Что делает компьютерное программное обеспечение в автомобиле
Современный автомобиль, «нафаршированный» всевозможной электроникой, с полной уверенностью можно назвать «компьютером на колесах». Различные микропроцессоры, программы и датчики призваны свести к минимуму так называемый «человеческий фактор» (ошибки человека-водителя) и сделать максимально удобным и комфортным эксплуатацию автомобиля.
И основная роль в электронном управлении автомобиля отведена «бортовому компьютеру», который является вычислительным устройством для считывания и обработки данных о работе основных систем и узлов автомобиля с последующим выводом результатов на экран монитора (или ЖК-дисплея).
Было время, когда бортовыми компьютерами оснащались только дорогие авто премиум-класса. Но технический прогресс не стоит на месте, и подобные устройства уже устанавливают серийно даже в недорогих автомобилях. Кроме того, в некоторых моделях, где «бортовик» не установлен заводом-изготовителем, его можно установить дополнительно. Ниже мы рассмотрим, какие бывают бортовые компьютеры, на что они способны и как они работают.
Особенности автомобильного софта
Современное программное обеспечение для вашего автомобиля весьма надежно: коэффициент сбоя оборудования — всего лишь один на миллион операций в течение года, и то в качестве исключения.
Сейчас в каждом автомобиле имеется в наличие несколько электронных блоков управления (ЭБУ) – electronic control unit, ECU, которые взаимодействуют между собой через электронную сеть автомобиля.
Взаимодействие между этими блоками выполняется благодаря шинным архитектурам, которые представляют собой совокупность контроллеров — CAN, controller area network, а также специальную сеть, предназначенную для передачи информации специального цифрового оборудования — MOST, media-oriented systems trans, FIexRay, а также систему Local interconnect, (LIN).
Если сравнить перечисленные шины с Ethernet, который предназначен для ПК, они работают с пониженной скоростью, так как объем обрабатываемых данных в автомашинах небольшой. Но это минимальное количество информации должно обрабатываться буквально за считанные миллисекунды.
С ростом числа ECU разработчикам приходится создавать усложненные структуры внутриавтомобильных сетей, которые требуют более сложного строения. Рассмотрим основную разницу между ПО автомашины и цифровыми технологиями других предназначений.
-
Надежность — системные программы автомашины в достаточно сложной сети ECU в продолжение всего периода использования должны работать максимально надежно;
Внимание: Ни в коем случае не допускать перезагрузку ECU во время работы!
Едем дальше
Манфред Брой и его коллеги написали исчерпывающую статью для февральского выпуска «Proceedings of the IEEE» под названием «Engineering Automotive Software» в феврале 2007 года. Она, вероятно, является одним из лучших обзоров на то, как разрабатывают и используют ПО для автомобилей.
Хорошую раннюю историческую точку зрения на использование ПО в автомобилях ищите в статье Jonas Bereisa, опубликованную в мае 1983 года в журнале IEEE Transactions по промышленной электронике под названием «Applications of Microprocessors in Automotive Electronics.». В ней представлена интересная хронология многих приложений микрокомпьютеров, которые использовались в автомобилях с 1977 по 1982 год.
(По материалам Википедии)
IEEE Spectrum — ежемесячный журнал, издаваемый Институтом инженеров электротехники и электроники (англ. Institute of Electrical and Electronics Engineers — IEEE). Официальное описание журнала:
«Журнал «IEEE Spectrum», флагманская публикация IEEE, исследует развитие, применение и последствия внедрения новых технологий. Он предвосхищает тенденции в области машиностроения, науки и техники, а также служит форумом для понимания, обсуждения и руководства в этих областях.»
Журнал «IEEE Spectrum» читает более 385 000 инженеров по всему миру, что делает его одним из ведущих научных и инженерных журналов в мире. Тематика журнала охватывает широкий круг технических проблем и достижений компьютерной техники, средств связи и электроники. Как и в стандартных журналах, статьи «IEEE Spectrum» пытаются сделать доступными для неспециалистов, хотя предполагается их инженерное образование. Материалы журнала пользуются авторитетом и часто цитируются другими изданиями.
Все идет к тому, что автомобильная электроника будет определяться программным обеспечением.
С момента внедрения различных электромеханических и электронных компонентов, автомобили стали самыми сложным продуктами в серийном производстве за последние 50 лет. За это время электронные систем дополнили (и заменили) различные узлы и системы, и еще многое только предстоит сделать.
Все это значит, что рано или поздно автомобильные системы станут самыми сложными продуктами в производстве на рынке электроники (возможно, они уже значительно отличаются от всех прочих продуктов). Да, возможно компоненты для самолетов более сложны в плане деталей, а у суперкомпьютеров более сложная электроника, но их и не производят десятками миллионов каждый год.
Благодаря электронным системам, в автомобилях используется намого больше ПО – объем использования зависит от автомобиля. Существует множество статей, в которых утверждается, что в современных автомобилях используется более 100 миллионов строк кода. Я не видел подробного разбора, в котором объяснялось бы что входит в эти 100 миллионов – если такой существует, его данные могут быть очень полезны. Конечно, чем дальше будут развиваться системы ADAS, интернет автомобилей, технологии сетевого взаимодействия, кибербезопасность и системы беспилотной езды, тем больше в автомобилях будет использоваться программных компонентов.
Я не видел обсуждений автомобильного ПО в контексте стратегических решений, сегментов рынка ПО, ключевых технологий и других важных проблем. В этом тексте мы рассмотрим все эти вопросы, а также изучим перспективы рынка автомобильного ПО. Существуют значительные отличия между аппаратным и программным обеспечением в автомобилях, и именно эти отличия влияют на успех рынка автомобильного ПО.
За последние два десятилетия автомобильное ПО прошло большой путь. В 1990-х ПО в автомобилях использовалось только для управления встроенной электроникой в системах вождения и простых развлекательных устройствах. Со временем сложность этих систем значительно увеличивалась, но лишь в немногих (если такие вообще были) встроенных системах использовалось порядка миллиона строк кода. Автопроизводители и их поставщики справлялись с разработкой встроенных систем своими силами.
