Ім'я файлу: посібник електроніка автомобілів.pdf
Розширення: pdf
Розмір: 5202кб.
Дата: 18.02.2022
скачати
Пов'язані файли:
Текстові теги HTML5.docx

98
швидкості обертання коліс ABS. Одометрам притаманний ряд систематичних похибок, які потрібно коригувати. До них належать:
1. Різниця у діаметрах нової і зношеної покришки дає похибку у визначенні пройденої дистанції до 3%.
2. За рахунок збільшення діаметра покришки через відцентрову силу на кожні 40 км/год швидкості автомобіля похибка у визначенні пройденої дистанції збільшується на
0,1...0,7%.
Рисунок 5.14 - Структура навігаційної системи
3. Зміна тиску в шинах на 689 кПа (10 psi) збільшує похибку на 0,25...1,1%.
Для визначення напрями руху автомобіля зазвичай використовуються датчик азимута, датчики швидкості обертання коліс, гіроскопи.
5.6.2 Датчик азимута (компас)
Датчик азимута використовує магнітне поле Землі та являє собою кільцевий сердечник з ферромагнетика, на який намотані обмотка збудження та перпендикулярно одна одній дві вихідні обмотки (рисунок 5.15).
До обмотки збудження підведена синусоїдальна напруга. За відсутності зовнішнього магнітного поля у вихідних обмотках наводиться ЕРС взаємоіндукції, також синусоїдальна, із нульовим середнім значенням. За наявності постійного зовнішнього магнітного поля напруженістю Н (магнітне полі Землі) відбувається спотворення синусоїдальної форми магнітного потоку в сердечнику за допомогою накладання

99
постійної складової та напруг вихідних обмоток (рисунок 5.16).
Рисунок 5.16 - Електромагнітні процеси в геомагнітному датчику азимута у
присутності зовнішнього магнітного поля Н
Якщо зовнішнє магнітне полі спрямоване під кутом θ до обмотки X, то середні значення напруг у вихідних обмотках визначаться так:
,
cos
V
x




H
k
,
sin
V
y




H
k
де: k — коефіцієнт пропорційності. Отже
,
)
(


x
y
V
V
arctg

тобто напрям руху автомобіля визначено.
Сучасні датчики азимута випускаються в інтегральному виконанні.
5.6.3 Датчик швидкості обертання коліс
Використовуються датчики швидкості обертання передніх коліс, які застосовуються й для ABS. Кут повороту автомобіля визначається різницею шляхів, що проходили при повороті лівим і правим колесом. Коли автомобіль повертається на кут θ радіан з радіусом повороту R, шляхи, що пройдено лівим і правим колесами, описують дуги із загальним центром (рисунок 5.17).
Рисунок 5.17 - Шляхи, що проходить правим і лівих колесом при повороті
Шляхи, пройдені лівим і правим передніми колесами, різняться і становлять:
L
1
=R
1
θ i L
0
=R
0
θ. Радіуси цих дуг мають один цент і визначаються формулою:
,
)
(
2 2
1
L
R
R


,
)
(
2 2
0
L
K
R
R



де: L - колісна база,
К – ширина колії.
Введемо Р – співвідношення довжин шляхів коліс на повороті:

100
)
(
2 2
2 2
1 0
0
L
R
L
K
R
L
L
R





Здійснимо математичне перетворення, і отримаємо:
1
)
1
)(
1
(
2 2
2 2
2 2
0







P
K
L
P
P
K
K
R
Колісна база L і ширина колії К відомі для цього автомобіля, шляхи правого і лівого коліс вимірюють за допомогою датчиків швидкості обертання коліс. Тоді кут повороту θ обчислюється за такою формулою:
2 2
1 1
1
L
R
L
R
L




Якщо додати всі поворотні кути, можна знайти й кут повороту автомобіля для заданого шляху від стартової точки:
1



n
i
i
n


5.6.4 Гіроскоп
За допомогою гіроскопа визначається кутова швидкість автомобіля на повороті і
інтегрується для обчислення кута повороту. У навігаційних системах використовуються різні типи гіроскопів, тут розглядається застосування газового гіроскопа.
Пристрій працює у такий спосіб. Насос створює струмінь гелію із швидкістю потоку
і спрямовує його через сопло на дві нагріті дроти датчика. Кутова швидкість автомобіля визначається за зміною опорів дротів датчика. Коли струмінь гелію виходить із сопла насоса, він поступово розширюється. Розподіл швидкостей у струмені газу за перерізом біля дротів показано на рисунку 5.18.
Коли автомобіль рухається прямо, розподіл швидкостей симетрично відносно дротів, вони охолоджуються однаково і на виході мостової схеми, складовою якої є дроти, створюється нульова напруга (рисунок 5.19). Під час повороту виникає сила
Кориоліса, яка змінює газовий струмінь, дроти охолоджуються нерівномірно, їх опір електричному струмові різний, тому на виході мостової схеми з’являється напруга, яка пропорційна кутовій швидкості автомобіля на повороті. координати дротиків
Швидкість газового струменя
Рисунок 5.18 - Розподіл швидкостей
серед газу

