MATURITNÍ PRÁCE. Téma: Zabezpečení osobního vozidla

Vyšší odborná škola a Střední průmyslová škola dopravní, Praha 1, Masná 18 Masná 18, 110 00 Praha 1

Obor vzdělání:

26-41-M/01 Elektrotechnika

Zaměření:

Výpočetní a komunikační technika

MATURITNÍ PRÁCE

Téma: Zabezpečení osobního vozidla

Třída: E4

Školní rok: 2013/2014

……………….

Prohlašuji, že maturitní práci jsem vypracoval samostatně na základě uvedeného seznamu použité literatury. Souhlasím, aby tato maturitní práce byla použita k výukovým účelům Vyšší odborné školy a Střední průmyslové školy dopravní, Praha 1, Masná 18.

Dne

………………………….. podpis žáka

Shrnutí Tato práce pojednává o současném zabezpečování osobních vozidel. Jsou zde popsány nejběžnější druhy elektronických a mechanických zabezpečovacích prvků, jejich funkce a možné modifikace. Dále se v práci zabývám dálkovým ovládáním alarmů a v neposlední řadě návrhem vlastního zabezpečení vozidla. Uvedeny jsou zde sběrnice CAN, FlexRay a MOST.

Obsah 1

Mechanické prvky zabezpečení vozidla ..................................................................................... 1 1.1

Zámek pedálů ..................................................................................................................... 1

1.1.1

Zámek volantu a pedálu ............................................................................................. 1

1.1.2

Zámek dvou pedálů .................................................................................................... 2

1.2

Zámek volantu .................................................................................................................... 3

1.3

Zámek řadicí páky ............................................................................................................... 4

1.4

Bezpečnostní botičky.......................................................................................................... 5

1.4.1 1.5

2

Zámky motocyklů ............................................................................................................... 7

1.5.1

Řetězový zámek .......................................................................................................... 7

1.5.2

Lanový zámek ............................................................................................................. 8

1.5.3

Visací zámek ............................................................................................................... 9

1.5.4

Motocyklové botičkové zámky ................................................................................. 10

1.6

Kódování karosérie – přepsat nebo citace ....................................................................... 11

1.7

Kódování autoskel ............................................................................................................ 12

Elektrické prvky zabezpečení prostoru a pláště vozidla ........................................................... 13 2.1

3

Zámek kapoty ............................................................................................................. 6

Imobilizér.......................................................................................................................... 13

2.1.1

Detektory otevření dveří a kapoty ........................................................................... 15

2.1.2

Ultrazvukové detektory ............................................................................................ 15

2.1.3

Náklonové detektory ................................................................................................ 16

2.1.4

Mikrovlnné detektory............................................................................................... 17

Popis autoalarmů a motoalarmů ............................................................................................. 18 3.1.1

Autoalarm................................................................................................................. 18

3.1.2

Motoalarm................................................................................................................ 19

3.1.3

Ovládání autoalarmů a moto alarmů ....................................................................... 20

3.1.3.1

Kontaktní .............................................................................................................. 20

3.1.3.2

Bezkontaktní......................................................................................................... 20

3.1.3.2.1 GSM pager ...................................................................................................... 20 3.1.3.2.2 Rádiový pager ................................................................................................. 21

4

3.1.3.3

Speciální zajištění ................................................................................................. 22

3.1.3.4

Bezpečnostní folie na okna .................................................................................. 22

Popis vybraných datových sběrnic CAN, FlexRay a MOST ....................................................... 23

4.1

CAN BUS ........................................................................................................................... 23

4.1.1

Potřeba sériové komunikace v automobilech .......................................................... 23

4.1.2

Základní vlastnosti protokolu CAN ........................................................................... 25

4.1.3

Fyzické médium a fyzická vrstva .............................................................................. 26

4.1.4

Linková vrstva protokolu CAN .................................................................................. 27

4.1.5

Řízení přístupu k médiu a řešení kolizí ..................................................................... 27

4.1.6

Zabezpečení přenášených dat .................................................................................. 28

4.1.6.1

Monitoring............................................................................................................ 28

4.1.6.2

CRC kód ................................................................................................................ 28

4.1.6.3

Vkládání bitu (bit stuffing) .................................................................................... 29

4.1.6.4

Kontrola zprávy (message frame check) .............................................................. 29

4.1.6.5

Potvrzení přijetí zprávy (acknowledge) ................................................................ 29

4.1.7

Signalizace chyb........................................................................................................ 29

4.1.7.1

Aktivní (Error Active) ............................................................................................ 29

4.1.7.2

Pasivní (Error Passive) .......................................................................................... 30

4.1.7.3

Odpojené (Bus-off) ............................................................................................... 30

4.1.7.4

Základní typy zpráv............................................................................................... 30

4.1.7.5

Datová zpráva (Data Frame)................................................................................. 30

4.1.7.6

Standardní zpráva (Standard Frame) ................................................................... 31

4.1.7.7

Rozšířený rámec (Extended Frame) ..................................................................... 32

4.1.7.8

Žádost o data (Remote Frame) ............................................................................ 32

4.1.7.9

Zpráva o chybě (Error Frame)............................................................................... 33

4.1.7.10

Zpráva o přetížení (Overload Frame) ............................................................... 33

4.1.8

Datová sběrnice FlexRay .......................................................................................... 34

4.1.9

Základní parametry komunikace FlexRay ................................................................. 34

4.1.10

Topologie FlexRay sběrnice/sítě............................................................................... 35

4.1.11

MOST ........................................................................................................................ 36

5

Dálkové ovládání autoalarmů vozidla ...................................................................................... 37

6

Vlastní návrh zabezpečení osobního vozidla............................................................................ 38

Obsah obrázků Obrázek 1: Ukázka zámku pedálu a volantu ...................................................................................... 1 Obrázek 2: Ukázka zámku pedálů ...................................................................................................... 2 Obrázek 3 : Ukázka zámků volantu .................................................................................................... 3 Obrázek 4 : Ukázka zámků volantu s ochranou airbagu .................................................................... 3 Obrázek 5 : Zámek řadicí páky .......................................................................................................... 4 Obrázek 6 : Část zámku řadicí převodovky ....................................................................................... 4 Obrázek 7 : Aplikovaná botička na kolo skládací .............................................................................. 5 Obrázek 8 : Botička na kolo ............................................................................................................... 5 Obrázek 9 : Elektrické ovládání zámku kapoty ................................................................................... 6 Obrázek 10 : Mechanismus zámku kapoty......................................................................................... 6 Obrázek 11 : Řetězový zámek s bezpečnostním zámkem .................................................................. 7 Obrázek 12 : Řetězový zámek ............................................................................................................ 7 Obrázek 13 : Lanový zámek motocyklu s alarmem ............................................................................ 8 Obrázek 14 : Ukázka visacího bezpečnostního zámku ....................................................................... 9 Obrázek 15 : Zámek motocyklové kotoučové brzdy....................................................................... 10 Obrázek 16 : Kódování karoserie etikety OV DOT™ ..................................................................... 11 Obrázek 17 : Ukázka VIN kódu ...................................................................................................... 12 Obrázek 18 : autorizace přístupu čipem imobilizéru........................................................................ 14 Obrázek 19 : Ultrazvukový detektor ................................................................................................ 15 Obrázek 20 : Náklonový detektor Jablotron CA-550 ........................................................................ 16 Obrázek 21 : Mikrovlnný detektor Jablotron GT-432 ...................................................................... 17 Obrázek 22 : Schéma zapojení autoalarmu...................................................................................... 18 Obrázek 23 : Motoalarm JablotronGT-970 ...................................................................................... 19 Obrázek 24 : GSM pager SIM900 bez ochraného obalu .................................................................. 21 Obrázek 25 : Zjednodušená ukázka komunikace ............................................................................. 21 Obrázek 26 : Pager od autoalarmu - zobrazující stav vozidla .......................................................... 22 Obrázek 27 : Ukázka bezpečnostní fólie na rozbitém okně vozidla ................................................. 22 Obrázek 28 : Příklad realizace fyzické vrstvy protokolu CAN ........................................................... 26 Obrázek 29 : Fyzické uspořádání sítě CAN podle ISO 11898 ............................................................ 27 Obrázek 30 : Datová zpráva podle specifikace CAN 2.0A ................................................................ 31 Obrázek 31 : Začátek datové zprávy (standardní formát) podle specifikace 2.0B ........................... 32 Obrázek 32 : Začátek datové zprávy (rozšířený formát) podle specifikace 2.0B ............................. 32 Obrázek 33 : Zpráva o chybě protokolu CAN ................................................................................... 33 Obrázek 34 : Zpráva o přetížení ....................................................................................................... 34 Obrázek 35 : Ukázka dvou kanálového vedení FlaxRay ................................................................... 35 Obrázek 36 : Dálkové ovládání centrálního zamykání .................................................................... 37

Úvod Problematika zabezpečení osobního vozidla je velice rozsáhlá a komplikovaná. Vlivem rychlého vývoje výpočetní techniky je nutno neprodleně reagovat na požadavky zákazníků, ale především nové techniky zlodějů. Se zabezpečením osobních automobilů se jejich výrobci i uživatelé zabývají již od vzniku prvních sériově vyráběných exemplářů. V současnosti se využívá především elektronického zabezpečení, velmi často částečně kombinované s mechanickým. Díky tomu se pak stává zabezpečení maximálně odolným.

