في هذه المدونة، سنستعرض كيف أصبحت السيارات - التي كانت في السابق أجهزة ميكانيكية بحتة - إلكترونية وذكية من خلال دمج الأنظمة المدمجة والبرمجيات، وكيف تتطور لتصبح مركبات محددة بالبرمجيات اعتبارًا من عام 2026.
تتمثل الوظائف الأساسية للسيارة في التحرك للأمام عند الضغط على دواسة الوقود، وتغيير الاتجاه عند تدوير عجلة القيادة، والتوقف عند الضغط على الفرامل. بالنظر إلى سيارات الماضي، كانت معظم الوظائف تُؤدى بواسطة أجهزة ميكانيكية: الضغط على الدواسة يُشغل المحرك، وتدوير عجلة القيادة يُغير اتجاه العجلات، والضغط على الفرامل يُوقف العجلات عن طريق الاحتكاك. مع ذلك، تتطور السيارات اليوم لتتجاوز الأجهزة الميكانيكية البسيطة إلى آلات تجمع بين أنظمة إلكترونية وبرمجيات معقدة. تُساعد سيارات اليوم في الحفاظ على مسافة ثابتة من السيارة الأمامية أثناء القيادة، وتُساعد في ركن السيارة، وتستخدم مستشعرات متنوعة لمراقبة البيئة المحيطة وحالة السيارة، مما يُوفر معلومات للسائق أو يتحكم في حركة السيارة. أحد العناصر الرئيسية التي تُمكّن هذه الوظائف هو النظام المُدمج المُثبت في السيارة.
يشير النظام المدمج إلى نظام حاسوبي مصمم لأداء وظائف محدودة لغرض محدد. يمكن للحاسوب الشخصي العادي أداء وظائف متنوعة عن طريق تثبيت برامج مختلفة. فإذا قمت بتثبيت برنامج معالجة نصوص، يمكنك استخدامه لإنشاء المستندات؛ وإذا قمت بتثبيت لعبة، يمكنك استخدامه كجهاز ألعاب. في المقابل، يركز الحاسوب المدمج في النظام المدمج على أداء الوظائف المطلوبة لجهاز أو نظام معين. قد تعتقد أن كثرة وظائف الحاسوب أفضل، ولكن لنأخذ الثلاجة كمثال. فبينما تُستخدم الحواسيب في الثلاجات الحديثة، لا حاجة لتشغيل برنامج معالجة نصوص أو ألعاب عالية الأداء على الحاسوب المدمج في الثلاجة. بتقليل الوظائف غير الضرورية والتركيز على الوظائف الضرورية، يمكن تقليل حجم الجهاز واستهلاكه للطاقة، ويمكنه أداء وظائفه المحددة بكفاءة وموثوقية. تُشكل المكونات الإلكترونية، مثل رقائق الحاسوب المدمجة، مكونات النظام المدمج المادية، بينما تُشكل البرامج المختلفة التي تعمل عليها مكوناته البرمجية.
لماذا بدأت السيارات تُجهز بالحواسيب؟ يعود ذلك إلى تزايد عدد الأجهزة الإلكترونية المُستخدمة فيها، وفي الوقت نفسه، باتت الحاجة ماسة إلى أنظمة تحكم أكثر تطورًا وذكاءً. كما تتطلب الحواسيب المُستخدمة في السيارات أنظمة مُتخصصة لأداء أدوار مُحددة، على عكس الحواسيب الشخصية العامة. والسبب في ذلك هو أن وظائف السيارة ليست قابلة للتوسع بلا حدود كبرامج معالجة النصوص أو ألعاب الفيديو، بل تتمحور أساسًا حول القيادة والسلامة والراحة. ففي السيارة، من الضروري قياس معلومات دقيقة مثل سرعة السيارة، وحالة المحرك، ومستوى البطارية والوقود، والبيئة المحيطة، والتحكم بالسيارة بشكل مناسب بناءً على هذه المعلومات. لذا، يُعد استخدام الأنظمة المُدمجة المُصممة خصيصًا لغرض السيارة وبيئتها أفضل من استخدام الحواسيب العامة.
