Сегодня система «водитель — автомобиль — дорога — среда» начинает рассматриваться как единое целое. Улучшение движения на перегруженных автомагистралях возможно, если водитель будет иметь оперативную информацию о состоянии дороги, транспортных потоках и о состоянии управляемого автомобиля.
Правительства различных стран финансируют проекты, направленные на увеличение безопасности, эффективности, пропускной способности, уменьшение загрязнения окружающей среды на крупных автомагистралях. Иногда в этой связи говорят о концепции интеллектуальной транспортной системы. В США и Японии такой проект называется ITS (intelligent transportation system — ITS), в Европе — Telematic.
Проекты включают создание инфраструктуры и необходимой бортовой электронной аппаратуры для оптимальной организации движения транспортных средств единым потоком «бампер к бамперу» (platoon), передачи водителям рекомендаций, предупреждений и т.д. Потребуются датчики для определения интенсивности транспортных потоков, компьютеры для обработки больших массивов информации и генерации сообщений, средства связи, автомобильные дисплеи и многое другое.
В некоторых проектах (Telematic) предполагается, что информация, необходимая для функционирования ITS, будет поступать с самих автомобилей, необходимым образом оснащенных телематическими системами.
Что даст реализация программы ITS в будущем, не совсем ясно, но имеющиеся технологии позволяют уже сегодня реализовать современную информационную систему водителя.
На рис. 5.1 приведена блок-схема информационной системы водителя, для конкретного автомобиля реализация может быть иной. В информационную систему входят несколько подсистем, включая навигационную систему, дистанционное управление дверными замками, систему связи «автомобиль — дорога», цифровой аудио- и видеокомплекс, систему передачи срочной информации водителю по радио. На бортовой компьютер поступают также сигналы от компаса, датчика скорости вращения колес, датчика положения руля и других.
Рис. 5.1. Блок-схема информационной системы водителя
Современные информационные системы водителя с их широкими возможностями сейчас все чаще называют телематическими (образовано от слов телекоммуникации и информатика). Телематические системы — это устройства обмена информацией между системами автомобиля, водителем и окружающим миром: бортовой компьютер, навигационная система, средства связи и т.д. Электронные блоки управления агрегатами автомобиля (двигатель, тормоза с ABS и т.д.) выдают информацию системам телематики по шине данных. Ожидается, что к 2010 году практически все автомобили будут иметь минимальный пакет телематики.
Система дистанционного управления дверными замками автомобиля широко используется уже сегодня. Портативный передатчик, инфракрасный или радио, умещающийся в руке («брелок»), посылает цифровой код приемному устройству на автомобиле. Если код правильный, срабатывает исполнительный механизм и замок открывается. Если система опознает две кодовые посылки как ложные, дистанционное управление замками блокируется, их можно открыть теперь только ключом, при этом блокировка сбрасывается. Такое решение исключает подбор кодов каким-либо электронным устройством с целью угона.
Система связи «автомобиль — дорога» обеспечивает передачу сообщений от дорожных информационных служб автомобилю по радио. Система представляет собой инфраструктуру из приемопередатчиков небольшой мощности на дорогах и средств для генерации сообщений. Локальный приемопередатчик имеет ограниченный набор фиксированных сообщений. Различные сообщения может генерировать стационарный компьютер и передавать их локальным точкам (например, о пробках на данном маршруте). Приемопередатчики информационной системы могут также автоматически получать от проходящих мимо автомобилей сведения с помощью установленных на них транспондеров.
Транспондер — это специальный автоматический приемопередатчик, устанавливаемый на подвижных объектах. В ответ на кодовую посылку транспондер передаст требуемую информацию об объекте, на котором он установлен. В авиации транспондеры используются для автоматической передачи параметров движения самолета наземным службам.
В автомобилях транспондеры используются для дистанционного взимания платы за проезд по шоссе, получения информации о загрузке проходящих грузовиков и т.п. Имеется возможность дистанционно получать и передавать информацию от бортовой диагностической системы сервисным предприятиям. В случае обнаружения отклонений, водитель предупреждается соответствующим текстом на дисплее или прочтением этого текста компьютером.
