Selles blogipostituses uurime, kuidas autod – mis olid kunagi puhtalt mehaanilised seadmed – on muutunud manussüsteemide ja tarkvara integreerimise kaudu elektroonilisteks ja intelligentseteks ning kuidas need arenevad 2026. aastaks tarkvaraliselt määratletud sõidukiteks.
Auto põhifunktsioonid on edasiliikumine gaasipedaali vajutamisel, suuna muutmine rooli keeramisel ja peatumine piduri vajutamisel. Varasemate autode puhul on enamik funktsioone täidetud füüsiliste mehaaniliste seadmete abil: pedaali vajutamine käivitas mootori, rooli keeramine muutis rataste suunda ja piduri rakendamine peatas rattad hõõrdumise abil. Autod arenevad aga nüüd lihtsatest mehaanilistest seadmetest masinateks, mis ühendavad keerulisi elektroonilisi süsteeme ja tarkvara. Tänapäeva autod aitavad sõidu ajal hoida eesoleva sõidukiga ühtlast kaugust, abistavad parkimisel ning kasutavad ümbritseva keskkonna ja sõiduki oleku jälgimiseks mitmesuguseid andureid – andes juhile teavet või juhtides sõiduki liikumist. Üks nende funktsioonide võimaldavatest põhielementidest on autosse paigaldatud manussüsteem.
Manussüsteem viitab arvutisüsteemile, mis on loodud piiratud funktsioonide täitmiseks kindlal eesmärgil. Tüüpiline personaalarvuti (PC) saab täita mitmesuguseid funktsioone, installides erinevaid programme. Kui installite tekstitöötlusprogrammi, saate seda kasutada dokumentide loomiseks; kui installite mängu, saate seda kasutada mängukonsoolina. Seevastu manussüsteemi manustatud arvuti keskendub konkreetse seadme või süsteemi vajalike funktsioonide täitmisele. Võite arvata, et mida rohkem funktsioone arvutil on, seda parem, aga võtame näiteks külmkapi. Kuigi tänapäeva külmikutes kasutatakse arvuteid, pole külmkappi sisseehitatud arvutil vaja tekstitöötlusprogrammi käivitada ega suure jõudlusega mänge mängida. Mittevajalike funktsioonide vähendamise ja vajalikele keskendumise abil saab seadme suurust ja energiatarbimist minimeerida ning see saab oma määratud funktsioone usaldusväärselt ja tõhusalt täita. Elektroonilised komponendid, näiteks manustatud arvutikiibid, moodustavad manussüsteemi riistvara, samas kui neil töötavad mitmesugused programmid moodustavad tarkvara.
Miks siis hakati autosid arvutitega varustama? Seda seetõttu, et autodesse paigaldatakse üha rohkem elektroonilisi seadmeid ja samal ajal on muutunud vajalikuks keerukamad ja intelligentsemad juhtimissüsteemid. Autodes kasutatavad arvutid vajavad ka süsteeme, mis on spetsialiseerunud konkreetsetele rollidele, erinevalt üldotstarbelistest personaalarvutitest. Seda seetõttu, et auto funktsioonid ei ole lõputult laiendatavad nagu tekstitöötlusprogrammil või videomängul; pigem on need määratletud peamiselt sõidu-, ohutus- ja mugavusfunktsioonide ümber. Autos on oluline täpselt mõõta teavet, nagu sõiduki kiirus, mootori seisukord, aku ja kütuse tase ning ümbritsev keskkond, ning juhtida sõidukit selle teabe põhjal asjakohaselt. Seetõttu on üldotstarbeliste arvutite asemel kasulik kasutada spetsiaalselt auto otstarbeks ja keskkonnaks loodud manussüsteeme.
