Fakulta elektrotechnická. Drive-by-wire

ˇ ´ vysoke ´ uc ˇen´ı technicke ´ v Praze Cesk e ´ Fakulta elektrotechnicka

´ RSK ˇ ´ PRACE ´ BAKALA A Technick´ e v´ ybaven´ı pro Drive-by-wire“ ”

Praha, 2008

Autor: Michal Vinkl´ aˇ r

Prohl´ aˇ sen´ı Prohlaˇsuji, ˇze jsem svou bakal´aˇrskou pr´aci vypracoval samostatnˇe a pouˇzil jsem pouze podklady (literaturu, projekty, SW atd.) uveden´e v pˇriloˇzen´em seznamu. Nem´am z´avaˇzn´ y d˚ uvod proti uˇzit´ı tohoto ˇskoln´ıho d´ıla ve smyslu § 60 Z´akona ˇc.121/2000 Sb., o pr´avu autorsk´em, o pr´avech souvisej´ıc´ıch s pr´avem autorsk´ ym a o zmˇenˇe nˇekter´ ych z´akon˚ u (autorsk´ y z´akon).

V Praze dne podpis

i

Podˇ ekov´ an´ı Dˇekuji pˇredevˇs´ım vedouc´ımu bakal´aˇrsk´e pr´ace Ing. Jiˇr´ımu Nov´akovi, Ph.D. a vˇsem z katedry mˇeˇren´ı, kteˇr´ı sv´ ymi radami pˇrispˇeli k vyvtoˇren´ı t´eto pr´ace. D´ale bych r´ad podˇekoval rodinˇe a bl´ızk´ ym za podporu pˇri studiu.

ii

Abstrakt Hlavn´ı t´ema t´eto pr´ace je implementace ˇr´ızen´ı automobilu pomoc´ı technologie driveby-wire. Syst´em je postaven na sbˇernici FlexRey, kter´a je k tomuto u ´ˇcelu vyvinuta. Pr´ace se zab´ yv´a realizac´ı hardwarov´e ˇca´sti jednotek urˇcen´ ych pro ovl´ad´an´ı natoˇcen´ı kol pˇredn´ı n´apravy, tedy steer-by-wire. Pr´ace se nezab´ yv´a softwarov´ ym vybaven´ım tˇechto jednotek.

Abstract This work deals with implementation of car steerage by steer-by-wire technology. System is based on FlexRey bus, which was specialy developed for this application. In work is dealt with hardware part realisation of front wheel stearing control units, so called steer-by-wire system. Softwate part is not handeld in this work.

iii

iv

vloˇzit origin´aln´ı zad´an´ı !!!!!

v

vi

Obsah Seznam obr´ azk˚ u

ix

Seznam tabulek

xi

´ 1 Uvod

1

2 Problematika ˇ r´ızen´ı po dr´ atech

3

2.1

Popis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3

2.2

Spolehlivost . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4

2.3

Realizace . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

4

3 FlexRay

7

3.1

Popis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7

3.2

Parametry . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8

3.3

Topologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9

3.4

Architektura uzl˚ u . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

11

3.5

Z´akladn´ı funkce protokolu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

12

3.6

Fyzick´e k´odov´an´ı pˇren´aˇsen´ ych bit˚ u . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

13

3.7

14

3.8

Form´at r´amce . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ˇ ızen´ı pˇr´ıstupu na m´edium MAC a synchronizace . . . . . . . . . . . . . R´

14

3.9

Zhodnocen´ı . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

16

4 Testovac´ı model

17

4.1

Bugina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

17

4.2

Volant (senzory) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

18

4.3

Pˇredn´ı n´aprava . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

21

4.4

Senzor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

21

4.5

Akˇcn´ı ˇclen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

22

vii

4.6

Nap´ajen´ı . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5 Hardware

22 23

5.1

Poˇzadavky . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

23

5.2

Popis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

23

5.3

Mikroprocesor STR710 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

25

5.4

MFR4310 - ˇradiˇc sbˇernice FlexRay . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

32

5.4.1

Zapojen´ı . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

33

TJA1080 – budiˇc sbˇernice FlexRay . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

35

5.5.1

Zapojen´ı . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

36

SN65HVD231Q – budiˇc sbˇernice CAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

37

5.6.1

Zapojen´ı . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

38

5.7

Periferie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

39

5.8

Software . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

39

5.5 5.6

6 Z´ avˇ er

41

Literatura

43

A Podklady desky

I

B Obsah pˇ riloˇ zen´ eho CD

III

viii

Seznam obr´ azk˚ u 2.1

Testovac´ı vozidlo – bugina . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

5

3.1

FlexRay verze a podporovan´e ˇcipy . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8

3.2

sch´ema TDMA pˇr´ıstupu na sbˇernici . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9

3.3

Topologie: bod — bod . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9

3.4

Topologie: pasivn´ı sbˇernice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

10

3.5

Topologie: pasivn´ı hvˇezda . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

10

3.6

Topologie: aktivn´ı hvˇezda s opakovaˇcem

. . . . . . . . . . . . . . . . . .

10

3.7

Topologie: hybridn´ı . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

11

3.8

Sch´ema FlexRay stanice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

11

Komunikaˇcn´ı urovnˇe FlexRay a jejich vazby . . . . . . . . . . . . . . . . ˇ asti FlexRay r´amce . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3.10 C´

12

3.11 FlexRay r´amec . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

14

3.12 Synchronizaˇcn´ı u ´rovnˇe v FlexRay r´amci . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

15

3.13 Statick´ y segment vs. dynamick´ y segment . . . . . . . . . . . . . . . . . .

16

4.1

Bugina – Cocpit . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

17

4.2

Bugina - Pohled na uchycen´ı a kˇr´ıˇzov´ y kloub u volantu (zespodu) . . . .

18

4.3

Bugina - pˇrevod na hˇrebenovou tyˇc . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

18

4.4

Optick´ y enkoder polohy ARC 4xx . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

19

4.5

Optick´ y enkoder polohy ARC 4xx – rozmˇery . . . . . . . . . . . . . . . .

20

5.1

Navrˇzen´a deska pro komunikaci po FlexRay . . . . . . . . . . . . . . . .

24

5.2

Blokov´e sch´ema desky . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

25

5.3

Vnitˇrn´ı blokov´e sch´ema procesoru STR710 . . . . . . . . . . . . . . . . .

26

5.4

Zapojen´ı mikroprocesoru STR710 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

27

5.5

Pouˇzit´e oscil´atory . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

28

5.6

Resetovac´ı obvod . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

28

3.9

ix

13

5.7

Zapojen´ı JTAG rozhran´ı . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

29

5.8

Signalizuj´ıc´ı LED diody . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

29

5.9

Rozˇsiˇruj´ıc´ı konektor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

30

5.10 Proveden´ı integrovan´eho ˇradiˇce MFR4310 . . . . . . . . . . . . . . . . . .

33

5.11 Zapojen´ı ˇradiˇce FlexRay MFR 4310 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

34

5.12 Programovateln´ y oscil´ator . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

34

5.13 Blokov´e sch´ema TJA1080 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

35

5.14 Celkov´e zapojen´ı budiˇce sbˇernice FlexRay . . . . . . . . . . . . . . . . .

36

5.15 Sch´ema nap´ajec´ıho zdroje . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

37

5.16 Blokov´e sch´ema budiˇce sbˇernice CAN . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

38

5.17 Sch´ema CAN budiˇce sbˇernice . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

38

x

Seznam tabulek 5.1

Pˇripojeni diod . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

29

5.2

Rozvrˇzen´ı konektor˚ u . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

31

xi

xii

Kapitola 1 ´ Uvod Pˇredmˇetem t´eto pr´ace je pouˇz´ıt FlexRay standard a uk´azat nˇekter´e jeho vlastnosti. Jako n´azorn´e pouˇzit´ı bylo zvoleno ovl´ad´an´ı natoˇcen´ı pˇredn´ıch kol, kter´e patˇr´ı k d˚ uleˇzit´ ym ovl´adac´ım prvk˚ um automobilu, kter´e je moˇzn´e snadno testovat v laboratorn´ıch podm´ınk´ach. Prvn´ı kapitola pr´ace je zamˇeˇrena na problematiku x-by-wire jako celku. Jsou zde pops´any jej´ı v´ yhody, nev´ yhody a n´aˇs zp˚ usob realizace steer-by-wire. Dalˇs´ı kapitola je zamˇeˇrena na vlastn´ı popis standardu FlexRay. Tˇret´ı kapitola pojedn´av´a o v´ ybˇeru senzor˚ u a akˇcn´ıch prvk˚ u pro steer-by-wire s ohledem na moˇznosti zabudov´an´ı a pˇripojen´ı. ˇ Ctvrt´ a kapitola vysvˇetluje poˇzadavky na hardware ˇr´ıdic´ıch jednotek a jejich realizaci, jak z hlediska n´avrhu sch´ematu tak i n´avrhu desky ploˇsn´ ych spoj˚ u. Shrnut´ı dosaˇzen´ ych v´ ysledku je pops´ano v posledn´ı kapitole.

