Реферат на тему современное программное обеспечение для разработки электрических машин

Обновлено: 07.07.2024

В реферате изложено создание и развитие электромобилей. Раскрыты перспективы и планы автопроизводителей. Даны сравнительные характеристики ДВС и электромобилей.

Вложение	Размер
реферат"Будущее за электромобилями"	811.93 КБ

Предварительный просмотр:

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ САРАТОВСКОЙ ОБЛАСТИ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ САРАТОВСКОЙ ОБЛАСТИ

на тему: „Будущее за электромобилями“.

Выполнил: студент группы Э-31:

Создание и развитие электромобиля

Качественные характеристики электромобилей к рубежу веков тоже были весьма впечатляющими. Скорости росли очень быстрыми темпами и довольно скоро достигли высоких показателей. В течение XIX столетия электромобиль установил несколько рекордов. Особенно заметным стал рывок в последнее десятилетие века. В 1895 году была достигнута скорость 63,15 км/ч. Рекорды следовали друг за другом. Всё новые и новые достижения фиксировались практически ежегодно. В 1899 году электромобиль сумел преодолеть рубеж 100 км/ч. На тот момент это было действительно выдающимся достижением. Произошло это знаменательное событие во французском городе Ашер, неподалёку от Парижа. Электромобиль-рекордсмен под названием La Jamais Contente был создан бельгийцем Камилем Женатци. Машина имела обтекаемый корпус из сплава алюминия и вольфрама. Внешним видом она напоминала торпеду, установленную на шасси. Кузов электромобиля был открытым. Он оснащался двумя электродвигателями и имел массу около 1 тонны. Конструктор сам управлял своим детищем. Электромобиль достиг скорости 105, 88 км/ч.

Гоночный электромобиль La Jamais Contente, 1899 г.

Заметный след в истории электромобиля оставил американский конструктор Эндрю Лоуренс Райкер. Он был первым председателем SAE – Ассоциации автомобильных инженеров. Райкер основал собственную компанию и в конце XIX – начале XX столетия разработал несколько моделей городских легковых и грузовых электромобилей. Им была сконструирована оригинальная карета скорой помощи, оборудованная электроприводом.

В XX столетии машина с электродвигателем постепенно уступила свои позиции традиционному автомобилю. Причиной стали серьёзные минусы, главным из которых была недостаточно большая ёмкость аккумуляторов. Из-за этого запас хода был не слишком велик. Производство автомобилей с двигателями внутреннего сгорания постоянно расширялось и обходилось всё дешевле. В связи с этим они получали всё большее распространение.

Впрочем, в первые десятилетия XX века ситуация ещё не была столь однозначной. На улицах крупнейших городов можно было увидеть как машины с двигателями внутреннего сгорания, так и электромобили. Неоспоримые преимущества последних при эксплуатации в городских условиях были оценены по достоинству. В Нью-Йорке, например, в 1910-х годах работали до 70 тысяч такси на электрической тяге.

Однако, процент электромобилей среди транспортных средств медленно, но верно снижался. Если в самом начале века их доля составляла чуть менее половины, то в 1920-х годах она уменьшилась до 1%.

Электромобили Detroit Electric (1915-1916 г. выпуска)

Эксплуатационные характеристики выпускаемых моделей были весьма неплохими. Электромобиль Detroit Electric мог развивать скорость до 32 км/ч и преодолевал 130 км без подзарядки. Производство электромобилей продолжалось до 1942 года. В последние годы выпуск стал почти символическим, поскольку число заказов было очень невелико. Некоторые экземпляры хорошо сохранились до наших дней. Их можно увидеть в автомобильных музеях.

Так завершился первый период в истории электромобиля. Впрочем, развитие этого вида транспорта не прервалось. Многочисленные энтузиасты во многих странах продолжали создавать новые модели электромобилей

В начале XX столетия машины на электрической тяге не только не уступали автомобилям с двигателями внутреннего сгорания, но и по многим параметрам превосходили их. Причём как в качественном, так и в количественном отношении. Доля электромобилей среди всех транспортных средств была велика. Однако после бума на рубеже XX- XIX столетий, выпуск электрических машин постоянно сокращался и в 1940-х годах практически прекратился.

