Komputery pokładowe w samochodach

Żyjemy w czasach, w których komputery są dosłownie wszędzie. Za chwilę sprawią, że samochody będą jeździć same, czyniąc naszą rzeczywistość jeszcze bardziej „smart”. Ale już teraz najnowsze pojazdy są przesycone najnowszymi technologiami. Jak działają komputery pokładowe w samochodach? Co czeka nas w przyszłości?

Komputery w samochodach coraz lepiej dbają o nasze bezpieczeństwo

Kiedyś budowa samochodu była prosta. Silnik, hamulce, cztery koła, karoseria, kierownica. Dzisiaj w warsztatach znacznie częściej oglądamy specjalistów z komputerami, aniżeli magików z kluczami nastawnymi. To znak naszych czasów, gdyż nowoczesne dzieła motoryzacji są tak zależne od elektroniki, że w przypadku awarii systemu operacyjnego, pojazd jest unieruchomiony. Ma to jednak swoje dobre strony. Od kiedy w samochodach są montowane komputery pokładowe, jazda nimi jest bezpieczniejsza, tańsza, wygodniejsza i mniej szkodliwa dla środowiska. To konieczność, której następnym krokiem będą pojazdy w pełni autonomiczne.

Komputer na kołach

Już choćby podstawowy system elektroniczny w samochodzie wymaga obecności komputera pokładowego, który będzie pilnował poprawności jego działania. Komputer pokładowy skrywa się najczęściej w niewielkiej skrzyneczce i zawiera wszystko to, co niezbędne do prawidłowego działania: procesor, pamięć i software. Wszystko to dba o utrzymanie właściwej temperatury wewnątrz pojazdu, o uruchomienie odpowiednich systemów w chwili zagrożenia czy o odtwarzanie muzyki podczas jazdy.

Komputery pojawiły się w samochodach już jakiś czas temu, bo pod koniec lat 80. ubiegłego wieku. Przyczyna była błaha i wcale niezwiązana z chęcią poszerzenia horyzontów, a z koniecznością ograniczenia emisji spalin. Wartości graniczne ustanowione w USA i Europie okazały się być szczytem nieosiągalnym dla tradycyjnych samochodów z tamtych czasów. W konsekwencji stworzono systemy wtryskowe z katalizatorem, których poprawne działanie koordynował mały komputer. Najpierw trafiły one do samochodów klasy średniej i wyższej, a dopiero potem do tych mniejszych, tańszych. Komputery w samochodach chwyciły i coraz bardziej zaawansowane systemy zaczęły podbijać motoryzację. Stosunkowo szybko powstał ABS, ESP i inne im podobne.

Od tego czasu komputery pokładowe są powszechnie wykorzystywane w pojazdach. Specjaliści wyróżniają trzy główne obszary, w których mogą się pojawiać:

• Napęd. Niemal we wszystkich nowoczesnych samochodach osobowych, to komputer steruje podstawowymi funkcjami silnika – zapłonem, wtryskiem paliwa i turbodoładowaniem. Dzięki nowoczesnym czujnikom, komputer zbiera informacje o składzie spalin, ilości zasysanego powietrza, obrotach, a na tej podstawie jest wybierany optymalny moment zapłonu. Co więcej, to komputer pokładowy steruje automatyczną skrzynią biegów. Dzięki temu obciążenie części mechanicznych jest mniejsze, a zmiana biegów znacznie płynniejsza.

• Komfort. Komputery pokładowe dbają o nasze dobre samopoczucie podczas jazdy. Bez układów scalonych nie działałby wbudowany system nawigacji, tempomat, asystent parkowania czy klimatyzacja. Bez nich dałoby się jeździć, ale byłoby to niezwykle trudne.

• Bezpieczeństwo. Komputery pokładowe chronią nasze zdrowie i życie. Ich działanie bez układów elektronicznych jest praktycznie niemożliwe, bo systemy takie jak ABS czy ESP analizują więcej czynników, niż zerojedynkowe „tak-nie”. Gdy wydarzy się wypadek, w ciągu kilku milisekund zostaną aktywowane poduszki powietrzne, chroniąc przed potencjalnie śmiertelnymi obrażeniami. Warto wspomnieć o systemie ASR, asystencie hamowania i napinaczach placów, których działanie niejednokrotnie jest w stanie ocalić życie.

Po co to wszystko?

Nowoczesne samochody wyższej klasy mają ok. 70 systemów elektronicznych wspomagających jazdę. Każdy z nich ma określony zakres funkcji i sytuacji, w których musi zareagować. Prawdopodobnie najbardziej newralgiczny jest system poduszek powietrznych, bo to on – zbierając dane z akcelerometrów – w czasie jednej milisekundy musi zadecydować, którą poduszkę i z jaką siłą otworzyć. Na szali bezbłędności tego systemu leży życie pasażerów. Warto podkreślić, że aktywacją poduszek powietrznych nie zajmuje się centralny komputer pokładowy, bo zajęłoby mu to za dużo czasu.