Zabezpečení osobního vozidla Kuklík Vojtěch E4

školní rok 2013/2014

1 Mechanické prvky zabezpečení vozidla Mechanické prvky zabezpečení jsou nejstarším způsobem zabezpečení vozidla. Pachatele většinou odrazuje jejich viditelnost. Jedná se o prvky pasivní, ovšem velmi často jsou přímou či nepřímou součástí aktivních zabezpečovacích prvků, nebo jsou jimi alespoň ovládány.

1.1 Zámek pedálů Mezi prvky mechanického zabezpečení patří zamykání pedálů, které má za úkol znehybnit alespoň jeden ze tří pedálu, což znemožňuje sešlápnutí spojky, brzdy nebo akcelerátoru, tedy pohybu vozidla. Použití bývá většinou jednoduché, ale ne tak rychlé a pohodlné jak by si to většina z nás představovala.

1.1.1 Zámek volantu a pedálu Jedná-li se o zámek určený k zamknutí jednoho pedálu k volantu. Zamezí se sešlápnutí pedálu i pohybu volantem. Tím se stává vozidlo pro nezkušeného a neznalého pachatele naprosto nepoužitelným. Technologické provedení bývá o něco jednodušší, než u předchozího typu. Zřejmě právě proto se pachatelé rychle naučili překonávat toto zabezpečení tekutým dusíkem, který nanesli na zámek a po omrznutí rozbili úderem z obou stran. Proto se výrobci rozhodli pro jiné odolnější mechanismy a materiály, z nichž jsou tyto bezpečnostní páky vyráběny v současnosti. Již se nejedná o běžné slitiny, ale o karbonitrid, který má vlastnosti podobné nerezové oceli. Tepelně je téměř nevodivý, proto je téměř nemožné jej řezat ruční okružní pilou. Navíc je odolný proti již zmíněnému nástřiku tekutého dusíku. Zámky jsou vyrobeny z materiálu odolnému proti odvrtání a klíče k nim jsou osazeny vertikálními i bočními stavítky. Ochranný epoxidový nátěr zabraňuje porušení vlivem chemických látek a mechanickému poškození povrchové úpravy.

Obrázek 1: Ukázka zámku pedálu a volantu

1



1.1.2 Zámek dvou pedálů V případě zámku určeného k zamknutí dvou pedálu, se pedály zasunou do ok a dosednou na stabilizační plošky, oka se uzavřou za koncem plochy, tedy na začátku krku pedálu. Poté se stabilizační vzpěra zapřená o podlahu pod určitým úhlem, který je dán ploškami, zapře o podlahu. Následně je možné jej uzamknout. Podobně jako u předchozího typu je i tento prvek z karbonitridu a disponuje i epoxidovým nátěrem.

Jako příklad zámku pro dva pedály je zde Bullock –

Excellence, který těmito všemi vlastnostmi disponuje. Který je také vyobrazen na následujícím obrázku.

Obrázek 2: Ukázka zámku pedálů

2



1.2 Zámek volantu Úkolem zámku volantu je, jak sám název napovídá, aretace volantu. Pomocí speciálního zámku ve tvaru T, kde dva kratší konce jsou uchyceny přímo k volantu. Delší část směřuje po palubní desce k čelnímu oknu, což zamezí pohybu volantu v jakémkoli směru. V současnosti bývají tyto typy často doplněny o ochranu airbagu před krádeží speciálním ramenem směřujícímu k podlaze vozidla přes střed volantu, tedy umístění airbagu. Druhým zabezpečením je rozvěrná tyč. Její použití je jednoduché, na výsuvné části je opatřena koncovkou ve tvaru U a v polovině druhého části také. Tyto koncovky se zapřou o vnitřní stranu rukověti. Nevýhodou je menší univerzálnost.

Obrázek 3 : Ukázka zámků volantu

Obrázek 4 : Ukázka zámků volantu s ochranou airbagu

3



1.3 Zámek řadicí páky Zámek převodovky je jeden z nejpoužívanějších zabezpečení již dlouhá léta. Především protože je velice efektivní, přitom nenápadný, nehyzdí interiér vozidla a relativně jednoduchý na instalaci, ale především snadný na obsluhu. Pro uzamknutí stačí speciální klíč zasunout do zámku, který je nenápadně umístěného pod řadicí pákou a otočit. Zámek je vybaven vertikálními i horizontálními stavítky, aby nemohlo dojít k tomu, že by se jej pachateli podařilo snadno překonat. Ovšem samotné uzamknutí se odehrává v prostoru pod krytem řadicí páky, kde je umístěno celý zamykací mechanismus. Toto ústrojí se skládá z již zmíněného bezpečnostního zámku a speciálního „očka“, do kterého při zařazení zpětného převodového stupně bude po uzamčení pevně uchycena tyč řadicí páky. Což znemožní její pohyb, tedy zařazení jiného rychlostního stupně. Na následujících obrázcích je vyobrazeno nejprve umístění zámku v prostoru vozidla, poté samotná část zámku řadicí páky.

Obrázek 5 : Zámek řadicí páky

Obrázek 6 : Část zámku řadicí převodovky

4



1.4 Bezpečnostní botičky Jedná se o konstrukčně jednoduchý zabezpečovací prvek, který je i přesto velmi efektivním zabezpečením vozidla před jeho krádeží. Toto zařízení má za úkol znemožnit pohyb jednomu kolu v jakémkoli směru. Jeho použití je velmi jednoduché a zvládne jej každý. Botička se skládá z těla, které obsahuje veliký bezpečnostní zámek s ochranou před odvrtáním a několik výsuvných ramen směřující vlevo, vpravo a vzhůru, zakončenými pravoúhlým hákem. Poté co přiloží botička s vysunutým hřebenem, tedy postranními rameny, a sklopeným horním hákem vedle kola automobilu. Celá botička se zasune za kolo automobilu a horní hák se sklopí pootočením za pneumatiku. Nasadí se dodávaný universální imbusový klíč a jeho zatočením ve směru hodinových ručiček se spodní vodorovná část botičky posune směrem vzhůru a vtiskne se do pneumatiky, tím se botička velmi pevně zajistí na pneumatice. Potom se botička uzamkne otočením klíče v zajišťovacím zámku botičky. Samozřejmostí je použití tvrzených materiálů, odolným proti zmrazení dusíkem, či řezání ruční okružní pilou. Nevýhodou je veliká hmotnost nejčastěji deset až patnáct kilogramů a poměrně dlouho trvající aplikace. Naopak výhodou je fakt, že většinu pachatelů odradí už jen to, že by při její demontáži byli příliš nápadní. Na prvním ze dvou následujících obrázků je vyobrazena mobilnější skládací a odlehčená verze tohoto typu zabezpečení.

Obrázek 7 : Aplikovaná botička na kolo skládací

Obrázek 8 : Botička na kolo

5



1.4.1 Zámek kapoty Zámek kapoty zabraňuje neautorizovanému přístupu pod kapotu i při vniknutí do vozidla. Speciální zámek ovládaný elektronicky z interiéru vozidla je téměř vždy kombinovaný s jiným zámkem. Nejčastěji se zámkem převodovky, kdy může být uzamykání sjednoceno na zámek převodovky, nebo zvlášť na samostatný čip. Ukázka elektricky ovládaného zámku kapoty je znázorněna na následujícím obrázku. Další obrázek pak znázorňuje přímo mechanismus zámku.

Obrázek 9 : Elektrické ovládání zámku kapoty

Obrázek 10 : Mechanismus zámku kapoty

6



1.5 Zámky motocyklů 1.5.1 Řetězový zámek Základem odolného řetězového zámku je, aby byl složen ze silných ok, nebo z lamel ze zakalené karbonitridové oceli. Tento materiál zaručuje vysokou odolnost proti řezání a vrtání. Materiál je velmi špatné tepelně vodivý - po nástřiku tekutého dusíku se vytvoří pouze povrchová námraza, která po úderu odpadne. Řetěz je potažen ochranným plastovým nebo tkaným obalem, což zabrání poškození zabezpečovaného motocyklu a znesnadní poškození řetězu. Na prvním z následujících obrázků je vyobrazený řetězový zámek s bezpečnostním uzamykáním. Poté je zobrazen samostaně řetězový zámek bez zámku, stejně jako předchozí v ochranné textílií.

