Pięć trendów elektroniki motoryzacyjnej

© Tesla

Trendy w łączności i technologii motoryzacyjnej zmieniają oblicze przemysłu motoryzacyjnego. W ciągu kilku krótkich lat nastąpił niesamowity postęp, jednak najlepsze dopiero przed nami: technologie takie jak sztuczna inteligencja (AI) i zaawansowane systemy wspomagania kierowcy nowej generacji (ADAS), wraz z rosnącą infrastrukturą V2X, przybliżają branżę do autentycznej jazdy autonomicznej. Również klienci wymagają coraz więcej - ulepszonej nawigacji, spersonalizowanych systemów informacyjno-rozrywkowych w pojeździe (IVI), konserwacji predykcyjnej i aktualizacji drogą radiową (OTA).

Wszystkie te możliwości opierają się na możliwościach technicznych, jakie zapewnia łączność pojazdu. W rzeczywistości podstawowe technologie zapewniające łączność pojazdów krzyżują się również z rosnącym poziomem autonomii pojazdów i elektryfikacji. Trendy wzmacniają się nawzajem, a transformacja branży napędzana jest synergią między nimi.

Łączność zasadniczo sprawia, że samochody stają się węzłami Internetu Rzeczy (IoT), dzięki czemu pojazdy używane przez ludzi nie tylko zapewniają bezpieczny transport, ale także w coraz większym stopniu pełnią funkcję platformy świadczenia usług. Współzależności między telematyką pokładową, która łączy samochód ze światem zewnętrznym, a usługami i oprogramowaniem opartymi na chmurze, wyznaczają przyszłość pojazdów.

1. Nadeszła era pojazdu definiowanego cyfrowo

Jako jedna z wielu branż przechodzących transformację cyfrową, producenci OEM z branży motoryzacyjnej przyjmują nowy paradygmat: przejście od pojazdów definiowanych sprzętowo do pojazdów definiowanych cyfrowo.

Pionierem w tej dziedzinie była Tesla, projektując sieć komputerową, a następnie budując wokół niej oprogramowanie sprzętowe dla pojazdów. Koncepcja polega na tym, aby myśleć o samochodzie, jak wysokiej wydajności (HPC) komputerze na kołach, wyposażonym w oprogramowanie umożliwiające indywidualną, dwukierunkową wymianę danych między pojazdami a ich producentami, a także umożliwianie połączeń w całym ekosystemie. Oto kilka przykładów zakresu usług, jakie może zapewnić oprogramowanie samochodu z pełną łącznością:

• Wysoce zautomatyzowana funkcjonalność jazdy. Zaawansowane interfejsy człowiek-maszyna (HMI), takie jak napędzani sztuczną inteligencją wirtualni asystenci.
• Ulepszone usługi dla kierowców, takie jak inteligentny dostęp, wyświetlacze HUD w rzeczywistości wirtualnej, zapobieganie kradzieży i śledzenie pojazdów, pomoc w sytuacjach awaryjnych, nawigacja i inne informacje dotyczące podróży,
• Spersonalizowany system informacyjno-rozrywkowy, który porusza się wraz z kierowcą.
• Informacje o zaangażowaniu klientów, które napędzają ulepszenia łańcucha wartości,
• Telematyka dla usług prognozowania jazdy i dodatkowej optymalizacji trasy.
• Aktualizacje bezprzewodowe (OTA) i poprawki jakościowe.

Aby zapewnić wszystkie te funkcje, dzisiejszy pojazd elektryczny może mieć do 150 milionów linii kodu oprogramowania, obsługujących nawet 100 elektronicznych jednostek sterujących (ECU) i rosnącej gamy czujników, kamer, radarów i urządzeń do wykrywania i określania zasięgu światła (LiDAR).

Pod względem ilości danych, które w przyszłości będą przesyłane będą przetwarzane samochody, szacunki znacznie się różnią. Podczas niedawnej konferencji internetowej na temat inteligentnej mobilności Dowson Tong z firmy Tencent i dyrektor generalny Cloud and Smart Industry Group sugeruje, że w pojazdach autonomicznych, w zależności od poziomu autonomii, samochody autonomiczne generują od 8 do 32 terabajtów danych na każde osiem godzin jazdy.

