En aquesta entrada del blog, examinarem com els cotxes, que abans eren dispositius purament mecànics, s'han tornat electrònics i intel·ligents mitjançant la integració de sistemes i programari integrats, i com estan evolucionant cap a vehicles definits per programari a partir del 2026.
Les funcions bàsiques d'un cotxe són avançar quan es prem el pedal de l'accelerador, canviar de direcció quan es gira el volant i aturar-se quan s'aplica el fre. Si mirem els cotxes del passat, la majoria de les funcions es realitzaven mitjançant dispositius mecànics físics: prémer el pedal engegava el motor, girar el volant canviava la direcció de les rodes i aplicar el fre aturava les rodes per fricció. Tanmateix, els cotxes ara estan evolucionant més enllà dels simples dispositius mecànics cap a màquines que combinen sistemes electrònics i programari complexos. Els cotxes actuals ajuden a mantenir una distància constant amb el vehicle que hi ha davant mentre es condueix, ajuden a aparcar i utilitzen diversos sensors per controlar l'entorn i l'estat del vehicle, proporcionant informació al conductor o controlant el moviment del vehicle. Un dels elements clau que permeten aquestes funcions és el sistema integrat instal·lat al cotxe.
Un sistema integrat fa referència a un sistema informàtic dissenyat per dur a terme funcions limitades per a un propòsit específic. Un ordinador personal (PC) típic pot dur a terme diverses funcions instal·lant diferents programes. Si instal·leu un processador de textos, el podeu utilitzar per crear documents; si instal·leu un joc, el podeu utilitzar com a consola de jocs. En canvi, l'ordinador integrat en un sistema integrat se centra en dur a terme les funcions requerides per un dispositiu o sistema específic. Podeu pensar que com més funcions tingui un ordinador, millor, però prenguem un refrigerador com a exemple. Tot i que els ordinadors s'utilitzen als refrigeradors actuals, no cal executar un processador de textos ni jugar a jocs d'alt rendiment a l'ordinador integrat en un refrigerador. En reduir les funcions innecessàries i centrar-se en les necessàries, es pot minimitzar la mida i el consum d'energia del dispositiu, i pot dur a terme les funcions designades de manera fiable i eficient. Els components electrònics, com ara els xips d'ordinador integrats, formen el maquinari d'un sistema integrat, mentre que els diversos programes que s'hi executen constitueixen el programari.
Aleshores, per què els cotxes van començar a estar equipats amb ordinadors? És perquè els cotxes estan equipats amb un nombre creixent de dispositius electrònics i, alhora, s'han tornat necessaris sistemes de control més sofisticats i intel·ligents. Els ordinadors que s'utilitzen als cotxes també requereixen sistemes especialitzats per a funcions específiques, a diferència dels ordinadors personals d'ús general. Això és degut a que les funcions que ha de realitzar un cotxe no són infinitament ampliables com les d'un processador de textos o un videojoc; més aviat, es defineixen principalment al voltant de les característiques de conducció, seguretat i comoditat. En un cotxe, és crucial mesurar amb precisió informació com la velocitat del vehicle, l'estat del motor, els nivells de bateria i combustible i l'entorn circumdant, i controlar el vehicle adequadament en funció d'aquesta informació. Per tant, és avantatjós utilitzar sistemes integrats dissenyats específicament per al propòsit i l'entorn d'un cotxe en lloc d'ordinadors d'ús general.
Els sistemes integrats per a automoció es poden classificar en diverses àrees segons les seves funcions, com ara xassís, tren motriu, carrosseria i multimèdia. A l'àrea del xassís, les funcions relacionades amb el moviment del vehicle, com ara la frenada, la direcció i la suspensió, es controlen en funció de diverses dades, com ara la velocitat del vehicle i la distància als vehicles circumdants. En el domini del tren motriu, aquestes funcions controlen la generació i la transmissió de potència, tenint en compte aquesta informació, així com l'estat del motor, la transmissió i la bateria. El domini de la carrosseria gestiona les funcions relacionades amb la comoditat i la seguretat del conductor i els passatgers, com ara els seients, el quadre d'instruments, la il·luminació i les portes, mentre que el domini multimèdia gestiona la navegació, la telemàtica, l'àudio i el vídeo, i diverses funcions d'informació i comunicació al vehicle. Avui dia, les funcions centrades en programari, com ara els sistemes d'assistència al conductor, l'automatització de la conducció, les xarxes de vehicles i la connectivitat, són cada cop més importants.
