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!
Содержание обзора:
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.
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;
- Безопасность выполняемых функций - ESC и система торможения должны действовать безотказно, и это уже предполагает довольно серьезные требования к ПО и к самому процессу их разработок;
- Скорость взаимодействия – мгновенная реакция электронных узлов автомобиля (до миллисекунд) невозможна без специальной программной архитектуры и усовершенствованных операционных систем;
- Надежная архитектура - ПО автомобиля должно осуществлять максимальную электромагнитную совместимость, а также не поддаваться влияниям искаженных сигналов;
- Связь узлов электронно-механического цикла.
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.
- Драйвер – программа, предназначенная для управления цифровым оборудованием за счет преобразования сигналов.
- Цифро-аналоговый преобразователь (DAC) - предоставляет аналоговые сигналы, чтобы запустить определенные компоненты двигателя автомобиля.
- Чип связи – эти чипы позволяют реализовать самые разные стандарты связи, имеющиеся в автомобиле. В производстве имеется несколько таких стандартов, но самым распространенным из них является CAN - Controller-Area Networking. Он обеспечивает скорость 500 к/бит в секунду, что крайне необходимо для модулей, которые совершают до сотни операций в ежесекундно.
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.
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.
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.
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:
Ни для кого не секрет, что в наш высокотехнологичный век каждое инновационное средство, в основе работы которого заложена электронная составляющая, начиная с мобильного телефона и заканчивая спутниками, содержит массу внутренней «начинки», которая управляет процессами функционирования агрегата.
Во многом это касается и средств передвижения или, проще говоря, автомобилей. Современные машины настолько напичканы электроникой, что порой задумываешься, а зачем здесь, собственно, водитель.
Насколько безопасна автоматическая система?
Однако все ли так просто и безопасно, можно ли полностью довериться , главной задачей которой является облегчение процесса управления автомобилем водителем? Ответ абсолютно не однозначен.
Возможно, кого то удивит тот факт, что программное обеспечение современной машины составляют строки кода, которых примерно в 2,5 раза больше, чем в одной из самых популярных компьютерных ОС современности – Windows 7.
Какой из этого можно сделать вывод? Очень простой – очевидно, что при столь грандиозном объеме данных могут случатся ошибки, которые, впоследствии, будут влиять на неправильную работу всего автомобиля.
В качестве примера приведем случай, который случился с Toyota Prius. Не будем вникать во все тонкости работы системы автоматического управления двигателем, отметит только, что в случае ошибки системы полупроводники, встроенные в установку, перегреваются, а это приводит к тому, что автомобиль внезапно может остановится. Чтобы обновить всю систему, понадобится посетить сервисный центр.
Производители электрокаров
Самый популярный сегодня производитель электрокаров в мире, на практике использует более усовершенствованный метод: обновить систему можно дистанционно, с помощью беспроводной связи. Но здесь следует внимательно прислушаться к мнению экспертов, которые практически в один голос утверждают, что данный способ не настолько безопасен, как может показаться изначально. Почему?
Дело в том, что в таком случае, хороший хакер может получить доступ к автоматике транспортного средства используя обычный ноутбук. Ярким тому подтверждением стал эксперимент компьютерных специалистов Чарли Миллера и Криса Валасека, который они продемонстрировали на конференции Black Hat. Хакеры смоделировали взлом электроники автомобиля и показали, к чему это может привести.
Хорошо, что это был только научный пример и никто не пострадал. Набрав скорость и достигнув 80 км/час, автомобиль внезапно перестал отвечать на команды, тормоза полностью отказали, а при нажатии на педаль акселератора, машину резко завернуло вправо.
Самое удивительное случилось после этого: программное обеспечение, которое и принесло вред автоматической системе управления автомобилем, молниеносно удалилось, поэтому внешне все это выглядело, как несчастный случай. Э
тот эксперимент хакеров показал, что не все так идеально в мире современной автоэлектроники и автопроизводителям еще предстоит много поработать над тем, чтобы представить оптимальное сочетание комфорта и безопасности при использовании электронных бортовых систем автомобиля.
Автомобильный мир не так прост, как кажется на первый взгляд. В мире автопромышленности много непонятного и неоднозначного. Запутанные автомобильные инструкции различные непонятные сокращения новых технологий, аббревиатуры опций и многое другое сбивает нас с толку. И во всем этом разнообразие технологий больше всего нам понятны новые электронные инновации в сфере автомобильной развлекательной электроники. Девиз современного мира - лучше жить с помощью технологий, чем отказаться от них.