Ten ogromny ładunek danych musi być przetwarzany i dystrybuowany w bezpieczny sposób, przy bardzo małych opóźnieniach, pomiędzy różnymi domenami. Hybrydowe architektury elektryczne/elektroniczne (E/E) przez jakiś czas pozostaną prawdopodobnie normą, do czasu gdy pojawi się bardziej scentralizowane, obejmujące wiele dziedzin rozwiązanie.

2. Łączność jest podstawą autonomicznej jazdy

Oprogramowanie znacznie poszerza również dostęp do pojawiających się funkcji V2X, oznaczających możliwość jazdy autonomicznej. Wymagania związane z jazdą autonomiczną są znaczące i stają się coraz bardziej wyrafinowane pod względem inżynierii oprogramowania przetwarzającego, zarządzającego i dystrybuującego dane generowane przez protokoły detekcji.

Łączność samochodowa jest podstawowym filarem pojazdów autonomicznych. Wysoce zautomatyzowane pojazdy wymagają szerokiej gamy czujników (LiDAR, RADAR, czujników ultradźwiękowych i czujników obrazu), a także szeregu podzespołów przetwarzających. Wszystkie one wymagają niezawodnej, bezproblemowej łączności w celu ułatwienia funkcjonalności V2X. Ze względu na potrzebę stworzenia w pełni połączonej infrastruktury i rozwoju towarzyszących technologii, stanowiących podstawę bezpiecznego działania i funkcjonalności, nie należy się spodziewać powszechnego wdrożenia całkowicie autonomicznych pojazdów przez co najmniej kolejną dekadę.

Rysunek: Poziomy jazdy autonomicznej Żródło: Five Automotive Connectivity Trends Fueling the Future © Jabil

Połączone aplikacje samochodowe generują duże ilości danych, przekazywanych między samochodem a chmurą. Jeśli urządzenia nie mogą przesłać danych do chmury dostatecznie szybko, aby sprostać wymaganiom pojazdów autonomicznych w zakresie podejmowania decyzji w czasie rzeczywistym, przetwarzanie brzegowe (w pojazdach i infrastrukturze brzegowej) musi ewoluować, aby zapewnić bezpieczną wydajność w całym ekosystemie.

Obecnie wdrażane są sieci 5G (a 6G pojawi się już wkrótce), które zapewniają szeroki zasięg, prędkość i niskie opóźnienia przesyłu, potrzebne do prognozowanego postępu w transporcie. Z drugiej strony, pojazdy nadal muszą być w stanie monitorować i obsługiwać podstawowe funkcje samochodu, niezależnie od łączności zewnętrznej. Jeśli połączenie służące nawigacji ulegnie awarii, pojazd nadal musi posiadać wystarczającą wiedzę, aby funkcjonować i dowiedzieć się, gdzie się znajduje i czego potrzebuje.

Na przykład podczas przejazdu przez tunel, w przypadku utraty sygnału GNSS, samochodowe rozwiązanie obliczeniowe wykorzystuje czujniki ruchu i inne wewnętrzne kalibracje generowane w pojeździe w celu oszacowania jego pozycji.

W niedawnym wywiadzie dla CNBC Adam Jonas, dyrektor zarządzający Global Auto & Shared Mobility w Morgan Stanley, mówił o oczekiwaniu rynku na inicjatywy ze strony Apple dotyczące przejścia pojazdów autonomicznych z poziomów autonomii L3 na L4 i L5: ‘Oczekujemy, że penetracja pojazdów L5 (w pełni autonomicznych) będzie rosła bardzo powoli ze względu na szereg względów technologicznych, moralnych, prawnych czy regulacyjnych’. Podkreślił również jedną z głównych zalet samochodów autonomicznych, polegającą na odblokowaniu produktywności w czasie ‘[...] ponad 600 miliardów godzin rocznie czasu kierowcy i pasażera spędzanego obecnie w pojazdach’.

3. V2X

Mówiąc obrazowo, połączone samochody poruszają się w istocie dwiema drogami jednocześnie. Pierwsza z nich ma charakter fizyczny, z kołami dosłownie na ziemi. Druga droga jest niewidoczna - superautostrada danych budowana jest dzięki współpracy inwestycji publicznych i prywatnych. Ten ewoluujący ekosystem jest domeną technologii vehicle-to-everything (V2X).