1

2

´ KAPITOLA 1. UVOD

Kapitola 2 Problematika ˇ r´ızen´ı po dr´ atech 2.1

Popis

ˇ ızen´ı po dr´atech spoˇc´ıv´a v odstranˇen´ı mechanick´ R´ ych ˇc´ast´ı mezi volantem a pˇredn´ı n´apravou, kter´a je u dneˇsn´ıch vozidel. Jsou v´ yjimky, mezi kter´e spadaj´ı vysokozdviˇzn´e voz´ıky nebo speci´aln´ı vozidla, kde je tento pˇrenos uskuteˇcnˇen vˇetˇsinou pomoc´ı hydrauliky. I pˇri pouˇzit´ı elektrick´ ych nebo hydraulick´ ych (pˇr´ıpadnˇe mechanick´ ych) posilovaˇc˚ u ˇr´ızen´ı z˚ ust´av´a mechanick´e propojen´ı volantu s pˇredn´ımi koly. Posilovaˇc je pouze pˇripojen k ulehˇcen´ı ovl´ad´an´ı a pˇri jeho poruˇse zachov´a ovladatelnost vozu. U elektronick´eho ˇr´ızen´ı spoˇc´ıv´a veˇsker´a pr´ace na elektronice. Na volant je pˇridˇel´an sn´ımaˇc natoˇcen´ı, kter´ y sn´ım´a informaci o poˇzadovan´em natoˇcen´ı kol. Dalˇs´ı jednotka, um´ıstˇen´a u pˇredn´ı n´apravy, tento u ´daj pˇrijme a pomoc´ı motoru natoˇc´ı kola pˇredn´ı n´apravy. Pro zachov´an´ı zpˇetn´e vazby od kol k volantu je d´ale volant doplnˇen motorkem, kter´ y vyvol´av´a odpor volantu a snaˇz´ı se volant vr´atit do nulov´e polohy, stejnˇe jako to bˇeˇznˇe dˇel´a geometrie pˇredn´ı n´apravy. Pro usnadnˇen´ı prvn´ıho n´avrhu lze tento motor vynechat a volant doplnit pruˇzinou, kter´a tuto funkci z ˇca´sti zastane. Pˇri pouˇzit´ı tohoto zp˚ usobu ovl´ad´an´ı odpad´a spousta komplikac´ı pˇri n´avrhu podvozku. Pˇr´ıkladem je geometrie pˇredn´ı n´apravy, kter´a mus´ı zajistit vr´acen´ı kol do nulov´e polohy a maxim´alnˇe zamezit zpˇetn´ ym r´az˚ um od kol do volantu. Odpad´a tyˇc od volantu, kter´a m´a u dneˇsn´ıch voz˚ u i nˇekolik kˇr´ıˇzov´ ych kloub˚ u. Usnadˇ nuje i nastavov´an´ı pozice volantu, jelikoˇz volant je k autu pˇripojen jen nˇekolika kabely. Dalˇs´ı zjednoduˇsen´ı je v nastavov´an´ı odporu volantu (feedback), kde u bˇeˇzn´ ych aut je potˇreba, aby posilovaˇc ˇr´ızen´ı postupnˇe sniˇzoval sv˚ uj z´asah a pro vyˇsˇs´ı rychlosti (cca 50 km/h) uˇz nezasahoval v˚ ubec. Vliv posilovaˇce ˇr´ızen´ı je zde vn´ım´an jako s´ıla p˚ usob´ıc´ı zpˇetnˇe na volant a ta se zde d´a takˇrka libovolnˇe 3

ˇ ´IZEN´I PO DRATECH ´ KAPITOLA 2. PROBLEMATIKA R

4 nastavit.

Velk´ y pˇr´ınos tohoto druhu ˇr´ızen´ı je i v moˇznosti nastaven´ı neline´arn´ıho ˇr´ızen´ı, kter´e se dnes vyuˇz´ıv´a hlavnˇe v motoristick´em sportu (napˇr. rally). U ˇr´ızen´ı po dr´atech se tyto komplikovan´e mechanick´e prvky daj´ı nahradit kusem k´odu“ v obsluˇzn´em programu. ” Dnes se tak´e nˇekteˇr´ı v´ yrobci automobil˚ u snaˇz´ı vr´atit k dˇr´ıve zkouˇsen´e technologii aktivn´ıho ˇr´ızen´ı zadn´ı n´apravy z´aroveˇ n s pˇredn´ı. Od t´e bylo upuˇstˇeno kv˚ uli sloˇzit´emu ˇr´ızen´ı. Zde se zadn´ı n´aprava pouˇz´ıv´a k lepˇs´ı man´evrovatelnosti automobilu pˇri parkov´an´ı n pro (kde jsou kola zadn´ı n´apravy vychylov´any proti kol˚ um pˇredn´ı n´apravy) a z´aroveˇ komfortnˇejˇs´ı pˇrej´ıˇzdˇen´ı mezi j´ızdn´ımi pruhy na d´alnici (kde jsou kola zadn´ı n´apravy vychylov´any ve stejn´em smˇeru jako pˇredn´ı – tzv. krab´ı chod, pˇri rychlosti nad 40 km/h). Jako odkaz uv´ad´ım video se sice japonsk´ ym doprovodem ale n´azorn´ ym pˇredveden´ım rozd´ılu mezi 2WS a 4WS na automobilu Mitsibishi Galant1 . ˇ ızen´ı po dr´atech m´a mnohem ˇsirˇs´ı uplatnˇen´ı neˇz jen pro ovl´ad´an´ı pˇredn´ı n´apravy. R´ Pokud se j´ım ovl´ad´a i brzdn´ y syst´em vozu, syst´emy jako jsou ABS, ESP, kontrola trakce a dalˇs´ı jsou jen ot´azkou pouˇzit´ı spr´avn´eho kusu“ k´odu. Nav´ıc se daj´ı tyto syst´emy ” vz´ajemnˇe propojit a vyuˇz´ıt pˇri zvyˇsov´an´ı aktivn´ı bezpeˇcnosti dohromady a ne kaˇzd´ y syst´em samostatnˇe, jako je to u dneˇsn´ıch vz´ajemnˇe oddˇelen´ ych syst´em˚ u.

2.2

Spolehlivost

D˚ uleˇzitou vlastnost´ı jak´ehokoli ˇr´ızen´ı po dr´atech je spolehlivost. Jelikoˇz ovl´ad´an´ı smˇeru vozidla je z´akladn´ım prvkem bezpeˇcnosti, nesm´ı doj´ıt za ˇz´adn´ ych situac´ı k v´ ypadku. Pro tento druh aplikac´ı je speci´alnˇe vyv´ıjen´a sbˇernice FlexRay, kter´a na rozd´ıl od jin´ ych automobilov´ ych sbˇernic nab´ız´ı mnohem vˇetˇs´ı spolehlivost pˇrenosu informace.

2.3

Realizace

Aby bylo n´azornˇe uk´az´ano pouˇzit´ı sbˇernice FlexRay v automobilu, bylo zvoleno jej´ı nasazen´ı v modelu automobilu (hraˇcky), kde by byla ovl´ad´ana kola pˇredn´ı n´apravy. Pˇri projedn´av´an´ı projektu se od tohoto zp˚ usobu upustilo a c´ılem se stala demonstrace pouˇzit´ı ˇ na re´aln´em voze. Mezi n´avrhy byl i projekt s automobilem Skoda Fabia, ale pro sloˇzit´e 1

http://www.youtube.com/watch?v=UE4GQfJL4Ck

2.3. REALIZACE

5

zakomponov´an´ı cel´eho projektu jak po str´ance mechanick´e, tak elektrick´e, do s´eriov´eho automobilu se tato varianta odloˇzila na pozdˇejˇs´ı koneˇcn´e ˇreˇsen´ı ovl´ad´an´ı cel´eho vozu. Jako prvn´ı realizovateln´a verze se nab´ızela verze s motok´arou. Po shl´ednut´ı stavby podvozku nab´ızen´e motok´ary (prakticky stejn´e u vˇsech motok´ar) bylo i od t´eto varianty upuˇstˇeno. V pˇr´ıpadˇe ovl´ad´an´ı pˇredn´ıch kol by to znamenalo pˇredˇelat kompletnˇe celou pˇredn´ı n´apravu. Varianta s golfov´ ym voz´ıkem vypadala mnohem l´epe pro stavbu podvozku, kter´a uˇz byla na vysok´e u ´rovni. Nev´ yhodou byly j´ızdn´ı vlastnosti, kter´e pro testov´an´ı nejr˚ uznˇejˇs´ıch provozn´ıch podm´ınek byly nedostaˇcuj´ıc´ı. Dalˇs´ı vlastnost, kter´a odsoudila tuto verzi, byla pˇr´ıliˇs vysok´a cena. Koneˇcn´e ˇreˇsen´ı padlo na buginu ˇcesk´e y podvozek, kter´ y se od toho automobilov´eho v´ yroby. Tato bugina m´a preciznˇe zpracovan´ v hlavn´ıch rysech neliˇs´ı. Dalˇs´ı v´ yhodou, kromˇe ceny, je i moˇznost komunikace pˇr´ımo s v´ yrobcem, coˇz m´a velk´ y v´ yznam pˇri dodateˇcn´ ych u ´prav´ach.

