نظام القيادة الإلكتروني

📅 آخر تحديث: ١ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ١ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 3 صور
الموسوعة الحرة

SpeedE، سيارة نموذجية أكاديمية تم تطويرها لدراسة تقنيات القيادة الإلكترونية [ 1 ]

نظام القيادة الإلكترونية ( DBW ) في صناعة السيارات هو تقنية تستخدم الأنظمة الإلكترونية أو الكهروميكانيكية بدلاً من الوصلات الميكانيكية للتحكم في وظائف القيادة. يشبه هذا المفهوم نظام التحكم الإلكتروني بالطيران (Fly-by-wire) في صناعة الطيران. [ 2 ] قد يشير نظام القيادة الإلكترونية إلى دفع المركبة فقط من خلال التحكم الإلكتروني في دواسة الوقود ، [ 3 ] أو قد يشير إلى التحكم الإلكتروني في الدفع بالإضافة إلى التوجيه والكبح ، وهما وظيفتان تُعرفان بشكل منفصل باسم التوجيه الإلكتروني والكبح الإلكتروني ، إلى جانب التحكم الإلكتروني في وظائف قيادة المركبة الأخرى . [ 4 ]

تُنقل إشارات السائق تقليديًا إلى المحرك والعجلات والمكابح عبر وصلة ميكانيكية متصلة بأدوات تحكم مثل عجلة القيادة ودواسة الوقود ودواسة المكابح الهيدروليكية ومقبض سحب المكابح ، وما إلى ذلك، والتي تُطبق قوى ميكانيكية. أما في أنظمة القيادة الإلكترونية، فلا تُعدّل إشارات السائق الوصلة الميكانيكية مباشرةً، بل تُعالج بواسطة وحدة تحكم إلكترونية تتحكم بالمركبة باستخدام مشغلات كهروميكانيكية . وقد تتضمن واجهة التفاعل بين الإنسان والآلة ، مثل عجلة القيادة وذراع التوجيه ودواسة الوقود ودواسة المكابح، ردود فعل لمسية تُحاكي مقاومة الدواسات الهيدروليكية والميكانيكية والتوجيه، بما في ذلك ارتداد عجلة القيادة . وتُستغنى عن مكونات مثل عمود التوجيه والأعمدة الوسيطة والمضخات والخراطيم والأحزمة والمبردات ومحركات التفريغ وأسطوانات المكابح الرئيسية في المركبة. وتُحدد معايير السلامة لأنظمة القيادة الإلكترونية وفقًا لمعيار ISO 26262 المستوى D.

ملكيات

شاحنة كهربائية من الفئة الرابعة من طراز P7-C تابعة لشركة REE Automotive.
تُعد شاحنة REE P7-C أول مركبة إنتاجية تحصل على شهادة سير على الطرق في الولايات المتحدة مزودة بجميع أنظمة التحكم الإلكترونية، بما في ذلك أنظمة القيادة والتوجيه والفرامل، [ 5 ] وفرامل التوقف الإلكترونية، والتي تُسمى مجتمعة أنظمة التحكم الإلكترونية. [ 3 ]

يُوفر الاستغناء عن الوصلات الميكانيكية العديد من المزايا: فهو يُقلل من التعقيد ويُبسط عملية التجميع؛ ويُسهل الصيانة والضبط؛ ويُقلل من القوة اللازمة لتشغيل المدخلات ويُتيح تخصيصها بتقنية اللمس ؛ ويُتيح مزيدًا من الحرية في تصميم المقصورة الداخلية فيما يتعلق بوضع آليات الإدخال؛ ويُتيح أتمتة وظائف القيادة؛ ويُقلل من ضوضاء المقصورة عن طريق إلغاء الربط الصوتي بأنظمة القيادة؛ كما يُحسّن من أداء السيارة في حالة الاصطدام عن طريق تقليل فتحات الأرضية. [ 6 ] ولأن مدخلات السائق قابلة للتجاوز، يُمكن تحسين السلامة من خلال توفير تدخل مُتحكم به حاسوبيًا في أنظمة التحكم في السيارة، مثل نظام التحكم الإلكتروني بالثبات (ESC) ونظام تثبيت السرعة التكيفي وأنظمة المساعدة على البقاء في المسار . [ 2 ]

يؤدي كل نظام قيادة إلكتروني إلى زيادة عدد المحركات في السيارة، وبالتالي زيادة استهلاك الطاقة. فعلى سبيل المثال، تضيف تقنية القيادة الإلكترونية محركات لتوليد عزم الدوران اللازم لتدوير العجلات، ومحول طاقة لتوفير إحساس القيادة على عجلة القيادة.