Все изменилось в 1990-х, когда информационно-развлекательные и навигационные системы получили множество функций и возможностей, требовавшие наличие полноценной ОС, которая позволяла бы справляться с сложностью ПО. Операционные системы вывели компании из области высоких технологий на автомобильный рынок (в список таких компаний входят QNX, Green Hills, Wind River, Microsoft и многие другие). За последнее время в автомобильной промышленности значительно выросла важность открытого ПО (такого, как Linux).
Расположение базы данных
Для качественной работы программного обеспечения важно, чтобы оно использовало только самые актуальные базы данных. На современном уровне развития технологий предлагается два варианта хранения баз данных: на персональном компьютере (ноутбуке, планшете) или в интернете.
Ещё на заре развития сети Интернет «отец» интернет-технологий Билл Гейтс указывал, что идеальной программой является та, которая опирается в своей работе не на локальную базу данных, а на постоянно обновляемую базу, расположенную в сети. Это правильно, поскольку постоянно выпускаются новые модели, новые детали, и программа, которая использует актуальную информацию, будет более эффективна.
С другой стороны, расположение базы данных в интернете означает, что из неё могут быстро «исчезнуть» устаревшие данные, и это затруднит диагностику устаревших моделей.
Ещё один момент – стоимость сопровождения программного обеспечения, которое будет включать в себя и сопровождение базы данных. Какую программу выбрать – решать хозяину, но эти нюансы в любом случае учитывать стоит.
Фазы работы над аппаратным обеспечением
В верхней части схемы представлены ключевые характеристики каждой из четырех фаз создания аппаратной части автомобиля. Фаза разработки определяет набор характеристик и свойств электронных систем, ее важность продолжает расти и по сей день. Большая часть аппаратных компонентов поставляется компаниями из индустрии производства чипов, и эта отрасль будет только развиваться. Экосистема аппаратных платформ, используемых в автомобильной электронике, также приобретает все большее значение. Стоимость первой фазы разработки аппаратуры оценивается в миллионах (или десятках миллионов) долларов, но поскольку объем производства составляет сотни тысяч единиц, стоимость в пересчете на один автомобиль невысока.
Фаза сборки – самая дорогая в этой цепочке. Причиной тому является стоимость всех компонентов аппаратуры (или ведомость материалов). Также необходимо учитывать стоимость управления цепочками поставок, стоимость человеческого труда и многие другие аспекты. В целом, затраты на аппаратуру составляют малую долю от общей стоимости автомобиля, но эта сумма растет даже с учетом снижения стоимости отдельных компонентов. Средняя стоимость всех компонентов электронных систем составляет от 3 до 8 тысяч долларов (верхняя граница относится к люксовым автомобилям).
Фаза маркетинга для аппаратного обеспечения варьируется в зависимости от компонентов и типа системы. В большинстве случаев, этой фазой занимается Tier-1 поставщик, в результате чего продукт становится полноценной системой с автомобильной электроникой.
Характеристики и возможности аппаратных компонентов также оказывают очень большое влияние на продажи автомобилей (и это влияние продолжает расти). Это влияние возникает за счет функциональности, которую и обеспечивают компоненты электронных систем. Возможности, над которыми сейчас ведется работа (равно как и возможности, которые появятся в будущем), относятся к системам ADAS, аппаратным средствам кибербезопасности, улучшаемым платформам и технологиям беспилотной езды.
Фаза использования продуктов автомобильного рынка, в среднем, длится от 10 до 15 лет, иногда немного дольше. Такой длительный срок службы требует высокой надежности оборудования, чтобы сократить расходы производителей на гарантийное обслуживание и отзывные кампании. В рамках фазы использования наибольшие возможности появляются у представителей рынка послепродажного обслуживания – особенно после того, как у компонентов заканчивается заводская гарантия. Значительное количество ДТП также создает для таких компаний бизнес-возможности, поскольку пострадавшим автомобилям необходимы новые аппаратные компоненты.
Язык реализации интерфейса
Учитывая особенности развития автомобильной промышленности в мире, нет ничего удивительного в том, что изначально программы и базы данных реализовывались на английском, немецком, итальянском языках. По очевидным причинам, в России предпочтительны программы с русскоязычным или мультиязычным интерфейсом.
К сожалению, на рынке «гуляет» множество программ и баз данных, не имеющих русскоязычного перевода или переведённые крайне непрофессионально. Такие программы неудобны в использовании. Более того, неверный или неполный перевод может не просто затруднить работу, но и принести существенный вред.
Можно слышать замечания, что достаточно и англоязычного программного обеспечения. Но по статистике, у нас в стране не так много автомехаников, свободно владеющих английским языком. А значит, информация, полученная от программы, может быть понята неверно или не в полном объёме.
Конечно, информация и на родном языке не гарантирует стопроцентное качество ремонта, но всё-таки снижает риск неправильных действий.
Лучшие программы по ремонту и обслуживанию автомобилей
На сегодня на рынке «гуляет» масса программного обеспечения для ремонта автомобилей, как «кустарного», так и высокопрофессионального. Рассмотрим пять наиболее часто используемых отечественными специалистами.
Заключение
Бортовой автокомпьютер – это, прежде всего, полезная необходимость, которая повышает безопасность и дает возможность водителю своевременно выявлять возникшие неполадки и нештатные ситуации. Полезность данного устройства трудно переоценить, так как оно позволяет избежать множественной цепной поломки нескольких деталей и узлов, что сэкономит не только средства, но и время.
Что же касается сложности работы с автомобильными компьютерами, то здесь, конечно же, будет намного легче тем, кто знаком с работой обычного домашнего персонального компьютера. Другим водителям, не имеющим опыта работы с ПК, придется немного потрудиться и потратить некоторое время на изучение «матчасти».
Видео о бортовом компьютере для карбюраторных машин:
Статья о программах для ремонта и диагностики машин: терминология, топ-5 программ — их особенности и характеристики. В конце статьи — видео о программах для диагностики автомобилей. Статья о программах для ремонта и диагностики машин: терминология, топ-5 программ — их особенности и характеристики. В конце статьи — видео о программах для диагностики автомобилей.
