Vetenskapsmetodik inom teknikområden CT 3620 Mälardalens Högskola Västerås Oktober 2004

Transkript

1 Vetenskapsmetodik inom teknikområden CT 3620 Mälardalens Högskola Västerås Oktober 2004 Hotan Haghighatgoo Arash Esfandyari DATAT 3 DATAT 3 hho00001@student.mdh.se aei01001@student.mdh.se

2 Sammanfattning Sedan 1980-talet har bilarna börjat bli mer och mer säkrare. Några revolutionerande uppfinningar är, ABS-bromsar, airbag, gps, antisladd, drive by wire och många fler och bättre uppfinningar är på väg. Efter 1998 har alla personbilar minst en airbag. Studier säger att airbag minskar chansen att dö vid en kollision med upp till 30 %. En annan revolutionerande uppfinning är brake by wire, fördelen jämfört med vanliga bromssystem är att det saknas mekanisk förbindelse mellan bromspedalen och bromsarna. Steering by wire skiljer sig ifrån nuvarande system, alltså en permanent mekanisk förbindelse mellan ratt och framhjul saknas. GPS mottagaren har varit en väldigt stor hjälp inom trafiken. Många yrkesförare använder sig att GPS vardagligen och faktum är att många inte skulle klara av sina jobb utan den. GPS mottagaren har varit en väldigt stor hjälp inom trafiken. Inom några år så planerar man att varje bil ska ha en Internetanslutning. Om bilens luftkudde utlöses vid en olycka, skickas via Internet ett automatiskt nödanrop till närmaste larmcentral, som därigenom i realtid får bilens exakta position. På semestern kan Internetförbindelsen användas till att bl.a. söka efter hotell och sevärdheter.

3 Innehållsförteckning Sammanfattning... 2 Innehållsförteckning... 3 Inledning... 4 Komponenter... 5 Airbag... 5 ABS... 6 GPS... 7 Drive By Wire... 8 Brake by wire... 8 Steer by wire... 9 Risker/Nackdelar... 9 Framtidens bil Slutsatser Referenser... 11

4 Inledning I dagens samhälle så är bilen inte bara en nödvändighet utan en del av vår identitet och våran arbetsplats. Därmed måste vi göra den så säker som möjligt, inte bara för oss själva utan också för våran omgivning. Sedan datorns introduktion så har vi integrerat den i allt möjligt i våra samhällen t.ex. Mobiltelefoner, hemtelefoner, mikrovågsugnar, stereo m.m. och sedan slutet av 80-talet har datorn sakta men säkert hittat sig in i våra bilar. Uppfinningar så som ABS, airbag, antisladdsystem har gjort våra bilar mycket säkrare, och alla dessa har varit möjligt med hjälp av datorn. Detta arbete kommer att sprida mer ljus över dessa uppfinningar och datorns framtids roll i bilen.

5 Komponenter Det finns en massa komponenter som med hjälp av en dator gör bilen mycket säkrare. Nedan följer några sådana komponenter Airbag I många år var bilbältet enda skyddet för förare och passagerare vid bilfärd. Det fanns många debatter angående bilbältens säkerhet särskilt när det gäller barnen. Airbag har varit under uppbyggnad väldigt länge, det första patentet för airbag kom redan vid andra världskriget men inte förrän 1980-talet så kom airbagen in i bilindustrin [8]. Efter 1998 har alla personbilar minst en airbag. Studier säger att airbag minskar chansen att dö vid en kollision med upp till 30 %. Förutom att ha airbag i ratten (figur1) och framför passagerare sidan så börjar det bli mer och mer normalt med airbag i stolar och dörrar. De flesta biltillverkare är säkra på att inom några år så kommer bilarna att ha minst 6-8 st airbag i bilarna. Volvo har redan idag upp till 8st airbags i deras bilar, förutom airbag i ratten är det Whips och SIPS krockgardiner som börjar bli normalt. Airbag består av 3 delar, påse, sensor och gas. Påsen består av en tunn nylon material Sensorn är den datoriserade del som säger åt påsen att öppnas, fungerar i farter över 16km/h. Gasen är kväve som fyller påsen. Vid mycket snabb hastighetsminskning eller vid kollision uppblåses den kraftiga skyddande nylonpåsen mellan den person som skall skyddas och framförvarande fordonsdelar, innan personen hunnits kastas fram och skadas (figur 2). Uppblåsningen sker inom 0.25s vilket för det mesta är tillräckligt för att skydda föraren. Figur1. Före en kollision Figur2. Efter kollisionen

