Белорусские ученые разработали собственный вариант антиблокировочной системы для автомобилей.

До сорока процентов стоимости современного автомобиля (разумеется, речь идет о хороших иномарках) определяется электронными компонентами и программным обеспечением. До девяноста процентов всех нововведений, появляющихся в автотехнике, связаны именно с электронными системами (это данные из открытых источников).

При создании самых дорогих автомобилей, стоимость которых исчисляется сотнями тысяч долларов, от пятидесяти до семидесяти процентов расходов приходится на программное обеспечение. В этих машинах порой работает не один и не два, а десятки (по некоторым данным, до семидесяти!) разных процессоров. По мнению экспертов, таких, как доктор Клаус Бенглер, руководитель отдела взаимодействия человека и автомобиля в компании BMW, на современные авто целиком распространяется закон Мура: вычислительная мощность удваивается каждые восемнадцать месяцев.

Вот примерный список электронных устройств, которые устанавливают в автомобилях премиум-класса: системы контроля за давлением в шинах, регулировки положения кузова с пневмоприводом, динамическая система контроля управления, электронная регулировка жесткости амортизаторов, электронный стояночный тормоз, цифровая электроника управления двигателем (электронный впрыск, самодиагностика), активный круиз-контроль, система динамической стабилизации, электронная система переключения передач, справочная система, навигационный гид и даже устройство для автоматического затемнения зеркал. Впрочем, это далеко не все. Испытываются, например, системы управления голосом, правда, это опытные образцы, и русский язык они, вроде бы, еще не понимают.

Единственная, пожалуй, разница между ПК и электронными системами на автомобилях - последние отстают в своем развитии примерно лет на семь. Правда, на постсоветском пространстве отставание гораздо больше - лет эдак на двадцать пять.

Игра в "догонялки"

Заглянув под капот любого российского легкового, а тем более, грузового автомобиля, вы сразу поймете, что нашим предприятиям есть над чем работать. Спартанский минимум электроники в отечественных машинах наводит на мысль о предстоящей многолетней "игре в догонялки" с западными автогигантами.

С ходу масштабную задачу компьютеризации авто, конечно, не решить. Впрочем, первые шаги в этом направлении уже делаются. В Беларуси, например, давно выпускают автомобильную электронику: антиблокировочные системы и другую "начинку" для российских и белорусских грузовиков и спецтехники (пожарных машин, автомобилей скорой помощи и т.д.). Работы эти ведутся в рамках научно-технической программы союзного государства России и Беларуси "Развитие дизельного автомобилестроения на период до 2008 года". Конечно, это лишь небольшой, но вполне реальный шаг на пути модернизации современной техники.

Об отечественных антиблокировочных системах и перспективах использования высоких технологий в изделиях отечественного автопрома нам рассказал один из разработчиков автомобильной электроники сотрудник "Объединенного института машиностроения" Национальной академии наук Беларуси, руководитель отдела систем активной безопасности и управления мобильных машин Михаил Белоус.

По словам ученого, первая российско-белорусская программа развития автомобилестроения предусматривала создание целого спектра электронных устройств, но она в полном объеме, что называется, "не пошла", хотя немало предприятий этой отрасли и по сей день работают вместе - из России в Беларусь и обратно идут автомобильная техника, запчасти и узлы для нее, выпускаемые в обеих странах.

Но развитие было необходимо. Именно поэтому и появилась новая программа, головным предприятием которой от Беларуси стало борисовское научно-производственное предприятие "Экран", которое занимается серийным выпуском целого спектра электронно-механической аппаратуры, предназначенной для автомобильной техники. Минские ученые под руководством академика Михаила Степановича Высоцкого взяли на себя функцию научно-технической разработки. Причем, основное направление, которому они уделяют внимание, - микропроцессорные устройства активной безопасности для автомобилей.

Делаем АБС

Проблема безопасности была и остается одной из наиболее актуальных в автомобилестроении. И антиблокировочная система - одно из основных звеньев в ее обеспечении. Каждый водитель знает, если одно из колес блокируется, ухудшается процесс торможения, что может привести к неуправляемому заносу и, как следствие, к аварии. АБС блокировку предотвращает принудительно, растормаживая колесо, насколько это необходимо.

Первые механические АБС появились в тридцатых годах прошлого века, в авиации, где они повсеместно используются до сих пор - (синхронное торможение шасси при посадке для любого самолета - вопрос жизни и смерти). С тех пор АБС непрерывно совершенствовались. Сегодня практически все они управляются при помощи электронных устройств - микроконтроллеров. Поэтому белорусские ученые и приступили к разработке такого устройства. Естественно, готового решения не было, и начиналось все, практически, с нуля - с анализа процесса торможения.

Уровень развития современной электронной базы давно позволяет ей работать совместно с механикой. При помощи электронных устройств вполне можно управлять работой большинства механизмов - клапанов, сервомоторов и т.д. Но задача, стоявшая перед белорусскими специалистами, оказалась совсем не простой. В качестве рабочего тела в тормозной аппаратуре грузовых машин используется сжатый воздух. Для того, чтобы разблокировать колесо, его необходимо выпустить. Но тогда система потеряет энергоноситель, который придется накапливать заново. Это решение не годилось, необходимо было разработать алгоритм ступенчатого торможения - выпускать воздух шажками, понемногу, анализируя происходящие при этом изменения и подавая соответствующие команды тормозной аппаратуре.