101
Рисунок 5.19 - Вимірювальна схема
5.7 Навігаційне числення
Навігаційне обчислення — це метод визначення координат рухомого об'єкта
(автомобіля, літака, судна тощо) відносно стартовою точці. Використовується сума векторів пройдених відстаней, інформація про напрями надходить із датчика азимута чи датчика швидкості обертання коліс. На рис. 5.20 показано застосування навігаційного обчислення до визначення координат об'єкта (автомобіля).
Рисунок 5.20 - Визначення координат автомобіля методом навігаційного
числення
Відстань стартового точки
(X
0
,Y
0
) визначається за такою системі рівнянь:
Отже, поточні координати автомобіля можна визначити, якщо відомо розташування стартовою точки над карті. Напрям руху автомобіля зазвичай визначається по феромагнітному датчику азимута (компасу). Корпус автомобіля виконано із металу та
інших магнітних матеріалів і може намагнітиться зовнішніми полями (наприклад, у магнітному полі, яке утворює електродвигун електровоза на залізничному переїзді тощо). У таких обставинах виникає систематична похибка під час визначення напряму руху автомобіля. Паразитне магнітне поле компенсують додаткові магніти, що розташовані поблизу компаса.
Для автомобіля доводиться коригувати координати, певні методом навігаційного числення кожні 10...15 км. На щастя, автомобілі зазвичай пересуваються дорогами, які зазначені на карті.

102
5.8. Електронні карти
У деяких навігаційних системах картографічна
інформація зберігається централізовано і передається на автомобіль радіоканалом, але переважно навігаційна система передбачає наявність необхідної бази даних на борту автомобіля.
CD-ROM використовується для зберігання картографічної та дорожньої інформації з метою порівняння конфігурацій доріг та пройденого шляху, пошуку оптимального маршруту, виведення карти місцевості на дисплей. Значна ємність CD (до 600 МБ) дозволяє це робити. Картографічна інформація чи електронні карти перебувають у двох основних форматах: матричному і векторному. У матричному форматі кожному елементу карти (пикселю) відповідають свої значення декартових координат X – Y.
Матричні карти вимагають великих об’ємів пам'яті комп'ютера чи носія інформації та незручні для математичних операцій під час прокладання і дотримання цього маршруту.
У векторному форматі дороги, вулиці представлені послідовностями відрізків прямих, описаних аналітично, перетини — вузлами (рис. 5.21). Вузли ідентифікуються координатами — довготою і широтою. Якщо дорога (вулиця) не пряма, то у точці зламу також позначається вузол. Отже, дороги (вулиці) будь-якої конфігурації апроксимуються набором векторів та вузлів.
Рисунок 5.21 - Вулиці і вузли на векторної карті
Наявні карти чи зображення місцевості, отримані з літаків і супутників, скануються.
Потім спеціальне програмне забезпечення трансформує зображення спочатку у матричний, потім у векторний формат. Електронна карта несе таку інформацію, як номери доріг, назви вулиць, номери будинків між перехрестями, односторонній чи двосторонній рух на вулиці, назви готелів, ресторанів тощо.
5.8.1 Орієнтування на карті місцевості за конфігурацією пройденого шляху
Цей метод дозволяє визначити чи уточнити поточні координати автомобіля порівнянням конфігурацію пройденого шляху (його ділянки), отриманого навігаційним обчисленням з конфігурацією дороги, якою рухається автомобіль. На рис. 5.22 показано,

103
як порівнюються і коригуються шляхи, отримані навігаційним обчисленням з картою.
Спочатку навігаційна система визначає, координати яких найближчих доріг можуть відповідати координатам автомобіля, положення якого визначено за навігаційним обчисленням.
Рис. 5.22 Коректування шляху
Рис. 5.23 Вибір шляху на перетині доріг
5.8.2 Вибір оптимального маршруту
Крім визначення поточних координат автомобіля, навігаційна система також може видавати інформацію, яка полегшує вибір оптимального шляху до місця призначення.
Для цього навігаційний комп'ютер аналізує мережу шляхів між вихідним пунктом і пунктом призначення та обирає найкоротший маршрут. Прикладом методу визначення найкоротшого шляху за картою є алгоритм Дейкстра (Dijkstra algorithm).
У алгоритмі Дейкстра здійснюється визначення всіх перетинів шляхів від стартовою точки і обчислюється найкоротший шлях до кожної точки перетину. Наприклад, якщо є дорожня мережа, як у рис. 5.24, а, пошук перехресть розпочнеться від початковій точки
А, як показано па рис. 5.24, б. Спочатку розглядатимуться перехресть В і С. Відстані від точки А кожного з перехресть вказані всередині кружечків. Потім розглядаються перехрестя Е і F, з'єднані з точкою С, для цих перехресть зазначено відстань до стартової точки А (рис. 5.24, б (2)).
По-третє, розглядаються перехресть D та Е, які з'єднані з точкою В, на рис. 5.24, б (3) вказані відстані від стартової точки А до D та Е. У цьому випадку відстань до точки Е зазначено через точку С, тому що воно менше, ніж через D
(було б 8).
Рисунок 5.24 - Алгоритм Дейкстра
Точка D пов'язана з точкою Е, і маршрут через Е виявляється коротшим,
це відображено на рис. 5.24, б (4). Найкоротшим шляхом до D виявляється маршрут A-C-E-