Когда речь заходит о новых потребительских автомобильных технологиях, то многие из нас начинают путаться во множестве . Чтобы пролить свет на многие технические новинки в автомобилях и не дать запутаться потребителям наше интернет издание подготовило для Вас специальный обзор самых свежих, последних и новых автомобильных технологий. Узнав о них подробнее, Вам будет проще ориентироваться и пользоваться ими в новых автомашинах.
Если Вы только , то почти наверняка при принятии окончательного решения ключевую роль будут играть новые электронные технологии. Мы специально отобрали самые распространённые современные технологии (функции), которые последние годы стали устанавливаться на современные автомобили. Большинство функций в обзоре присутствуют в новых автомобилях, стоимость которых не более 1,5 млн. рублей.
Поэтому Вам будет легко определить, какие функции Вы хотели бы видеть в своем автомобиле.
1) Bluetooth
Bluetooth достаточно недавно стала символом беспроводной автомобильной громкой связи. Но эта беспроводная технология, также может на небольшом расстоянии обеспечить подключение различных современных гаджетов к бортовому компьютеру автомобиля. Если у Вас есть современный смартфон под управлением современных операционных систем: Ios Android, BlackBerry или Windows Phone, то, скорее всего Ваше устройство имеет функцию Bluetooth.
Также почти в любом современном смартфоне есть профиль настройки профиля SMS сообщений с помощью технологии Bluetooth. Эти настройки помогут настроить Вам, отправлять SMS сообщение с помощью автомобильной громкой связи. Каким образом? Все очень просто. Вы за ранее можете в черновиках создать короткие шаблоны SMS сообщений. С помощью голосовой команды Вы будете отправлять в ответ, на поступившие сообщение, которое во многих автомобилях Вы можете прочитать на экране ЖК-экрана мультимедийной системы.
Также, к примеру, пользователи телефонов Apple могут с помощью встроенной Siri пользоваться телефоном (принимать, читать, отправлять SMS, принимать звонки и т.п.) через беспроводную громкую связь. Для ее активации необходимо нажать кнопку громкой связи на рулевом колесе. Конечно, для этого предварительно телефон должен быть подключен с помощью Bluetooth к системе автомобиля.
Практически все автомобили, оснащенные Bluetooth, могут принимать с Ваших гаджетов потоковую музыку. Этот тип соединения позволяет с Вашего телефона, смартфона, планшета или МР3-плеера воспроизводить музыку на динамиках автомобиля. В качестве удобства на многих современных автомобилях, для управления музыкой и громкостью звучания нет необходимости пользоваться электронными гаджетами, передающие по беспроводной системе музыкальный поток. Все это Вы можете делать на мультимедийной системе машины.
Во время воспроизведения потока музыки с Вашего мобильного устройства на экране своей автомобильной информационно-развлекательной системы Вы видите название композиции, таймер, и другую важную информацию.
2) Порты USB
Порты USB являются отличным средством для подзарядки электронных гаджетов и для подключения электронных устройств (к примеру, для воспроизведения музыки) в которых отсутствует возможность подключения к системе автомобиля по технологии Bluetooth. К примеру, старые МР3-плееры, мобильные телефоны. Также с помощью этого порта Вы сможете подключить к автомобилю свою флэшку, на которой записана музыка.
Воспроизведение музыки через USB порт имеет ряд преимуществ перед Bluetooth. Так при передаче музыкального потока по беспроводной технологии, система Bluetooth сжимает аудио файл, для быстрой передачи по каналу беспроводной радиосвязи, что ухудшает качество звучания мелодий.
3) Бесконтактный ключ автомобиля и зажигания
У нас есть более важные дела, чем копаться в кармане или в сумке в поисках ключа от автомобиля. Для этого есть технология беспроводного электронного ключа автомобиля. Принцип действия прост. В вашем кармане или сумке лежит электронный ключ, который когда Вы подходите к машине посылает в автомобиль специальный код для открытия двери. Подойдя к машине, Вы просто открываете дверь, садитесь в автомобиль и нажимаете кнопку запуска двигателя, не вставляя ключ в замок зажигания. Очень удобная функция, которая в последнее время устанавливается на многие новые автомобили.