Цифровой аудио-видео комплекс — CD-проигрыватель, радиоприемник — имеет в основном развлекательное назначение.
Система передачи сообщений по радио использует дополнительный канал в УКВ-диапазоне, что требует специального приемника. По радиоканалу передается различная предупредительная информация (оползни, гололед). Имеется возможность передачи корректирующей информации для данной местности к сигналам от спутниковой глобальной позиционирующей системы. Это позволяет увеличить точность определения координат автомобиля с ±100 метров до ±5 метров.
Технологии для организации такой информационной системы существуют уже сегодня. Требуется создание необходимой и экономически оправданной инфраструктуры, а также системы генерации сообщений.
Системы распознавания голоса и преобразования текста в речь
Во время движения автомобиля пользоваться сотовым телефоном или компьютером затруднительно и опасно, т. к. это отвлекает внимание водителя от дороги, особенно при напряженном движении в черте города.
Существует программное обеспечение, позволяющее распознавать речь человека. Водитель говорит в микрофон, а компьютер выполняет несложные команды. До недавнего времени подобные системы могли распознавать один-два голоса после специального обучения компьютера.
Сегодня разработчики предлагают все больше программ для распознавания голоса и чтения текста, например, программа ViaVoice фирмы IBM. Фирма модернизировала се под сложные условия автомобильного салона (высокий уровень шума). Программа хорошо понимает голоса различных людей. ViaVoice позволяет; водителю давать голосом команды многим автомобильным системам и получат ответ в виде синтезированной речи. Допустимы, например, такие команды: запереть двери, включить CD-проигрыватель, настроиться на такую-то радиостанцию, запросить направление движения или сведения о дорогах от Web-сервера или иных источников, зачитать поступившую электронную почту, запросить спортивные или биржевые новости и прочесть их, связаться по телефону с таким-то номером и т.д.
В концептуальном автомобиле Buick Bengal (General Motors) используется программное обеспечение фирмы Visteon. Программа распознает 118 команд на шести языках, включая местные акценты, в условиях открытого или закрытого салона. Водитель, не выпуская из рук руля и не отрывая глаз от дороги, голосом может подать различные команды, начиная от управления режимом CD-проигрывателя или кондиционера и кончая изменением скорости движения автомобиля. Технология управления голосом позволит отказаться от многих кнопок и индикаторов на приборной панели.
Бортовой компьютер
Бортовой компьютер (иногда называемый маршрутным или путевым процессором) выдает водителю различную информацию, необходимую на маршруте, о состоянии автомобиля, управляет средствами связи автомобиля с внешним миром, навигационной системой и т.д. Обычно бортовой компьютер выдает информацию на цифровой дисплей, управляется с пульта управления на приборном щитке автомобиля. На рис. 5.2 показан пульт управления с жидкокристаллическим дисплеем для одного из типов бортовых компьютеров. Начинают применяться и более удобные цветные графические сенсорные дисплеи с программируемыми виртуальными органами управления (рис. 5.3).
Рис. 5.2. Пульт управления бортового компьютера с жидкокристаллическим дисплеем
Рис. 5.3. Сенсорный дисплей. Выведено окно навигационной системы
Выпускаются портативные коммуникаторы и органайзеры, которые можно подключать к шине данных автомобиля. Соответствующее программное обеспечение делает их частью автомобильной информационной системы. Все услуги связи, реализуемые в стационарном офисе, сегодня доступны и для автомобилей: факсимильная связь, автоответчик, модем для компьютера и т.д.
Компьютер в автомобиле может быть подключен к сети Internet. Электронная почта (e-mail) становится доступной для водителя. При подключении через спутниковую антенну (direct PC) обеспечивается высокая скорость передачи данных. Автомобиль превращается в офис на колесах.
Бортовой компьютер определяет точное время и дату, расход топлива по сумме длительностей открытого состояния форсунок, скорость и пройденное расстояние.
