Развитие систем обеспечения действий водителя

С созданием автомобиля водитель осуществлял управление через рулевое колесо, педали (акселера­тор, тормоз, сцепление) и рычаг переключения передач. С автоматической трансмиссией педаль сцепления исчезает. Планируется полная замена механи­ческих связей электрическими. Электромеханичес­кая тормозная система» например, позволит приводить в действие стояночный тормоз кнопкой, освобождая пространство кабины. Вскоре ав­томобили радикально поменяют способ управления за счет «джойстика» с поперечным дви­жением для руления, движением вперед для ус­корения и назад для торможения. Экспериментальные ав­томобили уже демонст­рировались, но массовые водители привыкли к рулевому ко­лесу и педалям, поэтому «джойстику» предстоит медленное внедрение.

Большинство современных автомобилей имеют два элемен­та управления на рулевой колонке: один - для контроля работы стеклоочистителя, другой - для управления фарами и указателями поворотов.

Выключатели для второстепенных или редко используемых функций (нагрев заднего стекла, аварийная сигнализация, предупреждающие проблесковые сигналы) теперь имеют форму кнопки или вы­ключателей скольжения во избежание ненужных высту­пов, увеличивая безопасность при столк­новении. Наблюдается уход от рядов смежных выключателей, при беглом взгляде требующих сложной визуальной идентификации водителем, причем большинство автомоби­лей теперь используют вращательное средство управления для контроля нагрева и вентиляции.

Для автомо­билей повышенной комфортности возрастает интерес к системам распознавания голоса для управления нагревом, вентиляцией, аудиосисте­мой и стеклоочистителями («Jaguar» моделей «S-Type» и «Х-Туре») так же, как лю­бой навигационной системой. Однако энтузиасты требуют, чтобы «искусственный интеллект» позволил автомобилю и возражать.

Больше полови­ны столетия автомобили были оборудованы фарами «даль­него» и «ближнего» света. При ночных поездках на дорогах с интенсивным дви­жением водители не используют дальний свет во избежание ослепления, что требует разработки новых сис­тем освещения.

Конструкция фары должна обеспечивать определенную дальность видимости при движении. Европа технически опережает в этой об­ласти из-за более высоких ограничений скорости и худших условий движения: в 1925 году в Англии были сконструированы противотуманные фары. В 1950-е годы ведущие электрические фирмы «Сибье» (Франция) и «Philips» (Нидерланды) выступили с кардинально новыми конструкциями - с использованием паров элементов галогенной группы они создали очень мощный «галогенный» источник света. Основанные на них автомобильные фары с 1964 года получили распространение как товары афтермаркета, затем как серийное оборудование. В 1969 году появились первые кварцевые галогенные лампы на автомобилях «Chrysler».

Галогеновые фары стали стан­дартными, теперь же устанавливаются газоразрядные фары на все большее число автомобилей как среднего класса, так и на роскошных автомобилях. Однако форма отражателя и тех­нология изготовления линзы радикально изменились за по­следние несколько лет.

В газоразрядной фаре свет произведен электрическим разрядом между двумя электродами внутри кварцевого со­суда, содержащего под высоким давлением смесь инертно­го газа ксенона и металла галогена.

Технические преимуще­ства HID (разряд высокой интенсивности) освещения проявляются в более низком потреблении энергии, большем сроке службы и лучшем световом потоке. HID-лампа мощностью 35 Вт производит вдвое более яркий свето­вой поток, чем галогеновая лампа мощностью 60 Вт, а цветовая температура приближена по качеству к днев­ному свету. HID-лампы фирм «Valeo», «Bosch» и «Hella» достигают 3000 ч жизни, из которых 2500 ч потрачены на ближний свет.

HID-лампы используют в основном для ближнего света фар с дальними галогеновыми лампами, хотя обусловлен полный переход на HID-лампы.