يمكن تصنيف الأنظمة المدمجة في السيارات إلى عدة مجالات بناءً على وظائفها، بما في ذلك الهيكل، ونظام الدفع، وجسم السيارة، والوسائط المتعددة. في مجال الهيكل، تُتحكم الوظائف المتعلقة بحركة السيارة - مثل الكبح والتوجيه والتعليق - بناءً على بيانات متنوعة، تشمل سرعة السيارة والمسافة بينها وبين السيارات المحيطة. أما في مجال نظام الدفع، فتتحكم هذه الوظائف في توليد الطاقة ونقلها، مع الأخذ في الاعتبار هذه المعلومات بالإضافة إلى حالة المحرك وناقل الحركة والبطارية. ويتولى مجال جسم السيارة إدارة الوظائف المتعلقة براحة وسلامة السائق والركاب، مثل المقاعد ولوحة العدادات والإضاءة والأبواب، بينما يتولى مجال الوسائط المتعددة إدارة الملاحة والاتصالات عن بُعد والصوت والفيديو، بالإضافة إلى وظائف المعلومات والاتصالات المختلفة داخل السيارة. واليوم، تزداد أهمية الوظائف التي تركز على البرمجيات - مثل أنظمة مساعدة السائق، وأتمتة القيادة، وشبكات المركبات، والاتصال.
يجمع كل نظام من هذه الأنظمة المعلومات اللازمة من أجهزة الاستشعار ووحدات التحكم الإلكترونية الأخرى، ويعالجها، ويستجيب للموقف بشكل مناسب. فبينما كانت سيارات الماضي أشبه بآلات تتحرك بناءً على إدخال المستخدم المباشر، تطورت السيارات المجهزة بأنظمة مدمجة إلى أنظمة فعّالة قادرة على أداء وظائف محددة بناءً على حالة المركبة والبيئة المحيطة، حتى دون تدخل المستخدم أو تشغيلها. بالطبع، ليس من الدقة وصف هذه المركبات فورًا بأنها أنظمة ذكاء اصطناعي بالمعنى نفسه للذكاء البشري؛ إلا أنها تتميز بوضوح بخصائص مختلفة عن المركبات الميكانيكية القديمة، إذ تستخدم أجهزة الاستشعار والحواسيب لتقييم المواقف والتحكم في وظائف المركبة بناءً على تلك التقييمات.
لكي تعمل السيارة "بذكاء" بهذه الطريقة، يجب تنفيذ برمجيات النظام المدمج بثبات وكفاءة عالية. فبرمجيات السيارات ليست مجرد برنامج واحد، بل هي مُهيكلة في طبقات متعددة لتتمكن من التحكم في المكونات المادية، وتمكين مكونات البرمجيات المختلفة من التواصل فيما بينها، وتنفيذ وظائف التطبيقات. في السابق، كان يُمكن شرح ذلك من خلال أنظمة التشغيل المدمجة، والبرمجيات الوسيطة المدمجة، وبرمجيات التطبيقات المدمجة. يوفر نظام التشغيل بيئة تنفيذ أساسية تسمح بتشغيل التطبيقات على المكونات المادية؛ وتُخفي البرمجيات الوسيطة الفروقات بين التطبيقات ونظام التشغيل والمكونات المادية، أو تُوفر الخدمات اللازمة؛ بينما تُنفذ برمجيات التطبيقات الوظائف المطلوبة في السيارة نفسها. وقد تطور معيار AUTOSAR، أحد أبرز معايير برمجيات السيارات اليوم، من خلال تقسيم البرمجيات إلى طبقات ومكونات متعددة لتقليل الاعتماد المتبادل بين المكونات المادية وبرمجيات التطبيقات، ولتعزيز إمكانية إعادة استخدام البرمجيات وقابلية التشغيل البيني.
من بين هذه العناصر، يُعد نظام التشغيل المدمج وبيئة التنفيذ أساسًا بالغ الأهمية لاستقرار تشغيل برمجيات السيارات. يُمكن تعريف نظام التشغيل بأنه بيئة تشغيل تُدير الموارد اللازمة لتشغيل البرامج التي يُنفذها المستخدم مباشرةً أو برامج التحكم المختلفة في المركبة. يسهل فهم هذا المفهوم عند التفكير في ملعب رياضي. فإذا قُسّم الملعب إلى أقسام لأنشطة مختلفة - مثل كرة السلة وكرة القدم والجري - ووُضع نظام إدارة يسمح لعدة أشخاص باستخدام الوقت والمساحة اللازمين لممارسة الرياضة في وقت واحد، فإن كل نشاط سيسير بكفاءة دون تداخل مع الأنشطة الأخرى. وبالمثل، يُدير نظام التشغيل النموذجي برامج متعددة بحيث لا تتعارض مع بعضها البعض، وتستخدم موارد النظام بكفاءة، وتعمل بثبات.
