Что такое и как работает бортовой компьютер автомобиля

АВИАЦИОННЫЕ БОРТОВЫЕ ПРИБОРЫ

АВИАЦИОННЫЕ БОРТОВЫЕ ПРИБОРЫ, приборное оборудование, помогающее летчику вести самолет. В зависимости от назначения авиационные бортовые приборы делятся на пилотажно-навигационные, приборы контроля работы авиадвигателей и сигнализационные устройства. Навигационные системы и автоматы освобождают пилота от необходимости непрерывно следить за показаниями приборов. В группу пилотажно-навигационных приборов входят указатели скорости, высотомеры, вариометры, авиагоризонты, компасы и указатели положений самолета. К приборам, контролирующим работу авиадвигателей, относятся тахометры, манометры, термометры, топливомеры и т.п.

В современных бортовых приборах все больше информации выносится на общий индикатор. Комбинированный (многофункциональный) индикатор дает возможность пилоту одним взглядом охватывать все объединенные в нем индикаторы. Успехи электроники и компьютерной техники позволили достичь большей интеграции в конструкции приборной доски кабины экипажа и в авиационной электронике. Полностью интегрированные цифровые системы управления полетом и ЭЛТ-индикаторы дают пилоту лучшее представление о пространственном положении и местоположении самолета, чем это было возможно ранее.

Новый тип комбинированной индикации – проекционный – дает пилоту возможность проецировать показания приборов на лобовое стекло самолета, тем самым совмещая их с панорамой внешнего вида. Такая система индикации применяется не только на военных, но и на некоторых гражданских самолетах.

Виды БК

БК разделяют по назначению и функциональности. Учитывается направленность предоставленной информации. Таким образом, их можно разделить на следующие виды:

• универсальные;
• маршрутные;
• сервисные;
• управляющие.

Универсальный

Отличие универсального БК – это многофункциональность. Такие компьютеры приобретаются отдельно и подключаются в диагностический разъем автомобиля. Управление происходит через сенсорный дисплей или пульт. В функционал может входить следующее:

• навигация через спутник;
• развлекательная система (телевизор, DVD, вся мультимедиа);
• предоставление информации о параметрах поездки (расход топлива и т.д.);
• расшифровка кодов ошибок от системного бортового компьютера;
• контроль работы парктроников и других датчиков, камера заднего вида.

Маршрутный

Маршрутный компьютер может устанавливаться как отдельно, так и быть штатной системой. Его основная задача – это показывать данные о поездке:

• скорость;
• расход топлива;
• маршрут (навигатор);
• продолжительность пути и другое.

Сервисный

Сервисный БК также называется «диагностическим». Этот вид автокомпьютера относится к штатным и позволяет диагностировать и выявлять различные неполадки. В его функции входит:

• диагностирование работы двигателя;
• состояние масла в двигателе и других системах (давление, температура);
• состояние тормозной системы (износ тормозных колодок, тормозная жидкость);
• проверка электрической цепи авто (заряд АКБ, короткое замыкание).

Коды ошибок хранятся в памяти компьютера. Для их считывания в сервисных центрах производится диагностика специальным устройством.

Управляющий

Управляющий автокомпьютер устанавливается на автомобилях с инжекторными и дизельными моторами. Это основной блок в системном управлении автомобиля. Имеет сложный функционал и может управлять следующими системами:

• зажиганием;
• форсунками;
• настройкой автоматической коробки передач;
• режимами движения (спорт, эко, стандарт и другие);
• климат-контролем;
• напряжением в электрической цепи.

На какие виды транспорта можно установить оборудование?

Системами спутникового слежения может быть оборудован любой транспорт:

• грузовые и легковые автомобили;
• пассажирские и маршрутные автобусы;
• фуры;
• строительная, коммунальная и сельскохозяйственная техника.

К этому перечню можно добавить водный, воздушный и железнодорожный транспорт.

В случае нахождения транспортных средств в местах, где отсутствует сотовая связь, блок навигации записывает все данные во внутреннюю память. Как только будет установлена сотовая связь, блок навигации автоматически выгрузит всю информацию в систему мониторинга.

Что выбрать: мониторинг на основе ГЛОНАСС или GPS?

Существует несколько глобальных навигационных систем: ГЛОНАСС (РФ), GPS (США) и Galileo (Евросоюз). На самом деле принципиальных отличий между ними не так много, что неудивительно, ведь создавались они приблизительно в одно и то же время и используют для работы 24 спутника. Единственное преимущество GPS в том, что американская система покрывает всю планету, а российская, к примеру, – только две трети (территория России при этом покрыта полностью).

