Czym są pojazdy definiowane programowo?

Samochody definiowane programowo mają liczne zalety w porównaniu z modelami tradycyjnymi definiowanymi sprzętowo. Kluczowa jest możliwość dodawania przez producentów nowych funkcji dzięki aktualizacjom bezprzewodowym over-the-air. Zaletą jest także zwiększone bezpieczeństwo dzięki takim funkcjom, jak m.in. systemy antykolizyjne oraz wspomagania kierowcy. Istotny jest większy komfort dzięki pokładowym systemom informacyjno-rozrywkowym integrującym funkcje online, jak transmisja strumieniowa audio i wideo. Zaletą jest też wgląd w osiągi pojazdu dzięki telematyce i diagnostyce, umożliwiającym wdrożenie konserwacji zapobiegawczej, skuteczniejszej niż inne podejścia.

O ile poprawa bezpieczeństwa, komfortu i żywotności to wyróżniki także pojazdów wyższej klasy niezaliczanych do grupy SDV, to, co czyni wyjątkowymi samochody definiowane programowo, to możliwość jaką mają ich producenci w zakresie ich ulepszania w całym cyklu życia. Wprowadzając nowe funkcje, mogą oni w dalszym ciągu poprawiać bezpieczeństwo, wygodę i osiągi pojazdów również po opuszczeniu przez nie fabryki. Wpływa to na wartość auta, która wraz z upływem czasu i w miarę dodawania nowych funkcjonalności przez aktualizacje oprogramowania rośnie.

Jest to rewolucja w porównaniu do odwrotnej tendencji charakterystycznej dla aut definiowanych sprzętowo, które starzejąc się, tracą na wartości. Według wielu opinii jest to najbardziej znacząca zmiana, jakiej kiedykolwiek doświadczyła branża motoryzacyjna.

Architektura pojazdów definiowanych programowo

Architektura oprogramowania i sprzętu pojazdów definiowanych programowo jest zwykle złożona. Często obejmuje wiele wzajemnie połączonych platform oprogramowania, rozproszonych w nawet kilkuset elektronicznych jednostkach sterujących (Electronic Control Units, ECU). Próbuje się to upraszczać, ograniczając liczbę ECU sterowanych przez komputer centralny.

Generalnie w architekturze aut definiowanych programowo można wyróżnić cztery warstwy. Są to aplikacje użytkownika, systemy związane z funkcjonalnością pojazdu, system operacyjny i warstwa sprzętowa.

Aplikacje użytkownika to oprogramowanie oraz usługi, które wchodzą w interakcję lub bezpośredni kontakt z kierowcą i pasażerami. Zalicza się do nich: systemy informacyjno-rozrywkowe, elementy sterujące pojazdu, cyfrowe kokpity itp. Systemy związane z funkcjonalnością auta zazwyczaj nie wymagają bezpośredniej interwencji kierowcy. Przykład to zaawansowane systemy wspomagania kierowcy ADAS (Advanced Driver Assistance Systems).

Wbudowany system operacyjny zarządza wszystkim, od krytycznych funkcji po ogólne operacje. Jest najczęściej implementowany w architekturze mikrojądra, aby umożliwić modułowe dodawanie i usuwanie funkcji oprogramowania. Warstwa sprzętowa obejmuje jednostkę sterującą silnika oraz procesor, na którym instalowany jest system operacyjny. Do tej kategorii zaliczają się też pozostałe elementy wyposażenia pojazdu, w tym kamery i czujniki.

Wyzwania w dziedzinie samochodów definiowanych programowo

Obecnie największym problemem jest to, że producenci samochodów definiowanych programowo nadal ściśle łączą oprogramowanie ze sprzętem. W przyszłości będą musieli przyjąć elastyczniejsze podejście, stosując się do modułowych praktyk programistycznych i opracowując aplikacje, które będzie można uruchomić niezależnie od sprzętu.

Prawdopodobnie w związku z tym w większym stopniu stosowana będzie technika wirtualizacji, by zachować separację pomiędzy funkcjami i sprzętem. Będzie to miało dodatkową zaletę – zwiększy się wydajność, bo będzie można dobierać najlepszy sprzęt, nie martwiąc się o jego kompatybilność z oprogramowaniem.