Autotööstuse manussüsteemid saab nende funktsioonide põhjal jagada mitmeks valdkonnaks, sealhulgas šassii, jõuülekanne, kere ja multimeedia. Šassii valdkonnas juhitakse sõiduki liikumisega seotud funktsioone, nagu pidurdamine, roolimine ja vedrustus, mitmesuguste andmete, sealhulgas sõiduki kiiruse ja ümbritsevate sõidukite kauguse põhjal. Jõuülekande valdkonnas juhivad need funktsioonid energia genereerimist ja edastamist, võttes arvesse seda teavet ning mootori, käigukasti ja aku olekut. Kerevaldkond haldab juhi ja reisijate mugavuse ja ohutusega seotud funktsioone, nagu istmed, armatuurlaud, valgustus ja uksed, multimeediavaldkond aga navigatsiooni, telemaatika, heli ja video ning mitmesuguseid sõidukisisese teabe ja kommunikatsiooni funktsioone. Tänapäeval muutuvad tarkvarakesksed funktsioonid, nagu juhiabisüsteemid, sõiduautomaatika, sõidukivõrgud ja ühenduvus, üha olulisemaks.
Kõik need süsteemid koguvad anduritelt ja teistelt elektroonilistelt juhtseadmetelt (ECU-delt) vajalikku teavet, töötlevad seda teavet ja reageerivad olukorrale vastavalt. Kui mineviku autod olid pigem masinad, mis liikusid kasutaja otsese sisendi põhjal, siis manussüsteemidega varustatud autod on arenenud aktiivseteks süsteemideks, mis on võimelised täitma spetsiifilisi funktsioone vastavalt sõiduki olekule ja ümbritsevale keskkonnale, isegi ilma et kasutaja teeks otseseid otsuseid või neid käsitseks. Muidugi ei oleks täiesti täpne selliseid sõidukeid kohe tehisintellekti süsteemideks nimetada samas tähenduses nagu inimese intelligentsust; neil on aga selgelt erinevad omadused mineviku mehaanilistest sõidukitest, kuna nad kasutavad andureid ja arvuteid olukordade hindamiseks ja sõiduki funktsioonide juhtimiseks nende hinnangute põhjal.
Selleks, et auto sellisel viisil „nutikalt“ toimiks, peab manussüsteemi tarkvara olema rakendatud stabiilselt ja keerukalt. Autotööstuse tarkvara ei ole lihtsalt üksik programm; pigem on see struktureeritud mitmeks kihiks, et see saaks juhtida riistvara, võimaldada erinevatel tarkvarakomponentidel omavahel suhelda ja täita rakenduste funktsioone. Varem võis seda seletada manussüsteemide, manussüsteemi vahevara ja manussüsteemi rakendustarkvara abil. Operatsioonisüsteem pakub põhilist täitmiskeskkonda, mis võimaldab rakendustel riistvaral töötada; vahevara abstraheerib rakenduste, operatsioonisüsteemi ja riistvara erinevused või pakub vajalikke teenuseid; ja rakendustarkvara täidab tegelikus sõidukis vajalikke funktsioone. AUTOSAR, mis on üks tänapäeva juhtivaid autotööstuse tarkvarastandardeid, on samuti arenenud, jagades tarkvara mitmeks kihiks ja komponendiks, et vähendada riist- ja rakendustarkvara vahelist sõltuvust ning parandada tarkvara korduvkasutatavust ja koostalitlusvõimet.
Nende hulgas on manussüsteemi operatsioonisüsteem ja täitmiskeskkond autotööstuse tarkvara stabiilse toimimise kriitiliseks aluseks. Operatsioonisüsteemi võib kirjeldada kui teatud tüüpi käituskeskkonda, mis haldab ressursse, mis on vajalikud kasutaja poolt otse käivitatavate programmide või mitmesuguse sõiduki juhtimistarkvara toimimiseks. Seda kontseptsiooni on lihtne mõista, kui mõelda spordiväljakule. Kui väljak on jagatud erinevate tegevuste (nt korvpall, jalgpall ja jooksmine) jaoks osadeks ja seda hallatakse nii, et mitu inimest saavad samaaegselt treenides kasutada vajalikku aega ja ruumi, saab iga tegevus toimuda tõhusalt ilma üksteist segamata. Samamoodi haldab tüüpiline operatsioonisüsteem mitut programmi nii, et need ei oleks omavahel vastuolus, kasutaksid süsteemiressursse tõhusalt ja töötaksid stabiilselt.
