أهم 5 اتجاهات تقنية لسيارات الغد الذكية

في الولايات المتحدة وحدها ، تقطع المركبات الآلية ما يزيد عن أربعة تريليونات ميل كل عام وفقًا لوزارة النقل الأمريكية. للحصول على إحساس بهذه المسافة ، ضع في اعتبارك أنه بينما يستغرق الضوء حوالي ثماني دقائق للسفر من الشمس إلى الأرض ، سيستغرق الضوء أكثر من ثمانية أشهر لتغطية المسافة التي تقطعها المركبات الأمريكية كل عام. هذه الإحصائيات ليست انعكاساً للرغبة في قضاء المزيد من الوقت على الطرقات بل هي أكثر من كونها بياناً للدور المركزي الذي تلعبه المركبات في الحياة اليومية. في هذا الدور ، من المتوقع بشكل متزايد أن تكون أنظمة المركبات أكثر أمانًا وتوفر نفس المستوى من المساعدة الشخصية وسهولة الاستخدام التي يطلبها سائقو السيارات والركاب من هواتفهم الذكية وأجهزتهم اللوحية.

دفع طلب المستهلك والضغط التنافسي الشركات المصنعة إلى بناء قدر أكبر من الذكاء في السيارات والشاحنات ومركبات الطرق السريعة الأخرى. على سبيل المثال ، يستخدم Chevy Volt ما يقرب من 100 معالج دقيق يشغل حوالي 10 ملايين سطر من التعليمات البرمجية في المجموع ، مما يجعل محتوى برنامج Chevy Volt أعلى من محتوى Boeing 787 Dreamliner ، ومكوك الفضاء الأصلي والجيل الحالي من المقاتلات النفاثة. كما هو الحال مع تلك السيارة الكهربائية ، يعتمد تصميم السيارات السائد بشكل متزايد على أنظمة إلكترونية أكثر تطوراً.

اليوم ، يمكن للمصممين الاعتماد على مجموعة واسعة من تقنيات الأجهزة والبرامج القوية بشكل متزايد لإنشاء حلول سيارات أكثر تطوراً. من خلال دمجها في إطار عمل قائم على المعايير مثل AUTOSAR (هندسة نظام AUTomotive Open System) ، يمكن للمصنعين مزج ومطابقة الأنظمة الفرعية للسيارات لاستهداف مستويات محددة من التكلفة والأداء والوظائف. في الواقع ، تمتد التطورات في تكنولوجيا السيارات حرفياً من المصد إلى المصد ، لكن التطورات الأكثر دراماتيكية تدور حول خمسة اتجاهات رئيسية في تكنولوجيا السيارات.

الاتجاه التكنولوجي رقم 1: نظام مساعدة السائق المتقدم (ADAS)

استنادًا إلى تقنية الرؤية المضمنة ، تم تصميم نظام ADAS لتقليل عبء عمل السائق أثناء عملية القيادة نفسها. في هذا المفهوم ، تحيط أنظمة الرؤية بالمركبة ، وتتطلع إلى وضع السيارة داخل فقاعة واقية ضد خطأ السائق ، وعوائق الطريق ، والمركبات الأخرى والمشاة. باستخدام قدرات المعالجة المرئية الخاصة بها ، توفر هذه الأنظمة معلومات التعرف والتتبع لأنظمة السلامة على متن الطائرة لتحذير مغادرة المسار وتجنب الاصطدام واكتشاف نعاس السائق والعديد من ميزات الحماية الأخرى.

تتطلب أنظمة الرؤية المدمجة القادرة على تحديد الهوية والتتبع في الوقت الفعلي معرفة عالية التخصص بتقنيات الحصول على الصور ومعالجتها. اليوم ، تساعد ثروة من الموارد في تبسيط تطوير أنظمة الرؤية المعقدة هذه. أدى الجمع بين معالجات الرؤية المخصصة ووحدات المعالجة المركزية متعددة النواة ومكتبات برامج الرؤية إلى وضع إمكانات رؤية متطورة في أيدي كل مهندس. في الواقع ، أدت مجموعات التطوير مثل Blackfin Embedded Vision Starter Kit من Avnet إلى خفض الحواجز التي تحول دون الدخول إلى الأنظمة القائمة على الرؤية بشكل كبير من خلال توفير مجموعة كاملة من الأجهزة والبرامج وإمكانيات الاختبار اللازمة لبناء هذه الحلول.

