PT1426240E - Rede eléctrica de comunicação para um veículo de duas/três rodas - Google Patents

Description

RSDE SLiCTlim 01 €0í*EMI€Açl0 Mtt HM VIXCTLO A invenção refere-se a uma rede de comunicação para um veiculo de duas/três rodas.

Em particular, a invenção refere-se a uma rede de comunicação para um veiculo de duas/três rodas na qual são controladas várias funções do veiculo.

Uma rede de comunicação eléctrica de acordo com o preâmbulo da reivindicação 1 é conhecida do documento EP 0791506 A2.

No estado da técnica, são conhecidas as chamadas CAN (Controller Area Networks - Controlador de Área de Redes) que são sistemas com uma linha de comunicação em série desenhada para interligação de dispositivos "smart" (inteligentes), sensores e accionadores no âmbito de um sistema único ou de vários subsistemas.

Com um desempenho em tempo real, o CAN ou sistema de "barramento em série" está sujeito às Normas Internacionais ISO 11898 e abrange os dois níveis mais baixos do modelo ISO/OSI de referência. Esta norma estabelece, entre outras coisas, que através do referido barramento, os nodos de rede comunicam uns com os outros de maneira que a mensagem enviada por um nodo ê transmitida a toda a linha, mas recebida por filtragem apenas pelos nodos relacionados, se a atribuição de prioridade entre tentativas de acesso simultâneas ao barramento são univocais sem períodos mortos e são não destrutivas.

Um dos mais importantes desempenhos do protocolo CAN é o elevado nivel de confiança da transmissão de dados, resultante de um mecanismo eficiente de identificação, de classificação, de isolamento e de desligação automática da rede de qualquer nodo com defeito.

Estas caracteristicas especificas do protocolo CAN tornam o colapso da rede causado pela transmissão de erros ou faltas nos nodos praticamente impossível.

Esta tecnologia é utilizada, por exemplo, para substituir a cablagem tradicional dos automóveis de passageiros de classe elevada; de facto, quaisquer sinais de detecção e controlo dos dispositivos do veículo seguem numa linha CAN única.

Estes dispositivos são ligados de maneira selectiva uns aos outros de acordo com as exigências do funcionamento correcto do veículo. A linha CAN substitui a cablagem tradicional, «rf&s dimensões totais, confiança e complexidade são inadequadas para gerir a regulação e o controlo de todos os equipamentos de um veículo moderno.

Também é conhecida a utilização de uma rede CAN com dois nodos num veículo a motor para estabelecer comunicação entre a unidade de controlo electrónico de distribuição © o painel de instrumentos. A Patente dos Estados Unidos US 6052632 descreve um sistema CAN para um veículo com uma multiplicidade de dispositivos electrónicos com base em microprocessador, colocados no referido veiculo e interligados uns aos outros por uma linha CAN. A comunicação entre os referidos dispositivos electrónicos tem lugar de acordo com programas processados por estes microprocessadores.