تتطلب اعتبارات السلامة وجود أنظمة احتياطية لأجهزة استشعار إدخال السائق، وشبكات اتصالات المركبة ، والمشغلات، [ 6 ] وغيرها من الأنظمة. وتشترط معايير السلامة في السيارات، مثل معيار ISO 26262، وجود سلوكيات تشغيلية آمنة في حالة تعطل نظام القيادة الإلكتروني . [ 7 ]

السلامة والأمن

تتوفر أنظمة القيادة الإلكترونية المُحسّنة، مثل نظام Paravan Space Drive، منذ عام 2003 للمركبات الإنتاجية الحالية. [ 8 ] تم تجهيز Space Drive II بنظام طاقة احتياطي وأنظمة اتصالات ومعالجات ثلاثية النسخ الاحتياطية .

قد تؤدي الأعطال في أنظمة القيادة الإلكترونية إلى مواقف خطرة محتملة، حيث تعتمد السلامة كليًا على نمط عطل المركبة . يدرس معهد آخن الجامعي للمركبات (ika – Institut für Kraftfahrzeuge Aachen )، بالتعاون مع مرسيدس-AMG وجهات أخرى، تشغيل أنظمة القيادة الإلكترونية ومخاطرها وآليات السلامة فيها من خلال سيارته النموذجية SpeedE. تشمل السيناريوهات المدروسة فقدان السيطرة على التسارع أو الفرامل أو التوجيه. [ 1 ]

كانت أنظمة القيادة الإلكترونية المبكرة مزودة بأنظمة احتياطية ميكانيكية في حال تعطلها. [ 3 ] أما نموذج القيادة الإلكترونية الحديث فيستغني عن الأنظمة الاحتياطية الميكانيكية، ويعتمد على التكرار ، وأنظمة التشغيل في حالة الأعطال ، وغيرها من تدابير السلامة والأمان: التكرار الحسابي من خلال وحدات المعالجة المركزية المتزامنة ؛ والتكرار الوظيفي من خلال التصميم المعياري حيث يتم تعويض تعطل وحدة ما بوحدة مماثلة، على سبيل المثال عن طريق توجيه عزم الدوران لتعويض تعطل وحدة التوجيه أو الكبح؛ والكشف عن الأعطال باستخدام مستشعرات متعددة؛ والعزل الذاتي للأنظمة المتضررة؛ والاتصال المقاوم للأعطال. وتُحدد هذه الآليات الآمنة في معيار ISO 26262 المستوى D. [ 7 ]

جرى تقييم وتوحيد معايير أمن أنظمة القيادة الإلكترونية . وقد أثبت الباحثون في عامي 2011 [ 9 ] و2013 [ 10 ] [ 11 ] أن بعض الأنظمة في المركبات المتوفرة تجاريًا عرضة للاختراق ، مما يسمح بالتحكم الخارجي بالمركبة. وشملت عروض الاختراق تفعيل أنظمة عن بُعد مثل البوق، ومساحات الزجاج الأمامي، ودواسة الوقود، والفرامل، وناقل الحركة. [ 11 ] تتطلب المعايير الحديثة، مثل معيار ISO/SAE 21434 ولوائح UNCE 155 و156 و157، وحدات تشفير مخصصة لتشفير جميع الاتصالات بين وحدات التحكم الإلكترونية ومكونات نظام القيادة. [ 3 ]

الأنظمة

لوتس إليتر
من المقرر طرح نموذج من سيارة لوتس إيليتر مع نظام القيادة والتوجيه والفرامل الإلكتروني المقدم من مجموعة ZF [ 12 ] في عام 2025 [ 13 ] .

