Сядьте на водительское место. Возьмитесь за руль-джойстик. Толкните его вперед — и вы поедете. Наклоните его влево или вправо — и вы повернете. Резко нажмите на педаль акселератора — и вы начнете разгоняться, пока не дойдете до светофора, где затормозите до полной остановки.
Звучит как гоночный симулятор? Нет. Это будущее автосалонов.
Речь идет о системах drive-by-wire (управление по проводам). Их также могут называть «x-by-wire» или просто «by-wire». Эти системы заменяют традиционные механические и гидравлические компоненты автомобиля электроникой. Вместо металлических тяг и давления жидкости управление берут на себя компьютеры и датчики. Они отвечают за ускорение, торможение и рулевое управление.
Обычные автомобили построены на принципах физики, проверенных десятилетиями. Они работают. Но они сложны. Они изнашиваются. Они неэффективны. Drive-by-wire обещает устранить эту громоздкость.
Любители авиации уже видели это раньше. Самолеты используют систему «fly-by-wire» (управление полетом по проводам) с 1990-х годов. Электрические сигналы заменяют тросы. Это безопаснее. Это точнее. Теперь автопроизводители переносят эту логику на дороги.
Цель — не просто новизна. Это комфорт. Функциональность. Безопасность. Компьютеры считывают ваши намерения и выполняют их с точностью, недоступной человеку. Есть и экологический аспект. Лучший контроль означает лучший расход топлива. Меньше вредных выбросов.
Но как это на самом деле работает? И безопасно ли это? Давайте рассмотрим типы систем drive-by-wire, которые начинают появляться в современных автомобилях.
Средний автомобиль представляет собой запутанный клубок из гидравлической жидкости, стальных тросов и механических связей. Здесь есть усилитель тормозов, главный тормозной цилиндр, рулевая колонка, вал, реечный механизм и множество других деталей, которые борются за пространство. Они работают вместе, чтобы обеспечить плавность хода. Но они также добавляют мертвый вес. И со временем они изнашиваются.
Drive-by-wire меняет правила игры. Он устраняет этот клубок. Большинство физических соединений заменяются электрическими проводами и пакетами данных.
Как на самом деле работают системы x-by-wire
В любой системе x-by-wire основная работа выполняется датчиками. Они фиксируют входные данные. Затем они передают эти данные компьютеру — или серии компьютеров. Компьютер преобразует этот цифровой сигнал в электрическую энергию. Наконец, исполнительные механизмы преобразуют эту энергию обратно в механическое движение.
Это не одна технология. Это семейство технологий. Отсюда и термин «x-by-wire». Вот как работают три основные ветви.
Throttle-by-wire (Управление дроссельной заслонкой по проводам)
Accelerate-by-wire (управление ускорением по проводам) был пионером. Он уже много лет используется в серийных автомобилях. Система заменяет физический трос, соединяющий вашу ногу с двигателем, на массив датчиков.
Нажмите на педаль. Датчики измеряют смещение. Данные передаются в систему управления двигателем (EMS). EMS — это компьютер. Он рассчитывает требования к топливу. Он отправляет команду исполнительному механизму. Исполнительный механизм перемещает дроссельную заслонку.
Сама педаль не обязательно должна выглядеть как традиционный рычаг. Это может быть простая площадка рядом с полом. Или это может быть джойстик.
Brake-by-wire (Управление тормозами по проводам)
Торможение тоже становится сложнее. Здесь есть два различных пути.
- Гидравлические (мокрые) тормоза по проводам: Сохраняется гидравлическая жидкость, но добавляется электронное регулирование давления. Это гибридный подход.
- Электрические (сухие) тормоза по проводам: Без жидкости. Без главного тормозного цилиндра. Только электрический двигатель, прижимающий суппорты.
Сухая система чище. Она экономит место. Но она требует огромной избыточности, чтобы гарантировать остановку, когда это необходимо.
Steer-by-wire (Управление рулением по проводам)
Руление — это святой Грааль технологий x-by-wire. Датчики обнаруживают угол поворота рулевого колеса. Они передают этот вектор микропроцессору. Процессор отправляет команды исполнительным механизмам на осях.
Колеса поворачиваются. Нет механической колонки, соединяющей рулевое колесо с передними шинами. Вы можете спроектировать кабину с рулевым колесом типа «йок» (yoke). Или экраном. Или вообще без ничего.
