Código de programa en el auto

(Publicación 2009)



Se necesitan muchos microprocesadores para procesar 100 millones de líneas de código para ejecutar un automóvil premium ( 2009 ). Y pronto se volverá aún más difícil.

El sistema de aviónica en el F-22 Raptor, un avión de combate de la Fuerza Aérea de EE. UU., Consta de aproximadamente 1.7 millones de líneas de código. F-35 Joint Strike Fighter, presentado en 2010, requiere alrededor de 5,7 millones de líneas de código para los sistemas a bordo. Y el nuevo Boeing 787 Dreamliner necesita alrededor de 6,5 millones de líneas de código de programa para ejecutar sistemas de equipos electrónicos a bordo.

Impresionante, ¿no es así? Pero si recientemente compró un automóvil premium, probablemente contenga alrededor de 100 millones de líneas de código. Así lo dice Manfred Broy, profesor de ciencias de la computación en la Universidad Técnica de Munich, un destacado experto en software automotriz. Todo este software se ejecuta en 70-100 unidades de control electrónico ( ECU ) basadas en microprocesador distribuidas por todo el automóvil.

Alfred Katzenbach, director de gestión de tecnología de la información en Daimler, dijo que el actual sistema de radionavegación Mercedes-Benz S-Class requiere más de 20 millones de líneas de código. El automóvil contiene casi tantas ECU como el nuevo Airbus A380 (excluyendo el sistema de entretenimiento a bordo). El software en los automóviles crecerá no solo en cantidad. La complejidad del software cada vez aumenta más y más. A fines del año pasado, la firma de investigación Frost & Sullivan calculó que para máquinas en un futuro cercano se requerirían de 200 a 300 millones de líneas de código.

Incluso en autos económicos, ahora hay de 30 a 50 ECU integrados en el cuerpo, puertas, tablero, techo, baúl, asientos. Se pueden encontrar en casi cualquier lugar. Todo depende de la imaginación de los diseñadores de automóviles. Esto significa que la mayoría de los autos nuevos procesan decenas de millones de líneas de código de programa, controlando todo, desde sus frenos hasta el volumen de la radio.



“Los automóviles ya no son solo una batería, un distribuidor o alternador y un carburador; son extremadamente modernos en su complejidad ", dice Thomas Little, profesor de ingeniería eléctrica en la Universidad de Boston de Massachusetts. Thomas está desarrollando sistemas inteligentes de transporte. "Con el objetivo de ahorrar energía, reducir [las emisiones] y mejorar la seguridad, también hemos presentado la introducción de la electrónica".

Recientemente experimenté esta dificultad en mí mismo. El año pasado compré un auto nuevo y me sorprendió cuando abrí el manual del usuario. Tenía 500 páginas. Otras 200 páginas explicaron el funcionamiento de los sistemas de GPS y radio. Una de las nuevas características anunciadas fue un aumento en la sección de guantes, pero los tamaños probablemente se indicaron en algún lugar dentro del manual sin fin.

Mi auto nuevo viene con airbags frontales y laterales. Docenas de sensores proporcionan datos electrónicos del controlador del airbag. Estos sensores deberían funcionar durante años a cualquier temperatura, tanto en heladas severas en Minnesota como bajo el cálido sol de verano en Arizona.

La mayoría de las veces, el sistema de airbag simplemente monitorea la condición del automóvil. Pero a veces se activan las bolsas de aire, por ejemplo, debido a una colisión de varios vehículos. En este caso, el software en la ECU que controla su implementación tiene de 15 a 40 milisegundos para determinar qué bolsas de aire se activan y en qué orden, dice Broy.

En el futuro cercano, según Broy, los sistemas de control de bolsas de aire no solo usarán información sobre la probabilidad de una colisión. Por ejemplo, BMW tiene muchos modelos 2009 equipados con BMW Assist. Este sistema calcula el "riesgo de lesiones graves" en función de la información recibida del controlador del airbag del vehículo y sus otras ECU. Los servicios de emergencia reciben información no solo sobre la escena del accidente, sino también sobre la probabilidad de lesiones graves a los pasajeros.

La cantidad de software en los automóviles en estos días es asombrosa.
La primera ECU en serie de una microcomputadora de automóvil fue un controlador de función única. Fue utilizado para el encendido electrónico en 1977 en General Motors en un automóvil Oldsmobile Toronado. En 1978, GM ofreció poner su computadora de viaje Cadillac en el Cadillac Seville. La computadora era un microprocesador modificado Motorola 6802. Mostraba información sobre velocidad, combustible, marcha y motor. Sin embargo, el chip realizó una función diferente: GM lo usó para probar qué tan bien el microprocesador puede controlar varias funciones, como la inyección de combustible, el tiempo de encendido electrónico y el control de crucero.

