Aktuální vydání

celé číslo

07

2021

Automatizace řízení dopravy a infrastruktury, nabíjecí stanice, autonomní vozidla

celé číslo

Panelové počítače do vozidel jako zvláštní kategorie řídicí techniky

Trh pro panelové počítače (panel PC) se stále více rozrůzňuje. Na jedné straně existu­je diferenciace z hlediska výpočetního výkonu, velikosti displeje a metod zobrazení, na druhé straně roste i diferenciace z hlediska oblastí použití. Příkladem může být trh s pa­nelovými počítači do vozidel. V současnosti je to speciální kategorie řídicí techniky, cha­rakterizovaná zvláště požadavkem na práci v náročných podmínkách. Druhou význam­nou charakteristikou této oblasti trhu je rychle rostoucí poptávka.
 

Rostoucí trh

 
Analytici ze společnosti Berg Insight předpokládají, že složená roční míra růs­tu CAGR (Compound Annual Growth Rate) trhu systémů pro správu vozového parku do roku 2015 se bude v Evropě pohybovat oko­lo 20,7 %. Také na americkém trhu se očeká­vá růst trhu v desítkách procent. Růst v této oblasti je umožněn dostupností širokopásmo­vých mobilních připojení, příznivějšími ceno­vými modely v oblasti UMTS a příchodem nové metody přenosu dat v mobilních sítích – LTE. Další činitele, které umožňují růst trhu, jsou v oblasti řídicí techniky pro vozidla: ce­nově dostupné a energeticky úsporné vestav­né počítače a displeje čitelné i na slunci.
 

Velký potenciál úspor

 
Předpokladem pro využití technických možností, které se zde nabízejí, je přidaná užitná hodnota, která dá investicím do inovací smysl. Na trh kladně působí potenciál úspor, jichž lze dosáhnout uplatněním inte­ligentních systémů správy vozového parku. Přední dodavatelé těchto systémů v průměru předpokládají, že lze ušetřit až 22 % celko­vých nákladů na vozový park, resp. 700 eur na vozidlo a měsíc. To je velký potenciál, kte­rý stojí za to využít.
 

Heterogenní poptávka

 
Existuje velké množství typů panelových počítačů s dotykovým displejem určených pro použití ve vozidlech. Někdy jsou to panelo­vé terminály, které nemají žádnou vlastní in­teligenci a musí být připojeny k vestavnému počítači typu box PC. Jindy jde o integro­vanou samostatnou jednotku, a v některých případech dokonce o mobilní tablet nebo in­teligentní zařízení v podobě handheldu. Ve­likost displeje závisí na tom, jaké aplikační programy mají být na zařízení provozovány a kolik jich má být. Někdy jsou to jednodu­ché aplikace pro komunikaci s dispečinkem, zákazníky, řidiči a navigačním systémem. Jin­dy jde o složité aplikační programy s vazba­mi na ovládání elektronických systémů vozi­dla. Podle výzkumu firmy Strategy Analytics roste trh s elektronikou do vozidel rychleji než trh se samotnými vozidly. Je zřejmé, že je poptávka po stále inteligentnějších zaříze­ních určených i pro složité úlohy např. v užit­kových vozidlech nebo stavebních strojích. V této rozvíjející se oblasti rostou požadavky zákazníků, a tudíž i složitost aplikačních pro­gramů. Pro výběr a návrh panelových počíta­čů nejsou rozhodující jen rozhraní „nahoru“ směrem k dispečinku správy vozového parku a „dolů“ směrem k elektronickým systémům vozidla, ale celé prostředí aplikačních pro­gramů, které budou na počítači provozovány.
 

Tvrdé požadavky

 
Na všechny počítače určené pro vozidla jsou kladeny velké požadavky. Zaprvé, vozi­dla se zpravidla nepoužívají ve vnitřním pro­středí, to znamená, že počítače se musí vypo­řádat s kolísáním teploty i vlhkosti. Svou roli hraje také odolnost proti vibracím a rázům. Některá vozidla, např. zemědělské nebo sta­vební stroje, se používají off road, mimo as­faltové silnice a zde mohou být vibrace a ná­razy mimořádně silné.
 
V počítačích určených pro vozidla jsou důležitá odolná paměťová média. Jejich na­bídka začíná např. robustními rotačními pevnými disky určenými pro použití v sil­ničních vozidlech a končí u polovodičových disků SSD s mimořádně velkou odolností proti vibracím a rázům. V závislosti na pra­covních podmínkách jsou často požadová­ny displeje čitelné i na plném slunci, které dokážou svůj jas přizpůsobit okolním pod­mínkám. Dále bývá požadováno, aby se za­řízení dokázalo bezpečně vypnout v době startování vozidla. Ke zvýšení odolnosti proti vibracím přispívají např. upevňovací šrouby se zajištěním. Častým požadavkem je i ochrana proti stříkající vodě. Displeje určené pro extrémně chladné podnebí musí mít zajištěné vytápění. Dotykové panely panelových počítačů určených pro stavební stroje nebo vozidla pro svoz odpadu musí umožňovat ovládání v rukavicích. Dalším významným kritériem je také dlouhodobá dostupnost zařízení.
 