Устанавливаемые нами блоки навигации поддерживают сразу все перечисленные навигационные системы и отслеживают их спутники в автоматическом режиме, что увеличивает точность получаемых данных.

Описание GPS

Работает система GPS следующим образом – приемник сигнала измеряет задержку распространения сигнала от спутника до приемника. Из полученного сигнала приемник получает данные о местонахождении спутника. Для определения расстояния от спутника до приемника задержка сигнала умножается на скорость света.

С точки зрения геометрии работу навигационной системы можно проиллюстрировать так: несколько сфер, в середине которых находятся спутники, пересекаются и в них находится пользователь. Радиус каждой из сфер соответственно равен расстоянию до этого видимого спутника. Сигналы от трех спутников позволяют получить данные о широте и долготе, четвертый спутник дает информацию о высоте объекта над поверхностью. Полученные значения можно свести в систему уравнений, из которых можно найти координату пользователя. Таким образом, для получения точного местоположения необходимо провести 4 измерения дальностей до спутника (если исключить неправдоподобные результаты, достаточно трех измерений).

Поправки в полученные уравнения вносит расхождение между расчетным и фактическим положением спутника. Погрешность, которая возникает в результате этого, называется эфемеридной и составляет от 1 до 5 метров. Также свой вклад вносят интерференция, атмосферное давление, влажность, температура, влияние ионосферы и атмосферы. Суммарно совокупность всех ошибок может довести погрешность до 100 метров. Некоторые ошибки можно устранить математически.

Чтобы уменьшить все погрешности, используют дифференциальный режим GPS. В нем приемник получает по радиоканалу все необходимые поправки к координатам от базовой станции. Итоговая точность измерения достигает 1-5 метров. При дифференциальном режиме существует 2 метода корректировки полученных данных – это коррекция самих координат и коррекция навигационных параметров. Первый метод использовать неудобно, так как все пользователи должны работать по одним и тем же спутникам. Во втором случае значительно увеличивается сложность самой аппаратуры для определения местоположения.

Существует новый класс систем, который увеличивает точность измерения до 1 см. Огромное влияние на точность оказывает угол между направлениями на спутники. При большом угле местоположение будет определяться с большей точностью.

Точность измерения может быть искусственно снижена Министерством обороны США. Для этого на устройствах навигации устанавливается специальный режим S/A – ограниченный доступ. Режим разработан в военных целях, чтобы не дать противнику преимущества в определении точных координат. С мая 2000 года режим ограниченного доступа был отменен.

Все источники ошибок можно разделить на несколько групп:

• Погрешность в вычислении орбит;
• Ошибки, связанные с приемником;
• Ошибки, связанные с многократным отражением сигнала от препятствий;
• Ионосфера, тропосферные задержки сигнала;
• Геометрия расположения спутников.

Система GPS

Система GPS основана на обработке сигналов спутниковой системы глобального позиционирования Navstar. Которая позволяет в любом месте Земли, при любой погоде, а также в космическом пространстве вблизи планеты определить местоположение и скорость объектов. Система разработана, реализована и эксплуатируется Министерством обороны США, которое предоставляет их для гражданских пользователей безвозмездно. Система NAVSTAR GPS состоит из 24 спутников (состояние группировки КНС GPS на 23.07.09 — 30 спутников).

С каждого спутника непрерывно передаются радиосигналы (закодированные метки времени), позволяющие синхронизировать часы в приемниках GPS, установленных на подвижных объектах, и с очень высокой точностью вычислять время прохождения сигнала от спутника до приемника. Применяемые для кодирования псевдослучайные последовательности дают возможность передавать эту информацию без значительных затрат мощности и принимать ее с помощью антенн очень малого размера.

В свою очередь каждый спутник получает информацию о своих координатах от сети наземных станций слежения. Для определения своего местоположения оборудование GPS, установленное на автомобилях, должно «увидеть» не менее четырех спутников. A-GPS — система, ускоряющая определение координат GPS-приёмником. Имеет несколько отличий от GPS, которыми объясняются преимущества этой системы: увеличенное быстродействие и повышенная чувствительность. Ещё одно преимущество использования A-GPS это экономия энергии, что увеличивает время автономной работы навигационного устройства.