104
D. Отже для дорожньої мережі можна визначити найкоротший маршрут до кожного з перехресть (жирні лінії на рис. 5.24, б (6)).
Використання цього алгоритму дозволяє визначити найкоротший маршрут до місця призначення. Маючи сучасної навігаційної системою, водій може не побоюватися збитися зі шляху.
Навігаційна інформація повідомляється водієві у різні способи: від вказівки символом положення на карті місцевості до команд голосом через синтезатор мовлення про необхідність повернути наліво чи направо.
5.9 Супутниковий позиціонована система GPS
Система GPS (рис. 5.25) може бути використана у визначенні абсолютних координат автомобіля. Воно складається з 18 основних та 3 додаткових супутників на навколоземних орбітах (радіус 20183 км, період обертання 12 годин), запущених міністерством оборони США період із 1980 по 1992 рік (програма NA-VSTAR), і покликана надавати інформацію про абсолютні координати різноманітним об'єктам: морським суднам, літакам, ракетам, військовим підрозділам, автомобілям й т. ін. На супутниках встановлено атомні годинник, які періодично на Землю посилають сигнали з
інформацією про системний час та параметри орбіти з частотою 1,57542 ГГц.
Рисунок 5.25 - Супутниковий система NAVSTAR
Користувачі обслуговуються системою GPS за двома категоріями: точне визначення координат (Precise Position Service — PPS) — для військових та стандартна точність визначення координат (Standard Position Service — SPS) — для інших категорій користувачів, зокрема й у автомобільній навігації. Теоретично досяжна точність визначення координат з помилкою до 100 м, на практиці координати визначаються з більшою точністю — до 30 метрів. Координати приймача (X, Y, Z) і супутника
(Ui,Vi,Wi) пов'язані співвідношенням:
Де Pi — відстань між супутником і приймачем, R — тимчасова помилка, що виникає через неможливість точно синхронізувати атомні годинники супутника і кварцовий генератор приймача.

105
Рисунок 5.26 - Визначення координат з допомогою GPS
Отже, якщо відомі координати (Ui,Vi,Wi) чотирьох супутників (рис. 5.26) і відстані від супутників приймача Pi, то розв’зок чотиримірного нелінійного рівняння визначає координати приймача (X, Y, Z).
Вважають, що навігація з допомогою GPS є найперспективнішої, але є й недоліки:
1. Під час першого звернення початкові координати визначаються відносно довго —
2...3 хвилини. У подальшому інформація оновлюється набагато швидше, протягом кількох секунд.
2. Система працює в умовах прямої видимості із чотирьох супутників. Гори й високі будинку можуть становити перешкоду.
5.10 Приклади автомобільних навігаційних систем
У середині 1980-х років було випущена перша автомобільна навігаційна система
Etak Navigator, яку виробляли серійно. У ній були використані електронні векторні карти доріг на дисках ємністю 3,5 МБ, навігаційне обчислення, алгоритм орієнтування на карті за конфігурацією пройденого шляху, дисплей. Як датчики були використані диференціальний одометр і компас.
Travepilot було виконано на процесорі V50, мав 0,5 МБ DRAM, 64 Кб EPROM, 8 Кб пам'яті, що не відключається, для зберігання інформації про поточне положення автомобіля, порт RS-232 і вільні слоти для підключення решти пристроїв, наприклад рації. Диспетчери Лос-Анджелеса за допомогою системи Travepilot по рації вводили екіпажам 400-ам пожежним автомобілям і швидким допомогам координати пунктів призначення. Прототипи навігаційної системи Zexel NavMate випробовувалися ще 1990 року. Орієнтування здійснювалось за пройденим шляхом, за навігаційним обчисленням і електронними картами. У 1994 року у NavMate вмонтували приймач GPS. Комбіноване використання навігаційного обчислення, електронної карти, орієнтування за конфігурацією пройденого шляху забезпечують точність визначення позиції автомобіля
±30 м (лише GPS дає точність ±10 м).
Система NavMate під іншими назвами (TetraStar, NeverLost, GuideStar) випускалася

106
різними виробниками (GM, Ford, Siemens Automotive) й встановлювалася у якості опції як на автомобілі від виробника, так і у автопарках фірм, які надають автомобілі в аренду
(Avis Rent A Car, Hertz). Картографічна інформація (по США) для NavMate зберігається на дев'яти PC-картах і включає інформацію про дороги, вулиці, номери будинків, цікаві місця, магазини, лікарні тощо.
Рисунок 5.27 - Автомобільна навігаційна система Garmin StreetPllot III: a — загальний вигляд системи Garmin StreetPilot III; б — дисплей в навігаційному режимі; в — режим вибору пункту призначення; г — дисплей як маршрутного комп'ютера 114
Мета поїздки задається як адреса: за вулицею, перехрестям, об'єктом інтересу.

