Korisähköjärjestelmän ohjauksen suunnittelu: Metropolian ConceptCar-hanke

Abstract

Tässä insinöörityössä toteutettiin joustava ja tehokas järjestelmä ajoneuvon eri toimilaitteiden ohjaamiseen. Työn aluksi tutkittiin CANopen-teoriaa. Lopuksi suunniteltiin ohjelma ja piirilevy, jotka testattiin.

Työssä käytettiin CANopen-verkkoa ajoneuvon korisähköjärjestelmän ohjauksen toteuttamiseen. Korisähköverkko jaettiin kolmeen kytkentärasiaan ja niihin suunniteltiin Frenzel+Bergin CO-4011-BD- ja CO-4017-BD-I/O-moduuleille käyttöliittymäpiirilevy Orcad Capture ja Allegro ohjelmistoilla. Piirilevyyn sisältyy kaksikanavainen hakkuri I/O-moduulien ja oheispiirien virransyötölle ja suojaus- ja puskuripiirit I/O-moduulien sisään- ja ulostuloille.

I/O-moduuleille suunniteltiin ohjaus Epec 2024 -logiikkaohjaimella, jolle toteutettiin ohjelmakoodi CoDeSys-kehitysympäristössä kytkentärasioiden ohjaamiseen. Työssä käytettiin CANopen-protokollaperhettä SDO-, PDO- ja NMT-protokollia käyttäen.

Insinöörityön tuloksena syntyi toimiva korisähkön ohjausjärjestelmä, johon voidaan helposti lisätä toimilaitteita. Järjestelmällä voidaan ohjata lukuisia erilaisia toimilaiteita. Työn tuloksia tullaan käyttämään Metropolian ConceptCar-hankkeessa syntyvässä kompaktissa kaupunkiautossa.

In automotive environment it is very important to be able to effectively control all of the different electronic actuators a vehicle has. The aim of this bachelor’s thesis was to create a flexible and effective body electronics control infrastructure to support a large amount of different actuators.

The system utilizes a CAN bus to control three junction boxes, designed around Frenzel+Berg CO-4011-BD and CO-4017-BD remote I/O modules, located around the vehicle. The junction boxes are controlled by an Epec 2024 programmable logic controller. CANopen protocol stack, specifically SDO, PDO and NMT protocols were used as CAN transfer protocol. The software was written with CoDeSys programming system in IEC-61131-3 standard programming languages.

The design of the auxiliary PCB for the I/O modules was also a part of this bachelor’s thesis. The PCB incorporates a dual channel buck converter for the I/O modules and supporting devices and protection and buffer devices for the different inputs and outputs of the I/O modules. The design of the schematic was conducted using OrCAD Capture software and the PCB was designed with OrCAD Allegro software.

The result of this bachelor’s thesis was a fully functioning body electronics control system for the Metropolia ConceptCar project. Adding different actuators is effortless and the I/O pins are extensively protected against different fault conditions.