4) Интеграция приложений
К сожалению, подобные технологии пока в нашей стране не сильно развиты в связи с дороговизной и качеством мобильного интернета. За рубежом картина совершенно иная. Так в некоторых премиум автомобилях стали появляться специальные блоки, куда встроен мобильный интернет модем, раздающий по WiFi интернет, как на электронные пользовательские гаджеты, так и для возможности выхода в сеть с помощью информационно-развлекательной системы. К примеру, доступ в сеть может пригодиться для прослушивания онлайн музыки или просмотра пассажирами потокового онлайн видео.
5) Распознавание голоса
Взаимодействие с программным обеспечением автомобиля с помощью голоса на первых порах представляло собой не очень надежную и качественную технологию. Первое время подобные системы действовали со сбоями и ошибками. К счастью электронные технологии не стоят на месте, и прогресс движется вперед. Современное программное обеспечение и современные электронные чипы, позволяют с помощью голоса управлять многими системами автомобиля.
Если раньше система требовала точного произношения определенной команды, то сегодня достаточно сказать часть команды и система распознает, чего Вы хотите.
Новая система распознавания речи позволяет с удобством управлять навигационной системой. Раньше, для того, чтобы голосом задать адрес маршрута, необходимо было по отдельности произносить название населённого пункта, улицу, дом и т.п. то сегодня большинство мобильных навигационных автомобильных систем могут распознать точный адрес пункта назначения при произнесении полного адреса сразу.
6) Удаленное управление автомобилем
Как Вы думаете, возможно ли С системой дистанционного управления транспортным средством такое возможно. Для этого в App Store или Google Play существуют специальные приложения. Так с помощью этих программ, Вы можете отключить сигнализацию или включить. Также на расстояние Вы можете заблокировать автомашину при необходимости. Некоторые автомобили позволяют программам со смартфона получать данные о температуре в салоне и на улице, смотреть соответствующие диагностические данные, такие как уровень топлива, расход топлива, запас хода, а также получать данные со спутниковой навигации о местоположение транспортного средства и многую другую информацию.
7) Система контроля слепых зон
Мировые исследования показывают, что большая доля ДТП происходит из-за слепых зон автомобиля. В попытке остановить эту эпидемию аварий, большинство автопроизводителей стали оснащать свои транспортные средства системой контроля слепых зон. Действует все очень просто. Если во время движения автомобиля в мертвой, не просматриваемой зоне, находится автомобиль или другой объект, система предупреждает водителя об этом. На боковом зеркале или на приборной панели появляется предупреждающий знак.
8) Система контроля полосы
Эта технология призвана помочь водителям контролировать полосу движения. Специальные сенсорные датчики и камеры следят за дорожной разметкой. В случае пересечения полосы автомобиль предупреждает водителя об этом либо подачей звукового сигнала, либо вибрацией, которая передается на рулевое колесо. Во многих роскошных автомобилях, таких как Acura, Mercedes-Benz, и Audi, недавно появилась новое поколение подобной системы, которая при определенных настройках может автоматически сама изменять положение рулевого колеса, для того чтобы выравнивать автомобиль в случае неконтролируемого съезда с полосы.
9) Телематика
Эта новая технология позволяет Вам не просто подключить Ваш смартфон к информационно-развлекательной системе автомобиля, но и получить ряд . Если автомобиль, оборудованный мобильным интернет модемом и который подключен к безлимитному тарифному плану, то Вы можете совершать звонки с телефона, через автомобильный интернет, пользуясь интерфейсом автомашины. Это не только сэкономит вам мобильный трафик телефона, но сделает общение более удобным.
Также функции телематики предусматривают программирование информационной системы автомобиля на экстренные звонки с помощью Вашего сотового телефона в случае аварии. В таком случае система в автоматическом режиме сама пошлет экстренный вызов через ваш смартфон.
В том числе некоторые автопроизводители встраивают в мультимедийную систему услуги консьерж сервиса, на который Вы можете позвонить с помощью своего смартфона который автоматически подключается к системе автомобиля,как только вы садитесь в него или нажать просто специальную кнопку в машине. По сути, опция телематика представляет собой ангела-хранителя.
10) Адаптивный круиз-контроль
Многие системы предупреждения столкновения автопромышленности в области безопасности. В ближайшем будущем появятся практически на всех современных автомобилях. Это также крайне необходимо, как и подушки безопасности, без которых сейчас не обходится не один автомобиль.
Большинство систем предупреждения столкновения работают с помощью миллиметрового радара или стереоскопических камер, отслеживающие обстановку вокруг машины и сканируют пространство на предмет возможных опасностей. Когда препятствие обнаружено система предупреждает водителя об опасности столкновения.
