eng
С каждым годом устройство современного автомобиля становится сложнее, в большей степени это относится к электронной части транспортного средства. Регулярно пересматриваются и появляются новые стандарты качества, экологические нормы, предъявляются более высокие требования к безопасности, комфорту. Все это подразумевает появление в автомобиле дополнительных электронных узлов.
Кроме того, к транспортному средству сегодня начинают предъявляться новые требования, выходящие за традиционные рамки: автомобиль уже не просто средство передвижения. В результате в автомобильной электронике появляются принципиально новые направления, и самое молодое и перспективное из них – телематика (термин "телематика" – производный от двух: телекоммуникации и информатика).
Кроме того, к транспортному средству сегодня начинают предъявляться новые требования, выходящие за традиционные рамки: автомобиль уже не просто средство передвижения. В результате в автомобильной электронике появляются принципиально новые направления, и самое молодое и перспективное из них – телематика (термин "телематика" – производный от двух: телекоммуникации и информатика).
Концепция автомобильной телематики заключается в использовании компьютерных, сенсорных и телекоммуникационных технологий для удаленного оказания услуг в автомобиле. Основные виды телематических услуг – это навигация, удаленная диагностика, управление автопарком, безопасность, мультимедиа-функции, связь и доступ к информации. Кроме того, при создании телематических устройств учитываются такие факторы, как конфиденциальность и безопасность данных.
Навигация является основной и наиболее распространенной телематической услугой, которая одной из первых была внедрена в автомобиль. Как правило, это связано с использованием приемника глобальной системы позиционирования (GPS) и интерактивной картографической базы данных для предоставления водителю услуги четкого и подробного ведения по маршруту с помощью визуальных и голосовых подсказок о маневрах. На прием GPS-сигналов в автомобиле могут влиять многие факторы: помехи, эффективность и расположение антенны, другие препятствия. Чтобы повысить эффективность системы навигации GPS-приемник иногда используют в сочетании с инерциальной навигационной системой (INS) или Системой Dead Reckoning (DR). Данный подход применяется, когда отсутствует связь со спутником: бортовой компьютер вычисляет положение, скорость и направление движения транспортного средства по сигналам датчика движения (акселерометра) и датчика угловых скоростей (гироскопа).
Удаленная диагностика позволяет заблаговременно определять возможные электрические или механические проблемы транспортного средства и тем самым способствует предотвращению поломки автомобиля, а также минимизации рисков, связанных со здоровьем водителя и сохранностью грузов. Передача показаний автомобильных датчиков и других диагностических данных напрямую из автомобиля в сервис-центр позволяет проводить своевременное техническое обслуживание и ремонт транспортного средства без заблаговременного планирования. Удаленная диагностика обеспечивает экономию времени и сокращение эксплуатационных расходов. Основным элементом данной концепции является встроенная диагностическая система (On-Board Diagnostics, OBD), которая представляет собой электронные блоки управления и датчики, подключенные к автомобильной шине данных. Диагностическая автомобильная система OBD проводит мониторинг трансмиссии, ходовой части и других важных узлов автомобиля, а также контролирует уровень экологически вредных выбросов. Все машины, произведенные для продажи в США с 1996 года, были оснащены системами OBD, которые выявляли неполадки транспортного средства, способствующие загрязнению окружающей среды.
К шине встроенной диагностики (OBD) могут быть подключены любые внешние средства диагностирования, а значит – диагностические данные могут быть скопированы на компьютер и переданы в сервис-центр для удаленной диагностики. Изначально использовалось четыре различных протокола подключения внешнего устройства к встроенной диагностической шине (OBD), однако с 2008 года автомобильная отрасль пришла к единому стандарту ISO 15765-4.3 на базе протокола CAN (Controller Area Network). Для чтения и передачи диагностических данных автомобиля пригодны беспроводные технологии, как, например, Bluetooth.
Система удаленной диагностики поможет снизить эксплуатационные затраты и повысить уровень безопасности: она выявит низкое давление в шинах и оповестит водителя об экстренной ситуации. Нормальное давление в шинах очень важно для эффективного функционирования и безопасности автомобиля, поскольку это экономит топливо, увеличивает срок службы шин и снижает тормозной путь. По решению правительства США системы мониторинга давления в шинах (Tire Pressure Monitoring Systems, TPMS) устанавливают на всех транспортных средствах с 1 сентября 2008 года. Дистанционный мониторинг давления в шинах для таких крупных автопарков, как такси и прокат автомобилей, способствует снижению расходов на топливо и техническое обслуживание, а также повышению уровня безопасности.
