Nowoczesne samochody – naszpikowane czujnikami

Jake urządzenia elektryczne miały na pokładzie samochody 125 lat temu? W czasie kiedy powstała marka Skoda, samochody były dość proste i bardzo mechaniczne – z czasem otrzymały elektryczny rozrusznik, wycieraczki przedniej szyby czy w końcu prostu radioodtwarzacz. Dzisiaj nawet popularne samochody są naszpikowane elektroniką – wystarczy spojrzeć na Skodę Kamiq, Scalę lub Octavię, które pod karoseria kryją tysiące kabli i czujników.

Sieć przewodów w samochodzie to jego układ nerwowy. Instalacja nie tylko zasila odbiorniki, ale też przesyła sygnały z wielu kamer, radarów i czujników, dlatego długość przewodów wynosi ponad dwa kilometry. Chociaż do „kontaktowania” się ze światem zewnętrznym samochody coraz częściej korzystają z łączności bezprzewodowej, i tak wszystkie urządzenia elektryczne, które są w aucie, muszą być ze sobą połączone zwykłymi kablami. Chodzi tu zarówno o lampki, gniazda USB, przyciski, pokrętła klimatyzacji, głośniki, jak i regulację oraz podgrzewanie foteli. We współczesnych samochodach na całkowitą długość przewodów w coraz większym stopniu wpływa też liczba wszelkiego rodzaju czujników.

Skoda jest jedną z najstarszych marek na świecie – jej początki sięgają 1895 roku, kiedy to powstał zakład Laurin&Klement.

125 lat Skody

Najbardziej zaawansowane technicznie auta są wyposażone w radar dalekiego zasięgu, a czasem też w czujnik laserowy (obydwa montuje się z przodu nadwozia), cztery radary średniego zasięgu (na rogach karoserii), kilkanaście czujników ultradźwiękowych (z przodu i z tyłu), kamerę (lub dwie) na przedniej szybie oraz kilka innych kamer systemu 360 stopni (z każdej strony auta). Każdy z czujników musi być połączony przewodem elektrycznym z modułem sterującym jego pracą.

W nowoczesnym samochodzie jest nawet 90 (!) takich modułów, a jednym z najważniejszych jest centralny komputer, analizujący informacje z czujników na potrzeby systemów wspomagających. Aby wszystkie systemy samochodu działały sprawnie i błyskawicznie reagowały na sygnały z czujników, jest potrzebne zaawansowane oprogramowanie – o skali jego rozbudowania świadczy choćby to, że składa się ze stu milionów linijek kodu, a to tyle, ile mają oprogramowania Facebooka i systemu Windows 7 razem wzięte.

Przewody są cienkie, zazwyczaj mają średnicę około 1 mm, ale łączy się je też w grubsze wiązki, o średnicy ponad 4 cm. We współczesnych autach kompaktowych, takich jak Skoda Karoq, ich łączna długość przekracza dwa kilometry, a masa wynosi ponad 50 kg. Zapanowanie nad tą ilością kabli, czyli stworzenie planu rozłożenia przewodów w samochodzie, zajmuje zespołowi inżynierów dwa lata. Liczba czujników, przewodów, modułów sterujących oraz ich rozmieszczenie są różne i zależą od wersji silnikowej, a także od wyposażenia samochodu. Producenci szacują nawet, że liczba możliwych konfiguracji poprowadzenia instalacji to ponad 400 miliardów! Na stronie obok i powyżej opisujemy, jak czujniki wpływają na poprawę bezpieczeństwa i komfortu jazdy.

Bezpieczeństwo bierne

Czujniki wpływają na poziom bezpieczeństwa także wtedy, kiedy stłuczki nie da się uniknąć. Dobrym przykładem jest działanie poduszek powietrznych, które – w zależności od siły i kierunku uderzenia – mogą zostać napełnione powietrzem w większym lub mniejszym stopniu. Informacje do komputera sterującego działaniem poduszek dostarczają m.in. czujniki zderzenia. Czujniki znajdują się także w siedziskach i gniazdach pasów bezpieczeństwa, dzięki temu poduszki są uruchamiane na tych miejscach, na których siedzą pasażerowie.

