A medida que el automóvil continúa pasando de dispositivos controlados por hardware a dispositivos controlados por software, las reglas de competencia en la industria automotriz están cambiando.
El motor era el núcleo tecnológico y de ingeniería del automóvil del siglo XX. Hoy, este papel lo desempeñan cada vez más el software, la gran potencia informática y los sensores modernos; La mayoría de las innovaciones están relacionadas con todo esto. Todo depende de estas cosas, desde la eficiencia de los automóviles, su acceso a Internet y la posibilidad de conducción autónoma, que termina con movilidad eléctrica y nuevas soluciones móviles.
Sin embargo, junto con la importancia de la electrónica y el software, su nivel de complejidad también está creciendo. Tomemos, por ejemplo, el creciente número de líneas de código (SLOC) contenidas en los automóviles modernos. En 2010, algunos automóviles tenían aproximadamente diez millones de SLOC; para 2016, esta cifra aumentó 15 veces y ascendió a aproximadamente 150 millones de líneas de código. La complejidad similar a una avalancha causa serios problemas con la calidad del software, como lo demuestran numerosas revisiones de autos nuevos.
Los automóviles tienen un mayor nivel de autonomía. Por lo tanto, las personas que trabajan en la industria automotriz consideran que la calidad y la seguridad del software y la electrónica son requisitos clave para garantizar la seguridad de las personas. La industria automotriz necesita repensar los enfoques modernos del software, así como de la arquitectura eléctrica y electrónica.
Resolviendo un problema industrial agudo
A medida que la industria automotriz pasa de dispositivos controlados por hardware a dispositivos controlados por software, el número promedio de software y electrónica en un vehículo está creciendo rápidamente. Hoy, el software representa el 10% del contenido total del vehículo para un segmento D más grande o un vehículo más grande (aproximadamente $ 1,220). Se espera que el porcentaje promedio de software crezca un 11%. Se predice que para 2030 el software representará el 30% del contenido total de los automóviles (alrededor de $ 5200). Como era de esperar, las personas involucradas en una u otra etapa de la fabricación de automóviles están tratando de capitalizar las innovaciones implementadas con software y electrónica.
Las compañías de software y otros reproductores digitales ya no quieren estar en segundo plano. Están tratando de atraer a los fabricantes de automóviles como proveedores de primer nivel. Las empresas están ampliando su participación en la "pila" de tecnología automotriz al pasar de funciones y aplicaciones a sistemas operativos. Al mismo tiempo, las empresas acostumbradas a trabajar con sistemas electrónicos ingresan audazmente en el campo de la aplicación de tecnologías y aplicaciones de gigantes técnicos. Los fabricantes de automóviles premium no se detienen y están desarrollando sus propios sistemas operativos, abstracciones de hardware y métodos de procesamiento de señales para que sus productos sean únicos en su naturaleza.
La estrategia anterior tiene consecuencias. En el futuro, estamos esperando la arquitectura orientada a servicios (SOA) del vehículo basada en plataformas informáticas comunes. Los desarrolladores agregarán muchas cosas nuevas: soluciones en el campo de proporcionar acceso a Internet, aplicaciones,
elementos de inteligencia artificial , análisis avanzado y sistemas operativos. Las diferencias no estarán en el hardware tradicional del automóvil, sino en la interfaz de usuario y en el trabajo con software y electrónica avanzada.
Los autos del futuro se trasladarán a una plataforma de nuevas ventajas competitivas de marca.
Lo más probable es que incluyan innovaciones de infoentretenimiento,
capacidades de conducción autónoma y características de seguridad inteligentes basadas en el comportamiento "tolerante a fallas" (por ejemplo, un sistema que puede realizar su función clave, incluso si parte de él falla). El software continuará bajando por la pila digital para convertirse en parte del hardware bajo la apariencia de sensores inteligentes. Las pilas se integrarán horizontalmente y recibirán nuevos niveles que traducirán la arquitectura a SOA.
Las tendencias de la moda están cambiando las reglas del juego. Afectan el software y la arquitectura electrónica. Estas tendencias determinan la complejidad e interdependencia de la tecnología. Por ejemplo, los nuevos sensores y aplicaciones inteligentes crearán un
"boom de datos" en el vehículo . Si las compañías de automóviles quieren seguir siendo competitivas, necesitan procesar y analizar los datos de manera eficiente. Las actualizaciones modulares de SOA y las actualizaciones inalámbricas (OTA) serán requisitos clave para admitir sofisticados softwares de flota. También son muy importantes para la implementación de nuevos modelos de negocio en los que las funciones aparecen bajo demanda. Los sistemas de información y entretenimiento y, en menor medida, los
sistemas avanzados de
asistencia al conductor (ADAS) se utilizarán cada vez más. La razón es que hay cada vez más desarrolladores de aplicaciones de terceros que ofrecen productos para vehículos.