Проведены серьезные исследования по исполь­зованию ультрафиолетовых фар для устранения яркого света, эффективность действия которых повышается при использовании рефлексивной краски дорожной разметки и зна­ков. Однако возникли сложности внедрения ультрафиолетовых фар в массовое производство. Проведены исследования по развитию систем «повышения ви­дения», основанных на инфракрасных камерах, го­раздо лучше обнаруживающих объекты в темноте или в тума­не, особенно в сочетании с инфракрас­ными фарами-излучателями. Обещанные результаты уже показаны на опытных образцах, но массовое применение требует наличия дисплея на передней панели, на который может проектироваться инфракрасное изображение, добав­ленное к реальному, в темноте или тумане.

Наличие систем очистки фар считается обязательным в некоторых странах. Используются маленькие стеклоочистители, но начинают внедряться рас­пылители очищающей жидкости высокого давления.

Для предотвращения яркого све­та, вызванного изменениями в положении транспортного средства, при ускорении или загрузке задней части ав­томобиля представляет интерес выравнивающаяся фара. Выравнивание является юридическим требованием в Ев­ропейском Экономическом Сообществе для автомобилей, оборудованных HID-фарами. Системы обычно основаны на датчике высоты задней подвески с гидромеханической или электрической передачей сигналов к приводу высоты луча.

Большинство инженеров видит мало альтер­натив грубой механической щетке стеклоочистителя, но опробованы другие подхо­ды, включая обработку стекла от дождя специальным покрытием, почти устраняющим поверхностное натяжение, что­бы вода скатывалась каплями, не мешая обзору. Различные методы улучшения качества механической очистки стекла позволяют избежать использова­ния стеклоочистителя без смазки с высоким давлением и высоким потреблением энергии, приводящим к вибрации.

Некоторые изготовители используют сложные приводы щетки стеклоочистителя в попытке очистить «слепые пят­на» после работы обычного стеклоочистите­ля, движущегося по дуге. Некоторые из этих систем исполь­зовали одну щетку стеклоочистителя. Во время очистки ус­тройство выдвигает щетку к верхним углам стекла, очищая слегка большее количество области лобового стекла, чем две обычных щетки, преодолевая также сложность установки различных типов стеклоочистителей для ле­востороннего и правостороннего автомобилей. Фирмами «Bosch» и «Valeo» предложено использовать пару синхронизированных двигателей, по одному для каждой щетки стеклоочистителя, вме­сто одного большого двигателя со сложной и громоздкой связью.

Изготовители роскошных и спортивных авто­мобилей всегда стремились обеспечить «полный набор» инструментов для показа давления масла, температуры, напряжения электри­ческой сети. Например, на «Duesenberg J» (1928 год) впервые применено механико-электрическое устройство, которое контролировало систему автоматической смазки шасси, указывало на необходимость замены масла и отслеживало степень зарядки батареи.

Большое количество автомобилей се­годня предоставляет информацию о температуре охлаж­дающей жидкости и частоте вращения двигателя, но со­мнительно, обрабатывает ли эту информацию большинство водителей. Появляется тенденция показывать только необходимую информацию - скорость на спидо­метре (впервые установлен «Oldsmobile» в 1901 году), информацию о количестве топлива, пройденном расстоянии и времени на тахометре. Выжили истинно электромеханичес­кие приборы с аналоговыми исполнительными механизма­ми, использующими электронную передачу сигналов.

Большинство автомобильных приборов все еще тра­диционно круглые стрелочные, многие используют современные технологии ото­бражения информации на дисплее в качестве обслуживания аналоговых датчиков с преимуществами ясности, точности и гибкости освещения. Намного легче и, вероятно, более точно получать инфор­мацию о скорости автомобиля от компьютера ABS, чем уп­равлять старомодным тросом спидометра от специальной шестерни, установленной на выходе коробки передач.

Время от времени демонстрируются продвинутые технологии отображения информации, виртуальные и головные (фронтальные) дисплеи HUD, для уменьшения потребности в перефокусировке взгляда между дисплеем и дорогой. HUD проектирует изображение, сфокусированное, чтобы появиться на значи­тельном расстоянии перед автомобилем, на ветровом стек­ле. Виртуальный дисплей создает перевернутое изображе­ние, но оно, снова оптически обработанное, появляется впе­реди на некотором расстоянии.

