Хотя снаружи автомобиль выглядит как простая металлическая коробка на колесах, внутри он представляет собой очень сложную техническую систему. Современный автомобиль представляет собой компьютерную сеть и центр обработки данных, связанный с крошечными компьютерами, каждый из которых выполняет свою задачу. Эти крошечные компьютеры известны как электронные блоки управления.
Первая оценка показывает, что в неэлектрическом транспортном средстве чуть более 1000 микроконтроллеров, а в электрическом – в два раза больше.
В персональном компьютере или мобильном телефоне гораздо меньше микроконтроллеров, чем в автомобиле. Чтобы и управлять множеством систем в автомобиле, производители вкладывают значительные средства в инженерные разработки для разработки электронных блоков управления.
Электронные блоки управления (ЭБУ, Electronic Control Unit, ECU) включают в себя микроконтроллеры, предназначенные для управления различными специфическими функциями автомобиля, и для этого этот микрочип должен выполнять собственное программное обеспечение или прошивку.
Электронные блоки управления получают информацию и команды от датчиков, встроенных в различные части автомобиля, в зависимости от их функции, и действуют, отправляя команды реле и исполнительным механизмам, чтобы они запускали то, что необходимо.
Каждый электронный блок управления может содержать различные микроконтроллеры и другие микросхемы, а в среднем автомобиль имеет около 100 модулей ЭБУ. Обработка данных между различными модулями более эффективна, если она выполняется распределенным способом, а не управляется одним микропроцессором.
В электромобилях и «умных» автомобилях количество ЭБУ легко удваивается.
1. Безопасность, защита и доступ
Несколько ЭБУ предназначены для этой задачи, принимая во внимание, что на карту поставлены жизни, если какой-либо из них не активируется, когда это необходимо, точность и надежность необходимы для любого автомобильного ЭБУ, особенно для тех, которые связаны с безопасностью.
Эти модули контролируют активацию подушек безопасности, помощь при парковке, предотвращение столкновений, электрическую безопасность, помощь при торможении, контроль давления в шинах и контроль тяги.
Например, специальный ЭБУ предотвращения столкновений отслеживает близость автомобиля, чтобы предупредить водителя и помочь ему избежать или значительно снизить риск столкновения, что особенно важно для беспилотных автомобилей.
ЭБУ, предназначенный для подушек безопасности, позволяет легко их выбросить после обнаружения аварии. Точный момент развертывания может означать жизнь или смерть пассажира.
Блоки управления безопасностью и доступом включают блоки управления дверными замками, вход без ключа и системы сигнализации, которые также предназначены для обеспечения безопасности автомобиля и пассажиров внутри него.
Функции бесключевого зажигания уже начинают заменять обычные автоматические брелки, и для этой функции требуется специальный ЭБУ.
2. Силовая передача и электрические системы
Для оптимизации работы автомобиля используется множество подсистем для контроля и управления силовым агрегатом и электрическими системами.
Среди них те, которые контролируют двигатель, системы впрыска топлива, управление гибридно-электрическими системами, управление трансмиссией, запуск, системы освещения и системы диагностики автомобиля. Эти системы необходимы для обеспечения безопасной и экономичной работы транспортного средства.
По логике вещей электромобиль имеет другую и более простую систему привода, чем двигатель внутреннего сгорания, но все же требует ЭБУ для контроля и управления.
Модули ЭБУ также отвечают за распределение энергии на все остальные модули внутри автомобиля.
3. Комфорт, развлечения и связь
Комфортное путешествие всегда является важным моментом для пользователя автомобиля. Среди всех этих элементов, которые помогают комфортно управлять автомобилем, можно назвать органы управления подъемом стекол и перемещением зеркал, подогрев сидений, климат-контроль и т. д.
Ко всему вышеперечисленному необходимо добавить информационно-развлекательные системы в автомобиле, такие как системы аудио- и видеоконтроля, экраны водителя и даже экраны навигации. Эти системы включают такие интерфейсы, как традиционная кнопочная панель или более современный сенсорный экран и голосовые команды.
Интегрированные головные устройства теперь в основном представляют собой сенсорные экраны, которые служат центральным элементом управления для развлекательных систем.
Некоторые современные автомобили оснащены активным дисплеем на лобовом стекле (HUD), который отображает информацию об автомобиле в режиме реального времени на прозрачном экране, расположенном в комбинации приборов, чтобы помочь водителю не отвлекаться от слишком далекого взгляда на дорогу.
