Автомобильная электроника

РЕФЕРАТ

по
дисциплине

«Компьютерные
технологии в науке и образовании»

на тему

«Автомобильная
электроника»

Содержание

Введение

Цифровой автомобиль
будущего

Безопасность на дорогах

Беспроводные технологии

Автомобильные мобильные
телефоны

Автомобильная навигация

Система самодиагностики
машин

Интегрированные системы
от Siemens VDO

Список литературы

Введение

Пока различные компании
IT-индустрии думают и гадают, каким же будет облик и суть цифрового дома
будущего, автомобиль, как наиболее привычное место обитания многих жителей
нашей планеты, давным-давно обзавелся цифровым статусом. И дело здесь совсем не
в типичной компьютерной системе управления бортовыми процессами или в цифровых
плеерах и приемниках, которые тоже представляют собой элементы "цифрового
автомобиля". За последние годы электроника шагнула так далеко, что теперь
не редкость автомобили, оснащенные скоростным подключением к Интернету и
цифровому ТВ, оборудованные бортовой системой GPS, аварийного обнаружения и
многими, многими другими компонентами, о применении которых десяток лет назад
могли только мечтать фантасты. В последнее время дело доходит даже до испытаний
автопилотов, позволяющих обеспечить безопасную парковку, и даже об
интеллектуальных бортовых системах, чуть ли не пальцем показывающих, на какой
улице нет пробок и где дешевле заправиться бензином.

В то же время количество
любителей усовершенствовать своего железного коня, оснастить его
собственноручно сделанным компьютером или уникальными электронными
тюнингованными штучками также растет по экспоненте, в полном соответствии с
числом автолюбителей на земном шаре.

Представьте себе, что
ежедневно в мире появляются сотни новых автомобильных аудио-, видеосистем;
навигационных систем устройств связи, наконец, неисчислимое множество
автомобильных аксессуаров и приспособлений. Наконец, не стоит забывать, какое
количество только что изобретенных революционных технологий появляется впервые
именно в составе автомобильной техники, и уж только после этого внедряется в
другие сферы жизнедеятельности человека.

Из этого следует
неожиданный, но вполне логичный вывод: нельзя объять необъятное и охватить все
интересные автомобильные тематики.

Цифровой автомобиль будущего

Любая технология,
перерастая свой детский и юношеский периоды становления, стремится к достижению
"человеческого" уровня взаимодействия с пользователем. Так было,
например, с компьютерами: от тумблеров и перфокарты, отмечавших каждый бита
программы, к клавиатурам, мышкам, сенсорным экранам, пультам ДУ и устройствам
голосового управления; от разноцветных лампочек на пульте, диких взвизгов
динамика до 3-мерных экранов и полной визуализации общения ПК с человеком.

Цифровые автомобили
будущего - по крайней мере, разрабатываемые ныне концепты таких автомобилей,
движутся в направлении развития интеллекта бортовой электроники. Одним из
наиболее интересных событий весенне-летнего сезона 2005 в плане развития
будущего цифровых автомобилей стала представленный компанией Intel в рамках
конференции IDF Spring 2005 концепция разработки технологий, которые позволят
наделить электронные устройства будущего "цифровым интеллектом".
Основная изюминка концепции - в создании технологий, максимально интуитивных,
интеллектуальных, близких человеку:

В рамках Форума Intel для
разработчиков впервые был продемонстрирован мобильный концепт-ПК,
интегрированный во внедорожник Land Rover. На этом примере было
продемонстрировано, как с помощью док-станции можно запросто установить
компьютер или извлечь его из автомобиля. Концептуальный мобильный ПК
подключается без проводов к автомобильной аудиосистеме через звуковой адаптер с
интерфейсом Bluetooth и позволяет использовать функции GPS для навигации
автомобиля. Впрочем, это далеко не полный перечень возможностей концепции
цифрового автомобиля Intel. Бортовая система оснащена сенсорным экраном со
встроенными динамиками, не нуждается в клавиатуре, хотя, и возможно подключение
проводной или беспроводной клавиатуры по желанию пользователя. Здесь же -
сменный DVD-проигрыватель, навигационная система GPS, встроенные видеокамеры
для слежения за ситуацией на дороге, объемные микрофоны, полный комплект
вычислительных и коммуникационных возможностей, включая поддержку беспроводных
сетей.

