Русский
Русский
English
Статистика
Реклама

Автомобили

Как расшифровать прошивку автомобиля в неизвестном формате

30.07.2020 12:15:48 | Автор: admin

Toyota распространяет свои прошивки в недокументированном формате. Мой заказчик, у которого автомобиль этой марки, показал мне файл прошивки, который начинается так:

CALIBRATIONXi
attach.att
[Format]
Version=4

[Vehicle]
Number=0
DateOfIssue=2019-08-26
VehicleType=GUN1**
EngineType=1GD-FTV,2GD-FTV
VehicleName=IMV
ModelYear=15-
ContactType=CAN
KindOfECU=0
NumberOfCalibration=1

[CPU01]
CPUImageName=3F0S7300.xxz
FlashCodeName=
NewCID=3F0S7300
LocationID=0002000100070720
CPUType=87
NumberOfTargets=3
01_TargetCalibration=3F0S7200
01_TargetData=3531464734383B3A
02_TargetCalibration=3F0S7100
02_TargetData=3747354537494A39
03_TargetCalibration=3F0S7000
03_TargetData=3732463737463B4A

3F0S7300forIMV.txt Nim5A56001000820EE13FE2030133E20301
33E2030133C20EF13FE2030133E20301
33E2030133E2030133E2030133E20301
33E2030133C20EF13FE2030133E20301
33E2030133C20EF13FE2030133E20301
33E2030133C20EF13FE2030133E20301
33E2030133E2030133E2030133E20301
33E2030133C20EF13FE2030133E20301
33E2030133E20911381959FAB0EE9000
81C9E03ADE35CEEEEFC5CF8DE9AC0910
38C2E031DE35CEEEEFC8CF87E95C0920
...


Дальше идут строки по 32 шестнадцатеричные цифры.

Хозяину и прочим умельцам хотелось бы перед установкой прошивки иметь возможность проверить, что там внутри: засунуть ее в дизассемблер и посмотреть, что она делает.

Конкретно для этой прошивки у него имелся дамп содержимого:

0000: 80 07 80 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
0010: 80 07 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
0020: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
0030: 80 07 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
0040: 80 07 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
0050: 80 07 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
0060: 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
0070: 80 07 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
0080: E0 07 60 01 2A 06 00 FF 00 00 0A 58 EA FF 20 00
0090: FF 57 40 00 EB 51 B2 05 80 07 48 01 E0 FF 20 00
...


Как видно, нет ничего даже близко похожего на строчки шестнадцатеричных цифр в файле прошивки. Встает вопрос: в каком формате распространяется прошивка, и как ее расшифровать? Эту задачу хозяин автомобиля поручил мне.

Повторяющиеся фрагменты


Посмотрим внимательно на те шестнадцатеричные строчки:

5A56001000820EE13FE2030133E20301
33E2030133C20EF13FE2030133E20301
33E2030133E2030133E2030133E20301
33E2030133C20EF13FE2030133E20301
33E2030133C20EF13FE2030133E20301
33E2030133C20EF13FE2030133E20301
33E2030133E2030133E2030133E20301
33E2030133C20EF13FE2030133E20301
33E2030133E20911381959FAB0EE9000
81C9E03ADE35CEEEEFC5CF8DE9AC0910
38C2E031DE35CEEEEFC8CF87E95C0920
...


Видим восемь повторений последовательности из трехкратного E2030133, которые весьма напоминают восемь первых строчек дампа, заканчивающиеся на 12 нулевых байт. Сразу же можно сделать три вывода:

  1. Пять первых байт 5A56001000 это некий заголовок, не влияющий на содержимое дампа;
  2. Дальнейшее содержимое зашифровано блоками по 4 байта, причем одинаковым байтам дампа соответствуют одинаковые байты в файле:
    • E2030133 00000000
    • 820EE13F 80078000
    • C20EF13F 80070000
    • E2091138 E0076001
    • 1959FAB0 2A0600FF
    • EE900081 00000A58
    • C9E03ADE EAFF2000
  3. Видно, что это не XOR-шифрование, а нечто более сложное; но при этом похожим блокам дампа соответствуют похожие блоки в файле например, изменению одного бита 8007800080070000 соответствует изменение одного бита 820EE13FC20EF13F.

Соответствия между блоками


Получим список всех пар (блок файла, блок дампа), и поищем в нем закономерности:

$ xxd -r -p firmware.txt decoded$ python>>> f = open('decoded','rb')>>> data=f.read()>>> words=[data[i:i+4] for i in range(0,4096,4)]>>> f = open('dump','rb')>>> data=f.read()[:4096]>>> reference=[data[i:i+4] for i in range(0,4096,4)]>>> list(zip(words,reference))[:3][(b'\x82\x0e\xe1?', b'\x80\x07\x80\x00'), (b'\xe2\x03\x013', b'\x00\x00\x00\x00'), (b'\xe2\x03\x013', b'\x00\x00\x00\x00')]>>> dict(zip(words,reference)){b'\x82\x0e\xe1?': b'\x80\x07\x80\x00', b'\xe2\x03\x013': b'\x00\x00\x00\x00', b'\xc2\x0e\xf1?': b'\x80\x07\x00\x00', ...}>>> decode=dict(zip((w.hex() for w in words), (r.hex() for r in reference)))>>> decode{'820ee13f': '80078000', 'e2030133': '00000000', 'c20ef13f': '80070000', ...}>>> sorted(decode.items())[('00beb5ff', '4c07a010'), ('02057139', '0000f00f'), ('03ef5ed0', '50ff710f'), ...]

Вот как выглядят первые пары в отсортированном списке:

00beb5ff  4c07a01002057139  0000f00f03ef5ed0  50ff710f \ изменение в бите 24 в дампе меняет биты 8, 10, 24-27 в файле04ef5bd0  51ff710f < 0408ed38  14002d06  \05f92ed7  ffffd087   |0a5d22bb  f602dffe    > изменение в бите 25 в дампе меняет биты 11, 25-27 в файле0a62f9a9  e10f5761   |0acdc6e4  a25d2c06  /0aef53d0  53ff710f <0aef5cd0  52ff710f / изменение в бите 24 в дампе меняет биты 8-11 в файле0bdebd6f  4c57a4100d0c7fec  0064ffff0d0fe57f  18402c570d8fa4d0  bfff88ff0ee882d7  eafd7f001001c5c6  6c570042 \1008d238  42003e06  > изменение в бите 1 в дампе меняет биты 0, 3, 16-19 в файле100ec5cf  6c570040 /109ec58f  6c07005010e1ebdf  62ff600810ec4cdd  dafd4c07119f0f8f  08006d5711c0feee  2c5f0500120ff07e  20420452125ef13e  20f600c8125fc14e  60420032126f02af  02006d671281d09f  400f34881281d19f  400f308812a6d0bb  4007349812a6d1bb  40073098 \12aed0bf  40073490  > изменение в бите 3 в дампе меняет биты 2 и 19 в файле12aed1bf  40073090 /> изменение в бите 10 в дампе меняет бит 8 в файле12c3f1ea  20560001 \12c9f1ea  20560002 /  изменения в битах 0 и 1 в дампе меняет биты 17 и 19 в файле...

Действительно, видны закономерности:

  • Изменения в битах 0-3 в дампе меняют биты 0-3 и 16-19 в файле (маска 000F000F)
  • Изменения в битах 24-25 в дампе меняют биты 8-11 и 24-27 в файле (маска 0F000F00)

Напрашивается гипотеза, что каждые 4 бита в дампе влияют на те же самые 4 бита в каждой 16-битной половине 32-битного блока.

Для проверки отрежем старшие 4 бита в каждом полублоке, и посмотрим, какие пары получатся:

>>> ints=[int.from_bytes(w, 'big') for w in words]>>> [hex(i) for i in ints][:3]['0x820ee13f', '0xe2030133', '0xe2030133']>>> scrambled=[((i & 0xf000f000) >> 12, (i & 0x0f000f00) >> 8, (i & 0x00f000f0) >> 4, (i & 0x000f000f)) for i in ints]>>> scrambled=[tuple(((i >> 16) << 4) | (i & 15) for i in q) for q in scrambled]>>> scrambled[:3][(142, 33, 3, 239), (224, 33, 3, 51), (224, 33, 3, 51)]>>> [tuple(hex(i) for i in q) for q in scrambled][:3][('0x8e', '0x21', '0x3', '0xef'), ('0xe0', '0x21', '0x3', '0x33'), ('0xe0', '0x21', '0x3', '0x33')]>>> [b''.join(bytes([i]) for i in q) for q in scrambled][:3][b'\x8e!\x03\xef', b'\xe0!\x033', b'\xe0!\x033']>>> decode=dict(zip((b''.join(bytes([i]) for i in q).hex() for q in scrambled), (r.hex() for r in reference)))>>> sorted(decode.items())[('025efd97', 'ffffd087'), ('02a25bdb', 'f602dffe'), ('053eedf0', '50ff710f'), ...]>>> decode=dict(zip((b''.join(bytes([i]) for i in q[1:]).hex() for q in scrambled), (r.hex()[1:4]+r.hex()[5:8] for r in reference)))>>> sorted(decode.items())[('018d90', '0f63ff'), ('020388', '200e06'), ('050309', 'c03000'), ...]

После перестановки подблоков по 4 бита в ключе сортировки, соответствия между парами подблоков становятся еще более явными:

018d90  0f63ff020388  200e06    \050309  c03000 \   | блок xx0xxx0x в дампе соответствует блоку xx0xxx3x в файле05030e  c0f000  |  |05036e  c06000  | /050c16  c57042  |050cef  c57040  |05971e  c88007   > блок xCxxx0xx в дампе соответствует блоку x0xxx5xx в файле0598ef  c07050  |05bfef  c07010  |05db59  c9000f  |05ed0e  cff000 <060ecc  264fff  |065ba7  205fff  |0bed1f  2ff008 <|0bfd15  2ff086  |0cedcd  afdc07 <|10f2e7  e06a7e   > блок xxFxxx0x в дампе соответствует блоку xxExxxDx в файле118d5a  9fdfff  | \13032b  40010a  |  > блок xxFxxxFx в дампе соответствует блоку xx8xxxDx в файле148d3d  fff6fc  | /16b333  f00e30  |16ed15  fffe06 /1b63e6  52e8831c98ff  400b57 \1d4d97  aff1b7  | блок xx00xx57 в дампе соответствует блоку xx9Fxx8F в файле1ece0e  c5f500  |1f98ff  800d57 /20032f  00e400 \200398  007401  |2007fe  042452  |2020ef  057490  |206284  067463   > блок x0xxx4xx в дампе соответствует блоку x2xxx0xx в файле20891f  00f488  |20ab6b  007498  | \20abef  007490  | / блок xx0xxx9x в дампе соответствует блоку xxAxxxBx в файле20ed1d  0ff404  |20fb6e  0064c0 /21030e  00f000 \21032a  00b008  |210333  000000  |210349  00c008  |21034b  003007  |210359  00000f  |210388  000006   > блок x00xx00x в дампе соответствует блоку x20xx13x в файле21038b  00300b  |210398  007001  |2103c6  007004  |2103d2  008000  |2103e1  008009  |2103ef  007000 /...

Соответствия между подблоками


В вышеприведенном списке видны такие соответствия:

  • Для маски 0F000F00:
    • x0xxx0xx в дампе x2xxx1xx в файле
    • x0xxx4xx в дампе x2xxx0xx в файле
    • xCxxx0xx в дампе x0xxx5xx в файле
  • Для маски 00F000F0:
    • xx0xxx0x в дампе xx0xxx3x в файле
    • xx0xxx5x в дампе xx9xxx8x в файле
    • xx0xxx9x в дампе xxAxxxBx в файле
    • xxFxxx0x в дампе xxExxxDx в файле
    • xxFxxxFx в дампе xx8xxxDx в файле
  • Для маски 000F000F:
    • xxx0xxx7 в дампе xxxFxxxF в файле
    • xxx7xxx0 в дампе xxxExxxF в файле
    • xxx7xxx1 в дампе xxx9xxx8 в файле

Можно сделать вывод, что каждый 32-битный блок в дампе разбивается на четыре восьмибитных значения, и эти значения заменяются при помощи неких таблиц подстановки, для каждой маски своей. Содержимое этих четырех таблиц кажется относительно случайным, но попробуем выделить из нашего файла их все:

>>> ref_ints=[int.from_bytes(w, 'big') for w in reference]>>> ref_scrambled=[((i & 0xf000f000) >> 12, (i & 0x0f000f00) >> 8, (i & 0x00f000f0) >> 4, (i & 0x000f000f)) for i in ref_ints]>>> ref_scrambled=[tuple(((i >> 16) << 4) | (i & 15) for i in q) for q in ref_scrambled]>>> decode=dict(zip((b''.join(bytes([i]) for i in q).hex() for q in scrambled), (b''.join(bytes([i]) for i in q).hex() for q in ref_scrambled)))>>> sorted(decode.items())[('025efd97', 'fdf0f8f7'), ('02a25bdb', 'fd6f0f2e'), ('053eedf0', '5701f0ff'), ...]>>> decode=[dict(zip((bytes([q[byte]]).hex() for q in scrambled), (bytes([q[byte]]).hex() for q in ref_scrambled))) for byte in range(4)]>>> decode[{'8e': '88', 'e0': '00', 'cf': '80', 'e1': 'e6', '1f': '20', 'c3': 'e2', ...}, {'03': '00', '5b': '0f', '98': '05', 'ed': 'f0', 'ce': '50', 'd6': '51', ...}, {'21': '00', '9a': 'a0', 'e0': '0a', '5e': 'f0', '5d': 'b2', 'c0': '08', ...}, {'ef': '70', '33': '00', '98': '71', '90': '6f', '01': '08', '0e': 'f0', ...}]>>> decode=[dict(zip((q[byte] for q in scrambled), (q[byte] for q in ref_scrambled))) for byte in range(4)]>>> decode[{142: 136, 224: 0, 207: 128, 225: 230, 31: 32, 195: 226, 62: 244, 200: 235, ...}, {3: 0, 91: 15, 152: 5, 237: 240, 206: 80, 214: 81, 113: 16, 185: 2, 179: 3, ...}, {33: 0, 154: 160, 224: 10, 94: 240, 93: 178, 192: 8, 135: 2, 62: 1, 120: 26, ...}, {239: 112, 51: 0, 152: 113, 144: 111, 1: 8, 14: 240, 249: 21, 110: 96, 241: 47, ...}]

Когда таблицы соответствия готовы, код расшифровки получается совсем простой:

>>> def _decode(x):...   scrambled = ((x & 0xf000f000) >> 12, (x & 0x0f000f00) >> 8, (x & 0x00f000f0) >> 4, (x & 0x000f000f))...   decoded = tuple(decode[i][((v >> 16) << 4) | (v & 15)] for i, v in enumerate(scrambled))...   unscrambled = tuple(((i >> 4) << 16) | (i & 15) for i in decoded)...   return (unscrambled[0] << 12) | (unscrambled[1] << 8) | (unscrambled[2] << 4) | (unscrambled[3])...>>> hex(_decode(0x00beb5ff))'0x4c07a010'>>> hex(_decode(0x12aed1bf))'0x40073090'

Заголовок прошивки


В самом начале перед зашифрованными данными был пятибайтный заголовок 5A56001000. Первые два байта сигнатура 'ZV' подсказывают, что используется формат LZF; дальше обозначены метод сжатия (0x00 без сжатия) и длина (0x1000 байт).

Хозяин автомобиля, передавший мне файлы для анализа, подтвердил, что в прошивках встречаются и сжатые LZF данные. К счастью, реализация LZF открыта и довольно проста, так что вместе с моим анализом ему удалось удовлетворить свое любопытство по поводу содержимого прошивок. Теперь он может вносить изменения в код например, автозапуск двигателя при падении температуры ниже заданного уровня, чтобы использовать автомобиль в условиях суровой русской зимы.

Подробнее..

Реверс-инжиниринг трафика на шине CAN

21.08.2020 12:12:17 | Автор: admin

Необработанный сигнал шины CAN

Шина CAN (Controller Area Network) стала стандартом в автомобилестроении: все новые автомобили обязаны поддерживать CAN (с 2001 в Европе и с 2008 в США). Кроме автомобилей, CAN применяется и в широком ряде других устройств. Производители диагностического оборудования для CAN рекламируют его применение, кроме разнообразной автомобильной техники, в мотоциклах, автопогрузчиках, судах, шахтных поездах, батискафах, беспилотных самолетах и пр. Давайте разберемся, что из себя представляет CAN.

В автомобилях используется несколько CAN; например, в Ford Focus таких шин четыре три высокоскоростных (500 kbps) для управления мотором, тормозами, приборной панелью и т.п., и одна низкоскоростная (125 kbps) для управления дверьми, фарами, подушками безопасности, аудиосистемой, кондиционером и всем прочим. Подключившись к CAN, можно имитировать сигналы от любых устройств в автомобиле например, управлять кондиционером с приложения на телефоне или накручивать одометр без движения автомобиля. Подключив к шине Arduino и реле, можно управлять с приборной панели дополнительной парковочной камерой. Даже стартапы, работающие над беспилотными автомобилями, такие как Voyage, начинают создание прототипа с того, что в обычном серийном автомобиле подключаются к CAN и учатся имитировать сигналы от педалей и руля.

Для подключения к CAN в автомобиле обычно возле руля имеется разъем OBD-II (On-Board Diagnostics). https://commons.wikimedia.org/wiki/File:OBD_002.jpg Адаптеры OBD2-USB для подключения компьютера к CAN стоят от $5, и позволяют отслеживать весь трафик внутри автомобиля. Иногда разъем OBD-II защищен аппаратным фаерволом, позволяющим принимать пакеты от устройств, подключенных к CAN, но не позволяющим передавать пакеты обратно на шину. В этом случае достаточно вывинтить разъем, и подключиться к проводам CAN вместо него.



Каждый пакет, передаваемый по шине CAN, состоит из ID передающего устройства (11 либо 29 бит), и до 8 байт передаваемых данных. Трафик, проходящий по шине при включении зажигания, может выглядеть как-то так:



Для анализа трафика CAN существует большое число инструментов как коммерческих, так и OpenSource. Пакет can-utils для Linux включает утилиту cansniffer, которая отображает для каждого CAN ID только последний отправленный пакет, и тем самым позволяет отслеживать изменения показаний каждого датчика на шине:



Для реверс-инжиниринга трафика CAN сингапурские исследователи, из доклада которых я взял этот трейс, записали на видео приборную доску подопытного автомобиля, и затем соотнесли изменения на приборной доске с одновременными изменениями в трафике. Определив таким образом CAN ID датчика скорости и формат передаваемых им данных, они научились подделывать его пакеты, передавая на спидометр и на тахометр показания, не соответствующие действительности.

Надо понимать, что параллельно с передачей поддельных пакетов по шине продолжают передаваться и настоящие сигналы от датчика скорости. Чтобы тахометр показывал сфабрикованные показания, надо отслеживать передачу по шине настоящих показаний, и каким-либо образом их подавлять например, сразу после обнаружения передачи CAN ID датчика скорости физически глушить шину, закорачивая линии данных. Более простой, чисто программный метод подавления настоящих показаний сразу же после их передачи, пока тахометр еще не успел отреагировать, передавать поддельные пакеты. Например, следующий простой шелл-скрипт отслеживает передачу с CAN ID=0x0C9, и сразу же после нее передает сфабрикованный пакет при помощи утилиты cansend из состава все тех же can-utils:

candump can0 | grep " 0C9 " | while read line; do cansend can0 0C9#8021C0071B101000; done

Даже хотя все устройства в автомобиле подключены к CAN, далеко не все их функции управляются через CAN. Например, на CAN в Ford Escape передаются сигналы о степени нажатия педалей газа и тормоза но используются эти сигналы только блоком ABS, тогда как приводы дроссельной заслонки и тормозов соединены с педалями напрямую, минуя CAN.

C точки зрения безопасности ни о какой уязвимости в докладе сингапурцев речи не идет, потому что для передачи поддельных CAN-пакетов нужен физический доступ к шине. Кроме того, пакеты могут быть защищены контрольной суммой например, в автомобилях Toyota последний байт каждого пакета должен равняться сумме всех предыдущих (по модулю 256). Кроме этого, в Toyota для защиты от нежелательных пакетов используется фильтрация получателем например, игнорируются повороты руля более чем на 5% от текущего значения.