نظام الفرامل الإلكتروني

يُغني نظام الكبح الإلكتروني عن الحاجة إلى وصلة ميكانيكية لنقل القوة بين المكابح وجهاز إدخال السائق، كالدواسة أو الرافعة . وتشمل الأنواع الرئيسية الثلاثة لأنظمة الكبح الإلكتروني ما يلي: مكابح التوقف الإلكترونية ، التي أصبحت أكثر شيوعًا منذ مطلع القرن الحادي والعشرين؛ والمكابح الكهروهيدروليكية ، التي يمكن استخدامها جنبًا إلى جنب مع المكابح الهيدروليكية التقليدية ، والتي بدأت تُستخدم على نطاق محدود في صناعة السيارات حتى عام 2020؛ والمكابح الكهروميكانيكية ، التي لا تستخدم سائلًا هيدروليكيًا، والتي لم تُعتمد بنجاح في المركبات الإنتاجية حتى عام 2020 نظرًا لأساليب تشغيلها المبتكرة. [ 14 ]

نظام نقل الحركة الإلكتروني

تستخدم تقنية نقل الحركة الإلكترونية وصلات كهربائية أو إلكترونية تحل محل الوصلة الميكانيكية بين آلية تغيير التروس الخاصة بالسائق وناقل الحركة . منذ أن أصبحت متاحة تجارياً في عام 1996، شاع استخدام تقنية نقل الحركة الإلكترونية في ناقل الحركة اليدوي الآلي ، ثم تم تطبيقها لاحقاً في ناقل الحركة شبه الآلي وناقل الحركة الآلي بالكامل . [ 6 ]

يمكن اعتبار نظام ركن السيارة الإلكتروني نوعًا من أنظمة نقل الحركة الإلكترونية. [ 6 ] يجب عدم الخلط بينه وبين نظام فرامل الركن الإلكتروني الذي يُفعّل فرامل الركن ، حيث يُفعّل نظام ركن السيارة الإلكتروني لسان التثبيت . يحتوي لسان التثبيت في ناقل الحركة الأوتوماتيكي التقليدي على وصلة ميكانيكية بعصا ناقل الحركة ، ويُقفل ناقل الحركة في وضع الركن عند ضبط مقبض ناقل الحركة على وضع "الركن". يستخدم نظام ركن السيارة الإلكتروني أوامر إلكترونية تُرسل إلى مُشغّل يُفعّل لسان التثبيت.

التوجيه الإلكتروني

تستطيع المركبة المجهزة بنظام التوجيه الإلكتروني توجيه بعض أو كل عجلاتها دون الحاجة إلى عمود توجيه متصل بمحاور العجلات. ويختلف هذا النظام عن التوجيه الكهربائي المعزز أو التوجيه المعزز آلياً، حيث لا تزال هذه الأنظمة تعتمد على عمود التوجيه لنقل عزم التوجيه ميكانيكياً إلى العجلات. [ 15 ]

يمكن التحكم يدويًا في مركبة مزودة بنظام توجيه إلكتروني بواسطة السائق عبر عجلة القيادة أو ذراع التوجيه أو أي جهاز توجيه آخر متصل بوحدة تحكم إلكترونية واحدة أو أكثر ، والتي تستخدم المدخلات للتحكم في مشغلات التوجيه التي تدير العجلات وتوجه المركبة. قد تكون عجلة القيادة أو ذراع التوجيه مزودة بخاصية التغذية الراجعة اللمسية لمحاكاة إحساس الطريق ومقاومة العجلات، وتتغير هذه الخاصية تبعًا لسرعة المركبة أو الإعدادات القابلة للتخصيص. [ 15 ] [ 16 ]

التحكم الإلكتروني في دواسة الوقود

نظام التسارع الإلكتروني، أو نظام التحكم الإلكتروني بالخانق، [ 17 ] وهو نظام يُشغّل حركة السيارة دون أي توصيلات ميكانيكية، كالكابلات، بين دواسة الوقود وصمام الخانق في المحرك أو أنظمة الدفع الأخرى . في السيارات الكهربائية، يتحكم هذا النظام بالمحركات الكهربائية عن طريق استشعار ضغط دواسة الوقود وإرسال الأوامر إلى وحدات عاكس الطاقة.

