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.
СОВРЕМЕННЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В АВТОМОБИЛЬНОЙ СФЕРЕ
В наше время мы уже не можем представить свою жизнь без информационных технологий. Они прочно вошли в нашу жизнь. Их используют в самых разных сферах деятельности, в том числе и в автомобилестроении. Представить себе современную автомобилестроительную отрасль без многочисленных компьютерных инноваций практически невозможно. Еще недавно считавшийся роскошью бортовой компьютер, сейчас считается такой же важной частью, как двигатель или шосси.
Автомобили уже давно могут тормозить и разгоняться без участия человека, а также определять расстояние до объектов и определять свое местоположение. В транспортных средствах устанавливают различные системы помощи для водителя, такие как радар, камеры, ультразвук, системы GPS и т.д. Они успешно нашли свое применение.
Но что нам ожидать в ближайшие годы? Как будет развиваться автомобильная сфера и какие инновации сейчас применяются и будут применяться в будущем?
Интернет и автомобиль
Автомобиль все больше взаимодействует с интернетом. Некоторые считают, что такая связь будет еще сильнее влиять на безопасность на дороге, в частности, повысится отвлекающий фактор водителя. Но так же есть некоторые преимущества. Можно ожидать таких услуг, как напоминание об обслуживании автомобилей с разнообразным информационным сопровождением, возможность автоматической записи и направление в ближайший сервисный центр, а также для развлечений.
Синхронизация с устройствами
Кроме доступа в интернет, автомобили имеют возможность более тесное взаимодействие с компьютерами и мобильными устройствами. Сейчас никого не удивишь наличием USB-порта в автомобиле. Можно будет дистанционно обновлять программное обеспечение разных систем в автомобиле, не пользуясь услугами специалистов, а также, при появлении неисправности в автомобиле, дилер сможет дистанционно найти причину неисправности и указать пути решения проблемы, или же исправить поломку, если сбой был в компьютерной системе.
Голографический информационный дисплей
Его задача выводить информацию непосредственно на лобовое стекло. На данный момент существуют модели, способные выводить информацию о скорости, направление движения и другую. Такая система будет весьма полезна при неблагоприятных погодных условиях, например в дождь.
Взаимодействие вашего автомобиля с инфраструктурой
Скоро все автомобили будут связаны между собой и дорожной структурой в единое целое. Идея сделать возможным взаимодействие вашего автомобиля с инфраструктурой города, например с веб-камерами на перекрестках, дорожными знаками и светофорами. Зная о загруженности улиц или о дорожных условиях водитель сможет изменить маршрут движения, экономя время и средства. Машина сможет даже зарезервировать место для парковки. Если автомобиль попал в аварию, он сможет сообщить об этом окружающим машинам, и водитель сможет вовремя сбавить скорость и будет более внимателен.
Мониторинг движения или «Мертвые зоны»
Не менее полезная технология, которая может повысить безопасность на дороге, - это мониторинг так называемых «мертвых зон» и система предупреждения дорожной разметки. Система будет предупреждать водителя если он начнет перестраиваться на другую полосу без поворотника, а также будет воспрепятствовать перестроению, если полоса будет занята другим автомобилем. Система пересечения дорожной разметки будет использовать маленькие камеры, которые будут считывать разметку на дороге, и если водитель пересек ее, без включения поворотника, система подает световой или звуковой сигнал. Например, в Infiniti применяется автоматическое торможение с одной из сторон автомобиля, чтобы предотвратить выезд автомобиля из полосы движения.
Парковка
Некоторые автопроизводители уже сейчас устанавливают автоматизированные системы помощи при парковке. Работает система следующим образом: с помощью радара автомобиль определяет, хватит ли ему места, чтобы припарковаться. Потом помогает водителю выбрать правильный угол поворота руля и практически сам ставит автомобиль на парковочное место. Такая система крайне полезна начинающим водителям
Отслеживание состояния водителя
Не менее полезна в автомобиле система слежения, которая будет распознавать признаки усталости в поведении водителя на дороге и предупреждать о необходимости отдохнуть. В автомобилях Volvo присутствует похожая система, только работает иначе. Система оценивает движение автомобиля на дороге, а не поведение водителя. Если происходит что-то не так, система оповещает водителя.
