Технологии автомобилестроения. Компьютерные технологии в современных «цифровых» автомобилях

Ремонт автомобилей - дело трудоемкое. В наше время инновационных технологий компьютерные техники охватывают все больше и больше аспектов во всех сферах жизни. Добрались они и до автомастерских. Традиционный подход к ремонту постепенно остается позади. Современным техникам приходится совершенствоваться в плане автомобильного ремонта, используя при этом достижения новых технологий. Эти технологии основываются на диагностике, что позволяет быстро отремонтировать автомобиль. Естественно, для рядового владельца машины ремонт будет стоить весьма недешево. Но такие цены оправданы, ведь автомастерским приходится тратить немалые деньги на сертификацию и повышение конкурентоспособности. Что ж, давайте посмотрим, какие нововведения нам предлагают автомастерские будущего. 1) Дешевые самодельные компьютеры Британскими учеными был разработан Raspberri Pi - небольшой компьютер, функция которого состоит в том, чтобы учить детей программированию. Естественно, как и у каждого нововведения, у Raspberri Pi есть позитивные и негативные стороны. Он дешевый и универсальный, что хорошо для любого среднестатистического пользователя. Однако, чтобы Raspberri Pi выполнил какое-либо действие, его нужно запрограммировать, что под силу не каждому. Касаемо автомобилей, этот компьютер однозначно пригодился бы в ремонте. Например, он проводил бы диагностику данных, собирал статистику производительности, что помогло бы модернизировать и улучшить технологии ремонта. Благодаря низкой цене, компактности и удобстве в использовании диагностический компьютер вполне может быть неоценимым помощником автомеханикам.Raspberri Pi в салоне автомобиля 2) Новые технологии кузова Безусловно, с развитием новых веяних в компютерных технологиях, автомастерским понадобится обновление их техники и оборудования. Например, алюминевые кузовные панели. Ранее алюминий использовали только самые высокопроизводительные автомобили. Сейчас все больше и больше производителей внедряют в дизайн своих автомобилей алюминий. В частности, Ford заявил, что собирается выпустить линейку автомобилей с алюминиевыми кузовами. Это весьма практичное решение, ведь алюминий - легкий и прочный материал. Эти его свойства помогут соблюдать требования по выбросу выхлопных газов и безопасности. Следует заметить, что автомобили с алюминиевыми панелями достаточно прочны. Они дольше функционируют. А если вдобавок использовать камеры заднего обзора и системы предупреждения столкновения, можно уменьшить риск аварий и серьезность повреждений при них. 3) Беспроводная передача данных Беспроводное обновление программного обеспечения здорово исправило бы текущие проблемы и наладило оценку пробега. С его помощью техники смогли бы диагностировать проблемы безопасности и производительности. Как правило, такое программное обеспечение постоянно нуждается в обновлении, что не является удобным. Компания Tesla Motors, которая известна производством электромобилей, планирует обеспечить их обновления беспроводным путем прямо из дома, по аналогии со смартфоном или компьютером. Такое беспроводное подключение весьма сомнительное, поскольку взломать его не так уж и сложно. 4) Дополненная реальность Новые автомобили нынче оснащены сложной, а иногда и опасной в использовании электроникой или гибридной трансмиссией, компьютеризированными компонентами, модернизированными системами безопасности, а также сетью датчиков, которые контролируют каждый сантиметр. Это в корне меняет процесс починки автомобилей. Представьте только: вы надеваете Google Glass, и вашему взору открывается вся возможная информация об автомобиле. Следом запускаете компьютер, который будет сопровождать вас в процессе ремонта, открываете приложение, которое поможет визуально очертить и приблизить ту или иную зону автомобиля. Удобно, не правда ли? На автомибильном рынке такую технологию, именуемую как дополненная реальность, хочет опробовать Volkswagen. Для грядущего VW XL1 был представлен мобильный технический ассистент дополненной реальности, сокращенно MARTA. Он улучшит безопасность работы, а также поможет сэкономить время. В ближайшем будущем такие приложения дополненной реальности помогут владельцам автомобилей самостоятельно их ремонтировать. 5) 3D-печать Наверняка, все о ней слышали. 3D-печать уже существует и практикуется для воссоздания существующего объекта или создания совершенно нового по конструкции пользователя. Это может быть особенно полезно для ремонта старых автомобилей, когда техники столкнутся с отсутствием определенных деталей - достаточно будет взять сломанную вещь, отсканировать ее и распечатать новую. Промышленным 3D-принтерам придется проделать длинный путь, чтобы прижиться в автомастерских. Зато потом каждый сможет использовать их возможности для быстрого восстановления поврежденных или потерянных деталей. 3D печать деталей автомобиля