Obrázek 11 : Řetězový zámek s bezpečnostním zámkem

Obrázek 12 : Řetězový zámek

7



1.5.2 Lanový zámek Lano se v současnosti příliž nevyužívá, důvodem je nepřizpůsobivist, daná odpovídající odolností proti přestřižení a přeříznutí. Přestože použitý materiál je stejně odolný jako je tomu u řetězů, je zde stále možnost, že by se pachateli podařilo překonat povrchovou úpravu a dostat se k samostaným vláknů. Ty už není takový problém přestříhnou, postupně jeden po druhém. Některá lana pro Motocykly jsou vybavena i alarmem, například tak jak je tomu na následujícím obrázku. Nevýhodou je nutnost dobíjení integrované baterie. Výhodou je samotný alarm.

Obrázek 13 : Lanový zámek motocyklu s alarmem

8



1.5.3 Visací zámek Visaci zámek by měl mít bezpečnostní konstrukci, která je odolná proti běžně používaným nástrojům na jeho překonání. Kterémi jsou nejčastěji pákové kleště, ruční okružní pila či polití tekutým dusíkem. Především proto se vyrábí z karbonitridové oceli, lacinější pouze z tvrzené oceli. Dále se opatřují výstupky chránící pohyblivou část zámku, podobně jak je tomu na následujícím obrázku.

Obrázek 14 : Ukázka visacího bezpečnostního zámku

9



1.5.4 Motocyklové botičkové zámky Pro motocykly nejsou řešeny stejně, jako je tomu u aut, ale jsou zde v podobě zámků kotoučových brzd, které zabrání pohybu kola a tím pohybu celé motorky. Nevýhodou může být snad jen možnost, že si tohoto zabezpečení pachatel nevšimne. Tím by došlo k poškození brzd a při následném pádu i celého motocyklu.

Obrázek 15 : Zámek motocyklové kotoučové brzdy

10


1.6


Kódování karosérie – přepsat nebo citace

Kódování karoserie výrazně zvyšuje ochranu vozidel před odcizením. Podstatně snižuje zájem zlodějů o vozidla vybavená systémem AUTODOT OCIS. Výrazně zvyšuje pravděpodobnost dohledání, identifikace a navrácení odcizených vozidel. Omezuje snadné pozměňování identity odcizených vozidel a tak znesnadňuje jejich nezákonné uvádění do provozu na území ČR. Brání následnému prodeji kriminálně závadových vozidel. Umožňuje snadnou identifikaci důležitých dílů vozidel. Zabraňuje realizaci neobjednaných výměn dílů na vozidlech, při předání vozidla do autoservisu. Zvýšená ochrana vozidla před odcizením spočívá v instalaci nezaměnitelných a nepřenositelných identifikačních prvků tohoto systému, které spolu s identifikačním číslem vozidla VIN tvoří trvalou vazbu. Základní principy systému AUTODOT OCIS.

Tento systém spočívá v umístění

technologicky unikátních doplňkových identifikátorů na nosné díly karoserie. Nedílnou součástí je preventivní registrace údajů o vozidle a jeho vlastníku v mezinárodním informačním Systému OCIS (Open Car Information System). Systém poskytuje další služby, a to cestou nepřetržitého pokrádežového centra HelpDesk OCIS. Zaměřené na vyhledávání a navracení odcizených vozidel v rámci ČR a Evropy. Každý klient má možnost využívat bezplatně řady takzvaných pokrádežových služeb, které jsou nedílnou součástí registrace do mezinárodního informačního Systému OCIS. Kombinace světově unikátních kovových holografických etiket OV METAL™, speciálních kovových hologramů s kódem, a kovového inteligentního prachu - mikroteček OV DOT™. Náhled těchto kódů je na následujících obrázcích.

Obrázek 16 : Kódování karoserie etikety OV DOT™

11


1.7


Kódování autoskel

Pískování nebo leptání autoskel kódem VIN nebo vlastním unikátním kódem. Kód může obsahovat minimálně 7 znaků a maximálně 17, u vlastního kódu je počet omezen na 15 znaků, příklad - VIN kódu: TMBGL21U1Y1234567. VIN čísli je číslo karoserie, mezinárodně označované jako

Vehicle Identification Number, je jedinečným

celosvětovým identifikátorem vozidla. Obsahuje rovněž mnoho informací o vozidle, kterými jsou údaje o typu motoru, karoserie, převodovky a následné výrobní číslo. Mezi výhody patří jeho neodstranitelné vyznačení na všechna skla vozidla, čímž se zajistí, že policie nebo veřejnost může kdykoliv prokazatelně identifikovat vozidlo v uzamčeném stavu. Většina vozidel má již VIN kód viditelný za předním sklem vozidla. Zloděj rovněž musí vyměnit všechna okna v případě, že se rozhodne vozidlu zaměnit identitu. Zaměnit VIN čísla na karosérii za jiná. Nevýhodou je, že podle VIN kódu si případný zloděj s dobrými znalostmi může naprogramovat klíč k vozu nebo si pořídit vlastní řídící jednotku, která bude mít odblokovaný originál imobiliséru, nebo rozkódovat přesně co vozidlo obsahuje, to znamená mnohdy běžně neidentifikovatelné údaje, jako obsah motoru, výbavu vozu atd. Následující obrázek znázorňuje jak přesně bude VIN kód vypadat na vozidle.

Obrázek 17 : Ukázka VIN kódu

12


2


Elektrické prvky zabezpečení prostoru a pláště vozidla

2.1 Imobilizér Jedním ze základních elektricky ovládaných aktivních bezpečnostních prvků je Imobilizér, ten se nachází ve všech nových vozech. Toto zařízení je pevně spojeno s řídící jednotkou, pokud tato jednotka zjistí, že nedošlo k deaktivaci systému originálním klíčem s čipem, nebude možné nastartovat vozidlo, z důvodu cíleného nespuštění palivového čerpadla u vznětových a nepřivedení elektrické energie do startéru u zážehových motorů. Problémem v současné době je, že pachatelé originální imobilizéry překonávají výměnou řídící jednotky, kterou si rovnou přinesou s sebou i s jejím klíčem. Přesto se stále používá jako základní zabezpečující prvek, jehož alternativy od různých nezávislých výrobců zabezpečovací techniky pro osobní vozidla se instalují nejčastěji ještě k originálním. Toto doplnění v sobě ukrývá zásadní rozdíly a to nejen v samotném zapojení elektroinstalace tohoto prvku do elektroinstalace zabezpečovaného vozidla, téměř vždy složitější. Prodlužuje odporový čas nutný pro překonání tohoto rozšířeného zabezpečení. Po instalaci ze zabezpečení zdvojnásobí, protože nyní je potřeba vložit do zapalování originální klíč, ale ještě přiložit k druhému imobilizéru speciální čip v podobě přívěsku nebo karty. Kde každý z nich je schopen zablokovat až tři okruhy zapojení důležitých pro chod motoru, jako jsou okruhy pro startér, palivové čerpadlo nebo řídící jednotku vstřikování paliva a další. Imobilizér je aktivní vždy, když je vytažen klíček ze zapalování. Po jeho vložení se pokusí načíst z čipem vybavených klíčků, přívěsků či karet jeho kód, shodují-li se s kódem uloženým v imobilizéru, jsou okruhy uzavřeny a je možno nastartovat. V případě že se kódy neshodují, okruhy zůstanou rozpojeny, motor se tedy nemůže rozběhnout. Každý výrobce těchto zařízení používá principiálně stejné zapojení, ale realizace je u každého z nich trochu jiná. Výhodou je, že tento prvek není možné nainstalovat nikde jinde, než-li u autorizovaného servisu prodejce. Čím méně lidí zná zapojení, tím menší je pravděpodobnost jeho vyzrazení což znamená, že nebude v tak velkém povědomí pachatelů. Proto u elektrického zabezpečení vozidla, a nejen u něho, platí pravidlo čím více specifické (originální, jedinečný) provedení tím lépe, není-li tak známo, nebude ho tak snadné překonat. Navíc mnohdy tyto zařízení disponují speciálními funkcemi, jako je protiúnosový režim po zapnutí zapalování probíhá přihlášení ovladače. V případě že by došlo k násilnému vyhození řidiče ven z vozu i s bezkontaktním ovladačem nebo by se 13



signál z ovladače nedostal do jedné minuty k přijímači, motor bude přerušovaně blokován každých šedesát sekund a vozidlo na sebe bude akusticky upozorňovat, do doby uplynutí šesti minut. Poté bude motor definitivně zablokován. Nevýhodou je veliká zátěž autobaterie. Další rozšiřující funkcí bývá připojení ovládání centrálního zamykání, kde se v manuálním režimu centrální zamykání zamkne nebo odemkne po stisku tlačítka na dálkovém ovladači. V automatickém režimu se po přiblížení ovladače k autu centrální zámek automaticky odemkne a po vypnutí zapalování a vzdálení se ovladače na pět až patnáct metrů znamená pro centrální zamykání automaticky zamknout vozidlo. Na následujícím obrázku je znázorněno nejčastější umístění čtečky čipů.

