Сядьте на місце водія. Візьміться за кермо-джойстик. Натисніть його вперед — і ви поїдете. Нахиліть його вліво або вправо – і ви повернете. Різко натисніть на педаль акселератора – і ви почнете розганятися, поки не дійдете світлофора, де загальмувати до повної зупинки.
Звучить як гоночний симулятор? Ні. Це майбутнє автосалонів.
Йдеться про системи drive-by-wire (управління проводами). Їх також можуть називати x-by-wire або просто by-wire. Ці системи замінюють традиційні механічні та гідравлічні компоненти автомобіля електронікою. Замість металевих тяг та тиску рідини управління беруть на себе комп’ютери та датчики. Вони відповідають за прискорення, гальмування та кермо.
Звичайні автомобілі побудовані за принципами фізики, перевірених десятиліттями. Вони працюють. Але вони складні. Вони зношуються. Вони неефективні. Drive-by-wire обіцяє усунути цю громіздкість.
Любителі авіації вже бачили це раніше. Літаки використовують систему fly-by-wire (керування польотом по проводах) з 1990-х років. Електричні сигнали замінюють троси. Це безпечніше. Це точніше. Наразі автовиробники переносять цю логіку на дороги.
Ціль — не просто новизна. Це комфорт. Функціональність. Безпека. Комп’ютери зчитують ваші наміри та виконують їх з точністю, недоступною людині. Є й екологічний аспект. Найкращий контроль означає кращу витрату палива. Найменше шкідливих викидів.
Але як це насправді працює? І чи безпечно це? Давайте розглянемо типи систем drive-by-wire, які починають з’являтися в сучасних автомобілях.
Середній автомобіль є заплутаним клубком з гідравлічної рідини, сталевих тросів і механічних зв’язків. Тут є підсилювач гальм, головний гальмівний циліндр, рульова колонка, вал, рейковий механізм та багато інших деталей, що борються за простір. Вони працюють разом, щоб забезпечити плавність ходу. Але вони також додають мертву вагу. І згодом вони зношуються.
Drive-by-wire змінює правила гри. Він усуває цей клубок. Більшість фізичних з’єднань замінюються електричними проводами та пакетами даних.
Як насправді працюють системи x-by-wire
У будь-якій системі x-by-wire основна робота виконується датчиками. Вони фіксують вхідні дані. Потім вони передають ці дані комп’ютеру або серії комп’ютерів. Комп’ютер перетворює цей цифровий сигнал на електричну енергію. Нарешті, виконавчі механізми перетворять цю енергію у механічне рух.
Це не одна розробка. Це сімейство технологій. Звідси й термін “x-by-wire”. Ось як працюють три основні гілки.
Throttle-by-wire (Управління дросельною заслінкою по дротах)
Accelerate-by-wire (управління прискоренням проводів) був піонером. Він уже багато років використовується у серійних автомобілях. Система замінює фізичний трос, що з’єднує ногу з двигуном, на масив датчиків.
Натисніть на педаль. Датчики вимірюють усунення. Дані передаються до системи керування двигуном (EMS). EMS – це комп’ютер. Він розраховує вимоги до палива. Він надсилає команду виконавчому механізму. Виконавчий механізм переміщає дросельну заслінку.
Сама педаль не обов’язково має виглядати як традиційний важіль. Це може бути простий майданчик поруч із підлогою. Або це може бути джойстик.
Brake-by-wire (Управління гальмами по проводах)
Гальмування теж стає складнішим. Тут є два різні шляхи.
- Гідравлічні (мокрі) гальма по проводах: Зберігається гідравлічна рідина, але додається електронне регулювання тиску. Це гібридний підхід.
- Електричні (сухі) гальма по дротах: Без рідини. Без головного гальмівного циліндра. Тільки електричний двигун, що притискає супорти.
Суха система чистіша. Вона заощаджує місце. Але вона вимагає величезної надмірності, щоб гарантувати зупинку, коли це потрібно.
Steer-by-wire (Управління керуванням по дротах)
Керування – це святий Грааль технологій x-by-wire. Датчики виявляють кут повороту кермового колеса. Вони передають цей вектор мікропроцесору. Процесор відправляє команди виконавчих механізмів на осях.
Колеса повертаються. Немає механічної колонки, що з’єднує кермо з передніми шинами. Ви можете спроектувати кабіну з кермовим колесом типу “йок” (yoke). Або екраном. Або взагалі без нічого.
“Педаль може бути такий самий, до якого водії звикли використовувати сьогодні, легкодоступним майданчиком… або він може бути інтегрований в джойстик або контролер, схожий на ігровий.”
Саме у цьому останньому пункті стає цікаво. Якщо акселератор – це ручний контролер, ви використовуєте руки для прискорення, гальмування та рулювання. Планування кабіни змінюється. Змінюється досвід водіння.
Це звучить ефективно. Це звучить як майбутнє.
Але ефективність – не єдиний критерій. Важливими є надійність. І безпека. І психологічний комфорт від знання того, що фізичне повертання керма переміщує шини.
Далі ми розглянемо переваги. І недоліки.