107
Можна вводити умови, за якими потрібно прокласти маршрут, наприклад, уникнення швидкісних трас. Інформація водієві подається на 4-дюймовий кольоровий рідкокристалічний дисплей у вигляді карти зі стрілкою, яка показує місце знаходження.
Є підказка голосом про наближення до повороту. У 1998 року Zexel випустив модернізований варіант NavMate. Картографічна інформація зберігається на трьох CD-
ROM, користувач може вносити потрібні об'єкти у персональну адресну книгу.
Система Garmin StreelPilot III (рис. 5.27) має кольоровий дисплей розміром 8,6x4,5 см роздільною здатністю 305 х 160 пікселей, підказки водію здійснюються голосом, картографічна інформація зберігається на CD-ROM, похибка визначення координат менше 15 м. Пристрій під’єднується до автомобільної бортової мережі живлення 12 В або живиться автономно від батареєк. Природно, що приймач системи ефективно працює лише за умов прямої видимості достатньої кількості супутників.
Garmin StreelPilot HI може працювати і як маршрутний комп’ютер.
5.11 Системи охоронної сигналізації і протиугінні устрою
Автомобілі раз у раз женуть, причому третина їх зазвичай так ніколи й не знаходять.
Приблизно 25% від загальної кількості злочинів однак пов'язані з автомобілями. Більша частина випадків становлять крадіжки автомагнітол і залишених в салоні речей, викрадення автомобілів підлітками. У таких випадках через недосвідченість водіїв нерідко виникають дорожньо-транспортні пригоди. Отже, системи охоронної сигналізації і протиугінні пристрої, які запобігають не санкціонованому доступу до салону автомобіля, потрібні не лише для боротьби з злодійством, але й для забезпечення дорожньої безпеки.
Більшість викрадачів автомобілів, підлітки – некваліфіковані водії, тому навіть найпростіші кошти сигналізації, як свідчить статистика, значно зменшують ризик викрадення.
З іншого боку, ніякі засоби захисту не зупинять кваліфікованих спеціалістів- викрадачів, якщо вони чомусь вирішили викрасти саме такий автомобіль. Ефективним виявляється застосування прихованих радіомаяків, за якими поліція виявляє викрадений автомобіль приблизно у 93% випадках.
5.11.1 Електронні протиугінні системи
Електронні протиугінні системи є стандартним устаткуванням більшості нових автомобілів і їх можна встановлювати на автомобілі випущені раніше. Промисловість випускає багато різних протиугінних систем, зазвичай, ціна корелюється відповідно до запропонованого рівня захисту. Протиугінні системи мали бути ефективними, надійними, мати тривалий термін служби, стійкими до зовнішніх впливів, наприклад, до радіоперешкоди. Установка протиугінної системи не повинна погіршувати безпеку автомобіля.
Протиугінні системи реалізують захист автомобіля умовно за трьома рівнями:
1. Захист по периметру. Система периметричного захисту використовує вимикачі контролю за які відкриваються панелями автомобіля (двері, капот, багажник). При спробі несанкціонованого відкриття панелі включаються звуковий та світловий сигнали. Іноді система доповнюється датчиками, здатними виявляти рух тіла.
2. Захист за об’ємом. Система з допомогою інфрачервоних, ультразвукових чи мікрохвильових датчиків виявляє несанкціоноване рух в салоні автомобіля.

108
Ультразвукові датчики використовують ефект Допплера, коли будь-який рух в салоні змінює частоту сигналу ультразвукового випромінювача (40 кГц), який приймається відповідним приймачем. Мікрохвильова радіосистема працює на тому самому принципі, але радіосигнал випромінюється на частоті 10 ГГц. Мікрохвильові датчики рідше помилково реагують на рух повітря, тому частіше встановлюються в кабріолетах.
Інфрачервоні датчики влаштований як комплект «приймач — випромінювач» і монтуються до стелі салону. Вони утворюють невидиму інфрачервону завісу до підлоги салону. Приймач постійно контролює відбитий сигнал і його зміни (хтось з’явився у салоні) включається сигнал тривоги.
3. Іммобілізація двигуна. Іммобілізація двигуна здійснюється спеціальним
ЕБУ
, який забороняє запуск двигуна, якщо отримано сигнал тривоги. Це може бути здійснене двома шляхами: а) апаратною іммобілізацією, коли деякі електричні ланцюга системи пуску двигуна розриваються спеціальними реле чи напівпровідниковими перемикачами. Ефективність апаратних систем іммобілізації залежить від прихованості реле, що розривають і відсутність маркувань на дротах у джгутах. Прихованість потрібна для того, щоб не можна було шпунтувати розриви у ланцюзі, які створюють ці пристрої; б) програмною іммобілізацією, коли за командою протиугінної системи
ЭБУ
двигуна забороняє його запуск, наприклад, робить недоступними калібровані діаграми подачі палива й запалювання. Після цього двигун хоч і буде провертатися стартером, але не запуститься. Такі системи дуже ефективні, потрібно лише не допустити можливість запуску шляхом заміни
ЭБУ
двигуна в інший працездатний блок.
Склад протиугінних пристроїв, які входять до стандартної комплектації, залежить від моделі автомобіля. В усіх випадках автомобіль комплектується засобами периметричного захисту, багато протиугінних систем містять іммобілізатор та захист по об’єму. Зазвичай протиугінна система включається і вимикається ключем замку двері чи з дистанційного пульта, які управляються ще й центральним замком. Після паркування автомобіля, водій замикає дверцята і включає протиугінний пристрій натисканням кнопки на дистанційному пульті управління (брелок). Світлодіодний індикатор включення протиугінної системи починає спалахувати: спочатку часто, інформуючи водія про включення системи, потім рідко, для відлякування потенційних викрадачів.
При спробі несанкціонованого проникнення в автомобіль протиугінна система включає звуковий сигнал, періодично запалює і гасить фари, іммобілізатор блокує роботу двигуна. Приблизно через 30 секунд звукові і світлові сигнали припиняються, щоб надмірно не розрядити акумулятор, іммобілізатор залишається ввімкненим до того часу, поки власник автомобіля не вимкне його дверним ключем або з дистанційного пульту управління.
5.11.2 Дистанційне керування протиугінними пристроями
Система дистанційного управління дозволяє управляти протиугінним пристроєм і центральним замком з деякої відстані. Вона складається з портативного передавача, який носить водій, і приймача, підключеного до
ЭБУ
протиугінного пристрою і центрального замка. Передавач розміщується в брилку чи самому ключі. Для мініатюризації застосовуються багатошарові друковані плати та без корпусні мікросхеми. Живлення здійснюється від мініатюрних батарейок, як наручного годинника.
Передавачі створюють з урахуванням спеціалізованих мікросхем, наприклад
HCS200, HCS201 (Microchip), чи недорогих 8-разрядных мікроконтролерів, наприклад

