Dagens bil er full av avansert elektronikk, det meste hverken ser eller merker du. Men selvkjørende bil vil kreve langt mer …
Bildet øverst: Her er far på vei hjem fra jobben i 2035 mens bilen går selvstyrt og han diskuterer middagen med mor. Alt overvåkes av en enorm datahjerne under dashbordet. Og så blir det kunstig intelligens?? Men ContiTech tviler … (Foto: ContiTech)
Av Stein Bekkevold
Dagens bil preges av en rivende utvikling særlig på to områder: Materialteknikk, med smartere stål og bedre aluminium, pluss nye sammenføyningsmetoder, og bilens mer og mer omfattende elektronikk som overvåker og styrer.
Nye sammenbrudd?
Bilelektronikk er elektroniske (datamaskin-) systemer som motorstyring, tenning, radio, telematikk, underholdning, og andre. Datasystemer er en stadig større del av kostnadene; fra en liten prosent i 1950 til rundt 30 prosent i 2010 – og enda mer i dag, samtidig som halvlederprisen synker.
Moderne elbiler trenger kraftelektronikk for styring av motor og batteri/ladesystem. Om det blir selvkjørende biler, må vi stole på store, helt nye datateknikker, en lang rekke selvstyrte sensorer med «distribuert intelligens» og ny type mikrodatamaskin over alt i bilen, samt et enormt ytre nettverk med satellittnavigasjon og kontrollstasjoner; alt dette krever ny elektronikk. Og sikkert nye mulige sammenbrudd …
1930
De tidligste «elektroniske» sakene var vakuumrør i bilradioer, tidlig på 1930-tallet – i luksusbiler som Cadillac. Utviklingen av halvledere etter 1945-50 økte databruken, med halvledere (faststoffdioder) – de første transistortenningene kom (1955).
Så ga nye metalloksid-halvledere (MOS) kjappere bilelektronikk. MOSFET (MOS felteffekt transistor) er nå et sentralt begrep, dette ble oppfunnet hos Bell i 1959. Da fikk vi småskala kraftelektronikk – Hitachi i 1969, og enkeltbrikke mikroprosessor fra Intel kom i 1971. Rivende utvikling i løpet av 20-25 år, altså.
Sjefen før meg i Teknisk Ukeblad, Magne Lein, nevnte ofte dette da vi diskuterte teknisk utvikling …
Rundt i motorrommet i en moderne bil (her en Dodge) sitter en drøss bittesmå datamaskiner (ECU) og jobber knallhardt, hardt styrt av Store Mor – CPU. (Foto: Dodge)
Nye dataløsninger
Større MOS-integrerte kretser (MOS IC) for brikker og mikro-prosessorer gjorde alt mer økonomisk på 1970-tallet. I 1971 foreslo Fairchild Semiconductor og RCA Laboratories dem for storskala integrering (LSI).
Dette ga nye dataløsninger i bil – datastyrt giring (adaptiv cruisekontroll) (ACC), generator-/ladestyring, automatisk frontlysdimming, finstyrte drivstoffpumper, elektronisk styrt innsprøytning, elektronisk tenningskontroll og turtellere, sekvensielle blinklys, hastighetsindikatorer, dekktrykkmålere, spenningsregulatorer, vindusviskerkontroll, elektronisk sklisikring (ESP) og oppvarming, ventilasjon og klimaanlegg (HAVC).
Flinke maskiner
Rundt 1970 begynte japanerne med integrerte kretser og mikro-maskiner for sin bilindustri – til underholdning, automatiske vindusviskere, elektroniske låser, dashbord og motorkontroll.
Fords EEC (Electronic Engine Control) ble drevet av en Toshiba TLCS-12 PMOS-mikroprosessor, satt i masseproduksjon i 1975.
I 1978 fikk Cadillac Seville en avansert “tourcomputer” med 6802-prosessor. Elektronisk tenning og innsprøytning gjorde at bilene kunne møte nye krav til forbruk og utslipp, og fikk dessuten økt ytelse og brukervennlighet.
Etter 1980 gikk mikroutviklingen så fort at det hver 18. måned kom en PC med dobbelt så stor kapasitet som den forrige …
Bilde 3/4: Denne lille tassen er en CPU, en Central Prosessing Unit – og overvåker alt i bilen – med kapasitet som en hel dataetasje fra 1960-tallet … Det andre bildet viser innmaten – med en drøss bittesmå datamaskiner i nettverk. (Foto: Intel)
Kraftig økning
Dagens bil inneholder over et dusin kraftige prosessorer i motorstyring, giring, klimakontroll, bremsestyring, passiv sikkerhet, navigasjon og andre funksjoner. Hovedgrunnen er at kraftelektronikk (MOSFET) og mikromaskiner gjorde store fremskritt.
MOSFET-strømomformere tillot mye høyere svitsjfrekvenser, det ble enklere å kjøre, de senket strømtap og pris, mens enkeltbrikke mikromaskiner nå styrte det meste. Nesten alle kjøretøy har MOSFET i dag. De er uunnværlige i sentralen (ECU), og sitter i elektromotorer, solenoider, tenningsspoler, releer, varmeovner og lamper.
År 2000 inneholdt en familiebil krafthalvledere for rundt to tusen kroner (før grove norske påslag), dette økte etter hvert til fem ganger så mye, særlig i el- og hybridbiler. Fra 2017 har en familiebil over 50 solenoider og sånt, styrt på denne måten.
ECU og CPU
Den elektroniske kontrollenheten ECU styrer ett eller flere elektriske undersystem. Moderne biler har mange ECU-er, for motorkontroll (ECM), drivlinjekontroll (PCM), transmisjonskontroll (TCM), bremsekontroll (BCM eller EBCM), sentral kontroll (CCM), sog så videre. ECU´ene blir kalt bilens datamaskin, men er separate enheter. Moderne biler kan ha opptil 150 slike.Med programvare som stadig øker i kompleksitet.
Å styre alle disse er en utfordring. Det gjør CPU, Store Mor. Den sentrale prosessoren er nå den viktigste enheten i våre datasystem. CPU´s kjører konstant hundretusener av instruksjoner fra minnet, som aritmetikk, logikk, kontroll og input/output (I/O) – en enorm mengde operasjoner.
Støttesystem
Jobben er ulik den til de eksterne komponentene – og form, design og bruk av CPU har endret seg over tid, men det grunnleggende er likt. Hovedbiten er den logiske enheten (ALU) som kjører kolossale aritmetiske og logiske operasjoner, pluss prosessorregistre som lagrer resultatene, og en kontrollenhet som styrer datahenting (fra minnet), dekoding og utførelse (av instruksjoner) gjennom de koordinerte operasjonene i ALU, registret og andre komponenter. Dette er en hel dataavdeling i miniatyr!
Moderne CPUer har integrerte kretser (IC) – mikroprosessorer med en eller flere CPUer på en enkelt IC-brikke. De med flere CPU´er kalles flerkjerneprosessorer.
Dessuten har altså bilen flere databaserte støttesystem. Antiskrens jobber med gyroskop, ABS og litt annet, og den smarte automatkassen lever sitt eget liv og girer eller lar være å gire fordi den følger med – og tolker deg; bilen er snart like smart som føreren. Og noen ganger smartere. Det skumle er at alt stanser når CPU tar kvelden ….
God tur! Og pass på serviceintervallene – Mor ser deg …
