Де живе характер автомобіля? У підвісці? Чи в двигуні? Чи в тому, як сидіння стискають ваші боки, чи в тому, як вихлоп лоскоче вуха? Насправді, характер автомобіля визначається усіма цими речами і навіть більше – або, принаймні, визначався. Тепер, коли цифрові процесори контролюють все – від крутного моменту, що обертає колеса, до амортизаторів, що керують підвіскою, – визначальні елементи поведінки автомобіля мають менше спільного з апаратним забезпеченням, а більше з програмним забезпеченням.
Код, написаний розробниками, є визначальним фактором, але оскільки більшість сучасних автомобілів побудовані на основі розрізнених систем управління, придбаних у десятків або сотень постачальників, кожен компонент яких працює під управлінням програмного забезпечення, написаного розрізненими командами розробників з різними намірами, легко зрозуміти, чому занадто багато нових автомобілів взагалі не мають характеру водія.
BMW хоче це змінити. Ласкаво просимо до “Серця радості” – коробки з невдалою назвою, яка міститиме і контролюватиме все. BMW хоче, щоб її майбутні автомобілі були не лише чудовими машинами для водіння, але й дарували принципово нові, незабутні враження від водіння. Вони повинні бути унікальними, і Heart of Joy – це те, як BMW сподівається це зробити.
Нещодавно на виставці IAA в Мюнхені ми мали нагоду поспілкуватися з Ніколаєм Мартіном, віце-президентом BMW з питань водійського досвіду, щоб заглибитися в те, що змушує це кремнієве серце битися і як воно докорінно змінить спосіб розробки нових автомобілів.
Концепція
Якщо ви читали нашу статтю про автомобільний Ethernet, то знаєте, що сучасні автомобілі складаються з безлічі різних обчислювальних систем, розкиданих по всьому шасі. Так, зазвичай є центральний електронний блок керування (ECU), який тримає все під контролем, але навколо можуть бути десятки інших підпроцесорів, з’єднаних між собою все більш високошвидкісними системами для передачі даних туди і назад.
Отже, поки головний блок керування керує автомобілем, він може доручити іншому комп’ютеру керувати системою курсової стійкості, ще одному – активацію ABS на слизькій дорозі, а більш дискретні процесори контролюють все – від автоматичних склоочисників до моніторингу сліпих зон.
Найчастіше ці окремі процесори та код, який вони виконують, надаються постачальниками оптом. Привабливість полягає в тому, що вони здебільшого працюють за принципом plug-and-play. Виробник може швидко додати розширені системи стабільності або допомоги водієві без необхідності витрачати багато часу і грошей на те, щоб з’ясувати, як все це повинно поводитися.
Це добре. Погано те, що будь-який автомобіль, який використовує ці системи, буде поводитися принципово однаково. Подумайте про кількість різних автовиробників, які використовують трансмісії від ZF або ABS від Bosch, наприклад. Звісно, кожен бренд має свої власні процедури налаштування та тестування, але мало що можна змінити, якщо у вас немає ключів від усіх вузлів автомобіля.
BMW Heart of Joy усуває всі ці розподіли праці. Це єдина основна система, яка безпосередньо контролює практично кожен аспект автомобіля. Вона працює на єдиному програмному забезпеченні, розробленому власними силами BMW відповідно до специфікацій BMW. Видаляючи всі ці інтерфейси від постачальників, відкриваючи всі двері, власні інженери BMW мають повний контроль над процесом.
Переваги “Серця радості”
Коли ми попросили Мартіна з BMW навести приклад такого підходу, він насамперед звернувся до гальмування. АБС – це особливо поширена річ, яку виробники віддають на аутсорсинг, покладаючись на те, що постачальники передадуть їм антиблокувальну гальмівну систему, яка працює і працює добре, як тільки її прикрутять до автомобіля.
Але з початком переходу BMW на абсолютно нову, спеціалізовану платформу Neue Klasse EV, ситуація ускладнюється. Рекуперативне гальмування тепер може відігравати набагато більшу роль у зупинці автомобіля. За словами Мартіна, завдяки Heart of Joy BMW зможе повністю зупинити автомобіль, не покладаючись на фізичні гальма.
“Це дозволяє уникнути шуму”, – каже він, що важливо для безшумного електромобіля, але це також впливає на продуктивність: “Ви можете перейти на більш високі рівні рекуперації в звичайній ситуації водіння, тому що, наприклад, якщо ви їдете по мокрій дорозі, вам доведеться враховувати зворотний зв’язок від датчиків”.