Obrázek 18 : Autorizace přístupu čipem imobilizéru

14



2.1.1 Detektory otevření dveří a kapoty Jedná se o plášťovou ochranu vozidla, která má za úkol informovat majitele o stavu zabezpečení vozidla. Tedy zda jsou zavřeny a zajištěny všechny dveře a kapota. Ochrana je zajišťována obvykle kontaktními spínači, kde sepnutý stav znamená zabezpečeno. Magnetické snímače se zde z důvodu magneticky ovlivnitelné konstrukce vozu příliš nepoužívají.

2.1.2

Ultrazvukové detektory

Ultrazvukové detektory patří mezi aktivní prvky zabezpečení. Jejich úkolem je střežení vnitřního prostoru kabiny vozidla. Skládají se ze dvou částí, vysílače a přijímače. Využívají princip Dopplerova odrazu ultrazvuku. Vyhodnocují pohyb uvnitř kabiny vozidla. V případě detekce pohybu spustí alarm.

Obrázek 19 : Ultrazvukový detektor

15



2.1.3 Náklonové detektory Náklonové detektory jsou součástí zabezpečení vozidla. Reagují již na náklon 1° pro jednotlivou osu X,Y. V případě že se pachatel pokusí násilně vniknout do vozidla, nebo s ním manipulovat bude spuštěna zvuková výstraha. V případě opakovaní, bude spuštěn alarm. Ke spuštění dojde také, pokusí-li se pachatel vozidlo naložit na odtahový vůz, či demontovat kola. Ukázku takovéhoto detektoru je zobrazena na následujícím obrázku.

Obrázek 20 : Náklonový detektor Jablotron CA-550

16



2.1.4 Mikrovlnné detektory Úkolem mikrovlnných detektorů je aktivně střežit prostor vozidla a jeho plášť. Nejhojnější použití je u vozidel se sklápěcí střechou (kabrioletů). Díky tomu, že mikrovlny kmitající nejen na frekvenci 2,45 GHz mají schopnost pronikat i pevnými překážkami, je možné za předpokladu správného nastavení signalizovat už jen pouhé přiblížení se osoby obvykle na několik centimetrů k povrchu vozu. Umisťují se na středový panel směrem ke střeše, tak aby mohly střežit celý vůz rovnoměrně. Tyto detektory se rozdělují na dva základní typy. Prvním typem jsou detektory jednozónové, jedním z nich je Jablotron GT-432 pracující na již zmíněné frekvenci 2,45 GHz. Druhým typem jsou detektory dvouzónové, které při narušení první zóny akusticky upozorní a při narušení i druhé zóny teprve vyhlásí poplach a spustí alarm.

Obrázek 21 : Mikrovlnný detektor Jablotron GT-432

17



3 Popis autoalarmů a motoalarmů 3.1.1 Autoalarm Jedná se o zabezpečovací prvek, který má za úkol chránit, či alespoň informovat o neoprávněném vniknutí a použití vozidla. Všechny současné autoalarmy jsou vybaveny imobilizéry s alarmy. Autoalarm je napojen na dveřní, kapotové a zavazadlové spínače. Dalším standardem je možnost dálkově ovládat centrální zamykání. Téměř vždy bývají propojeny digitální technologií CAN BUS, flex ray, nebo most, která umožňuje propojit autoalarm s řídící jednotkou. Další funkcí je kontrola dovření oken a v případě elektricky ovládaných i jejich zavření, v opačném případě upozorní, že vozidlo nemůže být zajištěno. Samozřejmostí je záložní zdroj energie. Následující obrázek znázorňuje schéma zapojení běžného autoalarmu.

Obrázek 22 : Schéma zapojení autoalarmu

18


3.1.2


Motoalarm

Motoalarm je velmi podobný autoalarmům, nabízejí téměř stejné funkce, jako je dálkové ovládání nebo vlastní záložní zdroj. Rozdílem může být snad jen standardně dodávaný spínač zatížení sedadla a stojánku, nebo náklonový detektor. Samozřejmostí je připojení k řídící jednotce a ovládání zapalování. Na následujícím obrázku je vyobrazen jeden z mnoha motoalarmů, tento konkrétně od známého výrobce Jablotron.

Obrázek 23 : Motoalarm JablotronGT-970

19



3.1.3 Ovládání autoalarmů a moto alarmů 3.1.3.1 Kontaktní U současných automobilů nepoužitelné, není jet totiž možné propojit s elektricky ovládaným centrálním zámkem. Nevýhodami bylo právě kontaktní ovládání, které se stalo zdlouhavým a snadno napadnutelným. Díky příchodovému času, což je časový limit, do kterého musí být provedena autorizace přístupu za pomoci klávesnice či skrytého spínače. Jinak by došlo k vyhlášení poplachu. Tato doba umožňovala pachateli alarm, nebo jeho ovládací prvky vyhledat a překonat – deaktivovat. Navíc se díky rychlému vývoji výpočetní a komunikační techniky stalo velmi nepohodlným. Nezůstal jediný důvod proč jej používat.

3.1.3.2 Bezkontaktní 3.1.3.2.1 GSM pager Jedná se o velmi účinnou součást zabezpečovacího systému. GSM pager lze připojit téměř ke každému alarmu. Jeho výhodami je okamžitá informovanost majitele o aktuálním stavu vozidla. Tyto informace bude majitel dostávat prostřednictvím SMS zpráv nebo hlasovými hovory s přednastavenými tóny v případě že došlo ke spuštění alarmu. Prostřednictvím SMS zpráv je také možné ovládat nezávislá zařízení, kterými jsou nejčastěji klimatizace vozidla. Majitel má možnost nastavit si, kdy a jakým způsobem bude v případě nekompletního zajištění vozidla, spuštění alarmu, či rušení GSM signálu informován. Možnosti jsou již zmíněné SMS zprávy nebo hlasové hovory s předdefinovanými tóny, v případě že majitel hovor nepřijímá, bude se hovor opakovat do té doby, dokud se hovor neuskuteční. Mezi funkce GSM pagerů patří kontrola pohybu, měření maximální rychlosti či přibližná lokalizace vozidla. V případě že je pager doplněn o GPS modul je měření rychlosti a lokalizace mnohonásobně vyšší, přesnost satelitní polohy je na dvacet metrů a přesnost měřené rychlosti na pět kilometrů se zpožděním, dle stavu sítě, pět sekund. Mezi hlavní výhody patří takřka neomezený dosah, daný technologii přenosu. Již zmíněná lokalizace a měření rychlosti nebo možnost zastavit vozidlo zasláním SMS zprávy. Součástí pageru je záložní zdroj, který udrží zařízení v provozu i po odpojení hlavního zdroje napájení. Dojde-li tedy k odpojení nebo poklesu napětí na baterii, bude odeslána varovná SMS zpráva s touto informací. V případě, že se podaří pachateli dostat se do 20



vozidla, je možné jej odposlouchávat. Tento odposlech je prostřednictvím běžného hlasového hovoru. Je-li pager vybaven i reproduktorem je možné na pachatele i hovořit. Ukázka takovéhoto GSM modulu je vyobrazena na následujícím obrázku. Díky moderním technologiím je možné přijatá data ihned zpracovat, zobrazit a zpravovat i historii a nastavení ve webovém rozhraní. Zjednodušenou ukázka komunikace je zobrazena na druhém z následujících obrázků.

Obrázek 24 : GSM pager SIM900 bez ochraného obalu

Obrázek 25 : Zjednodušená ukázka komunikace

3.1.3.2.2 Rádiový pager Pager se skládá z jednotky ve střeženém vozidle a Pager má majitel u sebe. Vysílaný radiový signál je zákonem omezen na jeden kilometr. Jedná se o vysílání na vysokofrekvenčních kanálech. Umožňuje kódovaným adresným signálem přenos jedné nebo více informací. Přijímač akusticky a opticky signalizuje příjem zpráv. Vyhlášení poplachu je nejčastěji akusticky sirénou, popřípadě klaksonem vozu, a je doprovázeno pro zvýraznění místa poplachu optickou signalizací, nejčastěji blikáním varovných nebo hlavních světel. Akustický poplach je z normy omezen na dobu 30 vteřin a elektronika autoalarmu nesmí umožnit cyklování poplachu ani při trvale aktivovaném poplachovém vstupu alarmu. Účinnost autoalarmu zvyšuje přenosové zařízení, informující majitele o vyhlášeném poplachu. Pomocí rádio pageru.

21



Obrázek 26 : Pager od autoalarmu - zobrazující stav vozidla

3.1.3.3 Speciální zajištění Jedná se o neúplné zajištění vozidla, například po nehodě, která znemožňuje úplné uzavření některých dveří, bude majitel akusticky upozorněn. Tato možnost eliminuje zajištění vozidla s otevřenými dveřmi nebo kapotou, tak aby nedošlo k nechtěnému jen částečnému zajištění vozidla.