Возрождение электрического транспорта произошло в конце 60-х годов. Причин для этого было несколько. Важными факторами стали экономика и экология. Цена нефти возрастала. В то же время уровень загрязнённости крупнейших городов достиг невиданных ранее показателей. Выхлопные газы автомобилей стали оказывать всё более серьёзное влияние на здоровье людей. В этот период начались активные поиски альтернативных видов топлива. Тут и вспомнили про, казалось бы, уже основательно забытые электромобили. Начался новый этап в развитии данного вида транспорта.

Впрочем, утверждение о том, что в 40-х – 60-х годах электромобилестроение полностью прекратилось, не вполне корректно. Попытки возрождения электрического транспорта предпринимались и в этот период. В частости, нельзя не упомянуть о такой машине, как Henney Kilowatt, которая стала значительным событием на рубеже 50-х – 60-х годов.

Эта модель была разработана в 1959 году. Её производством занималась National Union Electric Company. Оборудованный 36-вольтной системой Henney Kilowatt мог развивать максимальную скорость до 64 км/ч. Запас хода на одной зарядке составлял около 64 км. В 1960 году новые модели были оснащены уже 72-вольтной системой (двенадцать последовательно соединённых 6-вольных батарей). В результате максимальная скорость возросла до 97 км/ч, а пробег без подзарядки – до 97 км. В общей сложности за два года производства было выпущено около 100 электромобилей Henney Kilowatt. Несколько экземпляров сохранилось до наших дней.

В 60-х – 70-х годах прошлого века разработкой и производством электромобилей стали заниматься различные крупные и мелкие фирмы, главным образом, в Соединённых Штатах. В особенности стоит упомянуть две американские компании: Sebring – Vanguard и Elcar Corporation. В те годы они стали лидерами в электромобилестроении. Каждая из компаний произвела несколько тысяч оригинальных машин собственной разработки.

Sebring – Vanguard CitiCar

Elcar Corporation занималась производством одноимённых электромобилей. Elcar по своим эксплуатационным характеристикам не слишком сильно отличался от CitiCar. Этот электромобиль мог передвигаться с максимальной скоростью 72,5 км/ч. Расстояние, преодолеваемое на одной зарядке батареи, равнялось 95 км. Аналогичная машинка выпускалась также под маркой Zagato Zelle

Elcar (Zagato Zelle)

Ещё одним производителем электромобилей в этот период была компания Battronic. Выпускаемый этой фирмой электрический грузовик передвигался со скоростью 40,2 км/ч. На одной зарядке батареи он мог проехать почти 100 км. Помимо грузовых электромобилей в середине 70-х годов компания Battronic выпустила около 20 пассажирских автобусов на электрической тяге.

Зарядка электрических почтовых

фургонов, США, 70-е годы

Электромобили пользовались популярностью не только среди частных лиц. К услугам этого вида транспорта прибегали и государственные службы. Например, в 1975 году почтовая служба США закупила 350 электрических джипов у American Motor Company. Они использовались для доставки почтовой корреспонденции. Максимальная скорость этих джипов составляла 80,5 км/ч. Они могли преодолеть расстояние до 65 км.

В 70-х годах прошлого столетия произошло ещё одно важное событие, связанное с электромобилестроением и сохранением окружающей среды. Американский инженер Виктор Воук (Victor Wouk) разработал первый в мире автомобиль с гибридным приводом. Первым гибридом стал Buick Skylark, на который был установлен электродвигатель мощностью 20 кВт.

Первый в мире гибрид - Buick Skylark

К началу 1990-х годов экологические соображения стали играть всё возрастающую роль при разработке новых моделей автомобилей. В некоторых странах были приняты законы, направленные на ограничение вредных выбросов в атмосферу. Автопроизводители были вынуждены уделять большее внимание вопросам сохранения окружающей среды.

