5.1. Общие сведения

Автомобильная информационно-диагностическая система (АИС) является составной частью современного автомобиля и предна­значена для сбора, обработки, хранения и отображения информа­ции о режиме движения и техническом состоянии автомобиля, а также окружающих его внешних факторах. Для этой цели на авто­мобиле устанавливаются контрольно-измерительные приборы (КИП) и различные дополнительные устройства: бортовая система контроля (БСК), система встроенных датчиков (СВД), маршрутный компьютер (МК), навигационная система.

С точки зрения характера отображаемой информации она под­разделяется на оперативную, дополнительную (в том числе кон­трольно-диагностическую) и внешнюю. Устройства и приборы, пре­доставляющие водителю информацию, определяют структуру АИС:

оперативная информация - электромеханическая комбинация приборов, электронный щиток приборов, ветровое стекло;

дополнительная информация - БСК, СВД и контрольных точек (КТ), МК;

внешняя информация - телевизионная установка заднего вида,

радиотелефон и развлекательные устройства, навигационные, ло­кационные и другие устройства.

Контрольно-измерительные приборы информируют водителя о скорости движения автомобиля, частоте вращения коленчатого ва­ла двигателя, напряжении бортовой сети, количестве топлива в ба­ке, температуре охлаждающей жидкости, давлении масла. Кроме того, КИП информируют о возникновении аварийных режимов: в системе смазки двигателя - о падении давления масла, в системе охлаждения - о перегреве охлаждающей жидкости.

Бортовая система контроля - это развивающаяся система. В ее функции входит информирование водителя о ряде параметров сис­тем и агрегатов автомобиля, изменение состояния которых не соз­дает аварийного режима работы и не требует немедленного вме­шательства, а предупреждает о необходимости принятия мер по техническому обслуживанию. С помощью БСК возможен автомати­зированный контроль уровня эксплуатационных жидкостей в запра­вочных емкостях, состояния тормозных накладок, исправности ламп приборов светосигнальной аппаратуры, состояния фильтров.

Для снижения трудоемкости и уменьшения времени диагности­рования автомобили оборудуют системой встроенных датчиков, имеющих выходы на штекерный разъем. К штекерному разъему при диагностировании подключается диагностическая аппаратура, что дает существенные преимущества по сравнению с традиционными способами подключения с помощью зажимов и фиксаторов. При наличии на борту автомобиля диагностического прибора, подсое­диненного к СВД, водитель может самостоятельно с минимальны­ми затратами времени оценить техническое состояние автомобиля.

В последнее время для автомобилей стали разрабатываться устройства, предоставляющие водителю дополнительную инфор­мацию, связанную со скоростью движения, расходом топлива, пройденным расстоянием и временем. Подобные устройства полу­чили название маршрутных компьютеров.

Современная концепция единой системы «водитель - автомо­биль - дорога - среда» предполагает наличие не только оператив­ной и контрольно-диагностической информации о режиме движения и состоянии автомобиля, но также внешней информации о состоя­нии дорог (обледенения, заторы, ремонт), карте дорог, оптималь­ном маршруте следования и погодных условиях. Эта информация поступает в АИС извне (от системы датчиков, размещенных вдоль автомагистрали на всем ее протяжении, специальных радиопередающих станций, по спутниковой связи либо из специально запи­санной в память системы базы данных). Подобные системы, назы­ваемые навигационными, следует считать новейшим направлением в развитии АИС.

Не следует забывать и такие информационные возможности со­временного автомобиля, как телевизионная установка заднего вида (применяется, как правило, на большегрузных автопоездах), кото­рая во время стоянки превращается в обычный телевизор, а также радиотелефон, компьютерные игры и т. п.

Основными характеристиками информационно-диагностической системы автомобиля как единого целого являются быстродействие, точность воспроизведения и считывания информации, время счи­тывания информации, информационная емкость, яркость и контра­стность изображения.

Быстродействие измерительного прибора определяют как ин­тервал времени с момента измерения значения контролируемого параметра до фиксации этого изменения на указательной части прибора. Для создания водителю оптимальных условий при принятии решений быстродействие системы должно быть максимальным и зависеть от характера отображаемой информации (например, влияет ли информация на безопасность дорожного движения, либо носит второстепенный предупредительный характер). Быстродей­ствие зависит от технических характеристик приборов, в основном от инертности используемых датчиков.

