45441

Расчет системы управления автомобилем на базе технологии CAN

Доклад

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Узлы системы Батарея BTTERY Контроллер CONT Контроллер двигателя MOTOR Дисплей панели инструментов DISP Управление водителя DRIVE Тормоза BRKES Управление коробкой передач TRNS Сеть оперирует 32 сообщениями которые делятся на различные группы: Спорадические сигналы.0 BTTERY CONT 2 Ток батареи 8 0.0 BTTERY CONT 3 Температура батареи 8 0.0 BTTERY CONT 4 Параметры батареи 10 1.

Русский

2013-11-17

277 KB

0 чел.

СРВ 10

Задание:

Произвести расчет системы управления автомобилем на базе технологии CAN на возможность функционирования в режиме реального времени. Разработать проект системы, включающий 5-7 подсистем и  30-40 сообщений между подсистемами.

Решение:

Объект автоматизации - электромобиль.

В системе должно функционировать семь независимых устройств. Система реального времени позволяет передавать сообщения между устройствами.

Узлы системы

  1.  Батарея (BATTERY)
  2.  Контроллер (CONT)
  3.  Контроллер двигателя (MOTOR)
  4.  Дисплей панели инструментов (DISP)
  5.  Управление водителя (DRIVE)
  6.  Тормоза (BRAKES)
  7.  Управление коробкой передач (TRANS)

Сеть оперирует 32 сообщениями, которые делятся на различные группы:

  1.  Спорадические сигналы. Должны иметь время ожидания (крайний срок выполнения) менее 20 мс. Но нельзя задать этот период. Исходя из задачи, решаем, что эти сообщения поступают не чаще 50 мс (например, нажатие на педаль тормоза).
  2.  Периодические сигналы. Имеют фиксированный период сообщения и требуют, чтобы время ожидания (крайний срок выполнения) было меньше или равно этому периоду.

Задержка определяется порядком выполнения сообщения от определенной подсистемы. Принимается, что все сообщения появляются одновременно, но так как все сообщения не могут обрабатываться одновременно, для сообщений выделяются соответствующая задержка на выполнение. Наименьшая задержка для более важных сообщений.

Таблица №1 «Характеристики протокола CAN»

Скорость передачи данных, кбит/сек

Накладные расходы, бит

Расходы на восстановление при сбоях, бит

125

35

5

250

500

1000

Таблица №2 «Сообщения в системе».

Номер сигнала

Описания сигнала

Размер в битах

Задержка в мсек (J)