مراجع

  1. 1 2 SpeedE – Forschungsplattform , ika – معهد المركبات الآلية بجامعة RWTH Aachen, 2016
  2. 1 2 أوستن ويبر (26 مارس 2010)، "معالجة الأسلاك: القيادة بواسطة الأسلاك" ، مجلة التجميع
  3. 1 2 3 4 شايبرت، كلاوس؛ كوستاريجكا، أرتيميس؛ دانيباوم، أودو؛ أمبيكار، أبهيجيت؛ كاي، وينلين؛ هايدت، لوران (2023). "تحديات إدخال تقنيات التحكم الإلكتروني في سيارات الركاب والشاحنات الخفيفة فيما يتعلق بالسلامة الوظيفية والأمن السيبراني والتوافر". سلسلة أوراق SAE التقنية . المجلد 1. doi : 10.4271/2023-01-0581 . S2CID 258033364 .  
  4. ↑ بيلاي، أرجون ف.؛ مانوجكومار، ب. (2022). "نظرة عامة على تقنيات القيادة الإلكترونية في السيارات" . المؤتمر الدولي حول اتجاهات الهندسة الكيميائية 2021 (ICoTRiCE2021) . وقائع مؤتمر AIP. المجلد 2452. ص 030001. رمز Bibcode : 2022AIPC.2452c0001P . doi : 10.1063/5.0113232 . S2CID 253697706 .   
  5. ↑ كريس روزاموند (12 يناير 2024)، "أول مركبة في العالم تعمل بنظام "كل شيء إلكتروني" تقطع جميع الروابط الميكانيكية بالسائق" ، أوتو إكسبريس
  6. 1 2 3 4 هارالد ناونهايمر وآخرون (2011)، "9.1.3 نظام نقل الحركة الإلكتروني"، ناقلات الحركة في السيارات: الأساسيات، والاختيار، والتصميم، والتطبيق (الطبعة الثانية )، سبرينغر، doi : 10.1007/978-3-642-16214-5 ، ISBN   978-3-642-16213-8
  7. 1 2 أرونكومار سامباث، "نحو السلامة الوظيفية في المركبات التي تعمل بنظام القيادة الإلكترونية" (ملف PDF) ، هندسة التنقل (ديسمبر 2020)
  8. ^ ليديا ساس (26 يوليو 2023)، “25 Jahre PARAVAN” ، Bareefrei-magazin.de
  9. ↑ تشيكواي، ستيفن (15 أغسطس 2011). "تحليلات تجريبية شاملة لأسطح الهجوم في السيارات" . يوتيوب . مؤرشف من الأصل في 31 مايو 2017. تم الاطلاع عليه في 23 أغسطس 2018 .
  10. ↑ غرينبيرغ، آندي. "قراصنة يكشفون عن هجمات جديدة خطيرة على السيارات - وأنا خلف المقود (فيديو)" . فوربس . مؤرشف من الأصل في 25 أغسطس 2017. تم الاطلاع عليه في 26 أغسطس 2017 .
  11. 1 2 غرينبيرغ، آندي. "قراصنة يعطلون سيارة جيب عن بُعد على الطريق السريع - وأنا بداخلها" . مجلة وايرد . مؤرشف من الأصل في 19 يناير 2017. تم الاطلاع عليه في 6 مارس 2017 .
  12. ↑ شركة ZF تعرض تقنية MOBILITY by-wire في معرض IAA ، 2023
  13. ↑ جورج كاتشر (10 يوليو 2023)، "مراجعة سيارة لوتس إليتر 2024: أول تجربة قيادة دولية" ، مجلة أي سيارة؟
  14. ↑ ديتر شرام وآخرون (2020)، "5 أنظمة كبح"، تكنولوجيا المركبات: الأسس التقنية للمركبات الآلية الحالية والمستقبلية ، دي جرويتر أولدنبورغ، doi : 10.1515/9783110595703 ، ISBN  9783110595703، S2CID 216374738 
  15. 1 2 كريس بيركنز (17 مارس 2023)، "كيف تُسوّق تويوتا لتقنية التوجيه الإلكتروني" ، رود آند تراك
  16. ↑ جانسر، مات. "نظرة من الداخل على أول سيارة بنظام التوجيه الإلكتروني" . وايرد . مؤرشف من الأصل في 16 مارس 2014. تم الاطلاع عليه في 6 مارس 2017 .
  17. ↑ جون فولر (28 أبريل 2009)، "كيف تعمل تقنية القيادة الإلكترونية" ، HowStuffWorks
  • دمج المعلومات الزائدة في أنظمة الكبح الإلكترونية، باستخدام نموذج التصويت الضبابي