«Педаль может быть такой же, к которой водители привыкли использовать сегодня, легкодоступной площадкой… или она может быть интегрирована в джойстик или контроллер, похожий на игровой.»
Именно в этом последнем пункте становится интересно. Если акселератор — это ручной контроллер, вы используете руки для ускорения, торможения и руления. Планировка кабины меняется. Меняется и опыт вождения.
Это звучит эффективно. Это звучит как будущее.
Но эффективность — не единственный критерий. Важны надежность. И безопасность. И психологический комфорт от знания того, что физическое поворачивание руля перемещает шины.
Далее мы рассмотрим преимущества. И недостатки.
Технология Drive-by-Wire больше не является просто теоретической концепцией. Это реальный сдвиг от механических связей к электронному управлению. Привлекательность очевидна. Замените физические тросы акселератора и гидравлические линии на датчики и исполнительные механизмы. Вы сокращаете количество движущихся частей. Вы снижаете вес. Вы получаете точность.
«Меньший вес и лучшая точность также означали бы лучшую топливную экономичность и снижение выбросов».
Речь идет не только об экономии граммов на снаряженной массе. Речь идет об операционной точности. Меньше механических компонентов — меньше износа. Интервалы обслуживания увеличиваются. Некоторые системы вообще могут не требовать обслуживания. Для энтузиаста идея автомобиля, который дольше остается более надежным и чистым в работе, привлекательна.
Но внедрение идет крайне медленно. Почему?
Разрыв в доверии к безопасности
Ветераны авиационной отрасли хорошо знакомы с технологией Fly-by-Wire. Она является стандартом уже несколько десятилетий. С автомобилями дело обстоит иначе. Основная преграда — не инженерная. Это психология. Производители с трудом убеждают водителей в безопасности электронных систем.
Системы Drive-by-Wire полагаются на сложное программное обеспечение. Программное обеспечение может дать сбой. Всегда давало. Всегда будет давать.
Рассмотрим систему торможения Brake-by-Wire. В худшем случае датчик неверно рассчитывает давление. Тормозные суппорты и колодки прикладывают неправильное усилие к ротору. Слишком слабое. Или слишком сильное. Водитель нажимает на педаль, ожидая определенного отклика. Автомобиль выдает нечто другое. Происходит авария. Водитель не осознает внутренней ошибки логики до тех пор, пока не станет слишком поздно.
Это не паранойя. Это обоснованное опасение. Любая система, использующая программное обеспечение, имеет внутреннюю уязвимость. Тестирование выявляет ошибки. Оно не устраняет возможность отказа.
Кто уже использует эту технологию?
Несмотря на страхи, технология уже существует. Несколько крупных автопроизводителей интегрировали системы Drive-by-Wire в свои модельные ряды.
- BMW
- Mercedes-Benz
- Land Rover
- Toyota
- GM
- Volkswagen
- Nissan
Это не экспериментальные прототипы. Это серийные автомобили. Индустрия движется вперед. Но темп диктуется комфортом потребителей, а не только техническими возможностями.
Ответственность программистов
Критики указывают на простую истину: программное обеспечение настолько же надежно, насколько хороши программисты и производители, которые его создали. Если код flawed (содержит дефекты), аппаратное обеспечение выходит из строя. Если датчики смещены, исполнительные механизмы реагируют неверно.
Fly-by-Wire сработала в самолетах, потому что ставки были выше, тестирование более строгим, а резервирование — более надежным. Автопроизводители теперь применяют тот же уровень тщательности к системам Drive-by-Wire в автомобилях. Опыт и тестирование продукции сокращают разрыв в надежности.
Вопрос не в том, станет ли Drive-by-Wire стандартом. Вопрос в том, сколько времени потребуется, чтобы потребители полностью доверились этой технологии.
Статьи по теме
- 5 способов улучшения гибридных аккумуляторных батарей
- Как работает система помощи при торможении
- Как работают тормоза
- Как работают тормозные колодки
- Как работают тормозные суппорты
- Как работают тормозные диски
Источники
- Burgin, Richard and 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 and 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=search&_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. Dec. 6, 2003. (April 13, 2009) http://www.worldwidewords.org/turnsofphrase/tp-dri1.htm
