آشنایی با مفهوم X-By-Wire

امروزه در صنعت خودرو تلاش زیادی به‌منظور افزایش تعداد سیستم‌های مرتبط با ایمنیخودرو صورت می‌گیرد و ایمنی سرنشینان، خواسته اصلی مصرف‌کنندگان خودرو است. از سوی دیگر، قوانینی که توسط دولت‌ها وضع می‌شود ایمنی سرنشینان را به عنوان الزام اصلی دربردارند. بی‌شک افزایش واحدهای کنترل ایمنیی خودرو، باعث افزایش بیش از پیش ایمنیی سرنشینان خودرو خواهد شد. اضافه شدن این واحدهای کنترلی، زمینه‌ساز فراغت و آزادی راننده از انجام کارهای تکراری شده و باعث می‌شود هنگام وقوع حوادث، راننده بتواند بهترین تصمیم را اتخاذ کند زیرا این سیستم‌ها به او در یافتن بهترین راهحل، کمک بسیار زیادی می‌کنند.
پیاده‌سازی چنین سیستم هوشمند الکترونیکی نیاز به کنترل مستقیم فرمان خودرو، ترمزها، سیستم تعلیق و محرک‌های مربوط به قوای محرکه با توجه به شرایط رانندگی و خودرو و اثرات محیط بر خودرو دارد.
مناسب‌ترین بخش برای پیاده‌سازی چنین سیستمی، جایگزینی سیستم‌های قدیمی مکانیکی/هیدرولیکی با سیستم‌های جدید مکاترونیکی (Fault-Tolerant) است.
Fault-Tolerantها، سیستم‌هایی هستند که در برابر خطاها و خرابی‌های احتمالی مقاوم بوده و بهگونه‌ای طراحی شده‌اند که حتی با وقوع خرابی‌های مهم، از کار بازنمی‌ایستند. مثلاً، نسخه ISO ۱۱۸۹۸-۳ از باس CAN در مقابل بسیاری از خطاها و خرابی‌های مهم حتی اتصال کوتاه شدن باس، همچنان به کار خود ادامه می‌دهد و از کار نمی‌ایستد. این قابلیت را می‌توان به صورت سخت یا نرم‌افزاری، با افزودن قطعات یدکی پشتیبان، پیادهسازی کرد. مثلاً، در بسیاری از سیستم‌های کنترلی با حساسیت بالا، از دو منبع تغذیه استفاده می‌شود؛ 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 می‌کند.
سیستم‌های X-By-wire باید فرمان‌های ارسالی از سوی راننده را دریافت کرده و با تفسیر صحیح آنها، درک صحیحی از خواسته‌های او با توجه به شرایط خودرو و شرایط محیطی، به دست آورند. سپس، باتوجه به اطلاعات دریافتی، بهترین و صحیح‌ترین 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 می‌شود.
هدف اصلی پروژه X-By-Wire رسیدن به ساختاری برای معرفی سیستم‌های ایمنی Fault-Tolerant در خودرو است. به همین علت، نام پروژه X-By-Wire انتخاب شد که در آن، X معرف تعداد زیادی سیستم‌های ایمنی خودرو نظیر فرمان خودرو، ترمز، کنترل قوای محرکه و ... است. کنترل توسط این سیستم‌ها معمولاً صرفاً الکترونیکی بوده و بخش پشتیبانی مکانیکی آنها حذف شده است.
مزایای سیستم X-By-Wire عبارتند از:
۱) هزینه پیاده‌سازی آنها بسیار پایین‌تر از سیستم‌های مکانیکی در تولید انبوه است.
۲) در این سیستمها، می‌توان 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 نرم‌افزاری جدید درون کنترلرها به راحتی و بدون هیچ‌گونه تغییر مکانیکی می‌توان اشکالات احتمالی را برطرف کرده و یا نسخه جدید نرم‌افزار را در زمانی بسیار کوتاه، وارد سیستم کرد.