На дисплей обычно выводится следующая информация:
- время, день недели и дата;
- средняя скорость на маршруте;
- время в пути;
- средний расход топлива на маршруте;
- мгновенный расход топлива;
- расход топлива на маршруте;
- расстояние, которое можно пройти на оставшемся запасе топлива.
Если при выезде на маршрут водитель с клавиатуры ввел расстояние до пункта назначения, бортовой компьютер будет выдавать информацию об ожидаемом времени прибытия в пункт назначения и расстоянии, оставшемся до пункта назначения.
Информация о состоянии бортовых систем автомобиля
Бортовой компьютер автоматически осуществляет контроль за состоянием систем автомобиля и выдает полученную информацию на жидкокристаллический дисплей, например так, как показано на рис. 5.2. Информация представляется в удобном графическом виде, при необходимости привлечь внимание водителя издается звуковой сигнал или включается синтезатор речи.
Какие именно контролирующие функции реализует бортовой компьютер, зависит от модели и производителя автомобиля, но, как минимум, имеются следующие возможности:
- индикация неисправности сигналов торможения;
- индикация неисправности осветительных приборов;
- индикация открытого состояния двери или крышки багажника;
- индикация низкой температуры окружающего воздуха;
- индикация низкого уровня охлаждающей жидкости в двигателе;
- индикация низкого уровня масла в картере;
- индикация низкого уровня омывающей жидкости в бачке омывателя стекла;
- индикация чрезмерного износа тормозных накладок.
Дисплей на рис. 5.2 показывает, что в автомобиле открыты четыре двери, включены фары, температура забортного воздуха низкая (символ «снежинка» на крыше).
Контроль за состоянием электрических цепей осветительных приборов осуществляется, например, путем измерения электрического тока в проводах, подключенных к соответствующим лампам. Ток измеряется обычно двумя методами:
- в цепь питания лампы последовательно включается низкоомный резистор, сигнал с которого усиливается и подается на компаратор. При обрыве цепи ток исчезает, что приводит к низкому уровню сигнала на выходе компаратора и появлению соответствующей предупредительной информации на индикаторе или дисплее;
- в цепи питания лампы последовательно включается обмотка геркона или иного токового реле.
Температура окружающего (забортного) воздуха измеряется термистором с отрицательным температурным коэффициентом. Он размещается в закрытых местах, вдали от источников тепла, обычно за передним бампером. При уменьшении температуры сопротивление термистора увеличивается и после прохождения уровня +4°C на дисплее появляется предупреждение о возможном оледенении дороги.
Контроль за уровнем эксплуатационных жидкостей (масла, тормозной, охлаждающей и омывающей жидкостей) осуществляется с помощью датчиков на основе геркона и плавающего кольцевого магнита. Геркон помещают в герметичный цилиндр, по которому перемещается пластиковый поплавок с кольцевым постоянным магнитом.
При нормальном уровне эксплуатационной жидкости поплавок фиксируется в верхнем положении стопором, магнит замыкает контакты геркона. При понижении уровня жидкости ниже критического поплавок опускается, контакты геркона размыкаются, на дисплее появляется соответствующее предупреждение.
Уровень масла в двигателе компьютер измеряет за несколько секунд до пуска двигателя, т. к. уровень масла в картере работающего двигателя ниже контрольной метки и колеблется на поворотах и при торможении, что может приводить к генерации ложных сообщений компьютером.
Состояние электрических цепей автомобиля постоянно контролируется ЭБУ. Для того чтобы можно было различить закрытое и открытое состояние геркона от неисправностей в цепи датчика, в его цепь вводятся дополнительные резисторы.
Датчики износа тормозных накладок бывают двух типов: размыкающие и замыкающие контролируемую цепь. В размыкающем датчике провод, заложенный в накладку на заданную глубину, соответствующую максимально допустимому износу, при наступлении последнего перетирается и размыкает контролируемую цепь. Замыкающий датчик при наступлении предельного износа замыкает контролируемую цепь через тормозной диск или барабан на массу. Недостатком замыкающего датчика является ненадежность контакта, который образуется только в момент применения тормозов.