Komputery w samochodzie

Technika komputerowa jest już od dawna ściśle związana z przemysłem samochodowym. Przy jej pomocy konstruktorzy projektują nowe modele samochodów, symulują zachowanie się aut podczas zderzeń czy też obliczają ich aerodynamikę. Układy obliczeniowe, a ściślej procesory, znajdują też bezpośrednie zastosowanie wewnątrz samych pojazdów – i nie chodzi tu wcale o nawigacyjne systemy GPS.

Technika komputerowa jest już od dawna ściśle związana z przemysłem samochodowym. Przy jej pomocy konstruktorzy projektują nowe modele samochodów, symulują zachowanie się aut podczas zderzeń czy też obliczają ich aerodynamikę. Układy obliczeniowe, a ściślej procesory, znajdują też bezpośrednie zastosowanie wewnątrz samych pojazdów – i nie chodzi tu wcale o nawigacyjne systemy GPS.

Nowoczesne samochody, zwłaszcza te należące do wyższego, luksusowego segmentu rynku wręcz naszpikowane są elektroniką. Do jej zadań należy nie tylko kontrola elementów związanych z śledzeniem kąta wyprzedzenia zapłonu czy monitorowanie temperatury i ciśnienia oleju w silniku, ale sterują one szeregiem interaktywnych podzespołów ułatwiającą kierowcy prowadzenie auta takich jak np. ABS (ang. Anti-Lock Braking System) czy ASR (ang. Acceleration Slip Regulation). Komputer pokładowy informuje również kierowcę o zużyciu paliwa, ilości pozostałej benzyny, przejechanej trasie czy o takich parametrach jak o braku zapięcia pasów, niezapaleniu świateł, a nawet, co coraz częściej się zdarza, o prawidłowym ciśnieniu w oponach.

Komputeryzacja samochodów i systemy kontroli trakcji oraz mikroprocesorowe mechanizmy zapewniające bezpieczeństwo czynne oraz bierne coraz częściej trafiają nie tylko do luksusowych limuzyn, ale spotyka się je już w sporej części tańszych i średniej klasy pojazdów. Praktycznie standardem stało się stosowanie wspomnianych przed chwilą systemów ABS i ASR, elektronicznie sterowanych poduszek powietrznych oraz mniej lub bardziej zaawansowanych komputerów pokładowych. Warto więc przyjrzeć się bliżej, jakie komputerowe systemy znaleźć można we współczesnych samochodach, kiedy zaczęto je stosować, jak się one między sobą komunikują oraz co nas czeka w najbliższej przyszłości.

4-bitowy pecet w BMW

Historia elektroniki samochodowej rozpoczęła się w 1958 roku wraz z zaprojektowaniem wielopunktowego wtrysku paliwa MPI (ang. Multi Point Injection) dla silników z zapłonem iskrowym. System ten, który opracowały wspólnie amerykańskie firmy Chrysler i Bendix, sterował odpowiednim wstrzykiwaniem paliwa przez osobne dla każdego cylindra wtryskiwacze, umieszczone w kolektorze, przed zaworem dolotowym. Wcześniej wszystkie systemy samochodów, w tym systemy wtrysku paliwa, kontrolowane były wyłącznie w sposób mechaniczny bądź elektryczny.

Jednak na prawdziwą cyfrowo-elektroniczną rewolucję przyszło poczekać przeszło 20 lat. Otóż dopiero w 1979 roku firma Bosch opracowała mikroprocesorowy system sterowania samochodów o nazwie Motronic. Znalazł on zastosowanie w samochodach BMW 732 i BMW 633 Csi. Do zadań tego 4-bitowego komputera, składającego się z 290 elementów i ważącego 1,14 kg należało wyłącznie sterowanie układami wtrysku i zapłonu. Z dzisiejszej perspektywy można powiedzieć, że był to pierwszy na świecie system ECU (ang. Engine Control Unit), czyli komputer sterujący i nadzorujący pracę silnika.

Moc obliczeniowa dzisiejszych systemów ECU jest kilkadziesiąt razy większa niż pierwszego Mototronic’a. Dzięki systemowi zestawu czujników (we współczesnych samochodach często ich liczba przekracza sto) komputer ECU zbiera dane o takich parametrach w poszczególnych częściach silnika (zarówno na jego wejściu, jak i na wyjściu – analiza spalin) takich jak, temperatura elementów, gęstość i lepkość oleju, ciśnienie spalanego paliwa, jego wartość energetyczna, zawartość tlenu w mieszance czy dwutlenku i tlenku węgla w spalinach. Dane te są przeliczane i porównywane z informacjami zaszytymi przez producenta w pamięci flash. Na ich podstawie mikrokomputer dobiera optymalne parametry pracy kontrolowanego silnika. Co więcej, wiele nowoczesnych mikroprocesorowych systemów ECU potrafi się sama uczyć, dzięki czemu samochód może w miarę dobrze jeździć nawet na kiepskiej jakości paliwie, takim którego parametrów nie przewidzieli projektujący silnik inżynierowie.