Устройство автомобилей становится всё сложнее. Машины не только различных производителей, но и различных моделей в рамках одной фирмы всё сильнее отличаются, и ремонтировать автомобили, не имея соответствующей документации, практически бесполезно — поиск нужной информации займёт очень много времени.
Диагностика неисправностей – очень важный момент в работе автосервиса. Если проблема определена неверно, это может привести к проблемам с ремонтом и к потере репутации СТО. Именно поэтому наличие качественного электронного программного обеспечения на автосервисе крайне важно. Что предлагает в этом сегменте рынок информационных технологий?
4. Autodata Online
На фото: интерфейс Alldata Online
Обязательные данные по диагностике электрики, а также упор на ежедневное обслуживание – «визитная карточка» бренда.
К сожалению, данное программное обеспечение более капризно воспринимает «узкие» интернет-каналы, на которых его работа существенно затрудняется. База данных Autodata Online не содержит свежие электрические схемы по автомобилям Японии, Китая и России.
Видео-обзор программы:
Заключение
Четыре этапа создания ПО показывают, что этап разработки является самым дорогостоящим. Эта концепция предполагает, что решение заключается в использовании программных платформ для снижения затрат на разработку и уменьшения количества ошибок в больших программных продуктах. Автомобильная промышленность начинает внедрять стратегию использования программных платформ, и представители рынка высоких технологий ей в этом помогают, но этого недостаточно.
Мы большая компания-разработчик automotive компонентов. В компании трудится около 2500 сотрудников, в том числе 650 инженеров.
Мы, пожалуй, самый сильный в России центр компетенций по разработке автомобильной электроники. Сейчас активно растем и открыли много вакансий (порядка 30, в том числе в регионах), таких как инженер-программист, инженер-конструктор, ведущий инженер-разработчик (DSP-программист) и др.
У нас много интересных задач от автопроизводителей и концернов, двигающих индустрию. Если хотите расти, как специалист, и учиться у лучших, будем рады видеть вас в нашей команде. Также мы готовы делиться экспертизой, самым важным что происходит в automotive. Задавайте нам любые вопросы, ответим, пообсуждаем.
Платформа интерфейса
Все современные разработчики предлагают программы, которые могут быть установлены под различными операционными системами, в основном Windows, Android, MacOS. Эти программы ориентированы на то, чтобы работать с единой базой данных.
То есть, приобретая программное обеспечение, пользователь должен указать, на какую операционную систему он собирается его установить.
1. Alldata
На фото: интерфейс AllData
База данных располагает подробной информацией по механике, запчастям, электрической части автомобиля. К услугам пользователей — монтажные и принципиальные схемы, электросхемы.
Преимущественно база Alldata располагает информацией по авто американского и европейского производства. Правда, европейские модели здесь приводятся лишь те, которые производятся для поставки в Штаты.
Изначально база данных распространялась на дисках. Со временем размер базы данных стал очень велик. Начиная с 2013 года, используется онлайн-версия с расположением в интернете. Размер базы данных – около 600 гигабайт. Онлайн-база включает в себя, кроме непосредственно самих данных, актуальные сервис-бюллетени.
Из минусов базы стоит упомянуть, что официально переведённой на русский язык версии нет, в основном у нас «ходит» пиратская версия. Данная база не содержит описания моделей, произведённых для внутриевропейского авторынка и Японии.
Функционал и принцип функционирования автокомпьютеров
5. Программа Bosch ESI Tronic по ремонту и обслуживанию автомобилей
На фото: интерфейс Bosch ESI Tronic
Сканеры производителя изначально содержат в себе данные или же требуют установки собственного блока информации на персональный компьютер. Политика производителей включает требование ежегодного обновления программного обеспечения; в противном случае программа блокируется. То есть, по сути, Bosch предлагает программу диагностики и ремонта на год, а далее её нужно обновить.
Программа содержит множество информационных блоков, включая перечень запчастей для механики, электрики, устаревших моделей. Интересной особенностью модуля является блок, позволяющий диагностировать работу снятых узлов и компонентов. Актуальность данных позволяет также хранить существующие цены на детали.
А вот стоимость Bosch, мягко говоря, «кусается» по сравнению с предыдущими описанными системами. Это обусловлено ежегодными обновлениями базы данных. Цены от 20-30 тысяч рублей.
Видео-обзор Bosch ESI Tronic:
Подводя итоги обзора, нужно заметить, что профессионал, скорее всего, не обойдётся одной системой, поскольку ни одна из них не охватывает всё разнообразие автопроизводителей и моделей. Для оптимальной работы СТО потребуется база данных американского происхождения, а также база данных с российскими, азиатскими и европейскими авто.
Видео о программах для ремонта и диагностики автомобилей:
Статья о том, что из себя представляет программное обеспечение современного автомобиля. Особенности софта, процессы и технологии. В конце статьи — интересное видео о 5 нужных лайфхаках для вашей машины! Статья о том, что из себя представляет программное обеспечение современного автомобиля. Особенности софта, процессы и технологии. В конце статьи — интересное видео о 5 нужных лайфхаках для вашей машины!
Ни один современный автомобиль не мыслим без электронной начинки, которая предполагает сложное программное обеспечение. Управляя автомобилем, мы почти не задумываемся о том, какие при этом процессы протекают у него внутри – монитора-то как у компьютера нет, а, значит, действие программ не визуализировано, словно бы их и нет. Но они есть.
Сервисный бортовой компьютер
Довольно часто сервисный бортовой автокомпьютер называют «диагностическим». Данный «бортовик» является клиентским блоком общей диагностической системы, выявляющей системные и узловые неисправности, что существенно облегчает их устранение в сервисных ремонтных центрах.
В качестве самостоятельного устройства сервисный «бортовик» используется крайне редко. Как правило, диагностические функции выполняет системный компьютер, под управлением которого находятся узлы и механизмы автомобиля (по принципу работы маршрутного автокомпьютера).
Сервисный «бортовик» выполняет следующую работу:
-
диагностирует двигатель и сохраняет в электронной памяти код обнаруженной ошибки;
При ремонте машины на СТС находящиеся в памяти автокомпьютера коды ошибок считываются сервером ремонтно-диагностической системы. После чего на основе считанных кодов принимается решение о целесообразности ремонта или настройки узлов и агрегатов.