Много информации передается водителям лампа­ми аварийной сигнализации. Многие автомобили имеют большое световое табло, привлекающее внима­ние к необходимости исследовать индивидуальные предупреждения. В некоторых случаях лампы аварийной сигнализации были объединены в графическую «тестовую панель», показывая в плане незакрытые двери автомобиля. Та­кой подход, вероятно, дополнит постоянный контроль дав­ления в шине. Звуковые предупреждения теперь исполь­зуются как «предупреждающий перезвон», напоминая водителям, например, что огни транспортного средства оставлены включенными или открыта дверь.

Некоторые изготовители все еще сохраняют предупреждающие систе­мы, использующие голос синтезатора, чтобы произвести го­лосовые сообщения, но водители отказываются от них в отличие от про­износимых инструкций навигационной системы. Намного больше автомобилей теперь предлагаются с электронной системой парковки, использую­щей ультразвуковые датчики расстояния. Например, система контроля пар­ковки (PDC) BMW 7-ой серии «охраняет» четыре угла автомобиля и сообщает водите­лю через звуковой сигнал, как далеко от самого близкого пре­пятствия он находится. PDC-система включается всякий раз, когда задействована шестерня заднего хода, и выключается вся­кий раз, когда превышена скорость в 30 км/ч, или когда авто­мобиль проехал больше 50 м. Более простые системы «ох­раняют» только задний бампер и предупреждают водителя об оставшемся расстоянии посредством цветных огней в углу зер­кала заднего вида.

Водитель имеет три средства сигна­лизации: указатели поворотов, подфарники и фары. Теперь на рынке много систем, обеспечивающих водителя навигационным руководством: показывают теку­щее положение автомобиля и путь лучшего проезда к месту назначения, обеспечивают водителей необходимой информацией и развлечениями. Принципы «автоматической» навигации проработаны, конкурирующие системы отличаются только в деталях аппаратных средств ЭВМ и программ­ного обеспечения, географическая обновляемая информация сохраняется на CD-ROM и DVD. Положение транспортного средства определяется с помощью спутнико­вых данных Глобальной Системы Расположения (GPS), постоянно пересчитывающей положение авто­мобиля после попадания в «мертвые точки» (тон­нели или области «радиотени» в больших городах).

Другие средства обслуживания способны принимать информацию в реаль­ном масштабе времени от информационных систем движе­ния или предупреждать водителя, даже позволять нави­гационной системе автоматически повторно вычислять са­мый короткий маршрут, если пробка или затор начинают затрагивать ранее рассчитанный маршрут.

Основная проблема существующих систем состоит в трудности их про­граммирования, но ввод нового назначения осуществляется быстро и лег­ко. Современные системы главным образом используют самое простое возможное устройство ввода, имеющее не больше, чем пару двухсторонних переключателей, но вынуждающее пользователя просматривать и вы­бирать из ряда меню.

Продолжаются исследова­ния улучшения способа представления визуальной информации как карты или упрощенной диаграммы. Например, дисплей «Birdview» фирмы «Nissan» показывает автомобиль, прогоняя его через упрощенный пейзаж по расчетному мар­шруту, как его видно сверху и позади транспортного средства. Самые современные навигационные системы предлага­ют форму речевого управления, часто многоязычную.

Теперь технически возможно улучшить безопасность движения и более эффективно использовать существующее дорожное пространство, применяя электронные системы для сглаживания транс­портного потока и предотвращения конфликтов (программы PROMETHEUS в Европе, INVECS в Японии), успех которых зависит от способности авто­мобилей связываться с формирующими приемопередатчиками, собирающими, обрабатывающими и вновь возвращающими в сеть инфор­мацию, а также друг с другом.