Тем не менее исследователям безопасности удавалось получить к CAN и удаленный доступ: вначале на небольшом расстоянии через уязвимости в Bluetooth-модуле, подключенном к той же самой шине; а затем через сотовую сеть Sprint, через которую внедорожники нескольких американских производителей получали данные о пробках на дорогах. Исследователи, продемонстрировавшие перехват управления Jeep Cherokee с расстояния в несколько миль, получили от Управления перспективных исследовательских проектов Министерства обороны США (DARPA) вознаграждение в 80 тысяч долларов. С тех пор многие автопроизводители объявили о собственных bounty-программах, обещающих выплаты от $1500 за каждую обнаруженную уязвимость. Таким образом, реверс-инжиниринг трафика на шине CAN может не только добавить вашему автомобилю новые возможности, но и существенно пополнить ваш кошелек.

Подробнее..

Перевод Датчики давления в шинах автомобиля пробуем провести DoS-атаку

08.12.2020 12:05:45 | Автор: admin


Датчики TPMS (Tire-pressure monitoring system, системы мониторинга давления в шинах) активно изучались множество лет назад. Они периодически передают давление в шинах, температуру и уникальный ID, которым можно злоупотреблять для слежения за транспортным средством. Однако существует и ещё один аспект: современные датчики TMPS также имеют приёмник, который обычно используется для включения передачи данных, когда в автомобиле появляется новый датчик TPMS (процедура обучения).

У нас в Европе датчики TPMS обычно передают сигналы в диапазоне 433 МГц (предназначенном для ISM промышленности, науки и медицины). Приёмник работает на частоте 125 кГц, очень близкой к LF RFID. Проще всего использовать приёмник, поискав наличие несущей частоты 125 кГц, а затем включив передачу данных. Современные датчики обычно более совершенны и используют модулированную несущую, содержащую пакеты команд; передача данных включается, только если получена правильная команда.

Если у вас есть приёмник, то, разумеется, вы можете не только включать передачу данных: например, в нём может быть поддержка различных команд, а некоторые датчики даже позволяют выполнять таким образом обновление прошивки.

Одной из таких поддерживаемых команд является переключение датчика в режим транспортировки (Shipping). Зачем он нужен? Когда датчик работает обычным образом, он ожидает движения (внутри него находится датчик ускорения/ударов) и начинает периодически передавать данные только при вращении колеса. Это нужно для экономии энергии аккумулятора. Если датчик TPMS ещё не установлен в шину, он не должен реагировать на движения, поэтому и используется режим Shipping. В этом режиме датчик просыпается только каждые несколько секунд и проверяет наличие сигнала 125 кГц; если он есть, датчик проверяет наличие правильных команд, например, команды на включение передачи данных, которая обычно также приводит к выходу из режима Shipping и переключает датчик в обычный режим работы.

Этим режимом Shipping можно злоупотреблять: если мы сможем переключить датчик TPMS колеса автомобиля в режим Shipping, то датчик больше не сможет передавать данные, и спустя какое-то время загорится индикатор контроля давления в шинах. Здесь надо уточнить: этот предупреждающий индикатор просто раздражает водителя, но не влияет на безопасность автомобиля, потому что отключенный датчик TMPS не влияет на само давление в шине.

Я решил изучить несколько датчиков TPMS разных автомобилей на предмет возможности такого отключения. Я выбрал датчики автомобилей BMW и Ford. Стоит обратить внимание, что с большой вероятностью это касается и других производителей автомобилей, поскольку существует ограниченное количество производителей датчиков TPMS, снабжающих датчиками различных автомобилестроителей. Выбор BMW и Ford был обусловлен тем, что мне удалось найти кучу дешёвых бывших в употреблении датчиков для этих легковых автомобилей.

Кроме того, я искал только OEM-датчики для BMW и Ford; это значит, что такие датчики были установлены самим производителем автомобилей. Существуют также универсальные датчики, обычно устанавливаемые продавцами шин; в конце поста есть примечания о них.

Инструмент для передачи данных на 125 кГц создать довольно просто: существует дешёвый инструмент активации датчиков TMPS EL-50448, передающий только несущую частоту без модуляции. Однако железо можно легко модифицировать, обеспечив модуляцию несущей: бОльшую часть времени для передачи данных используется OOK (On-Off Keying); это означает, что несущая частота просто включается и отключается. В EL-50448 для генерации несущей частоты задействуется усилитель мощности с неиспользуемым контактом enable (включения), поэтому можно использовать этот контакт для модуляции несущей. Скорость передачи данных низка, часто используется скорость 3900 бод. Чаще всего применяется манчестерское кодирование битов данных, то есть несущая частота меняется в два раза чаще (7800 изменений в секунду). В этом нет ничего особого, и реализовать это можно, вероятно, при помощи любого предпочитаемого вами микроконтроллера. Затраты на такую систему составят меньше 20 евро, а радиус передачи будет примерно 20 см.

Как найти команду для включения режима Shipping? Брутфорс с проверкой всех возможных команд применим, только если команда короткая. Причина этого заключается в том, что датчик ищет низкочастотный сигнал 125 кГц раз в несколько секунд. Если команда не длиннее двух байт, то брутфорс возможен (он займёт несколько дней), но для более длинных команд он неприменим. Стоит также заметить, что нужно найти способ распознавания наличия реакции датчика TPMS на отправляемые команды, например, мониторинг энергопотребления датчика или получение сигнала данных 433 МГц (разумеется, это сработает, если переданная вами команда вызвала передачу данных).

Ещё один вариант поискать те инструменты TPMS, которые используют продавцы шин и ремонтные мастерские для проверки датчиков TPMS. Некоторые из этих инструментов, возможно, поддерживают переключение датчика TPMS в режим Shipping.

Вот какие результаты обнаружил я (чтобы данные нельзя было использовать при злоумышленных действиях, я не буду вдаваться в подробности):

  • BMW:

    Один датчик, используемый во многих моделях легковых автомобилей и изготовленный производителем датчиков TPMS A, можно переключить в режим Shipping. Деактивированный датчик TPMS можно активировать другой командой. Кроме того, если датчик обнаружит быстрое изменение давления (например, при накачивании шины), то датчик выходит из режима Shipping. Команда имеет длину четыре байта, поэтому брутфорс неприменим.
  • Ford:

    Один датчик, используемый во многих моделях легковых автомобилей и изготовленный производителем датчиков TPMS A (тот же производитель, что и выше), можно переключить в режим Shipping. Это та же команда, что и у описанного выше датчика BMW. Деактивированный датчик TPMS можно активировать другой командой.

    Другой датчик, используемый во многих моделях легковых автомобилей и изготовленный производителем датчиков TPMS B, можно переключить в режим Shipping. Деактивированный датчик TPMS можно активировать другой командой. В данном случае команда имеет длину всего два байта, поэтому я проверил все комбинации, что привело к обнаружению множества других интересных команд. Вот некоторые из примеров:

    • Можно полностью отключить датчик TPMS. В таком случае он больше ни на что не будет реагировать, вам придётся вскрыть корпус датчика и выполнить аппаратный сброс или отключить аккумулятор, чтобы снова его активировать.
    • Можно переключить датчик в непрерывный режим передачи несущей частоты на 433 МГц. В этом режиме датчик будет непрерывно передавать несущую частоту 433 МГц. Пока не разрядится аккумулятор или не будет выполнен аппаратный сброс (см. выше), он не будет больше ни на что реагировать. Существует ещё две подобных команды, передающих сдвинутую вверх или вниз частоту (при передаче данных в датчике используется FSK-модуляция, Frequency Shift Keying).

    Эти примеры показывают, что можно, по сути, уничтожить этот конкретный датчик, передав соответствующую команду. Кроме того, если датчик находится в режиме передачи несущей частоты, то он, вероятно, мешает работе брелока-контроллера автомобиля, в котором используется та же частота, что и у датчика TPMS.

Чтобы передать эти низкочастотные сигналы 125 кГц, нужно находиться рядом с машиной, но для обнаружения сигнала требуется всего несколько секунд. Если использовать для передатчика антенну побольше (которая, по сути, является катушкой), например, помещающуюся в портфель, то можно увеличить радиус передачи до метра с лишним.

Как избежать таких проблем? На самом деле довольно просто команда для переключения в режим Shipping не должна разрешаться, если измеряемое давление в шине больше определённого предела, ведь это означает, что датчик установлен в шину транспортного средства. То же самое относится и к другим командам датчика производителя B, которые, скорее всего, являются каким-то производственным тестом или командами разработчика. Обратите также внимание, что во время моих тестов описанные команды можно было выполнять даже тогда, когда измеряемое давление в шине находилось в диапазоне стандартного колеса автомобиля.

Перед публикацией этой статьи я связался с производителями автомобилей (BMW и Ford). Вот что из этого вышло:

  • BMW:

    Контактную информацию для сообщений о проблемах с безопасностью можно найти на веб-сайте BMW. Спустя несколько дней после сообщения о проблеме мне позвонил по телефону официальный представитель. Оказалось, что BMW уже известна эта проблема, она была выявлена на этапе внутреннего контроля. В новых датчиках TPMS эта проблема решена блокировкой некоторых команд, когда давление в шине выше определённого предела.
  • Ford:

    Мне не удалось найти никакой контактной информации службы безопасности на веб-сайте Ford Germany, поэтому я связался с лицом, отвечающим за связи с общественностью. Он пообещал найти кого-нибудь, чтобы заняться проблемой. Спустя несколько дней я получил ответ, что это может мешать работе системы TPMS из-за природы передачи радиосигналов, и что эта проблема им известна. Мне не удалось напрямую связаться с соответствующим специалистом, и я ответил, что обнаруженная проблема связана не с помехами, а с отказом в обслуживании и что существует возможность уничтожения определённого типа датчиков TPMS, используемых в легковых автомобилях Ford. Больше я не получил никакой информации о проблеме безопасности. Спустя несколько недель я снова уведомил компанию, что собираюсь рассказать о проблеме, и получил разрешение.

Примечания об универсальных датчиках, обычно используемых продавцами шин: эти датчики универсальны, потому что могут программироваться для различных моделей легковых автомобилей. Для продавца шин основная выгода таких датчиков в том, что достаточно иметь в наличии небольшой ассортимент универсальных датчиков и не требуется приобретать множество различных OEM-датчиков для каждой модели автомобилей. Для программирования этих универсальных датчиков чаще всего используется низкочастотный сигнал 125 кГц, передающий данные программирования в датчик. Многие такие универсальные датчики можно перепрограммировать вне зависимости от замеряемого давления в шинах, поэтому проще всего провести атаку отказ в обслуживании, всего лишь перепрограммировав датчики под другую модель автомобиля.



На правах рекламы


Серверы с бесплатной защитой от DDoS это про нас! Все серверы из коробки защищены от DDoS-атак, создайте собственную конфигурацию виртуального сервера в пару кликов.

Подробнее..

Программные патчи для автомобилей станут обязательными и регулярными

25.05.2021 00:13:35 | Автор: admin

Автомобиль Tesla Model 3 взломали с мультикоптера (для зрелищности), источник

Автомобили Tesla по умолчанию подключаются к любой точке WiFi с идентификатором SSID Tesla Service. Это очень удобно для взлома. Пароль указан в файле .ssq, который поставляется с автомобилем, или его можно найти в интернете (см. скриншот под катом).

Таким образом, можно подключить автомобиль к своему фейковому хотспоту. Потом использовать уязвимости в программном обеспечении и получить контроль над некоторыми функциями. По сути, всё довольно просто: такие трюки показывают на каждой хакерской конференции.

Проблема в том, что критические уязвимости есть не только в теслах, а практически во всех современных автомобилях. Просто Tesla предлагает большие призы за информацию о багах, поэтому эта информация публикуется в СМИ. Остальные автомобили взламывают молча.

Взлом Tesla



Профиль в твиттере с паролем для вайфая Tesla Service

Последнюю хакерскую конференцию PWN2OWN 2020 отменили, поэтому авторы только сейчас опубликовали свой доклад по взлому Tesla. Они написали эксплоит Comsecuris, использующий две уязвимости в демоне ConnMan. Это стандартный менеджер подключений Linux. В частности, используется переполнение буфера в DNS-форвардере и утечка информации стека (stack infoleak) в компоненте DHCP.

В автомобиле Tesla 3 установлена последняя версия ConnMan 1.37, без уязвимости CVE-2017-12865, которую нашли в версии 1.34. Поэтому пришлось искать новые баги. Здесь повезло: возможность переполнения буфера обнаружилась в функции uncompress().

1 static char *uncompress(int16_t field_count, char *start, char *end,2 char *ptr, char *uncompressed, int uncomp_len,3 char **uncompressed_ptr)4 {5 char *uptr = *uncompressed_ptr; /* position in result buffer */67 debug("count %d ptr %p end %p uptr %p", field_count, ptr, end, uptr);89 while (field_count-- > 0 && ptr < end) {10 int dlen; /* data field length */11  int ulen; /* uncompress length */12  int pos; /* position in compressed string */13  char name[NS_MAXLABEL]; /* tmp label */14  uint16_t dns_type, dns_class;15  int comp_pos;1617  if (!convert_label(start, end, ptr, name, NS_MAXLABEL,18  &pos, &comp_pos))19  goto out;2021 /*22  * Copy the uncompressed resource record, type, class and \0 to23  * tmp buffer.24  */2526  ulen = strlen(name);27  strncpy(uptr, name, uncomp_len - (uptr - uncompressed));2829  debug("pos %d ulen %d left %d name %s", pos, ulen,30  (int)(uncomp_len - (uptr - uncompressed)), uptr);3132  uptr += ulen;33  *uptr++ = '\0';3435  ptr += pos;3637 /*38  * We copy also the fixed portion of the result (type, class,39  * ttl, address length and the address)40  */41  memcpy(uptr, ptr, NS_RRFIXEDSZ);4243  dns_type = uptr[0] << 8 | uptr[1];44  dns_class = uptr[2] << 8 | uptr[3];4546  if (dns_class != ns_c_in)47  goto out;4849  ptr += NS_RRFIXEDSZ;50  uptr += NS_RRFIXEDSZ;


В строках 27 и 41 функция memcpy копирует в буфер uptr содержимое памяти фиксированным размером 10 байт (NS_RRFIXEDSZ), не проверяя соответствие размера выходного буфера количеству копируемых байт.

В презентации хакеры пояснили, что контроль над демоном ConnMan даёт гораздо больше полномочий, чем другие нерутовые демоны в мультимедийной системе Tesla: он позволяет отключить файрвол, изменить таблицы маршрутизации, загрузить или выгрузить модули ядра (если они не подписаны).

В нашем случае достаточно отключить файрвол и отправить на компьютер нужные команды. Конечно, управление автомобилем через мультимедийную систему не получишь, но можно отпереть двери, изменить режим ускорения, рулевого управления и другие функции, доступные с панели компьютерного управления под Linux (раньше там стояла Ubuntu).

Обязательные апдейты безопасности


Автомобили Tesla обладают продвинутой компьютерной системой, а компания платит очень большие деньги (в районе $300 000) за сообщение о таких уязвимостей. На самом деле хакеры успешно взламывают автомобили и других производителей, просто об этом не всегда сообщают широкой публике.

Компания Upstream Security ежегодно публикует отчёт об автомобильных уязвимостях. Последний отчёт 2021 Global Automotive Cybersecurity Report содержит информацию о более 200 инцидентах безопасности с 2010 по 2020 годы.

Вот статистика по векторам атак за эти годы:



Дистанционные взломы сегодня составляют 80% атак, физическое проникновение 20%. Облачные сервисы главный вектор.

В июне 2020 года ООН приняла общий регламент безопасности для транспорта: UNECE WP.29 Cybersecurity. В 2021-2022 годы эти регуляции будут рассмотрены в нескольких странах, а в 2023-2024 годах ожидается более широкое принятие по всему миру. Первый регламент называется Cybersecurity and Cybersecurity Management Systems (CSMS). Последнюю версию см. здесь.

Документ CSMS содержит информацию об угрозах кибербезопасности и перечисляет большое количество уязвимостей и методов атаки. В приложении 5 десять страниц с описанием уязвимостей в нескольких категориях. В первой таблице кратко перечислены шесть типов угроз с различными типами уязвимостей (перечислено 29 штук) и примерами (67 штук).



В следующей таблице обобщены меры по смягчению угроз кибербезопасности внутри и за пределами автомобиля.



Основная дискуссия сейчас ведётся вокруг того, чтобы как можно оперативнее уведомлять о новых уязвимостей и быстро выпускать патчи, которые отправляются через интернет и мгновенно устанавливаются на все включённые автомобили. Но совершенно ясно, что без срочных критических обновлений в современных автомобилях никак не обойтись

Облачные сервисы, бесконтактные ключи по радиопротоколу, порт OBDII, мобильные приложения для управления автомобилем, порты USB и SD, Bluetooth, Wi-Fi, встроенный модем, сенсоры, многочисленные соединения через телематические системы и облачные сервисы, которые работают в автомобиле, встроенная мультимедийная система с компьютером в салоне. Это слишком большая поверхность атаки

Вероятно, в будущем такие удобства войдут в стандартное оснащение всех автомобилей.

P. S. Компания GlobalSign уже 25 лет выдаёт сертификаты безопасности для различных отраслей. Посмотрите нашу интерактивную страничку, посвященную 25-летнему юбилею.
Подробнее..

Проектирование и создание электровездехода нового формата. Восток

01.06.2021 06:10:21 | Автор: admin

Этот самодельный электровездеход имеет название Восток, в честь первого космического корабля Советского Союза, который доставил первого космонавта на орбиту Земли. Это гордость, что были такие предшественники. В частности, Сергей Павлович Королев со своей командой. Поэтому вездеход Восток это попытка внесения новизны и посильного вклада в развитие Отечественной техники. Отсюда было выбрано такое символическое название. Кстати, первый выезд по случайному стечению обстоятельств состоялся 12 апреля 2021 года в день 60-летия со дня первого полета человека в космос.

Идея создания вездехода на электрической тяге весьма тривиальна. В ее основу легли мысли главного конструктора и идейного вдохновителя вездехода Сергеева Петра. Он является поклонником внедорожного спорта и любит ездить на природе, в частности, на квадроциклах. И в один из жарких летних дней его посетила мысль о том, что некомфортно ездить на обычном бензиновом квадроцикле, который скидывает с себя кучу тепла, выхлопных газов, издаёт громкий шум и треск. И собственно оттуда (а это было полтора года назад) и пошла идея сделать электрическое транспортное средство. Поначалу были мысли доработать какое-то существующее транспортное средство ну, например, мотоцикл или багги. Но, взвесив все за и против, было принято решение, что нужно постараться добиться минимального энергопотребления, чтобы запас электроэнергии был достаточен, чтобы совершать и весьма продолжительные поездки. Это подразумевает формирование определенных требований, которые нужно предъявить к конструкции будущей машины. В частности, высокий дорожный просвет, небольшую массу и высокие ходы подвески. Еще одно не менее важное требование - возможность преодоления водных препятствий вплавь. Отсюда и родилась конструкция, которая представлена перед Вами.

Вездеход является двухмоторным, то есть в нем два электромотора, которые расположены в переднем и заднем мостах. Подвеска здесь зависимая, потому что только с ее помощью можно обеспечить постоянный дорожный просвет и высокие ходы подвески. Здесь высота хода подвески примерно метр, то есть, если поднимать одно из боковых колес, то другое оторвется только спустя метр. Никакой независимой подвеской такого добиться не получится. Мост здесь нетрадиционный как на большинстве автомобилей. Он представляет из себя ферменную конструкцию, сваренную из листовых деталей. И его главная особенность состоит в том, что редуктор и электродвигатель размещены значительно выше оси вращения колес. Это позволяет обеспечить большой дорожный просвет. Здесь он, надо сказать, полметра под мостами и почти 70 см под днищем автомобиля. В дополнение, мост обеспечивает высокую прочность и надежность, потому что ШРУСы, которыми наделены эти мосты работают в постоянных, не сильно нагруженных условиях, и это обеспечивает высокую надежность. То есть не будет вероятности поломки из-за того, что углы вывешивания будут критичными для их конструкции.

Примечательно то, что дорожный просвет под мостом остается неизменным. Это одно из достоинств этой системы по сравнению с обычной независимой подвеской, где дорожный просвет определяется загрузкой машины. Здесь применен объединенный мотор-редуктор, который через ШРУСы передает крутящий момент на колеса. Мосты, поворотные кулаки рассчитывались, проектировались и изготавливались собственноручно.