الاتجاه التكنولوجي رقم 2: التحكم المتقدم في المحرك

بالإضافة إلى محرك الدفع الأساسي ، فإن السيارة المتطورة مليئة بأنظمة مخصصة للتحكم في المحركات ، ومضخات ، ومراوح ، وضواغط ، ودوارات ، ومشغلات ، وآليات مؤازرة من جميع الأنواع. في معظم الحالات ، دفعت الرغبة في تحقيق أقصى قدر من الكفاءة والتحكم المهندسين إلى تجاوز أنظمة التحكم القياسية التقليدية إلى خوارزميات تحكم رقمية متطورة قادرة على تقديم عزم دوران كامل مع تسارع وتباطؤ بمعدلات يمكن إدارتها بدقة. لقد فتح ظهور طرق التحكم غير المستشعر الباب لحلول أكثر فعالية من حيث التكلفة ، مما يوفر أقصى قدرة للمحرك للمهندسين القادرين على تسخير قوة طرق التحكم في ناقلات الأمراض المتقدمة.

توفر طرق التحكم في المحركات المتطورة قدرًا كبيرًا من المرونة ، ولكن يمكن أن تقدم للمصممين تحديات كبيرة. في الواقع ، يمكن أن يتطلب تحقيق عملية مستقرة من خلال جميع حالات الزاوية لتصميم مكافحة ناقلات الأمراض معرفة متخصصة للغاية وغالبًا ما يؤدي إلى الانزلاق في دورات التطوير الضيقة. أدى ظهور مجموعات التطوير مثل Zynq®-7000 All Programmable SoC / Analog Devices Intelligent Drives Kit إلى تبسيط تطبيق هذه التقنيات بشكل كبير (الشكل 1). تجمع مجموعة محركات الأقراص الذكية بين مجموعة كاملة من برامج التطوير والتصميمات المرجعية للتحكم في المحركات والأجهزة ، بما في ذلك أحدث محولات بيانات الأجهزة التناظرية و Xilinx Zynq-7000 All Programmable SoC استنادًا إلى معالجات ARM Cortex-A9 ثنائية النواة.

قامت شركة Texas Instruments بتدهور وظائف التحكم في المحرك بشكل أكبر إلى حلول أحادية الشريحة استنادًا إلى عائلة Piccolo MCU القائمة على C2000. تدمج TI MCUs المتخصصة حلول برمجيات التحكم في المحرك InstaSPIN من TI في ذاكرة القراءة فقط على الرقاقة ، مما يقلل وقت التطوير لهذه التطبيقات المعقدة.

أنظمة إدارة المحرك / الطاقة

أدت الرغبة في الحصول على مدى أطول وتكاليف وقود أقل إلى زيادة أهمية تقييمات السيارة بالأميال لكل جالون في مبيعات السيارات ، بالإضافة إلى تحفيز الدفع نحو أنظمة إدارة المحرك الرقمية الأكثر فاعلية. إلى جانب توفير وظيفة إشرافية حرجة للسلامة للبطاريات في المركبات الكهربائية والهجينة ، توفر أنظمة الإدارة مستوى من مراقبة الطاقة والتحليل والتحكم اللازم لتحسين استخدام الوقود أو طاقة البطارية.

بينما تكمن الاتجاهات في التحكم في المحرك في تشتت أنظمة التحكم في جميع أنحاء السيارة ، تعمل إدارة المحرك على دمج المعلومات من الأطراف في وحدة التحكم المركزية. وبالتالي ، تواجه أنظمة الإدارة هذه تحديًا يتمثل في مزج بيانات قياس المستشعر في الوقت الفعلي من أداء مجموعة نقل الحركة مع نماذج متطورة لاستخدام الوقود أو خلايا الطاقة لتحسين العمليات الإجمالية (الشكل 2).

الشكل 2: تحتاج أنظمة إدارة المحرك إلى معالجة إدخال المستشعر في الوقت الفعلي وتعيين المحركات والمفاتيح لتحقيق التوازن المطلوب بين أداء السيارة وكفاءتها. (المصدر: NXP Semiconductor)

بالنسبة للمصممين ، توفر مجموعة واسعة من أجهزة الاستشعار المؤهلة للسيارات ومحولات البيانات والمعالجات الدقيقة المكونات الأساسية لهذه الحلول. إلى جانب وحدات MCU المدمجة ، تعمل الأجهزة مثل NXP Semiconductor MC33975 على تعدد إرسال ما يصل إلى 22 خط إدخال تناظري إلى محولات البيانات المتكاملة الخاصة بـ MCU ، مما يبسط التصميم ويقلل التكلفة.