Normalmente, em veículos de duas rodas ou veículos a motor, é também extremamente evidente que existe uma necessidade de espaço para distribuir os circuitos que ligam as várias unidades, devido à natureza complexa exigida pelo sistema electrónico para gerir todos os periféricos. Neste sentido, encontram-se muitos constrangimentos nos veículos; os constrangimentos são espaços extremamente pequenos, através dos quais deve passar um número considerável de circuitos. Os diâmetros destes circuitos são na maior parte dos casos pequenos, ainda que seja normal haver uma secção de potência com circuitos de maior diâmetro, que tornam pior uma situação já crítica. 0 Requerente colocou o problema de revisão de todo o sistema eléctrico de um veículo a motor do ponto de vista da cablagem, a menor possível para tornar mais fácil conseguir e melhorar a instalação e a fiabilidade. 0 Requerente verificou que, utilizando uma linha em série que exija a utilização de apenas dois circuitos (o barramento) e em que a informação e o controlo a implementar por cada periférico sejam encaminhados através de ligações digitais apropriadas, a cablagem fica grandemente reduzida, especialmente nas áreas críticas em que normalmente ocupa espaço e é difícil de instalar. 0 Requerente produziu uma rede de comunicação que permite a ligação de todos os periféricos e dispositivos do veículo a motor utilizando um protocolo em série de CAN (Controlador de Área de Redes). A utilização deste sistema de comunicação torna possível produzir uma rede com uma multiplicidade de nodos, aos quais são ligados, como saídas, vários periféricos do veículo e, como entradas, os controlos localizados no veiculo. Os controlos são entendidos no seu significado mais amplo da palavra, isto é, não só os geridos directamente pelo utilizador mas também os controlos automáticos como, por exemplo, o comutador térmico de controlo do ventilador eléctrico do veiculo a motor. Uma das principais caracteristicas do protocolo CAN é a gestão e limitação de erros: a utilização deste tipo de barramento garante assim um certo grau de segurança na gestão de todo o sistema. A utilização de um protocolo de comunicação em série digital exige a presença no veiculo, no interior dos referidos nodos, de componentes "inteligentes" (microprocessadores ou microcontroladores) capazes da gestão através de programa apropriado da comunicação entre os periféricos da rede. A presença de um ou mais microprocessadores no veiculo constitui uma vantagem considerável: a gestão através de software de controlo que anteriormente exigia hardware exclusivo. Isto dá origem a uma nova redução tanto de hardware, com consequente redução de custos, como de complexidade da produção do sistema eléctrico. 0 equipamento menos complexo significa menos componentes electrónicos e consequentemente maior imunidade ao ruído, menor peso do veículo (ainda que de extensão mínima), custos de produção mais baixos, maior flexibilidade relativamente à adição de novos periféricos ou às subsequentes modificações do sistema. A invenção é definida pelas caracteristicas da reivindicação 1.

As caracteristicas e vantagens da rede de acordo com a invenção tornar-se-ão mais claras e evidentes a partir da descrição que se segue de um exemplo não limitativo de uma forma de realização com referência às figuras anexas, nas quais: a Figura 1 mostra um diagrama de blocos de uma rede CAN para um veiculo, com uma multiplicidade de nodos; a Figura 2 mostra esquematicamente um nodo genérico da rede da Figura 1; a Figura 3 mostra uma forma de realização de acordo com a invenção da rede da Figura 1 com quatro nodos; a Figura 4 mostra um exemplo de um algoritmo de fluxo ilustrando os principais passos implementados por um programa de processamento dos nodos de acordo com a invenção.

Com referência à Figura 1, uma rede de comunicação eléctrica compreende uma linha de comunicação em série, de um modo preferido, uma linha 2 CAN (Controlador de Área de Redes) à qual é ligada uma multiplicidade de nodos Nl, N2, Nn. Cada um dos referidos nodos é, de um modo preferido, alimentado por uma linha 3 de energia ligada à bateria 31 do veiculo.

Além disso, cada nodo está ligado a uma multiplicidade de dispositivos Dl, D2, Dm eléctricos do veiculo.

Os referidos nodos são colocados fisicamente em zonas pré-determinadas do veiculo de acordo com a atribuição de espaços aos dispositivos eléctricos de entrada e de saida existentes na referida zona aos quais são ligados. Por exemplo, um nodo pode ser colocado fisicamente na proximidade da zona do painel de instrumentos do veiculo, equipado com luzes piloto de controlo, dispositivos de alarme acústicos e/ou luminosos, com os quais o nodo comunica. Outro nodo pode ser, com vantagem, colocado numa posição posterior do veiculo, na qual estejam presentes vários dispositivos eléctricos, tais como, por exemplo, luzes traseiras e sensores de controlo de vários parâmetros do motor, travões, etc. A Figura 2 mostra a estrutura de um nodo que compreende uma unidade 41 de controlo ligada a, pelo menos, um interface 42 de entrada constituído por uma multiplicidade de portas de entrada no nodo e ligadas a, pelo menos, um interface 43 de saida que compreende uma multiplicidade de portas de saida do nodo. A referida unidade de controlo compreende, pelo menos, um microcontrolador que tem associado, pelo menos, um dispositivo de armazenamento (exterior a ou integrado no processador), um interface 44 com a referida linha CAN, um interface 46 RS232 e um dispositivo de alimentação eléctrica do nodo 45, de um modo preferido, ligado à bateria do veiculo a motor.