Более продвинутые версии технологии предупреждения столкновения могут самостоятельно (без участия водителя) нажать педаль тормоза в случае опасности (если система определяет что столкновение неизбежно).
На основе этой системы автопроизводители изобрели новое поколение самой любимой и популярной автомобильной системы круиз-контроля. Так новая функция получила название адаптивный круиз-контроль. Для его работы используются те же стереоскопические камеры или радар, для обнаружения препятствия во время движения. При включении этой функции и настройки крейсерской скорости движения, система автоматически поддерживает заданную скорость и определенную дистанцию до впереди идущего автомобиля.
В некоторых дорогих роскошных автомобилях система расширена возможностью в случае приближения автомашины к препятствию, автоматически без участия водителя, затормозить, избегая столкновения. Как только опасность столкновения исчезнет, автомобиль снова наберет необходимую скорость.
Обычно адаптивный круиз-контроль работает при движение автомобиля на скорости от 40 до 150 км/час.
Для создания современного, конкурентоспособного автомобиля, требуется программное обеспечение, которое в точности спроектирует продукт, испытает и укажет на возможные недостатки при эксплуатации. И все это в виртуальным мире, еще до схода продукта с конвейера.
Лидером в разработке программ для проектирования автомобилей является компания Dassault Systemes.
Корпорации принадлежит 11 брендов программного обеспечения, которые продаются в Азии, Америке и Европе. Эти продукты включают 3-D моделирование, создание производственных симуляторов, программы, изучающие динамику жидкостей и многое другое. Корпорация предлагает программное обеспечение не только для автопроизводителей, но и для геологов и горняков. Популярные продукты компании — это система автоматизированного проектирования - CATIA, САПР (системы автоматизированного проектирования) и программный комплекс для автоматизации работ промышленного предприятия на этапах конструкторской и технологической подготовки производства -SOLIDWORKS.
В механических САПР (системы автоматизированного проектирования) компания первая на рынке. 14 из 16 автопроизводителей используют CATIA. Примечательно, что первым клиентом, производящим автомобили у Dassault Systemes была компания Honda, еще в начале 1980-х годов. До этого Dassault Systemes имели дело только с аэрокосмической промышленностью.
Методы разработки и производства автомобилей кардинально изменились за последние 20 лет. До появления мощных компьютеров и 3-D САПР в 1970 году легионы рисовальщиков в отутюженных брюках и с тощими галстуками давили на карандаши и перемалывали тонны информации. Логарифмические линейки и рейсшины доминировали в процессе, что замедляло работу и увеличивало стоимость автомобиля.
В те дни нужно было "вживую" испытать каждый компонент транспортного средства. С приходом 3-D моделирования и 3-D симуляторов делать это начали виртуально.
Для примера возьмем краш - тесты. Производство одной «живой» модели для одного краш-теста обойдется производителю в 25 тысяч долларов США. Затраты возрастают с каждым новым шагом в дизайне. Сделайте поправки на неудачные испытания и переработку некоторых параметров машины, на появление с каждым годом новых видов краш-тесов, наподобие « », и поймете, почему разорились некоторые автоконцерны. Снизить затраты помогают компьютеры и специальное программное обеспечение, которое прогнозирует поведение автомобиля, участвующего в краш-тесте, еще до посадки туда несчастных кукол.
Также помогают базы данных, хранящие в себе информацию по проектам прошлых лет, все успехи и неудачи команды разработчиков. Инженеру больше не требуется перечитывать уйму литературы и отчетов. Все хранится в одной базе в форме практичных таблиц и конспектов.
Последние разработки компании Dassault Syatemes
Компания Dassault Syatemes, в этом году, разработала программу Target Zero Defects, которая помогает автопроизводителям и компаниям-поставщикам воспрепятствовать попаданию потенциально дефектного компонента в собираемое транспортное средство до запуска на линию сборки.
Инженер закладывает в программу параметры нового транспортного средства и Target Zero Defects виртуально тестирует работу электрических и механических систем автомобиля, выявляя сбои и причины сбоев. В результате, когда автолюбитель включит дворники в транспортном средстве, сработают дворники, а не клаксон или фары.
Постоянная конкурентная борьба автоконцернов увеличивает вероятность ошибки при проектировании и производстве автомобиля. Теперь с подобными проблемами будет бороться новое программное обеспечение Target Zero Defects от компании Dassault Systeme.