Недостаток традиционных систем управления рулевыми колесами в случаях с зависимым мостом - это разъезд колес во время артикуляции моста. То есть когда мост преодолевает препятствия, то углы установки колес относительно кузова меняются и колеса разъезжаются в разные стороны. Для того, чтобы от этого уйти, рулевая рейка была размещена непосредственно на мосту, а вот управление этой рулевой рейкой, то есть крутящий момент непосредственно от рулевого колеса передается с помощью хитрого вала. Этот вал одет в кожух, имеющий водонепроницаемую конструкцию, потому что машина предполагает взаимодействие с водой. Рулевой вал выходит из салона и посредством угловых редукторов идет к входному валу рулевой рейки. Это обеспечивает жесткую связь между рулем и рулевыми колесами. Это одно из требований к подобному классу техники. То есть здесь нет гидрообъёмной трансмиссии и дополнительных систем. Здесь обычная механическая связь, плюс электрический усилитель руля. Благодаря угловым редукторам мы изменяем направление хода вала. Вал имеет внутри себя шлицевые соединения, чтобы компенсировать длину, которая меняется во время движения моста по бездорожью.

Одна из главных задач для этой машины - это малый вес, поэтому в качестве материала кузова был выбран алюминиевый сплав. Машина сделана именно кузовной, а не рамной, потому что планируется, что машина будет именно водоплавающей. Ватерлиния должна проходить примерно посередине между дном и отверстием под передними дверьми.

Высокого качества подгонки материалов удалось добиться благодаря проектированию всех элементов автомобиля в САПР Solid Works и благодаря небольшому станочному парку металлообрабатывающего оборудования, который позволяет резать, гнуть и сваривать этот кузов. Надо сказать, что благодаря Solid Works все, что есть собралось с первого раза. Не было никаких запчастей, доделок и переделок.

По стратегической задаче это автомобиль 2+2. В этой колесной базе не удалось вместить задние полноценные сидения, но тем не менее они там будут и рассчитаны на невысоких взрослых или детей. Также в вездеходе будет небольшое багажное отделение в котором располагаются и аккумуляторы.

В планах есть добавить к заднему мосту управляемые задние колеса, которые на бездорожье будут добавлять неоспоримое преимущество и помощь.

Машина в том виде в котором она представлена сделана для того, чтобы успеть опробовать ее летом 2021 года. К сезону 2022 года планируется полная доделка. Должен появиться и полноценный салон, и внешний вид будет совершенно преобразован.

Процесс эволюции силовой части был тернистый и непростой. Идея в том, что в этом элетровездеходе используются два мотора и две идентичные друг другу системы управления на передней и задней они. Дорога к той силовой установке, которая стоит сейчас, была довольно таки долгая. Первым делом на электрическом вездеходе стояли электродвигатели от Toyota Estima. В связи с отсутствием управляющей системы пришлось перейти на перемотанный вариант этих моторов под 72 Вольта и под китайские контроллеры. Но этот путь оказался утопичным для тяжелой техники, так как нужно делать автомобили сразу на высоком напряжении. За кажущейся доступностью дешевых китайских инверторов и электродвигателей, скрываются подводные камни, которые на тяжелой технике вылезают первым делом. Простым языком сложно найти китайские контроллеры на высокое напряжение и двигатель на хороший момент на низком напряжении. Если применять существующие электродвигатели, например, китайские на низкое напряжение, то надо понимать, что им нужен хороший редуктор с хорошей степенью редукции, иначе хорошего результата не получится. Собственно, это и получилось, когда первый раз собралась вся эта система на 72В. Ехать автомобиль ехал, но мотор был перемотан и работал не в своем режиме. Постоянно перегревался и хорошего крутящего момента не выдавал. По прямой он ехал пол часа после чего перегревался и нужно было еще полчаса отдыхать.

Дальше пути развития силовой части раздвоились. Были заказан мотор и инвертор от Nissan leaf. А также еще один электромотор от Toyota Estima, чтобы сравнить как перемотанный мотор отличается от не перемотанного. В пике электромотор Estima выдает порядка 35кВт, вездеход на нем едет, но мощность показалась недостаточная. Поэтому в конечном варианте скорее всего будет именно двигатель от Nissan leaf.

В принципе для своих задач электромотор от Toyota Estima очень неплох. По соотношению доступности/полученного эффекта этот мотор (если его не перематывать) для легкой техники идеален. Он не греется, потребляет небольшое количество мощности от аккумулятора. По сути он аналогичен жигулевскому мотору. То есть если Вы понимаете, что сможете приделать его к существующей коробки передач, то он выдаст потрясающие характеристики и этого будет более чем достаточно для простой легкой техники. В случае с электровездеходом ситуация резко осложнилась установкой больших 33 дюймовых внедорожных колес. Но и эти колеса не предел. Следующим этапом планируется применение 900 мм колес. Там, конечно, характеристик электромотора Toyota Estima точно мало.

На бездорожье главная задача - это обеспечение хорошего крутящего момента. Он никакими другими способами, кроме того, как применять понижение частоты оборотов и повышения момента, не может быть достигнут. Поэтому сейчас вездеход переходит на моторы от Leaf. И то мотор от Leaf берется за основу, а мост дооснащается колесными редукторами, которые имеют передаточное число 1:2. Таким образом мы получаем на колесах двойное увеличение момента. Момент родного момента электромотора Nissan Leaf до 280 НМ до 3000 оборотов/мин, дальше характеристики начинают спадать, но на бездорожье это не важно, так как нет задачи развить колоссальные скорости. С учетом того, что родная редукция 1:8 и плюс колесные редуктора 1:2, то суммарная редукция 1:16. Таким образом крутящий момент на одной оси получается 4480 нм. А общий крутящий на всех 4 колесах 8960 нм. Для примера Нива, установленная на первую передачу и на пониженный ряд раздаточной коробки, имеет суммарный крутящий момент на всех 4 колесах 3890 НМ. Но очень важный момент, что максимальный крутящий момент Нивы появляется только в районе 4000 тысяч оборотов/мин на моторе. Здесь же, в самодельном электрическом вездеходе, момента на одной оси больше чем у нивы на всех осях и появляется он практически сразу при нажатии педали газа.

Суммарный вес электровездехода планируется получить менее тонны - 900 с небольшим кг.

Огромный крутящий момент будет компенсироваться большими колесами. Но по-другому на бездорожье нельзя. Там все определяется дорожным просветом, а он в конечном итоге зависит и от диаметра колес. В планах есть вместо стандартных внедорожных колес поставить колеса низкого давления 900х450. Они идеально встанут и позволят обеспечить еще более впечатляющие характеристики проходимости и плавучести. В частности, есть желание, чтобы автомобиль еще отлично перемещался по снегу. А этого удастся добиться только, увеличив пятно контакта с помощью шин низкого давления.

Для тех, кто сомневается какие применять аккумуляторы. В электрическом вездеходе Восток активно применяются NMC пакеты. Сейчас на борту имеется родное напряжение электромоторам от Nissan leaf 360-390В в зависимости от степени заряженности. Всего 96 пакетов по 60Ah. Это примерно 21 кВтЧ. Вес батарейного отсека без учета корпуса получился чуть более 90 кг. Эти пакеты, по сравнению с железо фосфатом и никель металл гидридом, имеют самые лучшие на данный момент показатели по весу. Да, у этих пакетов есть недостатки. Это более узкий температурный диапазон эксплуатации и повышенная пожароопасность. С точки зрения безопасности в электровездеходе Восток выгорожен специальный отсек под аккумуляторы. При возникновении аварийной ситуации внутреннее пространство салона автомобиля останется вне опасности, так как батарейный отсек находится под багажником и не имеет связи с салоном, при этом огорожен перегородкой из нержавеющей жаропрочной стали. И плюс, конечно, контролируется каждая ячейка по напряжению, по разрядному току, по наличию или отсутствию короткого замыкания. Вопросы безопасности очень важны и ими никогда не стоит пренебрегать.

В вездеходе с электромотором очень интересная конструкция стеклоочистителя. Идейным вдохновителем стал шведский производитель гиперкаров Koenigsegg, а поставщиком запчастей стал Mercedes. Была взята система стеклоочистителя от 210 мерседеса, сделана ревизия. Также было проработано изменение нейтрального положения и изменение геометрии поверхности очистки под стекло вездехода. Смысл его в тоа что он двигается по стеклу не только слева направо и обратно, но вверх-вниз-вверх, тем самым добиваясь быстрой и качественной очистки большей поверхности стекла.

В заключении, следует сказать, что данный электроавтомобиль это испытательная площадка для отработки технологий и принципов, которые конструкторы заложили в его основу. Впереди предстоит не простой, но интересный и волнующий этап испытаний и модернизаций, который поможет расставить все точки над I и подсказать верное направление для дальнейшего развития этой темы. Несмотря на это, уже сейчас в головах конструкторов есть планы и предварительные проработки следующих поколений внедорожных электроавтомобилей с лучшими показателями проходимости и энергоэффективности.

Более подробную информацию о вездеходе Восток можно посмотреть на нашем канале в Youtube "Время инженеров"

Подробнее..

Битва за электромобильность разработка электронной архитектуры электромобиля Кама-1

28.02.2021 22:22:33 | Автор: admin

В продолжение статьи про проектирование электромобиля Кама-1 я хотел бы рассказать об участии своих коллег в данном проекте. В то время, как коллеги из СПбПУ разрабатывали конструкцию и дизайн электромобиля, компания Ладуга занималась разработкой электрической и электронной архитектуры, что включало в себя разработку и изготовление прототипов электронных блоков.

На мой взгляд электронная часть автомобиля не менее интересна, чем конструкторская, но во многих опубликованных ранее материалах освещена довольно скудно. Поэтому ниже приведены собранные мной некоторые технические детали проекта, описание этапов проекта и ответы на вопросы в ходе бесед с непосредственными участниками этой работы.

Этапы проекта

Весь проект электромобиля включал в себя три этапа, выполнение которых заняло около полутора лет (2019-2020 гг.). Ладуга подключилась к проекту весной 2019 г. Первый этап был полностью посвящен разработке концепции проекта, описанию будущего продукта, разработки дизайна.

С точки зрения электронной архитектуры в конце первого этапа был сформирован перечень документов и электронных блоков, необходимых для реализации всех функций продукта. Были проведены расчеты энергобаланса, сформулированы требования к ключевым узлам силового привода: батареи, электромотора, разработана топология жгутов, логическая архитектура. Проработан CAN менеджмент и Power менеджмент.

В ходе проекта были разработаны следующие электронные блоки:

  • EPB (Electronic parking brake) блок управления стояночного тормоза

  • EPS (Electric power steering) блок управления электроусилителя руля

  • VCU (Vehicle control unit) блок управления электромобилем

  • Блок управления актуатора педали тормоза вместе с актуатором педали тормоза

  • BCM (Body Control Module) блок управления кузовной электроникой

  • IVI + блок индикаторов совместный блок мультимедиа и комбинации приборов

  • ЭБУ HVAC блок управления климатической установкой

  • сигнализатор движения

  • блок аудиосистемы

  • монтажный блок

На втором этапе началась работа по проектированию схем, блоков электронной архитектуры и их взаимоувязке.

В автомобиле предусмотрена подготовка под будущую интеграцию компонентов систем ADAS (Advanced driver-assistance systems, системы помощи водителю) до 3-4 уровня, что позволит водителю использовать такие функции как автоматический адаптивный круиз контроль, систему Start/Stop (Stop-and-Go), помогающую избежать столкновения в случае нештатных ситуаций, автопилот при определенных дорожных условиях, автоматическую парковку и т.п. Подобные системы в настоящее время уже доступны в топовых комплектациях современных автомобилей.

По окончанию второго этапа была завершена разработка теоретической части. Подготовлен массив документации, включающий в себя технические требования на системы, технические требования к компонентам, чек-листы, электрические схемы разных уровней, формуляры электрических интерфейсов, CAN-матрица, проработка компонентной базы.

На третьем этапе специалисты Ладуги изготовили блоки электронной архитектуры, разработали программное обеспечение, подсобрали их в функциональные стенды, а затем соединили все в единую систему межфункциональный тестовый стенд электронной архитектуры.

Стенд электронной архитектуры электромобиля компании Ладуга, представленный совместно с СПбПУ на Инжиниринговом форуме-2020 в Тольятти.Стенд электронной архитектуры электромобиля компании Ладуга, представленный совместно с СПбПУ на Инжиниринговом форуме-2020 в Тольятти.

По окончанию тестирования и успешного выполнения всех условий чек-листов стенд был разобран, а блоки отправлены для сборки тестового образца автомобиля. Финальная сборка проводилась совместно с коллегами из Минска и СПбПУ. Взаимодействие нескольких участников, выполняющих смежные работы на удаленных площадках, потребовало четкой координации проекта. Успешно были проведены работы по финальному тестированию, калибровке и доработке комплекта конструкторской документации.

Для последующего запуска в серийное производство компоненты разработанного автомобиля необходимо детально проработать с будущими поставщиками этих компонентов. Так что впереди предстоит масштабная работа по внедрению компонентов ADAS и их калибровке в составе подготовленного под это автомобиля.

Q & A

Побеседовать и ответить на мои вопросы согласились Алексей Окунев (технический директор и руководитель проекта Электронная архитектура электромобиля со стороны компании Ладуга) и Алексей Жданов (инженер-электроник отдела автоэлектроники компании Ладуга).

Алексей (Окунев), расскажи, пожалуйста, про особенности электронной архитектуры разработанного автомобиля?

Алексей Окунев: наверное, одна из наиболее заметных особенностей сенсорный дисплей, расположенный на руле. Изначально предполагалось, что частично роль мультимедиа-панели автомобиля будет выполнять смартфон пользователя. Смартфон должен был вставляться в выемку на панели приборов и через установленное приложение пользователь мог бы управлять мультимедиа, климатом и некоторыми другими функциями автомобиля с экрана своего смартфона.

Позднее, по мере проработки дизайна и потенциально разрастающегося количества работ по увязке систем автомобиля со всеми возможными моделями смартфонов от идеи со смартфоном отказались, весь функционал мультимедиа системы перенесли в сенсор на руле. Сенсорный дисплей позволяет более гибко запрограммировать экранные кнопки управления функциями мультимедиа, телефона, музыки, радио, а также реализовать поддержку функций ADAS, которые мы заложили.

Кстати, по поводу процесса разработки интерфейса изначально мы разрабатывали некоторую функциональную концепцию интерфейса пользователя (In-vehicle infotainment, IVI), потом эту концепцию передали на проработку дизайнерам. Прототип интерфейса был выполнен в виде работающего приложения, которое можно было запустить на обычном персональном компьютере, чтобы дизайнеры и заказчик могли непосредственно протестировать функционал и сформировать замечания по логике работы или формам. Затем мы проработали все замечания и перенесли полученную бизнес-логику в микроконтроллер IVI.

Сенсорный дисплей на рулеСенсорный дисплей на рулеРабочие картинки по разработке IVI
Логика работы IVIЛогика работы IVIПрототип графического интерфейса IVI в виде приложения на десктопе для отработки бизнес-логикиПрототип графического интерфейса IVI в виде приложения на десктопе для отработки бизнес-логикиПроработка функций экранной формы климатической установки. Из черновиков инженеровПроработка функций экранной формы климатической установки. Из черновиков инженеровПроработка функции предупреждения о пешеходе системы ADAS. Из черновиков инженеровПроработка функции предупреждения о пешеходе системы ADAS. Из черновиков инженеровОтладка функций HVAC на стенде. Экран заклеен пленкойОтладка функций HVAC на стенде. Экран заклеен пленкой

Алексей Жданов: функционал IVI включает в себя управление модулем климат-контроля (Heating, ventilation, and air conditioning HVAC), можно задать температуру и уровень вентиляции.
На выставке Инжиниринговый форум в сентябре 2020 года мы демонстрировали функцию, которая не вошла в финальный проект, но у нас она была ранее разработана и мы ее просто интегрировали функция голосового помощника. Модулем HVAC можно было управлять, задавать температуру с помощью голосовых команд. Также можно было спросить сколько осталось энергии батареи, сколько можно проехать километров, голосовой помощник может предупредить о малом заряде, список команд можно расширять. Такой способ взаимодействия может упростить доступ к некоторым функциям, это особенно важно для автомобиля с малым количеством кнопок.

Еще одной особенностью и отдельной задачей стала разработка актуатора педали тормоза. Для реализации функций круиз-контроля, автоматической парковки, функций активной безопасности необходимо управлять торможением автомобиля. Пришлось разрабатывать как сам актуатор, который интегрируется с тормозной системой автомобиля, так и блок управления актуатором. Было реализовано управление торможением по усилию: система ADAS указывает командой какое усилие надо сформировать и актуатор пытается давить с заданным усилием. В силу ограничений стенда калибровать данную систему пришлось уже на автомобиле (эх, не завидую я испытателям).

Конечно же, нельзя обойти вниманием разработку блока управлением электроусилителя руля. Помимо стандартной функции электроусиления необходимо было добавить функцию руления: управление положением руля для функции удержания в полосе или функции автоматической парковки. Также хотелось реализовать зависимость усилия на руле от текущей скорости автомобиля. Весь функционал успешно разработал мой коллега Владимир Шевцов.

Так выглядел мини-стенд отладки электроусилителя руля (ЭУР) на столе инженераТак выглядел мини-стенд отладки электроусилителя руля (ЭУР) на столе инженера

Помимо разрабатываемых компонент, в автомобиле использовались и уже готовые серийные узлы, но это были именно исполнительные компоненты, без возможности программирования, а значит без зависимости от версии компоненты. Это решение повлекло за собой разработку всех электронных блоков автомобиля, разработку своей системной архитектуры, CAN матриц и т.д. Но в результате это дало нам полную управляемость над проектом.

Это важный момент, который упускают многие гаражные разработчики электротранспорта. Сначала они прикладывают множество усилий для того, чтобы с помощью реинжиниринга восстановить кусочки CAN матрицы автомобиля, получая риски, что в любой момент устройствам прилетит команда на отключение, блокировку или что-то еще. А уже при выпуске следующих экземпляров, хуже того уже при серийном производстве, от поставщика компонентов приходят узлы с обновленной прошивкой, и вся электроника просто прекращает работать.

Всю электронику мы проектировали сами: рассчитывали требования, анализировали сценарии работы. При покупке готовых блоков управления может возникнуть проблема с, например, появлением новой прошивки от производителя это сразу приведет к потере контроля над проектом. С этой проблемой сталкиваются все, кто собирают автомобиль из готовых комплектующих. С этой точки зрения мы управляли проектом и всеми комплектующими, т.к. мы же их проектировали и изготавливали.

Алесей (Жданов) расскажи, пожалуйста, разработкой каких блоков ты занимался и немного про функционал этих блоков.

Алексей Жданов: я занимался разработкой железа и написанием программного обеспечения (ПО) на блок аудиосистемы, блок звукового сигнализатора движения, занимался разработкой ПО на один из самых сложных с точки зрения логики центральный блок управления электромобилем VCU (Vehicle Contol Unit). VCU собирает информацию со всех имеющихся датчиков, принимает команды водителя, взаимодействует практически со всеми блоками по цифровым шинам, управляет электроприводом, тяговой батареей, следит за их состоянием, обрабатывает их ошибки.

Так, например, VCU взаимодействует с электрическим ручником без соответствующих команд ручника VCU не разрешит движение. VCU отслеживает температурный режим тяговой батареи, если батарея находится вне температурного диапазона работы, то VCU запрещает использование полного тока этой батареи. VCU управляет охлаждением батареи управление помпой и вентилятором радиатора. При заряде батареи, у производителя батареи есть требование, что перед зарядкой батарею нужно привести в необходимый температурный диапазон.

Алексей Жданов, инженер-электроник отдела автоэлектроники компании ЛадугаАлексей Жданов, инженер-электроник отдела автоэлектроники компании Ладуга

Еще, например, одна из разработанных мной функций сигнализатор движения. По современным требованиям бесшумный электромобиль должен при движении на малой скорости воспроизводить какой-либо звук для обеспечения безопасности, например, звук двигателя реактивного самолета.

Мои коллеги занимались разработкой блоков: BCM (Body Control Module) блок управления кузовной электроникой, блок управления электроусилителя руля с функцией дистанционного управления по проводам для реализации ADAS функций автоматической парковки и подруливания, ручник с электроприводом и блок управления климатической системой.

Слева направо: Владимир Уколов (инженер-электроник), Михаил Акимов (в проекте: инженер по эргономике), Максим Орлов (системный архитектор)Слева направо: Владимир Уколов (инженер-электроник), Михаил Акимов (в проекте: инженер по эргономике), Максим Орлов (системный архитектор)

Отдельная тема проекта это силовая часть электромобиля: электродвигатель и аккумуляторная батарея. Сложность заключалась в том, что на нашем стенде электронной архитектуры детально испытать силовую часть было невозможно, т.е. она должна была сразу заработать на автомобиле, и в этом была огромная работа с нашей стороны.