Период выполнения (T) мсек

Тип сообщения

Крайний срок  выполнения  (D)мсек

Источник

Приемник

1

Напряжение батареи

8

0.1

100.0

P

100.0

BATTERY

CONT

2

Ток батареи

8

0.2

100.0

P

100.0

BATTERY

CONT

3

Температура батареи

8

0.3

1000.0

P

1000.0

BATTERY

CONT

4

Параметры батареи

10

1.1

1000.0

P

1000.0

CONT

DISP

5

Параметры тормозной системы

8

1.2

500.0

P

500.0

CONT

DISP

6

Параметры коробки передач

8

1.3

500.0

P

500.0

CONT

DISP

7

Давление в тормозной системе

8

0.1

50.0

P

50.0

BRAKES

CONT

8 

Давление смазки в коробке передач

8

0.1

100.0

P

100.0

TRANS

CONT

9

Значение скорости движения

8

1.0

500.0

P

500.0

CONT

DISP

10 

Скорость движения

8

0.3

100.0

P 

100.0

BRAKES

CONT

11 

Ключ зажигания в пол.2

1

0.2

50.0

S

20.0

DRIVER

CONT

12 

Ключ зажигания пол.1

1

0.3

50.0

S

20.0

DRIVER

CONT

13 

Педаль сцепления

2

0.4

50.0

S 

20.0

DRIVER

CONT

14 

Педаль тормоза

1

0.2

50.0

S 

20.0

BRAKES

CONT

15 

Сигнал аварийного торможения

1

0.1

50.0

S

20.0

DRIVER

CONT

16 

Рычаг скоростей

3

0.5

50.0

S 

20.0

DRIVER

CONT

17

Позиция рычага переключения скоростей

8

0.6

50. 0

P

50.0

DRIVER

CONT

18

Задняя передача

1

0.1

50.0

S

20.0

CONT

TRANS 

19

Тревога о неисправности

1

0.4

50.0

S

20.0

CONT

BRAKES 

20 

Предупредительная световая сигнализация

7

0.8

50.0

S

20.0

CONT

DISP 

21

Рычаг переключения скоростей

1 

0.2

50.0

S

20.0

CONT

MOTOR

22

Команда измерения частоты вращения двигателя

8

0.3

50.0

P

50.0

CONT

MOTOR

23

Прямой / Задний ход

1

0.5

50.0

S

20.0

CONT

MOTOR

24

Запрос  прямого/ заднего хода

1

0.4

50.0

S

20.0

MOTOR

CONT 

25 

Режим ожидания

1

0.7

50.0

S

20.0

CONT

MOTOR

26 

Сигнал остановки движения

1

0.5

50.0

S

20.0

MOTOR

CONT 

27 

Смещение при движении

1

0.6

50.0

S

20.0

CONT

MOTOR

28 

Обработанная частота вращения двигателя

8

0.2

50. 0

P

50.0

MOTOR

CONT 

29 

Состояние температуры двигателя

2

0.1

50.0

S

20.0

MOTOR

CONT 

30 

Завершение

1

0.6

50.0

S

20.0

MOTOR

CONT 

31 

Сигнал состояния двигателя

8

0.3

50.0

S

20.0

MOTOR

CONT 

32

Состояние двигателя

8

0.9

500.0

P

500.0

CONT

DISP

Далее все сообщения необходимо расставить в зависимости от приоритета (D-J порядке).

Таблица №3. «Сообщения, расставленные в соответствии с приоритетом»

Номер сигнала

Описания сигнала

Размер в битах

Задержка в мсек (J)

Период выполнения (T) мсек

Тип сообщения

Крайний срок  выполнения  (D)мсек

Источник

Приемник

Приоритет (D-J)

20

Предупредительная световая сигнализация

7

0,8

50

S

20

CONT

DISP

19,2

25

Режим ожидания

1

0,7

50

S

20

CONT

MOTOR

19,3

27

Смещение при движении

1

0,6

50

S

20

CONT

MOTOR

19,4

30

Завершение

1

0,6

50

S

20

MOTOR

CONT

19,4

16

Рычаг скоростей

3

0,5

50

S

20

DRIVER

CONT

19,5

23

Прямой / Задний ход

1

0,5

50

S

20

CONT

MOTOR

19,5

26

Сигнал остановки движения

1

0,5

50

S

20

MOTOR

CONT

19,5

13

Педаль сцепления

2

0,4

50

S

20

DRIVER

CONT

19,6

19

Тревога о неисправности

1

0,4

50

S

20

CONT

BRAKES

19,6

24

Запрос  прямого/ заднего хода

1

0,4

50

S

20

MOTOR

CONT

19,6

12

Ключ зажигания пол,1

1

0,3

50

S

20

DRIVER

CONT

19,7

31

Сигнал состояния двигателя

8

0,3

50

S

20

MOTOR

CONT

19,7

11

Ключ зажигания в пол,2

1

0,2

50

S

20

DRIVER

CONT

19,8

14

Педаль тормоза

1

0,2

50

S

20

BRAKES

CONT

19,8

21

Рычаг переключения скоростей

1

0,2

50

S

20

CONT

MOTOR

19,8

15

Сигнал аварийного торможения

1

0,1

50

S

20

DRIVER

CONT

19,9

18

Задняя передача

1

0,1

50

S

20

CONT

TRANS

19,9

29

Состояние температуры двигателя

2

0,1

50

S

20

MOTOR

CONT

19,9

17

Позиция рычага переключения скоростей

8

0,6

50

P

50

DRIVER

CONT

49,4

22

Команда измерения частоты вращения двигателя

8

0,3

50

P

50

CONT

MOTOR

49,7

28

Обработанная частота вращения двигателя

8

0,2

50

P

50

MOTOR

CONT

49,8

7

Давление в тормозной системе

8

0,1

50

P

50

BRAKES

CONT

49,9

10

Скорость движения

8

0,3

100

P

100

BRAKES

CONT

99,7

2

Ток батареи

8

0,2

100

P

100

BATTERY

CONT

99,8

1

Напряжение батареи

8

0,1

100

P

100

BATTERY

CONT

99,9

8

Давление смазки в коробке передач

8

0,1

100

P

100

TRANS

CONT

99,9

6

Параметры коробки передач

8

1,3

500

P

500

CONT

DISP

498,7

5

Параметры тормозной системы

8

1,2

500

P

500

CONT

DISP

498,8

9

Значение скорости движения

8

1

500

P

500

CONT

DISP

499,0

32

Состояние двигателя

8

0,9

500

P

500

CONT

DISP

499,1

4

Параметры батареи

10

1,1

1000

P

1000

CONT

DISP

998,9

3

Температура батареи

8

0,3

1000

P

1000

BATTERY

CONT

999,7

Произведем расчет максимальной задержки передачи сообщения по сети (R). Для этого воспользуемся следующими формулами:

1. ,

– максимальная задержка передачи сообщения;

– задержка отправки сообщения в очередь;

– задержка организации очереди сообщений;

– максимальное время физической посылки сообщения m по шине.

