I. تطوير تكنولوجيا الاتصالات والمعلومات الخاصة بالسيارات

كانت السيارات تقليدياً عبارة عن أنظمة ميكانيكية. ومع التطور والتطبيق المستمر لتكنولوجيا المعلومات، تم استخدام المزيد والمزيد من التقنيات الإلكترونية والمعلوماتية في السيارات. أصبحت جميع التجميعات والأنظمة تقريبًا أنظمة معلومات ميكاترونيك-إلكترونية متكاملة، وظهرت المزيد والمزيد من الوظائف والأجهزة القائمة على تكنولوجيا المعلومات. تعد أنظمة المعلومات داخل السيارة وتكنولوجيا المعلومات من بين أهم أجزاء تقنيات السيارات الجديدة. ترتبط جميع نقاط نمو التكنولوجيا الجديدة في السيارات تقريباً بالتكنولوجيا الإلكترونية وتكنولوجيا المعلومات. وقد أدى تزايد عدد الأنظمة الإلكترونية والمعلوماتية داخل السيارة إلى ظهور تكنولوجيا الاتصالات الشبكية داخل السيارة. إن تطوير إنترنت الأشياء القائم على الإنترنت سيؤدي حتماً إلى الربط الشبكي للمركبات الذي يحقق الترابط بين مركبة إلى مركبة، ومركبة إلى الطريق، ومركبة إلى شخص، ومركز خدمة إلى مركبة، مما يجعل السيارة جزءاً من شبكة متنقلة من الإنترنت العالمية، كما هو موضح في الشكل 1-1. مع تطور ذكاء السيارات وتحسين قدرات التحكم الذكي والإدراك الذكي، ستستمر قدرة السيارات على العمل المستقل في التحسن.