Raspberri Pi стала любимой технологией фанатов самодельных штук. Это небольшой компьютер, который стоит около 35 баксов и был разработан специально для того, чтобы учить детей программированию. Его плюсы в том, что он дешевый и универсальный. Его минусы (для некоторых) в том, что для того, чтобы сделать хоть что-то с Raspberri Pi, его нужно запрограммировать.

Этот компьютер мог бы быть полезным в качестве крошечной бортовой системы для автомобиля. Он мог бы проводить диагностику данных и собирать статистику производительности для более эффективного ремонта и модернизации. Диагностический компьютер в автомобиле - далеко не новая идея. Когда-то люди просто делали это при помощи ноутбуков. Подобные вычисления в виде Raspberri Pi тоже не несут ничего нового, но у них есть ряд плюсов: эта технология стоит копейки, умещается в кулаке и может улучшаться. У миниатюрных недорогих компьютеров есть мощный потенциал для роста вглубь салона автомобиля.

Новые технологии кузова

Новые технологии, в частности метод строительства автомобилей, означают то, что автомастерским понадобится обновление их техники и оборудования. Конкретной проблемой является рост использования алюминия в дизайне автомобилей. Алюминиевые кузовные панели некогда были привилегией только самых высокопроизводительных автомобилей; но, как и ожидалось, это меняется, и производители, тот же Ford, по слухам, собираются клепать автомобили с алюминиевыми кузовами. Не в последнюю очередь из-за того, что этот материал - легкий и прочный, а значит, поможет соблюдать требования по выбросу выхлопных газов и безопасности.

Опытные техники привыкли работать на стальных автомобилях, и работа с алюминием потребует полного пересмотра стратегии. Алюминиевые панели нельзя будет просто поправить, как их стальные аналоги, их придется заменять, что потребует специальных инструментов и оборудования. Эти изменения могут увеличить стоимость ремонта автомобилей, но есть и свои плюсы. Поскольку автомобили будут умнее и прочнее, они будут и дольше функционировать. Кроме того, новые технологии безопасности вроде камер заднего обзора и систем предупреждения столкновения означают, что автомобили будут менее аварийными, а аварии - менее серьезными.

Беспроводная передача данных

Пока автомобили обзаводятся Wi-Fi-точками, производители ищут полезные пути применения этой технологии. Беспроводное обновление программного обеспечения исправило бы текущие проблемы, наладило бы оценку пробега и смогло бы указать на проблемы безопасности и производительности. Как правило, бортовое программное обеспечение обновляется только у дилеров, но это не очень удобно. Есть и другие проблемы - в начале 2014 года у нескольких миллионов Toyota возникли проблемы с антиблокировочной системой, что потребовало срочного обновления.

Планирует навести порядок со своими электромобилями, которые можно будет обновить беспроводным путем прямо из дома, по аналогии со смартфоном или компьютером. Конечно, основной проблемой будет безопасность такого беспроводного подключения, потому что оно взламывается. Не секрет, что большинство автопроизводителей не планирует рисковать так, как Tesla, но если технология беспроводной связи с автомобилем хорошо себя зарекомендует, уже завтра она станет привычной опцией.