Управляющий бортовой компьютер
Управляющий «бортовик» является главным блоком в системном электронном управлении. Самая распространенная конфигурация управляющего бортового компьютера – единая система с множеством разветвлений и цифровым специализированным функционалом. Реже встречаются варианты с несколькими независимыми цифровыми вычислительными блоками, с датчиками и исполнительной механикой.
Основная работа управляющего «бортовика» заключается в управлении:
Кроме того, управляющий бортовой компьютер контролирует рабочие показатели двигателя (охлаждение, число оборотов коленвала, давление масла), осуществляет корректировку напряжения в элекрической сети машины и зарядного тока для аккумулятора. Это устройство также аварийно сигнализирует о перегревании двигателя, перегрузках в электросети, превышении заданного скоростного режима, движении без фиксации ремней безопасности и т. п.
Управляющий «бортовик» устанавливается в автомобилях с бензиновыми моторами инжекторного типа, а также с дизельными агрегатами, кроме ДВС с карбюраторами.
Универсальный компьютер автомобиля (карпьютер)
Этот бортовой компьютер (карпьютер) является неким гибридом и включает в себя следующий функционал:
-
персональный компьютер РС;
Кроме того, в карпьютер может быть внедрен дополнительный функционал:
-
система датчиков с исполнительной механикой для работы парктроника;
Универсальные бортовые автокомпьютеры (карпьютеры) управляются через сенсорные ЖК-экраны размером от 7 до 15 дюймов. В качестве дополнительной опции, к универсальному компьютеру возможно подключение присоединяемой клавиатуры.
На данный момент конструкции бортовых карпьютеров не стандартизированы (за исключением ЖК-мониторов: 1DIN, 2DIN, 1/2DIN). Вследствие этого конструкция системных блоков карпьютеров может различаться. Чаще всего, универсальный «бортовик» устроен так же, как и обычный персональный компьютер, с такими же основными узлами.
Разница только в том, что в «бортовиках» системный накопитель состоит из электромеханических винчестеров в формате 2.5 дюйма. Также в них используются твердые SSD-накопители или микросхемы с электронной флеш-памятью (в старых моделях).
Карпьютер, изъятый из своей автомобильной ячейки, может быть использован как обычный ПК, от источника электропитания 12В.
Бортовые автокомпьютеры универсального типа (карпьютеры) слабо интегрируются в электрическую сеть автомобиля и предлагаются отдельно, как дополнительная опция. Положительным моментом является то, что при поломке такого компьютера общий электронный функционал автомобиля не пострадает.
Универсальный «бортовик» несложен в эксплуатации и легко устанавливается как в простой инжекторный автомобиль, так и в дизель, а также с турбонаддувом. Еще одним плюсом этого универсального устройства является то, что при смене автомобиля не нужно приобретать новый бортовой компьютер, а для успешной переустановки старого «бортовика» потребуется только обновить программное обеспечение.
Основные составляющие ECU
ECU представляет собой довольно сложную плату, на которой, помимо микроконтроллера, имеются сотни других элементов. Рассмотрим основные детали.
-
Аналого-цифровой преобразователь(ADC) — это оборудование предназначено для снятия показателей с определенных автомобильных датчиков, и с датчика кислорода в том числе. Дело в том, что процессор способен воспринимать только цифровые значения, а, например, показатель кислорода выдает лишь электрические сигналы напряжением от 0 до 1,1V. ADC преобразует эти данные в десятибитное двоичное число, и оно становится понятным для процессора.
Маршрутный бортовой компьютер
Узкоспециализированные (с минимальным набором функций) «бортовики-маршрутники» появились намного раньше, чем серийные автомобильные компьютеры «CarPC» от американской фирмы «Tracer», вышедшие на рынок в 2000 году. В то время, как узкоспециализированные «маршрутники» начали устанавливать на раллийных авто еще в 70-х годах прошлого столетия, в 90-х годах они уже прочно заняли свое место в серийной стандартной комплектации многих легковых автомобилей.
Основная обязанность маршрутного бортового автокомпьютера – высчитывать нужные параметры и отслеживать координаты автомобиля. В базовой конфигурации маршрутный «бортовик» не взаимосвязан с навигационной спутниковой системой GPS, однако в современных моделях автомобилей он способен совместно работать со спутниковым навигатором.
Кроме того, «маршрутник» оснащен графическим дисплеем с возможностью отображения на нем не только маршрутных данных, но и географической карты с указанием на ней месторасположения машины. При этом число отображаемых на дисплее параметров может быть увеличено.
Маршрутный компьютер считает, обрабатывает и выводит на экран следующие данные:
-
средний показатель скорости за конкретное время движения и за все время пути;
Полученные и обработанные маршрутным «бортовиком» данные выводятся на символьный ЖК-дисплей или OLED-индикатор. Маршрутные «бортовики» для опциональной установки (в качестве дополнительной опции) имеют меньшую функциональность, чем уже установленные в серийно производящихся автомобилях. Чаще всего «маршрутники» работают совместно с управляющими и сервисными «бортовиками».
Разбираемся в терминологии программ по ремонту автомобилей
Прежде чем перейти к рассказу о программах по ремонту авто, следует разобраться в терминологии. Для диагностики неисправностей используется программное обеспечение, состоящее из самой программы и базы данных, с которой эта программа работает.
База данных – это систематизированная информация, необходимая для ремонта авто, которая структурирована и хранится в электронном виде. В базе данных программного обеспечения могут храниться:
-
виды ремонтных работ;
Существуют базы данных, хранящие информацию только об одном бренде авто, или мультибрендовые.
Программа работает с электронной базой данный, одной или несколькими. От того, какими базами данных оперируют на автосервисе, зависит эффективность диагностики и в конечном счёте качество работы.
Естественно, программное обеспечение стоит денег, и стоят денег базы данных. Поэтому для автосервисов выгодно приобретать то программное обеспечение, которое использует не единственную базу данных, а имеет возможность впоследствии подгружать другие базы, которые можно подкупать и обновлять со временем.