Взаємодіючи безпосередньо з датчиками частоти обертання коліс і з самими гальмами, система BMW Heart of Joy забезпечує точність, необхідну для плавного управління рекуперативним гальмуванням в ситуаціях з низьким зчепленням з дорогою. Ця ж концепція поширюється на всі інші аспекти автомобіля, включаючи контроль стійкості, трекшн-контроль і навіть функції в салоні. А оскільки все це програмне забезпечення, його можна буде легко оновити.
“Ми зможемо отримати доступ до 99 відсотків наших електричних компонентів в автомобілі по повітрю”, – сказав Мартін, додавши, що це включає навіть такі речі, як двигуни, які піднімають і опускають склопідйомники. Нові заходи безпеки та оновлення дозволять BMW безпечно оновити все програмне забезпечення автомобіля менш ніж за 20 хвилин.
Це означає, що BMW також може швидко розгортати нове програмне забезпечення в польових умовах під час тестування та розробки прототипів автомобілів.
“Ми можемо створювати програмне забезпечення щогодини, – сказав він, – і якщо ми знаходимося на тестовому треку, то зі швидкістю розробки ми схожі на гоночну команду”.
Апаратне забезпечення
На додаток до простоти інтеграції, яку забезпечують готові системи, вони також вирішують основну проблему, яка обмежувала здатність цих систем контролювати все: затримку в роботі шини. Якщо у вас є кілька процесорів на комп’ютері, які відповідають за різні частини процесу водіння, їм потрібен час, щоб обмінятися інформацією через мережу автомобіля, яка називається шиною.
“Всі інші системи з шиною між блоками управління повинні обробляти щонайменше 10 мілісекунд, 20 мілісекунд”, – каже Мартін. Така невелика затримка може здатися швидкою для геймера, але вона недостатньо швидка для автомобіля в реальному світі. За словами Мартіна, усунувши всі ці посередники, Heart of Joy матиме затримку менше 1 мілісекунди.
“Таким чином, ми принаймні в 10 разів швидші. І це призводить до того, що ви можете розширити межі рекуперації, динаміки водіння, всього цього на інший рівень. І тоді вся архітектура програмного забезпечення, архітектура функцій є новою”.
Мартін каже, що в основному всі ці дані передаються через мережу Ethernet, а чіпи Infineon відповідають за мережеві особливості.
Люди
Можливо, саме апаратне та програмне забезпечення диктує поведінку автомобіля, але не думайте, що це робить все холодним і клінічним. Частково мета полягає в тому, щоб полегшити роботу кваліфікованих інженерів BMW, які займаються розробкою обладнання, програмного забезпечення та інженерів-розробників, і змусити автомобіль робити саме те, що вони хочуть.
Для цього процесу потрібно багато людей. Мартін розповів, що над питаннями динаміки руху та автоматизованого водіння працює близько 2 000 інженерів. З них близько 600 – розробники програмного забезпечення.
BMW також проводить все більше випробувань своїх автомобілів у цифровому форматі, переходячи до віртуального середовища. “Ми заповнили абсолютно нову будівлю дійсно висококласними симуляторами”, – сказав він. “Ви відчуваєте, що повинні тренуватися для наступної місії на Марс”.
Мартін сказав, що BMW навіть йде так далеко, що віртуально тестує склади шин. Ця нова система навіть має достатню обчислювальну потужність, щоб впоратися з тим, чого до цього часу бракувало в симуляції водіння: гнучкості.
У попередніх симуляторах віртуальне шасі та шини були абсолютно жорсткими. Підвіска могла рухатися так, як і повинна, але різні структурні компоненти між ними – ні.
“Тепер, завдяки новітнім обчислювальним потужностям, ми можемо згинати все”, – сказав він, додавши, що вони змогли зробити це лише за останні кілька місяців. “Ми можемо керувати всіма фізичними взаємодіями в симуляторі. І я сам цьому здивований. Я їздив на ньому багато разів, і це відчувається настільки реально. Як поводиться автомобіль”.
Філософія
Мартін каже, що рішення BMW є абсолютно унікальним. “Поки що ми є єдиним автовиробником, який так послідовно поєднує програмне забезпечення та ЕБУ для керування силовим агрегатом і плагінами. І це дозволяє нам, з одного боку, запропонувати ще більшу динаміку водіння та справжнє задоволення від керування автомобілем з точки зору максимальної продуктивності”.