Управление автопарком, как одна из важнейших телематических услуг, базируется на определении местоположения транспортных средств и диагностических функциях для удаленного мониторинга и управления транспортом. Управление автопарком повышает надежность и эффективность логистики, улучшает планирование и доступность грузо- и пассажирских перевозок, а также аренды автомобилей.
Исследования в области управления автопарком начались в Европе еще в середине 1990-х годов. Их двигателями стали повышение спроса на перевозки, растущая конкуренция и необходимость повышать качеств услуг, таких как поставки "точно-в-срок" и мониторинг перевозок. Прогресс в области телекоммуникаций, вычислительной техники и сенсорных технологий привел к развитию целого ряда телематических систем для управления автопарком. Основная идея состоит в интеграции данных телематических систем в уже существующие информационные инфраструктуры (сотовая или радиосвязь).
Как правило, система управления автопарком включает в себя следующие элементы:
телематическое бортовое устройство, расположенное на транспортном средстве. Как правило, это навигационное устройство (например, GPS/ГЛОНАСС-трекер). Продвинутые системы также включают устройство удаленной диагностики, но иногда контролируются только расход топлива, скорость передвижения, показания датчиков открывания дверей, температуры в рефрижераторах (для грузоперевозок) и т.д.;
телекоммуникационные инфраструктуры (GSM, радиосвязь);
сервер для приема, хранения, обработки и анализа данных;
компьютер диспетчера из центра управления автопарком.
Безопасность. Автомобильные телематические системы безопасности сочетают в себе сенсорные и радиочастотные технологии для обнаружения и предотвращения экстренных ситуаций во время вождения. В момент срабатывания аварийного датчика (например, индикатора срабатывания подушки безопасности) бортовое телематическое устройство передает в центр спасения по каналу сотовой связи сигнал, содержащий GPS-координаты транстортного средства, которое попало в аварию. Такая концепция в Европе имеет название eCall (Emergency Call / экстренный вызов).
Концепция программы eCall впервые возникла в Европе в начале 2000-х годов. Ежегодно в Европе случается около 1,4 млн. ДТП, в результате которых гибнет около 40000 и 1,7 млн. людей получают увечья. При наличии точных координат места аварии время реагирования службы спасения можно сократить на 40–50%. Таким образом, предполагается, что eCall будет способствовать спасению 2500000 жизней в год, а также оказанию своевременной медицинской помощи десяткам тысяч пострадавших. Кроме того, вследствие ускоренной подачи спецтранспорта к местам аварий и, соответственно, быстрой расчистки аварийных участков, сократится количество пробок, а также снижаться общий расход топлива и количество выбросов CO2.
С экономической точки зрения программа eCall также имеет очень большое значение. Дорожные происшествия ежегодно приносят Европе убытков на сумму свыше 160 млрд. евро. Однако если бы все машины были оснащены системами eCall, то можно было бы сэкономить порядка 26 млрд. евро в год.
Рассмотрим типовую схему работы системы eCall (рис.1). Предположим, что попал в аварию автомобиль, оборудованный телематическим устройством, которое выполняет функцию спутниковой навигации (GPS) и передачи данных (GSM / GPRS). При срабатывании аварийных датчиков (датчик срабатывания подушки безопасности, акселерометр и т.д.) информация с датчиков поступает на eCall-устройство по автомобильной шине (например, CAN), в результате чего eCall-устройство моментально инициирует экстренный звонок в центр спасения (в англоязычной терминологии – Public Safety Answering Point или PSAP).
Существуют другие телематические системы безопасности, работа которых направлена на беспрепятственное передвижение спецтранспорта. Один из методов реализации таких систем выглядит следующим образом: транспортное средство специального назначения (автомобиль скорой помощи и т.д.) посылает инфракрасный сигнал на датчик светофора, в результате чего перекрывается въезд на перекресток, пока его проезжает спецтранспорт. Такой подход обеспечивает немедленное реагирование службы спасения на экстренные ситуации и сокращает число аварий с участием спецтранспорта.
Телематика очень тесно связана с концепцией ADAS (Advanced Driver Assistance Systems – усовершенствованная система помощи водителю), которая, в свою очередь, включает в себя следующие системы:
* адаптивный круиз-контроль;
* систему предотвращения столкновений;
* систему ночного видения;
* автоматическую парковку;
* системы чтения разметок и дорожных знаков;
* адаптивное освещение.
Так, например, некоторые системы адаптивного освещения работают в связке с навигационной системой. Электронный блок управления фарами получает данные GPS при приближении к крутому повороту подстраивает направление света фар таким образом, чтобы водитель мог заблаговременно рассмотреть возможные препятствия, которые ранее находились в неосвещенной зоне.