Заключение
В современном автомобилестроении на сегодняшний день возникают предпосылки для очередной научно-технической революции в области разработки программ, потому что более широко начинают использоваться цифровые технологии и возможности бытовой электроники. Не за горами то время, когда автомобили начнут подключаться к Интернету через все стационарные и мобильные устройства. И при этом будет возрастать роль свободного программного обеспечения для решения практических задач.
5 нужных лайфхаков для автомобиля — в видео:
Требуется множество микропроцессоров, обрабатывающих 100 миллионов строк кода, чтобы обеспечивать работу машины премиум-класса (2009 год). И это в скором времени станет еще сложнее.
Система авионики в F-22 Raptor, реактивном истребителе военно-воздушных сил США, состоит примерно из 1,7 миллиона строк программного кода. F-35 Joint Strike Fighter, появившийся в 2010 году, требует около 5,7 миллионов строк кода для работы бортовых систем. А новому Boeing 787 Dreamliner требуется около 6,5 миллионов строк программного кода для работы систем бортового электронного оборудования.
Впечатляет, не правда ли? Но если вы недавно купили автомобиль премиум-класса, он, вероятно, содержит около 100 миллионов строк программного кода. Так говорит Манфред Брой, профессор информатики в Техническом университете Мюнхена, ведущий эксперт по программному обеспечению в автомобилях. Все это ПО запускается на 70-100 микропроцессорных электронных блоках управления (ECU), распределенных по всему кузову вашего автомобиля.
Альфред Катценбах, директор по управлению информационными технологиями в Daimler, сказал, что для радионавигационной системы в нынешнем Mercedes-Benz S-класса требуется более 20 миллионов строк кода. В автомобиле содержится почти столько же ECU, сколько в новом Airbus A380 (без учета развлекательной системы на борту). Программное обеспечение в автомобилях будет расти не только в количестве. Сложность ПО с каждым разом увеличивается все сильнее. В конце прошлого года исследовательская фирма Frost & Sullivan подсчитала, что для машин в ближайшем будущем потребуется от 200 до 300 миллионов строк программного кода.
Даже в бюджетных автомобилях теперь есть от 30 до 50 ECU, встроенных в кузов, двери, приборную панель, крышу, багажник, сиденья. Их можно найти практически где угодно. Все зависит от фантазии проектировщиков автомобиля. Это значит, что большинство новых автомобилей обрабатывают десятки миллионов строк программного кода, контролируя все, начиная от ваших тормозов и заканчивая громкостью радио.
«Автомобили больше не представляют собой только лишь батарею, распределитель или генератор переменного тока и карбюратор; они чрезвычайно современны по своей сложности», — говорит Thomas Little, профессор электротехники в Бостонском университете штата Массачусетс. Томас занимается разработкой интеллектуальных транспортных систем. «Преследуя цели экономии энергии, сокращения [выбросов] и повышения безопасности помимо прочего мы пришли к внедрению электроники».
Я недавно испытал эту сложность на себе. В прошлом году я купил новый автомобиль и был поражен, когда открыл руководство пользователя. В нем было 500 страниц. Еще 200 страниц объясняли работу GPS и радиосистем. Одной из новых рекламируемых функций было увеличение отдела для перчаток, но размеры, вероятно, были указаны где-то внутри бесконечного руководства.
Моя новая машина идет в комплекте с передними и боковыми подушками безопасности. Дюжины датчиков обеспечивают электронный контроллер подушки безопасности данными. Эти датчики должны работать годами при любых температурах — и в суровый мороз в Миннесоте и под жарким летним солнцем в Аризоне.
Большую часть времени система подушек безопасности просто отслеживает состояние автомобиля. Но иногда подушки безопасности срабатывают, скажем, из-за столкновения нескольких транспортных средств. В таком случае у программного обеспечения в ECU, управляющего их раскрытием, есть от 15 до 40 миллисекунд, чтобы определить, «какие подушки безопасности активируются и в каком порядке», — говорит Брой.
В ближайшем будущем, по словам Броя, системы управления подушками безопасности будут использовать не только информацию о вероятности столкновения. Например, у BMW многие модели 2009 года оснащены системой BMW Assist. Эта система рассчитывает «риск серьезной травмы» на основе информации, полученной от контроллера подушки безопасности автомобиля и других его ECU. Аварийно-технические службы получают информацию не только о месте происшествия, но и о вероятности получения серьезной травмы пассажирами.
Количество программного обеспечения в автомобилях в наше время поражает.
Первый серийный ECU автомобильного микрокомпьютера представлял собой однофункциональный контроллер. Его использовали для электронного зажигания в 1977 году в General Motors в автомобиле Oldsmobile Toronado. В 1978 году GM предложили поставить свой Cadillac Trip Computer на Cadillac Seville. Компьютер представлял собой модифицированный микропроцессорный чип Motorola 6802. Он отображал информацию о скорости, топливе, поездке и двигателе. Однако микросхема выполняла другую функцию: GM использовали ее для проверки того, насколько хорошо микропроцессор может управлять несколькими функциями, такими как впрыск топлива, электронная синхронизация зажигания и круиз-контроль.
К 1981 году GM использовали микропроцессорное управление двигателем в производстве легковых автомобилей. Они обрабатывали около 50 000 строк кода. Другие автомобильные компании быстро последовали их примеру.
Jonas Bereisa, инженер GM, написал в 1983 году в статье IEEE Transactions по промышленной электронике, что «разработка программного обеспечения станет наиболее важным фактором в разработке новых продуктов». Он был чертовски прав. По оценкам Broy, более 80 процентов автомобильных инноваций происходят благодаря компьютерным системам. ПО стало основным источником стоимости в автомобилях, в том числе прейскурантной. Соотношение стоимости электроники и стоимости транспортных средств в процентах возросло с 5 процентов в конце 1970-х годов до 15 процентов в 2005 году (без учета затрат на окончательную сборку).
У гибридов количество ПО, необходимого только для одного управления двигателем, почти вдвое больше, чем у стандартного автомобиля. Соотношение стоимости электроники и стоимости транспортных средств у них приближается к 45 процентам. В течение 10 лет, по прогнозам некоторых экспертов, процентная доля стоимости электроники от стоимости транспортного средства вырастет до 50 процентов у обычных транспортных средств и до 80 процентов у гибридов.