1. تطوير تكنولوجيا الشبكات داخل المركبات

مع التطور المستمر للتكنولوجيا الإلكترونية للسيارات، يزداد عدد الأجهزة الإلكترونية في السيارات بسرعة كبيرة. ومع انخفاض أسعار المكونات الإلكترونية، فإن سرعة امتداد التكنولوجيا الإلكترونية إلى السيارات المنخفضة تتسارع أيضاً بسرعة كبيرة. والآن، أصبحت كل مجموعة في السيارة تقريبًا عبارة عن جهاز ميكانيكي وإلكتروني ومعلوماتي متكامل. في الأنظمة، تزداد أهمية الدور الذي تلعبه الأجزاء الإلكترونية والمعلوماتية، لدرجة أن البعض يعتقد أن السيارات تتحول من أنظمة ميكانيكية ذات عدد كبير من التقنيات والأجهزة الإلكترونية إلى أنظمة معلومات إلكترونية مدعومة بأجهزة ميكانيكية معينة. وقد تسببت الزيادة المستمرة في أجهزة المعلومات الإلكترونية في السيارات في توسع الدوائر الإلكترونية التي تربط هذه الأجهزة بسرعة. ولذلك، أصبح تحقيق الربط البيني لهذه الأجهزة بشكل فعال في ظل التزايد المستمر للأجهزة الإلكترونية مشكلة يجب حلها. ومن الواضح أن استخدام أسلوب التوصيل المتوازي التقليدي من نقطة إلى نقطة لا يمكن أن يخلصنا من هذا المأزق، وأصبحت هياكل الشبكات القائمة على نقل المعلومات التسلسلية خيارًا لا مفر منه.من ناحية أخرى، مع تعميق إلكترنة السيارات، سيتم استخدام تكنولوجيا التحكم عن طريق الأسلاك (CBW) القائمة على الاتصالات الشبكية على نطاق واسع في السيارات، وهو سبب آخر للطلب على تكنولوجيا الشبكات. ويعني ما يسمى بالتحكم السلكي استخدام نقل المعلومات إلكترونيًا لاستبدال أجزاء ناقل الحركة التي كانت متصلة سابقًا بأنظمة ميكانيكية أو هيدروليكية أو هوائية، مثل قضبان نقل الحركة، وكابلات الخانق، وآليات نقل تروس التوجيه، وأنظمة دائرة زيت المكابح، وما إلى ذلك. لا تنطوي تكنولوجيا التحكم السلكي على تغييرات في طرق التوصيل هذه فحسب، بل تتضمن أيضًا تغييرات في آليات التحكم وطرق التحكم وكذلك تغييرات في المشغلات (كهربة). سيشكل التطبيق الواسع النطاق لتكنولوجيا التحكم السلكي هيكل سيارات جديد تماماً. يوضح الشكل 1-2 المبدأ الأساسي لعملية التحكم السلكي. يتم تحويل نوايا التحكم إلى إشارات كهربائية من خلال الواجهة بين الإنسان والآلة وإرسالها إلى المشغلات التي تتحكم في الأجهزة الوظيفية؛ حيث تقوم المستشعرات بإدراك حالة الأجهزة الوظيفية وإرسال إشارات كهربائية إلى الواجهة بين الإنسان والآلة، مما يوفر تغذية راجعة للسائق. تحتاج أنظمة التحكم السلكية إلى نقل كميات كبيرة من المعلومات بين الواجهات بين الإنسان والآلة والمشغلات وآليات الاستشعار، وكذلك مع الأنظمة الأخرى. تعد تقنية الشبكات القائمة على الاتصال التسلسلي أفضل بنية لتنفيذ وظيفة الاتصال هذه. تتطلب تقنية التحكم السلكي شبكات ذات أداء جيد في الوقت الحقيقي وموثوقية عالية، وتتطلب بعض أجزاء التحكم السلكي "تنفيذ وظائف زائدة عن الحاجة" لضمان استمرار تحقيق الوظائف الأساسية للجهاز (التجميع) عند حدوث أعطال (فشل التشغيل). تماماً مثل نظام المكابح المانعة للانغلاق (ABS) الحالي ونظام التوجيه المعزّز آلياً، حيث لا تزال الوظائف الأساسية للفرملة والتوجيه عند تعطل الدوائر. ويتطلب ذلك أن تتمتع الشبكات المستخدمة للتحكم السلكي بسرعات نقل بيانات عالية، وخصائص زمنية جيدة (الوقت الذي تحدث فيه أحداث الاتصال حتمي)، وموثوقية عالية، وتقنية التكرار اللازمة، وهي أيضاً من خصائص شبكات السيارات.والسبب الأساسي لاستخدام الشبكات في السيارات هو الطلب الاجتماعي على شبكات الحاسوب والترابط بين مختلف الأشياء القائمة على هذه الشبكات. إن اتجاه تطوير المركبات الذكية المترابطة في إطار نظام النقل الذكي سيجعل حتماً من السيارات نقاط نهاية أو شبكات متنقلة على الإنترنت. في أنظمة النقل الذكية، يجب أن تتمتع السيارة بوظيفة استقبال وتوفير المعلومات ذات الصلة، مثل استقبال إشارات تحديد المواقع، وتوفير خدمات المعلومات الجغرافية، وتلقي معلومات الإدارة، وإرسال معلومات حالة السيارة، وتقديم طلبات خدمة السلامة. مع اتجاه أنظمة النقل الذكية نحو التكامل السيبراني الفيزيائي، سيستمر أيضًا تحسين وظائف مثل الوصول عن بُعد إلى المركبات، والتحكم عن بُعد، والجمع بين المعلومات المتعددة التي يتم الحصول عليها من خلال الشبكات مع التحكم في المركبة، والتشغيل الذكي المستقل. ولاستكمال متطلبات هذه الوظائف، هناك حاجة إلى قدرات اتصال قوية وقدرات حوسبة ووظائف مشاركة البيانات، وهي أيضاً أهم الوظائف الأساسية لشبكات الحاسوب. أصبحت الاتصالات القائمة على شبكات الكمبيوتر والتقنيات والتطبيقات الجديدة القائمة على هذه القدرات واحدة من أهم التقنيات الرئيسية للمركبات وتتطور بسرعة، مما يغير "جينات" السيارات.في الوقت الحالي، في المركبات، غالبًا ما يشترك جزء خدمة المعلومات في المركبات في شبكة مع نظام الوسائط على متن المركبة، أي شبكة الوسائط والمعلومات، في حين أن جزء التحكم لديه شبكة مستقلة نسبيًا. مع التكامل السيبراني الفيزيائي، يتم باستمرار كسر تقسيم العمل في الشبكات داخل المركبات وإعادة تنظيمه، وقد يتم دمج الشبكات الناقلة لتدفق المعلومات وتدفق التحكم.لم تقم الشبكات المبكرة داخل السيارات بتطوير معايير شبكية عالمية خاصة بها، بل اعتمدت بعض المعايير التقليدية القائمة، مثل UART (جهاز الاستقبال/الإرسال العالمي غير المتزامن). كما اتبعت شركات تصنيع السيارات بشكل رئيسي نموذج التطوير التقليدي لتكنولوجيا السيارات، حيث قامت بتطوير أنظمة الشبكات بناءً على الاحتياجات وأسسها الخاصة، مع القليل من التعاون الخارجي وضعف الانفتاح. وغالباً ما يكون لأنظمة شبكات السيارات ووحدات التحكم والمعلومات التي تطبق الشبكات مصادر متعددة ومختلفة، بمواصفات مختلفة حسب المناطق أو المصنعين. ومع ذلك، فإن تكنولوجيا الشبكات نفسها لها خصائص تعتمد على المعايير. ولتقليل تكاليف التركيب وتحسين سهولة التصميم والصيانة، لا مفر من أن تتطلب الشبكات داخل السيارات تشكيل واعتماد معايير الصناعة والتعاون بشكل وثيق مع صناعات المعلومات والإلكترونيات لتشكيل هيكل مفتوح. ومع ازدياد الثقة في التعاون وزيادة الفوائد الناتجة عن التعاون، أصبح هذا الاتجاه لتبني معايير مفتوحة من خلال التعاون داخل صناعة السيارات ومع شركات المكونات الإلكترونية وتكنولوجيا المعلومات أكثر وضوحًا. قد تأتي المنتجات المتصلة بالشبكات في السيارات، مثل أجهزة الاستشعار والمشغلات ووحدات التحكم، من شركات مصنعة في العديد من الصناعات المختلفة. وهذا التوحيد القياسي مفيد لتكامل المنتجات من مختلف الشركات المصنعة للمكونات أو الأجهزة، كما أنه مفيد أيضاً لقابلية التشغيل في التصميم والتجميع والصيانة. وبفضل المعايير الموحدة، يمكن حجز الواجهات للأجهزة غير الموجودة بعد أو الأجهزة القابلة للاستبدال أثناء التصميم، ومن الواضح أن واجهات برمجيات السيارات (المستوى الحالي لأجهزة النظام المدمجة في السيارات كافٍ لدعم البرمجيات المستقلة نسبياً، والتي يجب اعتبارها مكوناً أو تجميعاً في السيارات). وقد أنتج هذا التوحيد ما يسمى بالبنية المفتوحة، أي معايير تقنية معينة والاعتراف والامتثال لهذه المعايير.