Cadascun d'aquests sistemes recopila la informació necessària dels sensors i altres unitats de control electrònic (ECU), processa aquesta informació i respon adequadament a la situació. Mentre que els cotxes del passat eren més aviat màquines que es movien en funció de l'entrada directa de l'usuari, els cotxes equipats amb sistemes integrats han evolucionat cap a sistemes actius capaços de realitzar funcions específiques en funció de l'estat del vehicle i l'entorn circumdant, fins i tot sense que l'usuari fes judicis directes o els fes funcionar. Per descomptat, no seria del tot exacte etiquetar immediatament aquests vehicles com a sistemes d'intel·ligència artificial en el mateix sentit que la intel·ligència humana; tanmateix, clarament posseeixen característiques diferents dels vehicles mecànics del passat, ja que utilitzen sensors i ordinadors per avaluar situacions i controlar les funcions del vehicle en funció d'aquestes avaluacions.
Perquè un cotxe funcioni "intel·ligentment" d'aquesta manera, el programari del sistema integrat ha d'estar implementat de manera estable i sofisticada. El programari d'automoció no és simplement un únic programa; sinó que està estructurat en múltiples capes per tal que pugui controlar el maquinari, permetre que diversos components de programari es comuniquin entre si i realitzar funcions d'aplicació. En el passat, això es podia explicar en termes de sistemes operatius integrats, middleware integrat i programari d'aplicació integrat. El sistema operatiu proporciona un entorn d'execució bàsic que permet que les aplicacions s'executin al maquinari; el middleware abstrau les diferències entre les aplicacions, el sistema operatiu i el maquinari o proporciona els serveis necessaris; i el programari d'aplicació realitza les funcions necessàries al vehicle real. AUTOSAR, un dels principals estàndards de programari d'automoció actuals, també ha evolucionat dividint el programari en múltiples capes i components per reduir les dependències entre el maquinari i el programari d'aplicació i per millorar la reutilització i la interoperabilitat del programari.
Entre aquests, el sistema operatiu integrat i l'entorn d'execució serveixen com a base fonamental per al funcionament estable del programari d'automoció. Un sistema operatiu es pot descriure com un tipus d'entorn d'execució que gestiona els recursos necessaris perquè els programes executats directament per l'usuari o diversos programes de control de vehicles funcionin. Aquest concepte és fàcil d'entendre si penseu en un camp d'esports. Si el camp es divideix en seccions per a diverses activitats, com ara bàsquet, futbol i córrer, i es gestiona de manera que diverses persones puguin utilitzar el temps i l'espai que necessiten mentre fan exercici simultàniament, cada activitat pot procedir de manera eficient sense interferir entre si. De la mateixa manera, un sistema operatiu típic gestiona diversos programes perquè no entrin en conflicte entre si, utilitzin els recursos del sistema de manera eficient i funcionin de manera estable.
El programari per a sistemes integrats utilitzats en automòbils requereix característiques diferents de les dels programes que s'executen en PC d'ús general. En particular, mentre un vehicle està en moviment, sovint hi ha situacions en què s'ha de processar informació urgent o crítica dins d'un termini especificat. Per tant, en els sistemes d'automoció, les característiques d'un sistema operatiu en temps real (RTOS), que pot processar tasques específiques en un temps limitat, són crucials, i el sistema ha de ser capaç de gestionar correctament les entrades de diversos sensors i dispositius de control. Això es deu al fet que si la informació relacionada amb la velocitat, la direcció, la frenada i l'estat del vehicle no es processa en el moment adequat, les conseqüències poden anar més enllà de simples errors de programa i afectar directament la seguretat del vehicle. AUTOSAR, l'estàndard de programari per a automòbils, proporciona una arquitectura de programari que té en compte el rendiment i la seguretat en temps real en funció de les funcions i els requisits del vehicle; la Plataforma Clàssica, en particular, s'utilitza per a sistemes integrats amb restriccions de temps real i seguretat rígides.
Aprofitant aquestes característiques, el desenvolupament de sistemes operatius i programari integrats per a automòbils s'ha convertit en un camp crític que impacta directament en el rendiment i la seguretat dels vehicles. Mentre que en el passat, la competitivitat principal d'un vehicle estava determinada en gran mesura pel rendiment mecànic (com ara el motor, la transmissió i la carrosseria), les unitats de control electrònic, el programari, les xarxes de vehicles, els sensors i les plataformes informàtiques ara s'han establert com a factors competitius clau. AUTOSAR, l'estàndard líder per a programari d'automoció, ha estat desenvolupat des del 2003 per les principals empreses de les indústries de l'automoció i el programari per establir un estàndard obert per a les arquitectures elèctriques i electròniques (E/E) d'automoció. Actualment, ofereix no només la Plataforma Clàssica (dissenyada per a requisits de control i seguretat en temps real basats en microcontroladors), sinó també la Plataforma Adaptativa per a aplicacions com ara ECU de computació d'alt rendiment i conducció autònoma.