2. ,

– размер сообщения в байтах (т.е. если меньше или равно 8 бит, то 1 байт и т.д.);

tпнрвремя передачи накладных расходов.

tпддвремя передачи дополнительных данных;

– такт передачи шины, зависит от скорости передачи данных (= 1/скорость шины соответствующую).

3. ,

– период сообщения;

– множество сообщений, приоритет которых выше, чем у данного сообщения.

4. ,

– множество сообщений, приоритет которых ниже приоритета данного сообщения.

Таблица №4 «Результаты расчета максимальной задержки передачи сообщений» (Значения C, W в расчетах в Excel’е)

Номер

Источник

Приемник

Размер в байтах (S)

R1, 125 кбит/сек

R2, 250 кбит/сек

R3, 500 кбит/сек

R4, 1000 кбит/сек

20

CONT

DISP

1

1,7824

1,2912

1,0456

0,9228

25

CONT

MOTOR

1

1,687254016

1,1924135

0,9459034

0,8228758

27

CONT

MOTOR

1

1,592188703

1,0936362

0,8462077

0,7229517

30

MOTOR

CONT

1

1,597206253

1,0948682

0,8465129

0,7230277

16

DRIVER

CONT

1

1,502316182

0,9961114

0,7468195

0,6231038

23

CONT

MOTOR

1

1,507513926

0,9973642

0,7471271

0,62318

26

MOTOR

CONT

1

1,512808993

0,9986286

0,747436

0,6232564

13

DRIVER

CONT

1

1,418204372

0,8999046

0,6477464

0,5233329

19

CONT

BRAKES

1

1,423695677

0,9011907

0,6480577

0,5234095

24

MOTOR

CONT

1

1,429292521

0,9024888

0,6483705

0,5234863

12

DRIVER

CONT

1

1,334998382

0,8037991

0,5486847

0,4235633

31

MOTOR

CONT

1

1,340809228

0,8051199

0,5489999

0,4236403

11

DRIVER

CONT

1

1,246734827

0,7064532

0,4493166

0,3237175

14

BRAKES

CONT

1

1,252771937

0,7077973

0,4496343

0,3237947

21

CONT

MOTOR

1

1,258930509

0,7091543

0,4499534

0,3238721

15

DRIVER

CONT

1

1,165214925

0,6105242

0,350274

0,2239498

18

CONT

TRANS

1

1,171621875

0,6119056

0,3505957

0,2240274

29

MOTOR

CONT

1

1,178161512

0,6133002

0,3509189

0,2241053

17

DRIVER

CONT

1

1,68483882

1,1147085

0,8512436

0,7241833

22

CONT

MOTOR

1

1,391694488

0,8161396

0,551572

0,4242621

28

MOTOR

CONT

1

1,298681664

0,7175801

0,4519008

0,3243407

7

BRAKES

CONT

1

1,205810775

0,6190326

0,3522306

0,2244194

10

BRAKES

CONT

1

1,413087472

0,8204976

0,5525615

0,4244981

2

BATTERY

CONT

1

1,317537871

0,7213121

0,4527364

0,3245387

1

BATTERY

CONT

1

1,221461863

0,6220646

0,3529037

0,2245783

8

TRANS

CONT

1

1,225310506

0,6228132

0,3530708

0,2246179

6

CONT

DISP

1

2,429178309

1,8235649

1,5532383

1,4246575

5

CONT

DISP

1

2,330640899

1,7237835

1,4532797

1,3246664

9

CONT

DISP

1

2,131582655

1,5239441

1,2533142

1,1246745

32

CONT

DISP

1

2,032410997

1,4240983

1,1533483

1,0246825

4

CONT

DISP

2

2,233215258

1,6242517

1,3533823

1,2246906

3

BATTERY

CONT

1

0,887147088

0,5552959

0,4199398

0,4148296

Все сообщения удовлетворяют условию R<=D-J. Значит, сообщение будет послано до того, как следующее сообщение будет поставлено в очередь. Оптимизация не нужна (см. Методы оптимизации и СРВ задача 11).

На основании этой таблицы рассчитаем коэффициенты MU, BU, BDU, которые позволят оценить систему. Расчет производится по формулам (с учетом цикла системы):

  1.  MU коэффициент использования сообщений, показывает отношение полезной переданной информации к числу общей переданной информации:

  1.  BU – коэффициент использования шины, показывает отношение переданной информации, включая все накладные расходы, к числу всех возможных интервалов для передачи данных (т.е. делим на соответствующую скорость шины):

  1.  BDU  коэффициент расписабельности, показывает во сколько раз могут быть увеличены размеры всех сообщений в системе, при котором система продолжает функционировать в режиме реального времени:

Цикл системы – время, за которое все сообщения выполнились хотя бы по одному разу и целое число раз. Пример: периоды сообщений – 300 мс, 200 мс, 400мс. Цикл системы – 1200 мс, первое выполнится 4 раза, второе 6 раз, третье – три раза. (Для данной системы цикл = 1000 мс)

Таблица №5 «Коэффициенты системы»

 

MU

BU

BDU

125 кбит/сек

8,162309062

17,0736

217,2941

250 кбит/сек

8,162309062

8,5368

341,5822

500 кбит/сек

8,162309062

4,2684

466,0996

1000 кбит/сек

8,162309062

2,1342

564,494

Вывод:

Произведенные расчеты показывают, что спроектированная система управления электромобилем может функционировать на всех доступных скоростях шины.