Помимо железной интеграции необходимо было обеспечить программную интеграцию компонент силовой части: согласование CAN матриц и отладка работы VCU, BMS (система менеджмента батареи), инвертора электромотора, кондиционера (он также подключался к силовой части), DC-DC блока (блок преобразования высоковольтной сети к низковольтной), ТЭНом для обогрева батарей.

Алексей Окунев: из-за особенностей графика поставок основной задачей было выполнить все работы не имея на руках ни автомобиля, ни силовой части, т.е. большая часть работ должна была быть выполнена с помощью разработанных виртуальных моделей. Мотор и батарея приехали к нам буквально за месяц до старта сборки автомобиля. За это время нам нужно было всё подключить, отладить разработанные функции и откалибровать. Мы по максимуму сделали испытания, которые были возможны на стенде, и трое наших специалистов отправились на производственную площадку в Белоруссию. Конечно же, по всем законам бытия то, что не удалось испытать на стенде или моделях, аукнулось на живом автомобиле, и ребятам пришлось совершать своего рода подвиг в командировке в Минске внося финальные изменения.

Как и всегда при проектировании автомобилей отдельное внимание надо было уделять безопасности. Конечно, требования функциональной безопасности по ISO 26262 были заложены еще при разработке компонент. Но даже для испытаний на стенде у инженера под рукой всегда была БКК (Большая Красная Кнопка), которая аппаратно разрывает все цепи питания. Ее перенесли и на автомобиль. Также, поскольку у автомобиля оказалась сумасшедшая динамика, по просьбе испытателей был добавлен режим испытаний и выставки: с ограничением максимальной скорости до 40 км/ч.

Алексей (Жданов), что тебе запомнилось больше всего?

Алексей Жданов: скажу, опыт хороший, весьма. Ребята со мной, думаю, согласятся. Для нашей команды было особо интересно наблюдать, что наши документы на наших глазах превращаются в что-то живое. И в случае наличия ошибок в документации при изготовлении мы получаем ошибки, которые нам же придется исправлять руками и паяльником.

Аксакал отдела автоэлектроники компании Ладуга Владимир Уколов за сборкой ЭБУАксакал отдела автоэлектроники компании Ладуга Владимир Уколов за сборкой ЭБУ

Был случай, произошедший в Минске во время первых тестов электродвигателя на автомобиле: мощность двигателя 160 кВт и когда водитель нажал педаль газа на полную мощность, то оси, не рассчитанные на такую мощность, свернуло. После этого случая мощность двигателя, конечно, откалибровали, но оси пришлось менять.

Много вопросов было по поводу что будет с аккумуляторной батареей в условиях русской зимы?

Алексей Жданов: да, зимой, когда машина стоит на улице, батарея замерзает, но в этом нет никакой катастрофы. Да, емкость батареи при заморозке уменьшается, поэтому если водитель сядет в электромобиль и сразу поедет, то он проедет меньше, чем если бы он, предварительно прогрел батарею. Для обогрева батареи мы спроектировали трубчатый электронагреватель (ТЭН), спроектировали систему управления ТЭНом. По мере того как холодная батарея прогревается ее емкость восстанавливается.

От того, что батарея на морозе в -30 С останется никакой деградации не случится?

Алексей Жданов: деградации не случится, случится временное уменьшение емкости. Уменьшение временное, до тех пор, пока батарея не прогреется.

Алексей Окунев: еще на стадии концепции проекта были проведены расчеты энергобаланса автомобиля. Модель была разработана в нашем программном пакете PRADIS и включала в себя и электрическую, и механическую часть и тепловую подсистему. Эта задача стала замечательным примером применения системного моделирования для задач управления требованиями. И именно, зная лишь параметры верхного верхнего уровня, такие как масса автомобиля, площадь Миделя, требования к максимальной скорости и динамике автомобиля, требуемый пробег автомобиля можно получить требования нижнего уровня: емкость батареи, передаточные числа в трансмиссии, параметры электромотора и даже проработать алгоритмы термоменеджмента.

По нашим расчетам зимой перед поездкой холодную батарею необходимо прогреть. Достаточно 10 минут, чтобы батарея прогрелась до нужной температуры (около +5 C), чтобы обеспечить максимальную дальность пробега электромобиля. Попутно за эти 10 минут можно прогреть и салон с помощью отопителя. В процессе езды батарея сама себя начинает обогревать, но зимой этот обогрев не значителен. Причем оказалось, что если прогревать батарею до оптимальных +20 С, то мы потратим больше энергии, и уменьшим пробег. Конечно, эти требования были определены именно для нашей батареи, нашего электромобиля. Для другой системы эти значения будут другими.

Алексей Окунев, руководителю проекта Электронная архитектура электромобиля со стороны компании ЛадугаАлексей Окунев, руководителю проекта Электронная архитектура электромобиля со стороны компании Ладуга

Будущее проекта

Какое на ваш взгляд возможное развитие данного проекта электромобиля?

Алексей Окунев: проект интересный с большими последствиями. Разработанную электронную архитектуру можно легко масштабировать на любой другой электротранспорт.

Несмотря на то, что это пока прототип прототипа, отработка текущей технологии и отработка будущих технологий ADAS. Тем не менее, все увидели, что на базе этого можно делать серьезный проект. Можно даже поднимать вопрос о серийном проектировании, если такая задача будет поставлена.

Опять же, когда мы говорим об этом электромобиле, мы не будем забывать, что всё-таки первый мелкосерийный электромобиль был уже ранее создан АвтоВАЗом Лада Эллада, на базе Калины. Этот автомобиль выпущен в количестве 100 штук, успешно прошел испытания, эксплуатировался в Ставрополе.

Но в чём отличие Кама-1 от Эллада это, прежде всего, намного более сложная электронная архитектура. В Элладе всё строилось на электронной архитектуре Калины и только была добавлена электрическая трансмиссия вместо механической. И это приводило даже к таким несуразностям, как невозможность завести машину при полном заряде силовой батареи, но при разряженном 12-вольтовом аккумуляторе.

Это говорит о том, что нельзя просто так взять и превратить обычный автомобиль в электромобиль. Электромобильность влияет на все: на электронную архитектуру, на архитектуру кузова, на такие свойства как эргономика, тепловой комфорт, шум, вибрации, безопасность и динамику. И не учитывать ее в проекте преступно инженерам.

В Кама-1 использовались некоторые готовые исполнительные компоненты, но платформа была разработана с нуля. Это, конечно, больше веха для нас, как инженеров, чем для отечественной промышленности, но на примере Кама-1 даже серьезные эксперты увидели, что мы можем у себя в России такие проекты развивать и выстраивать, и это будет не самоделка, а серьезная работа, серьезный проект, который вполне можно масштабировать до серийного производства.

Таким образом, у КАМАЗа есть грузовой электромобиль, есть электробус на базе НефАЗа и теперь в эту линейку добавляется легковой электромобиль. Это не значит, что КАМАЗ завтра начнет выпускать легковые автомобили, это была отработана технология. Это значит, что, используя эту технологию, КАМАЗ может планировать выпуск такого автомобиля, если рынок будет готов. Сейчас мы говорим, например, о коммерческом рынке, а не о частном.

Сам электромобиль это штука дорогая, основные компоненты такие как аккумулятор стоят дорого и он, к сожалению, поставляется из Китая, т.е. большая часть стоимости уходит зарубеж. Поэтому нельзя говорить, что электромобиль будет выпускаться по 100 000 в год также как, например, Лада Веста сказать этого не будет никогда очень уместно, просто в силу целого ряда глобальных ограничений, таких как стоимость батареи и даже не столько стоимость, а объем материалов, который необходим для таких батарей, который нам никто не продаст, а в России нет собственных залежей такой мощности.

Энергосеть, банально не готова. Как можно частнику купить электромобиль, если квартира на девятом этаже? Зарядные станции скорее должны быть централизованы. Почему АвтоВАЗ делал Элладу для проекта Таксопарк? Там централизованная зарядка, где автомобиль приезжает и заряжается. Почему в Москве электробусы? Потому что там централизованная зарядка: автобус приезжает в конце смены и заряжается. И здесь то же самое. Мы можем говорить, что это нишевый продукт, такси или другой коммерческий транспорт, т.к. это получается дорогой автомобиль, который необходимо постоянно эксплуатировать, чтобы отбить его стоимость, и только так это может быть бизнесом.

Т.е. ключевой вопрос сделают ли теперь электромобиль бизнесом в России.
Возможны сценарии существования электромобиля как самостоятельного продукта. То, что они дорогие это еще ни о чем не говорит. Можно создавать условия, если будет принято принципиальное решение. Например, если в той же Москве, запретят заезд в Садовое кольцо обычным автомобилям вот, пожалуйста, достаточное условие. Поэтому, по крайней мере, у нас в России вопрос распространения электромобилей это больше вопрос политический, вопрос престижа и конечно экономический тоже. Словом, пока это роскошь, а не средство передвижения.

Наше исследование рынка показало, что в России по автомобильной части почти всё что угодно можно продать малой серией до 5 000 в год. Поэтому, при выполнении некоторых условий, вполне возможен сценарий выпуска малых серий электромобилей. А когда будет реализован функционал ADAS можно будет говорить и об умных автомобилях.

Благодарности
Часть команды разработчиков электронной архитектуры электромобиля (слева направо: Сергей Макаров, Алексей Жданов, Валерий Овчинников, Алексей Окунев, Роман Галлямов, Максим Орлов, Олег Бородин, Владимир Шевцов, Тигран Карапетян)Часть команды разработчиков электронной архитектуры электромобиля (слева направо: Сергей Макаров, Алексей Жданов, Валерий Овчинников, Алексей Окунев, Роман Галлямов, Максим Орлов, Олег Бородин, Владимир Шевцов, Тигран Карапетян)

Хочется поблагодарить команду проекта в компании Ладуга, питерских и белорусских коллег. Только совместными усилиями профессионалов можно выполнить проект такой сложности.

Работы выполнялись в рамках проекта по теме Создание "Умного" Цифрового Двойника и экспериментального образца малогабаритного городского электромобиля с системой ADAS 3-4 уровня. Уникальный идентификатор проекта : RFMEFI57818X0269.

Подробнее..

Как сделать самодельный электрический багги с мощным мотором

10.04.2021 18:14:42 | Автор: admin
сборка самодельной баггисборка самодельной багги

Всем привет.

Решили заняться с другом созданием мощного заднеприводного багги для езды по грунтовой дороге. Для себя определили, что разгон должен быть около 5 секунд до 100 км в час. В идеале выйти из 5 секунд. Строить по классической схеме, где сердце багги - это двигатель от ВАЗ нам показалось неинтересным. Долго думали, чтобы такое придумать и идея пришла сама собой. В свое время мы ездили с ним в Японию и уже там на выставках познакомились с входящими тогда в популярность электромобилями.

электромотор nissan leaf электромотор nissan leaf

За основу Багги мы взяли электрический бесколлекторный мотор от Nissan. Его изюминкой является большой крутящий момент порядка 280нМ с самого начала оборота. Так как багги электрический, а нынче тренд ко всему электрическому добавлять "e", то и наш проект мы назвали еБагги.

В японском электрокаре установлен синхронный трехфазный электромотор мощностью 80 киловатт (109 л.с.) при 2730-9800 оборотов в минуту. Двигатель Nissan Leaf дает крутящий момент280 Нм. Паспортный разгон до 100 км/ч составляет11,9 с., а максимальная скорость авто равна145 км/ч. При весе автомобиля значительно превышающим вес нашего багги. График

багги сравнение мощности и крутящего момента от оборотов двигателябагги сравнение мощности и крутящего момента от оборотов двигателя

По графику сразу видно, что диапазон работы оборотов двигателя гораздо выше, чем у 1.6 литрового атмосферного собрата. В электромоторе от 0-10500 оборотов. У атмосферника 900-6500. Во вторых полка момента в 280 Нм доступна сразу с 0 оборотов и вплоть до 2700 оборотов и далее идет плавное уменьшение крутящего момента. Связано это с тем, что с ростом оборотов магнитное поле не успевает за скоростью мотора и его влияние на отталкивание ослабевает. Именно поэтому в любом электромобиле типо Теслы, Лифа, да и просто троллейбуса/трамвая Вы чувствуете с самого старта пинок а потом плавное ускорение. А вот пик лошадиных сил доступен не сразу, но зато с 2700 и вплоть до 10 тысяч оборотов. Если посчитать площади крутящего момента и мощности, то они будут не менее в чем в 2 раза превышать площади атмосферного двигателя.

электробатарея Nissan leafэлектробатарея Nissan leaf

Один из самых дорогих элементов самодельной электробагги это высоковольтная батарея. Мы брали на разборке одну из самых недорогих. Основная задача это покатушки на даче и в деревне, никаких важных поездок по городу или межгороду не предвиделось. Цена батарейки с 6 делениями остатка емкости порядка 100 тысяч рублей. В нашей батареи остаток чуть более 60%, что с весом багги порядка 850 килограмм позволит кататься в районе 80 км по пересеченной местности. Мы хотели оставить именно родной корпус батареи от Ниссан Лиф. Почему? Во первых он герметичен, что позволит испытывать нашу багги и в водных условиях. Во вторых качество исполнения электроники самой батареи и ее защиты на самом высочайшем уровне. В дальнейшем мы можем экспериментировать, меняя ячейки батареи на более современные. Что позволит или значительно уменьшить массу при той же емкости батареи или увеличить емкость при примерно той же массе.

Параметры бaтapeи 24 kВтч; Tип Li-on; Koличecтвo ячeek 192 шт.; Cрок cлyжбы 5 лeт; Macca 270 kг Пoтpeблeниe элeктpoэнepгии нa 100 km 21 kВтч; Вpemя зapядkи (220 Вoльт) 9 чacoв; Нomинaльнoe нaпpяжeниe 360 V.

каркас багги сделанной своими руками каркас багги сделанной своими руками

Каркас делался из металлических труб, которые далее покрывались эпоксидным грунтом и специальной стойкой краской.

подвеска самодельной баггиподвеска самодельной багги

Основные компоненты подвески было принято решение ставить от Нивы, так как это крайне доступно по наличию и проверено десятилетиями. Исключениями явились кардриджи стоек и задние пружины. Они от VW и Mercedes.

Но недостаточно, чтобы багги заработал, просто взять соединить батарею мотор и педаль воедино. Нужен мозг, который будет этим всем делать управлять. Многие оставляют штатный ниссан, вырезая блок за блоком и часто получая ошибки на самых разных уровнях. Мы пошли дальше, вооружившись устройством для считывания команд CAN шины мы разобрались со всеми блоками, которые нам необходимы. Далее центральный контроллер мы сделали свой. На этапе отладки на ардуино. Далее перейдем на более правильные промышленные решения.

Собрав рулевое управление, нам стало интересно сделать не просто багги, а радиоуправляемую и в дальнейшем автономную машину. Начали копать в сторону работы электромотора усилителя руля. Выяснили, что его принцип рассчитан на работу тензодатчика. Тензометрический датчик (тензодатчик; от лат. tensus напряжённый) датчик, преобразующий величину деформации в удобный для измерения сигнал (обычно электрический), основной компонент тензометра (прибора для измерения деформаций). Далее разобрались с командами, которые необходимо присылать на ЭУР в зависимости от скорости движения. Тем самым научились менять усилия ЭУР как нам надо. Изучив тензодатчик поняли его непростое управление и сэмитировали сигналы на ардуино, подключив библиотеки от пульта PS4 PRO.

Кому интересно, проходите по ссылке на этой картинке - она ведет на видео, где подробно рассказываем все этапы. Через неделю расскажем как поставили на колеса и про первые испытания.

Подробнее..

Как сделать самодельный электрический багги с мощным мотором. Часть 2. Электрика, колеса, первый запуск и выезд

17.04.2021 10:20:32 | Автор: admin
первый выезд на самодельной баггипервый выезд на самодельной багги

Всем привет.

Прошло около недели после нашего последнего поста, где мы рассказали о концепции нашей задумки и о первых этапах сборки. Кто пропустил и кому интересно, то можете почитать здесь http://personeltest.ru/aways/habr.com/ru/post/551750/

За эти 2 недели работы мы сильно продвинулись дальше в построении нашего ELVO eBuggy.

Первое, чем мы занялись, это поиск и покупка колес. Начали мониторить разные варианты. Мы точно не хотели литые диски, так как при ударных нагрузках они могли бы разлететься в самый неподходящий момент. Поэтому мониторили или усиленную штамповку, или крепкую ковку. Сразу хотелось бы отметить момент, что для нас построение электробагги - это хобби. У нас нет спортивных команд и спонсоров, поэтому наши бюджеты ограничены. Мечтали, конечно, о ковке на хороших шинах максис. Но и то, что Выбрали мы, также отнюдь не плохой вариант. Это усиленные немецкие диски Dotz Dakar, обутые во внедорожную резину Cordiant Offroad.

колеса для самодельной баггиколеса для самодельной багги

Далее нарисовали блок схему всех необходимых нам элементов.

блок схема электронных блоков багги сделанной своими рукамиблок схема электронных блоков багги сделанной своими руками

Оранжевый цвет - это высоковольтная часть.

Зеленый цвет - это CAN шина.

Желтый цвет это 12V постоянного тока.

Потом мы приступили к установке модуля заряда PDM (Power Distribution Module) и инвертора.

PDM модуль Nissan Leaf для электробаггиPDM модуль Nissan Leaf для электробагги

"Электрокулибины на опыте" могли обратить внимание, что сам мотор взят от 1ого поколения ниссановских моторов, а модуль инвертора и заряда - от современных поколений. Всё это не просто так. Мы долго копались в технических документациях и определили, что в первых выпусках Ниссана перед конструкторами была поставлена задача сделать надёжный электромотор с большим запасом по прочности, чтобы уверенно завоевать массмаркет и не ударить в грязь лицом. В следующих версиях местами начали упрощать конструкцию, чтобы сэкономить на производстве. При этом такие моторы всё равно остаются хорошими и надёжными. Но мы хотим выжать из мотора больше мощности и запасы прочности нам пригодятся.

Что касается модуля зарядки, то в новых версиях он стал более современным, так как этого требовал рынок, чтобы ускорять процесс заряда батарей. Мы осознанно шли на риск и знали, что новые модули заряда ещё никому не удалось запустить, минуя центральный контроллер Nissana. Однако неделя работы со схемами и, как бы это громко не звучало, мы нашли способ. Но сделали это не программно, а электронно. И теперь получаем благодарственные письма со всех уголков мира, включая заокеанские Канаду и США.

Так как модуль заряда-инвертора и электромотор находятся в разных местах, нам пришлось заморочиться с удлинением проводом.

Первое, с чего начали, это проектирования ввода силовых кабелей к инвертору. Рассчитали кабель, ввода и прокладки по госту. Спроектировали все в SolidWorks. И напечатали на 3Д принтере деталь, которая печаталась более суток.

3D сканирование электромотора Nissan Leaf3D сканирование электромотора Nissan Leaf

Сканирование двигателя и перенос в 3Д модель

проектирование деталей самодельной баггипроектирование деталей самодельной багги

Разработка выходного модуля для соединения контактов.

Далее мы приступили к печати детали.

И вот, что мы получили на выходе.

Соединение электрики в самодельной баггиСоединение электрики в самодельной багги

Деталь, которая на выходе мало чем отличается от заводского исполнения.

Далее настало время плести и распутывать лапшу. Много лапши не бывает)

Здесь стоит отметить, что мы пошли по сложному пути и отказались от центрального контроллера штатного, делая его своим. Многие пытаются сохранить штатный мозг и катаются с кучей ошибкой, убирая блок за блоком. Мы же разбираемся в каждом блоке сами, оставляем то, что хотим и адаптируем под себя как хотим. Да это сложно, но мы получаем бесценный опыт. В будущем сможем настраивать и делать свои блоки под задачи нашего багги.

Времянка проводки самодельного багги.

Потихоньку нужно было переходить к салону. Но 3Д модели это одно, а ощущения посадки и органов управления вживую немного другое. Прежде чем заказывать ковши на самодельный багги, мы решили сделать макет панели приборов и торпедо. Вооружившись скотчем, ножницами и коробками из соседнего магазина,, у нас получилось это чудо.

Подробнее..

Как сделать самодельный электрический багги с мощным мотором. Часть 3. Тормоза, охлаждение, сидения, селектор, улица

02.05.2021 16:16:26 | Автор: admin

Всем привет.

Кто пропустил тему про саму идею, создание рамы и установку мотора, высоковольтной батареи и подвески http://personeltest.ru/aways/habr.com/ru/post/551750/часть 1

Установка колес, подключение электрики и модуля заряда PDM Nissan Leafhttp://personeltest.ru/aways/habr.com/ru/post/552888/часть 2

Последний наш пост был 3 недели назад. За это время мы шагнули далеко вперед.