Связь между автомобилями по­зволяет создавать системы для измерения и управления ди­станцией в транспортных потоках с главной целью поддер­жания безопасной дистанции в потоке и предотвращения попутных столкновений. Интеллектуальный круиз-контроль уже предлагается на роскошных моделях («Jaguar S-Type», «Mercedes» S-класса). Потенциал для «автопилота» создан, но возникают споры относительно степени, в которой водитель остается полностью ответственным за транспортное средство, и в которой он должен оставаться незадей­ствованным, сопротивляясь искушению почитать газету или даже спать на ходу.

Первые автомобили работали без электроэнергии, в системах зажигания используя магнето и ручной стартер. Лампы работа­ли на ацетиленовом газе, создавая вред­ные выбросы. Когда появились электрические лампы и системы зажигания, электроэнер­гия стала доступна разработчикам.

Электрические системы имели всегда простую конфигурацию. Электроэнергия по­давалась от батареи к каждому элементу по проводам, пре­рванным в некоторой точке выключателем, исполь­зуемым водителем. Заземление было прямое, че­рез металлический кузов автомобиля. В новом поколении электрических систем будет различие между электропитанием и управлением, приводящее к простым и более легким в поиске неисправностей системам.

Спрос автомоби­ля на энергию превысил способности мощных 14В генераторов переменного тока, снабжающих 12В систему. Необходимость в большем коли­честве энергии приводит или ко второму генератору пере­менного тока, или к генератору переменного тока, вырабатывающему более высокое напряжение. Поэтому новые автомобили предстоит оборудовать генератора­ми переменного тока, производящими энергию в 42В, питая 36В систему. Практически это максимально высокое напряжение, которое можно использовать без дополнитель­ных мер безопасности.

Нить обыч­ных 36В ламп накаливания лишком мала: чем выше напряжение, тем более тонкая нить, следовательно, она подвержена тряске и вибрации. Сильной стороной развития 36В систем являются 42В генератор пе­ременного тока, аккумуляторная батарея и система распре­деления энергии. Генератор переменного тока мог бы рас­полагаться на месте существующего 14В, но его ременной привод должен работать с более высокой мощностью, требуя зубчато-ременной передачи.

В результате интересен переход к «тороидальному» генератору, зажатому между двигателем и трансмиссией и встроенному в маховик, более эффективному, требующему меньшей мощности двигателя. Исчезнет необ­ходимость в ременном приводе, устройство будет действовать как чрезвычайно мощный и эффективный стартер, обеспечивающий быстрый и фактически бесшумный запуск двигателя и автоматическое управление пуском после остановок в интенсивном движении.

Устройство может дей­ствовать как демпфер, уменьшая циклическое из­менение крутящего момента четырехцилиндровых двигателей, добавляя или вычитая крутящий момент в течение цикла, обеспечивая гладкость работы. Оно может сглаживать крутильные колебания карданной пе­редачи и эффект резкого изменения мощности при переключении передачи. В итоге двигатель будет меньшим, бо­лее легким и экономным - режим генератора позволит осуществлять «управление энергией».

36В электрическая система требует 36В ба­тарей без изменения их конструкции (батареи независимо от напряжения состоят из подхо­дящего числа индивидуальных ячеек). Однако обслуживание более высо­ких выходных мощностей требует никель-металл-гидридных и литийпо­лимерных батарей квазигибридного действия. Современное развитие батарей имеет две другие тенденции: «интел­лектуальная батарея», способная к управлению и отключе­нию нагрузки для безопасности и сохранения достаточной зарядки при перезапуске двигателя, и относительно маленькая, постоянно заряжаемая батарея, необходимая в качестве резервной для «проводных» систем управления, срабатывающая в случае выхода из строя основной системы электропитания.

Принятие 36В выгодно для электропроводки: при бо­лее высоком напряжении та же самая электри­ческая мощность может быть передана более тонкими и легкими про­водами. Специалисты убежде­ны, что будущее лежит в силовых цепях, в малом числе проводов, по одному для каждой области транспортного средства, подающих питание к каждому узлу, или в управлении по мультиплексному каналу, распределяющему мощность и управление.