3.1.3.4 Bezpečnostní folie na okna Bezpečnostní fólie brání rozsypání skla okna a tím zamezují pachateli vniknout do vozidla. Vydrží i několik úderů sekyrou či kladivem. Typů bezpečnostních fólií je několik, čiré, tónované nebo s odrazem světla. Na obrázku níže je zobrazeno rozbité okno s bezpečnostní fólií.

Obrázek 27 : Ukázka bezpečnostní fólie na rozbitém okně vozidla

22



4 Popis vybraných datových sběrnic CAN, FlexRay a MOST Díky moderním polovodičovým technologiím se místo mechanicky poháněných agregátů využívají stále více součástky elektricky řízené. Veškerá elektronická zařízení, která se vyskytují v automobilech, je potřeba mezi sebou navzájem propojit, aby byla jejich spolupráce co nejrychlejší a nejefektivnější. Signály, které jednotlivá zařízení vydávají, se pomocí sběrnic dostávají do centrální řídící jednotky, která signály vyhodnocuje a přidává jim prioritu podle závažnosti a důležitosti probíhajících situací. S vývojem automobilových komponentů v autech se zvyšuje délka kabeláže i nároky na její funkčnost.

4.1 CAN BUS CAN BUS byl vynalezen v roce 1983 firmou Bosch. Prvním automobilem vybavený touto technologií, bylo BMW 850 coupe v roce 1986. Úspora na tomto vozidle byla až dva kilometry kabeláže, 50% konektorů a hmotnost se snížila o 50kg. Výhodou je kromě zjednodušené výměny elektronických prvků, také diagnostika závady prováděna přes speciální servisní konektor, místo několika různých. Od roku 2008 jsou povinni všichni automobiloví výrobci v Evropě a v severní Americe vybavit svá vozidla touto technologií. Rozdělení sběrnice CAN na tři typy, HSCAN – vysokorychlostní sběrnice, MSCAN – středněrychlostní sběrnice, LSCAN – nízkorychlostní sběrnice.

4.1.1 Potřeba sériové komunikace v automobilech Většina vozidel je vybavena celou řadou elektronických řídicích systémů. Růst elektroniky v automobilovém průmyslu je podmíněn jednak vzrůstajícími nároky uživatelů, tak také tlakem jednotlivých vlád na neustálé snižování spotřeby zdrojů a požadavky vyplývající ze snahy snížit vypouštěné emise do ovzduší. Komplexnost využívaných funkcí implementovaných v těchto nejrůznějších systémech si vynutila potřebu vzájemné komunikace mezi těmito systémy. V konvenčních systémech je pro každý přenášený signál vyhrazena jedinečná přenosová linka, což se ale pro velký počet přenášených signálů stává z finančního hlediska neúnosné. Navíc to přináší mnohé komplikace vyplývající z takto vysokého počtu vodičů určených pro přenos dat. Veškeré jednotky, které mají potřebu komunikovat ať už mezi sebou, či s jednotlivými senzory zajišťujcími sběr informací jsou propojeny navzájem právě pomocí sběrnice CAN. Účelem použití této sběrnice v

23



automobilovém průmyslu je zajištění komunikace mezi jednotlivými jednotkami tak, aby nedocházelo k velkému zatížení centrálního procesoru. Controller Area Network zkráceně CAN je sériový komunikační protokol, který byl původně vyvinut firmou Bosch pro nasazení v automobilech. Vzhledem k tomu, že přední výrobci integrovaných obvodů implementovali podporu protokolu CAN do svých produktů, dochází ke stále častějšímu využívání tohoto protokolu i v různých průmyslových aplikacích. Důvodem je především nízká cena, snadné nasazení, spolehlivost, vysoká přenosová rychlost, snadná rozšiřitelnost a dostupnost potřebné součástkové základny. Maximální teoretická rychlost je 1Mb/s. Patří do skupiny provozních sběrnic – fieldbus. Síťový protokol detekuje a opravuje přenosové chyby vzniklé od okolních elektromagnetických polí. Data jsou přenášena v rámcích, kde každý rámec může obsahovat až 8 datových bajtů a identifikátor, který slouží jako náhrada za adresu a zároveň definuje obsah zprávy i její prioritu, čím nižší hodnota tím vyšší priorita. Jedna zpráva může být přijata více zařízeními. Aby zpracování všech přenosových požadavků sítě CAN souhlasilo s dobou reakce omezenou nejnižší přípustnou přenosovou rychlostí, musí protokol CAN vždy umožnit připojení metodami garantujícími jednoznačný přístup na sběrnici z odlišných stanic. Metody bitové arbitráže použité k identifikaci zpráv jsou schopné jedinečně analyzovat jakékoli problémy mezi stanicemi čekajícími na přenos a přenášejícími v průběhu 13 nebo 33 bitových period. Kde 13 period představuje standardní formát CAN 2.0A a 33 period rozšířený formát CAN 2.0B. Na rozdíl od standardně používané arbitráže, tedy rozhodovací metody, pomocí metod CSMA/CD tyto nedestruktivní metody při konfliktech zajišťují, že sběrnicová kapacita nebude použita mimo přenos úplné informace. CAN je sériový komunikační protokol umožňující distribuované řízení systémů v reálném čase s vysokou mírou zabezpečení proti chybovosti. Jedná se o protokol typu MULTI-MASTER ,kde každý uzel sběrnice může být master a řídit tak chování jiných uzlů. V současné době má protokol CAN své pevné místo mezi ostatními fieldbusy a je definován normou ISO 11898. Tato norma popisuje fyzickou vrstvu protokolu a specifikaci CAN 2.0A. Později byla ještě vytvořena specifikace CAN 2.0B, která zavádí dva pojmy, již zmíněný standardní a rozšířený formát zprávy, které se liší v délce identifikátoru zprávy. Tyto dokumenty definují pouze fyzickou a linkovou vrstvu protokolu podle referenčního modelu ISO/OSI. Aplikační vrstva protokolu CAN je definována několika vzájemně nekompatibilními standardy, kterými jsou CAL, CANopen, DeviceNet, CAN Kingdom.

24



4.1.2 Základní vlastnosti protokolu CAN CAN je sériový komunikační protokol umožňující distribuované řízení systémů v reálném čase s vysokou mírou zabezpečení proti chybám. Jedná se o protokol typu multi-master, kde každý uzel sběrnice může být master a řídit tak chování jiných uzlů. Není tedy nutné řídit celou síť z jednoho nadřazeného uzlu, což přináší zjednodušení řízení a zvyšuje spolehlivost (při poruše jednoho uzlu může zbytek sítě pracovat dál). Pro řízení přístupu k médiu je použita sběrnice s náhodným přístupem, která řeší kolize na základě prioritního rozhodování. Po sběrnici probíhá komunikace mezi dvěma uzly pomocí zpráv (datová zpráva a žádost o data), a management sítě (signalizace chyb, pozastavení komunikace) je zajištěn pomocí dvou speciálních zpráv (chybové zprávy a zprávy o přetížení). Zprávy vysílané po sběrnici protokolem CAN neobsahují žádnou informaci o cílovém uzlu, kterému jsou určeny, a jsou přijímány všemi ostatními uzly připojenými ke sběrnici. Každá zpráva je uvozena identifikátorem, který udává význam přenášené zprávy a její prioritu. Protokol CAN zajišťuje, aby zpráva s vyšší prioritou byla v případě kolize dvou zpráv doručena přednostně, a dále je možné na základě identifikátoru zajistit, aby uzel přijímal pouze ty zprávy, které se ho týkají. Pro zajitění transparentnosti návrhu a flexibility implementace je sběrnice CAN rozdělena do tří rozdílných vrstev: CAN vrstvy objektů, CAN transportní vrstvy, fyzické vrstvy. Vrstva objektů a transportní vrsta zahrnuje veškeré služby a funkce poskytované v rámci linkové vrstvy, tak jak je definována modelem ISO/OSI. Vrstva objektů je odpovědná za nalezení zprávy, která má být vyslána, rozhodnutí, které přijaté zprávy od transportní vrstvy mají být použity, poskytování rozhraní aplikační vrstvě související s hardwarem. Úkolem transportní vrstvy je především přenosový protokol. Například řízení rámců, řízení, kontrola chyb, signalizace chyb. Uvnitř transportní vrstvy je rozhodnuto, zda je sběrnice volná pro nový přenos dat či naopak jejich příjem. Také několik obecných vlastností týkajících se časování bitů je svěřeno transportní vrstvě. Je možné prohlásit, že vzhledem k povaze transportní vrstvy zde není žádný prostor pro její modifikaci ze strany uživatele. Úkolem fyzické vrstvy je vlastní přenos jednotlivých bitů mezi jednotlivými uzly s respektováním všech elektrických vlastností. Uvnitř jedné sítě má fyzická vrstva stejné parametry pro všechny uzly, nicméně je možné zvolit si její parametry tak, aby co nejlépe vyhovovaly dané aplikaci.