Во первых, при первом выезде стало понятно, что полноценно тестировать багги у которого из торможения только система рекуперации, нельзя. Поэтому первое чем мы занялись - это тормозная система.

Сначала были установлены тормозные суппорта. Далее сделана разводка тормозных трубок и шлангов через блок АБС.

Интересно, что в автомобиле нет вакуумной системы, потому что нет двигателя внутреннего сгорания. Поэтому в качестве усилителя стоит не вакуумный усилитель тормозов, а электрический.

Блок АБС установлен, но пока через него просто транзитом проходит жидкость. В будущем нам предстоит установка датчиков АБС и отстройка режимов работы АБС.

При первом выезде мы на скорую руку написали программу управления электродвигателем. Суть заключалась в том, что при нажатии газа багги ехал вперед, а при нажатии тормоза включалась рекуперация на 10%. И при остановке багги вместо рекуперации начинал ехать в обратную сторону. Но мощности явно не хватало, да и ехать назад посредством торможения не правильно.

По сути нам было достаточно, чтобы в наш контроллер приходили сигналы на движение вперед, на движение назад и на блокировку двигателя в режиме паркинга. Сначала мы думали сделать это на тумблерах кнопочного типа. Но потом решили сделать максимально эстетично, использовав родной селектор переключения режимов. Японцы иногда чересчур серьезны. И для работы простого селектора у них был разработан большой блок управления к которому мы и подключились, а также наладили связь между ним и нашим контроллером.

В итоге у нас появился вот такой вот штатный селектор, который мы будем интегрировать в будущем в консоль.

Благодаря такому селектору у нас будет индикация режимов работы, подсветка, переключения режимов драйв/эконом. Эконом режим мы будем настраивать, в случае поездок неопытных водителей, чтобы максимальная мощность сильно ограничивались и человек мог привыкнуть к аппарату.

Кто смотрел видео с первым выездом, то видели, что вместо сидения у нас стоял ящик от инструментов. Это дело мы также поправили. Были установлены вот такие самодельные ковши.

Также во время пробной поездки у нас не был закреплен 12В бортовой аккумулятор. И это дело мы исправили. Установили площадку спереди. Это положительно повлияло и на развесовке.

При промежуточных выездах мы заметили, что через какое то время багги терял первоначальную мощность. На форумах некоторые люди катаются без системы охлаждения при этом в полной уверенности, что у них все в порядке. Сначала мы не понимали как это возможно. Но потом все стало ясно. В основном на Leaf катаются не гонщики и так как заряд батареи ограничен, то люди в основном передвигаются в плавном режиме. Мы же ездили "тапка в пол". У лифа существует ошибка P3252 Limits the maximum torque of traction motor to 50%. И выскакивает она при недостаточном охлаждении IGBT ключей. Поэтому далее мы установили систему охлаждения.

Помпа здесь также интересная. Не классическая механическая, а электрическая. Сейчас она просто гоняет антифриз на максимум, но в дальнейшем мы будем управлять помпой по ШИМ сигналу в зависимости от температуры антифриза в системе.

Впереди еще много работы, но мы с энтузиазмом готовы ей заниматься. Будем доделывать АБС, изготавливать приборную панель, делать визуализацию для панелей.

Кому интересно более подробная информация, то ее можно увидеть на нашем канале "Время инженеров" ниже.

Подробнее..

Контроль сонливости водителя и кресла с учётом женской анатомии что нового в автомобильных технологиях безопасности?

09.06.2021 14:20:05 | Автор: admin

В 1959 году компания Volvo стала оснащать свои автомобили трёхточечным ремнём безопасности, а затем поделилась этой технологией со всеми производителями. Спустя десятилетие появились подушки безопасности, которые после тестов внедрили в серийные автомобили. От ремней до контроля поведения водителя, от пассивной до активной безопасности: какие технологии создали в последнее время и какие из них считаются одними из эффективных, рассказываем в этом материале.

Active safety и ADAS

Автомобили оснащаются электроникой, датчиками, сенсорами, радарами, которые позволяют чувствовать себя на дороге чуть более спокойными. Одна из них технология active safety это различные стабилизационные системы, которые берут на себя управление автомобилем в критических ситуациях.

ADAS (Advanced driver-assistance systems) включает ряд функций, таких как адаптивный круиз-контроль, стабилизационные системы, автоматическое экстренное торможение, обнаружение слепых зон, предупреждение о столкновении, предупреждение о перекрёстном движении и система удержания полосы. Автомобили могут определить, покинули ли вы свою полосу движения, упустили ли из виду пешехода или животное на дороге, помогут с парковкой в неудобных ситуациях.

Эксперты считают, что автомобили, оснащённые ADAS, снизили количество аварий и спасли жизни. Согласно исследованию LexisNexis Risk Solutions, владельцы автомобилей с системой ADAS на 27% реже обращались по поводу телесных повреждений и на 19% реже обращались по поводу повреждения имущества.

Возможное снижение количества несчастных случаев по мере роста внедрения ADAS.

Данные страхового института дорожной безопасности (IIHS) и производителей CCC Information Services, показывают, что автомобили, оснащённые ADAS, сокращают количество аварий на 20-50%. Институт прогнозирует резкое снижение аварийности в ближайшие 30 лет благодаря ADAS.

Automatic Emergency Braking

Одним из самых популярных и эффективных ADAS-решений для владельцев машин является автоматическое экстренное торможение (Automatic Emergency Braking). Американский страховой институт дорожной безопасности (IIHS) считает, что системы AEB предотвратят 28000 аварий к 2025 году.

Эта система использует датчики и камеры для обнаружения потенциального лобового столкновения и измерения расстояния до любого транспортного средства, а затем автоматически включает тормоза. Сокращая время реакции человека на торможение, система AEB может снизить вероятность аварии или, по крайней мере, уменьшить тяжесть удара.

В некоторых автомобилях используются радары, установленные на передней решётке, бампере или вентиляционных отверстиях. Другие полагаются на камеры, которые обычно устанавливаются внутри лобового стекла за зоной зеркал заднего вида. Некоторые используют и то, и другое. Независимо от метода обнаружения, программное обеспечение постоянно рассчитывает вероятность аварии на основе данных датчиков.

20 автопроизводителей согласились включить в свои автомобили автоматическое экстренное торможение как стандартную опцию к 2022 году. По данным страхового института дорожной безопасности, некоторые компании выполнили обещание, хоть и не идеально. Среди них Audi, Mercedes-Benz, Volvo and Tesla, а также BMW, Hyundai, Mazda, Subaru, Toyota and Volkswagen. Некоммерческая организация Consumer Reports считает, что внедрение технологий для спасения жизней должно быть не добровольным, а обязательным. Они призывают внести в федеральный закон США необходимость оснащения уже созданными технологиями всех новых моделей автомобилей, поступающих на рынок. Компания указывает, что автопроизводители должны сменить вектор и перестать продавать safety technologies как очередную дорогостоящую надстройку, как люк на крыше или модные стереосистемы.

Какие ещё есть системы и приложения?

Помимо экстренного торможения существуют технологии, помогающие наблюдать за происходящим внутри и снаружи. Среди них:

Адаптивное освещение

Ограниченная видимость может затруднить движение в ночное время, особенно по извилистым дорогам. Адаптивные фары улучшают ночное видение за счёт регулировки направления в зависимости от дороги впереди. AFS (Adaptive Front-Lighting System) использует датчики для измерения действий рулевого управления, затем система регулирует наклон и поворот фар, чтобы лучше видеть, куда вы собираетесь. Поэтому, когда водитель поворачивает, у него будет больше шансов понять, куда он направляется, вместо того, чтобы освещать обочину дороги. Кроме того, такая система позволяет избегать попадания прямых лучей на встречные автомобили.

Камера в салоне

К примеру, проект Honda CabinWatch, где используют камеру, чтобы помочь водителям минивэнов внимательно следить за детьми на заднем сиденье. Другие компании и сервисы экспериментируют с программным обеспечением для распознавания лица, чтобы разблокировать автомобиль или определить, когда водитель устаёт или отвлекается. К примеру, так делает Яндекс.Такси с их камерой Yandex Signal Q1, которая анализирует 68 точек на лице человека с помощью технологий компьютерного зрения и нейросети. Она фиксирует различные параметры, например, частоту и длительность моргания.

Мониторинг сонливости

У Jaguar разработана система контроля степени усталости водителя (Driver Condition Monitor), которая определяет признаки сонливости и предупреждает об этом. Она анализирует широкий ряд показателей: отклик системы электроусилителя руля, нажатие на педали газа и тормоза и общее поведение во время управления автомобилем. Алгоритмы изучают полученные данные, чтобы определить момент, когда водитель устаёт. Распознав признаки сонливости, система предлагает остановиться и отдохнуть.

Проекционный дисплей

Heads Up Display позволяет не спускать глаз с дороги, проецируя важную информацию на лобовое стекло автомобиля. Во время движения водитель видит скорость транспорта и GPS-навигацию на приборной панели. Такие дисплеи, например, есть у BMW.

Что может быть не так?

Все автомобильные технологии помогают, если их действительно использовать. Исследования показывают, что водители намеренно отключают функции, которые могут помочь избежать аварий. Некоторые родители опасаются, что новые решения мешают подросткам освоить основы. Они переживают, что различные сигналы, гудки и яркие огни сами по себе могут отвлекать.

Ещё один момент стоимость обслуживания автомобилей с ADAS. Ремонт датчиков, сенсоров, радаров дорог, и иногда только производитель может им заняться.

Пассивная безопасность

Помимо ремней и подушек, к пассивной безопасности можно отнести зоны деформации, поглощающие энергию столкновения. Для введения этих технологий были организованы краш-тесты, которые проводились на телах умерших людей, животных, живых испытателях и манекенах. Помимо самих автопроизводителей, краш-тесты проводят такие ассоциации, как европейская Euro NCAP, Национальное управление безопасностью движения на трассах США (NHTSA) и страховой институт дорожной безопасности IIHS, и похожие ассоциации в Германии, Австралии, Китае и Японии. В разных странах они отвечают за рейтинг безопасности и вывод на рынок новых моделей автомобилей. Тесты проводятся с помощью манекенов и компьютерного моделирования.

Женские манекены

Как раз о манекенах мы и упомянем. В 2019 году статья Guardian Смертельная правда о мире, построенном для мужчин из жилетов к автомобильным авариям вызвала бурное обсуждение. Оказалось, что когда женщина попадает в ДТП, у неё на 47% больше шансов получить серьёзные травмы и на 71% больше шансов получить травмы средней степени тяжести. А всё потому, что в экспериментах никогда должным образом не использовали женский манекен. Он существует, но его тестируют чаще на месте пассажира, а не водителя. И это просто уменьшенная версия мужского манекена, которая не учитывает размеры и состояние грудной клетки, шейного отдела, вес, рост и возможность быть беременной.

Что изменилось за это время?

Шведские исследования показали, что современные сиденья слишком прочные, чтобы защитить женщин от хлыстовых травм: они выбрасывают женщин вперёд быстрее, чем мужчин. Закономерно, что в авангарде решений находится компания Volvo. Они создали инициативу EVA и согласно накопленным данным подготовили систему защиты от хлыстовой травмы WHIPS. Она сочетает прочный подголовник с продуманной конструкцией сиденья для защиты головы и позвоночника. По мнению Volvo, сейчас отсутствует разница в риске травмы между мужчинами и женщинами. Помимо этого, есть инновация SIPS (система защиты от боковых ударов) которая вместе с подушкой безопасности при боковом ударе снижает риск серьезных травм грудной клетки более чем на 50% для всех пассажиров. И не последнее решение от шведов они разработали первый в мире манекен среднего размера для краш-тестов для беременных. Это компьютерная модель, которая позволяет изучить, как движется пассажир, и как ремень безопасности и подушка безопасности влияют, среди прочего, на женщину и плод.

Новая линейка манекенов для краш-тестов под названием THOR доступна давно, но ещё не была официально принята системами оценки безопасности NHTSA или IIHS. По форме они больше соответствуют мужскому и женскому телу и имеют на 100 датчиков больше для сбора данных, чем семейство Hybrid III стандартных манекенов. Женская версия имеет тазовую кость и грудь женской формы.

Астрид Линдер, директор по исследованиям безопасности дорожного движения Шведского национального исследовательского института дорог и транспорта, сотрудничала с европейскими учёными, чтобы разработать EvaRID, первую женскую виртуальную модель манекена, предназначенную для проведения краш-тестов низкой степени тяжести при ударе сзади. Виртуальное моделирование не всегда даёт такие конкретные результаты, как физические тесты, но оно обеспечивает гораздо большую гибкость при моделировании автомобильных аварий с различными типами телосложения.

Джессика Джермакян из IIHS, которая стал соавтором нового исследования риска травм для мужчин и женщин, обнаружила, что, хотя улучшения в области безопасности сделали автомобили безопаснее для всех, женщины по-прежнему значительно чаще получают травмы нижних конечностей, например, ноги и ступни.

Что нас ждёт?

Появляется всё больше решений для более безопасного вождения или сокращения ДТП. Из последних новостей: в Кембридже разработали голографический дисплей для автомобиля. Голограммы появляются в поле зрения водителя в соответствии с их фактическим положением, создавая дополненную реальность по мнению авторов, это может быть менее отвлекающим решением, чем проекционный дисплей.

Никакого алкоголя

Ожидается внедрение технологии, предотвращающей вождение водителями с опьянением Driver Alcohol Detection System for Safety (DADSS) это единственная технология, разрабатываемая для измерения или количественного определения точной концентрации алкоголя в крови. Это решение не позволит водителю, находящемуся в подвыпившем состоянии, завести двигатель автомобиля и управлять им в нетрезвом виде.

География авторынка

Решения будут зависеть и от географии авторынка. Так, Volvo запланирована современные технологии предупреждения о скользкой дороге и аварийной остановке для Северной Америки.

Кибербезопасность

Из-за увеличения количества программного обеспечения в автомобиле игроки рынка автомобилестроения должны обратить внимание на кибербезопасность. Она становится новой гранью качества для транспорта. В скором времени планируется ввод обновленных стандартов и регуляций, касающихся обновления программного обеспечения автомобиля по беспроводным сетям.

Источники материала:

  1. https://www.forbes.com/sites/christopherelliott/2020/10/03/your-car-knows-best-these-new-auto-safety-features-will-surprise-you/

  2. https://www.erieinsurance.com/blog/best-car-technology-features-2020

  3. https://www.volvocars.com/mm/why-volvo/human-innovation/future-of-driving/safety/cars-safe-for-all

  4. https://www.theguardian.com/lifeandstyle/2019/feb/23/truth-world-built-for-men-car-crashes

  5. https://humanetics.humaneticsgroup.com/products/anthropomorphic-test-devices/frontal-impact/thor-5f

  6. https://www.mckinsey.com/industries/automotive-and-assembly/our-insights/cybersecurity-in-automotive-mastering-the-challenge#

  7. https://cccis.com/wp-content/uploads/2020/12/CCC-Crash-Course-2020.pdf

Если вы разбираетесь в теме технологий и вам нравится сфера автомотив, у нас открыты интересные вакансии. Мы ищем С/С++ разработчиков, QA автоматизаторов, архитекторов и других специалистов. Все вакансии в автомотив практике в Luxoft по ссылке

Подробнее..

Беспилотник на практике немного деталей про тестовую машину от StarLine

04.03.2021 14:05:18 | Автор: admin

Практика куда интересней теории. Например, для лидара дым и пар из выхлопной трубы впереди идущего авто аналогичен бетонному столбу, а круиз-контроль, через который логично было бы управлять торможением, не адаптирован к движению задним ходом. И таких нюансов множество.

Ниже небольшой рассказ про устройство беспилотного автомобиля, созданного питерской командой StarLine на базе опенсорсной платформы и цифровой модели дороги.

Мы пошли беседовать с их инженерами потому, что их авто попало в топ-50 проектов Технологического прорыва НТИ, а также выиграло соревнование Зимний город, где машины с автопилотом проходили на время 50-километровую дистанцию на полигоне с городской обстановкой. Другими словами, это не выставочный образец, который сделал три круга по территории Сколково, а реальная обкатка сложной комбинации платформ и технологий.

Начать рассказ стоит с носителя. Автопроизводители не торопятся давать сторонним компаниям API для управления своими машинами, поэтому строительство беспилотника вне стен автоконцерна всегда начинается с реверс-инжиниринга стандартных моделей.

Выбор носителя и навесного оборудования

Чтобы облегчить управление автомобилем, StarLine подбирал легковушку с автоматом, электроусилителем руля и максимальным количеством автоматических систем помощи водителю автопарковкой, адаптивным круиз-контролем, ESP, ABS. Выбор пал на Skoda Superb.

Затем выбрали датчики и органы зрения. Беспилотник ориентируется в пространстве при помощи видеокамер, лидара (для ряда тестов их устанавливали несколько), радара, а также высокоточного приемника ГЛОНАСС/GPS.

Устоявшейся конфигурации всего этого оборудования и мест его размещения на автомобиле пока нет StarLine, как и другие разработчики подобных проектов, экспериментирует.

Сейчас фронтальные, боковые и тыловые камеры установлены в герметичном боксе на крыше и обеспечивают полный обзор по периметру автомобиля. Бокс защищает объективы и электронику от сырости и городской пыли. В зависимости от погодных условий его либо подогревают, либо охлаждают. При этом объективы смотрят на окружающее пространство через толстое минеральное стекло, которое не обмерзает на морозе.

от так выглядит защищенный блок с камерами и датчикамиот так выглядит защищенный блок с камерами и датчиками

Рядом с камерами на крыше оставили место для высокоточного GPS и основного 128-лучевого лидара. Дальность действия последнего всего 100120 м, поэтому по ходу движения его показания дублируют фронтальным четырехлучевым лидаром с дальностью около 300 м. Он позволяет лучше видеть динамические объекты, а заодно обеспечивает резервирование. Для расчета маневров задним ходом и перестроения между полосами сзади установили еще один лидар.

Сколько лидаров ставить

Когда на квалификации конкурса Зимний город из-за сочетания холода и влажности отказал основной лидар, машина доехала до финиша на фронтальном и боковых лидарах, которые на том автомобиле разместили на углах заднего бампера. Они также обеспечивали круговой обзор. Так что эта избыточность уже показала себя с хорошей стороны.

Некоторые проекты беспилотных автомобилей обходятся без лидаров. Но по цифровой модели города без измерения расстояний далеко не уехать. Чтобы позиционировать автомобиль на модели с точностью до 10 см, приходится дополнять данные высокоточного ГЛОНАСС/GPS-приемника результатами лазерной дальнометрии до объектов, зашитых в модели. В теории задачу определения расстояний до характерных особенностей местности можно решить и с помощью стереокамер. Но лидар выигрывает время и существенно экономит аппаратные ресурсы. Он практически мгновенно получает данные о расстояниях до объектов, которые можно использовать и в других алгоритмах.

Не исключено, что уже завтра датчики изменят свое положение на кузове: эксперимент еще не завершен, да и техника развивается. За те пару лет, что существует проект, ассортимент датчиков на рынке стал намного больше, а сами датчики теперь совершеннее.

На некоторые датчики цена упала в десятки раз. Те же высокоточные GPS-приемники еще два года назад стоили порядка 1020 тыс. долларов, а сейчас их можно приобрести за 50100 долларов.

Разработчики уже запланировали замену тех двух лидаров на заднем бампере, которые использовали на Зимнем городе, на конфигурацию из трех: один задний плюс еще два в передних крыльях. Для Зимнего города лидары на заднем бампере приходилось выносить далеко за габариты автомобиля, в то время как монтаж на передних крыльях даст большую плотность облака точек при меньших затратах на монтаж.

Дополнительный лидар на заднем бампереДополнительный лидар на заднем бампере

Появляются как более точные инструменты, так и более защищенное исполнение, адаптированное для применения в автотранспорте. После неудачного опыта с поломкой лидара из-за намерзшего конденсата следующий выбирали уже с учетом результатов тестирования на соответствие IP68. В ответ на такой запрос китайцы прислали видео работы лидара в бочке с водой на глубине 1 м похоже, он подходит для эксплуатации в России.

Управляющая электроника

Основные вычислительные мощности разместили в багажнике. Обратите внимание, что система имеет жидкостное охлаждениеОсновные вычислительные мощности разместили в багажнике. Обратите внимание, что система имеет жидкостное охлаждение

Архитектура системы модульная. Предусмотрели слой железа и софта, специфичный для данной модели автомобиля и предназначенный для взаимодействия с его агрегатами. А всю остальную электронику и алгоритмы разработчики могут применить и на любой другой машине.