As referidas portas de entrada incluem, de um modo preferido, circuitos electrónicos, que coficam o valor de uma resistência (sensor resistente) num sinal digital que converte o valor de resistência desconhecido num período de tempo, o qual é então medido por um medidor de período implementado totalmente através de software.

As referidas portas de saída compreendem, de um modo preferido, portas digitais de saída e portas analógicas de saída, as quais podem, com vantagem, ser também utilizadas para ligar dispositivos eléctricos que necessitam de controlos de energia eléctrica.

Além disso, a referida unidade de controlo compreende, de um modo preferido, um oscilador local para sincronização, pelo menos, um conversor digital/analógico e/ou analógico/digital, pelo menos, um regulador de tensão, filtros e dispositivos com várias lógicas combinatórias. A Figura 3 mostra uma forma de realização da invenção com quatro nodos, respectivamente, um nodo NA frontal, colocado numa zona frontal do veiculo a motor, um nodo NC do painel de instrumentos, colocado na proximidade do painel de instrumentos do veiculo a motor, um nodo NS do selim, colocado na proximidade do selim, e um nodo NP posterior, colocado numa zona posterior do veiculo. Estes nodos estão ligados, como acima foi descrito, a uma linha CAN de comunicação. Cada um dos referidos nodos controla os dispositivos eléctricos do veiculo montados na proximidade do nodo. Por exemplo, o nodo NA frontal controla um sensor de rotação da roda, um sensor da temperatura do radiador, o conjunto das luzes da frente, etc. 0 nodo NC do painel de instrumentos controla, de um modo preferido, os controlos existentes normalmente num painel de instrumentos do veiculo a motor, por exemplo, um comutador do travão (da frente e posterior), um botão para desligar o motor, um botão para ligar as luzes (lâmpadas laterais e da frente), um botão de ignição do motor, etc. 0 nodo NS do selim controla, de um modo preferido, os dispositivos eléctricos colocados na proximidade do motor, por exemplo, a bomba de combustível, um sensor associado a uma válvula de borboleta do carburador, um sensor de nível do depósito de combustível, etc. O nodo NP posterior controla, de um modo preferido, os dispositivos eléctricos montados na proximidade da parte posterior do veículo a motor, por exemplo, todos os controlos das lâmpadas traseiras do veiculo a motor.

Estes dispositivos eléctricos do veiculo a motor podem ser divididos em duas categorias: dispositivos eléctricos de controlo e dispositivos eléctricos periféricos. A primeira refere-se a controlos dos dispositivos periféricos ou dos dispositivos com sensores, por exemplo, um controlo é um botão para comutar a luz, um controlo é um sensor de nível do combustível. Os dispositivos eléctricos de controlo estão ligados aos nodos correspondentes através de um das portas 42 de entrada do referido nodo, enquanto que os dispositivos eléctricos periféricos estão ligados ao nodo correspondente através de uma das portas 43 de saída. 0 dispositivo de armazenamento compreende, pelo menos, uma zona de memória, na qual um programa "firmware" (suporte lógico inalterável) é instalado, o qual faz a gestão das funções do referido nodo. A zona de memória é, por exemplo, uma memória não volátil.

De um modo preferido, cada nodo é gerido por um programa pré-determinado de acordo com a localização do nodo e, portanto, com as caracteristicas dos dispositivos eléctricos, aos quais está ligado.