Разработкой электромобилей занимались не только крупные, но и относительно небольшие компании. Одним из заметных явлений в 90-х годах стала модель Tropica компании Renaissance Cars. Кстати, создал эту фирму Боб Бомонт, основатель уже упоминавшейся Sebring-Vanguard. Двухместный открытый спортивный электромобиль Tropica был способен развивать максимальную скорость 100 км/ч, при пробеге до 130 км на одной зарядке батарей.

Renaissance Tropica, 1995 г.

Особенно насыщенным периодом в истории электромобиля можно назвать 90-е годы прошлого века. В это время правительства многих стран стали активно ужесточать требования к выбросам транспорта и стимулировать внедрение новых, экологически чистых автомобилей, и прежде всего – электромобилей. Именно в этот период крупнейшие мировые автоконцерны всерьез занялись разработками экологически чистых автомобилей. В первую очередь, это касается таких гигантов, как Toyota, Honda, Ford и General Motors. В результате на рынке появилось достаточно большое количество моделей гибридных (т.е. оснащённых двигателем внутреннего сгорания и электромотором), а также полностью электрических автомобилей.

Например, Toyota в последнее десятилетие XX века захватила лидерство по производству гибридов. С 1997 года выпускается Prius, который получил в мире достаточно широкое распространение. Продажи этой модели в различных модификациях постоянно растут. Сейчас количество выпущенных машин достигло нескольких сотен тысяч экземпляров.

Для выполнения этого закона автопроизводители предложили целый букет различных моделей. Например, Toyota разработала полностью электрическую версию внедорожника RAV4 с никель-металлгидридной батареей, который производился до 2003 года. Свои электромобили предложили также Honda и Nissan.

Электрический Toyota RAV4, 2001 г.

Ford разработала фургон Ford Ecostar. Его эксплуатационные характеристики были весьма неплохи. Максимальная скорость – 112,5 км/ч, а пробег на одной зарядке – от 130 до 160 км. Всего было выпущено около сотни таких машин. Кроме того, выпускалась электрическая версия пикапа Ford Ranger. Он был оборудован свинцово-кислотной батареей и мог проехать 100 км без подзарядки. Максимальная скорость электрического Ford Ranger составляла 120 км/ч. Также свою версию электрического пикапа S-10 представила компания Chevrolet. Он был оснащён электромотором мощностью 85 киловатт, максимальная скорость составляла 110 км/ч, а пробег без подзарядки – 72,5 км.

Ford Ecostar, 1992 г.

Ford Ranger Electric, 1998 г.

Однако наиболее заметным событием того вреени стал выпуск электромобиля с незамысловатым названием EV1 компанией General Motors. Предшественником EV1 был Impact – электромобиль, представленный в 1990 году на автосалоне в Лос-Анджелесе. На его основе и были разработаны EV1. Серийное производство EV1 началось в 1997 году. Эти двухместные машинки первоначально оснащались свинцово-кислотными батареями. Пробег на одной зарядке достигал 150 км. В 1999 году началось производство второго поколения EV1. Вместо свинцово-кислотных батарей на электромобилях установили никель-металлгидридные. Пробег электромобиля достгал 240 км, а максимальная скорость – 130 км/ч.

Устройство электомобиля EV1

Благодаря своему футуристическому, спортивному дизайну и удобству использования EV1 сразу стал популярной машиной. Очень быстро образовалась очередь желающих взять в аренду (EV1 не продавались, а сдавались владельцам в аренду). Многие звёзды Голливуда ездили на EV1. Отзывы тех, кто пересел на электрический EV1, были положительными.

Дизайн EV1 был очень инновационным для своего времени

Однако, массовые продажи электромобилей так и не начались. В 2003 году закон о Zero Emission был в значительной степени смягчён. Требование об обязательном производстве автомобилей, не производящих выхлопы, было аннулировано. Существуют различные версии того, почему данный закон был изменён. Возможно, сыграли свою роль интересы крупнейших нефтяных компаний. Так или иначе, выпуск электромобилей практически был остановлен.