109
МС68НС05КЗ (Motorola). Другий варіант дорожче, але є можливість застосовувати таке саме устаткування в передавачах з різними функціональними можливостями для різних систем дистанційного управління, які відрізняються криптографічними алгоритмами,
інтерфейсом і т. ін.
Передавач посилає відповідний цифровий код, який вмикає або вимикає протиугінну систему. Код передається послідовно, використовується інфрачервоне випромінювання чи радіосигнал в УКВ - діапазоні. Системи з інфрачервоним випромінювання мають малий радіус дії, вимагають точного наведення променя передавача, але не створюють електромагнітних перешкод. УКВ-системи мають більший радіус дії, але сигнал може перехопити і декодувати викрадач за допомогою відповідною електронною апаратурою.
УКВ-випромінювачі можуть бути джерелами електромагнітних перешкод, тому їх параметри регламентуються відповідними законодавствами. У багатьох країн Європи передавачі автомобільних протиугінних систем працюють на частоті 433,9 МГц, у Франції – 224 МГц, в Австрія і Італії – 315
МГц, Великобританії – 418 МГц.
Передача сигналів кодової інформації в автомобільних протиугінних системах здійснюється зазвичай в одному напрямі з міркувань здешевлення устаткування. Брелоки
і електромеханічні ключі не містять приймачів, хоча двохнаправлені сигнали значно ускладнили б зламування протиугінних систем.
Задля підвищення таємності ліній зв'язку багато протиугінних систем містять набір кодів, тобто при кожному натисканні кнопки передавача посилається свій код з набору.
Програмне забезпечення приймача синхронізує його з передавачем, тобто приймач очікує зміну коду. Зазвичай здійснюється циклічний перебір кодів з заданого набору
(наприклад, з 25 різних кодів). Якщо приймач і передавач вийшли з синхронізації
(наприклад, водій випадково натиснув кнопку передавача далеко від автомобіля), дистанційне управління працювати не буде, але система автоматично синхронізується, якщо відкривати двері ключем.
5.11.3 Характеристики протиугінних систем з дистанційним управлінням
1. Електроживлення. Передавач живиться від малогабаритної літієвої батарейки
(наприклад, CR2032 ємністю 210 мА∙час). Елемент повинен працювати без заміни щонайменше 5 років за середнього числа передач на добу 50 і температурі 25 °З. Це забезпечує зручність експлуатації та збереження ущільнювачів в брелоку. Електронна схема брелока незадіяна більш 99% часу. Велике значенні має струм споживання у режимі очікування, який не повинен перевищувати 100 нА. В активному режимі після натискання кнопки контролер споживає 2...3 мА без включення передавача і 10...12 мА, коли працює передавач. Приймач отримує енергію з бортової електромережі автомобіля або з автономного джерела. У режимі очікування струм живлення менш 1 мА.
2. Швидкодія. Час від натискання кнопки на брелоку до розпізнавання коду в приймачі близько 300 мс, з урахуванням виконання команди – 1 с.
3. Розміри і вартість. Передавач може бути малогабаритним, щоб міститися у корпусі брелока чи звичайного механічного ключа. Люди іноді гублять ключі і брелоки, зокрема і від протиугінних систем. Заміна втраченого брелока не має коштувати дорого.

110
5.11.4 Робота протиугінної системи з дистанційним управлінням
Рисунок - 5.28 Алгоритм роботи передавача
На рис. 5.28 і 5.29 схематично зображені алгоритми роботи передавача і приймача.
Під час натискання кнопки брелока (передавач) його мікросхема з режиму очікування переходить у робочий режим. Запускається 16-розрядний синхронізуючий лічильник.
Генератор динамічного коду виробляє за певним алгоритмом динамічний код (28—32 біт) у функції від значення секретного ключа (статичний код) та стану лічильника, що синхронізує. Динамічний код, заводський номер брелока і код натиснутої клавіші утворюють слово, яке управляє, має довжину у 60—70 біт і, яке передається приймачу радіоканалом чи іншим способом. Якщо брелок зареєстровано у даному приймачі, тобто його ідентифікаційний номер, секретний код, стан синхронізованого лічильника перебувають у
ППЗОУ
приймача, прийнята інформація ідентифікується за двозначним номером брелока і обробляється. Запускається синхронізуючий лічильник приймача і виробляється динамічний код в генераторі приймача. Якщо динамічні коди приймача і передатчика збігаються, виконується передана команда.
Рисунок 5.29 –Алгоритм роботи передавача
Заводський номер передавача і секретний ключ — статичні коди. Генератор динамічного коду, що тактується від 16-разрядного синхронізованого лічильника, виробляє 65535 різних значень коду, які змінюються у кожній посилці, повторюваних циклічно. Якщо користуватися брелоком по 50 раз на день, повторення коду настане через 1310 діб.

