CC BY
53
8 декабря 2011 г. 15:51
НАВИГАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ
Телематика — новое слово в автомобильной электронике
Нерсесов Денис,
менеджер по развитию бизнеса NXP Semiconductors
Последнее время автомобильный сегмент микроэлектроники является, пожалуй, одним из наиболее донамично развивакхдося направлений полупроеоджкоеой промышленности По оценкам аналитиков, объем пропаж полупроводниковых изделий для автомобильных применений в 2007-2008 пг. был на уровне 15-18 млрд долл., что значительно выше продаж 2002 г. (10,7 млрд долл.).
С каждом годом устройство современного автомобиля стоюеится сложнее, в особенной степени это относится к электронной части транспортного средства. Регулярно пересматриваются и появляются новью стандарты качества, экологические нор*«, предъявляются более высокие требования к безопасности, комфорту и все это подразумевает появление в автомобиле дополнительных электронных узлов.
К транспортному средству начинают предъявляться абсолютно новые требования, выходящие за трогяиионные рамки. В результате в автомобильной электронике появляются принципиально новые направления, самым мопедом и наиболее перспективным из которых является телематика.
В русской версии \Л/Йирес£а данное понятие пока не представлено. Так или иначе, термин Телематика" является производным от двух: телекоммуникации и **«форматика
Как видно из рис. 1 и 2, в дашый момент рынок телематжесхих устройств находится на начальном периоде стремительного роста По мнежю аналитиков отрасли, к 2015 г. рьмеж может вьрасти в 5 раз.
Концегеда автомобильной твлемалжи заключается в использовании компьютерных, сенсорных и телекоммуникационных технологий для удаленного оказа»*« услуг в автомобиле. Основными категориями телематических услуг являются навигация, удаленная »«гностика, управление автопарком, безопасность, мультимедиа функц ии, связь и доступ к инфор-
MOfftt
Кроме того, при создан kn телематических устройств должны учитываться также такие факторы, как конфиденциальность и безопасность данных
Телематика находит основное примене**« в интеллектуальных системах управления транспортом, которые, в свою о черед,, вносят значительный вклад в решение транспортных проблем практически все крупных городов мира Такие системы помогают решил» комплекс задач; увеличил» среднюю скорость передвижения, уменыштъ количество пробок на дорогах, снизил» выбросы углекислого газа, а также позволжот увел^итъ поступления средств в бюджеты государств.
MaBMaf« является основной и наиболее распространенной телематической услугой, которая од ной из первых была внедрена в автомобиль. Как правило, это связано с использованием приемника глобальной системы пози-1*«>мроеания (GPS) и интерактивной картографической базы да»«ых, для предоставления водотелю услуги четкого и подробного ведения по маршруту с помоицо визуальных и голосовых подсказок о маневрах На прием GPS-сигналов в автомобиле могут влиял» многие факторы: помехи, эффективность и расположение антенны, другие препятствия. В целях повышения эффективности системы навигации, GPS-приемник иногда используют в сочетании с инерциа/ъной навигационной системой (INS)
или системой с4еас4 гескогапд (0К). Данный подход применяется при отсутствии связи со спутником и состоит в вьмислении бортовым компьютером положения, скорости и направления д вижения трсиспорлюго средства по сигналам датчика движения (акселерометра) и /до*жа угловых скоростей (гироскопа).
Другим параметром, влияющим на эффективность навигации, является точность карт. Существуют определенные методы, позволяющие непрерьено обновлял» карты посредством сбора СРЭ-донных, поступающих с нескольких транспорлных средств. Тем сал*»1м, например, имеется возможность определения и нанесения на карту новых дорог и развязок. Для определения отимальньк маршрутов, позволяющих избегать попадажя в пробки, существуют различные методики обмена СРБ-данными между центральной сервером и автомобилями по С5М-каналу.