6 ABS ABS (anti-lock braking system) [7] är ett system som hjälper föraren att bromsa utan att hjulen låser sig, då kan föraren bromsa hårt utan att behöva oroa sig för att få sladd. I en bil utan ABS så låser sig alla fyra hjulen vid en hård inbromsning och föraren tappar all kontroll över bilen plus att det faktiskt tar en längre sträcka att stanna bilen. ABS fungerar på så sätt att en dator kartlägger hjulen, om en av dom låser sig så pulserar den med bromsen på det hjulet så att bilen inte tappar kontrollen. Det fungerar precis som om föraren skulle sitta och bromsa och släppa hela tiden väldigt snabbt, men ändå skulle den inte bli lika effektiv som ABS. Faktum är att olyckorna beräknas ha minskat med ca 40 % sedan ABS blev standard, den är mest effektiv vid blött underlag då man kan få sladd väldigt lätt om hjulen låser sig. Förutom detta så har ABS en annan väldigt nyttig och säker funktion, nämligen att märka när bilen har fått punktering och vilket däck som är punkterad för att sedan visa detta om bilen har den funktionen. Den finns 3 olika typer av ABS bromsar, fyrkanals, trekanals och en kanals. Vanligast är fyrkanals som finns på personbilar. Under 1980-talet började ABS-bromsar bli vanligt tillbehör på personbilar. Figur1. Här ser vi vart ABS bromsarnas komponenter är placerade

7 GPS Med en GPS så är man aldrig vilse. För mindre än 1000 kr kan man köpa en bärbar GPS som får en att alltid veta var man är (figur 1). Figur1. Här se vi dagens moderna och små bärbara GPS mottagaren Det var den amerikanska militären som uppfann och använde GPS satteliten (figur 2) från början och öppnade sedan den för allmänheten och andra länder. En GPSmottagares jobb är att lokalisera minst 4st satelliter och med hjälp av avståndet till var och en ta reda på sin egen position. [9] GPS mottagaren har varit en väldigt stor hjälp inom trafiken. Många yrkesförare använder sig av GPS vardagligen och skulle inte klara av sitt jobb utan den. Med hjälp av GPS tar förarna den kortaste vägen och minskar riskerna för trafik osv. Dom modernaste GPS varnar föraren för eventuella väderlekar och trafikköer osv. Figur2. 27st GPS satteliter finns det runtom universum. 24st används vardagligt och 3st är reserv. Dom rör sig runt i en bana runt jorden och rör sig med en hastighet på19300 km/h. Dom är arrangerade så att var man än är på jorden kan man se minst 4st satteliter synliga i himlen. Förutom att använda GPS för att hitta till destinationen så har vissa biltillverkarna börjat använda GPS som en hjälpreda vid krock. När en krock inträffar så ringer bilen med hjälp av GPS till SOS alarm och anger bilens position. På så sätt kan räddningspersonal snabbt befinna sig på plats och hjälpa.

8 Drive By Wire Tänk dig att du kör längst en väg på en blåsig och regnig dag. Du lyssnar på din favoritmusik och är helt avslappnad. Helt plötsligt kör du på en vattenpöl och får vattenplaning och bilen halkar in i det motsatta körfältet. Automatisk börjar bromsarna verka oberoende av varandra för att stabilisera bilen. Dämparna och deras sensorer matar information tillbaka till en dator som i sin tur ställer in dämparna till en optimal inställning för att häva sladden.[1] Allt detta sker på några sekunder utan att själva föraren har något med detta att göra. Figur 1. Drive by wire s olika delar Drive by wire funktionen [2] är inte bara till för säkerhet utan för ekonomin också. Elektromekaniken är mer bränslesnål, den drar bara effekt när man vrider på ratten för att svänga medan en servohydrapump alltid är på och drar effekt och ström. Brake by wire En nyhet i bilvärlden är bromssystem som fungerar enligt principen brake by wire [2], wire står inte för en mekanisk länk utan för en elektrisk länk. Poängen är att det saknas mekanisk förbindelse mellan bromspedalen och bromsarna. Istället överför pedalens rörelse i form av elektriska signaler till en datorstyrd el/hydraulisk enhet i motorrummet. Enheten består av en pump, ett tryckkärl och fyra ventiler, en för varje hjul. Systemet känner av hur föraren bromsar och hur bilen för övrigt beter sig, dvs. om den svänger, går rakt fram, hur fort den rullar osv. Med hjälp av dessa faktorer räknar den fram bromstrycket individuellt för respektive hjul. Figur 1 visar var sensorerna och ventilerna är placerade.