Obr´ azek 2.1: Testovac´ı vozidlo – bugina

6

ˇ ´IZEN´I PO DRATECH ´ KAPITOLA 2. PROBLEMATIKA R

Kapitola 3 FlexRay

3.1

Popis

FlexRay je nov´ y komunikaˇcn´ı protokol (vyv´ıjen´ y od roku 2000) urˇcen´ y pˇredevˇs´ım pro nasazen´ı v automobilov´em pr˚ umyslu. Je navrˇzen pro propojov´an´ı jednotek automobilu vyˇzaduj´ıc´ıch nejen spolehliv´e, ale i rychl´e spojen´ı, jako tˇreba steer-by-wire, tedy ˇr´ızen´ı po dr´atech. Oproti bˇeˇznˇe pouˇz´ıvan´ ym sbˇernic´ım v automobilech (CAN, LIN) disponuje vˇetˇs´ı pˇrenosovou rychlost´ı (aˇz 10 Mb/s), odolnost´ı proti elektromagnetick´emu ruˇsen´ı a unik´atn´ı dvoukan´alovou strukturou. Pro svoje parametry se nab´ız´ı pouˇzit´ı v automobilu jako p´ateˇrn´ı s´ıt’. Standard je definov´an a spravov´an konsorciem sdruˇzuj´ıc´ım hlavn´ı v´ yrobce automobil˚ u a komponent (Daimler, Chrysler, BWM, General Motors, Ford, Volkswagen, Bosh, Freescale a Philips). Ve standardu jsou definovan´e funkce, kter´e byly jiˇz dˇr´ıve pouˇzity i u jin´ ych standard˚ ua kter´e dohromady dˇelaj´ı ze standardu FlexRay unik´atn´ı syst´em. Nejnovˇejˇs´ı verze protokolu FlexRay je V2.1. Tato verze je implementov´ana tˇreba v ˇradiˇci sbˇernice od Freescale Semicondutor MFR4310, kter´ y je pro tuto pr´aci pouˇzit. Verze protokolu a podporovan´e ˇcipy viz. obr 3.1. 7

KAPITOLA 3. FLEXRAY

8

Obr´ azek 3.1: FlexRay verze a podporovan´e ˇcipy

Prvn´ı s´eriov´ y v˚ uz, opatˇren´ y FlexRay sbˇernic´ı, je BMW X5 (2007), kde je sbˇernice pouˇzita pro ovl´ad´an´ı pneumatick´eho tlum´ıc´ıho syst´emu. Prvn´ı u ´pln´e vyuˇzit´ı je pˇredpokl´ad´ano v roce 2008 na voze BMW X6 (Adaptive Drive — zmˇena tuhosti stabiliz´ator˚ u a charakteristika tlumiˇc˚ u).

3.2

Parametry

Sbˇernice FlexRay se od ostatn´ıch automobilov´ ych sbˇernic liˇs´ı pˇredevˇs´ım svoji unik´atn´ı dvoukan´alovou strukturou. Pro pˇrenos se pouˇz´ıvaj´ı dva oddˇelen´e kan´aly. Kaˇzd´ y kan´al dok´aˇze pˇren´aˇset data s rychlost´ı aˇz 10 Mb/s. Z´aroveˇ n kaˇzd´ y kan´al obsahuje vlastn´ı hl´ıdac´ı obvod (bus guardian), kter´ y hl´ıd´a komunikaci pˇr´ımo na sbˇernici. Sbˇernice je navrˇzena tak, aby i pˇri poruˇse jedn´e jednotky nebyla ovlivnˇena komunikace mezi ostatn´ımi jednotkami na sbˇernici. Toto napˇr´ıklad nen´ı zajiˇstˇeno u sbˇernice typu CAN, u kter´e m˚ uˇze vlivem poruchy jedn´e jednotky vypadnout cel´a s´ıt’. Zvolen´a pˇr´ıstupov´a metoda k fyzick´e sbˇernici je TDMA (Time division multiple access), tedy nekolizn´ı pˇr´ıstup. Kaˇzd´a stanice m´a pˇridˇelen ˇcasov´ y interval , ve kter´em m˚ uˇze vys´ılat — deterministick´ y pˇr´ıstup. T´ım je zaruˇceno ˇze nedojde ke kolizi v komunikaci mezi ostatn´ımi jednotkami a ˇcasov´ y interval, do kdy bude zpr´ava odesl´ana.

3.3. TOPOLOGIE

9

Obr´ azek 3.2: sch´ema TDMA pˇr´ıstupu na sbˇernici

Vzd´alenost mezi jednotkami nesm´ı pˇrekroˇcit 24 m (garance doruˇcen´ı zpr´avy do definovan´eho ˇcasu 2,4 μs). Jedn´a se o s´eriov´ y pˇrenos po dvouvodiˇcov´e sbˇernici se zv´ yˇsenou odolnost´ı proti ruˇsen´ı, ke kter´emu pˇrisp´ıv´a k´odov´an´ı vyuˇz´ıvaj´ıc´ı CRC k´odu i diferenci´aln´ı pˇrenos. Jednotky v s´ıt´ı jsou spoleˇcnˇe synchronizov´any. Je tak´e definov´ana sluˇzba d´alkov´eho probuzen´ı uzlu. Dalˇs´ı funkc´ı, pˇrisp´ıvaj´ıc´ı k bezchybn´e komunikaci, je detekce chyb na u ´rovni budiˇce sbˇernice (bus guardian) i na vyˇsˇs´ıch vrstv´ach.

3.3

Topologie

FlexRay umoˇzn ˇuje jednokan´alov´e ˇci dvoukan´alov´e propojen´ı. V r´amci jednoho kan´alu je moˇzn´e vyuˇz´ıt nˇekolik r˚ uzn´ ych typ˚ u topologi´ı. Na v´ ybˇer jsou topologie typu sbˇernice, hvˇezda, pˇr´ıpadnˇe jejich kombinace. Maxim´aln´ı d´elka sbˇernice je omezena maxim´aln´ı vzd´alenost´ı mezi komunikaˇcn´ımi jednotkami (24 m), maxim´aln´ım zpoˇzdˇen´ım zpr´avy (2,4 μs) a maxim´aln´ım moˇzn´ ym propojen´ı tˇr´ı hvˇezd dohromady. Moˇznosti topologie:

Obr´ azek 3.3: Topologie: bod — bod

10

KAPITOLA 3. FLEXRAY

Obr´ azek 3.4: Topologie: pasivn´ı sbˇernice

Obr´ azek 3.5: Topologie: pasivn´ı hvˇezda

Obr´ azek 3.6: Topologie: aktivn´ı hvˇezda s opakovaˇcem

˚ 3.4. ARCHITEKTURA UZLU

11

Obr´ azek 3.7: Topologie: hybridn´ı

3.4

Architektura uzl˚ u

Uzel je rozhran´ı mezi zaˇr´ızen´ım a fyzickou sbˇernic´ı. V naˇsem pˇr´ıpadˇe je realizov´an ˇradiˇcem sbˇernice MFR4310, dvˇema budiˇci sbˇernice TJA1080 a nadˇr´ızen´ ym syst´emem tvoˇren´ ym aplikaˇcn´ım procesorem STR710, tedy mikroprocesorem s j´adrem ARM7.

Obr´ azek 3.8: Sch´ema FlexRay stanice

KAPITOLA 3. FLEXRAY

12

3.5

Z´ akladn´ı funkce protokolu

Jako hlavn´ı mechanismy protokolu FlexRay jsou: • K´odov´an´ı a dek´odov´an´ı (CODEC) ˇ ızen´ı pˇr´ıstupu na sbˇernici (MAC) • R´ • Zpracov´an´ı r´amce a symbolu (FSP) • Synchronizace hodin (MT,CSS,CSP) Tyto oblasti se daj´ı rozdˇelit do ˇctyˇrech hladin odpov´ıdaj´ıc´ım OSI modelu: • Fyzick´ a vrstva — hardwarov´ y pˇr´ıstup na sbˇernici (BG -– bus guardian) • K´ odovac´ı vrstva — CODEC prov´ad´ı u ´pravu dat a fyzick´e k´odov´an´ı pˇren´aˇsen´ ych bit˚ u (NRZ) • Protokolov´ a vrstva — vytv´aˇr´ı komunikaˇcn´ı r´amce apod. • Propojovac´ı vrstva — rozhran´ı mezi uzlem a nadˇrazen´ ym syst´emem)

Obr´ azek 3.9: Komunikaˇcn´ı urovnˇe FlexRay a jejich vazby

´ KODOV ´ ´ ´I PREN ˇ A ´ SEN ˇ YCH ´ ˚ 3.6. FYZICKE AN BITU

3.6

13

Fyzick´ e k´ odov´ an´ı pˇ ren´ aˇ sen´ ych bit˚ u

Kaˇzd´ y uzel m˚ uˇze komunikovat po dvou nez´avisl´ ych fyzick´ ych kan´alech (A a B). FlexRay protokol je nez´avisl´ y na fyzick´e vrstvˇe, ale pˇredpokl´ad´a se dvouvodiˇcov´e dvouhodnotov´e spojen´ı., kde se logick´e u ´rovnˇe pˇren´aˇs´ı jako diferenˇcn´ı napˇet´ı mezi vodiˇci (podobnˇe jako u CAN). Fyzick´ y pˇrenos dat se skl´ad´a z n´asleduj´ıc´ıch ˇca´st´ı: • TSS u ´vodn´ı pˇrenosov´a sekvence • FSS startovac´ı sekvence r´amce (zaˇca´tek pˇrenosu datov´eho r´amce) • BSS startovac´ı sekvence bajtu (zahajuje pˇrenos bajtu (jako RS232)) • FES ukonˇcovac´ı sekvence r´amce • FSP zpracov´an´ı r´amce a embolu (taktuje pˇrenos r´amc˚ u) • MAC ˇr´ızen´ı pˇr´ıstupu na pˇrenosov´e m´edium

ˇ asti FlexRay r´ Obr´ azek 3.10: C´ amce

KAPITOLA 3. FLEXRAY

14

3.7

Form´ at r´ amce

Tˇri segmenty: • Hlaviˇcka • Payload segment (obsahuje data) • Trailer segment (24-bitov´ y CRC k´od)