25



4.1.3 Fyzické médium a fyzická vrstva Protokol CAN definuje vlastní rozhraní k fyzickému přenosovému médiu a v tomto směru se odlišuje od modelu ISO/OSI. Na druhé straně jsou vlastnosti fyzické vrstvy velkou předností protokolu CAN. Základním požadavkem na fyzické přenosové médium protokolu CAN je, aby realizovalo funkci logického součinu. Za účelem zvýšení rychlosti a odolnosti proti rušení je účelné, aby spoj byl symetrický. Standard protokolu CAN definuje dvě vzájemně komplementární hodnoty bitů na sběrnici - dominant a recessive. Jedná se v podstatě o jakýsi zobecnělý ekvivalent logických úrovní, jejichž hodnoty nejsou určeny a skutečná reprezentace záleží na konkrétní realizaci fyzické vrstvy. Pravidla pro stav na sběrnici jsou jednoduchá a jednoznačná. Vysílají-li všechny uzly sběrnice recessive bit, pak na sběrnici je úroveň recessive. Vysílá-li alespoň jeden uzel dominant bit, je na sběrnici úroveň dominant. Příkladem může být optické vlákno, kde stavu dominant bude, odpovídat stav svítí a recessive stav nesvítí. Dalším příkladem může být sběrnice buzená hradly s otevřeným kolektorem je zobrazeno na následujícím obrázku, kde stavu dominant bude odpovídat logická nula na sběrnici a stavu recessive logická jednička. Pak, je-li jeden tranzistor sepnut, je na sběrnici úroveň logické nuly (dominant) a nezáleží již na tom, zda je či není sepnutý i nějaký jiný tranzistor. Pokud není sepnut žádný tranzistor, je na sběrnici úroveň logické jedničky (recessive).

Obrázek 28 : Příklad realizace fyzické vrstvy protokolu CAN

Pro realizaci fyzického přenosového média se nejčastěji používá diferenciální sběrnice definovaná podle normy ISO 11898. Tato norma definuje jednak elektrické vlastnosti vysílacího budiče a přijímače tak zároveň principy časování, synchronizaci a kódování jednotlivých bitů. Sběrnici tvoří dva vodiče (označované CAN_H a CAN_L), kde dominant či recessive úroveň na sběrnici je definována rozdílovým napětím těchto dvou vodičů. Dle nominálních úrovní uvedených v normě je pro úroveň recessive velikost 26



rozdílového napětí Vdiff = 0 V a pro úroveň dominant Vdiff = 2 V .Pro eliminaci odrazů na vedení je sběrnice na obou koncích přizpůsobena zakončovacími odpory o velikosti 120 Ω. Jednotlivá zařízení jsou na sběrnici připojena pomocí konektorů, nejčastěji jsou používány konektory D-SUB.

Obrázek 29 : Fyzické uspořádání sítě CAN podle ISO 11898

Ke sběrnici může být teoreticky připojen libovolný počet uzlů, ale prakticky s ohledem na zatížení sběrnice, je počet připojených uzlů podstatně nižší a uvádí se kolem 64 na segment. Rovněž přenosová rychlost 1 Mbit/s je dosažitelná pouze na krátké vzdálenosti do 40m a se vzdáleností prudce klesá, takže na 1,2km činí asi 70 kbitů/s. Plyne to z původního poslání sběrnice CAN, která byla určena pro malé vzdálenosti v instalaci automobilů.

4.1.4 Linková vrstva protokolu CAN Tak jako v modelu ISO/OSI i v protokolu CAN je linková vrstva rozdělena na podvrstvu LLC a MAC. MAC (Medium Access Control) reprezentuje jádro protokolu CAN. Úkolem je provádět kódování dat, vkládat doplňkové bity do komunikace (Stuffing/Destuffing), řídit přístup všech uzlů k médiu s rozlišením priorit zpráv, detekce chyb a jejich hlášení a potvrzování správně přijatých zpráv. LLC je anglická zkratka slov Logical Link Control, je podvrstva řízení datového spoje, což zde znamená filtrování přijatých zpráv Acceptance Filtering a hlášení o přetíženích Overload Notification).

4.1.5 Řízení přístupu k médiu a řešení kolizí Vzhledem k tomu, že se jedná o síť typu multimaster, každý z účastníků může zahájit vysílání, jakmile je připraven a síť je v klidovém stavu (bus free). Kdo přijde první, ten 27



vysílá. Ostatní mohou vysílat až poté, co je zpráva odvysílána. Vyjimku tvoří chybové rámce, které se dají vysílat okamžitě po identifikaci chyby kterýmkoli účastníkem. Zahájí-li vysílání současně několik uzlů, pak přístup na sběrnici získá ten, který přenáší zprávu s vyšší prioritou (nižším identifikátorem). Identifikátor je uveden na začátku zprávy. Každý vysílač porovnává hodnotu právě vysílaného bitu s hodnotou na sběrnici a zjistí-li, že na sběrnici je jiná hodnota než vysílá (jedinou možností je, že vysílač vysílá recessive bit a na sběrnici je úroveň dominant), okamžitě přeruší další vysílání. Tím je zajištěno, že zpráva s vyšší prioritou bude odeslána přednostně a že nedojde k jejímu poškození, což by mělo za následek opakování zprávy a zbytečné prodloužení doby potřebné k přenosu zprávy. Uzel, který nezískal při kolizi přístup na sběrnici musí vyčkat, až bude sběrnice opět ve stavu Bus free, a pak zprávu vyslat znovu.

4.1.6 Zabezpečení přenášených dat Protokol CAN se vyznačuje silným mechanismem zabezpečení přenášených dat. Současně působí tyto mechanismy: monitoring, CRC kód, vkládání bitu, kontrola zprávy, potvrzení přijaté zprávy

4.1.6.1 Monitoring Monitoring znamená, že vysílač porovnává vysílanou hodnotu bitu s úrovní na sběrnici. Jsou-li obě hodnoty stejné, vysílač pokračuje ve vysílání. Pokud je na sběrnici detekována jiná úroveň než odpovídá vysílanému bitu, a probíhá-li právě řízení přístupu na sběrnici (vysílá se Arbitration Field), přeruší se vysílání a přístup k médiu získá uzel vysílající zprávu s vyšší prioritou. Pokud je rozdílnost vysílané a detekované úrovně zjištěna jinde než v Arbitration Field a v potvrzení přijetí zprávy (ACK Slot), je vygenerována chyba bitu.

4.1.6.2 CRC kód CRC kód (Cyclic Redundancy Check) o délce 15ti bitů tvoří poslední pole vysílané zprávy. Proto se může generovat ze všech do té doby odvysílaných bitů zprávy podle polynomu: x15 + x14 + x10 + x8 + x7 + x4 + x3 + 1 Je-li detekována chyba CRC libovolným uzlem na sběrnici, je vygenerována chyba CRC.

28



4.1.6.3 Vkládání bitu (bit stuffing) Vysílá-li se na sběrnici pět po sobě jdoucích bitů jedné úrovně, je do zprávy navíc vložen bit opačné úrovně. Toto opatření slouží jednak k detekci chyb ale také ke správnému časovému sesynchronizování přijímačů jednotlivých uzlů. Je-li detekována chyba vládání bitů, je vygenerována chyba vkládání bitů.

4.1.6.4 Kontrola zprávy (message frame check) Zpráva se kontroluje podle formátu udaného ve specifikaci, a pokud je na nějaké pozici bitu zprávy detekována nepovolená hodnota, je vygenerována chyba rámce (formátu zprávy).

4.1.6.5 Potvrzení přijetí zprávy (acknowledge) Každé zařízení, připojené ke sběrnici musí správně přijatou zprávu potvrdit. Činí tak změnou bitu v poli ACK (1 bit) z recessive - vysílané vysílačem na dominant. To platí i pro ta zařízení, která mají zapnuto filtrování a tedy zprávu nepřijímají.

4.1.7 Signalizace chyb Každý uzel má zabudována dvě interní počítadla chyb udávající počet chyb při příjmu a při vysílání. Podle obsahů počítadel může uzel přecházet, co se týká hlášení chyb a jeho aktivity na sběrnici, mezi třemi stavy (aktivní, pasivní, odpojený). Pokud uzel generuje příliš velké množství chyb, je automaticky odpojen (přepnut do stavu Bus-off) Z hlediska hlášení chyb tedy rozdělujeme uzly do následujících tří skupin:

4.1.7.1 Aktivní (Error Active) tyto uzly se mohou aktivně podílet na komunikaci po sběrnici a v případě, že detekují libovolnou chybu v právě přenášené zprávě (chyba bitu, chyba CRC, chyba vkládání bitů, chyba rámce), vysílají na sběrnici aktivní příznak chyby (Active Error Flag). Aktivní příznak chyby je tvořen šesti po sobě jdoucími bity dominant, čímž dojde k poškození přenášené zprávy (poruší se pravidlo vkládání bitů).