Система ГЛОНАСС

Система ГЛОНАСС аналогичной GPS, имеется в России. Но пока ее распространение весьма ограничено, так как число эксплуатируемых спутников мало (на 13.06.2009 — 18 действующих КА), а компоненты системы существенно дороже и больше по габаритам, чем в GPS. Точность определения координат российской системой на 12. 05.2009 составляла всего около 10 метров. В скором времени к двум упомянутым системам должна добавиться Европейская система навигации Галилео Galileo, которая будет совместима с GPS и применяться только в гражданских целях (второй опытный спутник системы Галилео GIOVE-B был запущен 27 апреля 2008 года и начал передавать сигналы 7 мая 2008).

Использование навигационных систем в России основывается на Постановлении Правительства Российской Федерации от 03.08.99 № 896 « Об использовании в Российской Федерации глобальных нави- гационных спутниковых систем на транспорте и в геодезии» и в приказе Минтранса РФ от 03.09.99 № 63.

Навигационные системы делятся на две группы:

• навигационные системы водителя;
• диспетчерские навигационные системы.

Навигационные системы водителя

Предназначены для указания водителю с помощью дисплея на приборной панели текущего местонахождения транспорта, прокладки кратчайшей трассы маршрута, контроля установленного графика движения. Все навигационные системы используют для определения местонахождения автотранспортного средства систему GPS.

По типу исполнения навигационные системы могут быть:

Диспетчерские

Диспетчерские навигационные системы предназначены для передачи данных о местонахождении ПС на диспетчерский пункт (АТО). В этом случае в Диспетчерских навигационных системах дополнительно появляются блоки передачи координат автомобиля в транспортное предприятие и соответствующее программное обеспечение диспетчерского пункта. Передача координат может осуществляться с помощью космической, модемной, транкинговой или сотовой связи.

Картографические — показывают местоположение и трассу маршрута на карте, отображаемой на относительно большом графическом дисплее;

Маршрутные — указывают водителю направление движения в соответствии с местонахождением ПС и выполняются в виде стандартной магнитолы.

Наземные системы позиционирования не нашли широкого применения на коммерческом транспорте. Наиболее перспективным на настоящий момент считается развитие систем определения местоположения автомобиля с помощью сотовых систем связи (GSM-позиционирование).

Схема работы диспетчерской навигационной системы с вариантами передачи данных о местонахождении автомобиля

Система «Геострон» (справка)

Система «Геострон» (Geostron) позволяет контролировать маршрут перемещения и расход топлива транспортных средств, скоординировать их работу, пресечь несанкционированное использование служебных транспортных средств и слив топлива (система окупается за нескольких месяцев). Оперативная информация позволяет своевременно реагировать на любые нештатные ситуации (водитель сливает топливо, ездит по личным делам и др.) и эффективно управлять рабочим процессом.

Контролируемые транспортные средства оборудуются специальными навигационными устройствами — GPS-трекерами, подключаемые к внутренней цепи питания автомобиля. Принимая сигналы GPS/Глонасс спутников, трекер (или так называемый «автомобильный контроллер») определяет координаты, скорость и направление движения транспорта, а также регистрирует информацию с дополнительных датчиков (уровень топлива, обороты двигателя, температура и др.).

Эти данные сохраняются в энергонезависимой памяти устройства. Связь трекера с сервером осуществляется по технологии GPRS. Программа, установленная на компьютер, подключается к серверу и получает информацию через интернет. Таким образом можно следить за перемещением транспортных средств в режиме реального времени.

Стоимость трекера от 7 500 до 9 500 рублей (например, автомобильный трекер Teltonika FM4100 стоит 9 500 руб, стоимость персонального трекера Teltonika GH3000 — 8 300 руб). Стоимость установки трекера на автомобиль зависит от количества датчиков и модели ТС.

Мобильная связь

Для внесения корректив в план работы необходима связь с водителем, находящимся на маршруте, что может быть обеспечено при оснащении АТС аппаратурой, позволяющей водителям и диспетчерам в любой момент времени контактировать друг с другом для обмена информацией.

На основе средств мобильной связи возможно создание информационной системы-мониторинга для постоянного контроля работы автомобилей, позволяющей :

Пейджинговая связь

• Передача текстовых сообщений водителю; может действовать при использовании роуминга в крупных городах СНГ.
• Определять местонахождение автомобиля в любой момент времени при движении по маршруту с передачей данных в диспетчерскую;
• Немедленно передавать информацию в диспетчерскую о нарушении сохранности груза, а также о неисправностях автомобиля;
• Поддерживать постоянную информационную связь водителя с диспетчерской, что позволит осуществлять оптимизацию перевозок, информирование водителей об изменениях маршрута, необходимости перевозки попутных грузов, обслуживании новых клиентов, предупреждение о дорожных условиях, возможных опасностях.