Obr´ azek 3.11: FlexRay r´ amec

3.8

ˇ ızen´ı pˇ R´ r´ıstupu na m´ edium MAC a synchronizace

Pˇr´ıstup na sbˇernici je zaloˇzen na st´ale se opakuj´ıc´ım cyklu, kter´ y pˇren´aˇs´ı jednotliv´e komunikaˇcn´ı r´amce v podobˇe slot˚ u. Tento cyklus se d´a nakonfigurovat pˇred startem s´ıtˇe (nelze mˇenit za chodu). Proti chybovosti je dost imunn´ı i pouˇzit´ y zp˚ usob adresace, kde kaˇzd´a jednotka m´a pˇridˇeleno ˇc´ıslo r´amce (tzv. frame ID). Podle nˇeho pak m´a jednotka pevnˇe vyhrazen´e m´ısto v komunikaˇcn´ım cyklu pro vloˇzen´ı sv´eho r´amce. Cel´ y komunikaˇcn´ı cyklus se skl´ad´a ze ˇctyˇr u ´rovn´ı:

ˇ ´IZEN´I PR ˇ ´ISTUPU NA MEDIUM ´ 3.8. R MAC A SYNCHRONIZACE

15

• Komunikaˇcn´ı cyklus – nejvyˇsˇs´ı u ´roveˇ n, tvoˇrena statick´ ym a dynamick´ ym segmentem, symbolick´ ymi okny a NIT (network idle time) • Arbitration grid level • Macrostick level (MT) — glob´aln´ı ˇcasov´a jednotka na sbˇernici (shodn´a v cel´e s´ıti) • Microstick level (μT) — lok´aln´ı nejmenˇs´ı ˇcasov´a jednotka kaˇzd´e stanice, odvozen´a od ˇcasov´e z´akladny stanice ( 12,5 ; 25 ; 50 ns)

Obr´ azek 3.12: Synchronizaˇcn´ı u ´rovnˇe v FlexRay r´ amci

V r´amci komunikaˇcn´ıho cyklu se data pˇren´aˇs´ı dvˇema odliˇsn´ ymi zp˚ usoby (dvˇe sch´emata pˇr´ıstupu): • Statick´ y segment – povinn´ y (v kaˇzd´em cyklu), statick´a d´elka, statick´e TDMA, stejnˇe velk´e sloty, konstantn´ı poˇcet slot˚ u v r´amci (mal´ y jitter - kol´ıs´an´ı zpoˇzdˇen´ı dat) Kaˇzd´a stanice m´a pˇridˇelen statick´ y slot pro vys´ıl´an´ı (na obou kan´alech), v jednom slotu je vysl´an jeden r´amec stanice, pokud chce stanice vyuˇz´ıt oba kan´aly mus´ı vyslat stejn´ y r´amec na oba kan´aly (synchronizaˇcn´ı r´amce) • Dynamick´ y segment – voliteln´ y, promˇenn´a d´elka slotu (podle konkr´etn´ı d´elky r´amce), komunikace na obou kan´alech je nez´avisl´a, FTDMA (Flexible TDMA), dynamick´ y minislotting, jeden nebo v´ıce minislot˚ u.

KAPITOLA 3. FLEXRAY

16

Obr´ azek 3.13: Statick´ y segment vs. dynamick´ y segment

3.9

Zhodnocen´ı

Spolehlivost standardu je d´ana deterministick´ ym pˇr´ıstupem na sbˇernici (ve statick´em segmentu) a diferenˇcn´ı sbˇernic´ı. Na u ´rovni fyzick´e vrstvy je detekce zkratu a pˇreruˇsen´ı sbˇernice. Kaˇzd´a stanice na kaˇzd´em kan´alu obsahuje hl´ıdac´ı obvod (bus guardian) zabraˇ nuj´ıc´ı pˇr´ıstupu na sbˇernici mimo vyhrazen´ y slot. Na u ´rovni ˇradiˇce je dvojn´asobn´e zabezpeˇcen´ı cyklick´ ym redundantn´ım k´odem (hlaviˇcka a cel´ y r´amec) a pˇrevzorkov´an´ım vstupn´ıho sign´alu. D´ale aplikaˇcn´ı vrstva pˇrij´ım´a hl´aˇsen´ı o chyb´ach a rozhoduje o redukci funkce zaˇr´ızen´ı. Z´akladn´ı princip komunikace pˇres FlexRay je vcelku jednoduch´ y, ale velk´e mnoˇzstv´ı implementovan´ ych funkc´ı a sluˇzeb pro zajiˇstˇen´ı co nejvˇetˇs´ı univerz´alnosti z nˇeho dˇel´a velmi sloˇzit´ y komunikaˇcn´ı standard. Jeho popis zab´ır´a nˇekolik stovek stran.

Kapitola 4 Testovac´ı model

Obr´ azek 4.1: Bugina – Cocpit

4.1

Bugina

Jedn´a se o dvoum´ıstnou buginu s n´ahonem na zadn´ı kola. Je vybavena dvoustupˇ novou pˇrevodovkou s ˇrazen´ım u stoj´ıc´ıho vozidla a odstˇredivou spojkou. Podvozek se skl´ad´a ze zadn´ıch a pˇredn´ıch v´ ykyvn´ ych polon´aprav. Vˇsechna ˇctyˇri kola jsou opatˇrena hydrauˇ ızen´ı m´a pˇrevod na lick´ ym dvoukan´alov´ ym brzdn´ ym syst´emem, p˚ usob´ıc´ım na kotouˇce. R´ hˇrebenovou tyˇc. Pro potˇreby ˇr´ızen´ı bylo rozhodnuto o odstranˇen´ı osy volantu mezi dvˇema kˇr´ıˇzov´ ymi klouby. V buginˇe je tedy zachov´ano uchycen´ı volantu a uspoˇr´ad´an´ı pˇredn´ı n´apravy aˇz po hˇrebenov´ y pˇrevod ˇr´ızen´ı. Pˇres tento pˇrevod bude pˇripojen motor s pˇrevodovkou jako hlavn´ı akˇcn´ı prvek. Vzhledem k potˇrebˇe zn´at aktu´aln´ı natoˇcen´ı kol je vyuˇzit rotaˇcn´ı senzor polohy. Pomoc´ı t´eto koncepce, kdy se mˇeˇr´ı u ´hel pˇr´ımo na kole a ne u motoru, je zn´am 17

KAPITOLA 4. TESTOVAC´I MODEL

18

pˇr´ımo u ´hel kol. Je to parametr, o kter´ y n´am jde pˇredevˇs´ım a kter´ y nen´ı zat´ıˇzen r˚ uzn´ ymi chybami, jako napˇr´ıklad v˚ ul´ı v pˇrevodovk´ach. Dalˇs´ı senzor natoˇcen´ı je um´ıstˇen hned u volantu, kde sn´ım´a poˇzadovanou polohu pˇredn´ıch kol.

Obr´ azek 4.2: Bugina - Pohled na uchycen´ı a kˇr´ıˇzov´ y kloub u volantu (zespodu)

Obr´ azek 4.3: Bugina - pˇrevod na hˇrebenovou tyˇc

4.2

Volant (senzory)

Od sn´ımaˇce polohy je poˇzadov´ano, aby urˇcoval polohu absolutnˇe, tedy znal polohu hned po spuˇstˇen´ı a nebylo potˇreba nejdˇr´ıve proj´ıt nˇejak´ y nulovac´ı bod. Pro zjednoduˇsen´ı stavby je poˇc´ıt´ano pouze s jednoot´aˇckov´ ym senzorem s rozliˇsen´ım 256 (krok po 1,4◦ ). Dalˇs´ı poˇzadavek, aby nedoch´azelo k opotˇreben´ı a aby pracoval i za n´ızk´ ych teplot, je

4.2. VOLANT (SENZORY)

19

samozˇrejmost´ı. Pro zjednoduˇsen´ı pˇripojen´ı a odstranˇen´ı vˇetˇs´ı poruchovosti je poˇzadov´an digit´aln´ı v´ ystup, nejl´epe se s´eriov´ ym pˇrenosem.

Senzor pro volant nebylo probl´em zvolit. Mezi moˇznosti patˇril optick´ y absolutn´ı senzor polohy (tzv. encoder polohy), pˇr´ıpadnˇe jeho magnetick´a varianta. Senzor na b´azi potenciometru je nedostaˇcuj´ıc´ı hned z nˇekolika d˚ uvodu. Jednak jeho stavba, kter´a m´a omezenou ˇzivotnost (poˇcet pˇrebˇeh˚ u), a analogov´ y v´ ystup, pˇres kter´ y by se do sn´ımac´ıho obvodu mohla zan´aˇset chyba.

Pˇred magnetick´ ym senzorem byla d´ana pˇrednost optick´emu, kter´ y m´a prakticky stejn´e vlastnosti, co se t´ yˇce velikosti rozliˇsen´ı a form´atu v´ ystupn´ıch dat. Jeho o nˇeco menˇs´ı rozsah ´ˇcely postaˇcuje. D´ale jsou optick´e senzory o nˇeco provozn´ıch teplot (-20 – 60◦ C) pro naˇse u bˇeˇznˇejˇs´ı zboˇz´ı neˇz magnetick´e a tak nen´ı probl´em naj´ıt na trhu vˇetˇs´ı ˇsk´alu variant. ˇ sen´ı padlo na absolutn´ı rotaˇcn´ı senzor ARC 415/10M firmy LARM. Jedn´a o senzor Reˇ s LED diodou v prosvˇetlovaˇci. V´ ystup je proveden paralelnˇe v GRAYovˇe k´odˇe (s TTL u ´rovnˇemi) s rozliˇsen´ım 10 bit˚ u. To v naˇsem pˇr´ıpadˇe znamen´a, urˇcen´ı u ´hlu s pˇresnost´ı 0,35◦ .