بدأ تطبيق الشبكات داخل المركبات فعلياً في المركبات منذ ثمانينيات القرن الماضي. في التسعينيات، بدأ استخدام شبكات الهيكل وشبكات التحكم التي تربط بعض وحدات التحكم الإلكترونية، بما في ذلك أنظمة تشخيص الأعطال، على نطاق واسع في طرازات المركبات المختلفة. والمعايير الأكثر استخدامًا على نطاق واسع مع التقنيات والمكونات الداعمة الأكثر ثراءً هي CAN (شبكة منطقة التحكم) وSAE J1850. في التسعينيات، كانت شبكات الوسائط على متن المركبة وشبكات أنظمة التحكم السلكية وشبكات أنظمة النقل الذكية لا تزال في مراحلها الأولى، حيث كانت بروتوكولات الشبكة والتقنيات الداعمة للبرمجيات والأجهزة والمكونات في الغالب في مراحل الإنتاج التجريبي. ولدى بعض شركات السيارات الكبيرة خيارات مختلفة لمعايير بروتوكول الشبكة لأسباب فنية واعتبارات مصلحة المجموعة. هناك خياران رئيسيان لبروتوكولات شبكة نظام التحكم السلكي: أحدهما هو TTP/C (بروتوكول المشغّل بالوقت، SAE Class C، أي بروتوكول مشغّل بالوقت الذي يتوافق مع شبكات SAE Class C)، وتميل حالياً شركات أودي وفولكس واجن وهانيويل وديلفي إلى اختيار هذا البروتوكول كمعيار بروتوكول لشبكات التحكم السلكي؛ والآخر هو FlexRay، وهو بروتوكول يدعم كلاً من طرق الوصول المشغلة بالوقت والمحفزة للحدث. في الوقت الحالي، تميل شركات BMW وموتورولا وفيليبس لأشباه الموصلات وبوش وجنرال موتورز إلى اختيار هذا البروتوكول كمعيار بروتوكول لشبكات التحكم السلكي. وللتعويض عن عيوب طرق الوصول التي يتم تشغيلها عبر الأحداث في تطبيقات التحكم في الوقت الحقيقي، أطلقت Bosch أيضًا بروتوكول TTCAN، وهو بروتوكول CAN الذي يدعم طرق الوصول التي يتم تشغيلها عبر الزمن. بالنسبة لشبكات الوسائط المخصصة داخل السيارة، تم استخدام معايير MOST (نقل النظام الموجه بالوسائط) في بعض السيارات المتطورة.مع الزيادة المستمرة في أجهزة التحكم الإلكتروني والمعلومات داخل السيارات ومتطلبات خدمة المعلومات، يتزايد الطلب على مرافق شبكة أفضل وأسرع وأكثر موثوقية داخل السيارات بشكل مستمر. خاصةً مع تطبيق معلومات الوسائط المتعددة والخرائط الإلكترونية ومعلومات شبكة الإنترنت وما إلى ذلك في السيارات، لا يمكن لشبكات الحافلات أن تلبي متطلبات عرض النطاق الترددي وتنسيق نقل المعلومات. في ظل هذه الخلفية، بدأت تظهر تقنيات الشبكات داخل المركبات التي تدعم الوسائط المتعددة ونقل البيانات العالية، مع إيثرنت السيارات كونه ممثلًا نموذجيًاترث إيثرنت السيارات مزايا سرعة الإرسال السريع وقابلية التوسع القوية لشبكة إيثرنت، وقد حظيت باهتمام واسع النطاق منذ طرحها. وتزداد بسرعة عضوية تحالف "OPEN (شبكة إيثرنت أحادية الزوج) SIG"، وهي مجموعة تشجع صياغة معايير إيثرنت السيارات وتعميمها.يعتمد النمو السريع لتحالف OPEN Alliance SIG على الاتجاه المتزايد لصناعة السيارات نحو استخدام إيثرنت السيارات. بدأ تطبيق Ethernet عملياً في التشخيص على متن السيارات (OBD) حوالي عام 2008. وفي المستقبل، مع تحسين الأداء في الوقت الحقيقي، وضمان السلامة أثناء الأعطال، وخفض التكاليف، وتحسين سرعات نقل البيانات، سيزداد توسيع نطاق تطبيقه. وقد يمتد نطاق تطبيق الإيثرنت ليشمل الشبكات الأساسية التي تربط بين بوابات الأنظمة المختلفة مثل أنظمة نقل الصور (المعلومات) الخاصة بالمعدات السمعية البصرية داخل السيارة، وأنظمة الهيكل، وأنظمة التحكم، وأنظمة السلامة، وأنظمة المعلومات. وفي الوقت الحالي، ظهرت بعض معايير شبكات السيارات القائمة على الإيثرنت ويجري تحسينها ونشرها باستمرار، بما في ذلك بشكل أساسي AVB (توصيل الصوت والفيديو) للمعلومات والوسائط وأنظمة نقل الصور والوسائط وأنظمة نقل المعلومات في الوقت الحقيقي.لا ينطوي تطبيق الشبكات داخل السيارات على توصيلات الأجهزة بين مختلف الأجهزة الإلكترونية في السيارات فحسب، بل يشمل أيضاً البرمجيات المتعلقة بالشبكة التي يجب أن تصبح حتماً جزءاً من البرمجيات في كل وحدة تحكم. ستصبح أنظمة برمجيات السيارات قريباً جزءاً مستقلاً نسبياً، وستتطور علاقتها مع السيارات (الأنظمة الإلكترونية الموجودة عليها) تدريجياً لتصبح نفس العلاقة التي تربط بين برمجيات الكمبيوتر الحالية وأنظمة الأجهزة. ستكون أنظمة التطبيقات على متن السيارات قادرة على الاتصال مباشرة ببرامج خدمة وظائف الشبكة وبرامج وظائف الخدمة العامة الأخرى (أو البرامج الثابتة) في أنظمة التشغيل المدمجة. وسيكون تصميم البرمجيات في السيارات بنفس أهمية تصميم المحرك أو تصميم الهيكل أو تصميم هيكل السيارة.على الرغم من تطبيق تكنولوجيا الشبكات داخل المركبات على نطاق واسع، إلا أنه لا يزال هناك الكثير من العمل الذي يتعين القيام به لتلبية المزيد من المتطلبات. في الوقت الحالي، لا يوجد نظام شبكة يفي بمتطلبات التكلفة المنخفضة والأداء الموثوق للغاية والقدرة على تحمل الأخطاء والخصائص الزمنية الجيدة (بما في ذلك الأداء في الوقت الحقيقي ووقت الاستجابة الحتمي للأحداث) وقابلية التوسع الجيدة. ونظراً للتباين الكبير في مستويات وأغراض تطبيقات الشبكات داخل السيارات، فإن المستويات أو الأغراض المختلفة لها متطلبات مختلفة جداً لأداء الشبكة. السيارات نفسها حساسة جداً للسعر. إذا تم استخدام أنظمة شبكة عالية الأداء لتغطية التطبيقات منخفضة المستوى، فإن التكلفة غير مقبولة. لذلك، سيكون للسيارات معايير متعددة للشبكات على مستويات مختلفة. وهذا يحدد أن شبكات السيارات ستكون بنية شبكات مترابطة متعددة المستويات.