Удаленная/»«гностика позволяет заблаговременно определять возможные электрические или механические проблемы транспортного средства и тем самым способствует предотвращению полаики автомобиля, а также минимизации рисков, связанных со здоровьем вод ителя и сохранностью грузов. Передача показаний автомобильных /домков и других /иагнос-тических донных напрямую из автомобиля в сервис -центр позволяет проводить своевременное техническое обслуживание и ремонт транслорлюго средства без необходимости план^ювать такие работы Удаленная диагностика позволяет экономил» время и сокращал» эксплуатационные расходы Основным элементом данной кс#к*епцк*1 является встроенная д иагностическая система (От-ВоаН [ЛадповЬа, ОБО), представляющая собой электронные блоки управления и датчики, подключенные к автомобильной шине данных Диагностическая
с 800
600
400
?00
о
ХОМІ
1 20t? 300 30U ТС* 30« 20ff 30« 30« зооо
2006 700« ХОТ 2000 2S00 J010 2011 2012 2013 2014 2016 201« 201Г 2Є10 201* 202«
F\«c 1. Продажи погутрс«х»<исовдли Свгмвкто автомсбиг***» телематжа. wrvt долл. f\*c 2. Продажи автомоби/ъных телемспических устройств, млн. штук
32
Т-Сопшт», юонь 2010
автомобильная система OBD проводит мониторинг трано/исои, ходовой части и других важньа узлов автомобиля, а также контрол tfjy-вт уровень выброса. Все машины, изготовленные для продажи в США с 1996 г., 6ь*1и оснащены системами OBD, основной идеей которых было определение неполадок транспортного средства, ведущих к увеличению уровня загрязнения окружающей среды.
К шине встроенной диагностики (OBD) могут быть подключены любые внешние средства диагностирования, в результате чего диапюс-тичес кие данные могут быть ског*фювс»ы на компьютер и переданы в сервис-центр для удаленной диагностики. Изначально использовалось четыре разп^ных протокола подключения внешнего устройства к встроенной д иагностической шине (060), однако с 2008 г. авто мобилыюя отрасль пришла к е»гному стандарту ISO 15765-4.3 на базе протокола CAN (Controler Area Network). Тасже для чтения диагностических дани»« автомобиля может быть реализовано посредством беспроводных технологий, таких как BJuetoolv
Удаленная диагностика может привести к снижению эксплуатационных затрат и повышению уровня безопасности путем обнаружения низкого давления в шинах и оповещения водителя об экстренной ситуации Правильное давление в шинах очень важно для эффектуеного функционирования и безопасности автомобиля, поскольку эго улучшовт экономию топлива, увеличивает срок службы шин и снижает тормозной путь. По этим пржинам, правительство США постановило, что систел*>1 мониторинга давления в шинах (Tire Pressure Monitoring Systems, TPMS) должны быть установлены на всех транспортных средствах с 1 сентября 2008 г. Д истанционный мониторинг давления в шинах для таких крупных автопарков, как такси и прокат автомобилей способствует снижеиго расходов на топливо и техническое обслуживание, а тсжже повышению уровня безопасности.
Угравление гвтоларсом ксж одна из важнейших телематических услуг, базируется на определении местоположения транспортных средств и диагностических функциях для удаленного мониторила и управления транспортом. Управление автопарком направлено на повышение надежности и эффективности логистики, улучшение планирования и доступности услуг, поддерживаемых автопарком: грузоперевозки, аренда автомобилей и пассажирские перевозки.
Исследования в облости управления автопарком начались в Европе в середоне 90-х и были обусловлен»! следующими причинами: повышен« спроса на перевозки, растущая
конкуренция и необходимость повышения качества услуг, тасих, как поставки точно в сроки и возможность отслеживания перевозок. Про гресс в области телекоммуникаций, вычислительной техники и сенсорных технологий, привели к развитию целого ряда телематических систем, способствующих управлению автопарком. Основная идея состоит в нгтеграции данных телематических систем в уже существующие информационные и+фраструктуры (сотовая или радиосвязь).
Как правило, система управления автопсф>-ком состоит из следующих элементов:
• Телемапмесхое бортовое устройство, расположенное на транспортном средстве. Как правило это навигацюнное устройство (например GPS/ГЛОНАСС-трекер). Продвинутые системы также включают устройство удаленной диагностики, но иногда контролируются такие параметры как расход топлива, скорость перед вижения, показана датчиков открывания дверей, температуры в рефрижераторах (для грузоперевозок) итд
• Телекоммуникационные инфраструктуры (GSM, радиосвязь).
• Сервер для приема, хранен«, обработки и анализа данньос
• Компьютер депетчера из центра управления автопарком
Ранний crfcn внедрения систем управления автопарком показал, что такие нововведения существенно улучиают качество транспорта« услуг за счет сокращения количества недоразумений между во*»ттвлем и диспетчером и повышения качества информационного потока. Одоако наряду с этими улучшениями тасже было отмечено и увеличение росходов на коммуникации. В современных системах для сокращения подобных росходов, а также ввиду наличия определенных ограничений пропускной способности канала данных, применяются математические методы для сокращения потока информации. Так, например, сокращается чос-
гота передачи обновлений! местоположения или изменение скорости передачи данных в зависимости от пройдеиюй д истанции и скоро сти автомобиля.