Dzięki zaawansowanej telematyce i innym protokołom łączności, V2X umożliwia komunikację pojazdów między sobą, a także z innymi połączonymi elementami infrastruktury inteligentnych miast, takimi jak inteligentna sygnalizacja świetlna czy przejazdy kolejowe itp. W pełni rozwinięty, przyszły V2X zasadniczo umożliwi wszystkim podmiotom na drodze lub w jej pobliżu przekazywanie informacji o swojej pozycji i trajektorii ruchu w czasie zbliżonym do rzeczywistego, za pośrednictwem zestawu uzupełniających usług komunikacyjnych, w tym sieci komórkowych, technologii radiowych dalekiego zasięgu, systemów nadawczych, a także dodatkowych elementy sieci, takich jak bezzałogowe statki powietrzne (UAV) czy satelity. W 2020 roku amerykańska FCC zachowała górne 30 MHz pasma 5,9 GHz na potrzeby działania inteligentnego systemu transportowego (ITS), co zostało z radością przejęte przez branżę.

Należy zauważyć, że pełne wdrożenie platform wymiany informacji o małych opóźnieniach i dużej przepustowości (tj. 5G, 6G i przyszłych sieci łączności) umożliwi temu ‘systemowi systemów’ zapewnianie niezwykłej wartości. Ma on potencjał całkowicie zrewolucjonizować drogi dzięki prawdziwie inteligentnemu systemowi, który uratuje życie, zmniejszy zatory i będzie promować bardziej zrównoważone sposoby podróżowania.

4. Architektura pojazdów — nie ma jednego rozwiązania dla wszystkich

Połączone samochody generują niezwykłą ilość danych.  Aby przetwarzać stale rosnącą ilość wytwarzanych danych, pojazdy wymagają procesorów o wysokiej wydajności i szybkiej komunikacji sieciowej, aby dystrybuować je skuteczniej i wydajniej. W rezultacie architektury pojazdów ewoluują i stają się bardziej celowo scentralizowane, aby lepiej opanować rosnącą złożoność tych zadań. Hardware pojazdów elektrycznych, który kiedyś zawierał nawet do 100 indywidualnych elektronicznych jednostek sterujących (ECU), obecnie ewoluuje w kierunku architektury składającej się z kilku komputerów o wysokiej wydajności (HPC). Można na to spojrzeć inaczej: o ile w przeszłości istniał jeden element sprzętowy dedykowany dla jednej funkcji, to obecnie musi każdy hardware musi obsługiwać wiele funkcji.

Ta konsolidacja funkcji pojazdów umożliwiła programistom uproszczenie konstrukcji pojazdów, zwiększenie wydajności jazdy, zmniejszenie masy pojazdu i kosztów sprzętu oraz położyła podwaliny pod funkcje nowej generacji, takie jak bezprzewodowe aktualizacje oprogramowania, ulepszone zabezpieczenia i pełne możliwości autonomicznej jazdy.

Żródło: Five Automotive Connectivity Trends Fueling the Future © Jabil

Ponieważ wymagania programowe i sprzętowe pojazdu definiowanego programowo stawiane są równolegle, kierunek zmian zmierza w stronę wysokowydajnych platform obliczeniowych, wykorzystujących scentralizowane i międzydomenowe architektury, które są bardziej elastyczne i dają większe możliwości niż obecnie. Umożliwia to elastyczne tworzenie oprogramowania (tj. dostarczanie dodatkowych funkcji), zapewniając klientom najlepszą możliwą obsługę nie tylko w momencie wyjazdu samochodu z linii montażowej, lecz również przez cały jego cykl życia. Dla marek motoryzacyjnych kluczowe będzie opracowanie stosów oprogramowania, które będzie można aktualizować przez cały cykl życia pojazdu. Utrzymywanie ‘świeżości’ oprogramowania ma kluczowe znaczenie dla każdej przyszłościowej strategii oraz budowania i utrzymywania lojalności klientów.

Jedno jest pewne: w miarę postępu zmian w architekturze sprzętowej pojazdów elektrycznych nie będzie jednego rozwiązania, które pasowałoby do wszystkich, które można byłoby tanio kupić z półki. Dostosowanie wejść, wyjść i skalowalności będzie konieczne nawet wtedy, gdy sprzęt stanie się bardziej ustandaryzowany: w taki sam sposób ewoluowała branża komputerów osobistych.