هم‌اکنون به دلیل عدم اطمینان کافی از عملکرد سیستم‌های صرفاً الکترونیکی، این سیستم‌ها همراه با سیستم پشتیبان مکانیکی، در خودرو نصب می‌شوند 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 سیستم‌های فاقد پشتیبان مکانیکی دچار اشکال شده و عملکرد خود را از دست بدهند، بی‌گمان 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 افزون‌تر از سیستم‌های مکانیکی شده است.
استاندارهای مختلفی برای مشخص کردن درجه قابلیت اطمینان این نوع سیستم‌ها و مقدار خطای مجاز آنها تدوین شده است. مثلاً، مقدار خطای سیستم Steer-By-Wire که سیستمی حیاتی در ایمنی خودرو تلقی می‌شود، 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 می‌دهد.
در شکل ۲، سیستم آزمایشگاهی Steer-By-Wire نشان داده شده است. همانطور که می‌بینید ارتباط مکانیکی فرمان با چرخ‌ها، کاملا حذف شده است.
با توجه به آنچه گفته شد، می‌توان نتیجه گرفت با ورود کنترلکننده‌های الکترونیکی به خودرو، نسل جدیدی از وسایل ایمنیی هوشمند معرفی شده است. بر طبق بررسی‌های انجام شده، سهم ایمنییخودرو ناشی از نصب تجهیزات جدید، از سهم تجهیزات قدیمی پیشی گرفته است.
گرچه سیستم X-By-Wire می‌تواند تجارت تولید خودرو را کاملاً متحول سازد، اما به دلیل هزینه بسیار بالای آن، خودروسازان به تنهایی نمی‌توانند از عهده مخارج ایجاد تکنولوژی مورد نیاز سیستم X-By-Wire برآیند. در نتیجه، شرکت‌های فعال در زمینه این تکنولوژی به دو گروه تقسیم شده‌اند که هر یک فعالیت خود را در خصوص گروهی خاص از پروتکل‌ها متمرکز کرده‌اند.
برای پیاده‌سازی تکنولوژی X-By-Wire باید تعدادی واحد Fault tolerant توسط یک باس بلادرنگ ، به یکدیگر متصل شوند. باس‌های به‌کار گرفته شده در X-By-Wire شامل باس‌های TTP و Flex Ray است. در نتیجه، دو گروه پروتکل متفاوت در سیستم X-By-Wire در حال توسعه است:
۱) گروهی که فعالیت‌های خود را بر شبکه‌های Time Triggered متمرکز کرده‌اند. این گروه، شامل شرکت‌های پژو سیتروئن، آئودی، فولکس واگن، دلفی و Honeywell است. این گروه از پروتکل‌های Time Triggered یا به اختصار (TTP) که توسط دانشگاه وین در کشور اتریش طراحی شده است، استفاده می‌کنند. TTP براساس پروتکل TDMA طراحی شده است. در این پروتکل همه اتفاقات براساس برنامه زمانبندی از پیش تعیین شده و غیرقابل تغییری به وقوع می‌پیوندد.
۲) کنسرسیوم FlexRAY که پروتکل خاص خود (Flex Rey) را تدوین کرده‌اند. 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.
● چکیده
برای پیادهسازی تکنولوژی X-By-Wire باید تعدادی واحد Fault tolerant توسط یک باس بلادرنگ به یکدیگر متصل شوند. باس‌های به کار گرفته شده در X-By-Wire شامل باس‌های TTP، Flex Ray است.

نویسنده : حامد تقی‌پور،
کوروس معبر،
علی تالاری
منابع
۱. X-By-Wire systems and time-triggered protocols, Annika Karlsson, ۲۰۰۲-۱۱-۲۰
۲. Final Report, Safety Related Fault Tolerant Systems in Vehicles, X-By-Wire Team,۲۶ nov ۱۹۹۸
۳. Optimizing the configuration of X-By-Wire networks using word combinatorics, Nicolas NAVET, TRIO Team

منبع : ماهنامه صنعت خودرو