Камеры ночного видения
В автомобилях могут использоваться камеры ночного видения. Их использование может снизить случаи ДТП в ночное время суток. Система будет помогать водителю увидеть в темное время суток дорожную разметку, знаки, а также пешеходов и животных. В BMW применяется инфракрасная камера, которая показывает изображение на экране в черно-белом формате. Камера распознает объекты на расстоянии до 300 метров. А компания Toyota работает над улучшением систем ночного видения, чтобы водитель мог чувствовать себя более уверенно в ночное время суток. Был представлен прототип камеры, действия которой основаны на алгоритмах и принципах построения изображения, которые были открыты в ходе изучения функционирования глаз ночных жуков, пчел и моли, которые видят в более широком диапазоне цветов, а также улавливать свет в ночное время. Такой цифровой алгоритм обработки изображения будет захватывать качественные кадры в условиях плохой видимости и на большой скорости движения автомобиля. Также камера может адаптироваться под изменяющиеся условия освещенности.
Есть возможность удаленно замедлять транспорт, мешая угонщикам скрыться от полиции при погоне. Теперь появилась новая возможность, которая поможет вернуть украденные машины за короткое время. Эта технология называется Remote Ignition Block - удаленная блокировка зажигания. У оператора OnStar есть возможность послать сигнал компьютеру в угнанной машине, который вызовет блокировку системы зажигания, не позволив перезапустить ее. Эта технология позволит не только вернуть украденные автомобили их владельцам, но и предотвратить опасные погони.
Гибридные автомобили
В последнее время многие автопроизводители пытаются достичь большей эффективности от силовых агрегатов, делая ставку на новые виды топлива и двигатели, пытаясь снизить расход топлива и увеличить показатели пробега на одном заряде или заправке. Сегодня выпускается достаточно много электрокаров, и практически каждый автопроизводитель имеет в своем портфолио гибридный автомобиль. С каждым годом их будет становиться все больше.
Так как электрокаров становится только больше, встает вопрос об их быстрой и беспроблемной перезарядке. Одно из решений – это индукционные зарядные устройства. Технология уже активно используется на мелких устройствах, таких как плееры и мобильные телефоны. Такие зарядные устройства можно встроить в места для паркинга в больших магазинах.
На сегодняшний день информационные технологии стремительно развиваются в самых различных сферах, в том числе и в автомобильной. Они, несомненно, очень важны и полезны для любого автолюбителя. Информационные технологии помогают водителю в управлении автомобилем, оповещают о его состоянии, помогают принимать решения, играют важную роль в безопасности самого водителя и окружающих С их помощью водитель чувствует себя более комфортно и спокойно на дороге, а значит, он более внимателен на ней.
В данной статье я рассмотрел далеко не все нововведения в автомобильной отрасли. С каждым годом они становятся все более совершенными. Возможно в недалеком будущем электроника заменит все механические части автомобиля и он сможет обходиться без водителя вовсе.
Современная автомобильная промышленность не стоит на месте и постоянно предлагает потребителям новейшие технологии в машинах. Это не только более комфортный дизайн и лучшие запчасти, но и всевозможные системы, позволяющие спланировать маршрут и облегчающие процесс вождения.
Вождение в плохую погоду или темное время суток всегда проблематично. Именно поэтому исследователи решили придумать так называемые «умные» фары. Их уже устанавливают на дорогие модели автомобилей, а скоро этот процесс приобретет более массовое явление.
Компания Форд планирует использовать на новых машинах адаптивные фары. Они учитывают скорость движения и углы поворотов, способны к изменению интенсивности и направления светового потока, отслеживанию попутных и встречных транспортных средств.
Их использование способно существенно снизить число аварий на дорогах, так как подобные фары препятствуют ослеплению других участников дорожного движения.
В Тойоте решили сократить объемы используемых редкоземельных металлов и изготовить электрические моторы по новым технологиям. При их производстве не используются диспрозий и тербий, а количество неодима уменьшено в два раза. В качестве замены разработчики предложили другие варианты ─ церий и лантан. Цена таких металлов гораздо ниже, что значительно экономит финансовые затраты.
Дополненная реальность
В ближайшем будущем появятся очки Google Glass. Они будут отображать всевозможную информацию об автомобиле, и выполнять следующие функции:
- определение положения машины на карте;
- открытие и закрытие люка;
- контроль климата в салоне;
- блокировка и разблокировка дверей;
- включение и отключение сигнализации;
- контроль за зарядом аккумуляторов.