Obr´ azek 4.4: Optick´ y enkoder polohy ARC 4xx

KAPITOLA 4. TESTOVAC´I MODEL

20

Obr´ azek 4.5: Optick´ y enkoder polohy ARC 4xx – rozmˇery

Pro zjednoduˇsen´ı konstrukce je volant se senzorem doplnˇen prozat´ım pruˇzinou, kter´a m´a za u ´kol vracet volant do nulov´e polohy a vytv´aˇret tak jednoduch´ y feedback efekt. Pˇri n´avrhu ˇr´ıdic´ıch jednotek je uvaˇzov´ano s dodateˇcn´ ym instalov´an´ım feedback motorku a jeho ovl´ad´an´ım.

ˇ ´I NAPRAVA ´ 4.3. PREDN

4.3

21

Pˇ redn´ı n´ aprava

Pˇredn´ı n´aprava je opatˇrena senzorem pro mˇeˇren´ı aktu´aln´ıho u ´hlu natoˇcen´ı kol a motorem vyvol´avaj´ıc´ım akˇcn´ı z´asah na pˇredn´ı n´apravu.

4.4

Senzor

Od senzoru natoˇcen´ı kol je poˇzadov´ano prakticky to sam´e jako od senzoru u volantu. Zde ale nejde pˇr´ımo mˇeˇrit u ´hel na rejdov´em ˇcepu, protoˇze nen´ı pro takov´ yto senzor m´ısto a nebo by byl pˇr´ıliˇs vystaven vnˇejˇs´ım vliv˚ um. Pˇri uchycen´ı pˇr´ımo na konec v´ ykyvn´e n´apravy u rejdov´eho ˇcepu by byl senzor pˇr´ıliˇs vystaven mimo vlastn´ı konstrukci vozu a byl by prvn´ı na r´anˇe“. Jak´akoli menˇs´ı pˇrek´aˇzka na vozovce, tˇreba j´ızda v kolej´ıch nebo ” naj´ıˇzdˇen´ı na schod“ by znamenalo ztr´atu senzoru. ” Pro pˇredn´ı n´apravu by se nejv´ıce hodil line´arn´ı senzor s up´ın´an´ım na dvou m´ıstech (konstrukc´ı podobnou tlumiˇc˚ um). Jako jedin´ y pouˇziteln´ y senzor t´eto konstrukce je LVDT. Tento senzor je ale pro naˇse u ´ˇcely zbyteˇcnˇe pˇresn´ y, coˇz nen´ı na ˇskodu, ale tak´e bez vyuˇzit´ı. y v´ ystup, kter´eho se chceme vyvarovat. Ostatn´ı Dalˇs´ı negativn´ı vlastnost´ı je analogov´ line´arn´ı senzory (jak magnetick´e tak i optick´e) jsou vˇetˇsinou v proveden´ı inkrement´aln´ım, coˇz by znamenalo po kaˇzd´em startu syst´emu prov´est kalibraci nuly. Pro pˇredn´ı n´apravu byl vybr´an stejn´ y senzor jako pro volant s napojen´ım na kola pomoc´ı dalˇs´ı hˇrebenov´e tyˇce. O nˇeco jednoduˇsˇs´ım zp˚ usobem napojen´ı by byl jednoduch´ y p´akov´ y pˇrevod (p˚ uvodnˇe zam´ yˇslen´ y). Tento zp˚ usob ale nen´ı ide´aln´ı, protoˇze by byla vyuˇzita maxim´alnˇe polovina cel´eho rozsahu senzoru. Tento probl´em se vyˇreˇsil hˇrebenov´ ym pˇrevodem a tak je k dispozici cel´e rozliˇsen´ı senzoru. Pˇri pouˇzit´ı 10-bitov´eho senzoru tedy m´ame 1024 rozeznateln´ ych poloh. Senzor bude um´ıstˇen do prostoru r´amu v pˇredn´ı ˇca´sti buginy. Od kola povede k senzoru pˇres kulov´ y kloub seˇriditeln´a tyˇc, kter´a bude pˇres p´aku, pˇripevnˇenou k senzoru, y. Nelinearita zp˚ usoben´a t´ımto pˇrevodem je kompenpˇren´aˇset posuvn´ y pohyb na ot´aˇciv´ zovan´a stejn´ ym pˇrevodem od hˇrebenov´e tyˇce ke kol˚ um. Toto uspoˇr´ad´an´ı zajiˇst’uje dobrou funkci i velice dobr´e kryt´ı senzoru od nepˇr´ızniv´ ych vnˇejˇs´ıch vliv˚ u (voda, pˇrek´aˇzky, . . . ).

KAPITOLA 4. TESTOVAC´I MODEL

22

4.5

Akˇ cn´ı ˇ clen

Hlavn´ı parametry, kter´e mus´ı akˇcn´ı ˇclen splˇ novat, jsou schopnost natoˇcit kola aˇz do krajn´ı polohy, kde je potˇreba nejvˇetˇs´ı s´ıla, a dostateˇcn´a rychlost, aby natoˇcen´ı kol co nejl´epe kop´ırovalo polohu volantu bez delˇs´ıch odezev. U buginy byl zmˇeˇren moment p˚ usob´ıc´ı na volant. Tento moment nen´ı vˇsude stejn´ y – od stˇredu m´ırnˇe roste a aˇz t´emˇeˇr pˇred koncem v´ yraznˇe stoupne na 14 Nm (pˇri stoj´ıc´ım vozidle a poloviˇcn´ım uˇziteˇcn´em zat´ıˇzen´ı). Pˇri pˇrepoˇctu na s´ılu p˚ usob´ıc´ı na kola vych´az´ı s´ıla na 700 N.

F =

14 M = = 700 N r 0.02

(4.1)

Rychlost je d´ana minim´aln´ı dobou pˇrebˇehu z jedn´e koncov´e polohy do druh´e. Tato hodnota byla zvolena na 1 s. Pro st´avaj´ıc´ı pˇrevod na hˇrebenovou tyˇc tedy vych´az´ı rychlost motoru na 150 ot/min. V =

2.5 N = = 2.5 ot/s = 150 ot/min t 1

(4.2)

Pˇri pˇrepoˇctu pˇr´ımo na ozubenou tyˇc to dˇel´a zhruba 200 mm/s. Pro ovl´ad´an´ı m´ame dvˇe moˇznosti, bud’to pouˇz´ıt line´arn´ı motor s posuvem aˇz 200 mm, tlaˇcnou silou alespoˇ n 800 N a rychlost´ı 200 mm/s. Tyto motory existuj´ı, ale vˇetˇsina nesplˇ nuje poˇzadavek na rychlost. Dalˇs´ı variantou je klasick´ y rotaˇcn´ı motor a v´ ystupn´ımi parametry 150 ot/min a s momentem alespoˇ n 800 N. Tato varianta uˇz je dostupnˇejˇs´ı pˇri pouˇzit´ı motoru s pˇrevodovkou. D´ale by se dalo pouˇz´ıt servo, kde by odpadlo pouˇzit´ı senzoru na kolech, jelikoˇz by se servu pouze dodala informace o poˇzadovan´em natoˇcen´ı kol. V tomto pˇr´ıpadˇe by ale nebyly odstranˇeny v˚ ule v pˇrevodovk´ach. Jako akˇcn´ı ˇclen byl zvolen klasick´ y motor opatˇren´ y pˇrevodovkou. Motor je pˇripojen pˇres pˇrevod na ozubenou tyˇc ke kol˚ um. Pˇrevodovka zaruˇcuje dostateˇcn´ y moment i fixaci v natoˇcen´e poloze bez brzdˇen´ı motoru.

4.6

Nap´ ajen´ı

Bugina nem´a vlastn´ı z´aloˇzn´ı zdroj energie (startov´an´ı pomoc´ı ruˇcn´ıho t´ahla). M´a pouze dynamo nap´ajej´ıc´ı za bˇehu dva pˇredn´ı svˇetlomety, brzdov´a a smˇerov´a svˇetla. Bude doplnˇena olovˇen´ ym 12 V akumul´atorem, pˇr´ıpadnˇe i jeho dob´ıjen´ım za j´ızdy.

Kapitola 5 Hardware 5.1

Poˇ zadavky

Deska m´a za u ´kol ˇc´ıst informaci ze senzor˚ u, tento u ´daj zpracovat, pˇr´ıpadnˇe poslat pˇres FlexRay dalˇs´ı jednotce. Dalˇs´ı poˇzadavky na desku jsou moˇznost usp´an´ı a vzbuzen´ı, jak programovˇe tak z vnˇejˇs´ıho podnˇetu (buzen´ı). Pro moˇznost ladˇen´ı je opatˇrena JTAG a RS232 rozhran´ım. Pro indikaci v jak´em st´adiu programu se deska nach´az´ı, opatˇrena signalizaˇcn´ımi LED diodami. Na desce je tak´e implementov´ano rozhran´ı CAN, kter´e je v automobilov´em pr˚ umyslu velice rozˇs´ıˇren´e. Pro pˇripojen´ı vnˇejˇs´ıch periferi´ı je opatˇrena konektorem. Samozˇrejmˇe dalˇs´ım poˇzadavkem na desku bylo jej´ı co nejv´ıce univerz´aln´ımu proveden´ı, kv˚ uli pouˇzit´ı i u jin´ ych typ˚ u aplikac´ı FlexRay sbˇernice. V neposledn´ı ˇradˇe je poˇzadov´ano kompaktn´ı proveden´ı, tedy mal´e rozmˇery a dostatek up´ınac´ıch bod˚ u pro snadn´e a bezprobl´emov´e um´ıstˇen´ı do vozu.