Дополненная реальность

Новые автомобили оснащаются сложной, а иногда и опасной (для инженеров-автомехаников) электроникой или гибридной трансмиссией, компьютеризированными компонентами, модернизированными системами безопасности, а также сетью датчиков, которые контролируют каждый сантиметр. Эти дорогие компоненты, безусловно, меняют процесс починки автомобилей. Но на носу еще большие изменения.

Очень скоро может изменить сам принцип работы с автомобилем - достаточно будет надеть Google Glass, которые отобразят всю возможную информацию о нем; запустить компьютер, который будет сопровождать механика в процессе ремонта; приложение, которое поможет технику визуально очертить рабочую зону. Volkswagen одной из первых хочет опробовать подобную технологию и представила интерфейс MARTA для грядущего VW XL1.

MARTA (мобильный технический ассистент дополненной реальности) поможет технику сэкономить ценное время, изучая все аспекты необычного автомобиля, и, как надеется Volkswagen, может улучшить безопасность работы. Ученые говорят, что однажды приложения дополненной реальности для пользователей помогут им самостоятельно ремонтировать свои автомобили. Они даже могут заменить привычные буклеты описания изделия.

3D-печать

3D-печать уже существует и практикуется, но большая часть ее потенциала до сих пор не исследована. 3D-печать использует компьютеры и другие компьютеризированные компоненты для воссоздания существующего объекта либо же создания совершенно нового объекта по конструкции пользователя. Это может быть особенно полезно для ремонта старых автомобилей, когда техники столкнутся с отсутствием определенных деталей - достаточно будет взять сломанную вещь, отсканировать ее и распечатать новую. И хотя впервые о такой возможности заговорили еще в 2009 году, 3D-печать до сих пор остается привилегией богатых людей.

Большинство качественных систем 3D-печати стоят очень много денег, их сложно использовать, и они занимают много места. Другими словами, промышленным 3D-принтерам придется проделать длинный путь в авторемонтные мастерские. Зато потом каждый сможет использовать их возможности для быстрого восстановления поврежденных или потерянных деталей. Делать игрушки - это одно, но ставки растут, если речь идет о тормозных суппортах.

Сегодня мы поговорим о 10 новых и наиболее перспективных автомобильных технологиях, а также узнаем почему, в будущем, вы полюбите парковку в IKEA еще больше.

1 . Супер пластмасс

3 .Технология размещения электромоторов в ступицах колес - не миф, а реальность.

Идея Фердинанда Порше о том, чтобы установить электрические моторы в ступицах колес, что предоставило бы больше пространства для пассажиров и для , никак не приживается у автопроизводителей. Они никак не решаются применить эту технологию для автомобиля, опасаясь, что значительное увеличение неподрессоренной массы навредит управляемости и плавности хода на грунтовой дороге. Оспаривая это предположение, компании Protean Electric и Lotus Engineering проводят интенсивные сравнительные тесты стандартного седана и седана, который приводится в движение электромоторами, установленными в ступицах колес. Lotus пришел к удивительным выводам: среднестатистический водитель не заметит снижения производительности связанной с дополнительной неподрессоренной массой, а должная дополнительная настройка поможет побороть большую часть побочных эффектов связанных с управляемостью. Protean планируют начать производство колец с электромотором в ступице уже в 2014 году. Будут ли оснащены такой новой технологией, нам пока не известно.

4 . Как вывести свинец из автомобиля?

В наши дни, выключение двигателя на светофоре в целях экономии топлива становится стандартной, уже не новой автомобильной технологией, хотя и требует специальную, подготовленную электрическую систему. Никель-цинковый аккумулятор, запатентованный Томасом Эдисоном еще в 1901 году, является первым кандидатом на замену обычных , потому что он может работать с циклами агрессивных старт-стопов без потери производительности и без вреда самому аккумулятору. Производитель никель-цинковых аккумуляторов Power Genix утверждает, что, по сравнению со свинцово-кислотными аккумуляторами, никель-цинковые работают вдвое дольше, весят на 60 процентов меньше, а утилизировать их гораздо проще.