الاتجاه التكنولوجي رقم 4: واجهات رسومية

يواصل مصنعو معدات السيارات الاستجابة لرغبة المستهلك في تحسين أنظمة المعلومات والترفيه. تقدم السيارات في مجموعة واسعة من الفئات الآن وحدات تحكم بشاشة تعمل باللمس مدمجة في لوحة العدادات ومسند الذراع وظهر المقاعد وحتى مرايا الرؤية الخلفية (انظر أشكال تقنية TFT LCD الجديدة للمعلومات والترفيه لسيارات المستقبل). في قلب هذه الحلول ، توفر شاشات LCD ذات الأغشية الرقيقة الترانزستور (TFT) التركيبة المطلوبة من الدقة والتباين وحجم الشاشة. باستخدام ميزات اللمس للعرض داخل السيارة ، يزود المصنعون ركاب السيارة بواجهات رسومية “تشبه الهاتف الذكي” لنظام المعلومات والترفيه والتحكم في السيارة ، حتى أنهم يعدون بمتاجر تطبيقات خارجية مماثلة لمجموعة أوسع من الخدمات داخل السيارة.

استجابت الشركات المصنعة لأشباه الموصلات للاستخدام المتزايد لشاشات الكريستال السائل بدعم متكامل للغاية لإدارة العرض. تعمل وحدات MCU مع تحكم LCD على الرقاقة على تبسيط التصميم وتقليل عدد المكونات ، مما يوفر موثوقية أكبر وخفض التكلفة لميزات السيارات الأساسية المتزايدة.

نظام المركبات لأنظمة إنترنت الأشياء

بسبب التعقيد المطلق ومتطلبات السلامة المرتبطة بالنقل ، فإن القليل من تطبيقات النظام ستحقق مستوى القدرة الحصانية للمعالجة وقدرة الحوسبة التفاعلية الموجودة في سيارة من الدرجة الممتازة إلى جانب القبول الهائل للشبكات الاجتماعية ، ربما لن يوفر أي تطبيق إمكانية أكبر للترابط ، وربط السيارات الذكية والشاحنات والمركبات الأخرى بإنترنت الأشياء القادر على تحسين أداء السيارة وتجربة الركاب خارج حدود مقصورة الركاب.

كما هو الحال مع كل اتجاه مذكور أعلاه ، فإن هذا الاتجاه يعزز قدرة مصنعي IC على دمج الوظائف المحسنة في المعالجات الدقيقة ذات الطاقة الأكبر. في هذه الحالة ، لا يؤدي تكامل الاتصال اللاسلكي إلى تبسيط الاتصالات بين الأنظمة الفرعية داخل السيارة فحسب ، بل يمكن أيضًا أن يعمل على ربط السيارة بكيانات خارجية ، مثل الشبكات الخارجية أو أنظمة التحكم في حركة المرور أو حتى المركبات الأخرى. كما هو الحال مع رؤية إنترنت الأشياء للمنزل والأعمال ، توفر المركبات المترابطة وبياناتها ذات المصادر الجماعية إمكانات غير مستغلة لخدمات مثل الصيانة التنبؤية واتجاهات الأداء وإدارة حركة المرور ، وربما الأهم من ذلك ، تعزيز السلامة وقدرات الاستجابة للطوارئ.

تشترك مجالات قليلة في الهندسة في مزيج من تعقيد ومخاوف السلامة لتصميم إلكترونيات السيارات. بسبب الفوائد الملموسة المقدمة من خلال إلكترونيات السيارات المتقدمة ، يقدم المصنعون بسرعة حلول التطوير التي تخفي تعقيد التصميم في المقابل ، تقدم هذه الحلول الجاهزة وعدًا بتعزيز السلامة والتكلفة والأداء المتاح من خلال نظام ADAS الأكثر تقدمًا والتحكم في المحركات وإدارة المحرك والواجهات داخل السيارة والاتصالات خارج السيارة.