9 Figur1. Brake by wire s sensorer och ventiler. Steer by wire Ännu en del av "Drive By wire" familjen är "steer by wire". [10 ] Den innovationen anpassar automatiskt framhjulens styrutslag till bilens hastighet. Detta medför bättre hanterlighet samt höjer körsäkerheten och även komforten. Man har märkbar nytta av detta system både på snabba motorvägsetapper, på kurviga landsvägar och vid parkering i trånga utrymmen. Steer by wire skiljer sig ifrån nuvarande system, alltså en permanent mekanisk förbindelse mellan ratt och framhjul saknas. Detta medför att styrningen kommer att inkräkta på vägkänslan. Här kommer nackdelarna med by wire teknologin: Skulle elektroniken strejka eller gå sönder så finns det ingen backup system som kan ingripa. Som sagt Steering by wire anpassar framhjulens styrutslag för att passa olika körsituationer. Om man kör sakta, som t.ex. vid parkering, ger styrningen en liten styrutväxling och hög servoverkan. Bilen blir lättgående och får "gokartstyrning" och fullt rattutslag kräver två rattvarv. När hastigheten ökar ökas samtidigt styrutväxlingen och servoverkan minskar. Styrningen känns lugnare och samtidigt stadigare ju snabbare man kör. Oavsiktliga ryck i ratten elimineras och leder inte till kursavvikelser. Körsäkerheten och åkkomforten förbättras då bilen både är och känns stabilare än med en konventionell styrning. Men ännu är det inget bilföretag som har implementerad By wire teknologi just för styrning eftersom körkänslan inte är det samma och säkerheten ännu inte är acceptabelt. Risker/Nackdelar Det första man kan fråga sig är att: Hur god är tillförlitligheten hos komponenter och system? Svar: Den har ökat enormt under årens lopp. Bilens elsystem i helhet är också väsentligt bättre idag än förr, relativt sätt. Men systemen är å andra sidan mycket större idag. Generellt kan man säga att tillförlitligheten hos elektroniken är mycket hög idag i alla bilar. Men som alla datasystem så är inget 100 % säkert, [4] om datasystem kraschar så finns det inget backup system som kan ta över. Ett annat problem är att körkänslan försvinner, detta kanske inte

10 något problem för den nya generationen men för den gamla generationen som har vant sig vid att ratta och vid bromskänslan så är det ett stort problem att han ska anpassa sig. Kommer verkligen trafikskador att minska ju säkrare bilen blir? Svar: Enligt en undersökning som gjordes av Guy H. Walker, Neville A. Stanton, och Mark. S. Young på [3] Department of Design Brunel University, så jämförde man två taxi bilar en med ABSsystem och en utan. Resultatet var chockande, föraren med ABSsystemet hade en tendens att ta kurvorna lite snabbare, bromsa lite senare, De kom fram till att ju säkrare bilen är desto mer risker tog man. Framtidens bil Inom några år så planerar man att varje bil ska ha en Internetanslutning. [6] Internetanslutningen kommer att vara bra för både säkerhetens och bekvämlighetens skull. Om bilens luftkudde utlöses vid en olycka, skickas via Internet ett automatiskt nödanrop till närmaste larmcentral, som därigenom i realtid får bilens exakta position. På semestern kan Internetförbindelsen användas till att bl.a. söka efter hotell och sevärdheter. Man kommer även att kunna få reklam från olika museer och restauranger samtidigt som Internetförbindelsen regelbundet kommer att leta efter trafikstockningar och trafikolyckor på färdvägen för att kunna varna föraren. En av dom främsta fördelarna med Internetanslutning och GPS är att föraren kan bestämma inom vilket område bilen får färdas i. Om bilen blir stulen så kommer motorn att stanna så snart tjuven lämnat det tillåtna området. Slutsatser Vi har alla sett filmer där bilen har en egen personlighet och är intelligent. Nu är drömmen nära verklighet, forskningen med A. I. Artificiell Intelligens Tar stora kliv framåt och man kan vänta sig en intelligent bil inom den närmaste 20 till 30 åren. En bil som gör allt och det enda som behövs är en destination. Men här kommer själva dilemman kan vi människor acceptera att en dator gör alla beslut åt oss. Hur som helst skulle denna teknologi bidra att trafiken blir avsevärt säkrare. Det vi har kommit fram till är att datorer verkligen har gjort bilen säkrare och bekvämligare, och dessutom mer ekonomiska. Från början av 80-talet så har det kommit nya säkerhetsdetaljer in i bilen med hjälp av datorer och vi är säkra på att det kommer väldigt många andra nyttiga säkerhetsdetaljer som inte har uppfunnits än inom snar framtid. Kanske blir det som man ser i filmer, nämligen att bilarna kör autodrive dvs. människan behöver inte styra bilen. Den kommer fram till destinationen själv.

11 Referenser [1] Using the drive-by-wire technology to design integrated powertrain modules integration of the evaluation of surrounding variables Författare: Spiegelberg G; Schwarzhaupt A Journal: American Control Conference, 2002 År: 2002 Vol: 5 Sidorna: Utgivare: American Automatic Control Council [2] Wire We Waiting? Författare : Eisenstein, Paul År: 2002 Vol: 15 Sidorna: Utgivare: Professional Engineering Publishing [3] Drive by wire: the case of driver workload and reclaiming control with adaptive cruise control Författare : Stanton, N.A; Young M Journal: Safety Science År: 1997 Vol: 27 Sidorna: 2-3 Utgivare: Elsevier [4] Drive-By Wire needs a real-time reability Författare: Murray, Brian T År: 2001 Journal: Electronic Engineering Times Upplaga: 1172 Sidorna: Utgivare: CMP Media LLC [5] 741/87/29360/ /5/2004/ /TCST / Författare: Stewart, P År: 2004 Journal: Control Systems Technology Upplaga: 12 Sidorna: Utgivare: IEE/IEEE

12 [6] [7] [8] [9] [10]