Jak architektura E/E napędza rozwój

Oprogramowanie zmieniło każdą branżę, umożliwiając firmom tworzenie skomplikowanych produktów szybciej i wydajniej niż kiedykolwiek wcześniej. Nigdzie transformacja nie jest tak dynamiczna, jak w branży motoryzacyjnej. Obecnie producenci samochodów są w stanie tworzyć nowe funkcje realizowane przez oprogramowanie oraz rozwijać je i aktualizować dzięki rozwiązaniom over-the-air (OTA). Jak to robią, za pomocą E/E?

Aby wspierać ewolucję oprogramowania, pojazdy muszą posiadać solidną „architekturę elektryczną/elektroniczną” (E/E). Określa ona integrację sprzętu elektronicznego, łączności sieciowej, oprogramowania i okablowania w jednym systemie, który zawiaduje stale rosnącą liczbą funkcji.
W przypadku aut są to, m.in. funkcje: sterowania pojazdem, nadwozia i zabezpieczeń, informacji i rozrywki, aktywnego bezpieczeństwa, a także inne związane z komfortem i łącznością.

Pierwszy zintegrowany układ systemów elektrycznych i mechanicznych powstał pod koniec lat 50. wraz z pojawieniem się podstawowego tempomatu. W latach 60. pojawiły się udoskonalenia systemów audio i oświetlenia, w latach 70. nowe przepisy dotyczące kontroli emisji spalin przyczyniły się
do rozwoju architektury E/E, a w latach 90. zarządzanie coraz bardziej skomplikowaną architekturą E/E zaczęło stawiać pierwsze wyzwania przed producentami pojazdów. W początkowych latach XXI wieku protokoły transmisji danych i komunikacji wprowadziły bowiem nowe wymagania w odniesieniu
do produktów.

W ostatniej dekadzie producenci pojazdów skoncentrowali się na funkcjach i przepisach dotyczących bezpieczeństwa pasażerów, rozproszenia uwagi kierowcy i oszczędności paliwa, co doprowadziło
do przyjęcia układów napędowych i systemów opartych na architekturze wysokonapięciowej.

Auto definiowane oprogramowaniem

W świecie IT architektura E/E obejmuje oprogramowanie, a także infrastrukturę obliczeniową
i sieciową, potrzebne do zapewnienia płynnego i wydajnego działania aplikacji biznesowych. Obecnie znaczna część tej infrastruktury znajduje się w chmurze. W perspektywie następnych lat architektura E/E w motoryzacji będzie wymagała przystosowania do automatyzacji kierowania pojazdem, rozszerzonych systemów informacji i rozrywki, czy łączności 5G.

Podobnie, jak w przypadku IT, producenci samochodów będą chcieli maksymalnie uprościć skomplikowane systemy dla użytkownika. Tradycyjne podejście polegające na stopniowym dodawaniu nowych elektronicznych jednostek sterujących (ECU) z własnymi podzespołami zasilania, przetwarzania, pamięci i łączności do obsługi każdej nowej funkcji już się nie sprawdza – w przyszłości nie pozwoli ono sprostać wszystkim nowym wymaganiom w zakresie mocy obliczeniowej, przetwarzania danych i dystrybucji energii. Rozwiązanie tego problemu przynosi zintegrowany sprzęt
z zaawansowanym oprogramowaniem pośredniczącym (middleware), określony jako „pojazd definiowany oprogramowaniem”.

„W Centrum Technicznym Aptiv w Krakowie inżynierowie są częścią międzynarodowego zespołu pracującego nad kluczowymi elementami tej architektury” – mówi Dariusz Mruk, dyrektor Centrum Technicznego Aptiv w Krakowie. „Nasi eksperci systemowi badają podejścia do projektowania
i dokumentowania architektury systemu na poziomie pojazdu”.

Pojawienie się pojazdów z napędem całkowicie elektrycznym jest punktem zwrotnym, który daje producentom możliwość rozpoczęcia prac nad nową architekturą E/E, uwzględniającą zapotrzebowanie na energię i dane poszczególnych urządzeń elektrycznych w pojeździe oraz zaspokajającą te potrzeby w efektywny i zintegrowany sposób. Potencjalne korzyści i możliwości są imponujące. Producenci pojazdów, którzy zrobią to dobrze, zdobędą przewagę konkurencyjną poprzez zapewnienie użytkownikom lepszej obsługi cyfrowej.

Nowe podejście

Producenci pojazdów potrzebują nowej architektury E/E, która upraszcza projektowanie, centralizuje moc obliczeniową i optymalizuje zawartość, komponenty i funkcjonalność elektryczną/elektroniczną. Dobrym przykładem może być Architektura Systemu Inteligentnego Pojazdu (SVA — Smart Vehicle Architecture), która może spełnić te potrzeby na kilka sposobów:

• Mniejsza złożoność: SVA upraszcza topologię sprzętu i oprogramowania w pojeździe oraz zmniejsza współzależności pomiędzy wieloma jednostkami ECU.
• Łączenie różnorodnych aplikacji: SVA integruje oprogramowanie z różnych dziedzin w całym pojeździe, co pozwala zaoferować nowe funkcje i usprawnia zarządzanie cyklem życia.
• Silniejsza pozycja producentów pojazdów: SVA daje producentom pojazdów pełną kontrolę nad oprogramowaniem, które stanowi o wrażeniach z użytkowania pojazdów i z biegiem czasu pozwala im rozbudowywać jego funkcje.

Architektura Systemu Inteligentnego Pojazdu pozwala osiągać te cele poprzez oddzielenie oprogramowania od sprzętu, co skraca cykle udostępniania aktualizacji. Umożliwia także oddzielenie danych wejściowych/wyjściowych od procesów obliczeniowych poprzez zarządzanie połączeniami
z czujnikami i innymi urządzeniami za pomocą kontrolerów strefowych oraz dynamiczne przydzielanie aplikacjom zasobów obliczeniowych w zależności od potrzeb.

„Inżynierowie z Centrum Technicznego Aptiv w Krakowie projektują sprzęt dla kontrolerów stref, które integrują funkcje z różnych obszarów pojazdów, takie jak sterowanie nadwoziem, bezpieczeństwo
i wrażenia użytkownika” podkreśla Dariusz Mruk. „Pomagają również w tworzeniu centralnych kontrolerów pojazdów w celu koordynowania działań między kontrolerami stref dla bardziej złożonych funkcji”.

To nowe, całościowe podejście zmniejsza całkowity koszt posiadania na wszystkich etapach cyklu życia pojazdu — od projektowania, poprzez produkcję, aż po okres poprodukcyjny. Dzięki temu producenci pojazdów mogą zapewnić klientom oczekiwane przez nich funkcje cyfrowe.