Безопасности Автомобильные телематические системы безопасности сочетают в себе сенсорные и радиочастотные технологии для обнаружения и предотвращения экстренных ситуации во время вождения. Основная идея состоит в том, что в момент срабатьвания аво рийного датчика (например, индикатора срабатывания подушки безопасности) Бортовое Телематическое Устройство передает в центр спасения по каналу сотовой связи сигнал, содержащий GPS-координаты транстортного средства, попавшего в аварию. Такая концепция в Европе имеет название eCdl (Emergency Cdl/ Экстре нн»й вызов).
Идея программы еСа! впервые возникла в Европе в начале 2000х. Ежегодю в Европе случается около 1,4 млн. ДТП, в результате чего гибнет около 40 тысяч и 1,7 млн. людей по пуча ют увечья. При наличии точнях координат места aeapni вре*« реагирования службы спо сения может быть сокращено на40-50%. Таким образом, предполагается, что eCal будет спо собствовать спасению 2500 тыс. жизней в год а также оказанию своевременной медицинской памоши десяткам тысяч пострадавших Кроме того, вследствие ускоренной подачи спецтранаюрта к местам аварий и, соответственно, быстрой расчистки аварийных участков, будет сокращаться количество пробок, а также будет снижаться общий расход топлива и количество выбросов С02.
С экономической точки зрения программа eCall тасже имеет очень большое значение. Дорожные происшествия ежегодно приюсят Ев^ pone убытков на сумму свыше 160 млрд евро. Однако если бы все машины быт оснащены системами eCall, то имелась бы возможность экономна поряд ка 26 млрдевро в год
SMS !0«*Са1(И»
FVc 3. Схема работы eCal
T-Comm, июнь 2010
зз
На рис 3 гредставлена типовая схема работы системы eCal. Предположим, что попал в аварию автомобиль, оборудованной телематическим устройством, выполняюицм функцию спутниковой навигации (GPS) и передом данных (GSM/GPRS). При срабатывании аварийных датчиков (датчик срабатывания подушки безопасности, акселерометр и тд) н»нформа-ция с датчиков поступает на еСа В-устройство по автомобильной шине (тсхой как CAN), в результате чего eCall-устройство моментально инициирует экстренный звонок в центр спосе-ния (в англоязычной тер*л*юлогии эго Public Safely Answering Point или PSAP).
Существуют другие телематические системы безопасности, робота которых направлена на бесприпятственное передвиженние спецгран-спорта. Опч из методов реалиэсмии таких систем выглядит следующим образом: транспортное средство специального назначения (автомобиль скорой помощи и тд) посылает инфракрасный сигнал на датчик светофора, в результате чего перекрьвается въезд на перекресток, пока его гроезжает спецгранспорт. Такой подход обеспе‘*еоет немедленное реагирование службы спасения на экстренные ситуадо и сокращает число аварий с участием спецгран-спорга.
Телематика очень тесно связана с концепцией ADAS (Advanced Driver Assistance Systems/ Усовершенствованная Система Помощи Водителю), которое, в свою очередь включает в себя следующие системы:
• адаптивньм круиз-контроль;
• система предотвращения столкновений;
• система ночного видения;
• автоматическая парковка;
• системы чтения разметок и дорожных знаков;
• адогтеное освещение.
Так, например, некоторые системы адаптивного освещения работают в связке с навигационной системой (GPS). Электронный блок управления фарами, получает донные GPS и в случае приближения к крутому повороту, подстраивает направление освещения фар таким образом, чтобы водегель мог заблаговременно рассмотреть возможные препятствия, которые ранее находились в неосвещенной зоне.
Послед нее время все более актуальными становятся задачи проектирования гибридных/ электромобилей. Как известно, основным "больным местом* электромобиля является его сжкумулятср. Существуют такие проблемы ксж ограниченная емкость, а также относительно быстрая изнашиваемость аккумулятора электромобиля. Телематические устройства помогут решать такие задачи как:
fVtc 4.6оо*с-о(вма платформы ATOP
• мониторинг состояния и износа батареи и заблаговременное извещение автовладегъ-цр и гроизводгтеля о предстоящей замене;
• заблаговременное предупреждение водителя о приближении к полной разрядке аккумулятора и оперативная навигация к ближай-иим пунктам заправки батареи.