В последнее время все более актуальным становится проектирование гибридных и электромобилей. Как известно, основным "больным местом" электромобиля является его аккумулятор. Существуют такие проблемы, как ограниченная емкость, а также относительно быстрая изнашиваемость аккумулятора электромобиля. Телематические устройства помогут решать задачи:
мониторинга состояния и износа батареи и заблаговременное извещение автовладельца и производителя о предстоящей замене;
заблаговременного предупреждения водителя о приближении к полной разрядке аккумулятора и оперативной навигации к ближайшим пунктам заправки батареи.
Примером современного многофункционального телематического устройства является недавно разработанное компанией NXP Semiconductors первое семейство бортовой автомобильной телематической платформы (Automotive Telematics On board unit Platform), названное ATOP 2.5G (рис.2). Это устройство имеет в своем составе:
GSM/GPRS-модем;
GPS-модуль;
память SRAM и флеш;
интерфейсный микроконтроллер на базе ARM7 с широким набором интерфейсов (CAN, USB, UART, GPIO, SIM и т.д.);
основной BaseBand-процессор на базе ARM9, отвечающий за всю обработку данных;
контроллер безопасности данных семейства SmartMX;
RFID-интерфейс на основе стандартов NFC.
Все элементы устройства упакованы в корпус BGA размером 31х31 мм и высотой 3 мм. Устройство оптимизировано по стоимости, форм-фактору и энергопотреблению, его разработчики учли, что оно будет подключаться к бортовой сети автомобиля. Автомобильная платформа ATOP 2.5G поставляется с полностью интегрированным стандартным программным обеспечением и набором драйверов. В целом платформа сертифицирована по автомобильным стандартам, по которым проходят квалификацию все электронные компоненты, применяемые в автомобильной отрасли. Диапазон рабочих температур модуля составляет -40...85°С.
На базе этой платформы можно реализовать все вышеописанные приложения телематики, а благодаря своей гибкости данное решение может помочь в решении абсолютно новых, пока еще не сформулированных задач.
Установка в автомобилях бортового блока, изготовленного на базе платформы ATOP 2.5G, позволяет отказаться от пунктов сбора платежей, с его помощью можно оплачивать счета за пользование дорогами и специальные дорожные налоги. Бортовой блок – это компактное устройство, которое может быть установлено, например, на приборной панели автомобиля. В целях аутентичности NXP предлагает наклеивать на лобовом стекле автомобиля наклейку (стикер), оснащенную RFID-чипом для коммуникации с устройством внутри автомобиля. Наклейка уникальна и изготавливается индивидуально для каждого автомобиля. В ее памяти содержится краткая информация об автомобиле: регистрационные номера, марка, год выпуска и т.д. При наличии необходимого оборудования (портативный RFID-ридер) эти данные можно быстро считывать в случае, например, проверки автомобиля дорожной полицией (милицией). Метка изготовлена таким образом, что при попытке отклеить ее от лобового стекла вся информация из памяти стирается. Эту систему можно установить на любом автомобиле, независимо от страны или года выпуска. Идея в том, что определенный бортовой блок запрограммирован на работу только при наличии связи с конкретной RFID-меткой. Таким образом, обеспечивается привязка блока к определенному автомобилю. Благодаря чрезвычайной гибкости платформы ATOP и в зависимости от конкретного применения, автомобильный блок может работать в привязке к конкретному водителю посредством персональной бесконтактной смарт-карты (вместо стикера на лобовом стекле).
Расстояние, которое прошел конкретный автомобиль, фиксируется через спутник (GPS-модулем), и информация передается в ответственное правительственное агентство по GSM-каналу. Время от времени владелец авто будет получать выписку со своего счета с подробной информацией о своих поездках. В результате водитель сможет проанализировать свои маршруты и выбрать наиболее удобные и недорогие, поскольку он получает полную информацию о загрузке дорог в часы пик и стоимости пользования платными дорогами. Для правительственных агентств эта информация не менее важна, поскольку позволяет проводить мониторинг транспортных потоков и частично разгрузить дороги.
По желанию автовладелец может внести предоплату при помощи бесконтактной карты, пополнять которую можно на сервисных станциях, либо в режиме онлайн. Водителю достаточно поднести карту к устройству бортового блока, и бесконтактный модуль моментально считывает сумму. Эта информация не отображается в выписке со счета, что гарантирует конфиденциальность.
ATOP также обеспечивает дополнительную безопасность водителя, на его базе полностью реализуема функция eCall, а также, благодаря гибкости аппаратной и программной части, возможна реализация других систем, схожих с eCall. Важной особенностью платформы ATOP 2.5G и всех следующих поколений данного семейства является поддержка функции in-band modem, которая обеспечивает параллельную передачу голосового потока и передачу текстовых данных по единому каналу, что делает систему более надежной. Решение in-band modem – это утвержденный ЕС стандарт передачи данных в рамках программы европейского eCall. Платформа NXP разработана таким образом, чтобы каждая страна могла применять это устройство в соответствии со своими внутренними стандартами и сроками.