09.04.2010 Юрген Мессингер
Когда вы купите свой следующий автомобиль, в нем окажется уже 100 млн строк кода, и, наверное, вам стоит задуматься о трудностях, связанных с созданием таких бортовых программных систем, и о новых возможностях, которые они открывают в автомобильной отрасли.
Первые электронные системы появились в автомобилях еще в 60-х годах, и благодаря этому отрасль серьезно изменилась – сегодня электроника, и особенно программное обеспечение, являются основными источниками инноваций. Программное обеспечение повышает надежность с помощью систем активной и пассивной безопасности, таких как антиблокировочная тормозная система и электронная система курсовой устойчивости (ESC). Кроме того, сегодня происходит постепенная интеграция бытовой электроники в автомобили.
Программное обеспечение для автомобилей очень надежно – уровень отказов составляет не более одного сбоя на миллион операций в год. Большинство людей даже не представляют, насколько много автомобильных функций управляются сегодня программно, тем не менее вряд ли вам приходилось когда-нибудь слышать о голубом экране в автомобиле, хотя для ПК это обычное дело.
Сейчас каждый автомобиль имеет несколько электронных блоков управления (electronic control unit, ECU), связанных между собой внутримашинной сетью. Эти блоки взаимодействуют через стандартные шинные архитектуры, такие как сеть контроллеров (controller area network, CAN), сеть передачи данных мультимедийных систем (media-oriented systems transport, MOST), FlexRay и локальный интерконнект (local interconnect network, LIN). В сравнении с Ethernet, широко используемым для связи ПК, перечисленные шины работают медленнее – в автомобилях объем пересылаемой информации невелик, но ее необходимо обработать за несколько миллисекунд. Увеличение числа связываемых ECU приводит к необходимости создания более сложных структур внутримашинных сетей, требующих особой электрической и электронной архитектуры. Основные отличия между автомобильным программным обеспечением и другими видами ПО:
- надежность: автомобильные программ-ные системы должны работать исключительно надежно в сложной сети ECU в течение всего срока эксплуатации автомобиля;
- функциональная безопасность: такие функции, как антиблокировочная тормозная система и ESC, требуют безотказной работы, что определяет высокие требования к процессам разработки программного обеспечения и к самим программам;
- работа в режиме реального времени: быстрая реакция (от микросекунд до миллисекунд) на внешние события требует оптимизированных операционных систем и особой программной архитектуры;
- минимальное потребление ресурсов: любое дополнение вычислительных ресурсов или памяти увеличивает стоимость продуктов, что при миллионных тиражах выливается в немалые деньги;
- надежная архитектура: автомобильное программное обеспечение должно выдерживать искажение сигналов и поддерживать электромагнитную совместимость;
- электронно-механическое управление замкнутого цикла .
При этом надо учесть, что перезагрузка во время работы для большинства ECU недопустима.
Процессы и технология
Если в первые годы появления автомобильного ПО его мог контролировать один разработчик, то теперь это уже невозможно.
В 70-х годах разработчики программного обеспечения для автомобилей начали использовать ассемблер, а Си стал основным языком в 90-х годах. На протяжении последнего десятилетия компания Robert Bosch и другие поставщики автомобильных компонентов стали разрабатывать программное обеспечение на базе моделей, используя ASCET (усовершенствованный инженерный инструментарий моделирования и управления) и Mathlab/Simulink.
Шинные системы, такие как CAN, серьезно усложняют программное обеспечение, поскольку допускают взаимодействия между программами различных ECU. В автомобилях класса люкс сложная сеть связывает сейчас до 80 ECU, в совокупности имеющих до 100 млн строк кода. Поскольку программное обеспечение становится все сложнее, возникает необходимость совершенствовать методы инжиниринга, соответственно в отрасли сегодня предлагаются параллельные организационные и технические процессы для разработки ПО. Компания Bosch давно применяет разработку на базе процессов инжиниринга и управления, соответствующих CMMI уровня 3, а ее инженерное подразделение в Индии уже добилось уровня 5.
Разработка на базе процессов и архитектуры является также необходимым условием эффективного аутсорсинга – компания Bosch стала отдавать на сторону некоторые разработки еще в начале 90-х годов. Сегодня работа над ПО ведется несколькими географически распределенными подразделениями, что оказалось весьма полезным для бизнеса, например, сейчас в филиале, находящемся в Индии, работает свыше 6 тыс. инженеров.