Однако производство электромобилей в конце прошлого века развивалось и по другую сторону океана - в Европе. Крупнейшие французские и немецкие компании, такие как Volkswagen, Renault, Peugeot и Citroёn занимались собственными разработками в этой области.

Volkswagen выпустил электрические версии своих популярных моделей Golf и Jetta. В 1995 – 1998 году было произведено около двухсот электромобилей под названием CityStromer. Эти четырёхместные машины с пятискоростной механической трансмиссией развивали скорость до 100 км/ч. Они оборудовались кислотно-свинцовыми батареями. Запас хода составлял 50 –90 км.

Volkswagen Golf CityStromer, 1995 г.

Компания Citroёn занималась производством электромобиля Berlingo Electrique. Максимальная скорость этого фургона – 96,5 км/ч, запас хода – до 95 км. Производство данной модели продолжалось до 2005 года.

Renault в 90-е годы выпускала Clio Electrique. Эта модель имеет максимальную скорость 100 км/ч, может преодолеть до 100 км без подзарядки.

Renault Clio Electrique

Автоконцерн Peugeot тоже не остался в стороне от этого процесса и добился определённых успехов. В 1995 году Peugeot представил модель 106 Electrique, которая была признана самым экологически чистым автомобилем Европы. Эта машина обладала способностью развивать скорость до 96 км/ч и преодолевать расстояние до 88 км. Позднее был разработан Peugeot Partner Electric. Его запас хода – 90 км, максимальная скорость – 90 км/ч.

Peugeot 106 Electrique

Согласно исследованиям IDTechEx , индустрия электротранспорта достигнет в 2005 году уровня продаж в $31,1 млрд по всему миру (включая гибридный транспорт). К 2015 году рынок электротранспорта вырастет примерно в 7 раз и достигнет $227 млрд.

Некоторые автопроизводители не собираются производить гибридные автомобили , а сразу начать производство электромобилей. Они отстали в научных разработках, не могут самостоятельно создать гибридный автомобиль , или считают гибриды бесперспективными. Например, японская компания Mitsubishi Motors в 2009 году начнёт промышленное производство электромобилей на базе Colt. На нём будут установлены литий-ионные аккумуляторы . Существующие прототипы имеют дальность пробега 150 км.

Ведутся работы над созданием аккумуляторных батарей с малым временем зарядки (около 15 минут), в том числе и с применением наноматериалов . В начале 2005 года компания Altairnano объявила о создании инновационного материала для электродов аккумуляторов . В марте 2006 года Altairnano и Boshart Engineering заключили соглашение о совместном создании электромобиля. В мае 2006 года успешно завершились испытания автомобильных аккумуляторов с Li4Ti5O12 электродами. Аккумуляторы имеют время зарядки 10—15 минут.

Рассматривается также возможность использования в качестве источников тока не аккумуляторов, а ионисторов (суперконденсаторов), имеющих очень малое время зарядки, высокую энергоэффективность (более 95 %) и намного больший ресурс циклов зарядка-разрядка (до нескольких сотен тысяч). Опытные образцы ионисторов на графене имеют удельную энергоемкость 32 Вт·ч/кг, сравнимую с таковой для свинцово-кислотных аккумуляторов (30−40 Вт·ч/кг).

Разрабатываются электрические автобусы на воздушно-цинковых (Zinc-air) аккумуляторах .

В августе 2006 года Министр Экономики, Торговли и Промышленности Японии утвердил план развития электромобилей, гибридных автомобилей и аккумуляторов для них. Планом предусмотрено к 2010 году начать в Японии массовое производство двухместных электромобилей с дальностью пробега 80 км на одной зарядке, а также увеличить производство гибридных автомобилей .

