Автомобиль – это компьютерная сеть с мотором и колесами
Автомобиль – это компьютерная сеть с мотором и колесами
Знакомясь с новым автомобилем, мы интересуемся его основными характеристиками – мощностью и типом двигателя, приводом (на передние или задние колеса), коробкой переключения передач (автоматическая или ручная) и т. д. Но вторжение (по-другому не скажешь) информационных технологий в автомобиль начинает менять наше представление не только о характеристиках машины, но и о самом автомобиле.
Компьютер «управляет» автомобилем
Современный автомобиль имеет множество [110] связанных между собой процессоров, которые обеспечивают управление различными системами, в том числе двигателем, подушками безопасности, индикаторами приборной панели, навигационной системой, устойчивостью движения, охранной системой и т. д. Кроме того, компьютер двигателя проводит расчет оптимальной схемы его работы, обеспечивает контроль состояния агрегатов автомобиля и решает многие другие функции.
Сегодня ставится задача максимально автоматизировать автомобиль. Стеклоподъемники и наклон кресел, вентиляция и «дворники», а также многое другое – все исполняется без участия человека. Для этого в автомобилях устанавливаются десятки датчиков и электромоторов. Так, в новом автомобиле BMW седьмой серии в различных системах и узлах использовано 85 электромоторов и еще 32 – для вентиляции сидений! Даже солнцезащитные шторки на задних дверях поднимаются автоматически. И для управления всем этим хозяйством применяются микропроцессоры и микрокомпьютеры, входящие в различные автомобильные системы. Вот только некоторые из этих систем.
Двигатель. Для управления инжектором двигателя применяется микрокомпьютер, который оптимизирует работу двигателя. Для своего флагмана Maybach концерн Mercedes разработал новый двигатель – 24-цилиндровый V-образный. Здесь предполагается использовать три микрокомпьютера – по одному для управления каждой группой из 12 цилиндров, а третий – должен синхронизировать работу первых двух микрокомпьютеров.
Toyota создала двигатель семейства WTi (Variable Valve Timing intelligent) с компьютерным контролем фаз газораспределения. В этом двигателе обеспечивается лучшее сжигание топлива, что повышает КПД двигателя и уменьшает вредные выбросы. Аналогичную схему имеет и Honda.
Моторы автомобилей BMW стали оснащаться системой постоянно изменяемых фаз работы впускных и выпускных клапанов Bi-VANOS. Здесь же применяется система непрерывной регулировки подъема клапанов Valvetronic, которая управляет подачей топливной смеси в цилиндры. Еще одна система, применяемая в двигателях той же фирмы, – непрерывное изменение длины впускного тракта (DIVA), что улучшает подачу топлива в цилиндры.
Во всех этих системах для управления двигателем применяются микрокомпьютеры, и часто – несколько на один двигатель.
В результате двигатель стал более экономичным, меньше размером, с более чистым выхлопом. Кроме того, такой «интеллектуальный» двигатель требует значительно меньше сил для ухода – компьютер проводит тестирование мотора и сообщает о неисправностях.
Ходовая часть. Сегодня в большинстве автомобилей применяются автоблокировочная система тормозов (ABS) и система стабилизации движения ESP – Electronic Stability Program. Первая из них обеспечивает изменение тормозного усилия при торможении автомобиля. При этом электроника постоянно контролирует тормоза и не дает заблокироваться колесам. За счет изменения прижимной силы тормозов обеспечивается оптимальный режим торможения автомобиля на данной дороге (сухой или мокрой, ровной или наклонной). Управляет тормозами компьютерная система, получающая данные от различных датчиков. В некоторых автомобилях существует также и система контроля тяги (антипробуксовочная система), которая работает «инверсно» относительно ABS: она не позволяет прокручиваться колесам при плохом зацеплении колеса за грунт. В системе используются те же датчики, что и в ABS. Эти системы применяются и для решения не основной задачи. Так, на Mercedes М-класса (это внедорожник) нет блокировки дифференциала, которая необходима для обеспечения высокой проходимости машины по бездорожью. Было найдено следующее решение. Система ABS подтормаживает буксующее колесо, а усилие передается на цепляющие колеса. Тем самым машина может продолжать движение. Можно считать, что здесь реализована функция блокировки дифференциала (а это дорогое и тяжелое устройство) за счет добавления одного микропроцессора (а это маленькое и дешевое устройство).
