Usiądź na miejscu kierowcy. Chwyć kierownicę z joystickiem. Popchnij go do przodu, a pojedziesz. Przechyl go w lewo lub w prawo i obróć się. Naciśnij mocno pedał przyspieszenia, a zaczniesz przyspieszać, aż dojedziesz do sygnalizacji świetlnej, gdzie zahamujesz aż do całkowitego zatrzymania.
Brzmi jak symulator wyścigów? Nie. To jest przyszłość salonów samochodowych.
Mówimy o systemach drive-by-wire (sterowanie przewodowe). Można je również nazwać „x-by-wire” lub po prostu „by-wire”. Systemy te zastępują tradycyjne elementy mechaniczne i hydrauliczne pojazdu elektroniką. Zamiast metalowych prętów i ciśnienia płynu kontrolę przejmują komputery i czujniki. Odpowiadają za przyspieszanie, hamowanie i kierowanie.
Konwencjonalne samochody budowane są w oparciu o zasady fizyki sprawdzone od dziesięcioleci. Oni pracują. Ale są one złożone. Zużywają się. Są nieskuteczne. Drive-by-wire obiecuje wyeliminować tę nieporęczność.
Fani lotnictwa widzieli to już wcześniej. Samoloty korzystają z systemów typu fly-by-wire od lat 90. XX wieku. Sygnały elektryczne zastępują kable. To bezpieczniejsze. To jest dokładniejsze. Teraz producenci samochodów przenoszą tę logikę na drogi.
Celem nie jest tylko nowość. To jest komfort. Funkcjonalność. Bezpieczeństwo. Komputery odczytują Twoje intencje i realizują je z dokładnością nieporównywalną z człowiekiem. Jest jeszcze aspekt środowiskowy. Lepsza kontrola oznacza mniejsze zużycie paliwa. Mniej szkodliwych emisji.
Ale jak to właściwie działa? Czy jest to bezpieczne? Przyjrzyjmy się rodzajom systemów drive-by-wire, które zaczynają pojawiać się w nowoczesnych samochodach.
Przeciętny samochód to splątana plątanina płynu hydraulicznego, stalowych linek i połączeń mechanicznych. Jest tam wzmacniacz hamulca, główny cylinder hamulcowy, kolumna kierownicy, wał, zębatka i zębnik oraz mnóstwo innych części walczących o przestrzeń. Współpracują ze sobą, aby zapewnić płynną jazdę. Ale dodają też ciężaru własnego. I z czasem się zużywają.
Drive-by-wire zmienia zasady gry. Eliminuje tę plątaninę. Większość połączeń fizycznych zastępuje się przewodami elektrycznymi i pakietami danych.
Jak faktycznie działają systemy x-by-wire
W każdym systemie x-by-wire główną pracę wykonują czujniki. Przechwytują dane wejściowe. Następnie przesyłają te dane do komputera lub serii komputerów. Komputer przetwarza ten sygnał cyfrowy na energię elektryczną. Wreszcie siłowniki przekształcają tę energię z powrotem w ruch mechaniczny.
To nie jest tylko jedna technologia. To rodzina technologii. Stąd termin „x-by-wire”. Oto jak działają trzy główne gałęzie.
Przepustnica przewodowa
Rozwiązanie Accelerate-by-wire było pionierem. Stosowany jest w samochodach produkcyjnych od wielu lat. System zastępuje fizyczny kabel łączący stopę z silnikiem szeregiem czujników.
Wejdź na pedał. Czujniki mierzą przemieszczenie. Dane są przesyłane do systemu zarządzania silnikiem (EMS). EMS to komputer. Oblicza zapotrzebowanie na paliwo. Wysyła polecenie do siłownika. Siłownik porusza przepustnicą.
Sam pedał nie musi wyglądać jak tradycyjna dźwignia. Może to być prosty obszar w pobliżu podłogi. Albo może to być joystick.
Hamulec przewodowy
Hamowanie staje się również trudniejsze. Są tu dwie różne ścieżki.
- Hydrauliczne (mokre) hamulce przewodowe: Zatrzymują płyn hydrauliczny, ale zapewniają elektroniczną kontrolę ciśnienia. Jest to podejście hybrydowe.
- Hamulce elektryczne (suche) przewodowe: Brak płynu. Bez głównego cylindra. Tylko silnik elektryczny dociskający zaciski.
Suchy system jest czystszy. Oszczędza miejsce. Wymaga to jednak ogromnej redundancji, aby zapewnić zatrzymanie w razie potrzeby.
Sterowanie przewodowe
Układ kierowniczy to święty Graal technologii x-by-wire. Czujniki wykrywają kąt obrotu kierownicy. Przesyłają ten wektor do mikroprocesora. Procesor wysyła polecenia do elementów wykonawczych na osiach.
Koła się kręcą. Nie ma mechanicznej kolumny łączącej kierownicę z przednimi oponami. Można zaprojektować kokpit z kierownicą z jarzmem. Albo ekran. Albo w ogóle nic.
„Pedał może być tym samym pedałem, do którego kierowcy są przyzwyczajeni dzisiaj, łatwo dostępnym padem… lub może być zintegrowany z joystickiem lub kontrolerem podobnym do tego do gier.”
W tym ostatnim punkcie sprawy stają się interesujące. Jeśli pedał gazu jest sterowany ręcznie, do przyspieszania, hamowania i kierowania używasz rąk. Układ kabiny się zmienia. Zmieniają się także wrażenia z jazdy.
To brzmi skutecznie. To brzmi jak przyszłość.
Ale wydajność nie jest jedynym kryterium. Niezawodność jest ważna. I bezpieczeństwo. I komfort psychiczny wynikający ze świadomości, że fizyczne kręcenie kierownicą powoduje poruszenie opon.