2. تطوير تكنولوجيا المعلومات داخل السيارة

أنظمة المعلومات والترفيه داخل السيارة هي أنظمة برمجيات وأجهزة تعتمد على الكمبيوتر وتحديد المواقع عبر الأقمار الصناعية والاتصالات الشبكية والإلكترونيات وتقنيات التحكم التي توفر وظائف وخدمات السلامة وحماية البيئة والراحة والترفيه للسيارات. وقد أصبحت من مكونات السيارات الحديثة وتلعب أدواراً متزايدة الأهمية في هندسة السيارات وتطبيقات السيارات.يمكن تقسيم أنظمة المعلومات داخل المركبة إلى أربعة مستويات، من الأعلى إلى الأدنى: طبقة العملاء، وطبقة الخدمات، وطبقة الاتصالات، وطبقة داخل المركبة. في الوقت الحالي، تُستخدم تكنولوجيا المعلومات الإلكترونية في المركبات بشكل أساسي في أنظمة سلامة المركبات، وأنظمة الشبكات والاتصالات والملاحة، وأنظمة الوسائط المتعددة المتنقلة، وأنظمة التفاعل بين الإنسان والآلة.(1) أنظمة سلامة المركباتمن خلال تطبيق تكنولوجيا المعلومات الإلكترونية، تحقق المركبات ذكاءً عاليًا، مما يحسن إلى حد كبير من سلامة أنظمة الآلة البشرية في المركبة، ويجنبها الحوادث، ويقلل من درجة الإصابة.