5. Беспроводнас система безопасности пешеходов

Около трех тысяч автомобилистов в Мичигане, США, вовлечены в исследование Министерства транспорта, в котором используется беспроводное подключение автомобиля к автомобилю во избежание столкновений. В зависимости от результатов этого исследования, к 2020 году устройство Wi-Fi может стать обязательным оборудованием для каждого транспортного средства, производимого в Америке. Развивая эту идею, компания GM хочет помочь водителям избегать столкновений не только друг с другом, но и с пешеходами. В основу их программы легла новая автомобильная технология под названием Wi- Fi Direct , позволяющая смартфону лица управляющего машиной связываться со смартфоном пешехода через вышки сотовых операторов. Прямое подключение сокращает время необходимое на выявление опасности с восьми секунд до одной. В продолжение темы рады предложить вам материал: « »

6 . 3D проекции перед лицом водителя

В наше время ни для кого не является диковинкой трехмерное изображение. Оно начало свою жизнь на экранах кинотеатров и перекочевало в наши гостиные на экраны телевизоров. Теперь и для автомобильных технологий пришло время 3D. Используя тонкопленочные транзисторные проводники, компания Johnson Controls создала экспериментальную 3D приборную панель, важная информация на которой отображается на переднем плане, а вторичные данные расположены глубже, но также в поле зрения водителя. Эта новая также может добавить реализма системам навигации и ощущения экшена видерегистраторам.

7 . Бесплатное горючее на парковочном месте

Мировые ритейлеры - гиганты Best Buy, IKEA, Kohl’s, Macy’s, и аптечная сеть Walgreens начали устанавливать бесплатные зарядные станции для электромобилей на своих парковках. После успешного старта в Калифорнии, США, Walgreens установил уже 385 таких станций по всей стране и планирует увеличить их количество, как минимум, вдвое. Государственные субсидии покрывают большую часть расходов, а электричество, которое пускается на зарядку электрических транспортных средств и плагин гибридов, стоит сего пенни за час. Надеемся, что отечественные ритейлеры тоже возьмут на вооружение западный опыт и если не начнут раздавать бесплатный бензин, то может быть хотя бы лобовое стекло протрут.

8 . Новая технология в автомобиле под названием повторный цикл импульса

Основным вкладом в эффективность гибридной установки является рекуперативное торможение. Но кто сказал, что этот трюк должен эксклюзивно принадлежать только гибридным автомобилям? Начиная с Gran Turismo 5-й серии 2010 года выпуска, BMW предлагает генераторы, запрограммированные на зарядку в основном во время торможения, мера для экономии топлива, которая называется регенерация энергии торможения. У компании Mazda существует своя версия этой , которая накапливает импульсы в конденсаторе. Климат контроль и информационно-развлекательная система в Mazda 6 модели 2013 года полностью черпают энергию из конденсатора, а не от генератора с приводом от двигателя.

9 . Храните деньги в сберегательной кассе, а водород в H2.

Попытки хранения водорода для автомобильных топливных элементов в под высоким давлением или же в качестве криогенной жидкости, были разочаровывающими. Создание новой автомобильной технологии позволяющей хранить и использовать водород, помещенный в некое подобие топливного бочка, не увенчались успехом . Единственным разумным решением на сегодняшний день остается хранение водорода в молекулярной форме (Н2) под разумным давлением и при разумной температуре, но в большей плотности. Калифорнийская национальная лаборатория Lawrence Berceley изучает способы того, как можно это сделать с помощью металло-органической структуры хранения материалов. Эти легкие трехмерные структурные решетки привлекают и удерживают водород, как микроскопические губки. На данный момент исследования каждое потенциальное место хранения может удерживать лишь одну молекулу Н2, но ученые работают над тем, чтобы увеличить это количество в три-четыре раза.

10 . Новейшая технология автомобиля - сияющее мерцание!