Volkswagen уже разработали интерфейс Marta. Он поможет пользователям ремонтировать автомобили самостоятельно. Электроника отслеживает взгляд мастера и дает подсказки относительно расположения нужных инструментов или запчастей.
К новейшим технологиям в автомобилестроении относятся кузовные панели, способные накапливать энергию намного быстрее, нежели стандартные батареи. Они позволяют поменять тяжелые и громоздкие аккумуляторы на тонкие и легкие. Для их изготовления понадобится использовать полимерное углеводное волокно и смолы. Пополнение запасов энергии производится включением в розетку, альтернативный способ ─ использование системы рекуперации энергии тормозов. Причем времени для зарядки такой батареи требуется намного меньше, чем для стандартного аккумулятора. Новый материал имеет очевидные преимущества: прочность и легко изменяемую форму. Также, одно из достоинств подобных панелей ─ существенное снижение веса машины. Разработки данной технологии активно идут в компании Volvo.
У компании Mercedes-Benz уже с 2011 года выпускаются автомобили со специальным устройством Attention Assist. Оно разработано для того, чтобы отследить физические возможности водителя управлять машиной. Если возникает необходимость, то системы подают сигналы о прекращении движения. Здесь не требуется непосредственное участие шофера, либо достаточно его минимального вмешательства.
Проверка осуществляется на основании трех факторов. Вот их перечень:
- фиксация взгляда водителя;
- контроль движения транспортного средства;
- оценка поведения водителя.
Автопилот
Многие автокомпании занимаются производством и тестированием систем автономного управления автомобилем. Еще недавно это казалось фантастикой, но теперь машины с системой автоматического вождения уже реальность. Их работа обеспечивается разнообразными датчиками, которые посылают сообщения о препятствиях на дорогах.
К примеру, новейший Мерседес S-класса способен управлять автомобилем, а при необходимости сбрасывать скорость и останавливаться.
Но не только автомобильные концерны разрабатывают «беспилотники». Компания Google тоже создала систему, которая позволяет транспортному средству передвигаться самостоятельно. При этом используются камеры наблюдения, навигационные карты и данные радаров.
В ближайший год в странах Евросоюза планируется оснащения автомобилей системами e-Call. Они разработаны специально для того, чтобы оповещать о дорожно-транспортных происшествиях. При аварии устройство срабатывает и посылает в кризисный центр информацию о месте ДТП, виде используемого топлива и количестве пассажиров.
Согласно статистическим данным, водители регулярно проверяют давление в шинах своих автомобилей. Оно должно соответствовать определенным нормам. Если колеса не накачаны должным образом, то это является прямой угрозой безопасности. Кроме того, расход топлива автоматически увеличивается.
Компания Bridgestone легко решила эту проблему созданием концептуальных безвоздушных шин. Пока их массовое производство еще не налажено, но это в планах на ближайшие пять лет. Такие шины содержат микросетку из жесткой резины вместо воздуха. Последняя обладает способностью сохранять изначальную форму даже при экстремальной нагрузке. Именно поэтому, машина сможет продолжать движение даже при проколе колеса без угрозы для жизни.
Безвоздушные шины будут более экологичными, нежели их предшественники из традиционной резины.
Одна из новых технологий в автомобильной промышленности – это автоматическая парковка автомобиля. Она способна на порядок упростить жизнь водителей в крупных городах. Пока такие новинки устанавливают лишь на дорогие автомобили в топовых комплектациях. Электронные системы способны определить вписывается ли машина по габаритам, рассчитать скорость передвижения и оптимальный угол поворота колес.
У водителя всегда есть возможность остановить автоматическую парковку, если ему что-то не нравится, и поставить машину самому.
От автомобилей будущего можно ждать еще больше различных функций, способных оказать водителям помощь в дороге и на парковке. Инновации однозначно будут развивать в сторону мощности и сверхэкономичности.
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
Коммерческие : 0 … + 70 0 С;
Расширенные : -40 … +85 0 С;
Военные : -55 … +155 0 С;
Низкая стоимость;
Высокая надежность;
Высокая степень миниатюризации;
Малое энергопотребление;
Работоспособность в различных температурных диапазонах в зависимости от применения:
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:
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