Концепция ATOP не является дорогостоящей. Есть действующие системы сбора дорожных платежей, например в Сингапуре, которые требуют установки на всех дорогах целой сети датчиков. В концепции телематической платформы NXP этого не требуется, так как она эксплуатирует существующие инфраструктуры сотовых операторов (GSM/GPRS) и спутниковой навигации (GPS). Сотовая связь позволяет передавать данные, GPS – определять координаты. Интерфейс радиочастотной идентификации NFC (Near Field Communication \ связь в ближней зоне) позволяет реализовать коммуникацию бортового блока и NFC-стикера или устанавливать связь модуля с бесконтактными смарт-картами оплаты и аутентификации.
Данное устройство, устанавливаемое в автомобиль, будет фиксировать все поездки и определять их стоимость. Информация о поездке, стоимости, участках дороги с затрудненным движением выводится на дисплей в самом автомобиле и доступна на веб-сайте. Предполагается, что устройство будет размещаться в салоне автомобиля, причем процесс установки будет предельно прост и автовладелец сможет установить такую систему самостоятельно.
Компания NXP также рассматривает возможность адаптации всей системы для России, в том числе за счет интеграции ГЛОНАСС. Планируется, что следующее поколение ATOP 3.5G будет поддерживаться ГЛОНАСС. Однако уже сегодня благодаря чрезвычайной гибкости текущей версии ATOP 2.5G платформа полностью приспособлена для подключения к ней внешнего модуля ГЛОНАСС-приемника.
Защищенный микроконтроллер SmartMX, отвечающий в платформе ATOP за безопасность данных, производится уже несколько лет и сертифицирован немецким Федеральным департаментом информационной безопасности по международному стандарту Common Criteria на уровень EAL 5+, что гарантирует соответствие самым высоким требованиям безопасности. Для сравнения: минимальным требованием для микроконтроллеров банковских карт и биометрических паспортов является соответствие защищенности уровню EAL 4. На данный специализированный контроллер портирована операционная система Java, гарантирующая совместимость, безопасное взаимодействие и параллельную работу нескольких телематических приложений. В SmartMX могут храниться приложения, секретные ключи и данные, с помощью этого микроконтроллера можно юридически значимым образом подписывать транзакции.
Очень важно, что на базе контроллера SmartMX можно реализовать режим виртуальной SIM-карты. В данном случае контроллер выполняет эмуляцию SIM-модуля, и в него загружается программное обеспечение для выполнения функций SIM-модуля местного поставщика услуг.
Предполагается, что телематические устройства обязательно будут иметь поддержку мультисим-карт, поскольку под некоторые сервисы, а также для отдельных провайдеров или регионов необходимы собственные SIM-карты. Кроме того, на платформе ATOP имеется поддержка электронной SIM-карты: в данном случае непосредственно на печатную плату припаивают специальную микросхему, выполняющую функцию SIM-карты. Таким образом, решается ряд проблем соответствия традиционного SIM-модуля автомобильным стандартам, связанных с температурой, виброустойчивостью, влагоустойчивостью, контактированием контактных площадок SIM-карты и др.
В начале 2010 года в городе Эйндховен (Нидерланды) успешно завершился пилотный проект тестирования сбора дорожных платежей. Проект проходил при участии нескольких компаний, крупнейшими из которых были NXP Semiconductors (поддержка аппаратной части, ATOP) и IBM (информационная поддержка, ПО, серверы, бэк-офис).
Новая система взимания дорожных пошлин будет введена в Нидерландах с 2012 года для грузового автотранспорта и с 2013 года – для легковых автомобилей. Планируется, что полностью программа должна быть реализована к 2016 году.
Перспективы рынка телематики выглядят довольно многообещающе. На сегодняшний день развитие телематики уже достигло критической точки во всех крупнейших регионах мира. Все крупнейшие производители автомобилей и автомобильной электроники в той или иной степени вовлечены в процесс разработки телематических систем. Согласно исследованиям, проведенным в Великобритании в 2008 году, как минимум одна из четырех крупных транспортных компаний для управления автопарком применяет технологии отслеживания транспортных средств (tracking). Сегодня самыми распространенными направлениями телематики являются навигация и безопасность, однако в будущем разработки в рамках данных направлений должны стать базовыми функциями автомобиля. Аналитики также уверены в том, что вскоре произойдет интеграция встроенных телематических устройств и мобильной техники, в результате чего появятся решения, которые будут подходить как для бюджетной техники, так и для аппаратуры премиум-класса. Основной движущей силой развития телематики станет потребность в беспроводных технологиях: с одной стороны, наблюдается рост спроса водителей и пассажиров на беспроводные коммуникации, а с другой стороны, наблюдается интерес автопроизводителей к беспроводным решениям, обеспечивающим соединение электронных модулей внутри автомобиля, а также подключение к автомобилю внешних беспроводных устройств. Более того, по мнению некоторых специалистов, телематические устройства в будущем могут стать общей коммуникационной платформой для всех автомобильных узлов: трансмиссии, подвески, мультимедиа и ADAS (Advanced Driver Assistance Systems – усовершенствованная система помощи водителю).