Точность воспроизведения информации (точность прибора) ха­рактеризует степень соответствия результата измерения действи­тельному значению измеряемого показателя. Точность измери­тельного прибора определяется его основной погрешностью. По­грешность прибора непосредственно связана с его чувствительно­стью, которая определяется как отношение изменения показаний прибора к соответствующему изменению измеряемого показателя. В общем виде погрешность используется в качестве характеристи­ки текущей точности прибора, которая называется его разрешаю­щей способностью.

Если погрешность прибора yo не зависит от измеряемого показа­теля (такая погрешность называется аддитивной или погрешностью нуля), то разрешающая способность прибора

Если погрешность прибора γ_с прямо пропорциональна измеряе­мому показателю (такая погрешность называется мультипликатив­ной или погрешностью чувствительности), то разрешающая спо­собность

где D - относительное значение рабочего диапазона прибора, оп­ределяемое как отношение наибольшего значения измеряемого показателя к наименьшему.

При наличии у прибора одновременно двух типов погрешностей (аддитивной и мультипликативной) разрешающая способность

Точность считывания информации в значительной степени за­висит от водителя, поэтому требования, предъявляемые к инфор­мационно-диагностической системе, должны учитывать его воз­можности. На точность считывания информации влияют число и взаимное расположение элементов АИС (т. е. эргономические ха­рактеристики панели приборов), качество приборов (размах шкалы указателя, яркость и контраст световых индикаторов).

Например, исследования информационных свойств сигнализа­торов показали, что наибольшее значение вероятности обнаруже­ния сигнала имеется в том случае, если они расположены в ряд в верхней части панели приборов. При этом вероятность обнаруже­ния сигнала при однорядном расположении сигнализаторов убыва­ет слева направо. Наибольшую же вероятность неопознания сигна­ла имеют сигнализаторы, расположенные вертикально в правой части панели приборов.

Время считывания информации с прибора непосредственно влияет на безопасность дорожного движения. Его можно умень­шить за счет уменьшения доли избыточной информации, отобра­жаемой прибором, а также за счет обеспечения водителю опти­мальных условий работы с прибором (размах шкалы, яркость, контраст, дополнительные звуковые сигналы для привлечения внимания).

Время, необходимое для считывания информации с прибора,

t = t_min(1+I_y/I_min),

где t_min – пороговое время восприятия человеком зрительной информации; I_y – объем избыточной информации, отражаемой прибором; I_min – минимально необходимый объем информации для прибора данного назначения.

Избыточная информация

I_y = I_x - I_min,

где I_x – полный объем отображаемой прибором информации.

Например, считается, что для спидометра оптимальной ценой деления является интервал в 5 км/ч. Дальнейшее увеличение числа делений шкалы является неоправданным, так как количество необходимой (полезной) информации при этом практически не возрастает, а время считывания показаний прибора будет увеличиваться.

С другой стороны, избыточную информацию можно выразить как

I_y = I_min(t/t_min – 1). Поэтому в случае, если объем информации, ото­бражаемой прибором, оказывается меньше значения I_min, то значе­ние I_у становится отрицательным, что означает недостаточность перерабатываемой информации.

Условием обеспечения безопасности дорожного движения с точки зрения отвлечения водителя на считывание показаний прибора может являться соотношение:

t_н ≤ t_доп,

где t­_н – время, необходимое для считывания информации; t_доп – допустимое время считывания.

Время. затрачиваемое на считывание показаний контрольных приборов,

t_н = К_в t_п + t_пс + t_прn + t’_п(n – 1),

где К_в – коэффициент, учитывающий время возврата взгляда водителя на дорогу; t_п – время перевода взгляда с дороги на приборную панель; t_пс – время поиска прибора, с которого считывается информация; t_пр – время приема информации с одного прибора; n – число считываемых приборов; t’_п – время перевода взгляда на прибор.

Одной из важных характеристик АИС является частота обраще­ний водителя к приборам. Под частотой обращения подразумева­ется число сознательных или рефлекторных актов получения води­телем информации о состоянии автомобиля, двигателя или других агрегатов и систем посредством контрольных приборов за единицу времени. Частота обращения водителя к приборам при управлении автомобилем является одним из показателей, характеризующих степень необходимости приборов, а также дает количественную характеристику процесса восприятия информации.

Частота обращения к приборам зависит от условий движения, исправности двигателя и контролируемых систем, а также от про­фессиональной подготовленности водителя. Чем чаще водитель контролирует состояние системы, тем меньше вероятность ее ава­рийной поломки. Но поскольку слишком частое обращение к кон­трольным приборам приводит к ухудшению условий безопасности дорожного движения, можно предположить, что водитель интуитив­но, основываясь на личном опыте, выбирает частоту обращения, обеспечивающую достаточно надежный контроль при минимальных затратах времени и внимания.