Debido a los requisitos de seguridad digital, una estrategia de control de acceso convencional ya no es interesante. Es hora de pasar a un
concepto de seguridad integrado diseñado para predecir, prevenir, detectar y proteger contra ataques cibernéticos. Cuando las capacidades de conducción altamente automatizadas (HAD) están disponibles, necesitamos convergencia funcional, poder de cómputo superior y un alto grado de integración.
Estudiar diez hipótesis sobre la futura arquitectura eléctrica o electrónica.
La ruta de desarrollo para la tecnología y el modelo de negocio aún no se ha definido claramente. Pero en base a nuestra extensa investigación y opiniones de expertos, hemos desarrollado diez hipótesis con respecto a la futura arquitectura eléctrica o electrónica del automóvil y sus consecuencias para la industria.
Cada vez más, se llevará a cabo la consolidación de unidades de control electrónico (ECU / ECU).
En lugar de muchas ECU específicas para funciones específicas (como en el modelo actual en el estilo de "agregar una función, agregar una ventana"), la industria cambiará a la arquitectura unificada de la ECU del automóvil.
En la primera etapa, la mayor parte de la funcionalidad se centrará en los controladores de dominio integrados. Para los dominios de los vehículos principales, reemplazarán parcialmente la funcionalidad que ahora está disponible en las ECU distribuidas. El desarrollo ya está en marcha. Estamos esperando el producto terminado en el mercado en dos o tres años. Es probable que se consolide en las pilas asociadas con las funciones ADAS y HAD, mientras que las funciones más básicas del vehículo pueden retener un mayor grado de descentralización.
Estamos avanzando hacia la conducción autónoma. Por lo tanto, la virtualización de las funciones de software y la abstracción del hardware serán simplemente necesarias. Este nuevo enfoque se puede implementar de diferentes maneras. Puede combinar hardware en pilas que cumplan diferentes requisitos con respecto a la latencia y la confiabilidad. Por ejemplo, puede tomar una pila de alto rendimiento que admita la funcionalidad de HAD y ADAS, y una pila separada controlada por tiempo con baja latencia para funciones básicas de seguridad. O puede reemplazar la computadora con una "supercomputadora" de respaldo. Otro escenario posible es cuando abandonamos completamente el concepto de una unidad de control en favor de una red de computadoras inteligentes.
Los cambios son causados principalmente por tres factores: costos, nuevos participantes en el mercado y demanda de HAD. Reducir el costo de desarrollar funciones y el equipo informático necesario, incluido el equipo de comunicaciones, acelerará el proceso de consolidación. Lo mismo puede decirse de los nuevos participantes en el mercado automotriz, que probablemente debilitarán a la industria con un enfoque orientado a los programas para la arquitectura de automóviles. La creciente demanda de funciones HAD y redundancia también requerirá un mayor grado de consolidación de la ECU.
Algunos fabricantes de automóviles premium y sus proveedores ya participan activamente en la consolidación de ECU. Están dando los primeros pasos para actualizar su arquitectura electrónica, aunque por el momento todavía no hay un prototipo.
La industria limitará la cantidad de pilas utilizadas para equipos específicos
El seguimiento de consolidación normaliza las restricciones de pila. Le permitirá separar las funciones del vehículo y el hardware de la computadora, lo que incluye el uso activo de la virtualización. El hardware y el firmware (incluido el sistema operativo) dependerán de los requisitos funcionales básicos, y no de la parte del dominio funcional del vehículo. Para proporcionar una arquitectura orientada a servicios y separación, debe limitar el número de pilas. Las siguientes son las pilas que pueden convertirse en la base para futuras generaciones de automóviles en 5-10 años:
- Pila de tiempo impulsado. En este dominio, el controlador está conectado directamente al sensor o al actuador, mientras que los sistemas deben cumplir requisitos estrictos en tiempo real y al mismo tiempo tener una latencia baja; La planificación de recursos se basa en el tiempo. Esta pila incluye sistemas que logran el más alto nivel de seguridad del vehículo. Un ejemplo es el dominio clásico de la arquitectura automotriz de código abierto (AUTOSAR).
- Pila impulsada por el tiempo y los eventos. Esta pila híbrida combina aplicaciones de seguridad de alto rendimiento mediante, por ejemplo, soporte ADAS y HAD. Las aplicaciones y los periféricos están separados por el sistema operativo, mientras que las aplicaciones se programan a tiempo. Dentro de una aplicación, la planificación de recursos puede basarse en el tiempo o la prioridad. El entorno operativo permite la ejecución de aplicaciones críticas en contenedores aislados, separando claramente estas aplicaciones de otras aplicaciones en el vehículo. Un buen ejemplo es el AUTOSAR adaptativo.
- Pila de eventos Esta pila se centra en un sistema de infoentretenimiento que no es crítico para la seguridad. Las aplicaciones están claramente separadas de los periféricos y los recursos se planifican mediante una planificación óptima o basada en eventos. La pila contiene funciones visibles y de uso común: Android, Automotive Grade Linux, GENIVI y QNX. Estas funciones permiten al usuario interactuar con el vehículo.