Przyjrzymy się korzyściom w dalszej części. I wady.
Technologia Drive-by-Wire nie jest już tylko koncepcją teoretyczną. To prawdziwe przejście od połączeń mechanicznych do sterowania elektronicznego. Apel jest oczywisty. Wymień fizyczne kable przyspieszenia i przewody hydrauliczne na czujniki i siłowniki. Zmniejszasz liczbę ruchomych części. Tracisz na wadze. Zyskujesz precyzję.
„Mniejsza masa i większa dokładność oznaczałyby również mniejsze zużycie paliwa i niższą emisję spalin”.
Nie chodzi tylko o oszczędność gramów na masie własnej. Chodzi o precyzję działania. Mniej elementów mechanicznych oznacza mniejsze zużycie. Wydłużają się okresy międzyobsługowe. Niektóre systemy mogą w ogóle nie wymagać konserwacji. Dla entuzjastów pomysł samochodu, który pozostaje bardziej niezawodny i działa dłużej czyściej, jest atrakcyjny.
Ale wdrażanie jest niezwykle powolne. Dlaczego?
Luka w zaufaniu do bezpieczeństwa
Weterani branży lotniczej są dobrze zaznajomieni z technologią Fly-by-Wire. To standard od kilkudziesięciu lat. W przypadku samochodów sytuacja jest inna. Główną przeszkodą nie jest inżynieria. To jest psychologia. Producenci mają trudności z przekonaniem kierowców, że systemy elektroniczne są bezpieczne.
Systemy Drive-by-Wire opierają się na złożonym oprogramowaniu. Oprogramowanie może ulec awarii. Zawsze tak było. Zawsze dam.
Rozważmy układ hamulcowy Brake-by-Wire. W najgorszym przypadku czujnik błędnie obliczy ciśnienie. Zaciski i klocki hamulcowe wywierają niewłaściwą siłę na tarczę. Za słaby. Albo zbyt mocny. Kierowca naciska pedał, oczekując określonej reakcji. Samochód daje coś jeszcze. Dochodzi do wypadku. Kierowca nie zdaje sobie sprawy z wewnętrznego błędu logicznego, dopóki nie jest za późno.
To nie jest paranoja. Jest to uzasadniona obawa. Każdy system korzystający z oprogramowania ma wewnętrzne luki w zabezpieczeniach. Testowanie ujawnia błędy. Nie eliminuje to możliwości awarii.
Kto już korzysta z tej technologii?
Pomimo obaw, technologia już istnieje. Kilku głównych producentów samochodów zintegrowało w swoich ofertach systemy Drive-by-Wire.
- BMW
- Mercedes-Benz
- Land Rover
- Toyota
- GM
- Volkswagena
- Nissana
To nie są eksperymentalne prototypy. Są to samochody produkcyjne. Branża idzie do przodu. Tempo podyktowane jest jednak wygodą konsumentów, a nie tylko możliwościami technicznymi.
Odpowiedzialność programistów
Krytycy wskazują na prostą prawdę: oprogramowanie jest tak niezawodne, jak programiści i producenci, którzy je stworzyli. Jeśli kod jest wadliwy, sprzęt ulegnie awarii. Jeżeli czujniki nie są ustawione prawidłowo, siłowniki reagują nieprawidłowo.
Fly-by-Wire sprawdzało się w samolotach, ponieważ stawka była wyższa, testy bardziej rygorystyczne, a rezerwacje bardziej niezawodne. Producenci samochodów przykładają obecnie taką samą dbałość do systemów Drive-by-Wire w pojazdach. Doświadczenie i testowanie produktów wypełniają lukę w niezawodności.
Pytanie nie brzmi, czy Drive-by-Wire stanie się standardem. Pytanie brzmi, ile czasu zajmie konsumentom pełne zaufanie do tej technologii.
Powiązane artykuły
- 5 sposobów na ulepszenie akumulatorów hybrydowych
- Jak działa asystent hamowania?
- Jak działają hamulce
- Jak działają klocki hamulcowe
- Jak działają zaciski hamulcowe
- Jak działają tarcze hamulcowe
Źródła
- Burgin, Richard i Will Valdez. „Śmierć przez drut”. Instytut Badań nad Etyką Inżynierii Oprogramowania. 2002. (15 kwietnia 2009) http://seeri.etsu.edu/SECodeCases/ethicsC/DeathByWire.htm
- Słowniczek CNET. „Napęd przewodowy”. (14 kwietnia 2009) http://reviews.cnet.com/4528-6029_7-6211213-1.html
- Akcesoria samochodowe Cobra. „Wyjaśnienie funkcji Drive-By-Wire”. (13 kwietnia 2009) http://www.cobracaralarms.com.au/cruise-controls/drive-by-wire
- Dorissen, Hans Theo i Klaus Durkopp. „Mechatronika i systemy drive-by-wire zaawansowane bezkontaktowe czujniki położenia.” Elektronika samochodowa. 16 lipca 2002. (18 kwietnia 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. „Pojazd hybrydowy z ogniwami paliwowymi GM Hy-Wire Drive-By-Wire”. Popularna mechanika. Sierpień 2002. (15 kwietnia 2009) http://www.popularmechanics.com/automotive/new_cars/1266806.html
- Krebsa, Michelle. „Twój samochód, 2022”. Nauka popularna. 7 kwietnia 2002. (15 kwietnia 2009) http://www.popsci.com/cars/article/2002-04/your-car-2022
- Quinion, Michael. „Drive-By-Wire”. Słowa ogólnoświatowe. 6 grudnia 2003. (13 kwietnia 2009) http://www.worldwidewords.org/turnsofphrase/tp-dri1.htm