Autodes kasutatavate manussüsteemide tarkvara vajab erinevaid omadusi kui üldotstarbelistel arvutitel töötavad programmid. Eelkõige sõiduki liikumise ajal tekib sageli olukordi, kus kiireloomulist või kriitilist teavet tuleb töödelda kindlaksmääratud aja jooksul. Seetõttu on autotööstuses reaalajas operatsioonisüsteemi (RTOS) omadused – mis suudavad piiratud aja jooksul töödelda konkreetseid ülesandeid – üliolulised ning süsteem peab suutma korralikult töödelda sisendit erinevatelt anduritelt ja juhtseadmetelt. Seda seetõttu, et kui kiiruse, roolimise, pidurdamise ja sõiduki olekuga seotud teavet ei töödelda õigel ajal, võivad tagajärjed ulatuda lihtsatest programmivigadest kaugemale ja mõjutada otseselt sõiduki ohutust. Autotööstuse tarkvarastandard AUTOSAR pakub tarkvaraarhitektuuri, mis võtab reaalajas jõudlust ja ohutust arvesse sõiduki funktsioonide ja nõuete põhjal; eelkõige Classic Platformi kasutatakse manussüsteemide jaoks, millel on ranged reaalajas ja ohutuspiirangud.
Neid omadusi ära kasutades on autode manussüsteemide ja tarkvara arendamine muutunud kriitiliseks valdkonnaks, mis mõjutab otseselt sõidukite jõudlust ja ohutust. Kui varem määras sõiduki peamine konkurentsivõime suuresti mehaanilise jõudluse – näiteks mootori, käigukasti ja kere –, siis elektroonilised juhtseadmed, tarkvara, sõidukivõrgud, andurid ja arvutusplatvormid on nüüdseks end peamisteks konkurentsiteguriteks seadnud. AUTOSAR, autotarkvara juhtiv standard, on alates 2003. aastast välja töötanud auto- ja tarkvaratööstuse suured ettevõtted, et luua avatud standard autotööstuse elektri- ja elektroonikaseadmete (E/E) arhitektuuridele. Praegu pakub see lisaks klassikalisele platvormile – mis on loodud mikrokontrolleripõhise reaalajas juhtimise ja ohutusnõuete jaoks – ka adaptiivset platvormi selliste rakenduste jaoks nagu suure jõudlusega andmetöötluse juhtplokid ja autonoomne juhtimine.
Eelkõige seoses autotööstuse jätkuva tarkvara omaksvõtmisega on autotööstuse tarkvara roll oluliselt suurenenud kui varem. Kui varem hõlmas tüüpiline struktuur mitut suhteliselt iseseisvalt toimivat arvutijuhtimisplokki (ECU), mis vastutasid kindlate funktsioonide eest, siis autotööstuse elektri- ja elektroonikaarhitektuurid arenevad nüüd mitme funktsiooni integreerimise ja suure jõudlusega arvutusressursside ärakasutamise suunas. Seetõttu areneb autotööstuse tarkvara enamat kui lihtsalt konkreetse riistvaraga seotud juhtimisprogrammid; üha olulisemaks muutub struktuur, kus erinevad tarkvarakomponendid suhtlevad omavahel ning saavad pidevalt laiendada ja hallata sõiduki funktsioone. AUTOSAR arendab lisaks klassikalisele platvormile ka adaptiivset platvormi suure jõudlusega arvutijuhtimisplokkide jaoks ning on hiljuti arendanud tarkvarapõhiseid sõidukeid (SDV-sid) toetavaid käivitatavaid platvorme ja nendega seotud tehnoloogiaid.