Управление двигателем
Задача сокращения расхода топлива и выбросов вредных веществ стимулирует деятельность по усовершенствованию трансмиссии, например выполнение требований международного законодательства по выбросам вредных веществ требует соблюдения гарантированного времени впрыска топлива и зажигания. Кроме того, частота впрысков значительно выросла – современные дизельные системы могут впрыскивать капли топлива меньше булавочной головки до семи раз за такт, что составляет 420 раз в секунду для четырехцилиндрового двигателя, вращающегося со скоростью 1800 оборотов в минуту. Это требует очень совершенных алгоритмов управления и программных функций для минимизации отклонений.
Необходимость сокращения выбросов CO2 привела к многообразию технологий обеспечения движения – в дополнение к традиционным двигателям внутреннего сгорания со временем существенная доля рынка будет принадлежать гибридным системам и электрическим двигателям. Возрастет также потребление альтернативного топлива, и программное обеспечение будет ключом к реализации этих технологий.
Модуль управления двигателем – основа управления трансмиссиями легковых автомобилей. Современные модули содержат свыше 2 Мбайт встроенной флэш-памяти, работают с тактовой частотой до 160 МГц, выполняя программы объемом до 300 тыс. строк кода.
Поставщики автомобильных систем часто продают больше продукции, чем каждый отдельный автопроизводитель. В 2008 году одна из крупнейших автомобилестроительных компаний продала около 9 млн автомобилей при общемировом объеме производства в 65 млн, в то время как объемы продаж поставщиков программных систем гораздо выше. Благодаря этому у поставщиков систем больше возможностей для того, чтобы добиться экономии за счет массового производства, требуемой для крупномасштабной программной разработки.
Стандартизация
Как правило, программные системы для автомобилей разрабатывают с учетом специфики конкретного ECU – программное обеспечение тесно связано с соответствующим оборудованием. Учитывая, что число автомобильных ECU растет, все большую важность приобретают повторное использование программного обеспечения, а для этого необходима стандартизация.
В 2003 году ведущие автопроизводители и поставщики создали сообщество Automotive Open System Architecture (Autosar, www.autosar.org) с целью разработки единого глобального стандарта и соответствующих технологий. Сегодня в Autosar входят свыше 150 компаний, и в рамках этого партнерства разрабатывается архитектура ECU, базовое программное обеспечение, методология и стандартизованные интерфейсы для прикладного программного обеспечения. Партнерство способствует разработке независимых от оборудования компонентов, позволяя автопроизводителям и поставщикам обмениваться программным обеспечением и повторно использовать его на различных ECU.
Архитектура Autosar ECU имеет несколько уровней абстракции, отделяющих ПО от аппаратного обеспечения (см. рисунок). На верхнем уровне расположено прикладное программное обеспечение, реализующее все прикладные функции. Далее идет базовое программное обеспечение, обеспечивающее необходимую абстракцию от аппаратного обеспечения, по аналогии с операционной системой для ПК. Среда исполнения в реальном времени (Autosar Runtime Environment, RTE) обеспечивает все взаимодействия как внутри ECU, так и между ними. Методология Autosar включает в себя шаблоны и форматы обмена, используемые для описания, конфигурации и генерации инфраструктуры.
Сегодня на долю электроники приходится около 80% функциональных инноваций автомобильной отрасли, и программное обеспечение – это ключ к большинству из них. По мере того как ПО становится все более существенной частью стоимости оборудования, в бизнес-моделях начинают учитывать необходимость повторного использования и обмена программным обеспечением.
Высокоскоростные шины, такие как Ethernet, все шире используются сегодня в автомобилестроении для поддержки взаимодействия между ECU и разработки новых функций, особенно в области безопасности. Информация из различных источников анализируется и консолидируется для формирования полной модели среды, позволяя разрабатывать новые функции, поддерживающие водителя в критических ситуациях. Например, если внимание водителя отвлекает пассажир, то приложение может определить, что едущий впереди автомобиль тормозит, и предупредить об этом водителя либо же автономно включить торможение. Водитель никогда не догадается о существовании такого программного обеспечения, пока не возникнет опасная ситуация.
В автомобилестроении сегодня назрела очередная программная революция – все шире начинают применяться средства мультимедиа и бытовой электроники. Автомобили будут подключаться к Интернету и ко всем видам мобильных и установленных дома устройств, причем неуклонно будет расти доля решений на базе свободного ПО.
Загрузка...
