elektronické systémy v moderních vozech
Počítač na palubě
Když se mluví o autech u piva, hrají stále ještě hlavní roli takové věci jako rychlost, akcelerace, komfort a výkon motoru. Vzhledem k tomu, že v mnoha autech má už dnes své místo počítač, mohly by však zrovna tak padat takové termíny jako megabajt či rychlost přenosu dat.

Mnoho lidí dnes pracuje nebo si hraje s počítačem.  Málokomu z nich však něco říká jméno Konrad Zuse. A přitom inženýr tohoto jména vynalezl v roce 1941 první  programem řízený počítač. Jmenoval se Z3 a pracoval v binárním číselném systému, takže se jednalo o skutečného předchůdce dnešních počítačů.
Tenkrát nikoho nenapadlo "cpát" Z3, který vážil 1000 kg a měl  2200 relé, do auta jenom proto, aby si mohl vypočítat optimální okamžik zapalování. Teprve technika polovodičů se stále se zmenšujícími a výkonnějšími procesory umožňuje automatické řízení motoru, jízdní dynamiky nebo radarem řízeného odstupu, jak je tomu například v novém Mercedesu CL, který je v tomto ohledu v současnosti nejmodernějším autem. Ačkoliv nemají počítače doma nebo v kanceláři s počítačem z auta na první pohled nic společného, jejich struktura je velmi podobná.
Tak jako doma i v autě je srdcem počítače  CPU (centrální procesorová jednotka) – mikroprocesor, který provádí výpočty a řídí činnost v počítači. A k ní pak patří ještě různé druhy pamětí. Data, která se právě zpracovávají, se ukládají do pracovní (operační) paměti – RAM (Random Access Memory, paměť "pro čtení a zápis").
V paměti ROM (Read Only Memory, paměť pouze "na čtení") je trvale uložen speciální program, který určuje funkci daného počítače, tj., zda má tento počítač řídit systém ABS, nebo automatickou převodovku.
Dnes se u pamětí pro programy používají stále více takzvané paměti "flash", které umožňují nové naprogramování  aktualizovanou verzí softwaru v autodílně. Ve voze jsou například senzory teploty, otáček a tlaku, které dodávají vstupní hodnoty, které by se jinak zadávaly prostřednictvím klávesnice. Aby mohl procesor zpracovávat údaje dodávané senzory, musí být tyto údaje nejdříve transformovány do digitálních signálů. Prvky pro konverzi signálů jsou v řídicím systému též obsaženy.
Obdobné je to i s koncovými výkonovými stupni, které v závislosti na výsledcích výpočtu řídí různé výkonné prvky, jako jsou ventily ABS nebo ovladače škrticích klapek. Tyto výkonné prvky v autě slouží jako výstupní zařízení stejně jako monitor a tiskárna u domácího počítače.
Jednou z prvních aplikací mikropočítačů v autě je systém Motronic firmy Bosch, který byl v roce 1979 umístěn do modelů BMW 732i a 633 Csi (jeho modifikace Moto Motronic byla o několik let později montována i do vylepšených typů favoritů). Tento systém řízení motoru obstarával vstřikování paliva a zapalování. Přestože se od té doby funkční rozsah rozšířil o mnoho dalších úkolů, jako je například systém lambda řízení a systém řízení volnoběhu, zpětné vedení výfukových plynů a řízení vačkových hřídelí, řídicí systémy se neustále zmenšují a klesá jejich hmotnost .
Řídicí systém Motronic z roku 1979 ještě vážil 1,14 kilogramu a skládal se z 290 součástek, v roce 1987 "zhubl" téměř na polovinu (0,67 kg, 255 dílů). Od roku 1996 váží Motronic už jen 250 gramů a skládá se z 82 součástek. Celý obvod řídicího systému vyrobeného technikou mikrohybridů současného systému Bosch Motronic lze přitom umístit na plochu 38 x 50 mm.
Nová generace Motronic, jejíž sériová výroba by měla být zahájena letos, by přitom měla být při významném zvýšení výkonnosti ještě kompaktnější. Stejně jako u PC se i u autoelektroniky dá počítat se zdvojnásobováním kapacity paměti v dvouletých intervalech.
Podobně je tomu i u budoucího Motronicu; programová a datová paměť se zvýší z dnešních 512 kilobytů na jeden megabyte, resp. z 32 kilobytů na 64 kilobytů. Místo v současnosti používaného 16bitového čipu pak bude data zpracovávat 32bitový procesor s frekvencí 40 MHz.