- Pila de nubes La última pila cubre el acceso a datos y lo coordina y las funciones del automóvil desde el exterior. Esta pila es responsable de la comunicación, así como de verificar la seguridad de la aplicación (autenticación) y configura una interfaz específica para el automóvil, incluidos los diagnósticos remotos.
Los proveedores de automóviles y los fabricantes de tecnología ya han comenzado a especializarse en algunas de estas pilas. Un ejemplo sorprendente es el sistema de infoentretenimiento (pila basada en eventos), donde las empresas están desarrollando capacidades de comunicación: 3D y navegación avanzada. Un segundo ejemplo es la inteligencia artificial y la detección de aplicaciones de alto rendimiento, donde los proveedores se asocian con fabricantes de automóviles clave para desarrollar plataformas informáticas.
En un dominio controlado por tiempo, AUTOSAR y JASPAR admiten la estandarización de estas pilas.
El middleware abstraerá aplicaciones del hardware
A medida que los vehículos continúen evolucionando hacia plataformas informáticas móviles, el middleware permitirá que los automóviles se reconfiguren, se instale y actualice su software. Ahora el middleware en cada computadora facilita la comunicación entre dispositivos. En la próxima generación de vehículos, asociará un controlador de dominio con funciones de acceso. Al utilizar el hardware de la ECU del automóvil, el middleware proporcionará abstracción, virtualización, SOA y computación distribuida.
Ya existe evidencia de que los representantes de empresas automotrices se están moviendo hacia arquitecturas más flexibles, incluido el middleware. Por ejemplo, la plataforma adaptativa AUTOSAR es un sistema dinámico que incluye middleware, soporte para un sistema operativo complejo y modernos microprocesadores multinúcleo. Sin embargo, el desarrollo actualmente disponible está limitado a una sola computadora.
En el mediano plazo, el número de sensores aéreos aumentará significativamente
En las próximas dos o tres generaciones de vehículos, los fabricantes de automóviles instalarán sensores con características similares para garantizar que las reservas de seguridad sean suficientes.
A la larga, la industria automotriz desarrollará soluciones de sensores personalizadas para reducir su cantidad y costo. Creemos que combinar el radar y la cámara puede ser la solución más popular en los próximos cinco u ocho años. A medida que las capacidades de conducción autónoma continúen creciendo, será necesario introducir lidars. Proporcionarán redundancia tanto en el campo del análisis de objetos como en el campo de la localización. Por ejemplo, para configurar una conducción autónoma SAE International L4 (alta automatización) al principio, probablemente necesite de cuatro a cinco sensores lidar, incluidos los que se instalarán en la parte posterior para la navegación en la ciudad y para una visibilidad de casi 360 grados.
A la larga, es difícil decir algo sobre la cantidad de sensores en los vehículos. O su número aumentará, disminuirá o permanecerá igual. Todo depende de las regulaciones, la madurez técnica de las decisiones y la capacidad de usar varios sensores en diferentes casos. Los requisitos reglamentarios pueden, por ejemplo, fortalecer el control del conductor, lo que conducirá a un aumento en el número de sensores dentro del vehículo. Se puede esperar que se use más electrónica de consumo en el compartimiento de pasajeros. Los sensores de movimiento, el monitoreo de la salud (frecuencia cardíaca y somnolencia), el reconocimiento de la cara y el iris son solo algunos de los posibles usos. Sin embargo, para aumentar el número de sensores o incluso dejar todo como está, se requerirá una lista más amplia de materiales, no solo en los sensores en sí, sino también en la red del vehículo. Por lo tanto, es mucho más rentable reducir la cantidad de sensores. Con la llegada de vehículos altamente automatizados o totalmente automatizados, los algoritmos avanzados y el aprendizaje automático pueden aumentar el rendimiento y la confiabilidad de los sensores. Gracias a tecnologías táctiles más potentes y funcionales, es posible que ya no se necesiten sensores adicionales. Los sensores utilizados hoy pueden quedar obsoletos: aparecerán sensores más funcionales (por ejemplo, pueden aparecer sensores ultrasónicos en lugar de un asistente de estacionamiento basado en una cámara o lidar).
Los sensores se vuelven más inteligentes
La arquitectura del sistema necesitará sensores inteligentes e integrados para controlar las cantidades masivas de datos que se necesitan para una conducción altamente automatizada. Las funciones de nivel superior, como la combinación de sensores y el posicionamiento 3D, funcionarán en plataformas informáticas centralizadas. Es probable que los ciclos de preprocesamiento, filtración y reacción rápida se ubiquen en el borde o se ejecuten directamente en el propio sensor. Según una estimación, la cantidad de datos que generará un automóvil autónomo cada hora es de cuatro terabytes. En consecuencia, la inteligencia artificial se moverá de la computadora a los sensores para el preprocesamiento básico. Requiere baja latencia y bajo rendimiento computacional, especialmente si compara el costo de procesamiento de datos en sensores y el costo de transferir grandes cantidades de datos en un vehículo. HAD, , . . , , , , . , — .
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«Automotive Ethernet»
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Global Semiconductor Alliance.