Уникальный проект,
разработанный специалистами московского офиса Intel и компании Multimedia Club
при участии компании Sony, основан на модифицированном автомобиле BMW 8 серии.
Мозговым центром цифрового автомобиля стал персональный компьютер Shuttle XPC
на базе процессора Intel Pentium 4, в котором использована одна из передовых
технологий – специальная система охлаждения, позволяющая существенно снизить
габариты ПК и производимый им шум.

В салоне машины
установлен суперсовременный мультимедийный комплекс на основе технологии Intel
Centrino для мобильных ПК. Комплекс предоставляет водителю и пассажирам широкий
круг возможностей - от прослушивания музыки и просмотра видеофильмов до
скоростного доступа в интернет и указания маршрута движения с помощью
навигационной GPS-системы. Мультимедиа-комплекс цифрового автомобиля
управляется с помощью сенсорного экрана или голосовых команд.

В концепт-каре также
установлена беспроводная точка доступа, которая позволяет связаться с "мозговым
центром" автомобиля с расстояния до 50 метров. Связавшись с установленным в машине мультимедиа-комплексом при помощи ПК или ноутбука,
можно обновить имеющийся в автомобиле контент. Управлять установленной в машине
аппаратурой могут и пассажиры, для этого нужно лишь подключиться к бортовой
мультимедиа-системе автомобиля с помощью карманного ПК или смартфона. Наконец,
интегрированная Web-камера обеспечивает передачу изображения в реальном
времени, что позволяет, находясь в пути, организовать видеоконференцию.

В ближайшие десятилетия
могут быть реализованы такие идеи: встроенная в автомобиль система связи,
управляемая с помощью голосовых команд через объемные микрофоны, которая сможет
переводить разговор с людьми в других странах на другой язык в реальном
времени. Система навигации, предупреждающая приятным голосом о проблемах с
дорожным трафиком и рекомендующая способы объезда пробок. Чтобы реализовать эти
удобные и привлекательные возможности в новых продуктах, нужно пересмотреть как
общий подход к разработке компьютерных платформ, так и отношения производителей
цифровой техники с разработчиками автомобильной техники. Именно на это в
ближайшие годы будут нацелены усилия многих R&D отделов компаний индустрии.

Уже с 2007 года воздушные
подушки безопасности, благодаря разработкам фирмы Siemens VDO Automotive AG,
смогут срабатывать не только от удара, но и от звука. В ходе исследований
компания разработала специальный сенсор, который следит за вибрациями ходовой
части автомобиля. Таким образом, столкновение фиксируется раньше, и его
серьезность оценивается сенсором в течение нескольких миллисекунд, после чего
включается выброс необходимых подушек безопасности и фиксируется ремень
безопасности.

Сенсор Crash Impact Sound
Sensor (CISS), способный "услышать" аварию, до установки в автомобиль
проходит испытание миллионы раз. Принцип его действия основан на том, что при
столкновении различной тяжести звуковые волны также различны. В комбинации с
информацией об ускорении они дают электронике четкую картинку происходящего.

Сейчас трудно сказать в
каких автомобилях будут использоваться эти разработки. Известно, что Siemens
VDO поставляет аварийные сенсоры автопроизводителям всего мира с 1996 года, и
новые сенсоры CISS обещают стать достаточно востребованным средством
безопасности. В дальнейших планах Siemens VDO - разработка "зрячего
автомобиля", который сможет избегать инцидентов благодаря наличию
интеллектуальных видео сенсоров.