تتطلب برامج الأنظمة المدمجة المستخدمة في السيارات خصائص مختلفة عن تلك الخاصة بالبرامج التي تعمل على أجهزة الكمبيوتر الشخصية العامة. فعلى وجه الخصوص، أثناء حركة السيارة، غالبًا ما توجد حالات تتطلب معالجة معلومات عاجلة أو بالغة الأهمية ضمن إطار زمني محدد. لذلك، تُعد خصائص نظام التشغيل في الوقت الحقيقي (RTOS) - القادر على معالجة مهام محددة خلال فترة زمنية محدودة - بالغة الأهمية في أنظمة السيارات، ويجب أن يكون النظام قادرًا على التعامل بكفاءة مع المدخلات الواردة من مختلف أجهزة الاستشعار وأجهزة التحكم. وذلك لأنه في حال عدم معالجة المعلومات المتعلقة بالسرعة والتوجيه والكبح وحالة السيارة في الوقت المناسب، فقد تتجاوز العواقب مجرد أخطاء برمجية بسيطة وتؤثر بشكل مباشر على سلامة السيارة. يوفر معيار AUTOSAR، وهو معيار برامج السيارات، بنية برمجية تراعي الأداء في الوقت الحقيقي والسلامة بناءً على وظائف السيارة ومتطلباتها؛ وتُستخدم المنصة الكلاسيكية، على وجه الخصوص، للأنظمة المدمجة ذات القيود الصارمة المتعلقة بالوقت الحقيقي والسلامة.
بفضل هذه الخصائص، أصبح تطوير أنظمة التشغيل والبرمجيات المدمجة للسيارات مجالًا بالغ الأهمية يؤثر بشكل مباشر على أداء المركبات وسلامتها. فبينما كانت القدرة التنافسية الأساسية للمركبة في الماضي تُحدد إلى حد كبير بالأداء الميكانيكي - كالمحرك وناقل الحركة والهيكل - أصبحت وحدات التحكم الإلكترونية والبرمجيات وشبكات المركبات وأجهزة الاستشعار ومنصات الحوسبة عوامل تنافسية رئيسية. وقد طُوّر معيار AUTOSAR، المعيار الرائد لبرمجيات السيارات، منذ عام 2003 من قِبل كبرى الشركات في صناعتي السيارات والبرمجيات، بهدف وضع معيار مفتوح لهياكل السيارات الكهربائية والإلكترونية. وهو يُقدم حاليًا ليس فقط المنصة الكلاسيكية - المصممة للتحكم في الوقت الحقيقي ومتطلبات السلامة القائمة على المتحكمات الدقيقة - بل أيضًا المنصة التكيفية لتطبيقات مثل وحدات التحكم الإلكترونية للحوسبة عالية الأداء والقيادة الذاتية.
مع استمرار قطاع صناعة السيارات في تبني البرمجيات، ازداد دور برمجيات السيارات بشكل ملحوظ. فبينما كان الهيكل التقليدي في السابق يتضمن وحدات تحكم إلكترونية متعددة مسؤولة عن وظائف محددة تعمل بشكل مستقل نسبيًا، تتطور الآن البنى الكهربائية والإلكترونية للسيارات نحو دمج وظائف متعددة والاستفادة من موارد الحوسبة عالية الأداء. ونتيجة لذلك، لم تعد برمجيات السيارات مجرد برامج تحكم مرتبطة بأجهزة محددة، بل بات من الضروري وجود بنية تتواصل فيها مكونات البرمجيات المختلفة مع بعضها البعض، وتستطيع التوسع المستمر وإدارة وظائف المركبة. كما تعمل AUTOSAR على تطوير المنصة التكيفية لوحدات التحكم الإلكترونية عالية الأداء إلى جانب المنصة الكلاسيكية، وقد طورت مؤخرًا منصات تنفيذية وتقنيات ذات صلة لدعم المركبات المعرفة بالبرمجيات (SDVs).