Bezpieczeństwo aktywne

Dziś nie tylko w drogich i luksusowych samochodach montuje się seryjnie zaawansowane systemy wspomagające kierowcę. Od 2022 roku wszystkie nowe auta w Europie, również najtańsze modele, będą obowiązkowo wyposażane m.in. w system automatycznego awaryjnego hamowania z funkcją wykrywania pieszych oraz w system aktywnego utrzymywania samochodu na pasie ruchu. Dzięki temu nawet małe samochody będą miały radary dalekiego i średniego zasięgu oraz kamerę na przedniej szybie.

Nagłośnienie

Żeby zamontować w samochodzie system audio składający się z kilkunastu głośników (nierzadko ponad dwudziestu), potrzeba wielu przewodów. Najbardziej zaawansowane zestawy audio mają też czujniki akustyczne i komputer sterujący, dzięki którym w aucie działa funkcja aktywnej redukcji hałasu. Czujniki „zbierają” dźwięki otoczenia, procesor analizuje fale dźwiękowe o niskiej częstotliwości i przez głośniki emituje fale o przeciwnej amplitudzie, co sprawia, że podczas jazdy w kabinie jest ciszej. Takie rozwiązanie ma np. Skoda Kodiaq z systemem audio marki Canton.

Układ jezdny

Korzystając z informacji dostarczanych przez czujniki prędkości, kąta skrętu kierownicy lub kamery, jednostka sterująca zawieszeniem adaptacyjnym zmienia siłę tłumienia i skok każdego amortyzatora osobno, aby np. ograniczyć przechyły nadwozia w zakręcie. Wszystkie auta na rynku europejskim mają też czujniki prędkości obrotowej każdego z kół – korzysta z nich nie tylko układ ESC (dohamowuje poszczególne koła, by poprawić stabilność auta), ale także funkcja torque vectoring (aktywny mechanizm różnicowy, który rozdziela siłę napędową między kołami jednej osi).

Samochód pełen czujników

Kamery, radary i czujniki ultradźwiękowe stają się oczywistym wyposażeniem każdego auta, ale nowoczesne modele mają też dziesiątki innych czujników, o których rzadko się wspomina. Na przykład czujniki temperatury we wnętrzu (korzysta z nich kilkustrefowa klimatyzacja), czujniki na podczerwień obserwujące twarz kierowcy (wykorzystuje je system monitorowania zmęczenia), a nawet tzw. czujniki pojemnościowe umieszczone na taśmie, która jest zamontowana w wieńcu kierownicy, pod skórzanym obszyciem. Są one bardzo przydatne w samochodach z zaawansowanymi systemami wspomagającymi (taką kierownicę ma m.in. nowa Skoda Octavia), bo reagują na dotyk – wykorzystują pole elektryczne, czyli działają na podobnej zasadzie jak gładziki w laptopach. Dzięki temu systemy bezpieczeństwa zapewniające częściowo zautomatyzowaną jazdę (np. aktywny tempomat z funkcją utrzymywania samochodu na pasie ruchu) stale sprawdzają czy kierowca trzyma ręce na kierownicy. W starszych samochodach, które nie mają takich czujników, by działały systemy wspomagające, prowadzący musi raz na kilka sekund poruszyć kierownicą, co bywa trudne podczas jazdy na wprost.

Centralny komputer

Centralna jednostka zarządzająca pracą systemów bezpieczeństwa (jest wielkości tabletu) zbiera informacje ze wszystkich czujników, kamer i radarów w samochodzie. Następnie analizuje je i tworzy trójwymiarowy obraz świata otaczającego samochód – na jego podstawie wysyła polecenia do systemów bezpieczeństwa, dzięki temu mogą one błyskawicznie i precyzyjnie reagować.