29



4.1.7.2 Pasivní (Error Passive) tyto uzly se také podílejí na komunikaci po sběrnici, ale z hlediska hlášení chyb vysílají pouze pasivní příznak chyby (Passive Error Flag). Ten je tvořen šesti po sobě jdoucími bity recessive, čímž nedojde k destrukci právě vysílané zprávy.

4.1.7.3 Odpojené (Bus-off) Tyto uzly nemají žádný vliv na sběrnici, jejich výstupní budiče jsou vypnuty.

4.1.7.4 Základní typy zpráv Specifikace protokolu CAN definuje čtyři typy zpráv: datová zpráva, žádost o data, zpráva o chybě, zpráva o přetížení. Datová zpráva a žádost o data se týkají přenosu dat. Datová zpráva tvoří základ komunikace, umožňuje zařízení vyslat zprávu dlouhou až 8Byte. Naopak při jednoduchých typech datových zpráv, jako jsou povely zapni/vypni a podobně není třeba posílat žádná data, tyto binární příkazy mohou být obsaženy v identifikátoru zpráv. Tím se zvyšuje rychlost přenosu v protokolu CAN. Zařízení, které tato data vlastní je vyšle na sběrnici. Další dva typy zpráv slouží k řízení sběrnice a to k signalizaci chyby a eliminaci chybných zpráv a k signalizaci o přetížení, tedy vyžádání prodlevy v komunikaci.

4.1.7.5 Datová zpráva (Data Frame) Protokol CAN používá dva typy datových zpráv. První typ je definován specifikací 2.0A a je v literatuře označován jako standardní formát zprávy (Standard Frame), zatímco specifikace 2.0B definuje navíc tzv. rozšířený formát zprávy (Extended Frame). Jediný podstatný rozdíl mezi oběma formáty je v délce identifikátoru zprávy, která je 11 bitů pro standardní formát a 29 bitů pro rozšířený formát. Oba dva typy zpráv mohou být používány na jedné sběrnici, pokud je použitým řadičem podporován protokol 2.0B. Vyslání datové zprávy je možné pouze tehdy, je-li sběrnice volná (stav Bus Free). Jakmile uzel, který má připravenu zprávu k vyslání, detekuje volnou sběrnici, začíná vysílat. Zda získá přístup na sběrnici či nikoliv, záleží na již popsaném mechanismu řízení přístupu k médiu. Strukturu datové zprávy podle specifikace 2.0A ilustruje následující obrázek.

30



Obrázek 30 : Datová zpráva podle specifikace CAN 2.0A

Význam jednotlivých částí datové zprávy, vyobrazených na obrázku výše, podle specifikace CAN 2.0A je následující. Začátek zprávy (1bit) SOF značí Start of Frame, tedy začátek řízení přístupu ke sběrnici a identifikátor zprávy (Arbitration Field), (11b), určuje prioritu zprávy a význam přenášené zprávy, RTR (Remote Request) - (1b), slouží k rozlišení zprávy zda jde o datovou, zprávu (dominant) nebo žádost o přístup ke sběrnici (recessive) řídící pole (Control Field), R0 a R1 celkem 2b, rezervováno délka datové zprávy (4b) datová oblast (Data Field) - max. 8Byte dat CRC - zabezpečovací kód (15b) ERC - (1b) dominant, CRC oddělovač potvrzení ACK - (2b), z toho 1b (ACK), 1b oddělovač (ACD) – recessive konec zprávy (End of Frame) - (7b) recessive mezera mezi zprávami (Interfame Space) - (3b) recessive Specifikace CAN 2.0B definuje dva formáty datového zprávy - standardní a rozšířený.

4.1.7.6 Standardní zpráva (Standard Frame) je převzat ze specifikace 2.0A, má délku identifikátoru zprávy 11 bitů. Jediným rozdílem je zde využití bitu R1 na indikaci, zda se jedná o rámec standardní nebo rozšířený. Zde se podle CAN 2.0B tento bit označuje IDE (Identifier Extended) a je dominant pro standardní formát a recessive pro rozšířený formát zprávy. Z následujícího obrázku, který zobrazuje začátek rámce je vidět, že řízení přístupu na sběrnici (priorita zprávy) je dána opět 11ti bity identifikátoru a hodnotou bitu RTR (Remote Request).

31



Obrázek 31 : Začátek datové zprávy (standardní formát) podle specifikace 2.0B

4.1.7.7 Rozšířený rámec (Extended Frame) používá celkem 29 bitový identifikátor zprávy. Ten je rozdělen do dvou částí o délkách 11 (stejný identifikátor je použit ve standardním formátu) a 18 bitů je zobrazeno na následujícím obrázku. Bit RTR (Remote Request) je zde nahrazen bitem SRR (Substitute Remote Request), který má v rozšířeném formátu vždy hodnotu recessive. To zajišťuje, aby při vzájemné kolizi standardního a rozšířeného formátu zprávy na jedné sběrnici se stejným 11ti bitovým identifikátorem, získal přednost standardní rámec. Bit IDE (Identifier Extended) má vždy recessive hodnotu. Bit (RTR) udávající, zda se jedná o datovou zprávu nebo žádost o data je přesunut za konec druhé části identifikátoru. Pro řízení přístupu k médiu jsou použity ID (11 bit), SRR, IDE, ID (18 bit), RTR. V tomto pořadí je určena priorita datové zprávy.

Obrázek 32 : Začátek datové zprávy (rozšířený formát) podle specifikace 2.0B

4.1.7.8 Žádost o data (Remote Frame) Formát žádosti o data je podobný jako formát datové zprávy. Pouze je zde RTR bit (pole řízení přístupu na sběrnici) nastaven do úrovně recessive a chybí datová oblast. Pokud nějaký uzel žádá o zaslání dat, nastaví takový identifikátor zprávy, jako má datová zpráva, 32



jejíž zaslání požaduje Tím je zajištěno, že pokud ve stejném okamžiku jeden uzel žádá o zaslání dat a jiný data se stejným identifikátorem vysílá, přednost v přístupu na sběrnici získá uzel vysílající datovou zprávu, neboť úroveň RTR bitu datové zprávy je dominant a tudíž má tato zpráva vyšší prioritu.

4.1.7.9 Zpráva o chybě (Error Frame) Chybová zpráva slouží k signalizaci chyb na sběrnici CAN. Jakmile libovolný uzel na sběrnici detekuje v přenášené zprávě chybu (chyba bitu, chyba CRC, chyba vkládání bitů, chyba rámce), vygeneruje ihned na sběrnici chybový rámec. Podle toho, v jakém stavu pro hlášení chyb se uzel, který zjistil chybu, právě nachází, generuje na sběrnici buď aktivní (šest bitů dominant) nebo pasivní (šest bitů recessive) příznak chyby. Při generování aktivního příznaku chyby je přenášená zpráva poškozena (vzhledem k porušení pravidla na vkládání bitů), a tedy i ostatní uzly začnou vysílat chybové zprávy. Hlášení chyb je pak indikováno superpozicí všech chybových příznaků, které vysílají jednotlivé uzly. Délka tohoto úseku může být minimálně 6 a maximálně 12 bitů.

Obrázek 33 : Zpráva o chybě protokolu CAN

Po vyslání chybového příznaku vysílá každá stanice na sběrnici bity recessive. Zároveň detekuje stav sběrnice a jakmile najde první bit na sběrnici ve stavu recessive, vysílá se dalších sedm bitů recessive, které plní funkci oddělovače chyb (ukončení chybové zprávy).

4.1.7.10

Zpráva o přetížení (Overload Frame)

Zpráva o přetížení slouží k oddálení vyslání další datové zprávy nebo žádosti o data. Zpravidla tento způsob využívají zařízení, která nejsou schopna kvůli svému vytížení přijímat a zpracovávat další zprávy. Struktura zprávy je podobná zprávě o chybě, ale její vysílání může být zahájeno po konci zprávy (End of Frame), oddělovače chyb nebo předcházejícího oddělovače zpráv přetížení. 33



Obrázek 34 : Zpráva o přetížení

4.1.8 Datová sběrnice FlexRay Komunikační

protokol

FlexRay

představuje

vysokorychlostní

datové

propojení

jednotlivých řízených aplikací hlavně v dopravních prostředcích. Proti hojně používaným sběrnicím typu CAN a LIN poskytuje větší přenosovou rychlost srovnatelnou s Ethernetem, zároveň však vyšší odolnost proti elmag. rušení a unikátní dvoukanálovou strukturu. Tedy přesně to, co dnes vyžaduje moderní průmyslová komunikace i v tak náročných aplikacích, jako je stále složitější elektronické řízení a komunikace komponent v automobilech. Standard FlexRay (flexibilní paprsek), definován stejnojmenným konsorciem sdružujícím hlavní výrobce automobilů a jejich komponent (Daimler, Chrysler, BWM, General Motors, Ford, Volkswagen, Bosh, Freescale, Philips), je zajímavý také tím, že v sobě spojuje a vylepšuje prvky již nějakým způsobem dříve někde použité jako jsou: princip TDMA, statický a dynamický přístup na sběrnici, či fyzické provedení sběrnice. Výsledkem je přenosový systém s unikátním systémem adresování a přístupem na sběrnici, kde je vše prakticky řízeno jen dvěma čísly/identifikátory. Výměna zpráv je pak založena na deterministickém komunikačním cyklu a synchronizace komunikace je vysoce strukturována a založena na taktování společném pro všechny uzly a komponenty sběrnice.