Nejen vstřikování benzinu, ale i vstřikování dieselových motorů, které bylo dlouhou dobu řízeno čistě mechanicky, se bez elektronických systémů neobejde. Ve voze BMW 320d můžete např. objevit systém Bosch VP 44, často se také používají systémy vstřikování  "Common-rail". Teprve elektronický systém řízení umožní i u dieselových motorů automatické ovládání pohonu nebo dynamiky jízdy.
Aby mohl systém řízení motoru, ať už dieselového, nebo benzinového, snížit výkon motoru při protáčení hnaných kol, je odkázán na informace řídicího systému ABS/ASR. Proto zpravidla bývají všechny řídicí systémy na palubě propojeny do sítě prostřednictvím sběrnice CAN (Controller Area Network).
U Volva S80 se táhnou celým vozem dvě, u Mercedesu třídy S a u CL dokonce tři navzájem propojené datové sběrnice (viz na této straně vpravo). Časově citlivá data dodávaná systémem řízení pohonu a pojezdu přitom procházejí dílčími sítěmi vyšší rychlostí než řídicí signály sloužící hlavně většímu pohodlí, které "tečou" v pomalých datových sběrnicích.
U třídy S přenáší celá datová síť až 850 údajů sloužících k ovládání zhruba 170 funkcí, které jsou vždy podle úrovně vybavení vozu neustále k dispozici 40 elektronickým řídicím systémům. Jedním z nich je například signál rychlosti, který zaznamenávají rychlostní senzory ABS. Tyto informace může využít mnoho řídicích systémů – automatika klimatizace k řízení ventilátorů, rádio k přizpůsobení hlasitosti, kombinovaný palubní přístroj ke znázornění rychlosti a palubní počítač a navigační systém při propočítávání trasy. Rychlost jízdy je základní informací pro systémy Distronic, ESP a řízení převodovky.
Data všech audiosystémů, komunikačních a navigačních systémů proudí ve formě světelných impulzů umělými světlovodnými vlákny celým vozem Mercedes třídy S a CL. Pomocí světlovodných vláken přenese optická sběrnice D2B více než 5,6 megabitu za sekundu, což je zhruba šedesátinásobek výkonu sběrnice CAN s měděným kabelem. 
Díky propojení mohou například audiosystém, zařízení "hands-free" a navigační systém používat stejné reproduktory, protože sběrnicí D2B se přenášejí i vlastní zvuková data, a nikoliv pouze příkazy k řízení.
Přes vzrůstající funkčnost klesají díky digitálnímu přepínání signálů na datových sběrnicích náklady na kabeláž. Jestliže se předchůdcem třídy S táhlo až 3,2 kilometru kabelů (56 kg), dnes to jsou již pouze 2,2 km (39 kg).
Také radarem řízený systém řízení odstupu Distronic má přístup do motoru, převodovky a brzd prostřednictvím sběrnicového systému. U systému Distronic může řidič obdobně jako u běžného tempomatu zadat požadovanou rychlost; k tomu však navíc radarový senzor se třemi vysílacími a přijímacími jednotkami monitoruje silnici před autem až do vzdálenosti 150 metrů.
Zachytí-li senzor auto jedoucí vpředu, Distronic prostřednictvím zásahů do systému řízení motoru a převodovky sníží rychlost, takže auto vpředu je následováno s konstantním časovým odstupem. Pokud to nestačí, Distronic aktivuje posilovačem brzdné síly také brzdy.
Běžné mikroprocesory by nebyly schopny zpracovávat řízení odstupu s dostatečnou rychlostí. Proto byly právě ve vozidlech poprvé použity digitální signálové procesory. Ty jsou již hardwarově přednastaveny pro příslušnou aplikaci a její výpočetní operace.
Kdyby se automobily od roku 1941 vyvíjely podobnou rychlostí jako výpočetní technika od dob počítače Z3 Konrada Zuseho, víkendovému výletu autem na Mars by dnes nestálo nic v cestě.
–srn

Mercedes CL se systémem Active Body Control ABC
S aktivním pojezdovým systémem ABC přebírá nyní v novém Mercedesu CL počítač vládu i nad pérováním. Dostává informace o pohybech karoserie a směrech pérování celkem od 13 senzorů. Řídicí systém na základě zaznamenaných dat včas pozná, že při jízdě v zatáčce dochází k nebezpečnému náklonu do strany, a dá pokyn ventilům, aby regulovaly tlak v hydraulických válcích jednotlivých náprav. Tyto válce doplňují běžná šroubová péra. Na vnější straně zatáčky se tlak zvyší, péra se napnou, aby se snížilo naklonění vozu. Zároveň se na vnitřní straně zatáčky snižuje tlak.