Телематические устройства нойдут свое г^именение и в таких областях, как страхово-ние. Согласно исследованиям девять из десяти людей предпочли бы платить взносы за страхование своих автомобилей от поломок в зависимости от пробега этих автомобилей. По этой гри чине в 2005 г. в Великобританії была создана программа Pay-As-Yoo- Drive, по которой размер взносов зависит от интенсивности использования транспортного средства.
Примером современного многофункционального телематического устройства является недавно разработанное компанией NXP Semiconductors первое семейство бортовой автомобильной телематической платформы (Automotive Tefemctics On board unit Platform), названное ATOP 2.5G. Эго "plug and play" устройство имеет в своем составе:
• GSM/GPRS модем;
• GPS-модуль;
• память SRAM и Hash;
• интерфейсный микроконтроллер на базе ARM7 с широким набором интерфейсов (CAN, USB, UART, GPIO, SIM и тд);
• основной BaseBand процессор на базе ARM9, отвечающий за всю обработку донных;
• контроллер безопасности донных семейства SmartMX;
• RFID+інтерфейс на основе стандартов NFC
Структурная схема платформы ATOP приведена на рис 4.
Все эго упаковано в корпус BG А размером 31x31 мм и высотой 3 мм. Устройство огттими-
зировано по стоимости, форм-фактору и энергопотреблению, при его проектировании было принято во внимание, что оно будет подключаться к бортовой сети автомобиля. Автомобильная платформа ATOP 2-5G поставляется с полностью интегрированным станд артным программным обеспечением и набором драйверов. В делом платформа сертифицирована по автомобильным стандартам, по которым проходят квалификацию все электронные компоненты, применяемые в автомобильной отрасли. Д иапазон рабочих температур модуля составляет -40„.+85°С
На базе этой платформы можно реализовать все вышеописанные приложен*« телематики, а благодсря своей гибкости, данное решение гриспособлено к реализации абсолютно новых, пока еще несформулированных задач
Благодаря установке в автомобилях бортового блока, изготовленного на базе платформы ATOP 2.5G больше нет необходимости устанавливать пункты сбора платежей на дорогах или выставлять автовладельцам счета за пользование дорогами, или собирал, специальные дорожные налоги Бортовой блок — это компактное устройство, которое может быть установлено, например, на приборной панели автомобиля В целях аутентичности NXP предлагает использован««? наклейки (стикера), клеящейся на лобовом стекле автомобиля и оснащенной RF ID — iwnoM для коммуникации с устройством внутри автомобиля. Наклейка уникальна и изготавливается индивидуально ДЛЯ каждого автомобиля. В ее памяти содержится краткая информация об автомобиле: регистрационные номера, марка, год выпуска и тд При наличии необходимого оборудования (портативный RFID-ридер), эти донные можно быстро считывать в случае, например, проверки дорожной полицией (мигицией). Метка изготовлена таким образом, что при попытке олслеитъ
34
T-Comm, н*онь 2010
ответствие защищенности уровню EAL 4. На данный специализированный контроллер пор-тироеона операционная система Java, гарантирующая совместимость, безопосное взаимодействие и параллельную работу нескольких телематических приложений. В SmartMX могут храылься приложения, секретные клю^ и д анные, с помощью этого микроконтроллера можно юридически значимым образом подписывать транзакции
Очень важно отметить, что на базе контроллера SmartMX можно реализовать режи** виртуальной SIM-карты. В данном случае контроллер выполняет эмуляцию SIM-модуля и в него загружается программное обеспечение для выполнения фунсций SIM-мсдуля местного поставщика услуг.
Предполагается, что телематические устройства обязательно будут иметь поддержку мультисим-карт, поскольку под некоторые сервисы, а также для отдельных провайдеров или регионов будут требоваться собственные SIM-карты. Кроме того, на платформе ATOP также имеется поддержка электронной SIM-карты в данном случае непосредственно на печатную плату припаивается специальная микросхема, выполняющая функцию SIM-карты. Таким образом, решается ряд проблем соответствия традиционного SIM-модуля автомобильным стандартам: температура, виброустойчиеооь, влогоустойчивостъ, проблемы контактирования контактных площадок SIM-карты и др.