111
Системи дистанційного управління на основі динамічного коду є криптографічними.
Захист автомобіля від зламування залежить від кодовою довжини секретного ключа, тобто від кількості його можливих варіантів. Для автомобільних додатків вважається задовільним, якщо час Т
з зламування системи методом сканування (перебору можливих комбінацій) перевищує 32 доби. У такому разі де D – число зареєстрованих брелоків,
З – число значень секретного ключа,
Т
t
– час активації системи,
T
d
– час, на який відключається система, якщо отримує неправильний динамічний код і розпізнає спробу зламування.
5.11.5 Види зламувань і захист від них
Можливі варіанти зламувань системи дистанційного управління:
1. Відтворення раніше записаного коду.
2. Відтворення раніше записаного коду з допомогою сканерів чи грабберів.
3. Криптоаналіз.
4. Зламування під час обслуговування.
Ранні системи дистанційного управління передавали фіксований код чи змінюваний код з невеликого фіксованого набору. Викрадач з портативним комп'ютером і прийомо- передавачем (граббер) записував сигнал з брелока автовласника, потім відтворював його у потрібний момент, і саме так відключав сигналізації. Під час скануванні передавач викрадача періодично посилає кодові комбінації з невеличкого набору, поки не співпадуть з кодами протиугінної системи. Застосування динамічного коду, тобто збільшення кількості можливих кодових комбінацій в посилці зробить використання сканування неможливим. Однак з'явилися інтелектуальні граббери, які зламують протиугінні системи, в основі яких динамічний код і одностороння передача інформації, і працюють за таким принципом. Перша посилка з брелока записується граббером з одночасної генерацією перешкоди, котра блокує приймач. Не отримавши підтвердження включення протиугінної системи, власник вдруге натискає кнопку брелока. Граббер записує другу посилку, блокує її прийом приймачем, потім посилає першу посилку.
Протиугінна система включається. У потрібний час викрадач її відключить другою посилкою, яку записав граббер. Можливим методом боротьби з таким алгоритмом роботи граббера є використання двонаправленої передачі у системі дистанційного управління. Але ця боротьба нескінченна.
У середовищі сучасних системах проти викрадання часто застосовують спеціалізовані мікросхеми фірми
Microchip, реалізують алгоритм генерації псевдовипадкові послідовності (динамічного коду) Keeloq із довжиною ключа 64 біта. Є оцінки середнього часу для апаратного зламування грубою силою (перебором комбінацій) залежно від витрат на обладнання для зламування та довжини ключа (табл.
5.1).
Для зламування протиугінної системи треба мати спеціалізоване обладнання, або суперЕОМ типу Cray, позаяк операційні системи звичайних комп'ютерів непридатні до обробки довгих кодових слів. Криптоаналіз обійдеться невиправдано дорого.
У автосервісі викрадачі можуть спробувати зареєструвати свій брелок в приймальнику автомобіля. Далі можна записати з допомогою грабебра команду

112
ресинхронізації з зареєстрованого брелока, щоб відтворити її пізніше під час викрадення.
Рисунок 5.30 - Алгоритм синхронізації
Отже, програмне забезпечення приймача має інформувати власника про під’єднання додаткового передавача. Для нормальної роботи системи дистанційного управління вміст
16-разрядных синхронізуючих лічильників приймача і передавача мають співпадати і
інкрементуватися з кожним натисканням кнопки брелока. Насправді можливі випадкові натискання кнопок брелока (дитина пограв), які ведуть до розсинхронізації, що має коригуватися. Малюнок 5.30 пояснює алгоритм синхронізації в системах проти викрадання. Код в синхронізуючому лічильнику циклічно змінюється з кожним натисканням кнопки брелока, пробігаючи послідовно значення 0, 1, ...N, N+1, ..., 2 16
– 1,
0, 1, ... . Припустимо, що поточний стан лічильника приймача N. Приймач сприйме як дозволені динамічні коди, що відповідні стану синхронізованного лічильника від N до (N
+ ∆), де ∆ – ширина робочого вікна, зазвичай ∆ = 16. У межах робочого вікна ресинхронізація здійснюється однієї посилкою непомітно для власника. 32К станів лічильника до N є забороненими, 32К станів лічильника після N є дозволеними. Робоче вікно і обидві зони циклічно переміщаються під час інкрементації лічильника.
Після запису подвійної посилки для ресинхронізації викрадач змушений 32К раз натиснути кнопку брелока, щоб посланий з грабера код виявився знову у дозволеній зоні.
Позаяк приймач запам'ятовує кілька останніх спроб ресинхронізації (зазвичай 4), він не дозволяє повторно використовувати записані кодові комбінації. Більшість систем проти викрадення підтримують режим Valet, коли система відключається під час обслуговування автомобіля і немає необхідності передавати брелоки стороннім особам.
5.11.6 Шифратори і дешифратори динамічного коду Keeloq
Ці мікросхеми фірми Microchip вмонтовано у більшість сучасних автомобільних систем проти викрадення. Код Keeloq є двійковою псевдовипадковою послідовністю з періодом (2 64
– 1) біт. Для ідентифікації передавача використовують блоки довжиною 32 біта. Унікальний для кожного передавача 64-битовый ключ – це початкове положення регістру, що зміщує в генераторі псевдовипадкових послідовностей.
Хоча у криптографії вважають, що безпека алгоритму повинна базуватися на довжині ключа, а не на таємності алгоритму, ніхто не поспішає публікувати свої алгоритми. Так чинить і Microchip, але можна зробити деякі логічні припущення.
Послідовності зсувних регістрів, й генерують псевдовипадковий сигнал, давно використовують у криптографії, у дослідженнях динаміки систем автоматики. Їх