Multiplex ve Volvu S80
Na příkladě Volva S80 se pokusíme objasnit multiplexovou komunikaci prostřednictvím datové sběrnice. Ačkoliv světelný přepínač řídí sedm funkcí, připojeny jsou jen tři kabely: plus, uzemnění a datová linka. Prostřednictvím této datové sběrnice komunikují všechny řídicí systémy technikou multiplexu. To znamená, že na jednom vedení lze současně a obousměrně přenášet dvě a více hlášení. Přitom časově citlivé datové toky – například pro řízení motoru nebo převodovky – proudí rychlostí 250 kb/s (na obrázku červeně) a signály pro funkce, jako je řízení klimatizace nebo světel, rychlostí 125 kb/s (zeleně). Mají-li se například rozsvítit koncová mlhová světla, přepínač světel zašle toto hlášení jako digitální signál přes datovou sběrnici všem modulům. Nezúčastněné moduly toto hlášení ignorují. Modul REM (Rear Electronic Modul) v zavazadlovém prostoru však zareaguje a dá pokyn relé, které zapne koncová mlhová světla. REM zároveň zkontroluje jejich funkci. Je-li vše v pořádku, proběhne i tato informace opět datovou sběrnicí a vyvolá zapnutí příslušné kontrolky na přepínači světel. Prostřednictvím multiplexové techniky se třemi programovatelnými moduly by bylo například možné zapnout místo defektního brzdového světla koncové mlhové světlo – stačí pouze přeprogramování systému REM.


1 Řídící systémy motoru, převodovky a ESP
Tyto mikropočítače řídí, kromě jiného, vstřikování benzinu, zapalování, řazení automatické převodovky a brzdění ke stabilizaci vozidla.

2 CAN – datová sběrnice třídy C
Rychlá síť umožňuje přenos dat rychlostí 500 kb/s. Prostřednictvím této sběrnice komunikují řídicí systémy pohonu a pojezdu.

3 Řídicí systém vzduchového pérování
Zde se řídí vzduchové pérování a adaptivní nastavení tlumičů.

4 Řídicí a obslužná jednotka a automatika klimatizace
Na střední konzole se nachází systém řízení klimatizace a řídicí a obslužná jednotka, která řídí kromě jiného rádio, CD, TV a telefon. Kromě toho slouží řídicí a obslužná jednotka nebo autorádio jako rozhraní mezi sběrnicemi D2B a CAN třídy B.

5 Kombinovaný palubní přístroj
Centrální displej řidiče informuje kromě jiného v případě aktivovaného systému Distronic o doporučeném a skutečném odstupu od auta jedoucího vpředu.

6 Datová sběrnice CAN Class B
Na pomalé datové sběrnici komunikuje rychlostí 83,3 kb/s až 24 řídicích systémů pro funkce zvyšující pohodlí. Jako rozhraní ke sběrnici Class C slouží spínač startéru a zapalování.

7 Optická datová sběrnice D2B
Po světlovodných vláknech proudí data audiosystému a komunikačního systému rychlostí 5,6 megabitu za sekundu.

8 Audiosystém
Součásti audiosystému jsou umístěny v zavazadlovém prostoru.

9 Řídicí systémy Parktronic, Teleaid a Linguatronic
Pomoc při parkování, nouzové volání autotelefonem a ovládání řečí


Distronic: řízení odstupu radarem
Poprvé v Mercedesu třídy S byla funkce Tempomatu doplněna radarově řízeným odstupem. Srdcem Distronicu je radarový senzor v masce chladiče, který zaznamenává odstup a relativní rychlost vůči vozidlu jedoucímu vpředu. Přibližujete-li se k pomalejšímu autu, systém sám ubere plyn nebo lehce zabrzdí tak, aby se udržel odstup 1,5 sekundy, což odpovídá 42 metrům při rychlosti 100 km/h. Pokud se odstup ještě více zmenší, např. proto, že řidič auta před vámi brzdí, ozve se varovný signál.

633-Pcpaluba, 7,2 nstr., překlad