Некоторые премиальные функции могут включать в себя несколько дисплеев, для которых потребуются высокопроизводительные цифровые сигнальные процессоры (чипы DSP) и графические процессоры (GPU).
Подключение автомобиля к сети открывает новые возможности. Протокол CAN (локальная сеть контроллеров) помогает стандартизировать связь внутри автомобиля, позволяя системам и устройствам взаимодействовать друг с другом.
Другие варианты подключения включают GPS, Wi-Fi, Bluetooth и обновления программного обеспечения, все они контролируются специальными ЭБУ.
В начале 2000-х электроника автомобиля составляла около 18% от общей стоимости. В 2020 году он составлял 40% стоимости автомобиля, а по прогнозам, в 2030 году он увеличится до 45%.
В типичном автомобиле Ford имеется от 25 до 35 электронных блоков управления, а в роскошных автомобилях, таких как BMW 7-й серии, от 60 до 65.
Микроконтроллеры, используемые в автомобилестроении
Микроконтроллеры Infineon Tri-core
Трехъядерный микроконтроллер Infineon Tri-core — это 32-битный микроконтроллер, разработанный Infineon.
Эти микроконтроллеры используются более чем в 50 марках автомобилей, а это означает, что каждый второй автомобиль, разрабатываемый сегодня, включает в себя микроконтроллер на базе трехъядерного процессора. Он отвечает за максимально низкие выбросы выхлопных газов и расход топлива.
Трехъядерные микроконтроллеры используются для управления впрыском топлива и в центральных блоках управления зажиганием двигателей внутреннего сгорания. Постепенно они также используются в двигателях электрических и гибридных транспортных средств.
Микроконтроллеры Atmel AVR
Микроконтроллеры Atmel AVR (Alf-Egil-Bogen-Vegard-Wollan-RISC) используются для управления мощностью и производительностью в автомобилях. Этот микроконтроллер построен на гарвардской архитектуре. Поэтому устройство работает очень быстро с небольшим количеством инструкций на машинном уровне.
Микроконтроллеры AVR делятся на три типа: Tiny AVR, Mega AVR и Xmega AVR.
Основные особенности микроконтроллеров AVR по сравнению с другими микроконтроллерами включают встроенный АЦП, последовательную передачу данных в 6 спящих режимах и внутренний генератор.
PIC-микроконтроллеры
Микроконтроллеры PIC — это программируемые полупроводниковые компоненты американской компании Microchip Technology. Они основаны на гарвардской архитектуре и предназначены для решения разнообразных задач управления и контроля в промышленных областях, для реализации измерительных и управляющих систем и т.д.
Благодаря своей универсальности, малому размеру, низкой цене их можно найти во многих электронных устройствах. Эти микроконтроллеры используются во многих приложениях, таких как смартфоны, автомобили, аудиоаксессуары и медицинские устройства.
Коммерчески доступные микроконтроллеры PIC варьируются от PIC16F84 до PIC16C84, которые являются доступными флэш-микроконтроллерами. Микроконтроллеры PIC18F458 и PIC18F258 широко используются в автомобилях.
Микроконтроллеры Renesas
Микроконтроллер Renesas — новейшее семейство автомобильных микроконтроллеров, предлагающих высокую производительность и низкое энергопотребление для широкого спектра элементов. Этот микроконтроллер предлагает встроенные функции безопасности и функциональной безопасности для передовых автомобильных приложений.
Эти микроконтроллеры делятся на различные семейства. Например, семейство RX предлагает несколько типов устройств с вариантами памяти от 32 КБ флэш-памяти/4 КБ ОЗУ до колоссальных 8 флэш-памяти/512 КБ ОЗУ.
Этот микроконтроллер семейства RX использует усовершенствованную 32-битную архитектуру Harvard CISC для достижения очень высокой производительности.
Микроконтроллеры 8051
Микроконтроллер 8051 представляет собой 40-контактный микроконтроллер и основан на гарвардской архитектуре, в которой память программ и память данных различаются. Этот микроконтроллер используется в большом количестве машин, поскольку его можно легко интегрировать в любой автомобиль.
Смотрите также: Как электроника и электромобили определяют будущее автомобилестроения
Яков Кузнецов
Надеюсь, что эта статья была для вас полезной. Смотрите также
другие статьи в категории Автоэлектрика
