آشنایی با مفهوم X By Wire

[بهداد]

آشنایی با مفهوم X By Wire
پیاده سازی چنین سیستم هوشمند الکترونیکی نیاز به کنترل مستقیم فرمان خودرو، ترمزها، سیستم تعلیق و محرک های مربوط به قوای محرکه با توجه به شرایط رانندگی و خودرو و اثرات محیط بر خودرو دارد.

مناسب ترین بخش برای پیاده سازی چنین سیستمی، جایگزینی سیستم های قدیمی مکانیکی/هیدرولیکی با سیستم های جدید مکاترونیکی (Fault Tolerant) است.

امروزه در صنعت خودرو تلاش زیادی به منظور افزایش تعداد سیستم های مرتبط با ایمنیخودرو صورت می گیرد و ایمنی سرنشینان، خواسته اصلی مصرف کنندگان خودرو است. از سوی دیگر، قوانینی که توسط دولت ها وضع می شود ایمنی سرنشینان را به عنوان الزام اصلی دربردارند. بی شک افزایش واحدهای کنترل ایمنیی خودرو، باعث افزایش بیش از پیش ایمنیی سرنشینان خودرو خواهد شد. اضافه شدن این واحدهای کنترلی، زمینه ساز فراغت و آزادی راننده از انجام کارهای تکراری شده و باعث می شود هنگام وقوع حوادث، راننده بتواند بهترین تصمیم را اتخاذ کند زیرا این سیستم ها به او در یافتن بهترین راهحل، کمک بسیار زیادی می کنند.

پیاده سازی چنین سیستم هوشمند الکترونیکی نیاز به کنترل مستقیم فرمان خودرو، ترمزها، سیستم تعلیق و محرک های مربوط به قوای محرکه با توجه به شرایط رانندگی و خودرو و اثرات محیط بر خودرو دارد.

مناسب ترین بخش برای پیاده سازی چنین سیستمی، جایگزینی سیستم های قدیمی مکانیکی/هیدرولیکی با سیستم های جدید مکاترونیکی (Fault Tolerant) است.

Fault Tolerantها، سیستم هایی هستند که در برابر خطاها و خرابی های احتمالی مقاوم بوده و بهگونه ای طراحی شده اند که حتی با وقوع خرابی های مهم، از کار بازنمی ایستند. مثلاً، نسخه ISO ۱۱۸۹۸ ۳ از باس CAN در مقابل بسیاری از خطاها و خرابی های مهم حتی اتصال کوتاه شدن باس، همچنان به کار خود ادامه می دهد و از کار نمی ایستد. این قابلیت را می توان به صورت سخت یا نرم افزاری، با افزودن قطعات یدکی پشتیبان، پیادهسازی کرد. مثلاً، در بسیاری از سیستم های کنترلی با حساسیت بالا، از دو منبع تغذیه استفاده می شود؛ یک منبع تغذیه اصلی و یک منبع تغذیه پشتیبان که در صورت خرابی منبع اول، منبع دوم به صورت خودکار وارد سیستم شده و مدارات را تغذیه می کند.

سیستم های X By wire باید فرمان های ارسالی از سوی راننده را دریافت کرده و با تفسیر صحیح آنها، درک صحیحی از خواسته های او با توجه به شرایط خودرو و شرایط محیطی، به دست آورند. سپس، باتوجه به اطلاعات دریافتی، بهترین و صحیح ترین وضعیت فرمان خودرو، ترمز و پدال گاز را انتخاب کرده و به خودرو اعمال کنند. مزایای چنین سیستمی، راحتی، آسایش و ایمنیی بالای سرنشینان خودرو خواهد بود به حدی که گاهی این سیستم Safety By Wire نیز نامیده می شود.

هدف اصلی پروژه X By Wire رسیدن به ساختاری برای معرفی سیستم های ایمنی Fault Tolerant در خودرو است. به همین علت، نام پروژه X By Wire انتخاب شد که در آن، X معرف تعداد زیادی سیستم های ایمنی خودرو نظیر فرمان خودرو، ترمز، کنترل قوای محرکه و ... است. کنترل توسط این سیستم ها معمولاً صرفاً الکترونیکی بوده و بخش پشتیبانی مکانیکی آنها حذف شده است.

مزایای سیستم X By Wire عبارتند از:
۱) هزینه پیاده سازی آنها بسیار پایین تر از سیستم های مکانیکی در تولید انبوه است.

۲) در این سیستمها، می توان بهصورت کامل وضعیت خودرو و تصمیمات گرفته شده از سوی راننده را ثبت و در صورت نیاز، مورد تحلیل قرار داد.