Стоит особняком среди других средств мобильной связи. Во-первых, она односторонняя. Во-вторых, пейджер обеспечивает прием лишь знаков, но не способен принимать голосовые сообщения. Большинство компаний в России, как и во всем мире, работают в диапазоне 138. 174 МГц. Эта связь может использоваться для односторонней передачи коротких сообщений на подвижный объект через оператора пейджинговой сети или, используя компьютер, прямо водителю. Пейджеры в России были очень популярны в 1990-х, в начале 2000-х в связи с распространением мобильных телефонов и снижением стоимости услуг мобильной связи и SMS практически исчезли, тем не менее в крупных городах и регионах еще действуют один-два оператора.

Радиосвязь

Для контакта между автомобилями в пути и управления процессами погрузочно-разгрузочными работами на терминалах может использоваться радиосвязь. Для радиосвязи используются портативные, автомобильные и стационарные радиостанции, которые различаются по используемому частотному диапазону, набору сервисных функций, степени защиты переговоров, числу каналов связи. Для переговоров могут использоваться как отдельные радиостанции, так и радиосети.

Область использования радиосвязи Голосовая связь между АТС, движущимися по одному маршруту, на терминале; голосовая и компьютерная связь между АТС и с АТО на небольшой территории.

Зона действия радиосвязи Дальность действия 10. 80 км в зависимости от оборудования; может быть расширена при наличии ретрансляторов и радиосетей.

Радиосети существенно расширяют как дальность связи за счет использования мощных стационарных антенн и ретрансляторов, так и сервисные возможности (различные режимы вызовов, коммутация со стационарными телефонными сетями). Среди радиосетей наибольшие возможности имеют транкинговые системы. Их основное отличие — автоматическое распределение каналов в сети и высокая степень защищенности переговоров. Транкинговые системы используют как аналоговые, так и цифровые протоколы и могут быть организованы в рамках организации, или организация может стать абонентом коммерческой транкинговой радиосети.

Зона охвата радиосвязью

Радиальная сеть

Наиболее доступная для подвижной связи автоматическая радиальная система связи с подвижными объектами «Алтай» впервые появилась в нашей стране в 1968 г. и работает сейчас более чем в 120 городах России. Эта система предоставляет каждому абоненту телефонный номер с выходом в городскую и междугородную телефонную сеть в автоматическом режиме. Основные недостатки — невысокое качество и ограниченная дальность связи.

Сотовая телефонная связь

Более дорогой, но и более качественный вариант телефонной мобильной связи — сотовая телефонная связь. Услуги сотовой связи предоставляют телекоммуникационные компании, использующие стандарты:

GSM (Global System for Mobile Communications) относится к сетям второго поколения, является наиболее распространенным цифровым стандартом в мире. В стандарте GSM определены 4 диапазона работы: 900 (в некоторых странах диапазон частот GSM-900 был расширен до 880—915 МГц — E-GSM), 1800 (модификация стандарта GSM-900, диапазон частот 1710 — 1880 МГц), 900/1800 МГц (используется в Европе, Азии) и 850/1900 МГц (используется в США, Канаде, Латинской Америке и Африке).

NMT (Nordic Mobile Telephone), 450 МГц — является устаревшим аналоговым стандартом. В Европейских странах у этого стандарта перспектива одна — полный отказ от NMT-450 и переход на технологию IMT-MC-450 (CDMA2000). В России так же некоторые сети NMT-450 были полностью преобразованы в технологию IMT-MC-450 CDMA-450, в частности Байкалвестком, Енисейтелеком.

AMPS (Advanced Mobile Phone System) — усовершенствованная подвижная телефонная служба) — аналоговый стандарт мобильной связи в диапазоне частот от 825 до 890 МГц, разработанный для Северной Америки, затем распространившийся и в других странах. Стандарт AMPS.

Для использования сотовой связи в управлении перевозками помимо стоимости услуг наиболее важными характеристиками являются:

территория, обслуживаемая данной телекоммуникационной фирмой. В РФ только формируются национальные сотовые операторы, которые имеют свои сети в нескольких регионах страны. Для поддержания связи в других регионах требуется использовать роуминг, что влечет дополнительные затраты (наиболее доступным является роуминг в пределах одного стандарта сотовой связи);

• возможность передачи текстовых сообщений (5М8-текст) и изображений (ММS-фото) — позволяет снизить расходы на оплату услуг связи
• возможность использования сотового телефона для передачи документов с помощью факса или электронной почты и доступа в Интернет (WAP-технология).