Toyota работает над созданием нового поколения гибридных автомобилей Prius (полный гибрид, plug-in гибрид, PHEV). В новой версии водитель по желанию может включать режим электромобиля, и проехать на аккумуляторах примерно 15 км. Подобные же модели разрабатывает Ford — модель Mercury Mariner — пробег в режиме электромобиля 40 км, и Citroën — модель C-Metisse — пробег в режиме электромобиля 30 км и другие. Toyota изучает возможность установки устройств для зарядки аккумуляторов гибридов на бензозаправочных станциях.

General Motors в январе 2007 года представил концепт Chevrolet Volt , способный проезжать в режиме электромобиля 65 км.

Почта Японии, начиная с 2008 года, планирует приобрести 21000 электромобилей для доставки почтовых отправлений на короткое расстояние.

По прогнозам PriceWaterhouseCoopers к 2015 году мировое производство электромобилей вырастет до 500 тыс. штук в год.

Статья о том, что из себя представляет программное обеспечение современного автомобиля. Особенности софта, процессы и технологии. В конце статьи — интересное видео о 5 нужных лайфхаках для вашей машины! Статья о том, что из себя представляет программное обеспечение современного автомобиля. Особенности софта, процессы и технологии. В конце статьи — интересное видео о 5 нужных лайфхаках для вашей машины!

Ни один современный автомобиль не мыслим без электронной начинки, которая предполагает сложное программное обеспечение. Управляя автомобилем, мы почти не задумываемся о том, какие при этом процессы протекают у него внутри – монитора-то как у компьютера нет, а, значит, действие программ не визуализировано, словно бы их и нет. Но они есть.

Особенности автомобильного софта

Современное программное обеспечение для вашего автомобиля весьма надежно: коэффициент сбоя оборудования — всего лишь один на миллион операций в течение года, и то в качестве исключения.

Сейчас в каждом автомобиле имеется в наличие несколько электронных блоков управления (ЭБУ) – electronic control unit, ECU, которые взаимодействуют между собой через электронную сеть автомобиля.

Взаимодействие между этими блоками выполняется благодаря шинным архитектурам, которые представляют собой совокупность контроллеров — CAN, controller area network, а также специальную сеть, предназначенную для передачи информации специального цифрового оборудования — MOST, media-oriented systems trans, FIexRay, а также систему Local interconnect, (LIN).

Если сравнить перечисленные шины с Ethernet, который предназначен для ПК, они работают с пониженной скоростью, так как объем обрабатываемых данных в автомашинах небольшой. Но это минимальное количество информации должно обрабатываться буквально за считанные миллисекунды.

С ростом числа ECU разработчикам приходится создавать усложненные структуры внутриавтомобильных сетей, которые требуют более сложного строения. Рассмотрим основную разницу между ПО автомашины и цифровыми технологиями других предназначений.

Внимание: Ни в коем случае не допускать перезагрузку ECU во время работы!

Основные составляющие ECU

ECU представляет собой довольно сложную плату, на которой, помимо микроконтроллера, имеются сотни других элементов. Рассмотрим основные детали.

Процессы и технология

С тех пор, как появилось первое ПО для автомобилей, многое изменилось. Если изначально программное обеспечение мог контролировать всего лишь один производитель, то теперь это стало практически невозможно.

Изначально в прошлом столетии в качестве ПО использовался ассемблер. Язык же Си стал распространяться в 90-е годы. Компания Robert Bosch и многие другие производители начали разрабатывать ПО с помощью Mathlab/Simulink и ASCET (управляющие и моделирующие технологии).

Системы шин CAN делают ПО автомашины достаточно сложным. Причина заключается в том, что они не исключают взаимодействия между программами разных ECU. Современные автомобили класса люкс могут содержать сложную сеть, состоящую из 80 ECU, которые в общей сложности имеют до 100 млн. строк кода.

В связи с тем, что ПО постоянно усложняется, возникает необходимость усовершенствования технологий инжиниринга. Поэтому в отрасли постоянно возникают параллельные технические и организационные процессы для сознания нового программного обеспечения.