۳) با قرار دادن نرم افزاری جدید درون کنترلرها به راحتی و بدون هیچ گونه تغییر مکانیکی می توان اشکالات احتمالی را برطرف کرده و یا نسخه جدید نرم افزار را در زمانی بسیار کوتاه، وارد سیستم کرد.

هم اکنون به دلیل عدم اطمینان کافی از عملکرد سیستم های صرفاً الکترونیکی، این سیستم ها همراه با سیستم پشتیبان مکانیکی، در خودرو نصب می شوند تا در صورت عدم عملکرد یا خرابی بخش الکترونیکی مدار، بخش مکانیکی کنترل خودرو را در دست بگیرد و امنیت خودرو دچار اشکال نشود.

اگر سیستم های فاقد پشتیبان مکانیکی دچار اشکال شده و عملکرد خود را از دست بدهند، بی گمان فاجعه رخ خواهد داد. مثلاً، اگر در سیستم Steer by wire و Brake by wire اشکالی رخ دهد، راننده در مواقع خطرناک هیچ کنترلی بر ترمز، فرمان و جهت حرکت خودرو نخواهد داشت. بنابراین، در حال حاضر تلاش متخصصین معطوف به حذف بخش مکانیکی و بهبود سیستم الکترونیکی خودرو تا حصول درجه اطمینان کافی و افزون تر از سیستم های مکانیکی شده است.

استاندارهای مختلفی برای مشخص کردن درجه قابلیت اطمینان این نوع سیستم ها و مقدار خطای مجاز آنها تدوین شده است. مثلاً، مقدار خطای سیستم Steer By Wire که سیستمی حیاتی در ایمنی خودرو تلقی می شود، بر طبق استاندارد IEC۶۱۵۰۸/SIL۴ باید کمتر از ۱۰ ۸ خطای اساسی در هر ساعت باشد.

شکل ۱، نمایی ساده از سیستم X By Wire را نشان می دهد.

در شکل ۲، سیستم آزمایشگاهی Steer By Wire نشان داده شده است. همانطور که می بینید ارتباط مکانیکی فرمان با چرخ ها، کاملا حذف شده است.

با توجه به آنچه گفته شد، می توان نتیجه گرفت با ورود کنترلکننده های الکترونیکی به خودرو، نسل جدیدی از وسایل ایمنیی هوشمند معرفی شده است. بر طبق بررسی های انجام شده، سهم ایمنییخودرو ناشی از نصب تجهیزات جدید، از سهم تجهیزات قدیمی پیشی گرفته است.

گرچه سیستم X By Wire می تواند تجارت تولید خودرو را کاملاً متحول سازد، اما به دلیل هزینه بسیار بالای آن، خودروسازان به تنهایی نمی توانند از عهده مخارج ایجاد تکنولوژی مورد نیاز سیستم X By Wire برآیند. در نتیجه، شرکت های فعال در زمینه این تکنولوژی به دو گروه تقسیم شده اند که هر یک فعالیت خود را در خصوص گروهی خاص از پروتکل ها متمرکز کرده اند.

برای پیاده سازی تکنولوژی X By Wire باید تعدادی واحد Fault tolerant توسط یک باس بلادرنگ ، به یکدیگر متصل شوند. باس های به کار گرفته شده در X By Wire شامل باس های TTP و Flex Ray است. در نتیجه، دو گروه پروتکل متفاوت در سیستم X By Wire در حال توسعه است:

۱) گروهی که فعالیت های خود را بر شبکه های Time Triggered متمرکز کرده اند. این گروه، شامل شرکت های پژو سیتروئن، آئودی، فولکس واگن، دلفی و Honeywell است. این گروه از پروتکل های Time Triggered یا به اختصار (TTP) که توسط دانشگاه وین در کشور اتریش طراحی شده است، استفاده می کنند. TTP براساس پروتکل TDMA طراحی شده است. در این پروتکل همه اتفاقات براساس برنامه زمانبندی از پیش تعیین شده و غیرقابل تغییری به وقوع می پیوندد.

۲) کنسرسیوم FlexRAY که پروتکل خاص خود (Flex Rey) را تدوین کرده اند. این پروتکل براساس پروتکل باس Biteflight با معماری Time Triggered طراحی شده است. این پروتکل، علاوه بر ویژگی Time Triggered، قابلیت انعطاف بسیار زیادی دارد. اعضای این کنسرسیوم عبارتند از: جنرال موتورز، دایملر/کرایسلر، BMW، موتورولا، فیلیپس و بوش.