ESP, электронику для которой производит фирма Bosch, гарантирует устойчивое поведение автомобиля при различных перестроениях машины. Система, кроме микрокомпьютера, состоит из датчиков угла поворота руля, угловой скорости, поперечного ускорения, частоты вращения колес. Информация с датчиков, а также с электронного блока управления двигателем (который также имеет свой процессор), поступает в блок управления ESP. Микрокомпьютер, являющийся основой этого блока, по полученным данным и по имеющейся в нем программе, проводит вычисления и определяет оптимальное «поведение» амортизаторов. Процессор дает команды на изменение жесткости амортизаторов (с помощью управляемого гидравлического насоса). Тем самым обеспечивается устойчивость машины при различных режимах движения. Самый маленький Mercedes – А-класс, оказался неустойчивым на дороге: при резких перестроениях он мог перевернуться. Конструкторы задействовали ESP. И машина смогла выполнить все тесты, сохраняя необходимую устойчивость.
Но этими двумя базовыми системами не ограничивается перечень «интеллектуальных» ходовых комплексов современного автомобиля – многие компании разрабатывают и применяют собственные системы.
Система EDC, разработанная компанией BMW, обеспечивает бесступенчатую регулировку жесткости амортизаторов. Так, на поворотах, при торможении и во время старта жесткость амортизаторов автоматически увеличивается. Кроме того, водитель сам может ввести преднастройки в систему EDC, сделав на свой вкус подвеску более мягкой или более жесткой. В подвеске BMW появились активные стабилизаторы поперечной устойчивости Dynamic Drive. Команды подаются компьютером и вырабатываются на основе информации, полученной от датчика поперечных ускорений. Чем больше ускорение, тем выше давление в гидроприводе и тем на больший угол поворачиваются относительно друг друга половинки стабилизатора, удерживая кузов в горизонтальном положении.
В автомобилях компании Mercedes применено «дистанционное» управление тормозами. В системе SBC (Sensotronic Brake Control) давление в тормозных магистралях изменяется. В зависимости от условий движения, SBC может передавать на каждый из колесных тормозных механизмов различное усилие. Система следит за тем, чтобы тормозные диски и колодки все время были сухими. Время от времени, в зависимости от интенсивности дождя, система чуть подтормаживает все колеса, причем делает это так деликатно, что водитель ничего не замечает. Система узнает о том, сильный ли идет дождь по частоте взмахов «дворников». SBC интегрирована с другими, «традиционными» системами активной безопасности, включая ESP и ABS. Другая мерседесовская система ABC (Active Body Control) позволяет выбрать один из двух режимов работы подвески – Sport или Comfort. Первый режим – для активной езды, а второй – для более спокойной. Но и в том, и в другом случае кузов при повороте будет крениться только на 3,4°. Здесь в разных частях кузова установлено 13 датчиков, подающих на компьютер сигналы о величине и направлении ускорений. Анализируя эту информацию, компьютер, в свою очередь, подает команду исполнительным механизмам, которые, открывая или закрывая соответствующие клапаны, увеличивают или уменьшают подачу жидкости из магистрали в гидроцилиндры пружинных стоек. В результате система способна самостоятельно подавлять колебания кузова. Эта же система делает ненужными стабилизаторы поперечной устойчивости, увеличивая давление в гидроцилиндрах нагруженных колес и сводя крены к минимуму. Кроме того, ABC изменяет дорожный просвет: на плохих дорогах по усмотрению водителя можно увеличить клиренс либо на 25, либо на 50 мм. А на больших скоростях дорожный просвет автоматически уменьшается на 10 мм. В компании Volvo разработана интеллектуальная система полного привода, названная AWD. Система действует без участия водителя: мощность автоматически распределяется между передними и задними колесами, что обеспечивает наилучшее сцепление с любой дорожной поверхностью. При разгоне на поверхности с большим сопротивлением, например на песке, обеспечивается быстрое и эффективное включение. Во время поворота или парковки при малых оборотах двигателя система учитывает, что разница в скоростях вращения колес не требует использования насоса, поэтому отсутствует инерционность, характерная в подобных ситуациях для других систем. Новая AWD соединена в автомобиле с электронной системой Miltiplex. Поэтому она обменивается данными с другими автомобильными системами для постоянной оптимизации полного привода в соответствии с любыми условиями вождения. Например, в обмене цифровыми данными участвует система контроля тяги (TRACS).
Теперь на машине можно ездить с еще большим комфортом и гораздо безопаснее – микрокомпьютер выбирает оптимальное поведение ходовой части при различных вариантах движения, учитывая за минимальное время множество факторов. Человек это сделать просто не в состоянии.
Тормоза. В новом автомобиле BMW седьмой серии применяется стояночный тормоз с электронным управлением. Чтобы активировать тормоз, нужно нажать на кнопку слева от руля. Электромотор натягивает тросики стояночного тормоза задних колес и фиксирует автомобиль. Чтобы «снять с ручника», нужно опять нажать на кнопку. А при работающем двигателе функции стояночного тормоза обеспечивает гидравлика системы стабилизации DSC. Кроме того, есть функция Automatic Hold: во время остановки (например, на светофоре) водитель может отпустить педаль тормоза – и гидравлический «ручник» будет удерживать машину до тех пор, пока водитель вновь не дотронется до педали газа или тормоза.