Наиболее совершенные
современные автомобили оборудованы сложными механизмами торможения, где при
нажатии педали газа водитель задействует систему магнитных сенсоров,
регистрирующую угловую скорость нажатия, а линейное движение преобразуется во
вращательное. Данные, преобразованные в электрический сигнал, используются для
контроля двигателя и тормоза. Все хорошо, но такие системы достаточно сложны,
дороги и все же требуют значительного времени для переключения. Новая идея,
разработанная инженерами института Fraunhofer Institute for Integrated Circuits
(IIS) заключается в мгновенном преобразовании отклонения педали газа в
электрические сигналы, что позволяет сгенерировать сигналы для компьютерной
системы контроля в цифровом виде, исключив необходимость в трансмиссионных
механизмах. Специальный 3D cенсор, расположенный под педалью газа, измеряет
магнитное поле в трех пространственных осях одновременно с точностью до 0,1°.
Уже известно, что новой разработкой заинтересовалась компания BMW, которая уже
производит испытания системы на своих автомобилях.

Практически с момента
изобретения автомобиля одной из важнейших проблем безопасности были и остаются
угонщики. В последнее время с этой проблемой частично справляются
интегрированные системы слежения с помощью системы глобального позиционирования
GPS. В случае угона достаточно сообщить соответствующим службам, которые
займутся розыском угнанного автомобиля с хитроумно запрятанной в
труднодоступном месте системой GPS.

Впрочем, сейчас не
редкость и предложения для самостоятельного отслеживания местонахождения
машины. Например, система от компании OnStar, для подключения к которой
достаточно просто нажать кнопку на встроенном мобильном телефоне. Система
позволяет получать устные указания о направлении движения или определять местонахождение
автомобиля после аварии. Более того, может быть послан сигнал для открытия
дверей, дистанционного включения световой или звуковой сигнализации для помощи
владельцам автомобиля на огромных парковках.

Как известно, самая
частая причина ДТП – превышение максимально разрешенной скорости. Оборудование,
которое будет поставлять IBM, осуществляет функции мобильной связи и
GPS-терминала, позволяя государственным агентствам следить за перемещением
автомобилей и их скоростью. В системе заложено будущее развитие с применением
дисплея, системам распознавания и синтеза голоса. Развертывание системы
ожидается в конце 2006 года, на первом этапе оборудование будет устанавливаться
на государственном автотранспорте. Предполагается, что превышение скорости
будет сопровождаться не только отсылкой сообщения "куда следует", но
и надоедливым звуковым сигналом.

Совсем недавно из Израиля
сообщили о разработке голосовой системы для путешествий в Интернете во время
вождения автомобиля. Проект Maestro претендует на разработку первого полностью
автоматизированного средства использования Интернет посредством голосового
интерфейса. Для работы используется только микрофон и динамики, оставляя
свободными руки водителя. Компьютеру можно задавать вопрос и выслушивать его
ответ, задать наводящие вопросы по навигации в заданном районе, указать
название ресторана и получить его координаты, и так далее. Система выполнена на
базе двух стандартных модулей распознавания речи от Microsoft и собственно
модуля Maestro, управляющего процессом. При поступлении запроса Maestro
задействует ПО для распознавания голоса, затем - модуль для формирования
запроса, и далее вводит полученную фразу в поисковую систему, например, Google.
Ответ возвращается в Maestro, который преобразует текст в произносимую синтезатором
фразу для водителя.

Пока неизвестно, будет ли
востребована интересная разработка, ведущаяся сейчас в стенах лабораторий
Intel, автолюбителями будущего, но раз уж им все равно будет необходим
беспроводной Интернет, вполне актуален вариант определения местоположения с
использованием триангуляции по сигналам сетей Wi-Fi или GSM.

Как известно, достаточно
случаев, система позиционирования, основанная на использовании традиционного
спутникового GPS, не способна функционировать в условиях плотной многоэтажной
застройки мегаполисов. Беспроводные сети лишены этого недостатка, плюс, помимо
широты и долготы также способны определять высоту пользователя над уровнем
моря.

                                             
        Сельская            Пригород           Плотная         В помещении

                                      
               местность                                       застройка

Сравнение
характеристик систем позиционирования (точность, доступность, время
определения)

Специалисты Intel видят
своей целью создание универсальной системы для всего земного шара. Преимущества
такой технологии очевидны: отпадает нужда в использовании дополнительного GPS
чипа, все делается с помощью уже имеющихся компонентов Wi-Fi и вычислительной
мощности процессора, снижается цена. Можно также упомянуть бостонскую компанию
Skyhook Wireless, которая уже представляет сервис использования сетей Wi-Fi в
качестве систем позиционирования в некоторых плотно застроенных районах США.

