются бесплатно (например, у BOSCH - ежеквартально в течение года). Обновления для нелицензионных баз пиратами, как правило, не распространяются. При необходимости получения свежей версии базы Вы просто покупаете более свежую версию (справедливости ради надо отметить, что и пираты во многих случаях идут на встречу и дают в такой ситуации скидку).
4. Дополнительное (вспомогательное) справочное ПО - сюда можно отнести словари, программы для расшифровки VIN-кодов и пр. Некоторые из этих программ Вы можете даже найти в Интернет в бесплатном доступе.
5. Обучающее ПО - к сожалению, толковое обучающее ПО для специалистов сферы автосервиса нам не известно. Тем не менее, можно сказать, что некоторые производители уже включают обучающие подсистемы в поставляемое со специальными стендами ПО.
Необходимо отметить, что информация предлагается на рынке не только в электронном виде на CD и DVD, но и в виде профессиональной литературы. Преимуществами книг по сравнению с электронными базами являются доступность персоналу, не владеющему или слабо владеющему ПК (и такой еще есть!), меньшая цена лицензионных версий, наличие изданий на русском языке. Недостатками являются - неудобность поиска и работы с информацией, необходимость иметь большое количество литературы, чтобы заменить информацию по объему, соответствующую 1 компакт-диску, изнашиваемость.
