Kablosuz Otomobiller


Yrd. Doç. Dr. Sinem Çöleri Ergen, Koç Üniversitesi Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü

Bugün kullandığımız otomobillerde neden halen kablolar bulunduğunu hiç düşündünüz mü?

Otomobil kullanan sürücüler ve yolcular olarak bizler bu kabloları görmüyoruz, fakat koltuklarımızın altında ağır bir kablo ağı bulunuyor.

Günümüzde kablosuz ağ teknolojileri bilgisayarların internete, telefonların telefon şebekesine, kulaklıkların telefonlara olan bağlantısını kablosuz hale getirmeyi başardı.

Fakat bugün kullandığımız otomobillerdeki kablo takımlarının içinde 4000 kadar parça bulunabiliyor. Bu kablo takımlarının ağırlığı 40 kilogramı, içlerindeki toplam kablo uzunluğu ise 40 kilometreyi bulabiliyor. Bu kabloların her santimetresinin otomobil üreticilerinin tasarruf etmek isteyeceği bir maliyeti var. Kablolar araçların ağırlığını artırarak performansını ve yakıt tasarrufunu olumsuz etkiliyor; aynı zamanda üretim aşamasında montajı zorlaştırıyor, bakım masraflarını artırıyor ve araca yeni sensörler eklemeyi zorlaştırıyor.

Öyleyse neden günümüzün kablosuz iletişim teknolojilerini kullanarak bu kabloları kaldırmıyoruz?

Günümüzde yaygın olarak kullanılan kablosuz iletişim teknolojilerini araç ortamında kullanmamız mümkün değil, zira araç ortamı bu sistemlerin kullanıldığı ortamlardan oldukça farklı. Araçlar çok sayıda yansıtıcı metal yüzey ve çok yüksek sıcaklıklarda, yüksek titreşimle çalışan parçalar içeriyor. Dahası, araç kontrol sistemlerinin son derece katı güvenilirlik standartlarına uyum göstermesi gerekli. Cep telefonunuz çekmezse en kötü ihtimalle konuşmanız kesilir, ama bir sensördeki sinyal kaybı ya da hatadan dolayı aracınızın fren yapamaması kabul edilebilir bir hata olmaz.

Ben bu alandaki çalışmalarıma University of California Berkeley’deki doktora eğitimim sırasında başladım. Asfalt içine yerleştirdiğimiz manyetik sensörlerle yoldan geçmekte olan otomobilleri, hatta otomobil modellerini tespit ettik. Ardından, araştırmacı olarak görev yaptığım Pirelli/Telecom Italia Wireless Sensor Networks Laboratuvarı’nda elektronik aksamları tekerleklere yerleştirdik. Harici kaynaklardan enerji toplama yöntemini temel alan çok düşük güç tüketimli bu kablosuz iletişim sistemi tekerleğin içindeki ivme ölçerlerin topladığı veriyi aracın gövdesindeki koordinasyon noktalarına ileterek aktif güvenlik sistemlerinin performansını artırmayı başardı. “Intelligent Tire” (“Akıllı Lastik”) adını verdiğimiz bu yenilik Pirelli tarafından ürünleştirildi.

Sinem Çöleri Ergen

 

Sinem Çöleri Ergen, Bilkent Üniversitesi’nden Elektrik ve Elektronik Mühendisliği alanında lisans derecesini 2000 yılında, University of California Berkeley’den Elektrik Mühendisliği ve Bilgisayar Bilimleri alanında yüksek lisans ve doktora derecelerini ise 2002 ve 2005 yıllarında aldı. Dr. Ergen, 2006 ve 2009 yılları arasında Pirelli ve Telecom Italia’nın sponsorluğunda Wireless Sensor Networks Berkeley Lab’da araştırmacı olarak görev aldı. 
Eylül 2009’dan bu yana Koç Üniversitesi Elektrik ve Elektronik Mühendisliği Bölümü’nde öğretim üyesi olarak görev yapmakta olan Dr. Ergen’in araştırma alanları arasında kablosuz iletişim, kablosuz ağlar ve makinelerarası iletişim, ve bunların kontrol sistemleri ve akıllı ulaşım sistemlerine uygulamaları yer alıyor.
Dr. Ergen’in aldığı ödül ve destekler arasında TAF (Turkish Academic Fellowship) Network’ün Üstün Başarılı Bilim İnsanı Ödülü (2015), Türkiye Bilimler Akademisi Üstün Başarılı Genç Bilim İnsanı Ödülü (TÜBA-GEBİP) (2015), Bilim Akademisi Genç Bilim İnsanı Ödülü (BAGEP) (2014), Türk Telekom Ortak Araştırma Ödülü (2011, 2012), Marie Curie Reintegration Grant (2010), Regents Fellowship, University of California Berkeley (2000) ve Bilkent Üniversitesi Tam Bursu (1995) bulunuyor.