Чтобы добиться этого, потребовалось основательное изучение автомобиля, особенностей взаимодействия шин с дорогой при различных погодных условиях и даже разных формах протектора покрышек. Задачу осложняло то, что надо было управлять каждым из колес в отдельности, ведь все они на поворотах, например, движутся с разной скоростью, разными могут быть для каждого из них и дорожные условия. В итоге белорусы разработали свой собственный микроконтроллер со специализированным процессором, включающим аналого-цифровой преобразователь со счетчиками - таймерами и оригинальной программной начинкой. На них постоянно приходит информация с датчиков скорости, установленных на движущихся частях мостов автомобиля, которая обрабатывается микропроцессором. Дальше в работу включаются интеллектуальные электронные ключи, управляющие электромагнитами устройств подачи воздуха. Их главная "фишка" - средства самодиагностики, контролируемые все тем же микропроцессором, так что обрыва цепи или замыкания бояться нечего. Оригинальность микроконтроллера состоит и в том, что специалисты совместили в нем по времени измерение и обработку информации, что дало возможность увеличить быстродействие устройства в целом.

Программа торможения

Дальше - еще сложнее. Позволить микроконтроллеру управлять колесами, опираясь только на показания датчиков, нельзя. Представьте ситуацию: автомобиль движется со скоростью сто километров в час, но при этом все его колеса заблокированы и таймеры на выходе дают "ноль". Процессор при этом "решит", что машина стоит на месте.

Для того, чтобы АБС работала как надо, необходимо знать истинную скорость каждого колеса машины. Ученым пришлось разработать программный алгоритм ее вычисления, учитывающий нестандартные ситуации.

После сотен стендовых и полевых испытаний, наконец, появились первые удачные программы. Все они были написаны на языках низкого уровня. Если писать их, например, на языке "Си", рассказал Белоус, они займут слишком много места в памяти устройства, а с оптимизацией и надежностью работы могут быть проблемы.

Естественно, для каждой новой модели автомобиля "прошивки" приходилось адаптировать (с учетом массо-габаритных показателей машин расстояния между мостами, размеров колес, нагрузки, приходящейся на колеса и т.д.). Сейчас таких модификаций выпускается порядка десяти.

Итогом масштабной работы, проведенной белорусами, стало то, что отечественная АБС показала лучшие результаты, чем образцы ведущих зарубежных компаний. Вот вам и отставание.

Конверсия по-борисовски

Электронный блок отечественной АБС - небольшая плата в коробочке, своеобразный "черный ящик", ресурс которого - пятнадцать тысяч часов, больше, чем у самого автомобиля. Стоит он порядка девяноста долларов. А вместе с датчиками и модуляторами обойдется от трехсот до четырехсот пятидесяти - цена вполне конкурентоспособная, и российские автомобилестроители с удовольствием приобретают нашу электронику - по восемнадцать тысяч комплектов в год.

Благодаря надежности электроники и механики борисовскому "Экрану", производителю АБС, в прошлом выполнявшему заказы авиастроительной и военной отраслей СССР, не пришлось слишком долго бороться за российские рынки. Резиновые уплотнения модуляторов европейских фирм, которые поначалу покупали россияне, были рассчитаны на температуру воздуха не ниже двадцати градусов мороза. И на испытаниях при низких температурах они попросту рассыпались. Борисовские, без проблем, выдерживали до двух миллионов рабочих циклов - значительно больше, чем нужно. Это и обусловило успех продукции предприятия.

Правило 89

В конце нашего разговора я задал Белоусу вопрос, который мог бы прийти в голову каждому, знакомому с компьютерами человеку. А нельзя ли передать все функции систем безопасности, в том числе и АБС, мощной и производительной центральной ЭВМ, у которой и память побольше, и возможности для расчетов более внушительные?

Он улыбнулся моей наивности: "Неужели Вы захотите доверить свою жизнь Windows?" "А если серьезно, то системы безопасности должны функционировать абсолютно автономно, - добавил он, - сложно представить, что будет, если в критической дорожной ситуации компьютер вдруг "зависнет" или какое-то ваше действие вызовет программный сбой".

Оказалось, что выводы белорусского ученого подтверждены и стандартом ISO. В частности, правилами тринадцать и восемьдесят девять, которые выдвигают аналогичные требования к узлам и системам автомобиля. АБС, как и другие жизненно-важные системы безопасности, действительно не должна замыкаться на другие устройства, дабы не представлять угрозы на дороге.

А центральные бортовые компьютеры в современных автомобилях, конечно, есть, но, как правило, отвечают за функции, не влияющие на работу устройств безопасности и управления - те, при необходимости, комплектуются собственными вычислительными блоками повышенной надежности.

Новые разработки

Ученые и специалисты отдела систем активной безопасности работают не только над союзными, но и над республиканскими проектами. Один из них - объединение автомобильной электроники в моноблочные конструкции. В данном случае речь идет о начинке автопоездов "МАЗ". Разнообразные вспомогательные электронные устройства в них порой находятся в разных местах кузова автомобиля. Ученые и производственники пытаются собрать все их в несколько функциональных блоков, сделать миниатюрнее и удобнее, чем сейчас. Разработанный ими комплекс уже проходит стендовые испытания, а вскоре попадет на полигон.

А в планах у минских ученых - более широкий спектр задач. Они собираются обеспечить бортовые системы автомобиля внешней информацией - о погоде и температуре дорожного покрытия, например. Она поможет повысить качество работы той же АБС и других устройств безопасности.

Эдуард ТРОШИН

Фото Виктора ХОРЕВА