Наряду с мощными,
интегрированными в автомобиль универсальными компьютерными многофункциональными
системами, многие полезные для автомобилиста функции может выполнять простой
мобильный телефон. Точнее, телефон, по виду напоминающий мобильный, но
оснащенный дополнительной автолюбительской функцией.

К примеру, слайдер
LG-SV900, поставляемый на южнокорейский рынок компанией LG Electronics
совместно с оператором SK Telecom. Мобильный интересен встроенным GPS
приемником с гораздо более высокой точностью определения местоположения, нежели
реализованной у других "навигационных" телефонов, а также наличием
детальной картой Южной Кореи. Все это сочетается со встроенным
FM-трансмиттером, передающим звуковой сигнал на аудиосистему автомобиля. С
обеих сторон корпуса этой модели разместились информационные светодиоды, показывающие
правильное направление движения по заданным координатам.

Подобная модель телефона
- SPH-S1100, также выпускается компанией Samsung Electronics. Телефон SPH-S1100
также обладает встроенной картой автодорог и приемником GPS, позволяя водителю
получать информацию о движении в реальном времени, и пользоваться системой
навигации как если бы это была навигационная система в автомобиле.

Компания Audi пошла в
этом направлении еще дальше. По заявлению представителей компании, в
автомобилях Audi A6 и A8, благодаря поддержке профиля A2DP (Advanced Audio
Distribution Profile) технологии Bluetooth, в обязательном порядке будет
реализована интеграция мобильного телефона в бортовой комплекс машины. Уже
точно известно, что один из вариантов комплектации автомобиля Audi A6 Avant, у
которого A2DP уже встроен, будет поставляться в комплекте с телефоном Samsung
D600. Пользуясь системой приборной панели автомобиля, будет обеспечена
возможность просмотра телефонной книги телефона, списка звонков, а также передача
музыки с телефона на стереосистему автомобиля. Более того, прямо с приборной
панели можно будет набрать номер и поговорить с абонентом по громкой связи, в
то время как телефон остается лежать в кармане.

Персональный электронный
штурман, установленный над приборной панелью, стоит по нынешним временам
достаточно немного, зато позволяет избежать множества пробок и заторов, а также
выбрать оптимальный маршрут следования в малознакомой местности. Возможно, со
временем карманные компьютеры с GPS приемниками, используемые ныне повсеместно
в качестве бортовых навигационных систем, станут обязательным элементов
экипировки каждого автомобиля, однако в настоящее время покупка такого
устройства в комплекте с картами местности - пожалуй, самый быстрый и наименее
хлопотный способ приобщиться к глобальному позиционированию автомобиля.

Так, система iCN 520 от
компании Navman интересна наличием обновленной версии навигационного
программного обеспечения SmartST 2005 Navigation, предоставляющей водителю
возможность находить адрес с помощью названий населенных мест, почтового
индекса, названий улиц - вплоть до упоминания местных достопримечательностей.

Что интересно, карты для
Navman iCN 520 с большим реализмом в 2-мерном или 3-мерном режиме передают
контуры местности, более наглядно отображают постройки, леса, железные дороги и
другие детали.

Система Garmin GPSMAP 376C, включает в себя GPS-навигатор, спутниковое радио и метеорологическое устройство.

Мощная всепогодная
ударопрочная система оснащена 3,8-дюймовым 480х320 дисплеем с поддержкой 262000
цветов и, наряду с позиционированием автомобиля, может показывать погоду
непосредственно на отображаемой карте. Все, что для этого требуется -
подписаться на сервис XM WX Satellite Weather, который передает через спутниковое
радио GXM 30 соответствующие данные. Что особенно интересно, на карте можно
посмотреть не только текущую погоду, но и прогноз на ближайшее время.
Безусловно, при соответствующей оплате сервисов есть возможность пользоваться
остальными более чем 150 каналами XM Satellite Radio, по которым передают
музыку, новости и многое другое. Фактически, это универсальная автомобильная
система, но в очень компактном исполнении.