En 1981, GM estaba utilizando el control del motor basado en microprocesador en la fabricación de automóviles de pasajeros. Procesaron alrededor de 50,000 líneas de código. Otras compañías de automóviles rápidamente siguieron su ejemplo.

Jonas Bereisa, un ingeniero de GM, escribió en un artículo de Transacciones IEEE sobre electrónica industrial en 1983 que "el desarrollo de software será el factor más importante en el desarrollo de nuevos productos". Tenía toda la razón. Broy estima que más del 80 por ciento de la innovación automotriz proviene de sistemas informáticos. El software se ha convertido en la principal fuente de valor en automóviles, incluida la lista de precios. La proporción del costo de la electrónica y el costo de los vehículos como porcentaje aumentó del 5 por ciento a fines de la década de 1970 al 15 por ciento en 2005 (excluyendo el costo del ensamblaje final).
Los híbridos tienen la cantidad de software necesaria para un solo control del motor, casi el doble que un automóvil estándar. La relación entre el costo de la electrónica y el costo de los vehículos en ellos se acerca al 45 por ciento. Dentro de 10 años, según algunos expertos, el porcentaje del costo de la electrónica del costo de un vehículo aumentará al 50 por ciento para los vehículos comunes y hasta el 80 por ciento para los híbridos.

Para los automóviles premium modernos, "el costo del software y la electrónica puede alcanzar el 35-40 por ciento del costo de un automóvil", dice Broy. El desarrollo de software representa alrededor del 13-15 por ciento de este costo. Él dice que si cada línea de software desarrollado cuesta $ 10, que es muy pequeño, para un automóvil premium, solo su software es una inversión que vale aproximadamente mil millones de dólares.

John Voelcker, editor de IEEE Spectrum, escribió en abril de 2007 sobre el automóvil híbrido GMC Yukon y su transmisión automática de modo dual. Voelcker dijo que "de todas las horas de trabajo dedicadas a crear una caja de cambios de modo dual ... alrededor del 70 por ciento ... se destinó al desarrollo de software de gestión".

Voelcker señaló que la lógica del software de control analiza cientos de datos de entrada cada 10 milisegundos, incluida la carga del vehículo, el rendimiento del motor, los parámetros de la batería y la temperatura en los componentes eléctricos de alto voltaje.

Debido a la complejidad del código, surgen problemas de confiabilidad. IBM afirma que aproximadamente el 50 por ciento de los costos de garantía del automóvil están actualmente relacionados con la electrónica y su software integrado. Según datos de 2005, los fabricantes de automóviles en los Estados Unidos cuestan alrededor de $ 350 por automóvil, y los fabricantes de automóviles europeos $ 250.

En 2005, Toyota retiró 160,000 de sus híbridos Prius 2004 y algunos modelos comenzaron en 2005 debido a un problema de software: los autos se pararon o se detuvieron repentinamente. El tiempo requerido para reparar el software se estimó en aproximadamente 90 minutos por vehículo, aproximadamente 240,000 horas de trabajo. Les costó mucho.

Solo el año pasado, hubo varias revisiones de automóviles relacionadas con problemas de software. Por ejemplo, en mayo de 2008, Chrysler retiró 24.535 de sus Jeep Commanders 2006 debido a un problema en el software de transmisión automática. Luego, en junio, Volkswagen retiró alrededor de 4,000 de sus Passats y Passat Wagons 2008 y alrededor de 2,500 Tiguans debido a un problema en el software del módulo de control del motor. Este problema puede conducir a un aumento inesperado en las rpm del motor cuando se enciende el aire acondicionado. En noviembre, GM retiró del mercado 12,662 de sus autos Cadillac CTS 2009 debido a un problema de software en el sistema de detección de pasajeros que podría desactivar el airbag del pasajero sentado en el frente cuando debería encenderse, o encenderlo cuando debería apagarse. . Sin embargo, vale la pena rendir homenaje a los desarrolladores de software automotriz, ya que no hay tantas revisiones de automóviles debido al software.