Информационная емкость определяет максимальное количест­во информации, отображаемое информационно-диагностической системой. Информационная емкость зависит от структуры и коли­чества контрольно-измерительного оборудования. Однако чрез­мерное увеличение этого показателя может привести к информа­ционной перегрузке водителя и снижению безопасности дорожного движения. Поэтому для современных АИС с большим количеством отображаемой информации становится актуальным разработка специальных форм и алгоритмов (способов) отображения информации водителю.

По способу отображения информации разделяются АИС с инди­видуальным, иерархическим способами отображения информации и с регулируемым потоком информации.

При индивидуальном способе предъявления информации со­стояние каждого контролируемого параметра отображается инди­видуальными средствами отображения - контрольно-измеритель­ными приборами или сигнализаторами. Номенклатура КИП и сигна­лизаторов в этом случае определяется числом контролируемых параметров. Положительными сторонами таких АИС являются про­стота построения и полнота отображения информации. К недостат­кам относятся: большой объем избыточной информации; трудность соотношения между собой множества отдельных показаний для оценки ситуации в целом; большая площадь, занимаемая КИП и сигнализаторами, что увеличивает время поиска водителем необ­ходимого сообщения, и габаритные размеры панели приборов.

В АИС с регулируемым потоком информации происходит искус­ственное разделение большого информационного потока с помо­щью устройств коммутации на ряд мелких, предъявляемых водите­лю последовательно одним и тем же средством отображения. В этих системах информация предъявляется либо с «приоритетом» (наивысший приоритет имеют параметры, связанные с безопасно­стью дорожного движения), либо только о тех параметрах, которые вышли за допустимые пределы (информация о работе сигнализа­торов аварийных режимов). Положительными сторонами указанно­го способа являются: существенное сокращение передаваемого потока информации и уменьшение площади панели приборов. К недостаткам можно отнести большое время поиска причин выхода за допустимые пределы контролируемых параметров из-за ограни­ченного числа средств отображения на приборной панели и необ­ходимость применения коммутирующих устройств со сложной ад­ресацией и управлением.

С увеличением информационных потоков, передаваемых води­телю, наиболее перспективным является иерархический (ступенча­тый) способ предъявления информации. На первой ступени при таком способе предъявления отображается информация о техни­ческом состоянии автомобиля в целом (без детализации), на вто­рой - информация о состояния его узлов и агрегатов. При этом предъявляется только та информация, которая необходима води­телю после ознакомления с общей ситуацией. Третья ступень - по запросу водителя - отображает информацию о состоянии узлов и агрегатов автомобиля в количественной или качест­венной форме.

Построение АИС с иерархической структурой предполагает работу с бортовым компьютером, устройства обработки информации которого могут реализовать заданные алгоритмы и программы за короткое вре­мя (при учете большого числа контролируемых параметров).

Преимуществами АИС с иерархической структурой являются возможность передачи водителю большого информационного пото­ка, значительное сокращение «лишней» информации, компактность панели приборов и широкие возможности перестройки информаци­онной системы. Недостатками являются необходимость наличия высокоразвитого бортового компьютера и специальных устройств связи со средствами отображения всех ступеней.

Яркость и контрастность указателей и индикаторов являются важными характеристиками АИС. Они определяют возможность вос­приятия водителем информации в условиях внешней освещенности.

Скорость и точность восприятия предъявляемой информации в значительной степени зависят от таких светотехнических харак­теристик, как яркость объекта наблюдения В_н, яркость фона В_ф, уг­лового размера символов α. Тесная взаимосвязь между этими ха­рактеристиками дает возможность обеспечить максимальный уро­вень восприятия на основе их взаимной компенсации в достаточно широких пределах значений В_н, В_ф, α.

Восприятие символов зависит от их контраста по отношению к фону. Значение его находится в диапазоне 0,60...0,95. Снижение этого параметра нецелесообразно, даже когда получен сравнительно высокий уровень яркости.

Учитывая условия эксплуатации автомобилей, к системе информации и диагностики предъявляются высокие требования. Приборы и датчики, входящие в систему, должны выдерживать вибрации и тряски, оставаться работоспособными при значительных перепадах температуры, выдерживать воздействие агрессивной окружающей среды, обладать малой чувствительностью к пульсациям и изменению напряжения в бортовой сети автомобиля.