X-by Wire Teknolojisinin Tanımı

Günümüz otomobillerinin tasarımında, otomobilin ağırlığı, yakıt tasarrufu, sürücü konforu, artan sürücü gereksinimlerini karşılamak gibi öğeler göz önünde tutulan en önemli faktörlerdir. Tabi ki bu faktörler çoğaltılabilir. Bu gibi unsunlar göz önünde tutularak her geçen gün otomobil sektöründe bir yenilik ortaya çıkmaktadır. Bu yeniliklerin en önemlisi X-by Wire teknolojisidir. X-by Wire kavramındaki “x” değişkenliği sembolize etmektedir. Örneğin: Elektrikli Direksiyon Sistemi (Steer by wire), elektrikli fren sistemi (break by wire)

X-by Wire teknolojisi, mekanik ve hidrolik sistemlerin yerini, kontrol edilebilen elektronik sinyallerin ve tel sistemlerinin almasıdır. Bu teknoloji ilk kez 1972 yılında NASA’nın Dijital Fly-by-Wire uçağında görülmüştür [11]. Bu uçakta geleneksel uçaklardan farklı olarak, kablo yığınlarının ve hidrolik ünitelerin yerine teller kullanılmaktaydı. Bu sayede uçaklarda, istenilen hafiflik ve tasarımda yaşanan ekipman için yer bulma sıkıntısı çözümlenmiş oldu. Bu ilerleme zamanla daha da geliştirilerek yayıldı. Günümüzde artık her uçakta bu sistem uygulanmaktadır. Otomobil sektörü de uçak endüstrisini takip etmektedir. Otomobillerdeki x-by wire teknolojisi ise, uçaklarda olduğu gibi mekanik ve hidrolik sistemlerin yerini alan

teller ile haberleşmenin yapıldığı, elektrik motorlarının olduğu ve kontrol edilebilir akıllı kontrol birimlerine sahip sistemlerdir.

Şekil 4.1 : Sembolik X-by Wire Mimarisi [13]

Mekanik iletim ekipmanlarının yerini kontrol edilebilir elektronik iletim ve kontrol sistemlerinin almasıyla birlikte geleceğin otomobillerinin alt yapısı oluşmaya başlamıştır [12]. Şekil 4.1’de x-by wire teknolojisinin sembolik mimarisi gösterilmektedir.

4.2.1 X-by Wire Teknolojisinin Avantajları

Otomobillerde X-by Wire teknolojisi kullanılarak,

• Mekanik ekipmanlardaki büyük kayıplar minimize edilebilir ve hatta yok edilebilir. Örneğin; elektrikli direksiyon sisteminde orta şaftın kalmasıyla bu ekipman üzerindeki kayıp ortadan kaldırılmış olur.

• Hidrolik ünitelere ve bu ünitelerin ekipmanlarına ihtiyaç duyulmamaktadır. Örneğin; elektrikli direksiyon sisteminde kullanılacak elektrikli motorlar sayesinde şu anki hidrolik sistemin getirdikleri sağlanmış olacaktır.

• Otomobillerde dizayn özgürlüğü sağlanacaktır. Örneğin; direksiyonun sağda veya solda olması için bir engel kalmayacaktır.

• Kontrol kolaylığı getirecektir. Örneğin; elektrikli direksiyon sisteminde bulunan elektronik sistemler kontrol algoritmalarında büyük çözümler sunmaktadır.

• Geleceğin akıllı araçlarının mimarisinin alt yapısını oluşturacaktır. Örneğin; kendi kendine gidebilen araçlar, verilen bir koordinata göre hareket edebilen araçlar üretilebilir.

• En önemlisi yakıt ekonomisi sağlanacaktır. Örneğin; hidrolik sistemleri ortadan kalması sonucunda, hidrolik sistem için gerekli olan yakıt yanması önlenecektir.

• Daha hafif otomobil tasarlama imkanı sağlanacaktır.

• Otomobillerin tasarlanmasındaki test aşamasında kolaylık sağlanacaktır. 4.3 X-by Wire Teknolojisinde Kullanılan Haberleşme Protokolleri

Otomobillerde kullanılan haberleşme protokolleri SAE tarafından haberleşme hızlarına göre sınıflandırılmıştır. Ayrıca bu sınıflandırılmaya göre otomobillerde kullanılması gereken alanlar belirlenmiştir. Ek_B’de SAE tarafından yapılan sınıflandırma bulunmaktadır [14].

Aşağıda otomobillerde kullanılan haberleşme protokollerinin bazıları gösterilmektedir.