Система безопасности. Сегодня подушками безопасности оснащаются многие машины, и в случае столкновения подушки надуваются, предохраняя водителя и пассажиров от столкновения с различными частями автомобиля. Подушек устанавливается несколько – передние, боковые. Кроме того, используются и быстроопускающиеся шторки, которые защищают от осколков разбившегося стекла. Для того чтобы подушки надулись, а шторки опустились, в машине устанавливаются датчики ускорения, информация с которых считывается в компьютер. Он же выдает команды на соответствующие действия.
Фары. Система адаптивного управления светом фар (ALC) использует регулируемые подвижные фары. В городе пучок света автоматически расширяется, чтобы лучше освещать тротуары. На шоссе пучок становится узким, освещая дорогу на большее расстояние. Система, отслеживая поворот руля, направляет свет внутрь поворота.
Ключ. Доступ в машину BMW открывает электронный ключ: водителю достаточно потянуть за ручку двери, не вынимая ключа из кармана. Чтобы запереть автомобиль, нужно нажать на ручку двери (если ключ остался в машине, то замки не закроются). Ключ вставляется в приемное устройство справа от руля. Фактически это специальная интеллектуальная карточка [111] . В памяти микрокомпьютера ключа запоминается различная информация об автомобиле. В дилерском центре ключ вставляется в считывающее устройство, и на компьютере высвечивается VIN, номер мотора, пробег машины и т. д. Можно легко узнать, сколько еще километров прослужат масляный и воздушные фильтры, каково состояние тормозных колодок… Эти же данные можно передать через встроенный сотовый телефон на сервисную станцию и получить оперативную консультацию [112] .
Охранные системы. Автомобиль – дорогое изделие, которое может быть легко украдено. Естественно, для защиты машины применяются различные охранные системы. Просто замки уже не обеспечивают должного уровня защиты – угонщики справятся с ними за считанные секунды. Поэтому охранные системы наделяются интеллектом, способностью самостоятельно противостоять ворам.
Современные охранные системы основаны на блокировке работы двигателя в случае отсутствия в кабине хозяина автомобиля, у которого, в свою очередь, должна быть бесконтактная карточка (или ключ) системы идентификации. Завести двигатель без такой карточки практически не возможно.
Еще один метод, применяемый для защиты машины, – использование датчика местоположения автомобиля. Такой датчик монтируется непосредственно в силовой элемент машины так, что не может быть извлечен из него без частичного разрушения элемента. Датчик постоянно подает сигнал, который фиксируется спутником. Естественно, датчик работает как от бортовой сети машины, так и автономно от собственного аккумулятора. Местоположение автомобиля всегда известно, и в случае кражи нет проблем с его нахождением [113] .
Колеса. Для того чтобы в движении знать состояние колес, предлагается встроить в них датчики и передатчик системы Bluetooth, сигнал которых распространяется на 10 м. Теперь можно во время движения знать состояние колеса, данные о котором поступают на бортовую систему и выводятся на монитор бортового компьютера.
Все эти системы основаны на применении информационных технологий.
Системы управления и индикация. В 2001 году компания Opel продемонстрировала концепт-кар Frogster. Практически всеми функциями машины можно управлять при помощи мини-компьютера, интегрированного в панель приборов.
И в оснащении автомобилей BMW седьмой серии появился похожий интерфейс, названный iDrive. Он призван облегчить управление многочисленными системами автомобиля, число которых доходит до 700 – от переключения передач до настройки навигационной системы. Все функции структурированы по трем уровням. Управление важнейшими функциями, которые непосредственно влияют на движение автомобиля, сосредоточено на руле и вокруг него. Это селектор коробки передач, подрулевые переключатели указателей поворота, «дворников» и т. д. Кнопки второго эшелона расположены на передней панели. Их немного: управление светом, «быстрая» настройка кондиционера, регулировка громкости магнитолы, кнопка аварийной сигнализации. Здесь же выдвижная беспроводная трубка сотового телефона, радиус действия которой, – около 10 метров (можно говорить, выйдя из машины). В третью, самую массовую группу вошли вспомогательные функции, управление которыми возложено на контроллер iDrive, расположенный на переднем торце центрального подлокотника. Все манипуляции наглядно отражаются на большом дисплее. Естественно, интерфейс позволяет выходить в Internet.
Влияние компьютера на движение автомобиля настолько велико, что в машинах, участвующих в соревнованиях Формулы-1, введены значительные ограничения на применение компьютерной техники. И это понятно: если на машине установить компьютер, а затем медленно проехать по оптимальной траектории трассы, то потом компьютер будет вести машину только по этому маршруту, оптимально нагружая двигатель и ходовую часть. Тогда зачем пилот?
Данный текст является ознакомительным фрагментом.