5.2

Popis

Na desce je um´ıstˇen 32-bitov´ y mikroprocesor STR710 s j´adrem ARM7, kter´ y zajiˇst’uje hlavn´ı v´ ypoˇcetn´ı v´ ykon. Pro vˇetˇs´ı poˇcet vyuˇz´ıvan´ ych vstupnˇe v´ ystupn´ıch bran je zvolen v pouzdˇre LQFP144. K nˇemu je pomoc´ı oddˇelen´e adresov´e (12-bitov´e) a datov´e (16bitov´e) sbˇernice (tzv. asynchronn´ı pamˇet’ov´ y intefrace) pˇripojen ˇradiˇc sbˇernice MFR4300 ˇ c je pˇripojen jako extern´ı pamˇet’. Jako (Freescale) s podporou FlexRay verze 2.1. Radiˇ budiˇce sbˇernice jsou vyuˇzity TJA1080 (Philips), kter´e jsou pˇripojeny k budiˇci sbˇernice a z´aroveˇ n pˇr´ımo k mikroprocesoru. Mikroprocesor m´a implementovanou podporu sbˇernice 23

24

KAPITOLA 5. HARDWARE

CAN, kter´a je pomoc´ı budiˇce sbˇernice PCA82C250 (Philips) vyvedena z desky.

Na desce je rozhran´ı JTAG pro programov´an´ı a debugov´an´ı programu. Jako dalˇs´ı rozhran´ı pro v´ yvoj je vyvedena s´eriov´a linka RS232. Ta je vyvedena na konektor bez pˇrevodn´ıku napˇet’ov´ ych u ´rovn´ı. D´ale je na desku um´ıstˇeno 5 sign´aln´ıch LED diod. Jedna signalizuje spr´avn´e nap´ajec´ı napˇet´ı a dalˇs´ı ˇctyˇri je moˇzno ovl´adat pomoc´ı programu.

Deska je opatˇrena 40-pinov´ ym konektorem slouˇz´ıc´ı k pˇripojen´ı extern´ıch modul˚ u, jako jsou senzory nebo motory. Deska je stavˇena pro zabudov´an´ı do dvan´activoltov´e nap´ajec´ı s´ıtˇe. Pro vlastn´ı spotˇrebu je toto napˇet´ı stabilizov´ano na 5 V pomoc´ı LM7805 a d´ale pomoc´ı LD29150 stabilizov´ano na 3,3 V. Nap´ajec´ı napˇet´ı je sp´ın´ano pomoc´ı tranzistoru, zajiˇst’uj´ıc´ıho probouzen´ı a us´ın´an´ı cel´e desky pˇri ukonˇcen´ı ˇcinnosti. Impuls k t´eto zmˇenˇe d´av´a bud’to procesor, pˇr´ıkaz pˇrijat´ y pˇres sbˇernici nebo podnˇet z vnˇejˇs´ıho zdroje.

Obr´ azek 5.1: Navrˇzen´a deska pro komunikaci po FlexRay

5.3. MIKROPROCESOR STR710

25

Obr´ azek 5.2: Blokov´e sch´ema desky

5.3

Mikroprocesor STR710

Mikroprocesor STR710 je 32-bitov´ y RISC procesor s j´adrem ARM7. Pˇr´ımo podporuje nˇekolik bˇeˇzn´ ych periferi´ı jako jsou UART, USB, CAN nebo I2C. Z´akladn´ı vlastnosti mikroprocesoru : • 32-bitov´ y RISC • 3 stupˇ nov´a instrukˇcn´ı pipeline • 45 MIPS pˇri 50 MHz • 32 vektor˚ u pˇreruˇsen´ı (16 stupˇ n˚ u priorit, 14 vnˇejˇs´ıch) • 256 kB Flash pamˇet’ programu • 16 kB Flash pamˇet’ dat • 64 kB RAM (moˇznost pˇripojen´ı extern´ıch pamˇet’´ı – 16-bitov´a adresov´a sbˇernice) • 5 x timer: 16-bitov´ y watchdog timer 3 x 16-bitov´ y ˇcasovaˇc/ˇc´ıtaˇc 16-bitov´ y timer - pro funkci ˇcasov´e z´akladny • 48 I/O port˚ u (sd´ılen´ ych)

KAPITOLA 5. HARDWARE

26

• 13 komunikaˇcn´ıch rozhran´ı (I2C, 4x UART, SmartCard, JTAG, 2BSPI, CAN, USB a HDLC) • 4 x 12-bitov´ y A/D pˇrevodn´ık (fv = 1 kHz, 0 – 2,5 V) • 3,0 – 3,6 V nap´ajen´ı (vnitˇrn´ı zdroj pro j´adro 1,8 V) • Rozsah teplot -40 — 85◦ C • Integrovan´ y RTC oscil´ator (spuˇstˇen´ y z extern´ıho 32 kHz krystalu)

Obr´ azek 5.3: Vnitˇrn´ı blokov´e sch´ema procesoru STR710

5.3. MIKROPROCESOR STR710

27

Obr´ azek 5.4: Zapojen´ı mikroprocesoru STR710

K procesoru je pˇripojen krystalov´ y oscil´ator o frekvenci 32,768 kHz jako zdroj generov´an´ı re´aln´eho ˇcasu a integrovan´ y programovateln´ y oscil´ator kmitaj´ıc´ı na frekvenci 4 Mhz.

KAPITOLA 5. HARDWARE

28

Obr´ azek 5.5: Pouˇzit´e oscil´atory

Reset procesoru zajiˇst’uje RC obvod, kter´ y resetuje obvod pˇri pˇripojen´ı nap´ajec´ıho napˇet´ı, tento obvod je doplnˇen resetovac´ım tlaˇc´ıtkem pro pˇr´ıpad potˇreby ruˇcn´ıho resetu. Kv˚ uli nebezpeˇc´ı nedokonal´eho resetu, pˇri usp´an´ı desky a okamˇzit´em vzbuzen´ı, je resetovac´ı obvod doplnˇen obvodem STM1001T hl´ıdaj´ıc´ım nap´ajec´ı napˇet´ı. Tento obvod pˇri poklesu nap´ajec´ıho napˇet´ı procesor resetuje.

Obr´ azek 5.6: Resetovac´ı obvod

Bootovac´ı reˇzim je nastaven na USER mod (EN uzemnˇen, B0 a B1 libovolnˇe) , kter´ y zaˇcne vykon´avat program z vnitˇrn´ı pamˇeti flash. Z d˚ uvodu potˇreby zmˇeny reˇzimu pˇri ˇspatn´em naprogramov´an´ı, kdy pˇrestane procesor komunikovat, nen´ı tento reˇzim pevnˇe zadr´atov´an na desce, ale je nastaven pˇres nulov´e odpory. Procesor se programuje pˇres JTAG rozhran´ı, kter´e m´a na desce vlastn´ı standardn´ı 20-pinov´ y konektor.

5.3. MIKROPROCESOR STR710

29

Obr´ azek 5.7: Zapojen´ı JTAG rozhran´ı

S´eriov´a linka RS232 je vyvedena pouze jedna a na desce nem´a budiˇc sbˇernice, takˇze pˇri jej´ım pouˇzit´ı je potˇreba tento pˇrevodn´ık u ´rovn´ı doplnit externˇe. S´eriov´a linka m´a na desce 3-pinov´ y konektor. Pro moˇznost snadn´eho urˇcen´ı stavu, ve kter´em se procesor nach´az´ı, jsou k nˇemu pˇripojeny 4 LED diody. Dalˇs´ı dioda je pˇripojena na nap´ajec´ı napˇet´ı a signalizuje jeho funkˇcnost. Diody jsou pˇripojeny k I/O port˚ um podle n´asleduj´ıc´ı tabulky: Oznaˇcen´ı Pin

Barva

D3

P0.12 Zelen´a

D4 D5

P0.10 Zelen´a ˇ P0.8 Cerven´ a

D6

ˇ P1.15 Cerven´ a

Tabulka 5.1: Pˇripojeni diod

Obr´ azek 5.8: Signalizuj´ıc´ı LED diody

KAPITOLA 5. HARDWARE

30

Na desce je um´ıstˇen 40-pinov´ y ploch´ y konektor slouˇz´ıc´ı jako hlavn´ı komunikaˇcn´ı rozhran´ı. Na konektor jsou pˇrivedeny nap´ajec´ı napˇet´ı velikosti +Ubat (12 – 14 V), 5 V a 3,3 V. D´ale obsahuje 16 I/O port˚ u (P2.8 – P2.15 a P1.0 — P1.7), sign´al Wakeup (pro vzbouzen´ı desky) a rozhran´ı CAN (2 piny). Voln´e piny jsou uzemnˇeny, aby bylo potlaˇceno ruˇsen´ı mezi nimi. Na 16 I/O port˚ u jsou k dispozici 2 ˇc´ıtaˇce, 4 extern´ı pˇreruˇsen´ı, 4 A/D 12-bitov´e pˇrevodn´ıky (pˇrevodn´ı rozsah 0 – 2,5 V). Procesor je nap´ajen 3,3 V a nen´ı 5 V tolerantn´ı, proto je potˇreba pˇred napojen´ım k extern´ı logice tyto u ´rovnˇe pˇrizp˚ usobit. Konektor je standardn´ı ploch´ y poˇc´ıtaˇcov´ y“. Pro vˇetˇs´ı odolnost proti rozpojen´ı je s postran´ımi h´aˇcky ” zajiˇst’uj´ıc´ı aby se konektor samovolnˇe neuvolnil, napˇr´ıklad v d˚ usledku vibrac´ı. Legenda: I