Для современных автомобилей премиум-класса «стоимость программного обеспечения и электроники может достигать 35–40 процентов от стоимости автомобиля», — заявляет Брой. На разработку программного обеспечения приходится около 13–15 процентов от этой стоимости. Он говорит, что если каждая строчка разработанного программного обеспечения стоит 10$ — что очень мало — у автомобиля премиум-класса, одно только его программное обеспечение представляет собой инвестицию на сумму около миллиарда долларов.
John Voelcker, редактор IEEE Spectrum, написал в апреле 2007 года о гибридном автомобиле GMC Yukon и его двухрежимной автоматической коробке передач. Voelcker сказал, что «из всех рабочих часов затраченных на создание двухрежимной коробке передач… около 70 процентов… ушли на разработку управляющего программного обеспечения».
Voelcker отметил, что логика управляющего программного обеспечения анализирует сотни входных данных каждые 10 миллисекунд, включая нагрузку на автомобиль, работу двигателя, параметры аккумулятора и температуру в высоковольтных электрических компонентах.
Из-за сложности кода возникают проблемы с надежностью. IBM утверждает, что примерно 50 процентов гарантийных расходов на автомобили в настоящее время связаны с электроникой и их встроенным программным обеспечением. По данным на 2005 год автопроизводителям в Соединенных Штатах это обошлось примерно в 350 долларов за один автомобиль, а европейским автопроизводителям в 250 долларов.
В 2005 году Toyota отозвала 160 000 своих гибридов Prius 2004 года выпуска и некоторые модели начала 2005 года из-за программной проблемы — автомобили глохли или внезапно останавливались. Время, необходимое для ремонта программного обеспечения, оценивалось примерно в 90 минут на одно транспортное средство — около 240 000 рабочих часов. Это обошлось им дорого.
Только в прошлом году было несколько отзывов автомобилей, связанных с проблемами программного обеспечения. Например, в мае 2008 года Chrysler отозвал 24 535 своих Jeep Commanders 2006 года из-за проблемы в программном обеспечении автоматической трансмиссии. Затем в июне Volkswagen отозвал около 4000 своих Passats и Passat Wagons 2008 года и около 2500 Tiguans из-за проблемы в программном обеспечении модуля управления двигателем. Эта проблема может привести к неожиданному увеличению оборотов двигателя в минуту при включении кондиционирования воздуха. В ноябре GM отозвала 12 662 из своих автомобилей Cadillac CTS 2009 года из-за проблемы с программным обеспечением в системе обнаружения пассажиров, которая могла отключить подушку безопасности пассажира, сидящего спереди, когда она должна быть включена, или включить ее, когда она должна быть отключена. Тем не менее, стоит отдать должное разработчикам автомобильного ПО, так как отзывов автомобилей из-за программного обеспечения не так много.
Более широкое использование программного обеспечения не только повлияло на стоимость гарантии на автомобиль, но и усложнило ремонт автомобилей. Страховым компаниям легче объявить полную гибель автомобиля, поврежденного в результате несчастного случая, чем отремонтировать его.
Несложно понять почему. «В автомобиле премиум-класса от 2000 до 3000 уникальных функций, связанных с программным обеспечением», — говорит Брой. Затем они объединяются в 250–300 функций, используемых водителем и пассажирами для управления системами автомобиля.
У большинства коммерческих самолетов есть межсетевые экраны между критически важными бортовыми системами и бортовыми развлекательными системами. У машин, в отличии от самолетов, происходит более сложная передача информации между электронными системами, используемыми для управления автомобилем, и системами, предназначенными для развлечения водителя и пассажиров. В бизнес-школе Wharton была опубликована статья под заголовком «Проблемы с автомобилем: стоит ли отозвать автомобильную промышленность США?». Несколько лет назад некоторые водители Mercedes обнаружили, что водительское кресло сдвигалось, если они нажимали определенную кнопку; проблема заключалась в том, что кнопка должна была управлять навигационной системой.
По словам бывшего автомобильного инженера, с которым я беседовал, примерно треть всего программного обеспечения в автомобилях посвящена одной лишь диагностике. Но даже несмотря на всю эту диагностическую информацию, автомеханики часто не могут определить точную причину проблемы.
Broy сказал мне, что более 50 процентов ECU, которые механики заменяют в автомобилях, технически не содержат ошибок: у них нет проблем ни с аппаратным, ни с программным обеспечением. Механики заменяют ECU просто потому, что не могут починить машину иначе.
«Работники СТО и любители повозиться с машиной в гараже действительно находятся в тех реалиях, когда ремонт автомобиля слишком сложен и требует больших затрат[для них]», — говорит Брой. Удаленная диагностика и ремонт могут сделать механику ненужной для многих задач.
По словам Броя, в не столь отдаленном будущем, когда у вас возникнут проблемы с компьютерной системой в автомобиле, вы отправитесь в гараж, где ваш автомобиль будет подключен к сети. Cторонние OEM-специалисты смогут скачать данные, сделать анализ, а затем загрузить исправление программного обеспечения.
По словам Voelcker, он не удивится, если увидит, что бортовые системы, такие как BMW Assist, Ford Sync и GM OnStar, начнут регулярно передавать параметры рабочих данных обратно в централизованные системы, которыми управляют производители автомобилей. А производители в свою очередь будут анализировать данные для деталей, выходящих за пределы спецификации или для ПО, нуждающегося в обновлении. Водителя автоматически проинформируют о том, что автомобиль необходимо отвезти в ремонт.
Помимо контроля за состоянием своих внутренних деталей, автомобили начинают анализировать мир вокруг них. «Мы вступаем в эпоху, когда помимо того, что мы знаем, что происходит внутри автомобиля, мы используем такие вещи, как радары для обнаружения присутствия внешних объектов, лазеры для измерения расстояния у круиз-контроля, а также видео и ультразвук для обнаружения объектов позади тебя, — говорит Little. «Тенденция будет заключаться в том, чтобы извлекать информацию, которая относится к вашему автомобилю и к другим транспортным средствам. Затем эта информация будет использоваться для повышения безопасности. Например, автомобили перед вами сообщат вашему автомобилю, есть ли на шоссе лед или произошла ли авария.