Здесь возможности телефонов стандарта GSM ограничены очень невысокой скоростью передачи данных — 9,6 Кбит/с. Несколько исправляет ситуацию появление телефонов этого стандарта с поддержкой технологии HSCSD. Так называемые GPRS-телефоны обеспечивают скорость передачи данных до 64 Кбит/с.

В этом плане вне конкуренции оказывается стандарт CDMA-450 со скоростью до 115 Кбит/с. Технология CDMA (Code Division Multiple Access множественный доступ с кодовым разделением) — в настоящее время по праву считается одной из самых перспективных технологий сотовой связи, на её основе создан стандарт сотовой связи. В России CDMA 2000 получил название CDMA-450, то есть CDMA работающий на частоте 450 МГц. Н аличие функций навигации и автоматической связи с беспроводными устройствами (технология Bluetooth).

Спутниковая связь

Один из видов радиосвязи, основанный на использовании искусственных спутников земли в качестве ретрансляторов. Спутниковая связь осуществляется между земными станциями, которые могут быть как стационарными, так и подвижными.

Главное удобство спутниковой связи — поддержание контакта с АТС в любой точке земного шара. Практически все системы спутниковой связи поддерживают навигационные функции, а телефонные системы предоставляют возможность пользоваться факсом и устройствами для обмена данными. Можно подключить шифратор, хотя и без него сохраняется высокая конфиденциальность связи. Спутниковая связь подразделяется на телексную и телефонную.

Телексная спутниковая связь позволяет обмениваться с водителем только текстовыми сообщениями. На автомобильном транспорте одной из самых распространенных является система телексной связи Euteltracks. В настоящее время этой системой в Европе оснащены более 10 тыс. АТС. Именно транспортные компании стали ее основными потребителями. Система Euteltracks обеспечивает двустороннюю передачу буквенно-цифровых сообщений. Вся входящая и исходящая информация документируется. При этом фиксируется позывной передатчика, время выхода на связь, текст сообщения и координаты места, откуда оно было отправлено.

Изменение координат объекта автоматически уточняется каждый час с точностью до 80 м. Диспетчер может наблюдать за маршрутом движения ПС по электронной карте Европы. Система Euteltracks использует шумоподобные сигналы с уровнем излучения ниже естественного фона, поэтому обнаружение самого факта выхода на связь практически невозможно.

Система INMARSAT-C является телексным вариантом системы INMARSAT. В ней используется четыре геостационарных спутника и более 70 наземных станций. Помимо обмена сообщениями с водителем система позволяет принимать аварийные сигналы (INMARSAT — международная компания спутниковой связи, основанная в 1979 году, первоначально как межгосударственная организация; компания управляет группой из 11 геосинхронных телекоммуникационных спутников; INMARSAT-C используется Международной Морской Организацией и обязателен к установке на всех океанских судах).

Аналогичные возможности предоставляет отечественная система «Циклон». Она может использовать спутники и инфрастуктуру передачи данных INMARSAT-C или оборудование GPS с передачей данных в виде SMS-текста с помощью сотового телефона стандарта GSM (второй вариант существенно дешевле). Ее основное отличие — наличие многопользовательского центрального серверного узла. Это позволяет отказаться от дорогостоящего программного обеспечения в АТО, ограничившись наличием доступа в Интернет. При этом не имеет значения количество компьютеров, имеющих доступ к данным, и их местоположение.

Спутниковая телефонная связь является наиболее дорогим видом мобильной связи. В настоящее время для спутниковой телефонной связи можно использовать системы GlobalStar или INMARSAT-М (предоставляет голосовые сервисы на скорости 4,8 Кбит/с и сервис по передаче факсов и данных на скорости 2,4 Кбит/с). Спутниковые телефоны выпускают около 10 европейских и японских фирм. По размеру спутниковый телефон сравним с обычным мобильным телефоном выпущенным в 1980-90-х гг, и обычно имеет дополнительную антенну. Существуют также спутниковые телефоны в стационарном исполнении. Такие телефоны используются для связи в зонах, где отсутствует сотовая связь. Номера спутниковых телефонов обычно имеют специальный код страны. Так, в системе INMARSAT используются коды с +870 по +874.