Инженерные решения на уровне процессов и архитектуры тоже становятся одним из главных условий аутсорсинга. В связи с этим обстоятельством компания Bosch некоторые разработки начала отдавать на сторону еще с начала 90-х годов прошлого столетия.

В настоящее время работа над ПО для автомашин проводится несколькими объединениями, распределенными по всему миру. И такого рода деятельность стала довольно оптимальной для бизнеса.

Управление двигателем

Постановления международного законодательства по вопросам экологии требуют уменьшения расхода топлива автомобилей и соответствующего сокращения загрязнения окружающей среды. Значит, есть стимул для усовершенствования трансмиссии в целях гарантии оптимального времени впрыскивания топлива и срабатывания зажигания.

Например, современные дизельные двигатели способны впрыскивать топливо в минимальном количестве семь раз за один такт. А это для двигателя с четырьмя цилиндрами, который развивает скорость вращения до 1800 оборотов в минуту, составляет 420 раз в секунду. Все это требует новых функций ПО и более продуманных алгоритмов управления, чтобы любые отклонения свести к минимуму.

Необходимость уменьшения вредных выбросов потребовала обновленных технологий и методов обеспечения движения. Поэтому, дополняя обычные двигатели внутреннего сгорания, в будущем львиной долей авторынка будут владеть электродвигатели и смешанные разработки. Кроме того, возрастет необходимость в альтернативном топливе, и главным рычагом к решению этих задач послужит программное обеспечение.

Центром управления трансмиссиями автомашин является модуль управления двигателем. Современные модули имеют объем более 2 мегабайт цифровой памяти и функционируют с частотой тактов до 160 МГц. При этом задействуются программы до 300 тыс. строк кода.

Стандартизация

При разработке современных цифровых программ для автомашин однозначно учитывается специфика необходимого ECU: ПО непосредственно взаимодействует с определенным оборудованием. Благодаря постоянному возрастанию количества автомобильных ECU, вторичное использование ПО становится в приоритете. Поэтому в такой ситуации уместно говорить о стандартизации.

Такого рода взаимодействие предполагает создание узлов, которые не зависят от оборудования. Это дает возможность поставщикам и производителям обмениваться разработками, а также использовать их повторно на самых разных ECU.

Строение Autosar состоит из нескольких абстрактных уровней, в которых ПО отделяется от аппаратного обеспечения. На самом верху находится прикладное ПО, которое реализует всю прикладную деятельность. Ниже следует базовое, номинальное ПО. Оно гарантирует нужную абстракцию от аппаратного обеспечения точно так же, как это происходит, например, в персональном компьютере. Autosar Runtime Environment (среда исполнения в реальном времени) осуществляет связи внутри ECU.

Технология Autosar содержит все необходимые форматы обмена и шаблоны, которые используются как для генерации и конфигурации инфраструктуры, так и для ее описания.

Самыми распространенными в современном автомобилестроении являются шины (высокоскоростные) Ethernet. Они надежно поддерживают связи между ECU, а также новые опции, в том числе и в отношении безопасности.

Самая разнообразная информация качественно анализируется в целях создания объективной модели окружающей среды, что позволяет формировать новые опции, которые поддерживают водителя в экстремальных случаях.

Например, водитель во время следования отвлекся на пассажира. В этом случае приложение определяет торможение движущегося впереди автомобиля, затем предупреждает водителя или самостоятельно включает торможение. Кстати, водитель может даже сразу не узнать о наличие такого ПО, пока не окажется в опасном положении.

Заключение

В современном автомобилестроении на сегодняшний день возникают предпосылки для очередной научно-технической революции в области разработки программ, потому что более широко начинают использоваться цифровые технологии и возможности бытовой электроники. Не за горами то время, когда автомобили начнут подключаться к Интернету через все стационарные и мобильные устройства. И при этом будет возрастать роль свободного программного обеспечения для решения практических задач.

5 нужных лайфхаков для автомобиля — в видео:

Читайте также: