Código do programa no carro

(Publicação de 2009)



São necessários muitos microprocessadores para processar 100 milhões de linhas de código para executar um carro premium ( 2009 ). E em breve se tornará ainda mais difícil.

O sistema aviônico no F-22 Raptor, um avião de combate da Força Aérea dos EUA, consiste em aproximadamente 1,7 milhão de linhas de código. O F-35 Joint Strike Fighter, lançado em 2010, requer cerca de 5,7 milhões de linhas de código para sistemas de bordo. E o novo Boeing 787 Dreamliner precisa de cerca de 6,5 milhões de linhas de código de programa para executar equipamentos eletrônicos a bordo.

Impressionante, não é? Mas se você comprou recentemente um carro premium, provavelmente ele contém cerca de 100 milhões de linhas de código. É o que afirma Manfred Broy, professor de ciência da computação na Universidade Técnica de Munique, especialista em software automotivo. Todo este software é executado em 70-100 unidades de controle eletrônico ( ECUs ) baseadas em microprocessador distribuídas por todo o seu carro.

Alfred Katzenbach, diretor de gerenciamento de tecnologia da informação da Daimler, disse que o atual sistema de navegação na atual Mercedes-Benz S-Class requer mais de 20 milhões de linhas de código. O carro contém quase tantas ECUs quanto o novo Airbus A380 (excluindo o sistema de entretenimento a bordo). O software nos carros aumentará não apenas em quantidade. A complexidade do software aumenta cada vez mais. No final do ano passado, a empresa de pesquisa Frost & Sullivan calculou que, para máquinas no futuro próximo, seriam necessários de 200 a 300 milhões de linhas de código.

Mesmo em carros econômicos, agora existem de 30 a 50 ECUs embutidos no corpo, portas, painel, teto, porta-malas e assentos. Eles podem ser encontrados em quase qualquer lugar. Tudo depende da imaginação dos projetistas de carros. Isso significa que a maioria dos carros novos processa dezenas de milhões de linhas de código de programa, controlando tudo, desde os freios até o volume do rádio.



“Os carros não são mais apenas uma bateria, um distribuidor ou alternador e um carburador; eles são extremamente modernos em sua complexidade ”, diz Thomas Little, professor de engenharia elétrica da Universidade de Boston de Massachusetts. Thomas está desenvolvendo sistemas de transporte inteligentes. "Com o objetivo de economizar energia, reduzir [emissões] e melhorar a segurança, também criamos a introdução de eletrônicos."

Recentemente, experimentei essa dificuldade em mim mesmo. No ano passado, comprei um carro novo e fiquei surpreso ao abrir o manual do usuário. Tinha 500 páginas. Outras 200 páginas explicaram o funcionamento dos sistemas de GPS e rádio. Um dos novos recursos anunciados foi o aumento da seção de luvas, mas os tamanhos provavelmente foram indicados em algum lugar do manual interminável.

Meu carro novo vem com airbags dianteiros e laterais. Dezenas de sensores fornecem dados do controlador eletrônico do airbag. Esses sensores devem funcionar por anos a qualquer temperatura - tanto em geadas fortes em Minnesota quanto sob o sol quente do verão no Arizona.

Na maioria das vezes, o sistema de airbags simplesmente monitora as condições do carro. Mas, às vezes, os airbags são acionados, por exemplo, devido a uma colisão de vários veículos. Nesse caso, o software na ECU que controla sua implantação tem 15 a 40 milissegundos para determinar quais airbags são ativados e em qual ordem, diz Broy.

Num futuro próximo, de acordo com Broy, os sistemas de controle de airbag não apenas usarão informações sobre a probabilidade de uma colisão. Por exemplo, a BMW possui muitos modelos de 2009 equipados com o BMW Assist. Este sistema calcula o "risco de ferimentos graves" com base nas informações recebidas do controlador de airbag do veículo e de outras ECUs. Os serviços de emergência recebem informações não apenas sobre a cena do acidente, mas também sobre a probabilidade de ferimentos graves aos passageiros.

A quantidade de software em carros nos dias de hoje é impressionante.
O primeiro ECU serial de um microcomputador de automóvel era um controlador de função única. Foi usado para ignição eletrônica em 1977 na General Motors em um carro Oldsmobile Toronado. Em 1978, a GM se ofereceu para colocar seu Cadillac Trip Computer no Cadillac Seville. O computador era um chip de microprocessador modificado Motorola 6802. Ele exibia informações sobre velocidade, combustível, direção e motor. No entanto, o chip executou uma função diferente: a GM o usou para testar o quão bem o microprocessador pode controlar várias funções, como injeção de combustível, tempo de ignição eletrônica e controle de cruzeiro.

Em 1981, a GM estava usando o controle de motor baseado em microprocessador na fabricação de automóveis de passageiros. Eles processaram cerca de 50.000 linhas de código. Outras empresas automobilísticas rapidamente seguiram o exemplo.

Jonas Bereisa, engenheiro da GM, escreveu em um artigo da IEEE Transactions sobre eletrônica industrial em 1983 que "o desenvolvimento de software será o fator mais importante no desenvolvimento de novos produtos". Ele estava certo. Broy estima que mais de 80% da inovação automotiva vem de sistemas de computador. O software se tornou a principal fonte de valor nos automóveis, incluindo a lista de preços. A proporção entre o custo de eletrônicos e o custo de veículos como porcentagem aumentou de 5% no final da década de 1970 para 15% em 2005 (excluindo o custo da montagem final).
Os híbridos têm a quantidade de software necessária para apenas um controle de motor, quase o dobro de um carro comum. A relação entre o custo dos eletrônicos e o custo dos veículos neles está se aproximando de 45%. Dentro de 10 anos, de acordo com alguns especialistas, a porcentagem do custo de eletrônicos do custo de um veículo aumentará para 50% para veículos comuns e até 80% para híbridos.

Para carros premium modernos, "o custo de software e eletrônicos pode atingir de 35 a 40% do custo de um carro", diz Broy. O desenvolvimento de software é responsável por cerca de 13 a 15% desse custo. Ele diz que se cada linha de software desenvolvido custar US $ 10 - o que é muito pequeno - para um carro premium, apenas seu software é um investimento no valor de um bilhão de dólares.

John Voelcker, editor do IEEE Spectrum, escreveu em abril de 2007 sobre o carro híbrido GMC Yukon e sua transmissão automática de modo duplo. Voelcker disse que "de todas as horas de trabalho gastas criando uma caixa de engrenagens de modo duplo ... cerca de 70% ... foram para o desenvolvimento de software de gerenciamento".

Voelcker observou que a lógica do software de controle analisa centenas de dados de entrada a cada 10 milissegundos, incluindo carga do veículo, desempenho do motor, parâmetros da bateria e temperatura em componentes elétricos de alta tensão.

Devido à complexidade do código, surgem problemas de confiabilidade. A IBM alega que atualmente aproximadamente 50% dos custos de garantia de automóveis estão relacionados a eletrônicos e seus softwares incorporados. De acordo com dados de 2005, as montadoras nos Estados Unidos custam cerca de US $ 350 por carro e as montadoras europeias US $ 250.

Em 2005, a Toyota retirou 160.000 de seus híbridos Prius de 2004 e alguns modelos começaram em 2005 devido a um problema de software - os carros pararam ou pararam subitamente. O tempo necessário para reparar o software foi estimado em aproximadamente 90 minutos por veículo - cerca de 240.000 horas de trabalho. Custou-lhes caro.

Somente no ano passado, houve várias análises de carros relacionadas a problemas de software. Por exemplo, em maio de 2008, a Chrysler retirou 24.535 de seus Jeep Commanders de 2006 devido a um problema no software de transmissão automática. Então, em junho, a Volkswagen retirou cerca de 4.000 de seus vagões Passat e Passat 2008 e cerca de 2.500 tiguans devido a um problema no software do módulo de controle do motor. Esse problema pode levar a um aumento inesperado nas rotações do motor quando o ar condicionado está ligado. Em novembro, a GM retirou 12.662 de seus carros Cadillac CTS de 2009 devido a um problema de software no sistema de detecção de passageiros que poderia desativar o airbag do passageiro sentado na frente quando deveria ser ligado, ou ligá-lo quando deveria ser desligado. . No entanto, vale a pena prestar homenagem aos desenvolvedores de software automotivo, pois não há muitas análises de carros devido ao software.

O uso mais amplo do software não apenas afetou o custo da garantia do carro, mas também complicou o reparo dos carros. É mais fácil para as companhias de seguros declarar a perda total de um carro danificado em um acidente do que repará-lo.

É fácil entender o porquê. "O carro premium tem entre 2.000 e 3.000 recursos exclusivos relacionados a software", diz Broy. Em seguida, eles são combinados em 250 a 300 funções usadas pelo motorista e passageiros para controlar os sistemas do veículo.

A maioria das aeronaves comerciais possui firewalls entre sistemas de bordo de missão crítica e sistemas de entretenimento de bordo. Nos carros, diferentemente dos aviões, há uma transmissão de informações mais complexa entre os sistemas eletrônicos usados ​​para controlar o carro e os sistemas projetados para entreter o motorista e os passageiros. Um artigo foi publicado na Wharton Business School sob o título "Problemas automotivos: a indústria automotiva dos EUA deve ser revogada?" Alguns anos atrás, alguns motoristas da Mercedes descobriram que o banco do motorista mudava quando eles pressionavam um determinado botão; o problema era que o botão deveria controlar o sistema de navegação.

Segundo um ex-engenheiro automotivo com quem conversei, cerca de um terço de todo o software em automóveis é dedicado apenas ao diagnóstico. Mas, mesmo com todas essas informações de diagnóstico, a mecânica de automóveis geralmente não pode determinar a causa exata do problema.

Broy me disse que mais de 50% das ECUs que os mecânicos substituem nos carros são tecnicamente livres de erros: eles não têm problemas com hardware ou software. Os mecânicos substituem a ECU simplesmente porque eles não podem consertar o carro.

“Os trabalhadores de serviços de automóveis e os amantes de carros na garagem realmente estão nessas realidades quando o reparo é muito complicado e caro [para eles]”, diz Broy. Diagnósticos e reparos remotos podem tornar a mecânica desnecessária para muitas tarefas.

Segundo Broy, em um futuro não muito distante, quando você tiver problemas com o sistema de computador no carro, irá à garagem, onde seu carro estará conectado à rede. Os OEMs de terceiros poderão fazer o download dos dados, fazer a análise e depois fazer o download do patch do software.

De acordo com Voelcker, ele não ficaria surpreso ao ver que sistemas de bordo como BMW Assist, Ford Sync e GM OnStar começam a transferir regularmente parâmetros de dados operacionais de volta a sistemas centralizados controlados por fabricantes de automóveis. E os fabricantes, por sua vez, analisarão os dados de peças que vão além da especificação ou de software que precisa ser atualizado. O motorista será automaticamente informado de que o carro deve ser levado para reparo.

Além de monitorar o estado de suas partes internas, os carros começam a analisar o mundo ao seu redor. “Estamos entrando em uma era em que, além de saber o que está acontecendo dentro do carro, usamos coisas como radares para detectar a presença de objetos externos, lasers para medir a distância no controle de cruzeiro e vídeo e ultra-som para detectar objetos atrás você, diz Little. “A tendência será recuperar as informações que se aplicam ao seu carro e a outros veículos. Esta informação será usada para aumentar a segurança. Por exemplo, os carros à sua frente dirão ao seu carro se há gelo na estrada ou se ocorreu um acidente.

Little diz: “Desistimos de pequenas partes do controle em troca de segurança. Em que ponto você e eu estaremos prontos para dizer: “Bom. Não vou dirigir, deixe-me dirigir.

Sobre o autor

Robert N. Charette é um editor do IEEE Spectrum, um auto-proclamado "ecologista de risco", que explora o impacto de um conceito em mudança de risco na tecnologia e na sociedade. Charette também escreve O fator de risco do IEEE Spectrum Online.

Vamos mais longe

Manfred Broy e colegas escreveram um artigo exaustivo para a edição de fevereiro da Proceedings do IEEE, intitulada Engineering Automotive Software em fevereiro de 2007. É provavelmente uma das melhores análises sobre como desenvolver e usar o software do carro.

Para um bom ponto de vista histórico inicial sobre o uso de software em automóveis, consulte o artigo de Jonas Bereisa, publicado em maio de 1983 na IEEE Transactions em eletrônica industrial, intitulado “ Applications of Microprocessors in Automotive Automotive ”. Apresenta uma cronologia interessante de muitas aplicações de microcomputadores que foram usadas em automóveis de 1977 a 1982.