Навигация является основной и наиболее распространенной телематической услугой, которая одной из первых была внедрена в автомобиль. Как правило, это связано с использованием приемника глобальной системы позиционирования (GPS) и интерактивной картографической базы данных для предоставления водителю услуги четкого и подробного ведения по маршруту с помощью визуальных и голосовых подсказок о маневрах. На прием GPS-сигналов в автомобиле могут влиять многие факторы: помехи, эффективность и расположение антенны, другие препятствия. Чтобы повысить эффективность системы навигации GPS-приемник иногда используют в сочетании с инерциальной навигационной системой (INS) или Системой Dead Reckoning (DR). Данный подход применяется, когда отсутствует связь со спутником: бортовой компьютер вычисляет положение, скорость и направление движения транспортного средства по сигналам датчика движения (акселерометра) и датчика угловых скоростей (гироскопа).
Удаленная диагностика позволяет заблаговременно определять возможные электрические или механические проблемы транспортного средства и тем самым способствует предотвращению поломки автомобиля, а также минимизации рисков, связанных со здоровьем водителя и сохранностью грузов. Передача показаний автомобильных датчиков и других диагностических данных напрямую из автомобиля в сервис-центр позволяет проводить своевременное техническое обслуживание и ремонт транспортного средства без заблаговременного планирования. Удаленная диагностика обеспечивает экономию времени и сокращение эксплуатационных расходов. Основным элементом данной концепции является встроенная диагностическая система (On-Board Diagnostics, OBD), которая представляет собой электронные блоки управления и датчики, подключенные к автомобильной шине данных. Диагностическая автомобильная система OBD проводит мониторинг трансмиссии, ходовой части и других важных узлов автомобиля, а также контролирует уровень экологически вредных выбросов. Все машины, произведенные для продажи в США с 1996 года, были оснащены системами OBD, которые выявляли неполадки транспортного средства, способствующие загрязнению окружающей среды.
К шине встроенной диагностики (OBD) могут быть подключены любые внешние средства диагностирования, а значит – диагностические данные могут быть скопированы на компьютер и переданы в сервис-центр для удаленной диагностики. Изначально использовалось четыре различных протокола подключения внешнего устройства к встроенной диагностической шине (OBD), однако с 2008 года автомобильная отрасль пришла к единому стандарту ISO 15765-4.3 на базе протокола CAN (Controller Area Network). Для чтения и передачи диагностических данных автомобиля пригодны беспроводные технологии, как, например, Bluetooth.
Система удаленной диагностики поможет снизить эксплуатационные затраты и повысить уровень безопасности: она выявит низкое давление в шинах и оповестит водителя об экстренной ситуации. Нормальное давление в шинах очень важно для эффективного функционирования и безопасности автомобиля, поскольку это экономит топливо, увеличивает срок службы шин и снижает тормозной путь. По решению правительства США системы мониторинга давления в шинах (Tire Pressure Monitoring Systems, TPMS) устанавливают на всех транспортных средствах с 1 сентября 2008 года. Дистанционный мониторинг давления в шинах для таких крупных автопарков, как такси и прокат автомобилей, способствует снижению расходов на топливо и техническое обслуживание, а также повышению уровня безопасности.
Управление автопарком, как одна из важнейших телематических услуг, базируется на определении местоположения транспортных средств и диагностических функциях для удаленного мониторинга и управления транспортом. Управление автопарком повышает надежность и эффективность логистики, улучшает планирование и доступность грузо- и пассажирских перевозок, а также аренды автомобилей.
Исследования в области управления автопарком начались в Европе еще в середине 1990-х годов. Их двигателями стали повышение спроса на перевозки, растущая конкуренция и необходимость повышать качеств услуг, таких как поставки "точно-в-срок" и мониторинг перевозок. Прогресс в области телекоммуникаций, вычислительной техники и сенсорных технологий привел к развитию целого ряда телематических систем для управления автопарком. Основная идея состоит в интеграции данных телематических систем в уже существующие информационные инфраструктуры (сотовая или радиосвязь).