Сложнее всего было интегрировать электронику в автомобиль. Казалось, на старте проекта всё продумали осталось только провода подключить. Но без сюрпризов и реверс-инжиниринга не обошлось.

Например, изначально механизм торможения автопилота подключили в качестве эдакого адаптивного круиз-контроля. И все было хорошо, пока не потребовалось научить беспилотник ехать задом. Тут-то и выяснилось, что современный автомобиль не умеет ездить задом на круизе. Пришлось менять логику врезаться в тормозную систему между главным тормозным цилиндром и системой управления ABS, эмулируя сторонним блоком действия водителя. Блок взяли самый простой из всех, что нашли на рынке, от Toyota Prius.

Для решения части задач на уровне взаимодействия с автомобилем, например для работы с цифровыми CAN-шинами, StarLine использует компоненты собственного производства. Конкретно в этом случае использовали единственный в беспилотнике компьютер в автомобильном исполнении с защитой от вибраций и температуры. Он мониторит работу остальных блоков. А вот вычислительные системы автопилота самые обычные с поправкой на резервирование. Разрабатывать под них софт гораздо дешевле и быстрее, а это дает возможность оперативнее проверять гипотезы относительно управления беспилотником.

В системе детекции и классификации объектов, распознавания знаков и сигналов светофоров, предсказания поведения других участников дорожного движения, а также фильтрации данных с датчиков используют пару игровых видеокарт Nvidia 1080Ti.

Электронику собрали внутри рамы из алюминиевого профиля, который прикрепили к кузову через виброгасители. Изначально все это охлаждали воздухом, но так и не решили проблему с отводом тепла из замкнутого пространства. Тогда инженеры перешли на жидкостное охлаждение с дополнительным радиатором снаружи в нише бампера. Теперь антифриз заливать надо не только под капот, но и в систему управления в багажнике.

Цифровая модель дороги

В базовом варианте автомобиль StarLine ориентируется в пространстве, используя точную цифровую модель дороги. Она позволяет упростить алгоритмы управления и сэкономить на аппаратных ресурсах.

Например, необязательно пытаться разглядеть знаки начала и конца населенного пункта вместо этого достаточно опираться на информацию о том, что мы в городе и здесь разрешена скорость не более 60 км/ч.

Техническое зрение с датчиками, камерами и лидарами дополняет цифровую модель, выявляя отличия реального дорожного движения от карты, распознает препятствия, знаки, движущиеся в зоне видимости объекты. Если стоит знак о дорожных работах и полоса перекрыта, алгоритм не даст въехать в огороженную зону.

Чтобы подход с управлением через цифровую модель был применим, эту модель надо постоянно актуализировать. Для этого данные о дорожных работах и других помехах должны оперативно попадать в цифровую модель где-то в облаке, а автомобиль так же быстро получать их. И вот здесь StarLine рассчитывает на процессы цифровизации, которые параллельно идут в городской инфраструктуре. Многие конкурирующие проекты не закладываются на них, но StarLine считает, что эти технологии ближе, чем кажется.

В той же Москве уже внедрили цифровую модель дорог. Этим проектом занимается Мостранспроект.

Любые изменения в организации дорожного движения, вплоть до ремонта водопровода, попадают в эту модель до того, как их начинают осуществлять. И беспилотный транспорт вполне может использовать эти данные.

Оперативно доставлять изменения цифровой модели беспилотнику предполагается через взаимодействие с инфраструктурой V2I vehicle to infrastructure. Хотя готовых масштабных решений V2I в российских городах пока нет, уже работают пилотные проекты, демонстрирующие простейшие сценарии взаимодействие транспортного средства со светофорами для получения информации об их состоянии и рекомендованной скорости движения.

В Питере подобные решения внедряют сразу две компании. Со светофорами одной из них автопилот StarLine уже обменивается информацией. Таких объектов в городе сейчас установлено около десятка.

Глобально же V2X идея обмена информацией между автомобилем и чем бы то ни было находится на стадии войны стандартов. StarLine возлагает на эту идею большие надежды. В городе V2X может сделать беспилотные автомобили агентами оперативного обновления цифровой модели дороги и контроля инфраструктуры.

Если в модели знак есть, а на практике автомобили его не распознают, вероятно, что-то с ним не так: погнут, сломан, занесен снегом. Беспилотник может не только получать информацию о состоянии дорог, но и информировать транспортные службы о проблемах.

А на трассе V2X можно использовать, чтобы уточнить положение автомобиля в полосе на сложных участках. Вокруг трассы у нас традиционно однотипный лес на сотни километров, поэтому беспилотник не может применять методы локализации по окружающим объектам: рядом с дорожным полотном их просто нет. Зато можно использовать объекты RSU (road side unit) с собственными высокоточными GPS-приемниками для трансляции на борт автомобиля поправок позиционирования. При небольшом расстоянии до RSU итоговая погрешность будет минимальной единицы сантиметров.

Платформа и алгоритмы управления

Второй инженер на заднем сидении снимает телеметрию и следит за поведением беспилотникаВторой инженер на заднем сидении снимает телеметрию и следит за поведением беспилотника

В основе беспилотника опенсорсная платформа Autoware. На момент начала работы это был самый развитый проект с открытым исходным кодом, который помог команде погрузиться в тонкости построения подобных систем. Кстати, популярную платформу Nvidia Drive рассматривали, но отвергли из-за недостатка гибкости выбрали легко модифицируемое решение.

По мере развития своего автомобиля команда разобрала Autoware по винтикам и шаг за шагом переписала его, опираясь на тонкости ПДД и результаты собственных испытаний.

На текущем этапе в ПО беспилотника используют ROS поверх Linux. Большинство программных модулей реализуют на С++. В качестве вспомогательного инструмента, например для быстрого прототипирования решений, широко используют Python. Для тестирования применяют Docker-контейнеры. Для хранения пространственных данных геопривязанных облаков точек используют PostgreeSQL. В скором времени StarLine планирует предоставить доступ к этим данным сообществу разработчиков.

Проблемы на практике: когда лидар путает дым из трубы с бетонным столбом

На первый взгляд алгоритм движения по дороге прост. Беспилотный автомобиль следует ПДД буквально. В сомнительных ситуациях, когда опытный водитель на уровне интуиции мог бы спланировать маневр для предотвращения аварии с нарушением (например, быстро перестроиться в соседнюю полосу), беспилотник будет тормозить до полной остановки. Кажется, что все банально, особенно если учесть, что консультируют разработчиков раллисты, хорошо знакомые с физикой процесса. Сложности, как обычно, в деталях.

Беспилотному автомобилю необходимо определять окружающие его объекты видеть с помощью всех имеющихся датчиков их положение и скорость, а также классифицировать, чтобы предсказать движение в ближайшие секунды. Одно из основных требований учитывать погодные условия, т. е. не срабатывать на снег и туман, зато фиксировать потенциально опасные объекты вне зависимости от силы ветра и осадков.

Фото с соревнований Зимний город, где машина StarLine первой прошла дистанцию 50 кмФото с соревнований Зимний город, где машина StarLine первой прошла дистанцию 50 км

Наматывая тестовые часы в Питере, автомобиль StarLine проходит жесткую школу выживания в условиях, когда с утра может быть солнце и 10, а вечером +1 и ливень.

В отличие от солнечной Калифорнии, где тестируют известные зарубежные проекты, здесь то светофор снегом засыплет, то лед на дороге помешает реализовать расчетную траекторию, то неожиданно аквапланирование на лужах подключится. Шаг за шагом это подкручивает и усложняет алгоритмы расчета движения.

В этом году условия позволили разработчикам от души поработать с фильтром снега, и сейчас алгоритм довольно хорошо переваривает сильный снегопад.

Любопытно, что гораздо сложнее оказалось отфильтровать облака выхлопов, которые в морозную безветренную погоду на перекрестке оставляют за собой автомобили. Для лидара это непрозрачные препятствия, из-за которых нельзя начинать движение.

Впервые столкнувшись с такой погодой, автомобиль остался на месте, когда весь поток уехал на свой зеленый, оставив развешенные в воздухе препятствия. Победить это удалось, только дополнив данные лидара изображениями с камер и данными с других датчиков.

Отдельная история учет действий систем помощи вождению, которые есть в современных автомобилях и активируются при езде в сложных условиях. Например, если срабатывает ESP, на низком уровне автомобиль просто не даст увеличить газ, пока не будет сцепления с дорогой. Системе управления надо учитывать этот момент и не пытаться выжать газ на полную. Это знание тоже пришло из практики из экспериментов на грунтовке.

В целом в сложных условиях вождения именно набор датчиков, работающих по разным физическим принципам, обеспечивает уверенное движение. Данные с одних сенсоров работают как инструмент проверки на валидность информации с других.

Простейший пример обход ошибок спутниковой навигации. В Питере, как и в любом крупном городе, есть зоны, где сигнал спутниковой навигации не принимается или принимается слабо. Это тоннели и многоэтажная застройка, а также пятна на карте вокруг военных объектов, где присутствуют радиопомехи в широком диапазоне частот.

Автомобиль фиксирует моменты, когда данные с GPS начинают расходиться с логикой. Для прохода таких участков он применяет алгоритмы, позволяющие определить свое местоположение по окружающим объектам (с использованием цифровой модели дороги), а также считает пройденное расстояние по числу оборотов всех колес использует одометрию. В совокупности с использованием инерциальной навигации и визуальной одометрии с камер это позволяет доехать до конца тоннеля или пересечь локальный бермудский треугольник.

Катаясь по городу в разных погодных и дорожных условиях, StarLine накопил огромный опыт. Сейчас за рулем всегда присутствует оператор, который в любой момент может перехватить управление перерулить алгоритмы беспилотника. Это работает как круиз-контроль на современных машинах. Достаточно совершить любое действие: повернуть руль, газануть, нажать на тормоз и автопилот отключается.

Беспилотник готов ехать в полностью автономном режиме, но только по свободному городу и предполагая, что остальные участники движения соблюдают ПДД. С пробками пока проблемы. Часть водителей творчески трактуют ПДД, поэтому тяжело предсказать, как в следующую минуту будут маневрировать автомобили по соседству. Учить автопилот предугадывать езду по понятиям команда StarLine планирует через machine learning. Нейросети будут обучать на результатах анализа видеозаписей движения. Посмотрим, пропустит ли он после этого наглеца из правого ряда под стрелкой.

В целом проект можно рассматривать как научный эксперимент и обкатку технологий. Но уже к концу года автомобиль имеет шанс проехать по улицам города с пустым водительским сиденьем при поддержке удаленного оператора.

Lexus уже на другой платформе Baidu ApolloLexus уже на другой платформе Baidu Apollo

У StarLine есть второй проект беспилотного автомобиля на базе китайской опенсорсной платформы Baidu Apollo. В отличие от первого, он больше смотрит на камеры, чем на данные лидара и цифровую модель дороги. И практика пока не дает однозначного ответа на вопрос, какой из подходов лучше.

Подробнее..

Разработка инфраструктуры вождения автомобилей высокой автономности (HAD)

12.03.2021 10:04:49 | Автор: admin

Технологии автономных автомобилей способны совершить настоящий переворот в транспортной отрасли и оказать существенное долгосрочное влияния на образ нашей жизни, работы и бизнеса: они могут снизить количество жертв дорожно-транспортных происшествий, разгрузить дорожную сеть и высвободить время. Кроме того, в этом случае появятся новые транспортные парадигмы, включая автономные такси и модели перевозка как услуга с автомобилями совместного владения. Продукты и услуги из области автономного вождения также включают автоматическую парковку и автоматическое техобслуживание. Преимущества образуются и в таких областях, как использование земли и городское проектирование, поскольку по дорогам перемещается меньше автомобилей. При этом обеспечивается существенная экономия за счет более эффективного использования топлива и снижения эксплуатационных расходов.

1. ВВЕДЕНИЕ

Помимо преимуществ у автономных автомобилей есть и немало серьезнейших проблем.

  • Водить даже обычный автомобиль бывает очень непросто, но ситуация дополнительно осложняется, если нужна автоматическая отказоустойчивая система, способная работать в любых условиях вождения с крайне низкими показателями допустимых ошибок. Автономные автомобили образуют и потребляют огромные объемы данных. При этом в новом отчете прогнозируется рост глобального рынка автомобилей с сетевыми возможностями на 270% к 2022 году. Предполагается, что к 2022 году будет продано свыше 125 миллионов пассажирских автомобилей с возможностями сетевого подключения [1].

  • Суммарные расходы на разработку автономных систем вождения могут достигать миллиардов долларов, при этом стоимость оборудования одного автомобиля всем необходимым для полностью автономного вождения также будет весьма велика и может достигать 100 тысяч долларов [2].

  • Потребуется модернизация инфраструктуры. Может потребоваться переделать дороги, чтобы обеспечить безопасность и согласованность условий для новых типов автомобилей. Достижение такого уровня согласованности на международном уровне или хотя бы в пределах городов будет непростой задачей.

  • Также необходимо учитывать нормативно-правовые аспекты и вопросы ответственности. Например, если из-за автономного автомобиля возникнет авария, чья будет вина: водителя, производителя автомобиля или компании, разработавшей программное обеспечение для автономной езды?

  • Необходимо обучение и информирование потребителей, чтобы дать им возможность принимать решения и не реагировать на слухи, мифы и ошибочные представления об отрасли и технологии автономных автомобилей.

Во все времена существования автомобилей именно технологии определяли самые современные возможности безопасности. С 70-х годов автопроизводители стали выпускать подушки безопасности, что позволило избежать множества человеческих жертв. Применение антиблокировочных тормозных систем, которыми автомобили оснащаются с 90-х годов, привело к снижению столкновений без человеческих жертв на 6-8% [3]. Тем не менее почти 1,3 миллиона человек ежегодно становятся жертвами дорожно-транспортных происшествий [4].

Передовые достижения в области высокопроизводительных вычислений и машинного обучения, использование новых технологий в датчиках (например, лидары технология получения и обработки информации дистанционного зондирования с помощью активных оптических систем (лазеров), использующих, в том числе, явления отражения света от поверхности Земли с проведением высокоточных измерений X, Y, Z координат) и мощные вычислительные системы периметра открывают новую перспективу снижение количества человеческих жертв в дорожно-транспортных происшествиях за счет реализации автономных автомобилей.

По мере роста экономики и урбанизации все более остро встает проблема перегруженности дорожных сетей. Средний городской житель проводит на дороге 40 минут в день. Таким образом, за год такой житель тратит 167 часов (свыше четырех полных рабочих недель) на сидение за рулем, и в течение этого времени он не может обращать внимание ни на что иное, кроме собственно вождения автомобиля.

Беспилотные автомобили будут играть важную роль в будущем умных городов и повлияют на построение и устройство городской инфраструктуры. В настоящее время только в США свыше 700 миллионов выделенных парковочных мест, занимаемая ими общая площадь сравнима с площадью всего штата Коннектикут. Автомобиль в среднем занимает парковочное место в течение всего 4% времени, тогда как при использовании беспилотных автомобилей коэффициент использования возрастает до 75% [5]. По этим причинам автономные автомобильные парки станут важным компонентом в умных городах будущего.

Распространение автономных автомобилей и транспортных решений совместного пользования может повлечь объединение бизнес-моделей агрегаторов такси и каршеринга.

Отчет, опубликованный компанией Allied Market Research, гласит, что объем глобального рынка автономных автомобилей составил 54,23 млрд долларов в 2019 году, а к 2026 году может вырасти до 556,67 млрд долларов, при этом совокупные темпы годового роста с 2019 по 2026 год составят 39,47% [6]. Для систем вождения высокой автономности (HAD) и полуавтономных функций в расширенных системах помощи водителям (ADAS) требуется платформа, способная получать и обрабатывать данные как в ядре, так и на границе сети. Высокопроизводительные решения HPE для хранения и архивации данных повышают надежность развертывания, обеспечивают защиту данных и их готовность к анализу. Множество решений HAD могут предоставляться по модели как услуга или по другим моделям потребления с оплатой по мере использования. Именно в этой области действуют решения пакета HPE GreenLake, упрощая обслуживание ИТ-инфраструктуры и сохраняя конфиденциальность и контроль над ней.

В этой статье рассматриваются проблемы HAD, включая составные части процесса разработки автомобилей с высоким уровнем автоматизации и автономности.

1.1. Общие характеристики задачи

Составные части процесса разработки автономного автомобиляСоставные части процесса разработки автономного автомобиля
  1. Обнаружение. Решения HAD опираются на технологии автомобильных встроенных датчиков. Основные датчики: спутниковая система геопозиционирования (GPS), блок инерциальных датчиков (IMU), камеры, лидары, радары, ультразвуковые источники, а также различные датчики, установленные внутри автомобиля и в его силовом агрегате. Некоторые технологии уже широко применяются (например, GPS и камеры), тогда как другие (например, лидары) в настоящий момент достаточно дороги, однако по мере развития автономных автомобилей такие системы будут становиться дешевле и компактнее. Таким образом, на первом этапе необходимо преобразовать объем данных, поступающих от всего комплекса датчиков автомобиля, в подробное представление окружающей обстановки.

  2. Понимание. Модели машинного обучения в автомобиле (граница сети) и в подключенных центрах обработки данных (ядро) проводят сопоставление картины, поступившей от датчиков, с известными и заранее обработанными сценариями (например, плотный поток автомобилей на дороге дождливым днем, автомобильная стоянка ночью). Принятие решений автомобилем будет частично основываться на моделях, которые используются для понимания окружающей обстановки и обеспечения безопасности. По мере поступления новых данных автомобиль должен сопоставить их с уже обработанными и использовать результирующий поток данных на следующих шагах для принятия решения.

  3. Распознавание объектов. На этапе обнаружения выделяются объекты вокруг автомобиля: другие автомобили, дорожная разметка, знаки дорожного движения, пешеходы, маршруты движения и т. п. Цель обнаруживать окружающие объекты и на основании этих данных строить картину окружающей обстановки, причем как при наличии карты высокого разрешения, так и на новой неизвестной местности. Разумеется, важно и обнаружение знаков дорожного движения, и обмен информацией между автомобилем и инфраструктурой, а также с другими автомобилями (V2X).

  4. Восприятие. Для восприятия требуется передать модели новые собранные данные для распознавания объектов и их взаимоотношения с более крупными областями вокруг автомобиля. Компоненты этого этапа: локализация (где автомобиль?), контекстуализация (какая вокруг обстановка, возможно с использованием карт высокого разрешения?), распознавание объектов (интеграция данных с лидаров и с других датчиков) и отслеживание объектов (с помощью интеллектуальных моделей).

  5. Принятие решения. Решение это подготовка к действию. Что автомобиль должен сделать? Повернуть? Затормозить? Продолжить ехать прямо? Бортовой компьютер автомобиля принимает решения на основе данных с датчиков, обработанных в контексте окружающей обстановки. Модели обучаются с помощью алгоритмов машинного обучения и огромного объема данных, полученных с комплексов автомобильных датчиков. это позволяет создать алгоритмы, способные предсказывать потенциальные события на основе поступающей в реальном времени ситуативной информации. После этого можно применять логические схемы для определения предпочитаемой последовательности действий. Основная цель состоит в составлении стратегии вождения: уклонении от препятствий, планировании поведения, управлении на основе данных GPS, планировании маршрутов, прогнозировании явно незафиксированных событий.

  6. Действие. После принятия решения о дальнейших действиях автомобиль должен как можно быстрее приступить к их выполнению. Здесь требуется программный анализ, поскольку важно составить правильный план действий в зависимости от внешней обстановки. Если нужно, допустим, повернуть автомобиль влево, то летним днем на сухой дороге условия для этого будут совсем не такими, как зимой на скользкой дороге. Производители автомобилей уже делают шаги на пути к решению этой задачи: они уже сейчас предлагают функции помощи при перестроении и адаптивный круиз-контроль. Тем не менее по-прежнему очень непросто заставить систему управления правильно настроиться на внешнюю обстановку, в которой находится автомобиль.

От описания составных частей системы HAD перейдем к описанию ее важнейших компонентов. Данные с датчиков обычно собираются измерительными блоками в багажниках автомобилей. Первая задача при тестировании HAD заключается в выгрузке данных и в сохранении их в станции сбора данных (она также называется станцией отправки или станцией буферизации). Главное хранилище данных, как правило, представляет собой гибридное облачное решение с комплексом компонентов, по большей части расположенных в центре обработки данных (ЦОД) с возможностью использования облачных ресурсов при пиковой нагрузке.

Высокоуровневый вид компонентов разработки полного цикла системы HADВысокоуровневый вид компонентов разработки полного цикла системы HAD

В зависимости от сложности автомобиля и от степени использования программной эмуляции тестирование при разработке решений HAD обычно включает три этапа.