Elektroniczny tuning samochodu

Montowane w samochodach elektroniczne podzespoły sterujące mają fabrycznie zaprogramowane charakterystyki pracy i sposoby zachowania. Dane te umieszczone są w pamięci flash tych układów. Daje to możliwość zmodyfikowania tych informacji. Dzięki temu można na przykład zwiększyć moc silnika czy przyspieszenie samochodu. Istnieje szereg warsztatów zajmujących się tego typu przeróbkami zwanymi elektronicznym tuningiem.

W takim warsztacie przeprogramowuje się odpowiednie układy po to, aby uzyskać pożądane przez klienta cechy. Nie ma jednak nic za darmo. Należy bowiem pamiętać, że jakakolwiek zmiana fabrycznych ustawień z pewnością spowoduje oczekiwany wzrost mocy silnika, ale też przyczyni się do zwiększonego zużycia paliwa. Co gorsza, może też zmienić się skład spalin, które będą się wydobywały z silnika po takiej operacji. Jeżeli nie będzie się on mieścił w obowiązujących normach ochrony środowiska możemy zapłacić mandat lub stracić dowód rejestracyjny samochodu. Należy też pamiętać, że tuningując w ten sposób samochód możemy czasem zaszkodzić silnikowi (w profesjonalnych warsztatach zdarza się to bardzo rzadko), a po „wyżyłowaniu” parametrów jego pracy rosną też wymagania eksploatacyjne. Dotyczy to nie tylko częstszych przeglądów ale również konieczności używania lepszego paliwa i lepszej jakości olejów. W silnikach bez turbodoładowania można bezpiecznie podnieść moc o około 8–10%, dla silników z turbosprężarką zysk mocy bez pogorszenia trwałości silnika może wynosić 20–30%.

Wielordzeniowo, bez Intela i AMD

W silnikach próżno szukać w dużych ilościach układów procesorowych produkowanych przez potentatów rynku komputerowego takich jaki Intel czy AMD. Prym w przemyśle samochodowym wiodą bowiem takie firmy jak STMicroelectronics, Freescale Semiconductor (cześć koncernu Motorola) i Infineon Technologies – są to najwięksi dostawcy układów na rynku motoryzacyjnym. Ich samochodowe układy mikroprocesorowe są z reguły od podstaw zaprojektowanymi własnymi konstrukcjami poszczególnych producentów, ale również od tej reguły spotkać można wyjątki. Dla przykładu nowy układ samochodowego mikrokontrolera Space firm Freescale Semiconductor i STMicroelectronics bazuje na trzyrdzeniowym 32-bitowym procesorze PowerPC. Procesor ten taktowany 200-megahercowym zegarem i produkowany w technologii 90-nm wyposażony został w 3 MB pamięci Flash, 96 KB pamięci SRAM i wykorzystuje magistralę komunikacyjną FlexRay, o której nieco więcej w dalszej części tekstu.

Freescale Space nie jest jedynym na rynku motoryzacyjnym procesorem wielordzeniowy ECU. Również firma Infineon ma w swojej ofercie wielordzeniowe mikrokontrolery do zastosowań w przemyśle samochodowych. Są to dwu-, trzy- i czterordzeniowe układy z rodziny Audo NextGeneration bazujące na opracowanej przez Infineona architekturze TriCore. W zależności od wersji, układy te taktowane są zegarem od 66 do 150 MHz i wyposażone są od 52 do 256 KB pamięci SRAM oraz od 1 do 2 MB pamięci RAM dla programów. Współpracują one z innym niż Freescale Space rodzajem magistrali komunikacyjnej, a mianowicie magistralą CAN. Procesory Audo NextGeneration znalazły zastosowanie m.in. w samochodach z serii Audi TT.

System operacyjny w samochodzie

Od pewnego czasu Microsoft chce zająć miejsce również w przemyśle samochodowym. W zeszłym roku podpisał umowę z firmą Ford dotyczącą wprowadzenia do standardu wyposażenia niektórych modeli samochodów tego producenta systemu operacyjnego Microsoft Sync. Aplikacja ta ma na celu umożliwienie bezpośredniego dostępu do Internetu, zarządzania pocztą elektroniczną, sterowania nawigacją satelitarną, wykonywania rozmów telefonicznych bez potrzeby użycia słuchawki oraz pozwolić ma na bezprzewodowy transfer danych. Pierwsze modele samochodów wyposażonych w system Sync to Ford Focus oraz Five Hundred.

Podobną umowę Microsoft podpisał z południowokoreańskim Hyundaiem. Tutaj jednak integracja systemów samochodowych idzie jeszcze dalej. W 2010 roku mają zostać wprowadzone na rynek kompleksowe systemy samochodowej elektroniki, które mają ułatwić odtwarzanie multimediów oraz wewnętrzną nawigację. Kierowcy przy pomocy głosu będą mogli również sterować częścią urządzeń zainstalowanych w samochodzie - m.in. systemem audio. Hyundai Motor Group planuje zainwestować w całe przedsięwzięcie 166 mln dolarów, Microsoft natomiast przeznaczy 113 mln dolarów.


Zobacz również