input – vstup

O

outpus – v´ ystup

S

source – zdroj

ADC

analog digital konvertor – A/D pˇrevodn´ık

AIN

analog input – analogov´ y vstup

INT

interupt – pˇreruˇsen´ı

T

timer, counter – ˇcasovaˇc, ˇc´ıtaˇc

I/O - Popis

open drain, push pull, out 4 mA, CMOS level

Obr´ azek 5.9: Rozˇsiˇruj´ıc´ı konektor

5.3. MIKROPROCESOR STR710

Pin

Jm´eno

Typ Hlavn´ı funkce

1

WAKE

I

Wake up

2

CAN H

I/O

CAN

3

P1.7

I/O

Port 1.7

4

CAN L

I/O

CAN

5

P1.6

I/O

7

P1.5

9

P1.4

31

Alternativn´ı funkce

Popis Pˇri uzemnˇen´ı vzbud´ı desku

T1.OCMPA

I/O – Popis

Port 1.6

T1.OCMPB

I/O – Popis

I/O

Port 1.5

T1.ICAPB

I/O – Popis

I/O

Port 1.4

T1.ICAPA

I/O – Popis

T1.EXTCLK 11

P1.3

I/O

Port 1.3

T3.ICAPB

I/O – Popis

AIN.3 13

P1.2

I/O

Port 1.2

T3.OCMPA

I/O – Popis

AIN.2 15

P1.1

I/O

Port 1.1

T3.EXTCLK

I/O – Popis

T3.ICAPA, AIN.1 17

P1.0

I/O

Port 1.0

T3.OCMPB

I/O – Popis

AIN.0 19

P2.15

I/O

Port 2.15

I/O – Popis

21

P2.14

I/O

Port 2.14

I/O – Popis

23

P2.13

I/O

Port 2.13

I/O – Popis

25

P2.12

I/O

Port 2.12

I/O – Popis

27

P2.11

I/O

Port 2.11

INT5

I/O – Popis

29

P2.10

I/O

Port 2.10

INT4

I/O – Popis

31

P2.9

I/O

Port 2.9

INT3

I/O – Popis

33

P2.8

I/O

Port 2.8

INT2

I/O – Popis

35

+3.3 V

S

+3.3 V

Pˇri uspan´e desce 0 V

37

+5 V

S

+5 V

Pˇri uspan´e desce 0 V

39

+Vbat

S

+12 V

St´al´e napˇeti i pˇri uspan´ı

-

GND

S

Ground Tabulka 5.2: Rozvrˇzen´ı konektor˚ u

KAPITOLA 5. HARDWARE

32

5.4

MFR4310 - ˇ radiˇ c sbˇ ernice FlexRay

MFR4310 je ˇradiˇc sbˇernice FlexRay (verze 2.1) s moˇznost´ı pˇripojen´ı k procesoru poˇ c MFR4310 (MFR4300 moc´ı asynchronn´ı (AMI) nebo synchronn´ı (HCS12) sbˇernice. Radiˇ – odstranˇeno nˇekolik zn´am´ ych chyb) je novˇejˇs´ı verz´ı MFR4200 (FlexRay 1.1). Jedn´ım z v´ yrazn´ ych rozd´ıl˚ u od starˇs´ıho proveden´ı je pln´a podpora 254 bajtov´ ych zpr´av (MFR4200 pouze 32 B), filtrace i podle stavu ˇc´ıtaˇce cykl˚ u, nebo voliteln´a frekvence rozhran´ı ˇradiˇcnadˇr´ızen´ y syst´em. Z´akladn´ı vlastnosti MFR4310: • jednokan´alov´e i dvoukan´alov´e pˇripojen´ı • FlexRay port A m˚ uˇze b´ yt nakonfigurov´an jako kan´al A nebo B • Pˇrenosov´a rychlost: 2,5, 5, 8, 10 Mb/s • 128 konfigurovateln´ ych buffer˚ u • Moˇznost filtrace zpr´av podle: ˇc´ısla r´amce (Frame ID), ˇc´ısla kan´al˚ u (channel ID), ˇc´ıtaˇce cykl˚ u(cycle counter) • Konfigurovateln´a velikost datov´eho bufferu zpr´avy (od 0 do 254 B) ych buffr˚ u zpr´av pro statick´e i dynamick´e segmenty • Moˇznost oddˇelen´ • Konfigurovatelnost buffer˚ u jako vstupn´ı nebo v´ ystupn´ı • Dva pˇrij´ımac´ı FIFO z´asobn´ıky • Dva ˇcasovaˇce (absolutn´ı, relativn´ı) • Dva voliteln´e Controller Host Interface (synchronn´ı, asynchronn´ı) • Intern´ı 40 MHz krystalov´ y oscil´ator • Voliteln´a frekvence hodin 20/40/80 MHz • Intern´ı napˇet’ov´ y stabiliz´ator • Nastaviteln´ y hodinov´ y v´ ystup 4/10/40 MHz • V´ ystup na fyzickou vrstvu odpov´ıdaj´ıc fyzick´e vrstvˇe FlexRay

ˇ ˇ SBERNICE ˇ 5.4. MFR4310 - RADI C FLEXRAY

33

Obr´ azek 5.10: Proveden´ı integrovan´eho ˇradiˇce MFR4310

5.4.1

Zapojen´ı

ˇ c FlexRay sbˇernice MFR4310 je k procesoru pˇripojen jako asynchronn´ı pamˇet’ (AMI), Radiˇ tedy pomoc´ı oddˇelen´e 12-bitov´e adresov´e sbˇernici a 16-bitov´e datov´e sbˇernici. Z d˚ uvodu vz´ajemnˇe otoˇcen´e datov´e sbˇernici je ˇradiˇc um´ıstˇen na opaˇcn´e stranˇe ploˇsn´eho spoje neˇz ˇ c m´a sice vnitˇrn´ı 13-bitovou adresovou sbˇernici, ale jej´ı nejniˇzˇs´ı je mikroprocesor. Radiˇ bit nen´ı vyveden a je uvnitˇr trvale uzemnˇen (adresuj´ı se pouze lich´e adresy). Z tohoto d˚ uvodu nen´ı nejniˇzˇs´ı bit adresov´e sbˇernice na procesoru nikam pˇriveden. Pomoc´ı rezistor˚ u R13 a R23 je na ˇradiˇci vybr´an reˇzim pˇripojen´ı (AMI - asynchronn´ı memory interface). Pro ovl´ad´an´ı ˇcten´ı a z´apisu je d´ale ˇradiˇc pˇripojen na sign´aly CE, W E a OE (s funkc´ı jako u klasick´e extern´ı pamˇeti).

34

KAPITOLA 5. HARDWARE

Obr´ azek 5.11: Zapojen´ı ˇradiˇce FlexRay MFR 4310

Jako gener´ator hodin pro ˇradiˇc je pouˇzit integrovan´ y programovateln´ y oscil´ator SG– 8002JF (Epson), kmitaj´ıc´ı na 40 MHz. Tento obvod byl vybr´an z d˚ uvodu ˇspatnˇe funguj´ıc´ıho krystalov´eho oscil´atoru na pˇredch´azej´ıc´ı testovac´ı desce sbˇernice FlexRay.

Obr´ azek 5.12: Programovateln´ y oscil´ator

ˇ SBERNICE ˇ 5.5. TJA1080 – BUDIC FLEXRAY

5.5

35

TJA1080 – budiˇ c sbˇ ernice FlexRay

Z´akladn´ı vlastnosti TJA1080: • Rychlost 10 Mb/s • 14 V nebo 42 V nap´ajec´ı napˇet´ı • n´ızk´e elektromagnetick´e emise (podpora nest´ınˇen´ ych kabel˚ u) • diferenˇcn´ı pˇrij´ımaˇc s vysok´ ym potlaˇcen´ım souhlasn´eho napˇet´ı (EMI) • Pˇripojen´ı jako aktivn´ı hvˇezda nebo pasivn´ı sbˇernice • Automatick´a I/O adaptace u ´rovn´ı (pomoc´ı VIO ) • Bus guardian • Reˇzim sp´anku (vzbuzen´ı: pˇrijmut´ım znaku po sbˇernici, sestupnou hranou na WAKE UP, n´abˇernou hranou na STBN) • Detekce chyb (zkrat na fyzick´e vrstvˇe, pˇrehˇr´at´ı, kol´ıs´an´ı nap´ajen´ı) • Provozn´ı teplota -40 — 150◦ C

Obr´ azek 5.13: Blokov´e sch´ema TJA1080

KAPITOLA 5. HARDWARE

36

5.5.1

Zapojen´ı

Budiˇce sbˇernice jsou pˇripojeny k ˇradiˇci sbˇernice FlexRay, ale tak´e pˇr´ımo k procesoru. K procesoru jdou sign´aly EN (povolen´ı, vstup), RXD (receive data, v´ ystup) , ERRN (error diagnose, v´ ystup) a RXEN (receive data enable, v´ ystup). Ke sbˇernici je pˇripojen v´ yvody BP a BM. Ty jsou pˇripojeny pˇres filtr, kter´ y odstraˇ nuje souhlasn´e napˇet´ı na sbˇernici. Filtr jsou dvˇe c´ıvky na spoleˇcn´em j´adˇre. D´ale je kaˇzd´ y kan´al doplnˇen termin´atory pro zakonˇcen´ı sbˇernice. Z d˚ uvodu r˚ uzn´eho zp˚ usobu zapojen´ı sbˇernice (napˇr. sbˇernicov´a) jsou tyto termin´atory odpojiteln´e pomoc´ı jumper˚ u. Termin´atory budou aktivov´any pouze na modulech na konc´ıch sbˇernice. Fyzick´e spojen´ı se sbˇernici FlexRay je zajiˇstˇeno pomoc´ı ˇsroubovac´ıch konektor˚ u ARK120.