Mimo, iż wszystkie urządzenia sterujące w samochodzie są osobnymi komputerami, są połączone ze sobą w podobny sposób, jak te w Sieci – w motoryzacji określa się to mianem magistrali. Większość europejskich pojazdów korzysta z magistrali CAN (Controller Area Network), której pierwotna wersja została zaprezentowana w 1987 r. przez firmę Bosch i Intela. Magistrala CAN scala urządzenia sterujące pracą silnika, hamulcami i klimatyzacją, ale sprawdza się także przy wyszukiwaniu błędów.

Samochody przyszłości same zahamują przed przechodniami

Oczywiście, systemy elektroniczne montowane w samochodach muszą być odporne na niekorzystne warunki środowiskowe – wstrząsy, dużą wilgotność i wahania temperatury z przedziału -40 do +80 st. Celsjusza. Dzięki usprawnieniu procesów technologicznych, układy sterujące są sprawne przeważnie przez średni czas życia samochodu, czyli 10-15 lat. Może wydawać się to nieprawdopodobne, ale ich awarie są wyjątkowo rzadkie. Według statystyk firmy Bosch producenci oczekują, że w ciągu 15 lat użytkowania z miliona sterowników uszkodzeniom ulegnie maksymalnie 10 z nich. Nie są to liczby wyssane z palca, bo układy elektroniczne w samochodach cały czas kontrolują siebie nawzajem.

Jakiś czas temu świat obiegły informacje, zgodnie z którymi można dokonać zdalnego ataku na przepełniony elektroniką samochód, bezprzewodowo wyłączając jego podstawowe funkcje – silnik i hamulce. Zespół naukowców z Uniwersytetu w San Diego pokazał, że faktycznie jest to możliwe, choć wymaga wcześniejszego wprowadzenia do pojazdu szkodliwego oprogramowania drogą bezpośrednią, np. podczas diagnostyki i przy włączonym zapłonie. Stosowanie tego typu technik wymaga jednak dużo zachodu, a zwykli przestępcy najczęściej nie mają możliwości ich wykorzystania. Warto jednak pamiętać, jak niebezpieczne mogą być sterowane radiowo centralne zamki. Za pomocą niewielkiego nadajnika złodzieje mogą zakłócić sygnał radiowy i gdy wydaje nam się, że samochód zostawiamy zamknięty, zostawiamy go dostępnego dla przestępców.

Warto pamiętać, że podobnie jak wszelkie nowoczesne urządzenia elektroniczne, także systemy komputerowe w samochodach mogą się mylić. Dowodem może być poniższy materiał wideo, na którym układ automatycznego hamowania na oficjalnej prezentacji Volvo S60 odmówił posłuszeństwa:

Era samochodów trzyrdzeniowych

Nie ulega wątpliwości, że samochody wyposażone w zaawansowane komputery pokładowe to przyszłość motoryzacji. Już dzisiaj wiele z nich może połączyć się z Internetem lub nawigacją, informując kierowcę na bieżąco o korkach czy incydentach drogowych. W niedalekiej przyszłości stopień integracji systemów komputerowych z pojazdami będzie jeszcze większy, a ogromne zasługi mieć w tym będą firmy głównie kojarzone z segmentem elektroniki, z Intelem i Nvidią na czele.

Duży apetyt na udział w rynku motoryzacyjnym ma Nvidia, których jednostki Tegra pasują praktycznie do każdego typu zastosowań, także w samochodach. Opracowanie referencyjnych rozwiązań dla motoryzacji zdejmuje z producentów samochodów konieczność tworzenia własnych komputerów i programów od podstaw, co oczywiście obniża koszty. Jeżeli Nvidia i Intel nadal będą dynamicznie rozwijać się na polu technologii, to możemy oczekiwać, że za 10 lat wszystkie nowe samochody będą przepełnione procesorami i różnego typu sensorami.

Na targach CES 2015 Nvidia dała pokaz tego, co niebawem może nas czekać w świecie motoryzacji. Projekty Drive CX i Drive PX to referencyjne rozwiązania dla samochodów oparte na procesorze Nvidia Tegra X1. Drive CX odpowiada za integrację działania wszystkich wyświetlaczy, multimediów i systemów usprawniających kierowanie pojazdem, natomiast Drive PX to komputer typu autopilot. Drive PX wspomaga działanie systemów pracujących niezależnie od woli kierowcy – coś jak autonomiczny układ nerwowy w naszym organizmie.

Możliwości systemów Drive CX i PX są ogromne. Ten pierwszy jest w stanie wyświetlać aż 16,6 Mpix na wszystkich ekranach w samochodzie i tworzyć zaawansowane wizualizacje pozwalające na tworzenie niezwykłych prędkościomierzy. System Drive CX jest wyposażony w jeden chip Tegra X1, podczas gdy Drive PX jest układem dwurdzeniowym. W praktyce oznacza to, że samochody wyposażone w najnowsze technologie Nvidii będzie można nazywać trzyrdzeniowymi.

Wszystko to ma na celu jedno – stworzenie superbezpiecznych samochodów, w których komputery będą czuwały nad wszystkim, a my po prostu będziemy cieszyć się z jazdy. Ciekawe tylko, czy ta wizja przyszłości zdąży się ziścić zanim na drogach zostaną same autonomiczne samochody.