Коэффициент расписабельности при всех скоростях больше единицы. Значит, размер сообщений в системе может быть увеличен на величину данного коэффициента. Чем больше скорость шины, тем больше может быть увеличен размер сообщений.

Коэффициент использования шины при скоростях 1000, 500 и 250 кбит/сек,  очень мал. Это также означает, что размер и количество переданных сообщений могут быть увеличены.

Коэффициент использования сообщений показывает, что около 90% сообщения приходится на накладные расходы.

Методы оптимизации:

Одним из способов уменьшения коэффициента использования шины  является объединение сообщений, посланных с одного и того же источника. Рассмотрим, например, аккумуляторную подсистему: она периодически посылает 4 однобайтовых сообщения с периодом 100мс. Если бы мы их собрали в единое сообщение, мы бы могли посылать одно четырехбайтовое сообщение с той же скоростью. Это бы уменьшило накладные расходы и, следовательно, коэффициент использования шины.

Также возможно объединять сигналы, которые не обязательно генерируются вместе (например, спорадические сигналы). Подход, который мы используем, состоит в том, что периодически посылается «сервер»-сообщение. Спорадический сигнал, который необходимо послать, записывается в память на процессоре хозяина. При посылки «сервер»-сообщения посылающая задача смотрит, какие сообщения нужно послать и заполняет «сервер»-сообщение соответствующим образом. При использовании этого подхода, задержка спорадического сигнала может быть равна периоду опроса плюс наихудшее время ожидания «сервер»-сообщения. Следовательно, при объединении нескольких спорадических сигналов с требованием по времени ожидания 20мс или дольше, можно использовать «сервер» - сообщение с периодом 10мс и наихудшим временем ожидания 10мс. В качестве альтернативы можно использовать сообщения с периодом 15мс и наихудшим временем ответа 5мс.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

68497. Электричество Пособие для самостоятельной работы 414 KB
  Как для любого векторного поля у электростатического существуют две характеристики Силовая характеристика – напряженность электростатического поля связанная с силой действия поля на другие заряды Энергетическая характеристика – потенциал электростатического поля связанная с потенциальной...
68498. Электрофотография 263 KB
  Элемент изображения поддельной купюры 100 рублей образца 1997 года выпуска номинал 100 обозначенный в левом нижнем углу лицевой стороны банкноты выполненной способом электрофотографии. Элемент изображения поддельной купюры 100 долларов США образца 1996 года выпуска SERIES 1996 выполненной...
68499. Экономическая эффективность метрологического обеспечения производства 60.61 KB
  Механизм формирования экономических потерь от погрешности измерений. Экономическая эффективность внедрения новых методов и средств измерений. Экономический эффект от проведения аттестации не стандартизованных средств измерений технологического контрольноизмерительного и испытательного оборудования.
68500. Морфологические особенности опухолей из эпителия и опухоли из тканей, производных мезенхимы 113 KB
  Эпителиальные опухоли - возникают из плоского, переходного, призматического и железистого эпителия. Доброкачественные опухоли из эпителия. Папиллома – опухоль из плоского и переходного эпителия. Локализуется на коже, слизистой полости рта, голосовых связках, в лоханке, мочеточнике, мочевом пузыре и влагалище.
68502. Мораль, нравственность и этика в системе регулярного поведения 102.99 KB
  Ритуалы и этикет как регуляторы поведения Ритуал магическое действие имеющее космический смысл Основная функция упорядочить взаимоотношения между социумом и Виды ритуалов: календарный погребальный Свадебный рождение ребенка инициации ритуал гостеприимства и обмена дарами ритуальные жертвоприношения...
68503. Этика - внутренняя организационная система 123.88 KB
  Никакие кодексы не будут действовать если они не соответствуют с внутренним ощущением правильного справедливого Будут этики доиндустриального общества пророки учет интересов других людей подчинение младших старшим Индустриальное общество...
68505. Ядерная физика 426.5 KB
  Активность является характеристикой радиоактивного вещества как источника радиоактивного излучения. Поглощенная доза – количество энергии ядерного излучения поглощенное единицей массы вещества. Поглощенная доза не учитывает качественный состав падающего излучения.