De acordo com a invenção, cada programa operacional de cada nodo tem substancialmente a mesma estrutura: 1¾ particular, tem um algoritmo de fluxo circular, isto é, implementa ciclicamente os passos subsequentes de acordo com uma sequência de tempo sincronizada. A Figura 4 mostra um exemplo de um algoritmo de fluxo que descreve os passos principais implementados em sequência pelo referido programa operacional de cada nodo. Em pormenor, num primeiro bloco 50 de operações, as operações de inicialização do nodo são implementadas e compreendem uma configuração dos elementos do nodo, por exemplo, portas e interface CAN.

Num segundo bloco 51 de operações, as operações de leitura da referida porta 42 de entrada e as operações de leitura do interface da linha 44 CAN são implementadas.

Um terceiro bloco 52 de operações determina o estado do nodo na base das leituras. Em particular, o nodo adopta três estados "ligado", "em espera" ou'en programação". No primeiro estado, o nodo está na condição operacional total, no segundo estado, o nodo está em espera para assumir uma das duas condições 'ligado" ou "em programação". No referido estado de espera, o nodo é caracterizado por o seu consumo de energia ser extremamente baixo. 0 estado de programação é o estado em que o software do nodo é actualizado. A comutação de um nodo de um estado para o outro é implementada na base das indicações que são lidas no referido segundo bloco operacional, o qual pode vir de um dos referidos dispositivos eléctricos de controlo ou de uma mensagem da linha CAN, vinda, por exemplo, de outro nodo da rede.

Um quarto bloco 53 de processamento determina quais as funções a implementar na base dos dispositivos presentes como entradas e como saídas. Este bloco é, de um modo preferido, diferente em cada nodo, como consequência dos dispositivos eléctricos aos quais cada nodo está ligado.

Um quinto bloco 54 de processamento envia sinais às portas de saída como foram processados no referido quarto bloco.

Um sexto bloco 55 de processamento acoplado a um teste 58 determina a implementação de um novo ciclo operacional começando no referido primeiro bloco, como consequência de um sinal síncrono (escala completa de um temporizador) ou um sinal assínerono pedindo o funcionamento do nodo "interromper".

Os ciclos operacionais são normalmente implementados em modo síncrono através do referido temporizador, cujo máximo é ajustável, por exemplo, cada 10 mseg; desta forma, os controlos são geridos para actualização, por exemplo, do estado das luzes, do ventilador, da buzina, etc., isto é, os sinais que não necessitam de uma resposta imediata do sistema. No caso das funções de controlo que se referem, por exemplo, ao estado do comutador das luzes do travão, a operação é implementada, com vantagem, tendo estritamente em conta as exigências do tempo de segurança no modo assíncrono através da interrupção vinda da linha CAN introduzida por um dos nodos da rede. De facto, para activar as luzes do travão, uma demora na implementação do controlo da ordem das dezenas de milissegundos não é de desprezar relativamente aos tempos de reacção humanos.

Além disso, de acordo com a invenção, outros nodos podem ser acrescentados à rede, por exemplo, um nodo que faça a gestão de comunicações de interfone com um ou mais capacetes dos utilizadores do veículo a motor.

Um outro modo de programação é acrescentado "off line", por exemplo, através de um pino apropriado para ligação à linha CAN. Este nodo de programação pode também ser identificado num computador pessoal que, através de programa apropriado, pode fazer diagnósticos do sistema e, de maneira mais geral, fazer diagnósticos das condições gerais do veículo a motor. Além disso, através do computador pessoal, os programas residentes na referida unidade de controlo de cada nodo podem ser modificados para adaptarem o sistema às novas exigências do veiculo e a uma larga faixa de condições operacionais.

Lisboa, 8 de Agosto de 2007 10

Claims (15)