Little говорит: «Мы отказываемся от маленьких частей контроля в обмен на безопасность. В какой момент вы и я будем готовы сказать: «Хорошо. Я не собираюсь вести машину, пусть она везет меня.
Концепция «Разработка-сборка-маркетинг-использование»
На приведенном ниже изображении представлены все различия между аппаратным и программным обеспечением в автомобилях. Впрочем, структура данного сравнения требует некоторых пояснений. На картинке представлены 4 фазы, через которые проходят все продукты и индустрии. Фаза разработки представляет собой процесс исследований и работы над созданием продукта. Фаза сборки подразумевает производство продукта – включая стоимость всех запчастей, затраты на производственные мощности и цепочку поставок. Третья фаза – это маркетинг. В эту фазу входят такие аспекты как реклама, продажи и работа с каналами распространения – все операции, необходимые для поставки продукта непосредственному покупателю. Четвертая фаза – использование – в автомобильной промышленности является достаточно длительной.
Я ознакомился с концепцией «разработка-сборка-маркетинг» в Texas Instruments, она была очень популярна в 70-х и 80-х годах. Когда я работал в IHS Markit, я добавил фазу использования. Я использовал различные идеи из этих фаз в отчетах и презентациях в качестве инструмента для анализа различных сегментов автомобильного рынка (включая ПО, батареи в электромобилях, 3D печать и многих других).
В приведенной ниже схеме сделан акцент на индивидуальной значимости каждого из четырех этапов для аппаратного и программного обеспечения. Также в ней приведены комментарии о том, как эти компоненты влияют на рыночные успех автомобиля на каждом из этапов.
Виды бортовых компьютеров автомобиля
При разделении автомобильных «бортовиков» на виды, учитывается их назначение и функциональность, улучшающая работу систем автомобиля, и комфортность при его эксплуатации.
В соответствии с этим, бортовые автокомпьютеры могут быть:
3. Motordata — база данных по диагностике и ремонту автомобилей
На фото: интерфейс Motordata
Motordata содержит информацию о тех марках автомобилей, которые «не учитываются» в американских системах: здесь можно получить данные об авто России, Кореи, Японии и Китая.
Пользователи отмечают, что наполнение базы данных пока слабоватое, но разработчики постоянно расширяют её. Здесь присутствуют цветные электрические схемы, имеется возможность протрассировать проводку с целью локализации неисправности.
Онлайн-версия программы рассчитана на отечественные «слабые» интернет-каналы, поэтому её легко использовать там, где нет возможности провести качественный интернет.
Из минусов российской программы на первое место выходит отсутствие данных, касающихся механики, а также отсутствие описания моделей авто, произведённых европейскими концернами.
Специалисты отмечают, что Motordata используют наряду с одной из описанных выше американских баз, чтобы таким образом покрыть максимальное количество моделей автомобилей.
Обзор программы:
Процессы и технология
С тех пор, как появилось первое ПО для автомобилей, многое изменилось. Если изначально программное обеспечение мог контролировать всего лишь один производитель, то теперь это стало практически невозможно.
Изначально в прошлом столетии в качестве ПО использовался ассемблер. Язык же Си стал распространяться в 90-е годы. Компания Robert Bosch и многие другие производители начали разрабатывать ПО с помощью Mathlab/Simulink и ASCET (управляющие и моделирующие технологии).
Системы шин CAN делают ПО автомашины достаточно сложным. Причина заключается в том, что они не исключают взаимодействия между программами разных ECU. Современные автомобили класса люкс могут содержать сложную сеть, состоящую из 80 ECU, которые в общей сложности имеют до 100 млн. строк кода.
В связи с тем, что ПО постоянно усложняется, возникает необходимость усовершенствования технологий инжиниринга. Поэтому в отрасли постоянно возникают параллельные технические и организационные процессы для сознания нового программного обеспечения.
Инженерные решения на уровне процессов и архитектуры тоже становятся одним из главных условий аутсорсинга. В связи с этим обстоятельством компания Bosch некоторые разработки начала отдавать на сторону еще с начала 90-х годов прошлого столетия.
В настоящее время работа над ПО для автомашин проводится несколькими объединениями, распределенными по всему миру. И такого рода деятельность стала довольно оптимальной для бизнеса.
Стандартизация
При разработке современных цифровых программ для автомашин однозначно учитывается специфика необходимого ECU: ПО непосредственно взаимодействует с определенным оборудованием. Благодаря постоянному возрастанию количества автомобильных ECU, вторичное использование ПО становится в приоритете. Поэтому в такой ситуации уместно говорить о стандартизации.
В 2003 году поставщиками и производителями было создано объединение «Automotive Open System Architecture»(Autosar). Цель создания организации – выполнение общего стандарта и единых технологий. Сегодня это объединение охватывает свыше 150 организаций, которыми сообща разрабатывается новое строение ECU, базовое ПО и все необходимое для создания рабочего программного обеспечения.
Такого рода взаимодействие предполагает создание узлов, которые не зависят от оборудования. Это дает возможность поставщикам и производителям обмениваться разработками, а также использовать их повторно на самых разных ECU.
Строение Autosar состоит из нескольких абстрактных уровней, в которых ПО отделяется от аппаратного обеспечения. На самом верху находится прикладное ПО, которое реализует всю прикладную деятельность. Ниже следует базовое, номинальное ПО. Оно гарантирует нужную абстракцию от аппаратного обеспечения точно так же, как это происходит, например, в персональном компьютере. Autosar Runtime Environment (среда исполнения в реальном времени) осуществляет связи внутри ECU.
Технология Autosar содержит все необходимые форматы обмена и шаблоны, которые используются как для генерации и конфигурации инфраструктуры, так и для ее описания.
Самыми распространенными в современном автомобилестроении являются шины (высокоскоростные) Ethernet. Они надежно поддерживают связи между ECU, а также новые опции, в том числе и в отношении безопасности.
Самая разнообразная информация качественно анализируется в целях создания объективной модели окружающей среды, что позволяет формировать новые опции, которые поддерживают водителя в экстремальных случаях.