Obr´ azek 5.14: Celkov´e zapojen´ı budiˇce sbˇernice FlexRay

Budiˇce sbˇernice maj´ı speci´aln´ı v´ ystup pro sp´ın´an´ı nap´ajen´ı. Toho je vyuˇz´ıv´ano na jednom budiˇci (druh´ y nem´a tyto v´ ystupy pouˇzity) pro sp´ın´an´ı napˇet´ı pro celou desku. Sign´al pro vzbuzen´ı m˚ uˇze pˇrij´ıt pˇres sbˇernici FlexRay (vzd´alen´e buzen´ı), nebo od proce-

ˇ SBERNICE ˇ 5.6. SN65HVD231Q – BUDIC CAN

37

soru (vyuˇz´ıv´ano k usp´an´ı), pˇr´ıpadnˇe pˇres extern´ı konektor (pˇripojen´ım WAKE na zem). Po tomto sign´alu se na v´ ystupu INH1 budiˇce U6 objev´ı nap´ajec´ı napˇet´ı. T´ımto napˇet´ım je sp´ın´an tranzistor Q1, kter´ y sp´ın´a nap´ajec´ı napˇet´ı pro celou desku. Nap´ajec´ı napˇet´ı je nejdˇr´ıve stabilizov´ano na 5 V pomoc´ı LM7805 a n´aslednˇe pomoc´ı LD29150DT33 stabilizov´ano na 3,3 V.

Obr´ azek 5.15: Sch´ema nap´ ajec´ıho zdroje

5.6

SN65HVD231Q – budiˇ c sbˇ ernice CAN

Interface mezi CAN ˇradiˇcem a fyzickou vrstvou. Umoˇzn ˇuje diferenˇcn´ı vys´ıl´an´ı na sbˇernici a diferenˇcn´ı pˇr´ıjem. Je kompatibiln´ı s ˇradiˇcem sbˇernice od formy Philips PCA82C250. Z´akladn´ı vlastnosti: • Rychlost aˇz 1 Mb/s • Volba doby hrany (RFI – potlaˇcen´ı vysokofrekvenˇcn´ıho ruˇsen´ı) • Diferenˇcn´ı pˇrij´ımaˇc s vysok´ ym potlaˇcen´ım souhlasn´eho napˇet´ı • Tepeln´a pojistka • Odoln´ y proti zkratu nap´ajec´ıho napˇet´ı • Standby m´od • Uspan´ y uzel nezan´aˇs´ı do s´ıtˇe ruˇsen´ı • Pˇripojen´ı aˇz 110 uzl˚ u do jedn´e s´ıtˇe • Pracovn´ı napˇet´ı -40 – 125◦ C

KAPITOLA 5. HARDWARE

38

Obr´ azek 5.16: Blokov´e sch´ema budiˇce sbˇernice CAN

5.6.1

Zapojen´ı

CAN sbˇernice je pˇripojena pomoc´ı budiˇce sbˇernice SN65HVD231Q, na v´ ystupu tohoto budiˇce je ochrann´ y diodov´ y obvod chr´an´ıc´ı zapojen´ı. D´ale je na v´ ystupu um´ıstˇen vyp´ınateln´ y termin´ator pro potˇrebu ukonˇcen´ı sbˇernice.

Obr´ azek 5.17: Sch´ema CAN budiˇce sbˇernice

5.7. PERIFERIE

5.7

39

Periferie

Jako hlavn´ı perif´erie obvodu je senzor polohy. Senzor m´a digit´aln´ı v´ ystupy v logick´ ych u ´rovn´ıch 5 V TTL logiky, ale deska pracuje s nap´ajen´ım 3,3 V. Z tohoto d˚ uvodu je nutn´e senzor pˇripojit pˇres obvod upravuj´ıc´ı logick´e u ´rovnˇe. Jelikoˇz TTL logika splˇ nuje rozhodovac´ı u ´rovnˇe pˇri pˇripojen´ı jako vstup na CMOS (na 3,3 V), je hlavn´ı probl´em omezit nejvyˇsˇs´ı napˇet´ı pˇri log 1“ na 3,3 V. To je provedeno pomoc´ı zenerovy diody na ” 3,3 V a pˇredˇradn´eho odporu. Velikost odporu je volena z hlediska spolehlivosti rozliˇsen´ı logick´ ych u ´rovn´ı a z hlediska rychlosti. Dalˇs´ı periferie je motor. Pro testovac´ı u ´ˇcely je vyp˚ ujˇcen motor s CAN rozhran´ım a tak nen´ı s jeho napojen´ım probl´em.

5.8

Software

Samotn´e zapojen´ı je nepouˇziteln´e bez softwaru, kter´ y by tyto moduly ˇr´ıdil. Naps´an´ı softwaru nen´ı n´apln´ı t´eto pr´ace, ale uˇz od zaˇc´atku je n´avrh zapojen´ı diskutov´an a spojen s prac´ı zab´ yvaj´ıc´ı se pr´avˇe naps´an´ım softwaru a vytvoˇren´ım modelu pro testov´an´ı regul´ator˚ u nutn´ ych k ˇr´ızen´ı. Pr´ace m´a n´azev: Programov´e vybaven´ı pro Drive-by-wire“ a ” je vypsan´a na katedˇre mˇeˇren´ı (v roce 2008) pro studenta Radka Beneˇse.

40

KAPITOLA 5. HARDWARE

Kapitola 6 Z´ avˇ er V bakal´aˇrsk´e pr´aci byly vytvoˇreny desky pro steer-by-wire pomoc´ı standardu FlexRay. Desky jsou vyrobeny dvˇe. Jedna pro um´ıstˇen´ı k volantu a druh´a k pˇredn´ı n´apravˇe. Desky splˇ nuj´ı zadan´e parametry a poskytuj´ı funˇcnost. Byly navrˇzeny tak, aby se bez probl´em˚ u daly pouˇz´ıt i na dalˇs´ı aplikace x-by-wire. Bˇehem stavby a oˇzivov´an´ı desek byly odhaleny nˇekter´e chyby uˇcinˇen´e v n´avrhu sh´ematu nebo pˇri n´avrhu ploˇsn´eho spoje. Tyto chyby byly odstranˇeny nebo byl jejich vliv na funkci cel´e desky potlaˇcen. V pˇr´ıloze je sch´ema a n´avrh desky opraven a zbaven objeven´ ych chyb. Kv˚ uli zdrˇzen´ı pˇri sh´anˇen´ı FlexRay ˇradiˇc˚ u (prakticky nejsou k dispozici na trhu) a vzhledem k pr˚ utah˚ um pˇri objedn´av´an´ı senzor˚ u, motoru a v´ yrobˇe desky se nestihl cel´ y syst´em ˇra´dnˇe otestovat. A tak zat´ım hlavn´ım v´ ysledekem pr´ace jsou funkˇcn´ı desky, ˇc´ım bylo splnˇeno zad´an´ı bakal´aˇrsk´e pr´ace. Pˇri ˇreˇsen´ı zadan´eho t´ematu byly z´ısk´any praktick´e zkuˇsenosti v oblasti automobilov´eho pr˚ umyslu ve spojen´ı s nov´ ym komunikaˇcn´ım standardem FlexRay, kter´ y by mˇel b´ yt v tomto oboru v nejbliˇzˇs´ıch p´ar letech velice vyuˇz´ıv´an.

41

42

´ ER ˇ KAPITOLA 6. ZAV

Literatura ˇ [1] Waraus, D.: Syst´em standardu flexray. Diplomov´a pr´ace CVUT-FEL Praha, 2008. ˇ ’o, S., Kreidl, M.: Senzory a mˇeˇr´ıc´ı obvody. Skripta CVUT, ˇ [2] Dad Praha 1999. [3] Voj´aˇcek, A.: Sbˇernice a komunikace FlexRay nejen pro automobily. [online]. 2007. Dostupn´ y z: http://automatizace.hw.cz/sbernice-komunikace-flexray-nejen-pro-automobily. [4] FlexRay. Wikipedia [online]. 2008 [cit. 2008-05-21]. Dostupn´ y z WWW: http://en.wikipedia.org/wiki/FlexRay. [5] FlexRay, Electrical physical layer specification, V2.1B [online]. 2008. Dostupn´ y z WWW: http://www.flexray.com/products/E-PL-Spec-v21B.pdf. [6] MFR4300, FlexRay Communications controllers [online]. 2007. Dostupn´ y z WWW: http://www.freescale.com/files/peripherals coprocessors/doc/data sheet/MFR4300.pdf. [7] Pokorn´ y, V.: Metody mˇeˇren´ı vybran´ych parametr˚ u komunikaˇcn´ıho standardu FlexRay ˇ a jejich implementace. Diplomov´a pr´ace CVUT-FEL Praha, 2007

43

44

´ ER ˇ KAPITOLA 6. ZAV

Pˇ r´ıloha A Podklady desky • Ploˇsn´ y spoj TOP, BOTTOM vrstva • Osazovac´ı pl´an TOP, BOTTOM • Seznam souˇca´stek

I

II

ˇ ´ILOHA A. PODKLADY DESKY PR

Pˇ r´ıloha B Obsah pˇ riloˇ zen´ eho CD K t´eto pr´aci je pˇriloˇzeno CD, na kter´em jsou uloˇzeny zdrojov´e k´ody. V adres´aˇrov´e strukt˚ uˇre: • Datasheets • Fotografie • Prilohy • deska puvodni navrh • deska oprava • zprava

III