5. Personalizacja

Pojazdy zawierają więcej technologii niż kiedykolwiek wcześniej, zapewniając niemal nieograniczone możliwości personalizacji. Integracja z cyfrowym stylem życia danej osoby staje się dla klientów coraz ważniejsza, stawiana na równi lub nawet ponad preferencje dotyczące wyglądu fizycznego samochodu lub parametrów mechanicznych. Wyobraźmy sobie bezproblemową i przenośną obsługę użytkownika, zapewnianą przez łączność i oprogramowanie, dzięki której cyfrowe życie danej osoby – jej subskrypcje i preferencje – dosłownie przemieszcza się tam i z powrotem z domu do pojazdu. Jest to zdarzający się raz na pokolenie punkt zwrotny, w którym producenci OEM chcą na nowo zdefiniować doświadczenia użytkowników w ramach marki. To szansa na całościowe zintegrowanie zewnętrznych potrzeb kierowcy i pasażerów z ich potrzebami w samochodzie.

Ponieważ technologia i oprogramowanie stają się coraz istotniejszymi kryteriami wyboru, tradycyjni producenci OEM z branży motoryzacyjnej albo dokonają integracji pionowej, rozwijając inżynierię oprogramowania we własnym zakresie, albo rozwiążą te wyzwania w drodze długoterminowego partnerstwa lub wspólnych przedsięwzięć z dużymi firmami technologicznymi.

Weźmy za przykład telefon komórkowy: obecny model użytkowania umożliwia ciągłe, dwukierunkowe połączenie, umożliwiające ciągłą aktualizację usług, a jednocześnie agregujące informacje o tym, jak użytkownik wchodzi w interakcję z produktem. W pełni połączony samochód przyszłości to także otwarta i elastyczna platforma sprzętowa, na której można uruchomić dowolne oprogramowanie w celu realizacji szerokiej gamy usług pokładowych i zewnętrznych. Jest to także potężne narzędzie do generowania przychodów długo po momencie samej sprzedaży.

Aktualizacje bezprzewodowe (OTA) zapewniają szereg korzyści — eliminują uciążliwe wizyty u dealera, dostrajają i monitorują wydajność oraz dostarczają poprawki oprogramowania bez konieczności wycofywania produktu z rynku celem naprawy. Obecnie szacunki wiodącej globalnej firmy doradczej przewidują, że aż 40% wszystkich kampanii przywoławczych samochodów można by rozwiązać poprzez aktualizację oprogramowania.

Łączność tworzy nowe możliwości, ale jednocześnie niestety otwiera również drzwi dla potencjalnych wyzwań związanych z cyberatakami. Dostrzegając ryzyko, dwie największe organizacje normalizacyjne w branży – SAE International (SAE) i Międzynarodowa Organizacja Normalizacyjna (ISO) – opracowały pod koniec 2021 roku nową, globalną normę cyberbezpieczeństwa w motoryzacji, ISO/SAE 21434, Pojazdy drogowe – Inżynieria cyberbezpieczeństwa. Rozwiązywanie problemów związanych z cyberbezpieczeństwem jest wspólnym celem dla wszystkich graczy w całym ekosystemie: prognozy przewidują, że do 2027 roku rynek cyberbezpieczeństwa w motoryzacji osiągnie wartość 2,7 mld USD.

Żródło: Five Automotive Connectivity Trends Fueling the Future © Jabil

Autor: Rolf Horn

Rolf Horn, Applications Engineer at DigiKey, has been in the European Technical Support group since 2014 with primary responsibility for answering any Development and Engineering related questions from final customers in EMEA, as well as writing and proof-reading German articles and blogs on DK’s TechForum and maker.io platforms. Prior to DigiKey, he worked at several manufacturers in the semiconductor area with focus on embedded FPGA, Microcontroller and Processor systems for Industrial and Automotive Applications. Rolf holds a degree in electrical and electronics engineering from the university of applied sciences in Munich, Bavaria and started his professional career at a local Electronics Products Distributor as System-Solutions Architect to share his steadily growing knowledge and expertise as Trusted Advisor.

Hobbies: spending time with family + friends, travelling in our VW-California transporter and motorbiking on a 1988 BMW GS 100.