4.1.9

Základní parametry komunikace FlexRay

Mezi základní parametry FlexRay patří přenosová rychlost až 10 Mb/s, možné vzdálenosti mezi uzly až 24 m, sériový přenos pro dvouvodičové sběrnice a dva kanály pro každou jednotku. Dále lze adresovat až 2047 uzlů v clusteru. Zvýšená odolnost proti rušení

34



(zabezpečení přenosu, diferenční přenos) zajistí spolehlivý přenos. Mnoho konfigurací možného přenosu dat a společná synchronizace všech jednotek v síti. Jednoduchý nebo dvojitý vysílací a přijímací buffer, který je konfigurovatelný od 2 do 254 bajtů. Filtrace zpráv podle čísla/identifikátoru rámce, čítače cyklů a volbě komunikačního kanálu. Dalším parametrem je služba dálkové aktivace libovolného uzlu, detekce chyb na úrovni budiče sběrnice a v neposlední řadě detekce chybovosti na úrovni vyšších vrstev.

4.1.10 Topologie FlexRay sběrnice/sítě Sběrnice FlexRay umožňuje v rámci jednoho clusteru navrhnout několik různých typů topologií a komunikačních cest. FlexRay tak může být konfigurována jako jednokanálová nebo dvoukanálová sběrnice (single channel/dual channel bus network), síť typu hvězda (star network), nebo různé hybridní kombinace obou uvedených struktur. Maximální délka sběrnice je dána maximálním: zpoždění přenosu 2.4 mikrosekund, vzdáleností mezi uzly/komunikačními stanicemi 24 m a

3 vzájemně propojenými aktivní hvězdami.

Cluster se nejčastěji skládá ze dvou kanálů, označených jako kanál A a kanál B. Každý uzel (node) v clusteru může být připojen jak ke kanálu A, tak kanálu B, nebo k oběma, přičemž všechny uzly připojené ke kanálu A jsou schopny komunikovat s ostatními uzly na kanálu A a stejně mohou vzájemně komunikovat i všechny uzly přepojeny ke kanálu B. Jestliže se uzel potřebuje připojit k více jak jednomu clusteru, pak komunikace s každým clusterem musí být prováděna prostřednictvím komunikačního řadiče (different communication controller). Pasivní sběrnicová topologie (Passive bus topology) - obrázek ukazuje možnou konfiguraci sítě jako duální sběrnice (dual bus), kde uzle může být připojen k oběma kanálům A i B, pouze kanálu A nebo pouze ke kanálu B. V případě jednoduché sběrnice (single bus) musí být všechny jednotky připojeny jen na jeden kanál. Počet uzlů připojených ke sběrnici může být 2 až 2047.

Obrázek 35 : Ukázka dvou kanálového vedení FlaxRay

35



4.1.11 MOST Sběrnice MOST (Media Oriented System Transport) byla vyvinuta pro multimediální přenosy v automobilu. Systémy pracující s multimédii mají díky velkým objemům dat vyšší nároky na rychlost, která dosahuje až 24,5 Mbit/s. Díky optické síti tak je možné přenášet video či audio signály, SMS nebo mohou zprostředkovat internetové připojení. Tato sběrnice tvoří přechodník mezi jinými sběrnicemi, v podstatě se jedná o přechodník.

36



5 Dálkové ovládání autoalarmů vozidla Rádiové dálkové ovládání autoalarmů pracující na frekvenci 433,92 MHz a osazená kodérem s plovoucím kódem. To zaručuje vysokou bezpečnost přenosu, nutnou pro ovládání zabezpečovacích zařízení. Jehož princip spočívá ve změně vysílané sekvence po každém stisku klávesy na ovladači, což vyloučí použití již jednou vysílaného kódu k deaktivaci. Dosah dálkového ovládání je až 50 m. Přenos může být realizován infračerveným paprskem či rádiovým signálem, tím se mění i dosah ovladače. Infračervené ovládání má značná omezení, ovladač musí přesně zaměřit přijímač na poměrně krátkou vzdálenost – 2 až 3 m. Komunikaci negativně ovlivňuje sluneční svit. V současnosti se infračervená komunikace nevyužívá.

Obrázek 36 : Dálkové ovládání centrálního zamykání

37



6 Vlastní návrh zabezpečení osobního vozidla Základem zabezpečení vozidla je VIN kód, který by měl pachatele od krádeže odradit, stejně tak jako botička na kolo. Použitím bezpečnostní fólie, omezíme možnosti pachatele vniknutí do vozidla. Dalším prvkem je zámek volantu s ochranou airbagu pro případ, že by se pachateli podařilo dostat do vozidla. Samozřejmostí je alarm s imobilizérem, který je ovládán čipovou kartou a komunikuje s GSM pagerem. Instalovaný zámek řadicí páky a kapoty by měl být doplněn mikrovlnným či ultrazvukovým detektorem, který chrání prostor vozidla. Bohužel ani tato zabezpečení nemohou zabránit odcizení vozidla za pomoci odtahového vozu. Jeho dohledání je možné například s Sherlogem RSG, který při neoprávněném

nastartování, nebo pohybu vozidla, informuje majitele a dispečera

Sherlogu o odcizení. K následnému vyhledávání používá Sherlog vlastní rádiovou síť i síť telefonních operátorů s jedním stem radiových vysílačů, z nichž každý pokrývá 30 až 80 kilometrů čtverečních. V případě, že se vozidlo dostane za hranice České republiky, bude nasazeno do vyhledávání letadlo. Samozřejmostí je využití i GSM signálu ve všech evropských státech a mezinárodní spolupráce s Policií.

38



Závěr V této práci jsem se pokusil zmapovat hlavní aspekty zabezpečení osobního vozidla. Dále popsat datové sběrnice CAN, FlexRay a MOST. Děkuji Ing. L. Harwotovi.

39

Použitá literatura: Vlastní zápisky z hodin Zabezpečovací techniky Prezentace a přednášky Ing. L. Harwota SHERLOG. Sherlog [online]. [cit. 2014-02-24]. Dostupné z: http://www.sherlog.cz/cz/radiovysystem.html http://www.sherlog.cz/cz/gps-gsm-system.html http://www.sherlog.cz/cz/vyhledavaci-technika.html GSM pager | Satelitní lokalizace. BLUETUNING [online]. 2012 [cit. 2014-02-24]. Dostupné z: http://www.bluetuning.cz/autoalarmy/gsm_pager.htm VOJÁČEK, Antonín. Automatizace.HW.cz: Sběrnice a komunikace FlexRay nejen pro automobily. Sběrnice a komunikace FlexRay nejen pro automobily | Automatizace.HW.cz [online]. 2007. vyd. 2007 [cit. 2014-02-24]. Dostupné z: http://automatizace.hw.cz/sbernice-komunikace-flexray-nejenpro-automobily Zabezpečení vozidel Auto Topra. Zabezpečení vozidel Auto Topra [online]. 2014 [cit. 2014-02-24]. Dostupné

z:

http://www.topra.cz/mechanicke-zabezpeceni/zamykani-pedalu

http://www.topra.cz/mechanicke-zabezpeceni/boticky-na-auto http://www.topra.cz/mechanicke-zabezpeceni/kodovani-autoskel BULLOCK EXCELLENCE zámek pedálů typ R. Elcar [online]. 2014 [cit. 2014-02-24]. Dostupné z: http://www.elcar.cz/mechanicke-zabezpeceni/952-bullock-excellence-zamek-pedalu-typ-r.html Kvalitní zámek volantu S-Shape 2 | Mechanické zabezpečení | Autoalarmy, motoalarmy | DD Technik eshop. DD TECHNIK [online]. 209 [cit. 2014-02-24]. Dostupné z: http://www.autoalarmymotoalarmy.cz/p/5591-Kvalitni-zamek-volantu-S-Shape-2/?rid=bot_rid_g

MATURITNÍ PRÁCE. Téma: Zabezpečení osobního vozidla

Recommend Documents