Рис.1. Схема работы программы eCall
Как правило, система управления автопарком включает в себя следующие элементы:
телематическое бортовое устройство, расположенное на транспортном средстве. Как правило, это навигационное устройство (например, GPS/ГЛОНАСС-трекер). Продвинутые системы также включают устройство удаленной диагностики, но иногда контролируются только расход топлива, скорость передвижения, показания датчиков открывания дверей, температуры в рефрижераторах (для грузоперевозок) и т.д.;
телекоммуникационные инфраструктуры (GSM, радиосвязь);
сервер для приема, хранения, обработки и анализа данных;
компьютер диспетчера из центра управления автопарком.
Безопасность. Автомобильные телематические системы безопасности сочетают в себе сенсорные и радиочастотные технологии для обнаружения и предотвращения экстренных ситуаций во время вождения. В момент срабатывания аварийного датчика (например, индикатора срабатывания подушки безопасности) бортовое телематическое устройство передает в центр спасения по каналу сотовой связи сигнал, содержащий GPS-координаты транстортного средства, которое попало в аварию. Такая концепция в Европе имеет название eCall (Emergency Call / экстренный вызов).
Концепция программы eCall впервые возникла в Европе в начале 2000-х годов. Ежегодно в Европе случается около 1,4 млн. ДТП, в результате которых гибнет около 40000 и 1,7 млн. людей получают увечья. При наличии точных координат места аварии время реагирования службы спасения можно сократить на 40–50%. Таким образом, предполагается, что eCall будет способствовать спасению 2500000 жизней в год, а также оказанию своевременной медицинской помощи десяткам тысяч пострадавших. Кроме того, вследствие ускоренной подачи спецтранспорта к местам аварий и, соответственно, быстрой расчистки аварийных участков, сократится количество пробок, а также снижаться общий расход топлива и количество выбросов CO2.
С экономической точки зрения программа eCall также имеет очень большое значение. Дорожные происшествия ежегодно приносят Европе убытков на сумму свыше 160 млрд. евро. Однако если бы все машины были оснащены системами eCall, то можно было бы сэкономить порядка 26 млрд. евро в год.
Рассмотрим типовую схему работы системы eCall (рис.1). Предположим, что попал в аварию автомобиль, оборудованный телематическим устройством, которое выполняет функцию спутниковой навигации (GPS) и передачи данных (GSM / GPRS). При срабатывании аварийных датчиков (датчик срабатывания подушки безопасности, акселерометр и т.д.) информация с датчиков поступает на eCall-устройство по автомобильной шине (например, CAN), в результате чего eCall-устройство моментально инициирует экстренный звонок в центр спасения (в англоязычной терминологии – Public Safety Answering Point или PSAP).
Существуют другие телематические системы безопасности, работа которых направлена на беспрепятственное передвижение спецтранспорта. Один из методов реализации таких систем выглядит следующим образом: транспортное средство специального назначения (автомобиль скорой помощи и т.д.) посылает инфракрасный сигнал на датчик светофора, в результате чего перекрывается въезд на перекресток, пока его проезжает спецтранспорт. Такой подход обеспечивает немедленное реагирование службы спасения на экстренные ситуации и сокращает число аварий с участием спецтранспорта.
Телематика очень тесно связана с концепцией ADAS (Advanced Driver Assistance Systems – усовершенствованная система помощи водителю), которая, в свою очередь, включает в себя следующие системы:
* адаптивный круиз-контроль;
* систему предотвращения столкновений;
* систему ночного видения;
* автоматическую парковку;
* системы чтения разметок и дорожных знаков;
* адаптивное освещение.
Так, например, некоторые системы адаптивного освещения работают в связке с навигационной системой. Электронный блок управления фарами получает данные GPS при приближении к крутому повороту подстраивает направление света фар таким образом, чтобы водитель мог заблаговременно рассмотреть возможные препятствия, которые ранее находились в неосвещенной зоне.
Рис.2. Блок-схема платформы ATOP
В последнее время все более актуальным становится проектирование гибридных и электромобилей. Как известно, основным "больным местом" электромобиля является его аккумулятор. Существуют такие проблемы, как ограниченная емкость, а также относительно быстрая изнашиваемость аккумулятора электромобиля. Телематические устройства помогут решать задачи:
мониторинга состояния и износа батареи и заблаговременное извещение автовладельца и производителя о предстоящей замене;
заблаговременного предупреждения водителя о приближении к полной разрядке аккумулятора и оперативной навигации к ближайшим пунктам заправки батареи.