Špičkové panelové počítače pro drážní vozidla

 
Mezi špičkové panelové počítače určené pro použití ve vozidlech patří Kontron Dis­play Computer HMITR s úhlopříčkou disple­je 10,4" a procesorem Intel® Atom™ E6xx (viz text v rámečku; obr. 1). Počítač vyhovuje normě EN 50155 pro elektrická zařízení dráž­ních vozidel. Vyznačuje se rozšířeným rozsa­hem pracovních teplot (podle EN 50155 T1), malou spotřebou, a přitom výkonnou grafikou a vynikajícím zobrazením. Pracuje s pasivním chlazením, bez ventilátoru, a jeho provoz je bezúdržbový. Je určen pro vizualizační a řídi­cí úlohy podle UIC 612-01 (norma pro zobra­zovací systémy v kabině strojvedoucího) a je vybaven dotykovým displejem nebo bezzdvi­hovými klávesami. Je připravována jeho ver­ze s kapacitním dotykovým displejem. Čelní strana má krytí IP65, tzn. že je odolná pro­ti prachu a stříkající vodě. Vzhledem k odol­né konstrukci lze Kontron HMITR použít v mnoha oblastech dopravy, nejen drážní, ale také např. v průmyslové automatizaci.
 
Typickým příkladem použití je zobrazo­vací systém strojvedoucího, DDS (Driver Display System), podle již zmíněné normy UIC 612-01. Kontron HMITR zde má o funk­ce dohledu a ovládání systémů vozidla. Jiným příkladem použití jsou jeřáby a vysokozdviž­né vozíky, a to i pro použití ve venkovním prostředí. Výhodou je zde robustnost a odol­nost proti extrémním teplotám, které je do­sahováno konstrukčními úpravami a výbě­rem vhodných komponent na desce počítače. Velká je také spolehlivost, charakterizovaná střední dobou mezi poruchami (MTBF). Za­řízení odpovídá nejdůležitějším normám pro drážní dopravu: ČSN EN 50155 (Drážní za­řízení – Elektronická zařízení drážních vozi­del), ČSN EN 50121-3-2 (Drážní zařízení – Elektromagnetická kompatibilita – Část 3-2: Drážní vozidla – Zařízení), ČSN EN 61373 (Drážní zařízení – Zařízení drážních vozidel – Zkoušky rázy a vibracemi), ČSN EN 60950 (Zařízení informační techniky – Bezpečnost) a ČSN P CEN TS 45545-1 (Železniční apli­kace – Požární ochrana železničních vozidel – Část 1: Všeobecně). Konstruktéři tak dostá­vají do ruky aplikačně specifickou, k použití připravenou platformu bez nutnosti investo­vat čas a prostředky do vlastní certifikace.
 

Robustní box PC s připojeným panelovým monitorem

 
Ne vždy je vyžadován integrovaný sys­tém, který v jednom zařízení kombinuje ří­dicí funkce a grafické uživatelské rozhraní. Naopak, v případě, že elektronické systémy vozidla musí plnit stále více funkcí, je pro konstruktéry mnohdy jednodušší tyto funkce realizovat počítačem typu box PC a vizualizaci zajistit externím monitorem. Jednou z výhod je, že v kabině řidiče nemusí být ve­deny kabely od všech připojených elektronic­kých jednotek. Další výhodou je, že hloubka zástavby panelu může být menší. Proto může být kombinace box PC a jednoduchého mo­nitoru považována za jednu z možností, jak realizovat grafické uživatelské rozhraní ve vozidlech.
 
Vhodným počítačem box PC ze sorti­mentu firmy Kontron je MICROSPACE® MPCX28 s procesorem Intel® AtomTM Z530 a řadičem můstku Intel® System Controller Hub US15W (viz text v rámečku; obr. 2). Po­čítač má certifikaci E1 pro sériově vyráběná vozidla a jeho technická specifikace z hle­diska odolnosti a certifikace je zhruba stejná jako u HMITR.
 
Pro připojení jednotlivých periferií jsou k dispozici sloty PCI/104 pro ultra­tenké a prostorově úsporné rozšiřující kar­ty PCI/104. Připojení modulů GPS, GSM//UMTS a WLAN je možné prostřednic­tvím dvou slotů PCIe MiniCard. Vzhledem k velké míře flexibility je počítač box PC Kontron Microspace MPCX28, zkonstru­ovaný se švýcarskou přesností, ideální pro množství úloh ve vozidlech – v autobusech, osobních a nákladních vozidlech nebo speci­álních (automatizovaných) nákladních vozidlech s velkou nosností, používaných ve vni­tropodnikové logistice. V autobusech nebo ve vozech taxislužby funguje jako základ in­formačního systému cestujících, pro videodohled nebo pro prodej a kontrolu jízdních dokladů. Typické systémy v nákladních vo­zidlech využívají sběrnici CAN a jejich úko­lem je dohled nad vozidlem a nákladem, navigace GPS a komunikace GSM, GPRS a UMTS pro dispečink a systém správy vo­zového parku. Ve vnitropodnikové logistice najdou tyto počítače uplatnění v automati­zovaných průmyslových vozidlech pro pře­pravu extrémně těžkých nákladů stejně jako v automaticky vedených vysokozdvižných vozících řízených prostřednictvím WLAN a využívajících čtečky optických kódů nebo RFID.
 