كما تنافست أنظمة تشغيل أندرويد من جوجل وآبل (iOS) في سوق الهواتف الذكية، تتزايد أهمية البرمجيات ومنصات التشغيل في صناعة السيارات أيضًا. إلا أن السيارات، على عكس الهواتف الذكية، ليست منتجات تتكون من برمجيات فقط. ففي المركبات، يجب أن تعمل البرمجيات بالتنسيق مع مختلف أجهزة الاستشعار والمحركات ووحدات التحكم الإلكترونية وشبكات المركبات والأجهزة الكهربائية والإلكترونية، وتكون متطلبات السلامة والموثوقية عالية للغاية. لذا، تُعدّ القدرة على تصميم ودمج الأجهزة والبرمجيات معًا أمرًا بالغ الأهمية في صناعة السيارات. ويرتبط تطوير معيار AUTOSAR - وهو واجهة موحدة تقلل الاعتماد المتبادل بين التطبيقات والأجهزة ووحدات التحكم الإلكترونية مع زيادة إمكانية إعادة استخدام البرمجيات - ارتباطًا مباشرًا بهذه المتطلبات.
نظراً للتطور المتزامن لقطاعي السيارات والإلكترونيات/تكنولوجيا المعلومات في كوريا الجنوبية، فمن المرجح أن تحظى البلاد بميزة تنافسية كبيرة في مجال الأنظمة المدمجة للسيارات. ومع تطور السيارات من مجرد آلات إلى أنظمة تجمع بين الأجهزة الإلكترونية والبرمجيات، تزداد أهمية تقارب مختلف التقنيات، بما في ذلك تصنيع السيارات، وأشباه الموصلات، وأجهزة الاستشعار، والاتصالات، وأنظمة التشغيل، ومنصات البرمجيات، والذكاء الاصطناعي. وبشكل خاص، مع تحول السيارات إلى مركبات مُعرّفة برمجياً، أصبحت القدرة على تنفيذ وظائف المركبة وإدارتها عبر البرمجيات أحد العوامل الرئيسية التي تحدد القدرة التنافسية في صناعة السيارات. لذا، إذا واصلت شركات السيارات والإلكترونيات وتكنولوجيا المعلومات الكورية الجنوبية بناء قدراتها التقنية في مجالات برمجيات السيارات والأنظمة المدمجة، فسيكون بإمكانها إظهار مزايا تنافسية جديدة في سوق السيارات العالمي.
بينما كانت السيارة في الماضي آلة معقدة تعمل أساسًا بمحرك وأجزاء ميكانيكية، أصبحت الآن أشبه بنظام حاسوبي ضخم تتشابك فيه العديد من أجهزة الاستشعار ووحدات التحكم الإلكترونية وأنظمة الاتصالات وأجهزة الحوسبة والبرمجيات وتعمل معًا. في الواقع، تعمل AUTOSAR حاليًا على توحيد معايير مجالات مختلفة من برمجيات السيارات، بما في ذلك الاتصالات وبيئات التنفيذ والتشخيص ودعم الأجهزة وتحديثات البرامج والسلامة والأمان ووظائف التخزين، بينما تتطور المنصة التكيفية لتلبية احتياجات المجالات التي تتطلب حوسبة عالية الأداء، مثل القيادة الذاتية.
في نهاية المطاف، لا تعني عبارة "أصبحت السيارة حاسوبًا" مجرد تركيب حاسوب واحد داخلها، بل هي أقرب إلى فكرة أنه مع تزايد أهمية البرمجيات - التي تتحكم في وظائف السيارة المختلفة وتعالج المعلومات - تتحول السيارة نفسها إلى نظام إلكتروني وبرمجي ضخم. لفهم التطور المستقبلي للسيارات، من الضروري دراسة ليس فقط التقنيات الميكانيكية كالمحركات وهياكل السيارات، بل أيضًا تقنيات أخرى كالأنظمة المدمجة، وأنظمة التشغيل، ومنصات البرمجيات، وأجهزة الاستشعار، وشبكات المركبات، والذكاء الاصطناعي. لم تعد السيارات مجرد آلات تنقل الناس إلى وجهاتهم، بل تتطور إلى أنظمة تنقل ذكية تستشعر محيطها، وتعالج البيانات، وتنفذ وظائف متنوعة عبر البرمجيات.