Например, водитель во время следования отвлекся на пассажира. В этом случае приложение определяет торможение движущегося впереди автомобиля, затем предупреждает водителя или самостоятельно включает торможение. Кстати, водитель может даже сразу не узнать о наличие такого ПО, пока не окажется в опасном положении.
2. Программа Mitchell On Demand по ремонту автомобилей
На фото: интерфейс Mitchell On Demand
Неоспоримое достоинство Mitchell – в том, что она содержит информацию об автомобилях старых марок, которые в своё время экспортировались из Европы на американский континент.
Эта база была переведена в онлайн на год раньше, чем Alldata, но тем не менее, все данные о старых моделях авто в ней сохранены по сей день.
Mitchell также содежит исчерпывающую информацию по механической и электрической части, схемы (в том числе цветные). Онлайн-версия периодически выпускает сервис-бюллетени.
Недостатки базы для наших СТО полностью совпадают с минусами Alldata.
Видео-обзор программы по ремонту автомобилей Mitchell OnDemand на русском языке:
Фазы работы над программным обеспечением
В нижней части схемы представлены ключевые характеристики четырех фаз работы над автомобильным ПО. Программное обеспечение существует исключительно в цифровом виде, а потому его характеристики отличаются от характеристик аппаратной части. Впрочем, ПО, конечно, полностью зависит от связанных с ним аппаратных компонентов.
Фаза разработки – самая долгая и, как правило, самая дорогая стадия создания программного продукта. Крупные программные проекты требуют длительного времени разработки, которое, в том числе, уходит на сложные процедуры тестирования для исправления как можно большего количества ошибок (что абсолютно оправданно с экономической точки зрения). Ни одна крупная программная платформа никогда не обходится без ошибок, а новые ошибки обнаруживаются на протяжении всего срока службы программного обеспечения. Требования к кибербезопасности создали новый класс программных ошибок – уязвимости, которые могут эксплуатироваться злоумышленниками с различными целями. Поскольку большинство программистов в автомобильной промышленности не являются экспертами в области кибербезопасности, они не всегда знают как писать код так, чтобы он был полностью неуязвимым к атакам хакеров.
Фаза сборки автомобильного ПО выдвигает значительные требования к экосистеме – речь о необходимости написания новых программ и тестировании получившихся программных продуктов. Автомобильная индустрия добивается в этой сфере хороших успехов (некоторые ее представители также используют инструменты для разработки с открытым исходным кодом).
Фаза сборки также обычно является самой дешевой – это просто запуск готового ПО на имеющейся аппаратной платформе. Иногда производители сталкиваются с необходимостью выплачивать роялти, но обычно это лишь небольшая часть стоимости аппаратных компонентов. Фаза сборки, по сути, представляет собой загрузку программ в электронные системы автомобиля. Также существует некоторая гибкость в плане того, когда и как именно ПО загружается в электронные системы.
Фаза маркетинга в случае с ПО варьируется от сегмента использования и типа программного продукта. В большинстве случаев фазой маркетинга занимается Tier-1 поставщик, представляя программный продукт как часть электронных систем автомобиля.
Функциональные возможности ПО оказывают значительное влияние на продажи автомобилей. Во многом это влияние основано на удобстве использования или том, как ПО реализует человеко-машинный интерфейс (HMI). Удобство использования влияет на все области функциональности – функции интернета автомобилей, обновления по воздуху, функциональные обновления, системы ADAS и функции беспилотной езды, которые появятся в будущем. Низкий уровень удобства использования ПО приведет к негативным отзывам, что отрицательно скажется на потенциале конкретной модели. Подобные негативные тенденции являются проблемой для современных информационно-развлекательных систем и одной из причин недавних успехов Apple и Google в области интеграции информационно-развлекательных систем со смартфонами.
Фаза использования продуктов автопромышленности длится от 10 до 15 лет, в некоторых странах дольше. Столь длительный жизненный цикл приводит к тому, что автомобилям требуются многочисленные исправления ошибок в ПО. Снижение затрат на исправление ошибок, возникающее за счет возможности обновления по воздуху, необходимо для экономии на гарантийном обслуживании и отзывных кампаниях.
Фаза использования – этап, в котором рынок ПО может значительно развиваться и имеет большие перспективы для роста в сегментах SaaS (Software as a Service, ПО как услуга) и облачного ПО. Кибербезопасность на основе SaaS – это очень многообещающая возможность. Исправления ошибок, устанавливаемые по воздуху, и функциональные обновления уже сейчас представляются как основные возможности этапа использования продукта. Стоит отметить, что рынок информационно-развлекательного контента с использованием SaaS сейчас на подъеме. Также новые возможности могут возникать за счет случающихся ДТП, поскольку новые аппаратные системы будут нуждаться в установке нового ПО.
Управление двигателем
Постановления международного законодательства по вопросам экологии требуют уменьшения расхода топлива автомобилей и соответствующего сокращения загрязнения окружающей среды. Значит, есть стимул для усовершенствования трансмиссии в целях гарантии оптимального времени впрыскивания топлива и срабатывания зажигания.
Например, современные дизельные двигатели способны впрыскивать топливо в минимальном количестве семь раз за один такт. А это для двигателя с четырьмя цилиндрами, который развивает скорость вращения до 1800 оборотов в минуту, составляет 420 раз в секунду. Все это требует новых функций ПО и более продуманных алгоритмов управления, чтобы любые отклонения свести к минимуму.
Необходимость уменьшения вредных выбросов потребовала обновленных технологий и методов обеспечения движения. Поэтому, дополняя обычные двигатели внутреннего сгорания, в будущем львиной долей авторынка будут владеть электродвигатели и смешанные разработки. Кроме того, возрастет необходимость в альтернативном топливе, и главным рычагом к решению этих задач послужит программное обеспечение.
Центром управления трансмиссиями автомашин является модуль управления двигателем. Современные модули имеют объем более 2 мегабайт цифровой памяти и функционируют с частотой тактов до 160 МГц. При этом задействуются программы до 300 тыс. строк кода.
Об авторе
Robert N. Charette редактор IEEE Spectrum, самопровозглашенный «эколог риска», который исследует влияние меняющейся концепции риска на технологии и развитие общества. Charette также пишет IEEE Spectrum Online’s The Risk Factor.
Читайте также: