Постоянное ужесточение требований к экологичности транспортных средств и обеспечению их конструктивной безопасности привело вначале к существенной модернизации их систем, а затем и к созданию новых бортовых интеллектуальных систем управления и интеграции со средствами транспортной телематики, что позволяет проводить контроль или мониторинг автомобилей. Мониторинг– это система отслеживания подвижных или статических объектов, а также учет их технических данных, параметров. Она работает с использованием спутниковой навигации, оборудования с технологиями сотовой связи GPRS. В основе принципа работы систем спутникового мониторинга лежит измерение времени, в течение которого радиосигнал достигает приемника. На борту каждого спутника находятся высокоточные часы. Информация о времени излучения содержится в сигнале. При этом подразумевается, что скорость распространения волн — величина известная.
Основные цели и задачи спутниковых систем мониторинга электротранспорта (СМТ):
– автоматизированный контроль в режиме реального времени целевого использования АТС;
– оптимизация маршрутов АТС и логистики предприятия;
– сокращение издержек и затрат на эксплуатацию АТС;
– повышение дисциплины и производительности труда водителей.
– мониторинг текущего отклонения АТС от заданного маршрута в режиме on-line для принятия оперативных решений;
– дистанционная диагностика возможных неисправностей в электронных системах;
– мониторинг режима труда и отдыха водителя;
– мониторинг времени погрузки/разгрузки (посадки/высадки пассажиров) и выполнения процесса перевозок;
– экстренное реагирование в случае возникновения аварии или ДТП.
Принципы работы СМТ. В настоящее время в эксплуатации находится большое количество разновидностей спутниковых систем мониторинга АТС и управления транспортом. При общей схожести имеется целый ряд существенных различий, как в конструктивном исполнении основных компонентов, так и в программном обеспечении и схемах практической реализации.
В общем виде система мониторинга транспорта представляет собой программно-аппаратный комплекс, состоящий из пяти основных частей – идентификационной, контрольно-диагностической, навигационной, вычислительно-аналитической и коммуникационной.
Идентификационная часть – это устройства и функциональные модули отвечающие за идентификацию АТС, включая основные узлы и агрегаты, и водителя.
Контрольно-диагностическая часть включает устройства и функциональные модули бортовой системы контроля, диагностики и регистрации параметров и событий в координатах времени.
Навигационная часть – это все, что отвечает за определение времени, координат местоположения АТС, скорости, пройденного пути и других параметров движения. Неотъемлемая составляющая навигационной части – спутниковый приемник GPS или GPS/ГЛОНАСС со встроенной или внешней антенной.
Вычислительно-аналитическая и коммуникационная части системы включают бортовые устройства и функциональные модули обмена цифровой информацией, аналитики, проводной и беспроводной передачи данных.
Указанные части позволяют автоматически собирать, анализировать и передавать бортовым и внешним устройствам значения эксплуатационных параметров АТС, такие как расход топлива, осевая нагрузка, сведения о работе двигателя и других узлов, и агрегатов АТС и их техническом состоянии. Для сбора данных об эксплуатационных параметрах обычно к автомобильному терминалу GPS или GPS/ГЛОНАСС подключаются электрические цепи питания бортовой сети, датчиков штатного электрооборудования АТС, исполнительных механизмов и различных дополнительных устройств.
Схема одного из наиболее распространенных вариантов работы СМТ на практике приведена ниже (рис. 6.24).
Установленные на транспортные средства терминалы передают с заранее заданной периодичностью свой идентификационный и абонентский номер (номер SIM-карты), а также идентификатор (VIN-код) АТС, текущие значения параметров, включая время, координаты местоположения и бортовые отчеты на выделенный (зарегистрированный) IP-адрес сервера телематических услуг с использованием беспроводной технологии GSM/GPRS. Телематический сервер услуг распределяет и регистрирует в базе данных (БД) полученные текущие параметры и бортовые отчеты с привязкой к дате, времени и идентификаторам по каждому транспортному средству и потребителю услуг.
Потребитель услуг (диспетчерский центр, оператор или конкретный клиент) получает и просматривает в режиме On-line или Off-line данные по своей группе АТС с Сервера телематических услуг через интернет (специализированный WEB-сайт) после введения и подтверждения персонального пароля и логина пользователя. Телематический сервер услуг, по запросу потребителя, анализирует параметры и события, зарегистрированные в БД с привязкой к периоду, дате и времени их возникновения, производит необходимые вычисления и формирует информацию в виде сообщений, таблиц, графиков и сводных отчетов за любой выбранный им период времени.
Потребитель услуг может также загрузить указанную информацию с телематического сервера через интернет на свой ПК, планшет или мобильный телефон и использовать по назначению (сохранить, распечатать и т.д.). При этом потребитель оплачивает абонентскую плату за услуги сервера помесячно, согласно выбранного тарифного плана в зависимости от количества контролируемых (подключенных к серверу телематических услуг) объектов.
Нововведением с использованием классической системы мониторинга транспорта при считывании комплексов параметров является функций:
1) Корректирование нормативов при выполнении ТО и Р транспортных средств;
2) Выполнение общего диагностирования транспортных средств, с определением жизненного цикла и прогнозирования эффективности использования ТС на весь срок эксплуатации;
3) Повышение достоверности диагностирования, учитывая съем информации в реальных условиях эксплуатации транспортного средства;
4) Выявление наиболее эффективных режимов работы в различных эксплуатационных условиях;
5) Возможность проведения диагностирования на расстоянии при работе транспортного средства.
Последний пункт очень актуален для электротранспортных средств, в которых используется электрическая энергия для движения с управлением через системы шин данных.
Считывание данных с различных шин передачи данных позволяют увидеть на расстоянии параметры работы систем и электромобиля в целом. Основными параметрами для электромобиля следует принимать напряжение ВАКБ, силу тока заряда и разряда в течение определенного промежутка времени. Это позволяет определять затрачиваемую мощность, энергию и как следствие предполагаемую (расчетную) работу, которая будет выливаться в пробег электромобиля. Эти параметры образуют платформу для дальнейших расчетов. Следующая группа параметров, скорость движения и пропорциональная частота вращения вала двигателя во времени позволяют рассчитать ускорение электромобиля, его приемистость и другие параметры. Третья группа параметров по элементам аккумуляторной батареи во времени: напряжение на ячейках, разность напряжения и температура позволяют выполнять экспресс диагностику высоковольтной АКБ в соответствии с рис.
Особенностью мониторинга является сложность в считывании и расшифровке потока данных, что сопряжено с отсутствием информации (секретностью) различных производителей. Однако эта проблема решается проведением реверс-инжиниринга, что позволяет выявить в потоке данных нужные байты и расшифровать их. Формируя комплексы параметров, и обрабатывая их в определенной последовательности можно выполнить соответствующие расчеты для реализации вышеуказанных функций.
Для «подслушивания» процесса обмена данными между электронными блоками управления или диагностическим сканером на расстоянии можно воспользоваться специализированным оборудованием типа CAN-Master, K-L- адаптером с соответствующим программным обеспечением или другими подобными устройствами.
В качестве примера можно показать информация о состоянии высоковольтной АКБ электробуса во времени при его работе на линии. Пример считывания и предварительной обработки информации о состоянии АКБ с электробуса представлен на рис. 6.25 Подобным образом можно выполнить расшифровку данных получаемых с шин передачи данных электромобилей.
Примечание. По оси абсцисс указана шкала измерения комплекса параметров: напряжение в вольтах, наибольшая температура градусах, степень заряда в %, суммарная электроэнергия, представленная в виде силы тока в амперах, по оси ординат откладывается время в часах, минутах и секундах.
Анализируя приведенный график можно отметить, что в процесс заряда длиться 6 минут, начинается при напряжении 520 вольт что соответствует степени заряда 50% и заканчивается при напряжении ВАКБ 580 вольт что соответствует степени заряда 98%. Сила тока в начальный момент заряда составила 350 А, мощность в этот момент достигла 182 КВт. В конце заряда сила тока снизилась до 100 А, что соответствует мощности 58 КВт. Если учесть, что при этом на протяжении всего периода заряда температура изменилась на 2 градуса, то это указывает на стабильность работы термостатирования. За этот промежуток приблизительно было накоплено около 30 КВт* ч. электроэнергии. Далее если рассматривать этапы движения, то на отдельных участках сила тока превышает 200 А, что при напряжении 550 В соответствует мгновенной мощности 11 КВт однако следует отметить что в режиме рекуперации сила тока тоже достигает значений в 200 А, что в значительной степени позволяет сохранить энергию и значительно увеличить пробег.
Используя математический аппарат, обрабатывая полученные данные можно значительно точнее выявить энергетические параметры работы всех силовых устройств электротранспорта. Совместив же эти параметры с параметрами движения транспорта можно с высокой точностью проводить общую диагностику электротранспортных средств. Данные считываются во времени, одновременно с данными по напряжению и силе тока рассчитывается мгновенная мощность и затрачиваемая энергия транспортного средства. Измерение на отдельных элементах напряжения и падение напряжения во времени можно выполнить экспресс-диагностику состояния высоковольтной АКБ, а также провести прогнозирование ее эксплуатации на перспективу. Измеряя крутящий момент и скорость движения можно рассчитать полезную мощность. Это в последствии может быть использована для расчета целого ряда параметров для определения работоспособности электротранспортного средства как в краткосрочной так, и в долгосрочной перспективе.