El uso más amplio del software no solo afectó el costo de la garantía del automóvil, sino que también complicó la reparación de los automóviles. Es más fácil para las compañías de seguros declarar la pérdida total de un automóvil dañado en un accidente que repararlo.

Es fácil entender por qué. "El automóvil premium tiene entre 2.000 y 3.000 características únicas relacionadas con el software", dice Broy. Luego se combinan en 250-300 funciones utilizadas por el conductor y los pasajeros para controlar los sistemas del vehículo.

La mayoría de las aeronaves comerciales tienen cortafuegos entre los sistemas a bordo de misión crítica y los sistemas de entretenimiento a bordo. En los automóviles, a diferencia de los aviones, existe una transmisión de información más compleja entre los sistemas electrónicos utilizados para controlar el automóvil y los sistemas diseñados para entretener al conductor y los pasajeros. Se publicó un artículo en Wharton Business School bajo el título "Problemas del automóvil: ¿se debe revocar la industria automotriz de los Estados Unidos?" Hace unos años, algunos conductores de Mercedes descubrieron que el asiento del conductor cambió cuando presionaron cierto botón; El problema era que el botón debía controlar el sistema de navegación.

Según un ex ingeniero automotriz con quien hablé, aproximadamente un tercio de todo el software en automóviles se dedica únicamente al diagnóstico. Pero incluso con toda esta información de diagnóstico, la mecánica automotriz a menudo no puede determinar la causa exacta del problema.

Broy me dijo que más del 50 por ciento de las ECU que los mecánicos reemplazan en los automóviles están técnicamente libres de errores: no tienen problemas con el hardware o el software. Los mecánicos reemplazan la ECU simplemente porque no pueden reparar el automóvil de otra manera.

"Los trabajadores de servicios de automóviles y los amantes de los automóviles en el garaje realmente se encuentran en esas realidades cuando la reparación de automóviles es demasiado complicada y costosa [para ellos]", dice Broy. El diagnóstico y las reparaciones remotas pueden hacer que la mecánica sea innecesaria para muchas tareas.

Según Broy, en un futuro no muy lejano, cuando tenga problemas con el sistema informático del automóvil, irá al garaje, donde su automóvil estará conectado a la red. Los OEM de terceros podrán descargar los datos, hacer el análisis y luego descargar el parche de software.

Según Voelcker, no le sorprendería ver que los sistemas a bordo como BMW Assist, Ford Sync y GM OnStar comienzan a transferir regularmente los parámetros de datos operativos a los sistemas centralizados controlados por los fabricantes de automóviles. Y los fabricantes, a su vez, analizarán los datos de las piezas que van más allá de las especificaciones o del software que necesita actualizarse. El conductor será informado automáticamente de que el automóvil debe ser reparado.

Además de monitorear el estado de sus partes internas, los automóviles comienzan a analizar el mundo que los rodea. “Estamos entrando en una era en la que, además de saber lo que está sucediendo dentro del automóvil, usamos cosas como radares para detectar la presencia de objetos externos, láseres para medir la distancia en el control de crucero y video y ultrasonido para detectar objetos detrás usted, dice Little. “La tendencia será recuperar información que se aplique a su automóvil y otros vehículos. Esta información se utilizará para aumentar la seguridad. Por ejemplo, los autos que están frente a usted le dirán a su auto si hay hielo en la carretera o si ha ocurrido un accidente.

Little dice: “Renunciamos a pequeñas partes de control a cambio de seguridad. En qué momento usted y yo estaremos listos para decir: “Bien. No voy a conducir un auto, deja que me lleve a mí.

Sobre el autor

Robert N. Charette es editor de IEEE Spectrum, un autoproclamado "ecólogo de riesgos", que explora el impacto de un concepto cambiante de riesgo en la tecnología y la sociedad. Charette también escribe El factor de riesgo de IEEE Spectrum Online.

Vamos mas lejos

Manfred Broy y sus colegas escribieron un artículo exhaustivo para la edición de febrero de Proceedings of the IEEE titulado Engineering Automotive Software en febrero de 2007. Es probablemente una de las mejores reseñas sobre cómo desarrollar y usar software para automóviles.

Para un buen punto de vista histórico temprano sobre el uso de software en automóviles, consulte el artículo de Jonas Bereisa, publicado en mayo de 1983 en IEEE Transactions en electrónica industrial titulado " Aplicaciones de microprocesadores en electrónica automotriz ". Presenta una interesante cronología de muchas aplicaciones de microcomputadoras que se usaron en automóviles desde 1977 hasta 1982.