2009’da Koç Üniversitesi’nde öğretim üyesi olarak görev yapmaya başladığımda ise aklımdaki soru şuydu: Bir otomobilin içindeki tüm kabloları kaldırabilir miyiz? Bu soruyu yanıtlamak üzere gerçekleştireceğim çalışmalar için Marie Curie Reintegration Grant desteğini aldım. Otomobil şasisinin altında ve motor bölümünün içinde Peugeot Bipper ve Tofaş'ın verdiği Fiat Linea modeli araçlardan elde edilen geniş kapsamlı verileri temel alarak bir ultra geniş bant iletişim kanalı modelledik. Literatürde ilk kez, motorun durduğu, çalıştığı, aracın farklı yol yüzeylerinde farklı hızlarda hareket ettiği çok çeşitli senaryolarda elde edilen bu verileri detaylı bir modelleme için kullandık. Ultra geniş bant kablosuz iletişim çok yollu sönümlemeye, görüş hattının kaybı nedeniyle oluşan güç kaybı ve kasıtlı / kasıtsız sinyal karışmasına direnç sağlıyor ve düşük iletim gücüyle yüksek veri hızları ve güvenilir bir performansı mümkün kılıyor. IEEE Transactions on Vehicular Technology dergisinde yayımladığımız ultra geniş bant motor bölmesi kanal modeli IEEE Spectrum’da öne çıkarıldı. Hatta dergi bizim adımıza bu çalışmaya “Engine Area Network” (Motor Alanı Ağı) ismini verdi!

Peki bir sonraki adım ne olacak?

Veri iletimi için kullanılan kabloları kaldırabiliyorsak, aracın aküsüne bağlanan ve elektrik iletimi için kullanılan kabloları da kaldırabiliriz. Bu ise kullandığımız parçalarda sınırsız bir kullanım ömrüne ulaşmamız gerektiği anlamına geliyor. İletişim protokolleri ve harici kaynaklardan enerji toplama teknolojileri alanında yapacağımız araştırmalarla bu sınırsız kullanım ömrünün yakalanabilir olduğunu düşünüyoruz. Aynı zamanda yaptığımız kablosuz kanal ölçümlerini elektrikli otomobillere ve araçların farklı kısımlarına da uygulayacağız. Bunlar sadece otomobil üretimini modüler hale getirmekle kalmayacak, aynı zamanda güvenilir teknolojik yenilikleri temel alan yeni bir üretim çeşitliliğini mümkün kılacak. 

KAYNAKLAR

  • 1. W. Jones, "Ultra-wideband Engine-Area Network Lets Sensors Talk under the Hood", IEEE Spectrum Cars That Think, Nisan 2014.
  • 2. U. Demir, C. U. Bas, S. C. Ergen, "Engine Compartment UWB Channel Model for Intra-Vehicular Wireless Sensor Networks", IEEE Transactions on Vehicular Technology, vol. 63, no. 6, pp. 2497-2505, Temmuz 2014.
  • 3. Y. Sadi, S. C. Ergen, “Optimal Power Control, Rate Adaptation and Scheduling for UWB-Based Intra-Vehicular Wireless Sensor Networks”, IEEE Transactions on Vehicular Technology, vol. 62, no. 1, pp. 219-234, Ocak 2013.
  • 4. C. U. Bas, S. C. Ergen, “Ultra-Wideband Channel Model for Intra-Vehicular Wireless Sensor Networks Beneath the Chassis: From Statistical Model to Simulations”, IEEE Transactions on Vehicular Technology, vol. 62, no. 1, pp. 14-25, Ocak 2013.
  • 5. S. C. Ergen, A. Sangiovanni-Vincentelli, X. Sun, R. Tebano, S. Alalusi, G. Audisio, M. Sabatini, “The Tire as an Intelligent Sensor”, IEEE Transactions on Computer-Aided Design of Integrated Circuits and Systems, vol. 28, no.7, pp. 941-955, Haziran 2009.
  • 6. S.Y. Cheung, S. Coleri, B. Dundar, S. Ganesh, C.W. Tan, P. Varaiya, “Traffic Measurement and Vehicle Classification with a Single Magnetic Sensor”, Journal of Transportation Research Record, Şubat 2006, no. 1917.