  • Модель в контуре управления (MIL). Тестирование модели системы и операционной среды без проведения тестов на оборудовании HAD (часто выполняется на обычных рабочих станциях). Проверка MIL обычно проводится на ранних этапах цикла разработки.

  • Программное обеспечение в контуре управления (SIL). Испытание и проверка автоматически созданного кода, используемого в контроллере системы. Тестирование SIL часто происходит в сэмулированной среде, также без проверки на системном оборудовании HAD.

  • Оборудование в контуре управления (HIL). Тестирование и проверка системного оборудования HAD для выявления всех ошибок в архитектуре оборудования или вызванных используемым компилятором.

Данные, полученные от различных датчиков, используются для разных целей. Видеоданные можно хранить вместе с данными трансмиссии или информацией с лидара. Файлы данных хранятся на общем хранилище и используются для обучения моделей ИИ, а также для тестирования программного обеспечения и оборудования в контурах управления (SIL и HIL). Разработчики внешних датчиков используют эти данные для тестирования и усовершенствования автомобильных датчиков.

2. УРОВНИ АВТОНОМНОСТИ

В соответствии с подходом SAE (Society of Automotive Engineers), который поддерживается Национальным управлением по безопасности движения автотранспорта США (NHTSA), автономность автомобилей определяется по шестиуровневой иерархии (с Уровня 0 по Уровень 5).

  • Уровень 0. Без автоматизации. Автомобилем всегда управляет только человек. При этом автомобиль может быть оснащен определенными системами предупреждения, но задача динамического вождения полностью выполняется человеком.

  • Уровень 1. Помощь водителю. Автомобиль может выполнять определенные задачи, такие как замедление и ускорение, с помощью информации, полученной из окружающей среды. При этом человек должен всегда контролировать автомобиль и выполнять задачу динамического вождения.

  • Уровень 2. Частичная автоматизация. Автомобиль может совершать маневры (перестраиваться из ряда в ряд), ускоряться и замедляться. При этом человек по-прежнему постоянно контролирует движение автомобиля и выполняет все остальные аспекты задачи динамического вождения.

  • Уровень 3. Условная автоматизация. Автомобиль выполняет все аспекты задачи динамического вождения, но человек должен быть способен вмешаться в управление при необходимости.

  • Уровень 4. Высокая автоматизация. Автомобиль выполняет все аспекты задачи динамического вождения и может принимать решения, даже если человек не отреагирует на запрос на вмешательство. Тем не менее это возможно лишь в определенных условиях вождения, например при совместных поездках в городской местности или в регионах, для которых составлены подробные карты.

  • Уровень 5. Полная автоматизация. Автомобиль выполняет все аспекты задачи динамического вождения на всех дорогах и в любых условиях, в которых в современной обстановке может вести машину человек.

Классификация уровней автономности HAD, установленная Обществом автомобильных инженеров США (SAE) [7: https://www.sae.org/standards/content/j3016_201806/]Классификация уровней автономности HAD, установленная Обществом автомобильных инженеров США (SAE) [7: https://www.sae.org/standards/content/j3016_201806/]

Последние инвестиции и корпоративные приобретения свидетельствуют об интересе отрасли к разработке HAD и о стремлении как можно скорее добиться автономности Уровня 5. Корпорация Ford инвестировала 1 миллиард долларов в Argo AI [8]. Корпорация GM инвестировала средства в Lyft и приобрела Cruise Automation [9]. Корпорация Volvo создала совместное предприятие с Uber [10]. Корпорация Uber приобрела Otto [11]. Корпорация Intel инвестировала 15,3 миллиарда долларов для приобретения Mobileye [12]. Корпорации Hyundai и Toyota объявили о собственных инвестициях в исследования и разработку HAD. Это лишь небольшая, но достаточно репрезентативная выборка деятельности в этой весьма динамичной отрасли.

Некоторые производители рассматривают концепцию автономные автомобили как услуга и предполагают, что такая модель станет важным источником доходов. Автомобили Уровня 3 станут ключевым звеном для тестирования технологий и позволят решениям HAD выйти на массовый рынок.

Инициатива достижения Уровня 5 набирает все большие обороты. Тем временем крупнейшие автопроизводители осваивают направление автономных автомобилей самостоятельно либо заключают партнерские соглашения с другими компаниями, разрабатывающими такие программы. Все производители по-разному подходят к решению проблемы. Компания Waymo (принадлежит корпорации Alphabet/Google) объявила, что интересуется только Уровнем 5. Другие компании, такие как Uber и Ford, готовятся к Уровню 4 [13]. Корпорации Daimler и Bosch объявили [14] о планах разработки автономных автомобилей Уровней 4 и 5 с возможным стартом производства к началу следующего десятилетия. Другие компании выбрали последовательное развитие: по мере совершенствования технологий HAD они проходят каждый из уровней.

3. СБОР, ПРЕОБРАЗОВАНИЕ И АНАЛИЗ ДАННХ

Чтобы объединить все составные части инфраструктуры HAD, требуется организовать передачу больших объемов данных из автомобиля в центр обработки данных и в обратном направлении. Установленные в автомобиле (на границе сети) камеры, лидары и другие датчики генерируют огромные объемы данных, а в центре обработки данных производится обучение моделей ИИ и их настройка для принятия решений в реальном времени во время езды.

Поток данных от набора датчиков одного автомобиля составляет в среднем 33 Гбит/с, это примерно 120 ТБ данных за 8-часовую поездку. Технологии еще находятся на этапе разработки, поэтому в силу действующих правовых норм потребуется хранить весь объем данных с автономных автомобилей. Однодневный тест-драйв парка из 80 автомобилей это около 10 ПБ исходных данных. Следовательно, небольшой парк автомобилей будет генерировать от 100 до 500 ПБ данных в день.

3.1. Основные принципы

Кроме наличия гибкой, масштабируемой и высокопроизводительной файловой системы при создании среды исследований и разработки HAD необходимо создать возможности для параллельной разработки, моделирования и тестирования одновременно множеству разработчиков и команд разработки. Для поддержки этих потребностей со стороны разработчиков HPE может предоставить среды разработки, работающие по облачному принципу и расположенные как можно ближе к данным как в ядре, так и на границе сети.

В этих средах крайне важно свести к минимуму перемещения данных и разместить вычислительные мощности рядом с данными. Кроме того, необходимо обеспечить возможность быстрого планирования и общего использования вычислительных ресурсов и ускорителей, чтобы повысить эффективность использования среды. В такой обстановке могут оказаться полезными решения платформа как услуга и программное обеспечение как услуга, а также контейнеры с их возможностью быстрого развертывания для выполнения определенных задач.

Существуют инструменты для построения конвейеров непрерывной интеграции/непрерывной разработки (CI/CD), предоставляющие возможность гибкого и эффективного тестирования и разработки алгоритмов.

4. ПОИСК КОМПЛЕКСНОГО РЕШЕНИЯ HAD

Для систем HAD уровней 3 и 4 требуются современные информационные технологии. Корпорация HPE является одним из ведущих мировых поставщиков решений в области высокопроизводительных вычислений, предлагая мощнейшие решения своим заказчикам, имеющим самые сложные вычислительные задачи.

Конечная цель (уровень 5) в реализации автономных автомобилей повсеместно доступный каршеринг, причем все без исключения люди, находящиеся в автомобиле, являются его пассажирами (а не водителями), а часть пути автомобиль может проезжать вообще без людей в салоне. При этом автомобили будут обмениваться данными друг с другом, постоянно предупреждая о своих намерениях и ходе движения по маршруту. Для этого будут использоваться технологии беспроводной связи, такие как Wi-Fi и 5G.

Пока такой уровень автономности не достигнут, для вождения и тестирования на уровнях 3 и 4 по-прежнему требуется мощная платформа для сбора, получения, преобразования, хранения и потребления данных. В этой инфраструктуре данные поступают от датчиков в автомобильный регистратор данных. Затем через бортовое хранилище данные поступают на станцию сбора данных. Оттуда данные передаются в озеро данных, где они преобразуются и подготавливаются к анализу и потреблению.

Центральным хранилищем, куда стекаются все данные, является озеро данных: в нем хранятся все данные, собранные автомобилями, и все данные, сгенерированные в процессе работы системы. Различные этапы потока данных, предоставленного озером данных, см. на рисунках:

Потоки данных в системе HADПотоки данных в системе HADВысокоуровневый вид компонентов разработки системы HADВысокоуровневый вид компонентов разработки системы HAD

4.1. Регистрация данных

Бортовое оборудование тестовых автомобилей собирает данные, поступающие от датчиков, и сохраняет их, при этом скорость потока данных может превышать 30 Гбит/с. Например, если эксплуатационный парк из 80 автомобилей собирает 18 ТБ данных за 8-часовую смену при скорости 5 Гбит/с в каждом автомобиле, за всю смену будет сгенерировано 1,44 ПБ сырых данных. сли же такой же автомобильный парк генерирует данные на скорости 30 Гбит/с в каждом автомобиле, за смену будет создано 8,64 ПБ данных.

Для таких высоких скоростей данных рекомендуется конвергентная система для границы сети HPE Edgeline EL8000. Это универсальная модульная конвергентная платформа, объединяющей вычислительные ресурсы и ресурсы хранения данных, и допускающая подключение датчиков. Системы HPE EL8000 могут работать в более жестких условиях окружающей среды, чем стандартное ИТ оборудование, и поддерживают удаленное управление. HPE EL8000 это идеальный регистратор данных, представляющий собой интегрированное расширение центра обработки данных.

Система HPE EL8000 может принимать десятки гигабит данных в секунду от лидаров, радаров и видеопотоков, это практичная конвергентная автомобильная вычислительная платформа для тестирования и разработки. Каналы ввода-вывода шины PCIe в системах HPE EL8000 связаны напрямую с ЦП, обеспечивается непосредственный доступ к внутренней шине ЦП. Таким образом, данные напрямую движутся в память и из памяти, а также в кэш процессора и в другие устройства PCIe.

HPE EL8000 это не просто модуль хранения данных. Эта система поддерживает 64-разрядные ЦП x86 и специализированные ускорители вычислений, в том числе видеоускорители (GPU) и П ИС. В этом отношении HPE EL8000 представляет первый шаг конвейера преобразования данных. HPE EL8000 может устранить одно из узких мест потока данных за счет автоматической разметки содержимого тегами на лету. При этом снижается объем необходимых операций предварительной обработки.

4.2. Получение данных

Существует два способа выгрузки данных.

  • Замена физических носителей. Система HPE EL8000 оборудована накопителями с поддержкой горячей замены; можно вставлять накопители в автомобильную систему и извлекать их. При этом в качестве носителей данных используются твердотельные накопители, чтобы свести к минимуму риск потери данных при манипуляциях и транспортировке. Носители информации передаются в местный центр сбора информации, информация с них считывается и по высокоскоростным каналам передачи данных передается в ЦОД.

  • Выгрузка данных по высокоскоростным локальным сетям в станции сбора данных или центры обработки данных. В этом случае для выгрузки данных с автомобилей в станции сбора данных используется локальная сеть. Станции сбора данных расположены в центрах обработки данных, где автомобили подключают непосредственно к сети ЦОД. После подключения автомобили выгружают данные в указанные целевые системы по каналам с пропускной способностью 100 Гбит/с.

Дополнительная станция сбора данных может использоваться для буферизации данных, поступающих из автомобиля, чтобы дать возможность автомобилю как можно быстрее вернуться на дорогу.

Станция сбора данных не только осуществляет буферизацию, но и служит первой точкой определения приоритета данных. В любом тест-драйве большая часть данных с высокой вероятностью не будет содержать важных событий и не будет представлять немедленной ценности для процесса разработки. Тем не менее некоторые события будут очень важны для разработчиков. Для таких случаев на станции сбора данных проводится приоритетная отправка, что дает возможность быстрее высвободить автомобиль и предоставить разработчикам самые важные данные в первую очередь. Разработчики могут применять различные алгоритмы определения приоритета, для которых могут потребоваться и более мощные вычислительные ресурсы, чем есть в HPE EL8000.

Различные файловые системы. Производительность и масштабируемостьРазличные файловые системы. Производительность и масштабируемость

4.3. Озеро данных

Основная проблема технологии хранения данных, выбранной для этого процесса, состоит в масштабируемости. На рисунке 6 показаны различные варианты файловых систем, различающихся по уровню масштабируемости и производительности.

Параллельные файловые системы, такие как Lustre, поддерживают линейное масштабирование решений. Система Lustre дает возможность создавать компоненты заданного размера и производительности, а также позволяет с высокой гибкостью добавлять дополнительные компоненты по мере необходимости. На рынке есть очень немного решений, обладающих такой надежностью, производительностью, высокой емкостью и масштабируемостью на этом ценовом уровне.

Для параллельных файловых систем также доступны программные интерфейсы доступа по традиционным файловым протоколам систем POSIX, а также интерфейсы Hadoop, традиционные для Больших данных.

Некоторые клиенты пользуются другими распределенными крупномасштабными средами, включая Hadoop Distributed File System (HDFS), Ceph и даже решения, совместимые с S3. Например, HDFS работает на стандартном оборудовании и легко масштабируется. HDFS также назначить разные уровни хранения данных в зависимости от их температуры. Самые горячие данные, к которым требуется быстрый доступ, размещаются на самых быстрых накопителях, а холодные данные на менее скоростных дисках. Такой подход дает возможность создать озеро данных с невысокими затратами и оптимизировать систему с точки зрения важности данных и потребности в них.

4.4. Методики Программное обеспечение в контуре управления (SIL) и Оборудование в контуре управления (HIL)

В отчете, опубликованном в 2016 году [15], корпорация RAND подсчитала, что для снижения количества ДТП со смертельным исходом на 20 % автономные автомобили должны проехать около 11 миллиардов миль. сли использовать парк из 100 автомобилей, которые ездят круглосуточно 365 дней в году со средней скоростью 25 миль в час, для выполнения этой задачи потребуется 518 лет. Очевидно, требуется другое решение.

Для решения этой задачи компании, занимающиеся разработкой автономных автомобилей, применяют методики SIL и/или HIL, ускоряющие тестирование.

Корпорация HPE располагает опытом создания и поставки систем моделирования для автомобильных компаний во всем мире. В этих решениях HPE обычно использует шасси HPE Apollo 2000 Gen10 с серверами HPE XL170r для вычислений с использованием центрального процессора и с серверами HPE XL190r для вычислений с использованием видеокарт (GPU).

Индивидуальные рабочие процессы SIL создаются на основе системы контроля и управления (CMS). Система CMS поддерживает планирование событий по времени и обработку очередей действий, которые будут выполняться параллельно в зависимости от наличия свободных ресурсов.

Размещение систем SIL вместе с системами хранения данных обеспечивает более высокую гибкость по выполнению требований к пропускной способности, необходимых для оптимальной работы SIL. Возможна организация доступа к системам SIL из любой точки мира для поддержки инженеров из разных стран.

Модель Оборудование в контуре управления (HIL) также можно интегрировать в основную сеть ЦОДа для организации высокоскоростного доступа к озеру данных. Поскольку требуется очень высокий уровень производительности, для конфигурации HAD предпочтительно использовать высокоскоростные среды передачи данных, такие как InfiniBand и Intel Omni-Path. Также стоит предусмотреть дополнительные каналы Ethernet 10 Гбит/с для реализации глобальной связности и индивидуальных проектов HIL.

4.5. Архивация и резервное копирование

Для создания системы HAD может потребоваться немало тестовых автомобилей, каждый из которых ежедневно генерирует терабайты данных. Легко заметить, что такой автомобильный парк может быстро создать сотни петабайт данных. При этом данные после их получения необходимо очищать, разделять и преобразовывать, создавая разные версии (в разных форматах) одной и той же информации.

Кроме того, в силу действующего законодательства и собственных политик, компании может также потребоваться архивация и резервное копирование данных. Для длительного хранения данных корпорация HPE предлагает решение Data Management Framework (DMF). Это иерархический диспетчер хранения данных с более чем 20-летней историей успешной эксплуатации. HPE DMF автоматически отслеживает свободное пространство в управляемой файловой системе. За счет этого гарантируется наличие необходимого свободного места, а системные администраторы избавляются от рутинной необходимости постоянно отслеживать загрузку ресурсов хранения данных и добавлять новые.

HPE DMF сохраняет информацию о метаданных и о данных предыдущих версий файлов, поэтому администраторам доступна полная история эволюции и полное содержимое файловых систем; можно вернуться к любому моменту и восстановить любые данные. При обращении к истории версий можно восстанавливать как файловые системы целиком, так и их фрагменты, указав необходимую точку во времени.

Ленточное решение HPE DMF построено на основе ленточной библиотеки HPE TFinity ExaScale на базе технологии Spectra. TFinity ExaScale это самая вместительная в мире отдельно стоящая система хранения данных [16]. Одна библиотека TFinity EE способна хранить до 53 450 ленточных картриджей на 44 шкафах.

При использовании технологии сжатия TS1150 емкость системы превышает 1 эксабайт. Благодаря решению Dual Robotics и 72 накопителям LTO-8 скорость записи достигает примерно 21 ГБ/с, а емкость 100,2 ПБ при использовании картриджей 8350 LTO-8 (четыре дорожки).

5. УСЛУГИ И РЕШЕНИЯ ПАРТНЕРОВ

Корпорация HPE занимает ведущую долю на рынке высокопроизводительных вычислений и обладает широчайшими возможностями для реализации решений HAD с самыми высокими требованиями к вычислительным ресурсам, системам хранения данных и сетевым ресурсам.

5.1. Создание

Организация HPE Pointnext Services создает полнофункциональную платформу для клиентов от центра обработки данных до конечных устройств (в данном случае это станции сбора данных и автомобильные регистраторы данных) и вплоть до готовых приложений для разработчиков. В зависимости от потребностей и целей клиента специалисты HPE Pointnext Services в области ИИ и обработки данных помогут:

  • исследовать цели и приоритеты сценариев использования для бизнеса, данных и участников ИТ-экосистемы;

  • определить функциональность ИИ и аналитики, необходимую для достижения поставленных целей;

  • выявить зависимости и источники данных для выработки стратегии интеллектуальной обработки данных.

5.2. Выполнение

Запуск в эксплуатацию налагает требования по необходимому уровню операционной поддержки для всех компонентов, чтобы обеспечить оптимальную доступность для поддержки бизнеса. Предоставляя услуги операционной поддержки HPE Pointnext Services, корпорация HPE может помочь в реализации операционных задач системы HAD.

Услуги адаптивного управления HPE являются составным компонентом решений HPE GreenLake: ИТ-услуги предоставляются по модели с оплатой за использование. Эта платформа позволяет решать эксплуатационные задачи для инфраструктуры компании, включающей серверы, системы хранения данных, сети, инфраструктурные программные решения, гипервизоры, системы резервного копирования и восстановления данных, а также средства безопасности, а также межплатформенное и прикладное ПО, разработанное компанией HPE и определенными сторонними поставщиками.

5.3. Потребление

Если вам требуется гибкость и полный контроль в локальной среде или публичном облаке, воспользуйтесь предложением HPE GreenLake это набор ИТ-решений с оплатой по фактическому потреблению. Предлагаем каталог полных проверенных решений, позволяющих добиться нужных результатов в области ИТ с использованием оборудования, программного обеспечения и знаний на ваших площадках по модели с оплатой за использование.

5.4. Партнеры

При разработке решений HAD могут возникать этапы, когда партнерами HPE могут становиться не только наши конечные потребители, но и другие организации (в целях создания лучших платформ и служб для HAD). Пример такого партнерства транспортировка носителей с информацией, собранной в процессе тест-драйва. В месте проведения тест-драйва пропускная способность сетевого подключения может оказаться недостаточной для отправки данных. В партнерстве с курьерской службой мы можем обеспечить доставку носителей информации в ближайшую станцию сбора данных в кратчайшие сроки.

Партнерство может работать в различных формах. Возможно, что у клиента уже есть поставщик ИТ-услуг и заказчик хотел бы реализовать платформу HAD силами этого же поставщика. Как вариант, клиентов заинтересует сотрудничество HPE с этими поставщиками услуг, чтобы обеспечить плавный и эффективный переход от этапа создания решения к этапу его использования. Корпорация HPE вместе с поставщиками услуг предлагает конечным потребителям создание и выполнение услуг, созданных HPE в содружестве с другими разработчиками. Каждый партнер привносит собственные услуги в экосистему и обеспечивает всестороннее обслуживание клиента.

6. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В дорожно-транспортных происшествиях во всем мире ежегодно гибнет около 1,35 миллиона человек. Аварии на дорогах обходятся большинству стран в 3% их внутреннего валового продукта. От 20 до 50 миллионов человек получают несмертельные травмы, часто приводящие к нетрудоспособности [18].