Примером современного многофункционального телематического устройства является недавно разработанное компанией NXP Semiconductors первое семейство бортовой автомобильной телематической платформы (Automotive Telematics On board unit Platform), названное ATOP 2.5G (рис.2). Это устройство имеет в своем составе:
GSM/GPRS-модем;
GPS-модуль;
память SRAM и флеш;
интерфейсный микроконтроллер на базе ARM7 с широким набором интерфейсов (CAN, USB, UART, GPIO, SIM и т.д.);
основной BaseBand-процессор на базе ARM9, отвечающий за всю обработку данных;
контроллер безопасности данных семейства SmartMX;
RFID-интерфейс на основе стандартов NFC.
Все элементы устройства упакованы в корпус BGA размером 31х31 мм и высотой 3 мм. Устройство оптимизировано по стоимости, форм-фактору и энергопотреблению, его разработчики учли, что оно будет подключаться к бортовой сети автомобиля. Автомобильная платформа ATOP 2.5G поставляется с полностью интегрированным стандартным программным обеспечением и набором драйверов. В целом платформа сертифицирована по автомобильным стандартам, по которым проходят квалификацию все электронные компоненты, применяемые в автомобильной отрасли. Диапазон рабочих температур модуля составляет -40...85°С.
На базе этой платформы можно реализовать все вышеописанные приложения телематики, а благодаря своей гибкости данное решение может помочь в решении абсолютно новых, пока еще не сформулированных задач.
Установка в автомобилях бортового блока, изготовленного на базе платформы ATOP 2.5G, позволяет отказаться от пунктов сбора платежей, с его помощью можно оплачивать счета за пользование дорогами и специальные дорожные налоги. Бортовой блок – это компактное устройство, которое может быть установлено, например, на приборной панели автомобиля. В целях аутентичности NXP предлагает наклеивать на лобовом стекле автомобиля наклейку (стикер), оснащенную RFID-чипом для коммуникации с устройством внутри автомобиля. Наклейка уникальна и изготавливается индивидуально для каждого автомобиля. В ее памяти содержится краткая информация об автомобиле: регистрационные номера, марка, год выпуска и т.д. При наличии необходимого оборудования (портативный RFID-ридер) эти данные можно быстро считывать в случае, например, проверки автомобиля дорожной полицией (милицией). Метка изготовлена таким образом, что при попытке отклеить ее от лобового стекла вся информация из памяти стирается. Эту систему можно установить на любом автомобиле, независимо от страны или года выпуска. Идея в том, что определенный бортовой блок запрограммирован на работу только при наличии связи с конкретной RFID-меткой. Таким образом, обеспечивается привязка блока к определенному автомобилю. Благодаря чрезвычайной гибкости платформы ATOP и в зависимости от конкретного применения, автомобильный блок может работать в привязке к конкретному водителю посредством персональной бесконтактной смарт-карты (вместо стикера на лобовом стекле).
Расстояние, которое прошел конкретный автомобиль, фиксируется через спутник (GPS-модулем), и информация передается в ответственное правительственное агентство по GSM-каналу. Время от времени владелец авто будет получать выписку со своего счета с подробной информацией о своих поездках. В результате водитель сможет проанализировать свои маршруты и выбрать наиболее удобные и недорогие, поскольку он получает полную информацию о загрузке дорог в часы пик и стоимости пользования платными дорогами. Для правительственных агентств эта информация не менее важна, поскольку позволяет проводить мониторинг транспортных потоков и частично разгрузить дороги.
По желанию автовладелец может внести предоплату при помощи бесконтактной карты, пополнять которую можно на сервисных станциях, либо в режиме онлайн. Водителю достаточно поднести карту к устройству бортового блока, и бесконтактный модуль моментально считывает сумму. Эта информация не отображается в выписке со счета, что гарантирует конфиденциальность.
ATOP также обеспечивает дополнительную безопасность водителя, на его базе полностью реализуема функция eCall, а также, благодаря гибкости аппаратной и программной части, возможна реализация других систем, схожих с eCall. Важной особенностью платформы ATOP 2.5G и всех следующих поколений данного семейства является поддержка функции in-band modem, которая обеспечивает параллельную передачу голосового потока и передачу текстовых данных по единому каналу, что делает систему более надежной. Решение in-band modem – это утвержденный ЕС стандарт передачи данных в рамках программы европейского eCall. Платформа NXP разработана таким образом, чтобы каждая страна могла применять это устройство в соответствии со своими внутренними стандартами и сроками.
Концепция ATOP не является дорогостоящей. Есть действующие системы сбора дорожных платежей, например в Сингапуре, которые требуют установки на всех дорогах целой сети датчиков. В концепции телематической платформы NXP этого не требуется, так как она эксплуатирует существующие инфраструктуры сотовых операторов (GSM/GPRS) и спутниковой навигации (GPS). Сотовая связь позволяет передавать данные, GPS – определять координаты. Интерфейс радиочастотной идентификации NFC (Near Field Communication \ связь в ближней зоне) позволяет реализовать коммуникацию бортового блока и NFC-стикера или устанавливать связь модуля с бесконтактными смарт-картами оплаты и аутентификации.