Вождение автомобиля во время проливного дождя или сильного снегопада может быть мучительным и опасным занятием, так как осадки отражают свет ваших светодиодных автомобильных фар, тем самым снижая видимость на дороге. Чтобы раскрыть завесу вашего зрения, исследователи изобрели такие новые автомобильные фары, которые способны светить между отдельными каплями дождя или хлопьями снега. В синхронизации с камерой слежения за движением падающих частиц, несколько , в тандеме с , мигают, тем самым сокращая отражение от осадков на 70 процентов. Мерцание происходит настолько быстро, что человеческий взгляд воспринимает его как непрерывный луч света. На данном этапе развития, лабораторные системы производят 77 миганий в секунду, но для того чтобы система была эффективной на высокой скорости автомобиля, мигание должно быть более частым.

Современные «цифровые» автомобили содержат десятки контроллеров , объединенных в специальную локальную сеть. В автомобиле множество функций управления можно условно разделить на две группы:

первая группа обеспечивает надёжное функционирование основных узлов автомобиля, например, электронное управление двигателем и обеспечение безопасности: АБС, подушки безопасности и другие.

ко второй группе относятся различные электронные системы управления, обеспечивающие сервис, комфорт и развлечения пассажиров.

Например, бюджетный авто Пежо-206 содержит 27 контроллеров фирмы NEC .

Современный автомобиль, как и любую компьютерную систему с точки зрения объекта управления, можно представить состоящим из множества аналоговых и цифровых датчиков, набора исполнительных устройств и механизмов. На рис . представлены основные узлы автомобиля, для управления которыми используются автомобильные компьютеры.

Рис. Основные узлы автомобиля, управляемые компьютерами

Например, модель BMV745 использует такой микропроцессор, какPentium4.

Рис. Разрядность встраиваемых микроконтроллеров

Примеры используемых ОС во встраиваемых контроллерах. Наиболее популярным выбором является готовая коммерческая операционная система. В обзоре коммерческих операционных систем в последние годы системаMSEmbedded имела самую большую долю рынка, как видно из рисунка.

Рис. Операционные системы встраиваемых микроконтроллеров

На следующем рис. показаны распространенные языки программирования для разработки встроенных систем и,как видно, семейство языков С используется в большинстве разработок. Как видно из диаграммы находит также использование язык ассемблера для некоторых разработок.

Рис. Языки программирования встроенных микроконтроллеров

Краткая история развития микропроцессорных систем

1970 – Intel4004 - первый 4-битный МП;

1972 – Intel8008 - 8-ми битный;

1973 – Intel 8080 K580 (СССР) - аналог I8080;

Intel8085 - помимоCPUбыли таймеры, контроллер прерываний и пр.;

1976 – Intel 8048 - первый контроллер;

1978 – Intel 8051 - MCS 51 (Micro Computer System)

Середина 90-х – семейства: Intel151 иIntel251 – 8 битные, но адресуемая память: 2 20 и 2 24 .

1976 – I8086/I8088 (PCXT - IBM), К1816 (СССР) –аналог I8086.

EC1840 –CCCP–PCXT

1995 – (embedded) – разработаны однокристальные МК архитектуры Х86: 16- и 32-битные.

Основные требования к контроллерам

Низкая стоимость;

Высокая надежность;

Высокая степень миниатюризации;

Малое энергопотребление;

Работоспособность в различных температурных диапазонах в зависимости от применения:

1. Коммерческие : 0 … + 70 0 С;

   Расширенные : -40 … +85 0 С;

   Военные : -55 … +155 0 С;

Достаточная производительность для выполнения наборов функций

Архитектурные признаки контроллеров

Гарвардская архитектура (раздельная память для хранения данных (RAM) – энергозависимая и программ (ПЗУ) – энергонезависимая, сейчас популярнаflash;

Интеграция в одном кристалле всех модулей, необходимых для управляющей ЭВМ;

По разрядности контроллеры бывают:

Четырехразрядные- самые простые и дешевые;

Восьмиразрядные – наиболее многочисленное семейство(оптимальное соотношение цены и возможностей) MCS51

Шестнадцатиразрядные iMCS96 ,i80186(88) и другие, более производительные и дорогие.