1. نظام تثبيت السرعة التكيّفي: يتحكم نظام التحكم التكيفي بتثبيت السرعة المتكيف في السيارة، وبعد ضبط سرعة القيادة المرغوبة في حركة المرور المنخفضة، يستخدم الرادار، أو السونار، أو أشعة الليزر لمسح الطريق أمامك. عند الضرورة، يقوم نظام مثبت السرعة التفاعلي تلقائياً بتقليل فتح دواسة الوقود أو خفض السرعة أو حتى استخدام المكابح للحفاظ على مسافة آمنة بعد القيادة. كان موديل مرسيدس-بنز الفئة S 2000 أول سيارة في العالم يتم تزويدها بنظام مثبت السرعة التكيّفي، ومنذ ذلك الحين أطلقت شركات أخرى أنظمة مثبت السرعة التكيّفي الخاصة بها.

2. نظام التحذير من الاصطدام ونظام الإخطار بالاصطدام: يتشابه مبدأ عمله مع نظام التحكّم التكيّفي في ثبات السرعة باستخدام الرادار والسونار وأشعة الليزر لمسح العوائق المحتملة. وعندما يكون هناك خطر تصادم، يصدر إشارات تحذيرية ويتخذ إجراءات الكبح التلقائي. عند استخدامها مع أجهزة استقبال نظام تحديد المواقع العالمي (GPS)، يمكن لأنظمة الإخطار بالاصطدام أيضاً توفير معلومات دقيقة عن موقع السيارة لوكالات الإنقاذ.

3. نظام السلامة المتكامل: يتألف هذا النظام من 50 تقنية، بما في ذلك المعدات الإلكترونية وأجهزة التحكم الدقيقة وأجهزة الاستشعار وغيرها من التقنيات والمنتجات التي تم إطلاقها أو سيتم إطلاقها. ويركز هذا النظام الذي يعتمد على التكنولوجيا الإلكترونية المتقدمة وخبرة التكامل، على جميع جوانب القيادة، مثل الوسائد الهوائية الستائرية للرأس، وأجهزة الشد المسبق لأحزمة الأمان والشد الزائد، وأعمدة التوجيه الممتصة للطاقة المتكيفة، وواقيات الركبة النشطة، حيث يتم حشد جميع عوامل السلامة في السيارة لتوفير حماية شاملة وكاملة لركاب السيارة.

4. نظام استعادة المركبات المسروقة: توفر هذه التقنية طريقة لمكافحة السرقة تعتمد على التتبع التلقائي للمركبة. وتتطلب بعض أنظمة استرداد المركبات المسروقة الحصول على إذن من مالك المركبة لبدء تشغيل جهاز الإرسال للتتبع التلقائي للمركبة، بينما تقوم أنظمة أخرى بتشغيل جهاز الإرسال تلقائياً لتتبع المركبة عند اقتحام المركبة أو قيادتها بعيداً دون إذن.

(2) أنظمة الشبكات والاتصالات والملاحة

1. أنظمة الشبكة والاتصالات: يسمح هذا النظام للسائقين بتلقي أخبار الشبكة ورسائل البريد الإلكتروني وغيرها من المعلومات من خلال أجهزة الكمبيوتر المحمول والهواتف اللاسلكية دون أن يرفعوا أعينهم عن الطريق أمامهم أو أيديهم عن عجلة القيادة، وينقل هذه المعلومات إلى السائقين من خلال التحكم الصوتي. وما على السائقين سوى لمس الزر الموجود على عجلة القيادة لتفعيلها. يمكن تحقيق هذا الاتصال الشبكي داخل السيارة من خلال طريقتين: الأولى هي قراءة نصوص البريد الإلكتروني من خلال شاشات العرض الرقمية، والأخرى هي تحويل الملفات النصية إلى ملفات صوتية وقراءة محتوى البريد الإلكتروني بالصوت الإلكتروني. يمكن إرسال ردود البريد الإلكتروني بصيغة ملفات صوتية أو تحويلها إلى ملفات نصية من خلال أنظمة التعرف على الصوت قبل الإرسال.

2. نظام الملاحة الإلكتروني: تُعد وظيفة الملاحة بنظام تحديد المواقع العالمي (GPS) في نظام الملاحة داخل السيارة رائعة ويمكنها مساعدة السائقين على الوصول إلى وجهاتهم في الوقت المناسب وبسرعة في شبكة الطرقات المعقدة في المناطق الحضرية. باستخدام القوائم الإرشادية متعددة الطبقات، يمكن اختيار الأهداف بسهولة حسب المنطقة والمدينة وتصنيف وظائف المرافق. يحسب نظام الملاحة على الفور أقصر طريق للقيادة ويعرضه على شكل خطوط على خرائط إلكترونية ثنائية الأبعاد أو ثلاثية الأبعاد. بمجرد بدء تشغيل السيارة، سيسير الرمز الذي يمثل موقع السيارة في الوقت الفعلي تلقائياً على طول الطريق المحدد. عند مواجهة اختناقات مرورية أمامك أو مواقف غير متوقعة تتطلب تغيير مسار القيادة، سيعيد نظام الملاحة عبر الأقمار الصناعية ضبط مسار القيادة تلقائياً ويحدد مسار قيادة جديد تلقائياً في غضون ثوانٍ، ويستعيد وظيفة الملاحة.

3. نظام استشارات معلومات المرور في الوقت الحقيقي: نظام استشارات معلومات حركة المرور في الوقت الحقيقي هو جهاز ملاحة للمركبات مناسب للأشخاص المطلعين على طرق المرور. هناك طرق مختلفة لنقل معلومات حركة المرور في الوقت الحقيقي. كان نظام RDS الذي يعتمد على الاستماع إلى معلومات حركة المرور في الوقت الحقيقي من خلال الأنظمة الصوتية موجوداً منذ فترة طويلة. والآن أطلقت الشركات خدمات تتبع معلومات حركة المرور في الوقت الحقيقي على الإنترنت والتي يمكن الاستعلام عنها باستخدام أجهزة الكمبيوتر قبل مغادرة المكتب أو المنزل. أما نظام الاستشارة المرورية في الوقت الحقيقي الأكثر تقدماً الذي يجري تطويره حالياً فهو نظام الملاحة داخل السيارة الذي يرسل معلومات نبضات رقمية إما أن يتم عرضها على الخرائط الإقليمية أو استخدامها لحساب طرق أخرى ممكنة.

(3) أنظمة الوسائط المتعددة المتنقلةتُستخدم تكنولوجيا الوسائط المتعددة المتنقلة بشكل أساسي لتطوير أنظمة الترفيه في المقاعد الخلفية. وتتضمن هذه التكنولوجيا السمعية والبصرية للمقاعد الخلفية شاشات بالألوان الكاملة، وأجهزة الألعاب، ومشغلات أقراص DVD، ومزودات الطاقة، ومشغلات الأقراص المدمجة، ومسجلات الفيديو، ومشغلات. كما تنعكس تكنولوجيا الوسائط المتعددة المتنقلة في المنتجات اللاسلكية الذكية، ومعدات الاتصال عن بُعد، ومنتجات معالجة المعلومات، بما في ذلك توفير أنظمة التعرف على الصوت التي تدعم لغات متعددة، مما يسمح للسائقين بالتحكم في أنظمة المعلومات/الترفيه الذكية دون تشغيل يدوي، مما يحرر اليدين للتحكم في عجلة القيادة. كما يمكنها أيضاً دمج وظائف الإنترنت في السيارات، مما يسمح للأشخاص بتصفح الويب وإرسال واستقبال رسائل البريد الإلكتروني وإجراء معاملات الأسهم في السيارة. وفي الوقت نفسه، باستخدام طرق "التوصيل والتشغيل"، يمكن لمستهلكي السيارات تحديث منتجات الوسائط المتعددة الخاصة بهم بسهولة وسرعة والاستمتاع بخدمات جديدة أكثر ثراءً.(4) أنظمة التفاعل بين الإنسان والآلةالنظام الأكثر كلاسيكية للتفاعل بين الإنسان والآلة في المركبات هو أدوات السيارات وأنظمة التحكم في مختلف الأجهزة الموجودة على متنها. ومع التحسين المستمر للمعلوماتية في السيارات، تغيرت المعلومات التي يحصل عليها السائقون وطرق الحصول على المعلومات بشكل كبير. تظهر باستمرار مجموعات العدادات القائمة على مختلف تقنيات العرض الرقمية الجديدة وطرق توصيل المعلومات الجديدة في السيارات، وتطورت طرق التحكم من أزرار التبديل المختلفة إلى شاشات اللمس والصوت وغيرها من الطرق.ولا ينعكس التطور الكبير والتفوق الكبير لتكنولوجيا المعلومات داخل السيارات في المستقبل في الوظائف داخل السيارات وتكنولوجيا البرمجيات والأجهزة داخل السيارات فحسب، بل أيضاً في خلق تجارب جديدة تماماً للمستخدمين. ستصبح السيارات أجهزة متنقلة غنية بوظائف المعلومات المتنوعة وهي مجال آخر ذو آفاق تطبيق واسعة لتكنولوجيا المعلومات. ويحدد مستوى تطور تكنولوجيا المعلومات وحالة تطبيقها في مجال صناعة السيارات الموقع في المنافسة العالمية المستقبلية في صناعة السيارات. ستصبح تكنولوجيا المعلومات داخل السيارة مؤشراً مهماً للمستوى العام لتكنولوجيا السيارات وستصبح أيضاً أساس تكنولوجيا السيارات الذكية.

ثانياً. مقدمة إلى إن--شبكة المركباتs

تصنّف جمعية مهندسي السيارات (SAE) أنظمة الشبكات داخل السيارات من منخفضة الأداء إلى عالية الأداء كشبكات من الفئة أ والفئة ب والفئة ج. مع تطبيق أنظمة الملاحة والوسائط المتعددة والسلامة في السيارات، تم اقتراح متطلبات أعلى لموثوقية الشبكة وعرض النطاق الترددي. باتباع طريقة تصنيف SAE، تمت إضافة شبكات الفئة D والفئة E، كما هو موضح في الجدول 1-1.الجدول 1-1 تصنيف الشبكة داخل المركبة

1. يتم تطبيق شبكات الفئة A بشكل أساسي في الحالات التي تتطلب أسعارًا منخفضة وسرعة نقل بيانات منخفضة وأداءً في الوقت الحقيقي ومتطلبات الموثوقية، مثل أنظمة شبكات الأبواب والنوافذ وصندوق السيارة في أنظمة الجسم. تُستخدم شبكات الفئة A أيضًا كحافلات توصيل محلية من المستوى السفلي لبعض التطبيقات على مستوى المستشعر والمشغل.

2. تُستخدم شبكات الفئة B للأنظمة ذات متطلبات سرعة نقل البيانات الأعلى، بما في ذلك بعض أنظمة التحكم في الهيكل، ولوحات العدادات، وأنظمة التحكم في الوقت الحقيقي منخفضة المستوى، وأنظمة تشخيص الأعطال (OBD).

3. تُستخدم شبكات الفئة C بشكل أساسي للأنظمة ذات الموثوقية العالية ومتطلبات الوقت الحقيقي، مثل أنظمة التحكم في الوقت الحقيقي عالية المستوى للمحركات ومجموعات نقل الحركة، بالإضافة إلى أنظمة التحكم السلكية.

4. تتوجه شبكات الفئة D بشكل أساسي نحو مجالات الوسائط المتعددة وأنظمة الملاحة. وفي الوقت الحالي، تشمل البروتوكولات السائدة لشبكات الفئة D بروتوكولات IDB-1394 و MOST و Ethernet AVB الخاصة بالسيارات.

5. يتم تطبيق شبكات الفئة E بشكل أساسي على أنظمة التحكم ذات متطلبات السلامة العالية والوقت الحقيقي. تشمل الشبكات السائدة شبكة فليكس راي وشبكة إيثرنت TTE للسيارات.

شبكة الوصلات البينية المحلية (LIN) هو بروتوكول شبكة منخفضة النهاية للسيارات تم إطلاقه في عام 1998 بالاشتراك بين شركات تصنيع السيارات أودي وبي إم دبليو ودايملر كرايسلر وفولفو وفولكس فاجن مع شركة موتورولا المصنعة للمكونات وشركة فولكانو تكنولوجيز (Volcano Communications Technologies). لا يحدد معيار LIN بروتوكولات الاتصال فحسب، بل يحدد أيضاً واجهات أدوات التطوير وواجهات برمجيات التطبيقات (APIs). ويتمثل هدفها في توفير معايير غير مكلفة على مستوى المستشعرات والمشغلات على مستوى الشبكة المحلية. لا يقترح اتحاد LIN كونسورتيوم معايير البروتوكول فحسب، بل يشمل أيضًا أدوات التطوير ومعايير واجهة برمجة التطبيقات، مما يوفر الراحة لمستخدمي تصميم السيارات ويوفر نموذجًا لأعمال توحيد معايير شبكات السيارات في المستقبل. وتعتمد معايير بروتوكول LIN على واجهة الاتصالات التسلسلية (SCI)، مع تكييف الطبقات المادية مع معيار تشخيص الأعطال في السيارات ISO 9141، مما يلبي متطلبات التوافق الكهرومغناطيسي (EMC) والتفريغ الكهروستاتيكي (ESD) في بيئات السيارات. يتم استبدال الأجزاء التي تستخدم تقليدياً شبكات ناقل LIN بشكل متزايد بشبكات CAN منخفضة السرعة.تم اعتماد معيار CAN الذي اقترحه بوش لأول مرة على نطاق واسع في السيارات الأوروبية. وفي وقت لاحق، قامت شركات السيارات في الولايات المتحدة واليابان باستخدامه أيضًا كشبكات من الفئة B أو الفئة C داخل السيارة. ويُعد معيار CAN أحد أكثر معايير شبكات السيارات استخداماً على نطاق واسع، كما يتم اعتماده في العديد من الصناعات الأخرى.معظم و إيثرنت السيارات إن AVB هي معايير موجهة نحو توصيلات نظام الوسائط المتعددة في المركبات. ونظراً للكمية الكبيرة من البيانات المنقولة بواسطة معلومات الوسائط الصوتية والفيديو، يلزم توفير سرعات نقل أعلى (عرض نطاق ترددي) مقارنةً بشبكات التحكم في المركبات. وبوجه عام، تكون الألياف الضوئية أو الكابلات المحورية مطلوبة بشكل عام كوسائط طبقة فيزيائية، كما تستخدم الأزواج الملتوية على نطاق واسع مع مراعاة عوامل التكلفة.توفر معايير شبكة FlexRay وEthernet TTE الخاصة بالسيارات معايير شبكة داخل السيارة تعمل بالوقت الحقيقي، وهي أكثر ملاءمة لأنظمة التحكم السلكي داخل السيارة من حيث الأداء في الوقت الحقيقي والسلامة.تحتوي تقنية الاتصال المحلي اللاسلكي على بعض التطبيقات في أنظمة التحكم في هيكل السيارة أو أنظمة الوسائط، مثل الأجهزة الموجودة داخل السيارة القائمة على تقنية Bluetooth.تحتفظ شبكة إيثرنت للسيارات بخصائص سرعة الإرسال السريع وقابلية التوسع القوية لشبكة إيثرنت. يمكن زيادة سرعات نقل إشارة إيثرنت السيارات في المستقبل إلى 1 جيجابت/ثانية. وفيما يتعلق بقابلية التوسع، عند دعم بروتوكول TCP/IP المستخدم بشكل شائع في أجهزة الاتصالات والمنتجات الاستهلاكية، فإن الاتصالات مع أجهزة الشبكة الخارجية وخدمات الشبكة مريحة للغاية في وظائف الاتصال والتطبيق. مع استمرار تحسن البروتوكولات في متطلبات تطبيقات السيارات، سيتم استخدامها بشكل متزايد في أنظمة التحكم والمعلومات داخل السيارة.نظرًا لتنوع أنواع المركبات والتطور المستمر لتكنولوجيا الشبكات داخل المركبات، هناك معايير متعددة لأنظمة الشبكات المطبقة على المركبات. إذا تم تضمين الطائرات والسفن والآلات الزراعية وغيرها من أدوات الحركة والحمل المستقلة التي تتمتع ببعض الخصائص المشتركة مع السيارات (الحركة لمسافات طويلة، والاستقلالية النسبية، ومصادر الطاقة الذاتية)، فهناك ما لا يقل عن عشرات المعايير الشبكية. يتم تطبيق العديد من هذه الشبكات في مجالات مختلفة. على سبيل المثال، يتم استخدام CAN في السيارات والمركبات على الطرق الوعرة والطائرات وغيرها من المجالات. يوضح الجدول 1-2 بعض معايير أنظمة الشبكات المطبقة في أنظمة المركبات.

ثالثاً. خصائص الشبكات ونظم المعلومات داخل المركبة

وتتطلب السيارات السلامة وسهولة الاستخدام والتشغيل البسيط والأداء الموثوق به والحساسية تجاه السعر. يمكن أن تكون بيئة استخدام السيارات قاسية، حيث يمكن مواجهة جميع بيئات الطرق والبيئات الكهرومغناطيسية والمناخية الممكنة تقريبًا. بناءً على متطلبات الاستخدام هذه للسيارات، يجب مراعاة العوامل التالية في تصميم نظام السيارات:

1. يجب أن تكون درجة الحرارة المطلوبة بشكل عام -40 ~ 125 درجة مئوية.

2. تأثيرات الزيت، والماء، ورذاذ الملح، والغبار، والمواد الكيميائية المسببة للتآكل المحتملة.

3. آثار الاهتزاز الميكانيكي والاصطدام والصدمات.

4. مشاكل التوافق الكهرومغناطيسي. يجب أن يتمتع النظام بالقدرة على تحمل التداخل الكهرومغناطيسي الخارجي ويجب ألا يسبب تداخلًا كهرومغناطيسيًا للبيئة (تبلغ المجالات الكهرومغناطيسية في البيئات المنزلية 3 فولت-م-¹، والمجالات الكهرومغناطيسية في بيئات المصانع 10 فولت-م-¹، وقد تكون المجالات الكهرومغناطيسية في بيئات السيارات أكبر من 200 فولت-م-¹).

5. قضايا حماية البيئة. يجب أن تفي الانبعاثات أثناء التشغيل (بما في ذلك الصوت والضوء والكهرومغناطيسية والزيت والغاز) بمتطلبات حماية البيئة، بالإضافة إلى قضايا التخلص من المكونات والمركبات عند تخريدها.

6. يجب أن تقلل الأعطال المحتملة وسوء التشغيل، مثل التوصيل العكسي للطاقة، وأطراف الأسلاك المفكوكة، والدوائر القصيرة/الدوائر المفتوحة، والاحتكاك، وما إلى ذلك، من الخسائر.

7. يجب مراعاة التدابير الوقائية أو تأثيرات السلامة أثناء الحوادث بشكل كامل.

8. يجب أن يضمن أي مكوّن موثوقية عالية مع احتمال ضئيل بما فيه الكفاية لحدوث عطل خلال فترة الخدمة المطلوبة.

9. تكاليف الإنتاج الضخم.

يجب أن تراعي أنظمة الشبكة داخل السيارة أيضاً العوامل التالية:

1. الخصائص الكهربائية والميكانيكية لرؤوس التوصيل من عقدة إلى أخرى وعدد رؤوس التوصيل.

2. طرق التقييم واختبار الأداء لأنظمة الشبكات وأنظمة التطبيقات.

3. مشكلات تحمل الأعطال واسترداد الأعطال.

4. الخصائص الزمنية لشبكات التحكم في الوقت الحقيقي.

5. سلامة عمليات إنتاج أسلاك الشبكة وعمليات صيانة أسلاك الشبكة وصيانة الاستخدام.

6. إضافة عقد الشبكة وتحديثات البرامج/الأجهزة (قابلية التوسع).

7. بروتوكولات الاتصال وأمن المعلومات.