Данное устройство, устанавливаемое в автомобиль, будет фиксировать все поездки и определять их стоимость. Информация о поездке, стоимости, участках дороги с затрудненным движением выводится на дисплей в самом автомобиле и доступна на веб-сайте. Предполагается, что устройство будет размещаться в салоне автомобиля, причем процесс установки будет предельно прост и автовладелец сможет установить такую систему самостоятельно.
Компания NXP также рассматривает возможность адаптации всей системы для России, в том числе за счет интеграции ГЛОНАСС. Планируется, что следующее поколение ATOP 3.5G будет поддерживаться ГЛОНАСС. Однако уже сегодня благодаря чрезвычайной гибкости текущей версии ATOP 2.5G платформа полностью приспособлена для подключения к ней внешнего модуля ГЛОНАСС-приемника.
Защищенный микроконтроллер SmartMX, отвечающий в платформе ATOP за безопасность данных, производится уже несколько лет и сертифицирован немецким Федеральным департаментом информационной безопасности по международному стандарту Common Criteria на уровень EAL 5+, что гарантирует соответствие самым высоким требованиям безопасности. Для сравнения: минимальным требованием для микроконтроллеров банковских карт и биометрических паспортов является соответствие защищенности уровню EAL 4. На данный специализированный контроллер портирована операционная система Java, гарантирующая совместимость, безопасное взаимодействие и параллельную работу нескольких телематических приложений. В SmartMX могут храниться приложения, секретные ключи и данные, с помощью этого микроконтроллера можно юридически значимым образом подписывать транзакции.
Очень важно, что на базе контроллера SmartMX можно реализовать режим виртуальной SIM-карты. В данном случае контроллер выполняет эмуляцию SIM-модуля, и в него загружается программное обеспечение для выполнения функций SIM-модуля местного поставщика услуг.
Предполагается, что телематические устройства обязательно будут иметь поддержку мультисим-карт, поскольку под некоторые сервисы, а также для отдельных провайдеров или регионов необходимы собственные SIM-карты. Кроме того, на платформе ATOP имеется поддержка электронной SIM-карты: в данном случае непосредственно на печатную плату припаивают специальную микросхему, выполняющую функцию SIM-карты. Таким образом, решается ряд проблем соответствия традиционного SIM-модуля автомобильным стандартам, связанных с температурой, виброустойчивостью, влагоустойчивостью, контактированием контактных площадок SIM-карты и др.
В начале 2010 года в городе Эйндховен (Нидерланды) успешно завершился пилотный проект тестирования сбора дорожных платежей. Проект проходил при участии нескольких компаний, крупнейшими из которых были NXP Semiconductors (поддержка аппаратной части, ATOP) и IBM (информационная поддержка, ПО, серверы, бэк-офис).
Новая система взимания дорожных пошлин будет введена в Нидерландах с 2012 года для грузового автотранспорта и с 2013 года – для легковых автомобилей. Планируется, что полностью программа должна быть реализована к 2016 году.
Перспективы рынка телематики выглядят довольно многообещающе. На сегодняшний день развитие телематики уже достигло критической точки во всех крупнейших регионах мира. Все крупнейшие производители автомобилей и автомобильной электроники в той или иной степени вовлечены в процесс разработки телематических систем. Согласно исследованиям, проведенным в Великобритании в 2008 году, как минимум одна из четырех крупных транспортных компаний для управления автопарком применяет технологии отслеживания транспортных средств (tracking). Сегодня самыми распространенными направлениями телематики являются навигация и безопасность, однако в будущем разработки в рамках данных направлений должны стать базовыми функциями автомобиля. Аналитики также уверены в том, что вскоре произойдет интеграция встроенных телематических устройств и мобильной техники, в результате чего появятся решения, которые будут подходить как для бюджетной техники, так и для аппаратуры премиум-класса. Основной движущей силой развития телематики станет потребность в беспроводных технологиях: с одной стороны, наблюдается рост спроса водителей и пассажиров на беспроводные коммуникации, а с другой стороны, наблюдается интерес автопроизводителей к беспроводным решениям, обеспечивающим соединение электронных модулей внутри автомобиля, а также подключение к автомобилю внешних беспроводных устройств. Более того, по мнению некоторых специалистов, телематические устройства в будущем могут стать общей коммуникационной платформой для всех автомобильных узлов: трансмиссии, подвески, мультимедиа и ADAS (Advanced Driver Assistance Systems – усовершенствованная система помощи водителю).
Отзывы читателей