113
математична теорія добре розроблена, вона легко реалізується, й застосовувалася в криптографії ще до появи електроніки.
На рис. 5.31 показано блок-схема генератора псевдовипадкової послідовності. Якщо не цікавитися математичної стороною питання, це є регістр, що зміщується, зі зворотними зв'язками.
Шифри на основі М-послідовностей в чистому вигляді відносно легко розкриваються, отже є алгоритми, які дозволяють визначати структуру генератора за зафіксованим вихідним сигналом.
Рисунок 5.31- Блок-схема генератора Рисунок 5.32- Послідовності
Рисунок 5.33 - Генератор Геффа Рисунок 5.34 - Шифратор
Для подолання цього недоліку генератори потоку ключів ускладнюють.
Наприклад, на рис. 5.33 показаний один з таких варіантів – генератор Геффа. Обидва генератора тактуються одночасно, їх вихідні сигнали подаються на схему, що виключає
АБО. Результуючий сигнал — М-послідовність з періодом (2
n-k
- 1). Простором ключів буде множина (п + k) розрядних початкових станів регістрів.
У алгоритмі Keeloq передаються не 64-разрядні слова стану регістру, а 32-розрядні блоки, цілісна вихідна послідовність завдовжки більше 2n біт тут недоступна.
Шифратори HCS200, HCS201 і дешифратори HCS515 Microchip є типовими спеціалізованими мікросхемами у системах дистанційного управління, зокрема у автомобільних системах проти викрадення.
Шифратори (наприклад, HCS201) дуже компактні (рис. 5.34), і щоб виготовити на їх базі брелоки потрібні мікросхема передавача і мінімум зовнішніх компонентів.
В процесі натискання будь-якої з кнопок передається динамічний код і статус натиснутої кнопки, приймач виконує команду відповідну цій кнопці. За умови одночасного натискання всіх кнопок передається замість динамічного коду 32-розрядне слово (seed) для генерації в приймачі секретного ключа. Це один з варіантів реалізації процедури реєстрації брелока в приймачі.
Перед використанням в шифратор з допомогою програміста заноситься
ініціалізуючу інформацію. Для захисту від зламування цю інформацію, можна зчитати з
ППЗУ тільки після записи. Потім вона недоступна для читання. Записуються:

114
• 28- чи 32-розрядний номер брелока для його ідентифікації у системі;
• 64-розрядний секретний ключ – початковий стан генератора псевдовипадкової послідовності. Ключ може бути сформований самим виробником системи проти викрадення. Можливе використання алгоритму генерації ключів, запропонований фірмою Microchip, у цьму випадку здійснюється стандартна процедура реєстрації брелоків в приймачі. Вхідною інформацією для алгоритму стає номер брелока і 64- бітовий секретний код, який виробник вміщує до приймача. В іншому випадку – це номер брелока і 32-битовое число з
ППЗУ брелока (seed);
• 12 розрядне дискримінаційне слово. Довільний статичний код, рекомендовано до використання молодші розряди номеру брелока;
• 32-разрядное секретне слово (seed), яке передається у одному з режимів реєстрації, для генерації в приймачі секретного ключа.
На рис. 5.28 схематично показано слово, передане брелоком приймачу. Тут динамічний код — це зашифрований шифром Keeloq 32-разрядный блок, до складу якого: статус клавіші – 4 біта, дискримінаційне слово – 12 біт, стан синхронізуючого лічильника – 16 біт. У
ППЗУ
приймача зберігаються дискримінаційне слово, секретний ключ і реальний стан синхронізуючого лічильника. За умови збігу дискримінаційних слів приймача і передавача роблять висновок про спроможність дешифрування і команда виконується.
Розбіжність значень свідчить про розсинхронізацію, тобто для шифрування і дешифрування використовувалися не синхронні послідовності з простору ключів.
Приймач починає процедуру ресинхронізації, тобто починає
інкрементувати синхронізуючий лічильник і дешифрувати повідомлення з допомогою відповідних станів синхролічильника і секретного ключу послідовностей, поки дискримінаційне слово не дешифрується правильно. Далі реалізується алгоритм синхронізації (рис. 5.30).
5.11.7 Іммобілізатор з транспонтером
Протиугінні системи постійно вдосконалюються, одним з варіантів є електронний
іммобілізатор з мікротранспонтером в ключі запалювання. Замок запалювання спрацьовує, якщо код, отриманий спеціальним приймачем від транспондера, збігаються з заданим. Транспондер споживає електромагнітну енергію, випромінену приймачем на частоті 60...150 кГц, і вимагає додатково джерела живлення.
На рис. 5.35 схематично зображена система проти викрадення, випущена фірмою
Philips і, яку встановлюють на автомобілях багатьох моделей, включаючи BMW, GM і
Volkswagen. Транспондер складається зі складної мікросхеми, що зветься програмованим
ідентифікатором (Programmable Identification Tag – PIT), яка підключена до джерела живлення. Джерело живлення в свою чергу складається з приймаючої котушки і конденсатора. Коли ключ запалювання опиняється на відстані приблизно 5 см від замку, виникає електромагнітний зв'язок між котушкою транспондера і приймачем. Утвореної енергії вистачає для роботи мікросхеми PIT, яка передає кодове слово на приймач, модулюючи струм, що проходить через котушку на ключі. Якщо код, отриманий транспондера, відповідає коду, що зберігається у пам'яті приймача,
ЭБУ
двигуна отримує дозвіл виконати запуск двигуна. Після успішного запуску двигуна приймач надсилає у транспондер нову кодову комбінацію, саме вона використовуватися в процесі наступного запуску двигуна. Отже досягається високий рівень захищеності від викрадання.

115
Рисунок 5.35 - Іммобілізатор з транспондером
5.11.8 Конфігурація системи проти викрадення
Рисунок 5.36 - Блок-схема базової антивикрадальної системи

116
На рис. 5.36 показано конфігурація базової системи проти викрадання з периметричним та об'ємним захистом і з іммобілізатором. Система включає мікропроцессорний
ЕБУ
, який управляє також центральним замком і приводить до робочого стану сигналом з радіочастотного дистанційного пульта керування після замикання дверей автомобіля.
Щойно система проти викрадання включена, вона можуть реагувати ми такі дії:
• відкривання капоту, дверей чи багажника;
• спроба відмикання дверного замка;
• спроба вмикання замка запалювання;
• спроба вмикання стартера;
• переміщення, рух у салоні автомобіля (об'ємний захист).
Коли система проти викрадання зафіксує спробу несанкціонованого доступу до автомобіля, на 30 секунд включається звуковий сигнал і підсвічування фарами,
іммобілізатор вносить розриви у подальшому ланцюгу управління запуском і забороняє користування калібровочними діаграмами електронного запалювання і впорскування палива, після чого робота двигуна стає неможливою.
Для вимикання системи проти викрадання та відмикання дверей з дистанційного пульта може бути посланий відповідний код.
5.11.9 Додаткові датчики
Багато протиугінні системи мають додаткових датчиків і більші можливості, ніж описана вище базова система.
1. Радіоприймач і ящик для рукавичок. Тут можуть бути мікроперемикачі, які включають охоронну сигналізацію під час відкривання ящика для рукавичок, включення, демонтажу радіоприймача.
2. Датчики, що здатні фіксувати розбивання скла. Ці датчики вмикають охоронну сигналізацію, якщо викрадач спробує потрапити у салон автомобіля, розбивши заднє або бокове скло. Переднє вітрове скло (триплексне) зазвичай оснащується датчиками, оскільки вважається достатньо міцним. Здебільшого використовуються два типу датчиків: а) дротова петля. На склі розміщається петля з тонкого дроту. Постійно контролюється цілісність цього електричного ланцюга. Під час розбивання скла електричний ланцюг порушується і вмикається охоронна сигналізація. Такий спосіб добрий для нерухомих шибок, наприклад, для заднього скла, де вже є електричний контур обігрівача; б) магнітні датчики закріплюють на рухомих бічних шибках. На нижньому краї скла
(в корпусі двері) закріплюють невеличкий постійний магніт. Коли скло підняте, магніт перебуває поблизу геркона, який розміщено в корпусі двері, й своїм магнітним полем замикає контакти геркона, створюючи замкнутий сигнальний контур. Якщо скло розбите, його фрагменти провалюються разом із магнітом на дно корпуса двері, тоді геркон розмикає контакти і вмикається охоронна сигналізація.
3. Датчик нахилу. Включає охоронну сигналізацію, якщо нахил автомобіля надто відрізнятиметься від того, коли був припаркованим. Це може статися за спроби підняти автомобіля підйомним краном чи під час буксирування. Один з типів датчиків передбачає контроль величини електричної ємності конденсатора, який утворено двома металевими пластинами, розділеними рідким діелектриком. Якщо датчик нахилений, то пластини інакше омиваються рідиною і ємність змінюється.
ЕБУ
протиугінного

117
пристрою замірює ємність конденсатора і запам'ятовує її під час включення, потім постійно її контролює. За умови зміни ємності конденсатора (машину підняли краном) включається сигнал тривоги. За спеціальною командою
ЕБУ
протиугінного пристрою сигнал з датчика нахилу можна заблокувати, що дозволить перевозити автомобіль на поромі, залізницею без зайвої роботи для системи проти викрадання.
4. Датчик становища автомобіля. Рух автомобіля уперед, чи назад фіксується, що викликає спрацьовування антивикрадальної системи (наприклад, під час спроби штовхати чи буксирувати автомобіль). Несанкціоноване переміщення автомобіля зазвичай визначається підрахунком імпульсів від датчика спідометра. Якщо за заданий час отримано число імпульсів більше визначено, то автомобіль вважається таким, що рухається, а відтак включається сигналізація.

1   ...   4   5   6   7   8   9   10   11   ...   16

скачати