В начале 2010 г. в городе Эйндховен (Нидерланды) успешно заверимлся пилотный проект тестирования сбора дорожных платежей Проект проходил при участии нескольких компаний, крупнейшими из которых были NXP Senkonductors (поддержка аппаратной части, ATOP) и IBM (информационная поддержка, ПО, серверы, бэк-офис), а также при поддержке Схема работы проекта представлена на рис 5. Помимо непосредственной технической схемы реализации решения, справа приведен«») фрагменты спеииализироесыной вебстраницу, где участники гроекта имеги возможность сио-лизироеатъ свои маршруты и смотреть выписки по своим (виртуальным) счетам
Тестирование, длившееся 6 месяцев, показало, что технологическое решению способно стимулировать изменение вертельсхих предпочтений и способствовать сокращению числа дорожных пробок и оздоровлению окружающей среда. Пилотный проект проводился в целях предоставления голландскому правительству вариантов решения проблемы перегруженности автодорог в Нидерландах
Испытания показали отличные результаты: при правильном стимулировании 70% водителей изменили свои предпочтения и отказались от передвижения в часы пик, доказав тем самым, что внедрение систем дорожных поштын положительным образом сказывается на ведо-тельских предпочтениях населения и позволяет нормализовать дорожное движение
В испытаниях принимало участия 200человек, включая мэра города Эйндховен и других видных политических деятелей. Было пройдено свыие 200 тыс км и система в целом доказала свою высокую надежность. Технологическое решение готово для взимания пошлин с автовладельцев в соответствии с типом дороги, временем суток и экологическими характерист-ками автомобиля и может эффективно осуществлять обратную связь с водителями, вшяя тем самым на их вощтельские предпочтения — ежедневно помогая мл жоно\«<тъ свои деньги и притмсль более эффективные и "экологичные" решен«« на дороге Кроме того, испытания в Эйндховене показали, что технология 1ЧХР готова к внедрению в рамках любой крупномасштабной программы регулирования дорожного движения.
Основные результаты
пилотного проекта:
• 70% участников дорожного движения изменили свои водительские предпочтения (вождение вне часов пик, пользование недорогими дорогам);
• стоимость передвижения за километр снижена на 16%;
• четкая система стимулирования имеет кригтическое значение в вопросе изменения во-детельских предпочтений.
Было установлено, что большое значен*« имеют.
• удобство использования;
• надежность;
• зашита донных;
• конфиденциалыюсть;
• визуализация информации (нали>«*е графического дисплея);
• то1*«^ и регулярное обновление карт.
По прогнозам экспертов полноценное внедренное подобной системы сбора дорожньк платежей позволил добиться следуюц*« результатов:
• 58% — сокращение задержек дорожного движения вследствие пробок;
• 15% — сокращение общего километража, пройденного за год;
• 10% — сокращение выбросов С02;
• 6% — прирост пассажиро-киламетров в общественном транспорте;
• евьаие 50% нидерландских семей станут пламтъ за пользование автотранспортом меньше, чем они платят сейчас в рамках уплаты налога на автотранспортные средства и налога на покупку автомобиля.
Новая система взимания дорожмде пошли« будет введена в Нидерландах с 2012 г. для грузового автотранспорта и с 2013 г.—для легковых автомобилей. Планируется, что полностью программа должна быть реализована к 2016г.
Перспективы рынка телематики выледят довольно м#ногоо6ещающе. На сегодеяшний день развитие телематики уже достигло кригти-ческой массы во всех крупнейших ретонах мира. Все крупнейшие производите/и автомобилей и автомобильной электроники в той или иной степени вовлечены в процесс разработки телематических систем.
Согласно исследованиям, проведенный в Великобритании в 2008 г., как минимум одеа из четырех крупных транспортных компаний для управления автопарком применяет технологии отслеживания транспортных средств (hacking). В настоящее время самыми раегтро-страненвоыми разделами телематижи являются навигация и безопасность, однако в будущем данные разделы должны стать базовыми функциями автомобиля. Аналитики также уверены в том, что в будущем произойдет интеграция встроенных телематических устройств и мобильной технияси, в результате чего начнут появляться решения, которые будут подходить как для бюджетной техники, так и для аппаратуры премиум класса.
Основной движущей силой развития телематики будет являться необходимость в беспроводных технологиях: с одной стороны наблюдается увеличивающийся спрос водителей и пассажиров к беспроводным коммуникациям, а с другой стороны имеется интерес автопроизводителей к бестроводным решениям для соединения электронных модулей внутри автомобиля, а также для подключения к автомобилю внешних беспроводных устройств. Более того, по мнению некоторых специалистов телематические устройства в будущем могут стать общей коммуткадох+юй платформой для всех автомобильных узлов: трансмиссия, подвеска, мультимедиа и ADAS (Advanced Driver Assistance Systems/ Усовершенствованная Система Помкхде Водителю).
36
Т-Солпт, и«онь 2010