Система
самодиагностики машин

Discovery News сообщила о
крупном прорыве в автомобильной технологии: автомобили будущего будут в
состоянии отслеживать и диагностировать свои неполадки. Согласно исследованию,
новая технология будет определять, какие детали повреждены, и каков, исходя из
этого, срок их эксплуатации. Таким образом, владельцы автомобилей смогут
узнавать, на какой стадии своей «жизни» находится каждый узел машины.

В своей работе
исследователи помещали автомобиль Isuzu на автоматический вибратор,
моделирующий выбоины и неровности при обычной поездке. Сенсоры подсоединялись к
раме машины, к рулевому управлению и другим ее частям для того, чтобы измерять
уровень создаваемых вибраций. После этого было смоделировано повреждение,
заключавшееся в выпадении болта, соединяющего рычаг управления с поворотным
кулаком.

Новые вибрации были
проанализированы с помощью компьютера. Оказалось, что компьютер смог определить
и оценить степень повреждения, сделав возможным точно указать на поврежденную
деталь. Адамс в своем интервью Discovery News говорит по этому поводу то, что
все механические системы имеют свой характерный «портрет вибраций». Такой
портрет показывает, как одна деталь реагирует на взаимодействие с другими
узлами. Соответственно, если какая-либо деталь окажется поврежденной, то это, в
свою очередь, приведет к изменению портрета вибраций всей системы как целого.
Именно такие и изменения и отслеживаются, и по ним затем восстанавливается
местоположение и степень повреждения.

Интегрированные
системы от Siemens VDO

Основным аспектом Siemens
VDO при разработке данного автомобильного набора стало взаимодействие между
водителем и системами. Фактически, это будет общение между человеком и машиной.

Так, система Siemens VDO
pro pilot постоянно следит за дорожной обстановкой со всех сторон автомобиля,
тем самым, гарантируя водителю информирование о любой потенциальной опасности.
Например, помощник смены полосы движения, следящий за движением позади
автомобиля, сможет предупредить водителя о небезопасности совершения им данного
маневра. Аналогичная радарная система обеспечивает безопасное открывание
дверей, информируя о приближающихся сзади велосипедистах, людях, роллерах или
машинах.

Помощник слежения за
дорогой использует видеокамеру с уникальным программным обеспечением, которая
регистрирует уход машины с занимаемой полосы и предупреждает об этом водителя
путем вибрации руля. Другая система – слежения за дорожными знаками – будет
предупреждать водителя о том, что он едет слишком быстро. Далее, система
адаптивного контроля за движением Siemens VDO измеряет расстояние между данной
и едущей впереди машиной. Благодаря своей низкой стоимости и высокой
эффективности, последняя технология может найти широкое распространение для
всех классов автомобилей.

Еще одна система помощи
водителю позволяет ему лучше видеть при движении ночью. Она включает в себя
ИК-камеру, регистрирующую объекты на расстояниях до 150 метров, и тепловизионную камеру – для более далеких дистанций. Полученное цифровое изображение
может отображаться на вспомогательном дисплее.

Наконец, еще одна система
поможет водителю произвести парковку. Используя ультразвуковые датчики, она
ищет подходящее место сбоку от дороги. Как только такое место найдено, система
автоматически берет рулевое управление на себя. После этого водителю только
остается нажимать педали газа и тормоза согласно подаваемым системой
инструкциям.

Интеграция перечисленных
систем также даст дополнительные выгоды. Например, навигационная система в
совокупности с помощником смены полосы движения помогут более точно вести
машину. Еще одним преимуществом интегрированного подхода является использование
сенсоров для множества применений одновременно.

1. 
Новости науки и
техники: http://livescience.ru/content/view/148/38/

2. 
http://newsleno.ru/id/29921/

3. 
http://www.3dnews.ru/auto/auto-digest-01/index3.htm

4. 
Автомобильный
журнал "За рулём" http://www.zr.ru

5. 
Журнал
"Мастер 12 Вольт"  http://www.master12v.ru/