En particular, a mesura que la indústria de l'automoció continua adoptant el programari, el paper del programari per a automòbils ha esdevingut significativament més gran que en el passat. Mentre que l'estructura típica en el passat implicava múltiples ECU responsables de funcions específiques que operaven de manera relativament independent, les arquitectures elèctriques i electròniques per a automòbils ara estan evolucionant cap a la integració de múltiples funcions i l'aprofitament dels recursos de computació d'alt rendiment. En conseqüència, el programari per a automòbils està evolucionant més enllà de ser simplement programes de control vinculats a maquinari específic; cada cop és més important tenir una estructura on diversos components de programari es comuniquin entre si i puguin expandir i gestionar contínuament les funcions del vehicle. AUTOSAR també està desenvolupant la Plataforma Adaptativa per a ECU d'alt rendiment juntament amb la Plataforma Clàssica, i recentment ha estat avançant en plataformes executables i tecnologies relacionades per donar suport a Vehicles Definits per Programari (SDV).
De la mateixa manera que Android de Google i iOS d'Apple han competit al mercat dels telèfons intel·ligents centrat en sistemes operatius, la importància del programari i les plataformes operatives també està creixent a la indústria de l'automòbil. Tanmateix, a diferència dels telèfons intel·ligents, els automòbils no són productes compostos únicament de programari. En els vehicles, el programari ha de funcionar conjuntament amb diversos sensors, actuadors, unitats de control electrònic (ECU), xarxes de vehicles i maquinari elèctric i electrònic, i les demandes de seguretat i fiabilitat són extremadament altes. Per tant, la capacitat de dissenyar i integrar maquinari i programari junts és crucial a la indústria de l'automòbil. El desenvolupament d'AUTOSAR, una interfície estandarditzada que redueix les dependències entre aplicacions, maquinari i ECU alhora que augmenta la reutilització del programari, està directament relacionat amb aquests requisits.
Atès que les indústries de l'automoció i l'electrònica/informàtica de Corea del Sud s'han desenvolupat alhora, és molt probable que el país aconsegueixi un avantatge competitiu significatiu en el camp dels sistemes integrats per a automòbils. A mesura que els automòbils evolucionen de màquines simples a sistemes que combinen dispositius electrònics i programari, la convergència de diverses tecnologies, incloent-hi no només la fabricació d'automòbils, sinó també els semiconductors, els sensors, les comunicacions, els sistemes operatius, les plataformes de programari i la intel·ligència artificial, esdevé cada cop més important. En particular, a mesura que els automòbils evolucionen cap a vehicles definits per programari, la capacitat d'implementar i gestionar les funcions del vehicle mitjançant programari s'està convertint en un dels factors clau que determinen la competitivitat en la indústria de l'automoció. Per tant, si les empreses d'automoció i les empreses d'electrònica i informàtica de Corea del Sud continuen desenvolupant capacitats tècniques en els camps del programari i els sistemes integrats per a automòbils, podran demostrar nous avantatges competitius en el mercat mundial de l'automoció.
Mentre que abans un cotxe era una màquina complexa impulsada principalment per un motor i peces mecàniques, ara s'assembla més a un sistema informàtic massiu en què nombrosos sensors, unitats de control electrònic, sistemes de comunicació, dispositius informàtics i programari estan interconnectats i funcionen conjuntament. De fet, AUTOSAR està estandarditzant actualment diverses àrees del programari d'automoció, com ara la comunicació, els entorns d'execució, el diagnòstic, el suport de maquinari, les actualitzacions de programari, la seguretat i les funcions d'emmagatzematge, mentre que la Plataforma Adaptativa està evolucionant per abordar camps que requereixen computació d'alt rendiment, com ara la conducció autònoma.
En definitiva, l'afirmació que "el cotxe s'ha convertit en un ordinador" no vol dir simplement que s'hagi instal·lat un únic ordinador dins del vehicle. El seu significat s'acosta més a la idea que, a mesura que el paper del programari —que controla les diverses funcions del vehicle i processa la informació— creix en importància, el cotxe mateix s'està transformant en un sistema electrònic i de programari massiu. Per entendre l'evolució futura dels automòbils, cal examinar no només les tecnologies mecàniques com els motors i les carrosseries dels vehicles, sinó també tecnologies com els sistemes integrats, els sistemes operatius, les plataformes de programari, els sensors, les xarxes de vehicles i la intel·ligència artificial. Els cotxes ja no són només màquines que transporten persones a les seves destinacions desitjades; estan evolucionant cap a sistemes de mobilitat intel·ligents que perceben el seu entorn, processen dades i implementen diverses funcions a través del programari.