Автомобили высокой автономности стремительно растущий рынок, цель повышение безопасности и здоровья общества. По оценкам специалистов, если распространение автономных автомобилей достигнет 10, 50 и 90%, это может привести к снижению числа человеческих жертв соответственно на 1100, 9600 и 21 700 человек в США за год [19].

Разумеется, HAD непростая задача. Для ее решения требуются самые передовые и совершенные технологии, доступные на рынке в настоящее время, включая нейросети машинного обучения и глубинного обучения, современные ускорители вычислений, высокопроизводительные сети и среды передачи данных.

Предложения HPE позволяют удовлетворить потребности автомобильной промышленности в современных решениях ИИ и высокопроизводительных вычислений для облачных развертываний HAD. При этом клиенты могут приобрести и эксплуатировать решения самостоятельно, а также заключить договор с HPE (используя HPE Pointnext Services, HPE GreenLake и другие предложения услуг) и поручить нашей корпорации обработку некоторых или всех вычислительных задач для HAD. Корпорация HPE предлагает полный ассортимент вычислительных систем, сетевых решений, систем хранения данных и технической поддержки и услуг по всему миру, гарантируя, что разработчики уже сегодня могут приступить к созданию оптимальных решений HAD для надежных и безопасных транспортных сетей будущего.

Подробнее..

Как стать разработчиком беспилотного автомобиля?

01.02.2021 18:10:50 | Автор: admin

Мир меняется и появляется все больше новых, перспективных, интересных профессий. Растущая автоматизация и роботизация влияет на востребованность специалистов из различных областей. Мы уже можем наблюдать, как некоторые профессии теряют свою актуальность, а в скором времени исчезнут вовсе. Это естественный процесс, за последние 100 лет множество профессий появилось и ушло навсегда.

Но что нас ждет в будущем? Какие специалисты будут самыми востребованными и высокооплачиваемыми? Эксперты прогнозируют в скором будущем высокую потребность в следующих профессионалах: проектировщик 3D-печати, разработчик роботов, дизайнер виртуальной реальности, менеджер по космическому туризму, сити-фермер, онлайн-доктор, разработчик беспилотного транспорта.

Сегодня подробнее остановимся на молодой, перспективной и востребованной профессии во всем мире - на разработчиках беспилотного транспорта. Как попасть в профессию? На кого необходимо выучиться? Какие задачи предстоит решать? Постараемся ответить на все вопросы.

Образование и компетенции

Какое будущее ждет наземный транспорт и специалистов, которые с ним работают? В обозримом будущем транспорт будет становиться все более автоматизированным, а в конечном итоге и полностью беспилотным. За счет этого часть профессий исчезнет, но на смену им придут новые. Беспилотники нужно будет разрабатывать, обслуживать, модернизировать, защищать от кибератак. И молодым специалистам еще предстоит этому обучиться.

Сегодня на разработчика беспилотного транспорта не отучишься за пять лет в вузе или на дополнительных курсах. Но постепенно российские университеты начинают знакомить своих студентов с этой новой и перспективной профессией. Первую в России магистерскую программу по подготовке специалистов для работы с высокоавтоматизированными транспортными средствами уже запустил Университет ИТМО совместно с НПО СтарЛайн. Студенты изучают в университете программу Функциональная безопасность беспилотных транспортных средств, а для практики и закрепления знаний используют ресурсы НПО СтарЛайн. Молодые специалисты смогут попробовать свои силы и новые знание в проекте по созданию беспилотного автомобиля OSCAR. Студенты также могут устроиться на практику в компанию, занимающуюся разработкой беспилотников, получить бесценный опыт, а в дальнейшем и приглашение на работу.

Беспилотный автомобиль проекта OSCARБеспилотный автомобиль проекта OSCAR

В профессию разработчик беспилотного транспорта приходят люди с разным образованием, опытом работы и компетенциями. Конечно, существует определенный набор базовых знаний, которые необходимы для работы с автономным транспортом. Техническое образование, знание основ и нескольких языков программирования, английский язык, основы робототехники, машиностроения, знания в области нейронных сетей и машинного обучения. Профессия пока не требует большого опыта работы, куда важнее знания, находчивость, умение найти нестандартный выход из ситуации и навыки работы в команде. Например, в команде разработчиков проекта Беспилотный автомобиль StarLine из Санкт-Петербурга трудятся молодые специалисты, учащиеся вузов и только выпустившиеся магистры. При это беспилотник StarLine уже уверенно перемещается по дорогам Северной столицы и принимает участие в гонках высокоавтоматизированных транспортных средств на заснеженных трассах.

Над созданием беспилотного автомобиля StarLine в первую очередь работают инженеры, инженеры-робототехники, инженеры в области Data Science и искусственного интеллекта. В нашей команде есть победители хакатона, который проводился в рамках Международного фестиваля робототехники РобоФинист. Увлечение робототехникой еще со школьных лет помогло ребятам не только получить первое место, но и приглашение на работу, - рассказывает Борис Иванов, руководитель проекта Беспилотный автомобиль StarLine.

Если вы хотите заниматься беспилотным транспортом, стать разработчиком и повысить свои навыки программирования - участвуйте в конкурсах, олимпиадах и хакатонах. Это позволит получить новый опыт и знания, приобрести полезные знакомства, вас могут заметить и предложить работу. Попасть в команду разработчиков беспилотного транспорта сейчас проще, чем будет в дальнейшем, так как высокой конкуренции пока нет. Но, чтобы получить работу, необходимо обладать набором определенных уникальных знаний и уметь применять их на практике.

Задачи и востребованность на рынке

Задачи перед специалистом, работающим с беспилотным транспортом, стоят разнообразные и их большое количество. Разработчик может заниматься грузовым, пассажирским, легковым транспортом, спецтехникой для предприятий и добывающей промышленности, а также транспортом для сельского хозяйства. Для каждого вида транспорта необходимо будет решать свои уникальные задачи.

Рассмотрим подробнее чем же занимается разработчик автономного транспорта на примере все того же беспилотника StarLine. Команда, работающая над автомобилем, создает универсальную платформу, которую в дальнейшем можно будет интегрировать практически в любое транспортное средство. Специалисты работают над самой платформой; создают различные сценарии в виртуальном симуляторе, отслеживая поведение беспилотника в той или иной ситуации и корректируют его действия, обучая систему; проводят тестирования на дорогах города и на закрытых площадках, затем изучают и корректируют работу системы; создают цифровую модель дороги, которая позволяет автомобилю передвигаться, ориентируясь не только на работу датчиков. Конечно, у каждой команды свои подходы и свои цели, работа может отличаться, но разработчики из Санкт-Петербурга, США и Китая будут выполнять схожие задачи во время создания и тестирования беспилотных технологий.

Кому-то покажется трудностью и большим минусом отсутствие четкого алгоритма работы, стандартизации каждого действия и правил. Но профессия нова и интересна тем, что дает возможность изобретать, придумывать новые подходы и постоянно решать новые задачи, совершать открытия, которые могут повлиять на многие сферы жизни всего человечества.

Многим кажется, что беспилотный транспорт войдет в нашу жизнь еще очень нескоро. Но мы живем в век оглушительного развития технологий. Институты, IT-корпорации, автопроизводители и маленькие стартапы по всему миру сейчас с большим интересом осваивают беспилотные технологии. Каждый производитель авто и IT-гигант занимается разработкой прототипа беспилотного автомобиля, понимая важность и перспективность данного направления. Поэтому потребность в специалистах, которые могут работать над созданием высокоавтоматизированного транспорта будет только расти. И доходы разработчиков также будут увеличиваться, ведь они обладают уникальными компетенциями и знаниями, за которыми стоит будущее.

Испытания беспилотного автомобиля StarLine на дорогах городаИспытания беспилотного автомобиля StarLine на дорогах города
Подробнее..

Квалификация инструментов для разработки встраиваемого ПО

25.12.2020 08:10:45 | Автор: admin
Привет, хабр! В этой статье я хочу максимально просто и доступно рассказать про то, как доказывается, что ваши средства разработки и верификации подходят для создания систем повышенной надежности. Это очень важный и далеко не самый простой вопрос, и моя цель ответить на него как можно более понятным языком. В самой статье я обобщил указания из отраслевых стандартов, таких как КТ-178 или Р-331 (встраиваемое ПО в авиации), ГОСТ Р ИСО 26262-8 (встраиваемое ПО в автомобилестроении). Так что добро пожаловать под кат


Квалификация зачем она?


Отраслевые стандарты, такие как КТ-178 или ИСО 26262, описывают процессы создания ПО повышенной надежности. Если следовать этим описаниям, то создание такого ПО превратится в бюрократический ад, который будет длиться вечно. Но существует программное обеспечение, которое позволяет автоматизировать значительную часть этих процессов. Такое ПО называется инструментом. И если вы применяете инструмент, то он должен быть надежным (ИСО 26262 даже вводит термин уверенность в инструменте). Для подтверждения надежности инструмента проводится его квалификация.

Квалификация теория


В отраслевых стандартах есть понятие уровня безопасности. В разных стандартах они называются по-разному: Уровень ПО в КТ-178, Уровни Полноты Безопасности автомобиля в ИСО 26262. А для средств разработки применяются уровни квалификации инструментов (КТ-178) или уровни классификации инструментов (ИСО 26262). Эти уровни назначаются по критичности инструментов чем больше влияния оказывает инструмент на разработку, тем более высокий уровень квалификации будет ему назначен. При этом одним из главных критериев по определению влияния инструмента является мера его влияния на результирующее ПО.
В качестве примера можно рассмотреть генератор исходного кода и статический анализатор кода. Сгенерированный код попадает в прошивку устройства, которое будет установлено на борт самолета или автомобиля. Таким образом, генератор кода оказывает непосредственное влияние на результирующее ПО. Так как генератор кода сложная штука, и может генерировать код с ошибками, то к качеству этого генератора кода предъявляются строгие требования и уровень его квалификации будет максимальным. Другое дело статический анализатор, результат работы которого не попадает в бортовое ПО и степень его влияния минимальна. Поэтому для статического анализатора уровень квалификации будет ниже, чем для генератора кода.
А еще уровень квалификации напрямую влияет на трудозатраты: так, для авиации, для квалификации инструмента по наивысшему уровню КТ-178С, требуется выполнение 76 контрольных мероприятий, а по низшему только 14.
Еще один важный момент квалификация инструментов проводится не разработчиком инструмента, а непосредственно разработчиком ПО, причем квалификация должна проводиться для каждого проекта!

Квалификация заметки по практике


Как было сказано в теоретической части, квалификация инструментов это затратный процесс, однако он упрощается несколькими способами:

  • Поддержка процесса квалификации производителями инструментов (вендоров)
  • Указания по квалификации инструментов из стандартов


Рассмотрим их по порядку. В первую очередь, сами вендоры поставляют пакеты поддержки квалификации инструментов. Во вторую отраслевые стандарты содержат указания по квалификации инструментов, которые могут сократить объем работ.

Хотелось бы остановиться на втором пункте. Опять будем рассматривать генератор кода. Сгенерированный с его помощью код все равно должен тестироваться, будет собираться покрытие кода, проводится его анализ, т. е. верифицироваться.
Отраслевые стандарты говорят нам о том, что если мы будем квалифицировать инструменты, которые отвечают за верификацию кода, то квалификация самого генератора кода будет не нужна. Таким образом, сами стандарты содержат указания, следуя которым вы можете значительно сократить затраты на квалификацию.

Для квалификации инструментов верификации стандарты предписывают демонстрацию их поведения в нормальных условиях. На практике это выглядит следующим образом:

  1. Вендор поставляет набор шаблонов документов, нормативных документов и опорных тестов для инструмента и их эталонные результаты.
  2. Вы заполняете шаблоны документов и запускаете предоставленные тесты в своем окружении.
  3. Результаты тестов, запущенных вами, сравниваются с эталонами, и при расхождении результатов вы устраняете расхождение.


Стоит заметить, что описанный процесс тоже занимает достаточно много времени и, как и вся разработка, выполняется при взаимодействии с сертифицирующими органами.

Инструменты MathWorks и их квалификация


Такие инструменты как Simulink, DSP Toolbox, Control System Toolbox это стандарт индустрии для разработки систем управления, цифровой обработки сигналов. Неудивительно, что их применяют в авиации, автомобилестроении и прочих отраслях. Из разработанных моделей генерируется C/C++ код, который ездит и летает. Естественно, что перед разработчиками встает вопрос квалификации инструментов. И квалификация инструментов MathWorks для КТ-178С осуществляется для инструментов верификации моделей и кода:



А для ISO 26262 поставляются сертификаты для:

  • Simulink Check
  • Simulink Coverage
  • Simulink Requirements
  • Simulink Design Verifier
  • Simulink Test
  • Simulink Report Generator
  • Polyspace Bug Finder
  • Polyspace Code Prover
  • Embedded Coder
  • HDL Coder
  • PLC Coder


В зависимости от отрасли предоставляются пакеты поддержки квалификации инструментов DO Qualification Kit для авиации или IEC Certification Kit для автомобильной, железнодорожной и других отраслей.

Вместо выводов


В данной статье был дан обобщенный обзор процесса квалификации инструментов в соответствии с отраслевыми стандартами. В ходе написания данной статьи, я руководствовался следующими источниками:
  1. Р-330, Руководство по квалификации программных инструментов, в частности:

  • п. 2.0 Назначение квалификации инструмента
  • п. 3.1. Уровни квалификации
  • Справочные материалы D, вопрос D7

  1. ГОСТ Р ИСО 26262-8, Глава 11, Уверенность в использовании инструментального программного обеспечения

Если вам интересно как создаются системы повышенной надежности, то напишите в комментариях, что требуется рассмотреть в следующих статьях.
Подробнее..

Почему свернули проект ядерного самолета, и чем закончилась попытка добыть нефть с помощью ядерных взрывов

20.02.2021 16:15:19 | Автор: admin


Ядерная энергия, безусловно, совершила технологическую революцию. Но почему мирный атом не используют повсеместно? Я расскажу вам, по какой причине свернули проект ядерного самолёта и атомобиля, и чем закончилась попытка добывать нефть с помощью ядерных взрывов.

Ледоколы

В 1959 году суперзвездой мировых новостей стал Ленин первый в мире атомный ледокол вышел на испытания в море. Судно с ядерной силовой установкой на борту и сейчас выглядит впечатляюще, а в 1959 люди были потрясены: вертолётная площадка, кинозал, музыкальный салон, настоящий плавучий город. Атомный ледокол сконструировали для обслуживания Северного морского пути и экспедиционного плавания в Арктике. В сутки он расходовал примерно сорок пять грамм радиоактивного топлива.

Советский атомный ледокол ЛенинСоветский атомный ледокол Ленин

Раньше ледоколы были дизель-электрические или даже паровые, например Красин, стоящий на вечной стоянке в Санкт-Петербурге. Стране нужен был более мощный корабль. И не просто более мощный, но и способный ходить несколько месяцев без дозаправки топливом, поскольку заправляться на Северном морском пути, по сути, было негде.

Военные эксперты опасались, что в открытом море на ядерном реакторе произойдет авария. Но за тридцать лет службы никаких форс-мажорных ситуаций не случилось. Самый сложный ремонт ледокол Ленин перенес в 1967 году. Это была целая операция по замене атомной установки, для проведения которой пришлось взрывать днище. Саму же идею строить суда на ядерном топливе признали крайне удачной. Так в СССР появился единственный в мире атомный ледокольный флот.

Затем в советское время стали интенсивно строиться серии ледоколов. И эта флотилия ледоколов работала до Карских ворот и дальше. Последний атомный ледокол 50 лет Победы был уже построен при Новейшей России. Сейчас он единственный, который находится в строю.

50 лет Победы не просто самый большой ледокол в мире, он ещё и круизный лайнер. Коммерческие туры помогли уцелеть атомному флоту в 90-е годы прошлого века. Сейчас этот ледокол прокладывает путь для других судов и катает туристов. Стоимость билета на Северный полюс начинается от двух миллионов рублей. Цена зависит от класса каюты.

Российский атомный ледокол 50 лет ПобедыРоссийский атомный ледокол 50 лет Победы

Атомные автомобили

В середине прошлого века мир охватила ядерная эйфория. Казалось, человечество нашло неограниченный источник энергии. Пытались создать даже автомобили на атомной тяге. Nucleon первый и самый известный проект такого типа.

По расчетам инженеров, машина с фантастическим дизайном могла проехать восемь тысяч километров. Конструкторы автоконцерна продумали всё от бампера до последнего винтика. Но партнеры компания по производству реакторов для подводных лодок не смогли создать автомобильный вариант атомного двигателя. Амбициозный проект остался в виде макета.

Nucleon первый проект атомобиляNucleon первый проект атомобиля

Саму идею поставить ядерный реактор на колеса специалисты оценивают скептически. Они считают, что это крайне опасно, потому что в случае поломки реактора придется эвакуировать всё население в радиусе тридцати-сорока километров.

Век без дозаправки!, с таким громким лозунгом несколько лет назад американская компания представила проект автомобиля на ториевом реакторе. Причём по конструкции он напоминает старый Nucleon: кабина тоже убрана подальше от атомного двигателя. Хотя торий не такой опасный и радиоактивный, как плутоний или уран (для создания ядерной бомбы он не годится), тем не менее без защиты для пассажиров и водителя в таком автомобиле не обойтись.

Проект Кадиллака на ториевом двигателеПроект Кадиллака на ториевом двигателе

Советский атомолёт

После Второй мировой войны супердержавы по разные стороны океана разрабатывали проект ядерного самолёта. Идея создать бомбардировщик с практически неограниченным радиусом полета была очень заманчивой. В СССР испытательную лабораторию сделали на базе ТУ-95.

Советский атомолет Ту-95 ЛАЛСоветский атомолет Ту-95 ЛАЛ

В США экспериментальный реактор установили на модифицированную версию стратегического бомбардировщика B-36. Атомная установка и система защиты экипажа составляли блок массой шестнадцать тонн, то есть полезной нагрузки было очень мало. Для какого-либо запаса бомб места практически не было.

Атомный стратегический бомбардировщик В-36Атомный стратегический бомбардировщик В-36

Испытания показали, что самолёт оставляет за собой радиоактивный след. Проект свернули, а опытный образец разобрали со всеми мерами предосторожности. В Советском Союзе от идеи создать атомолет тоже отказались. Сегодня военные самолеты могут пролететь больше десяти тысяч километров с помощью дозаправки в воздухе.

Бредовая идея канадских ученых

В Канаде в 50-х годах всерьёз обсуждали возможность добывать нефть с помощью ядерных взрывов. Запасы черного золота там огромные, но почти все они заключены в нефтеносных песках, поэтому традиционные способы добычи неэффективны. По расчетам специалистов, энергия ядерного взрыва должна была освободить нефть, после чего её легко можно было бы выкачивать.

В Канаде собирались добывать нефть с помощью ядерных взрывовВ Канаде собирались добывать нефть с помощью ядерных взрывов

Для испытания подобрали место в провинции Альберта. Но такие новости вызвали панику среди местных жителей. Серия подземных ядерных взрывов в СССР и США показала, что подобные опыты опасны для окружающей среды. Так что одобренный правительством проект резко свернули.

Заключение

Давняя мечта фантастов и ученых создать эффективный термоядерный реактор. Топливо для него (дейтерий или водород) можно добывать из морской воды. Ядра этих элементов при слиянии выделяют огромное количество тепла. Сама реакция абсолютно безопасна, но пока создать установку, которая производит больше энергии, чем потребляет, не удалось.

Экспериментальные реакторы строят в США, Великобритании, Китае и во Франции. Вполне возможно, что в XXI веке вместо ядерной гонки начнется термоядерная.

Подробнее..

Категории

Последние комментарии

  • Имя: Макс
    24.08.2022 | 11:28
    Я разраб в IT компании, работаю на арбитражную команду. Мы работаем с приламы и сайтами, при работе замечаются постоянные баны и лаги. Пацаны посоветовали сервис по анализу исходного кода,https://app Подробнее..
  • Имя: 9055410337
    20.08.2022 | 17:41
    поможем пишите в телеграм Подробнее..
  • Имя: sabbat
    17.08.2022 | 20:42
    Охренеть.. это просто шикарная статья, феноменально круто. Большое спасибо за разбор! Надеюсь как-нибудь с тобой связаться для обсуждений чего-либо) Подробнее..
  • Имя: Мария
    09.08.2022 | 14:44
    Добрый день. Если обладаете такой информацией, то подскажите, пожалуйста, где можно найти много-много материала по Yggdrasil и его уязвимостях для написания диплома? Благодарю. Подробнее..
© 2006-2024, personeltest.ru