1. Rede eléctrica de comunicação para um veiculo a motor com uma multiplicidade de dispositivos (Dl, D2, Dm) eléctricos e uma multiplicidade de dispositivos eléctricos periféricos, compreendendo a referida rede uma linha (2) eléctrica de comunicação em série, uma multiplicidade de nodos (Nl, N2,Nn) ligados à referida linha eléctrica de comunicação em série e à referida multiplicidade de dispositivos eléctricos, estando cada um dos referidos nodos colocados numa zona pré-determinada do veiculo a motor e ligados aos dispositivos eléctricos colocados na referida zona, caracterizada por cada nodo compreender um microcontrolador (41) e, pelo menos, um dispositivo de armazenamento que inclui, pelo menos, um programa de processamento desenhado para gestão da comunicação entre os referidos nodos e da comunicação entre os referidos nodos e os referidos dispositivos eléctricos, por cada nodo poder adoptar três estados, "ligado", "em espera" e "em programação", e por, no estado de "em programação", o programa de processamento do nodo ser actualizado, e por compreender um nodo de programação que pode ser acrescentado off-line e que pode ser ligado à referida linha de comunicação em série, a qual faz o diagnóstico das condições gerais do veiculo a motor e que pode modificar o programa de processamento de cada nodo para adaptar o sistema às exigências do novo veiculo e a uma larga faixa das condições operacionais.

2. Rede de comunicação de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por o referido nodo de programação ser um computador pessoal. Rede de comunicação de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por compreender um nodo (NA) frontal colocado na zona da frente do veiculo a motor, um nodo (NC) de painel de instrumentos colocado na proximidade do painel de instrumentos do veiculo a motor, um nodo (NS) de selim colocado na proximidade do selim do veiculo a motor e um nodo (NP) posterior colocado na zona posterior do veiculo a motor.

4. Rede de comunicação de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por compreender um nodo de comunicação desenhado para a gestão da comunicação através de interfone com, pelo menos, um capacete para os utilizadores do veiculo a motor.

5. Rede de comunicação de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por compreender um nodo de comunicação desenhado para fazer a gestão de uma unidade de controlo electrónico para controlo da injecção e/ou da ignição.

6. Rede de comunicação de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por compreender um nodo de comunicação desenhado para fazer a gestão de um painel de instrumentos digital e/ou analógico. 1. Rede de comunicação de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por compreender um nodo de comunicação desenhado para fazer a gestão de uma engrenagem de velocidade continuamente variável.

8. Rede de comunicação de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por cada nodo compreender uma unidade (41) de controlo ligada a, pelo menos, um interface (42) de entrada, compreendendo uma multiplicidade de portas de entrada no nodo e ligada a, pelo menos, um interface (43) de saida que compreende uma multiplicidade de portas de saida do nodo.

9. Rede de comunicação de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por o referido interface de entrada compreender circuitos electrónicos, que codificam o valor de uma resistência (sensor de resistência) num sinal digital convertendo o valor desconhecido da resistência num período que é então medido por um medidor de períodos implementado na totalidade através de software.

10. Rede de comunicação de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por o referido programa compreender uma multiplicidade de instruções implementadas de forma cíclica.

11. Rede de comunicação de acordo com a reivindicação 10, caracterizada por os referidos ciclos serem implementados de forma síncrona após se atingir a escala total de um temporizador.

12. Rede de comunicação de acordo com a reivindicação 10, caracterizada por as referidas instruções serem implementadas de forma assíncrona.

13. Rede de comunicação de acordo com a reivindicação 8 caracterizada por as referidas portas de saída compreenderem, de um modo preferido, portas de salda digitais e portas de saída analógicas, as quais podem, de um modo preferido, incluir saídas desenhadas para controlar os valores de energia.

14. Rede de comunicação de acordo com a reivindicação 8, caracterizada por a referida unidade de controlo compreender um conversor digital/analógico e/ou analógico/digital.

15. Rede de comunicação de acordo com a reivindicação 1, caracterizada por a referida linha de comunicação em série ser uma linha CAN.

16. Rede de comunicação de acordo com a reivindicação 8, caracterizada por, por meio do referido nodo de programação, os programas residentes na referida unidade de controlo de cada nodo poderem ser modificados para adaptarem o sistema as novas características do veículo numa larga faixa de condições operacionais.

17. Rede de comunicação de acordo com a reivindicação 15, caracterizada por o nodo de programação poder ser ligado à referida linha de comunicação em série "off line" por meio de um pino de ligação à linha CAN. Lisboa, 8 de Agosto de 2007