Méně je někdy více

 
Ne vždy jsou kladeny tak velké požadavky na robustnost, dlouhodobou spolehlivost a cer­tifikaci. Není pravidlem, že systém musí mít certifikát pro drážní techniku. V takových pří­padech je možné s výhodou využít panelové počítače pro běžné použití, jako např. Micro Client II, nebo běžné box PC, např. Box PC CB7xx (obr. 3). Jsou vhodné tam, kde počítače nemusí pracovat v tak širokém rozsahu teplot a není třeba tak vysoká odolnost proti vibra­cím a rázům. Příkladem jsou vozidla záchra­né služby, přenosové televizní vozy, vozy pro různé mobilní služby apod. Oba uvedené typy počítačů od společnosti Kontron jsou v těchto úlohách v praxi skutečně využívány.
 
Obě skupiny počítačové techniky, běžné i speciální, se navzájem pronikají. Nejdůle­žitější jsou individuální požadavky výrobců systémů pro vozidla. Jen zřídka lze použít hotový katalogový produkt, protože zařízení musí být integrováno do kabiny řidiče podle požadavků koncového uživatele. Dodavatelé systémů pro vozidla a správu vozového parku mají často velmi speciální požadavky např. na kryt přístroje (plastový, kovový) a typy roz­hraní. Kontron nabízí široký rozsah počíta­čové techniky, od vysoce specializovaných drážních počítačů až k běžným panelovým počítačům a počítačům typu box PC. Jeho na­bídka zahrnuje množství platforem, které lze modifikovat podle individuálních požadavků zákazníka, přičemž Kontron dále ručí za je­jich funkčnost jak z pohledu použitých kom­ponent, tak z pohledu systému. To je klíčové pro výběr správného produktu: snižují se tím celkové náklady a výrobce současně zaruču­je dlouhodobou dostupnost. To je kombina­ce, kterou dokáže nabídnout jen málokterý výrobce vestavných systémů.
 
Jsou-li v některé fázi požadovány systé­my založené na procesorech ARM, opět je Kontron tou správnou volbou, protože společnost oznámila svůj strategický vstup do této oblasti trhu. Uvedení prvních produktů s procesory ARM je očekáváno v roce 2012.
Walter Further,
Director Transportation, Kontron
 
 
Obr. 1. Kontron HMITR je počítač pro použití v drážní dopravě, mimořádně odolný a na­vržený k zabudování do ovládacího pultu vozidla; vyvíjena je další varianta určená k montáži VESA a s krytím IP65
Obr. 2. Box PC Kontron Microspace MPCX28 se slotem PCI/104 pro ultratenké a prosto­rově úsporné rozšiřující karty PCI/104 pro připojení periferií; jako GUI funguje oddělený panelový monitor
Obr. 3. Pro použití ve vozidlech jsou vhodné i běžné panelové počítače jako Micro Client II nebo Nano Client s krytím IP66, Medi Client v plastovém krytu nebo box PC typu CB7xx; používají se např. ve vozech mobilních služeb nebo ve vozech záchranné služby
Obr. 4. Pro ultramobilní zařízení, např. taková, která může řidič půjčit pasažérům, dodává Kontron handheld PC, tabletová PC a notebooky od firmy Getac
 

Technické parametry Display Computer HMITR

 

Kontron Display Computer HMITR je vybaven nejnovějším procesorem Intel Atom E6xx (až 1,6 GHz), vysoce integrovaným řadičem můstku Intel Platform Controller Hub EG20T a pamětí RAM 1 024 MB připájenou na desce. Pro snadnou integraci se systémy vozidel je k dispozici bohatá nabídka rozhraní: Fast Ethernet (dva konektory M12-D), USB 2.0 (dva konektory M12), sériová rozhraní RS-232/422, GPIO CAN Layer2, konektor pro reproduk­tor (D-sub25) a rozhraní pro audiosignály (Line-In/Out). Pod servisní krytkou jsou navíc k dispozici rozhraní pro Gigabit Ethernet a USB 2.0 a sloty pro karty SIM a SD. Displej o úhlopříčce 10,4" (800 × 600) má energeticky úsporné podsvětlení LED s dlouhou život­ností. Podsvětlení se automaticky přizpůsobuje okolnímu osvětlení. Pro zákaznicky specific­ká rozšíření jsou volitelně k dispozici dva sloty PCIe Mini Card např. pro moduly WLAN, GSM, MVB nebo GPS. Pro ukládání dat jsou k dispozici dvě možnosti: polovodičový disk NAND Flash SSD do 32 GB nebo karta SD. Napájení 24 V DC nebo 72 až 100 V DC od­povídá normě EN 50155.