• CAN ( Control Area Network ) • TTP ( Time – Trigged Protocol )

• TTCAN ( Time-Trigged Protocol behaviour on CAN Standart ) • FlexRay

• Lin (Local Interconnect Network) • USB (Universal Serial Bus) • SAFEbus

4.3.1 CAN Bus Haberleşme Protokolü

BOSCH ve INTEL tarafından 1982’lerde bulunmuş ve geliştirilmiştir. Multi-Master yani bütün CAN noktalarının data iletebildiği ve birkaçında eş zamanlı olarak istekte bulunabildiği veri yolu sistemi olan CAN, hiçbir abone yada kullanıcı için herhangi bir adreslemeye sahip olmamakla birlikte, öncelikli mesajın iletilmesi şeklinde veri iletir. EK_C’ de CAN Bus veri katarı yapısı verilmektedir [15,16].

CAN Bus haberleşme protokolünde, haberleşmedeki hatanın belirlenmesi için çeşitli kontroller yapılmaktadır. Bu kontroller aşağıda verilmektedir:

• Bit kontrolü (Çıkış için bit voltaj seviyeleri kontrolü). • Aynı polarite de olan 5 bitten fazlasını kontrol eder. • CRC kontrolü (15 bit veri sağlama toplamı yapar). • Standart veri oluşumunu kontrol eder.

• Onay biti kontrolü yapar (Ack field “1” olmalıdır). i . CAN Bus Haberleşme Protokolü Avantajları

• Uygulaması kolaydır.

• Yeni bir düğüm eklemek kolaydır.

• Ucuz ve testleri yapılmış günümüzde uygulama alanları bulmuştur. ii . CAN Bus Haberleşme Protokolü Dezavantajları

• Birçok düğüm noktası aynı anda veri göndermek istediğinde tepe yükü oluşur.

• Düğümler tarafından gönderilen kesintisiz mesajlar tarafından, hattın meşgul edilmesine karşın bir koruması yoktur.

• Onay biti kontrolü ekstra zaman almaktadır.

• İletim zamanın hesabı en kötü durum gecikmesine göre hesaplanmalıdır. Yoksa tepe yüklerde yetersiz kalır.

iii . CAN Bus Haberleşme Protokolü Veri Hızı

• 125 kbps – 1 Mbps arasında ayarlanabilir. 1Mbps veri hızı, 40m ile sınırlıdır. 4.3.2 TTP Bus Haberleşme Protokolü

Viyana Teknik Üniversitesi tarafından bulunan ve geliştirilen bir haberleşme protokolüdür. Zaman tetiklemeli olarak veri alış-verişi yapılmaktadır. Her düğümün bir mesaj gönderebildiği bir haberleşme çevriminde her düğüm için bir zaman aralığı ayrılmıştır. Eğer bir düğümün gönderecek bir mesajı yoksa boş bir mesaj gönderir. TTP/A ve TTP/C olmak üzere iki farklı tipi vardır. A kodu SAE tarafından oluşturulan sınıflandırmadaki A sınıfında, C kodu ise C sınıfında kullanılmaktadır. EK_D’ de TTP Bus veri katarı yapısı verilmektedir. [14,17,18]

i . TTP Bus Haberleşme Protokolü Avantajları

• Mesajlar minimum gecikme ve minimum kararsızlıkta taşınır. • Dağıtılmış yedeklemeye sahiptir.

• Minimum ek yük getirisi yoktur.

ii . TTP Bus Haberleşme Protokolü Dezavantajları

• Alarm ve acil olaylar için değişebilir bir band genişliği öngörülmemiştir. • Pahalı bir sistemdir.

• Yeni bir düğümün eklenmesi varolan sistemi etkiler. iii . TTP Bus Haberleşme Protokolü Veri Hızı

• Maksimum 25Mbps veri hızına kadar programlanabilir. 4.3.3 FlexRay Haberleşme Protokolü

BWM, DaimlerChrysler, General Motors, Bosch, Motorola ve Philips firmaları tarafından 1999 yılında oluşturulan bir konsorsiyum tarafından geliştirilen bir haberleşme protokolüdür. FlexRay haberleşme protokolünün iki önemli özelliği vardır. Birincisi, haberleşme band genişliği kullanıcı tanımlı ve standart zaman tetiklemeli haberleşme olarak ayrılabilir. İkincisi ise, eğer istenirse bir yedekleme

kanalı olarak kullanılabilir. EK_E’de FlexRay Haberleşme Protokolü veri katarı yapısı verilmektedir [14,19,20].