Nii nagu Google'i Android ja Apple'i iOS on nutitelefonide turul konkureerinud operatsioonisüsteemidele keskendudes, kasvab tarkvara ja operatsiooniplatvormide tähtsus ka autotööstuses. Erinevalt nutitelefonidest ei ole autod aga ainult tarkvarast koosnevad tooted. Sõidukites peab tarkvara töötama koos erinevate andurite, ajamite, elektrooniliste juhtseadmete (ECU-de), sõidukivõrkude ning elektri- ja elektroonikaseadmetega ning ohutus- ja töökindlusnõuded on äärmiselt kõrged. Seetõttu on riist- ja tarkvara disainimise ja integreerimise võime autotööstuses ülioluline. AUTOSAR-i – standardiseeritud liidese, mis vähendab rakenduste, riistvara ja ECU-de vahelist sõltuvust, suurendades samal ajal tarkvara korduvkasutatavust – väljatöötamine on otseselt seotud nende nõuetega.
Arvestades, et Lõuna-Korea autotööstus ja elektroonika/IT-tööstus on arenenud paralleelselt, on riigil suur tõenäosus saavutada märkimisväärne konkurentsieelis autotööstuse manussüsteemide valdkonnas. Kuna autod arenevad lihtsatest masinatest süsteemideks, mis ühendavad elektroonilisi seadmeid ja tarkvara, muutub üha olulisemaks erinevate tehnoloogiate – sealhulgas mitte ainult autotööstuse, vaid ka pooljuhtide, andurite, kommunikatsiooni, operatsioonisüsteemide, tarkvaraplatvormide ja tehisintellekti – koondumine. Eelkõige autode arenedes tarkvarapõhisteks sõidukiteks on võime rakendada ja hallata sõiduki funktsioone tarkvara abil muutumas üheks peamiseks teguriks, mis määrab autotööstuse konkurentsivõime. Seega, kui Lõuna-Korea autoettevõtted ning elektroonika- ja IT-firmad jätkavad tehniliste võimekuste arendamist autotööstuse tarkvara ja manussüsteemide valdkonnas, suudavad nad demonstreerida uusi konkurentsieeliseid ülemaailmsel autoturul.
Kui varem oli auto keeruline masin, mida juhiti peamiselt mootori ja mehaaniliste osade abil, siis nüüd on see muutumas pigem tohutu arvutisüsteemi sarnaseks, milles arvukad andurid, elektroonilised juhtseadmed, sidesüsteemid, arvutusseadmed ja tarkvara on omavahel ühendatud ja töötavad koos. Tegelikult standardiseerib AUTOSAR praegu autotööstuse tarkvara erinevaid valdkondi, sealhulgas kommunikatsiooni, täitmiskeskkondi, diagnostikat, riistvara tuge, tarkvarauuendusi, ohutust, turvalisust ja salvestusfunktsioone, samal ajal kui adaptiivne platvorm areneb, et tegeleda valdkondadega, mis nõuavad suure jõudlusega andmetöötlust, näiteks autonoomse sõidu jaoks.
Lõppkokkuvõttes ei tähenda väide, et „autost on saanud arvuti”, lihtsalt seda, et sõidukisse on paigaldatud üksainus arvuti. See on tähenduselt lähemal ideele, et tarkvara rolli – mis kontrollib sõiduki erinevaid funktsioone ja töötleb infot – tähtsuse kasvades muutub auto ise massiivseks elektrooniliseks ja tarkvaraliseks süsteemiks. Autode tulevase arengu mõistmiseks on vaja uurida mitte ainult mehaanilisi tehnoloogiaid, nagu mootorid ja sõidukikered, vaid ka selliseid tehnoloogiaid nagu manussüsteemid, operatsioonisüsteemid, tarkvaraplatvormid, andurid, sõidukivõrgud ja tehisintellekt. Autod ei ole enam pelgalt masinad, mis transpordivad inimesi soovitud sihtkohtadesse; need arenevad intelligentseteks liikumissüsteemideks, mis tajuvad oma ümbrust, töötlevad andmeid ja rakendavad tarkvara abil mitmesuguseid funktsioone.