Oddzielenie oprogramowania i sprzętu jest kluczowe dla rozwoju aut definiowanych programowo, tak jak było w przypadku telefonów komórkowych. Początkowo w ich przypadku również te ich dwie składowe były ze sobą ściśle powiązane. Wraz jednak z wprowadzeniem smartfonów telefony ewoluowały w platformy oprogramowania obsługujące ekosystem aplikacji niezależnie od sprzętu. To samo prognozuje się w przypadku samochodów SDV.

Ponadto wzrosną wymagania w zakresie mocy obliczeniowej. Producenci pojazdów będą musieli opracować systemy analizy danych zdolne obsłużyć spodziewany ogromny przepływ danych oraz przetwarzać je w czasie zbliżonym do rzeczywistego. Pomocne będzie z pewnością wykorzystanie sztucznej inteligencji. Na znaczeniu zyska również bezpieczeństwo, głównie w zakresie unikania cyberataków, ich wykrywania i obrony przed nimi.

Ważne jest też to, że auta zdefiniowane programowo od strony sprzętowej będą musiały być niejako realizowane nadmiarowo. W praktyce oznaczać to będzie na przykład, że na tej samej platformie sprzętowej będą bazować funkcje premium w pojazdach z najwyższej półki i funkcje ekonomiczne w samochodach z niższej półki. Podobnie na początku użytkowania potencjał wyposażenia auta nie będzie w pełni wykorzystywany, ale można się spodziewać, że w przyszłości, w miarę użytkowania samochodu, udostępniane będą aktualizacje aplikacji o bardziej zaawansowanej funkcjonalności. Nadal zatem na przykład system ADAS będzie wykorzystywał zamontowane w pojeździe czujniki, ale w większym stopniu niż w wersji pierwotnej.

SDV a inne rozwiązania smart

Pojazdy podłączone do sieci stanowią niejako podzbiór aut zdefiniowanych programowo. Oba typy udostępniają zaawansowane funkcje bezpieczeństwa, komfortu oraz rozrywki, które są realizowane przez oprogramowanie pokładowe. Główna różnica polega na tym, że te pierwsze są projektowane pod kątem interakcji z otoczeniem, a drugie dodatkowo ulepszania w czasie użytkowania.

Inteligentne miasta będą wykorzystywać najnowsze technologie informacyjno- komunikacyjne dla poprawy jakości usług komunalnych. Dotyczy to także zwiększenia płynności przemieszczania się i bezpieczeństwa kierujących. W miarę jak będą ewoluować od idei do rzeczywistości, samochody definiowane programowo staną się ich ważnym węzłem. Ułatwią one zintegrowanie kierowców z inteligentnym miastem, umożliwiając usprawnienie ruchu drogowego, egzekwowanie przepisów ochrony środowiska, poprawę efektywności energetycznej i skuteczniejsze zarządzanie parkingami. Łączność ma kluczowe znaczenie w koncepcji pojazdów definiowanych programowo. Umożliwia aktualizowanie oprogramowania i dostarczanie kierowcom informacji w czasie rzeczywistym. Pod tym względem samochody SDV są podzbiorem technologii Vehicle-to-Everything (V2X), w której przepływ danych między autem a jego otoczeniem jest stały i dwukierunkowy.

V2X, wykorzystując łączność bezprzewodową o dużej przepustowości i małych opóźnieniach w sieciach 5G, ma poprawiać bezpieczeństwo oraz komfort kierowców dzięki danym dostarczanym przez środowisko, jakim są inteligentne miasta (sygnalizacja świetlna, automaty parkingowe, inne auta). Dzięki samochodom definiowanym programowo technologia V2X będzie znacznie łatwiejsza do wdrożenia. Także w pełni autonomiczne samochody będą wymagać regularnych aktualizacji oprogramowania w miarę udostępniania nowych możliwości i poprawek w zakresie bezpieczeństwa.

Podsumowanie

Do ulepszeń w cyklu życia właściciele elektroniki użytkowej są przyzwyczajeni. Dlaczego zatem trend ten nie miałby ulec rozszerzeniu także na samochody, skoro dostępne są już technologie, które na to pozwalają? W miarę jak auta stają się coraz bardziej naszpikowane elektroniką, apetyt kierowców z pewnością będzie rósł. To dodatkowo motywować będzie producentów do pokonywania wyzwań stojących na drodze do udostępnienia pojazdów w pełni definiowanych programowo.

Monika Jaworowska