32-разрядные – это обычно модификации универсальных МП, например i386, 486 и другие

64-х битные (обработка видео)

8-разрядные МК имеют очень широкое применение в различных АСУТП по следующим причинам:

Основная область применения 8-разрядных МК – устройства интеллектуального управления промышленной автоматики и бытовой аппаратуры. В данных применениях не требуется высокоразрядной арифметической обработки, большой процент логических преобразований, не требуется высокого быстродействия в жестких условиях реального времени. Таким образом, 8-битовые МК имеют свою нишу и в настоящее время широко используются промышленные контроллеры, называемые ПЛК .

Много новых применений, где МП ранее не использовалась, но МК не так заметны широкому кругу потребителей продукции, как ПК, так как они с ним не сталкиваются напрямую

МК также характеризуются двумя видами архитектуры: закрытой и открытой, Закрытая архитектура характеризуется отсутствием линий магистралей данных и адреса на внешних выводах корпуса МК, т.е.внешнее наращивание памяти программ, данных и портов не предполагается.

Режимы работы периферийных модулей контроллера настраиваются программно посредством регистров специальных функций этих модулей (таймеры, КП, АЦП, адаптеры параллельные и последовательные и др.

Режимы работы периферийных модулей современных контроллеров, их конфигурация настраиваются программно посредством загрузки кодов настройки в специальные регистры управления (SFR – special function register ).

Повышение производительности МК в рамках требуемой необходимости ведется в таких направлениях как:

Развитие архитектуры ЦПУ МК, например RISC-архитектура

Повышение тактовой частоты

Специализация команд и периферийных модулей МК

Повышение надежности

Переход на на более низкие уровни напряжения и новые технологии и др.

Широко известными фирмами-производителями МК являются Motorola,Microchip,Philips,Atmel,Simensи,Intel, др. И что очень важно – все это является теперь доступным российским разработчикам систем, примером является присутствие в нашем ВУЗе некоторых из ведущих мировых фирм(Motorola,Philipsи др.) Естественно из-за этого есть и проблемы: что выбрать?

MCS 51 является популярным семейством и ряд фирм выпускают клоны:

Компьютерный дизайн и компьютерное производство произвели революцию в проектировании автомобилей, воздушного и наземного транспорта. Раньше проектировщики машин моделировали прототипы из глины, затем тщательно измеряли модель, чтобы получить штамповочные размеры.

В наше время, создавая модель на компьютере, дизайнеры достигают большей точности в проектировании и в производстве, чем когда-либо прежде. Вместо того чтобы помещать глиняные модели в ветряные туннели, чтобы оценить их аэродинамические характеристики, проектировщики могут подвергнуть модель компьютерному тестированию и удостовериться в ее устойчивости. Точно так же прочность машины может быть проверена без затрат на разрушение автомобиля. Компьютеры могут тестировать машины и на такие факторы, как вибрация, теплопроводность, видимость. Даже внутреннее строение машины может быть спроектировано на компьютере, что позволяет достичь более эффективного дизайна двигателя и пассажирского салона.

Дизайн корпуса

Основная роль в дизайне автомобиля принадлежит компьютеру. Графика предоставляет дизайнерам большую подвижность и точность по сравнению со старыми глиняными моделями.

Компьютеризированный дизайн автодвигателя

Терминал автоматизированного проектирования

Компьютер может вычислить и показать поле видимости с места водителя.

Устойчивость машины, экономия горючего и некоторые другие показатели зависят от того, как воздух обтекает корпус машины во время движения. Линии, обозначающие потоки воздуха справа и внизу, показывают области высокого и низкого давления. Чтобы проанализировать сложные водовороты воздушных потоков, требуется суперкомпьютер .

Части и компоненты

После того как разработан внешний стиль машины, необходимо определить место для внутренних узлов и компонентов. Раньше эта задача осуществлялась при помощи двухмерных чертежей, однако компьютер может тестировать различные устройства, передвигать компоненты и исследовать взаимосвязь между ними в трех измерениях.