Технологія Drive-by-Wire не є просто теоретичною концепцією. Це реальне зрушення від механічних зв’язків до електронного управління. Привабливість очевидна. Замініть фізичні троси акселератора та гідравлічні лінії на датчики та виконавчі механізми. Ви скорочуєте кількість рухомих частин. Ви знижуєте вагу. Ви отримуєте точність.
«Менша вага та краща точність також означали б кращу паливну економічність та зниження викидів».
Йдеться не лише про економію грамів на спорядженій масі. Йдеться про операційну точність. Менше механічних компонентів менше зносу. Інтервали обслуговування збільшуються. Деякі системи взагалі можуть вимагати обслуговування. Для ентузіаста ідея автомобіля, який довше залишається більш надійним та чистим у роботі, приваблива.
Але використання йде вкрай повільно. Чому?
Розрив у довірі до безпеки
Ветерани авіаційної галузі добре знайомі із технологією Fly-by-Wire. Вона є стандартом уже кілька десятиліть. З автомобілями справа інакша. Основна перешкода – не інженерна. Це психологія. Виробники важко переконують водіїв у безпеці електронних систем.
Системи Drive-by-Wire покладаються на складне програмне забезпечення. Програмне забезпечення може дати збій. Завжди давало. Завжди даватиме.
Розглянемо систему гальмування Brake-by-Wire. У найгіршому випадку датчик неправильно розраховує тиск. Гальмівні супорти та колодки прикладають неправильне зусилля до ротора. Занадто слабке. Або надто сильне. Водій натискає на педаль, чекаючи на певний відгук. Автомобіль видає щось інше. Відбувається аварія. Водій не усвідомлює внутрішньої помилки логіки доти, доки не стане надто пізно.
Це не параноя. Це обґрунтоване побоювання. Будь-яка система, яка використовує програмне забезпечення, має внутрішню вразливість. Тестування виявляє помилки. Воно не усуває можливості відмови.
Хто вже використовує цю технологію?
Незважаючи на страхи, технологія вже існує. Декілька великих автовиробників інтегрували системи Drive-by-Wire у свої модельні ряди.
- BMW
- Mercedes-Benz
- Land Rover
- Toyota
- GM
- Volkswagen
- Nissan
Це не експериментальні прототипи. Це – серійні автомобілі. Промисловість рухається вперед. Але темп диктується комфортом споживачів, а не лише технічними можливостями.
Відповідальність програмістів
Критики вказують на просту істину: програмне забезпечення настільки ж надійне, наскільки хороші програмісти та виробники, що його створили. Якщо код flawed (містить дефекти), апаратне забезпечення виходить із ладу. Якщо датчики зміщені, виконавчі механізми неправильно реагують.
Fly-by-Wire спрацювала в літаках, тому що ставки були вищими, тестування суворішим, а резервування — надійнішим. Автовиробники тепер використовують той же рівень ретельності до систем Drive-by-Wire в автомобілях. Досвід та тестування продукції скорочують розрив у надійності.
Питання не в тому, чи стане Drive-by-Wire стандартом. Питання, скільки часу потрібно, щоб споживачі повністю довірилися цій технології.
Статті по темі
- 5 способів покращення гібридних акумуляторних батарей
- Як працює система допомоги при гальмуванні
- Як працюють гальма
- Як працюють гальмівні колодки
- Як працюють гальмівні супорти
- Як працюють гальмівні диски
Джерела
- Burgin, Richard та Will Valdez. “Death-By-Wire.” Software Engineering Ethics Research Institute. 2002. (April 15, 2009) http://seeri.etsu.edu/SECodeCases/ethicsC/DeathByWire.htm
- CNET Glossary. “Drive-by-wire.” (April 14, 2009) http://reviews.cnet.com/4528-6029_7-6211213-1.html
- Cobra Automotive Accessories. “Explanation of Drive-By-Wire.” (April 13, 2009) http://www.cobracaralarms.com.au/cruise-controls/drive-by-wire
- Dorissen, Hans Theo та Klaus Durkopp. “Mechatronics and drive-by-wire systems advanced non-contacting position sensors.” Automotive Electronics. July 16, 2002. (April 18, 2009) http://www.sciencedirect.com/science?_ob=ArticleURL&_udi=B6V2H-475RD8-2&_user=10&_rdoc=1&_fmt=&_orig=sea rch&_sort=d&view=c&_acct=C000050222&_version=1&_urlVersion=0&_userid=2&md5=3d3d96969d915d9131f6508cb2c2b
- Eisenstein, Paul A. “GM Hy-Wire Drive-By-Wire Hybrid Fuel Cell Vehicle.” Popular Mechanics. August 2002. (April 15, 2009) http://www.popularmechanics.com/automotive/new_cars/1266806.html
- Krebs, Michelle. “Your Car, 2022.” Popular Science. April 7, 2002. (April 15, 2009) http://www.popsci.com/cars/article/2002-04/your-car-2022
- Quinion, Michael. “Drive-By-Wire.” World Wide Words. Дек. 6, 2003. (April 13, 2009) http://www.worldwidewords.org/turnsofphrase/tp-dri1.htm
