Миналата седмица видяхме в Motorpasión интересна статия за мултимедийните операционни системи, които започват да запълват таблата на съвременните автомобили. Но нека разгледаме тази тема от по-обща перспектива, Нуждаят ли се автомобилите от операционна система?

колата

В изчислителния смисъл на този термин операционната система представлява съвкупност от програми, които управляват хардуера, за да го направят използваем на ниво приложение, тоест да абстрахират програмите от управлението на ресурси като процесор, памет, твърди дискове или периферни устройства.

Предавайки това на автомобилите, хардуерът ще бъде колелата, кормилното управление, окачването, двигателя и т.н. В настоящото поколение електрониката вече доминира в голяма част от управлението на този хардуер, който преди това се управляваше механично и нямаше операционна система като такава. Карбураторът не следва двоична логика, той е механичен.

Ако погледнете модерно разпределително табло, то е относително просто. Той получава серия от електрически сигнали (аналогови или цифрови) от различни сензори, обработва ги, определя подходящите параметри и ги изпраща към инжекторите, свещите и т.н. Те имат операционна система, но доста примитивни по своите функции в сравнение дори с MS-DOS 1.0.

Новите системи изискват използването на специализирани цифрови блокове за управление, като ABS, автоматична скоростна кутия или променливо окачване. Цялата тази информация преминава през кабели и когато дойде време да се възползвате от окабеляването, за да я намалите, в играта влиза прекрасният свят на мултиплексиране.

За да се избегне задействането на масата на кабелите, се опитва да канализира повече информация от едно и също място, разделяйки различните сигнали. Тази концепция е намалила надеждността в някои случаи, известните електрически повреди, които съвременните автомобили представят. Ето технологията от преди 36 години:

Информацията се увеличава експоненциално

През следващите години обемът на информацията, която разпределителните табла ще се преместят, ще се повиши. Преместването на шепа данни за инжектиране и смесване (KB/s) не е същото като изображения с висока разделителна способност, които се комбинират с радарни вълни, за да се определи дали съществува риск от сблъсък (MB/s). Повече информация предполага повече процесорна мощ.

Обикновената електроника не е подходяща за каквото и да е приложение на съвременна кола и на този етап можем да започнем да разглеждаме концепцията за операционна система. Нямам предвид Android, QNX или Microsoft. Имам предвид специализирани решения и най-ниско ниво, като UNIX или производни.

По принцип инженерите могат да избират два вида дизайн:

  • няколко разпределителни табла, повече мултиплексиране, загуба на няколко системи едновременно, ако има откази
  • много специализирани блокове за управление, по-голяма надеждност, но с по-висока цена на компонентите, повече заето пространство и по-голямо тегло

Например в съвременните автомобили на марки, които не искам да споменавам, ABS, ESP и хидравлична ръчна спирачка могат да се повредят едновременно. Претърпял съм го в плътта си, поне с предварително уведомление.

Шофиране на бъдещето

Съвременните помощни средства за шофиране обработват все повече и повече информация. Всъщност, ако разгледаме прототипите на автомобили с автономно шофиране, количеството пространство, заето от компютърното оборудване, което премества цялата тази маса данни, е изненадващо и тяхното потребление на електроенергия не е незначително.

Може да бъде много разумно централизирано управление на различните елементи на съвременната кола с операционна система, като различните органи са периферните устройства. Повече компютърна философия, с комуникация между органи чрез комуникационни протоколи като TCP/IP.

Проблемът с компютърния дизайн е, че Толерантност към повреди това е много по-малко, отколкото в конвенционален компютър. Може да се случи на компютър да виси или да върви бавно. Това в разпределително табло, от което зависи животът, не е допустимо, а надеждността е въпрос от първостепенно значение при проектирането.

Независимо от операционната система, която се предлага на вградения таблет в момента, говорим за нещо по-сериозно. Някои прогнозират, че колите могат да бъдат _хаковани_ и това е нещо технически възможно с модели като Tesla Model S, свързани с интернет с Tesla, за да получават ъпгрейди от разстояние.

Нека не забравяме тенденции в свързаността между автомобили (C2C, _car до car_) и с пътна инфраструктура (C2X, _car до инфраструктура_). Той изисква стандартни комуникационни протоколи, които трябва да бъдат обработени с операционни системи, за да могат да въздействат върху хардуера на автомобила.

В бъдеще автомобилите ще обменят информация за трафика, например дали е настъпила катастрофа, има ли задръствания, дали ще минем на червена светлина или ако има пешеходци, които преминават. Да, водачът може да види всичко това, но машината има време за реакция много по-малък и това удължава границите на действие.

Така че да, страхувам се, че е неизбежно операционните системи да влязат в колите, но нека не мислим за сини екрани или _kernel panic_, защото те ще бъдат архивирани неща и с ниска толерантност към повреди. Ако не, NHTSA ще започне да смазва производителите с милионерски глоби и е по-евтино да правиш нещата както трябва.

По обучение съм компютърен инженер и инженер по деформации също. Не мога да си представя кола, в която има автономно или полуавтономно шофиране и която живее в свързан свят, без операционна система. Неговото име или съкращение е най-малкото, неговата функция е това, което е от значение.

Освен това използването на операционната система в автомобилите отваря вратата към света на актуализациите и подобренията по много по-гъвкав начин. Вместо да препрограмирате контролни единици, за да дадете повече коне, можете препрограмирайте табла за подобряване на реакцията в случай на възможна авария или включване на нови функции.

Няма да стигнем до крайност, че на всеки два или три дни трябва да имаме колата в сервиза да изтегля тежки актуализации. Представям си, че жизненият цикъл на всяка версия ще бъде много по-дълъг и че разумното е актуализирайте автомобилите на планирани интервали за поддръжка.

Това вече се случва днес. Без да прекалявам, частният ми автомобил от 2009 г. вече получи актуализации на контролния блок ABS и неговата хибридна система, за да получи подобрение, въпреки че никога не съм ги забелязвал. Това беше от съображения за сигурност, не за да ми даде нови функции, но има прецедент.

Tesla Model S получи a отдалечена актуализация да не намалява изцяло окачването с висока скорост в резултат на двата пожара, възникнали в САЩ, когато твърди предмети са ударили долната страна. Не беше необходимо да ги заведете в работилницата. В бъдеще ще видим още такива неща, без да губим време в работилницата.

Безопасно?

Трябва също да кажа, че като компютърен учен съм малко притеснен да използвам компютърната философия в кола, защото сложността на програмите и процедурите се увеличава експоненциално. Това означава повече чувствителност и вероятност за отказ. Каква съвременна програма излиза във версия 1.0, която НИКОГА не се срива?

Но ако вземем предвид бъдещите тенденции, няма как да се спасим. Колкото по-малко хардуер на борда, толкова по-добре. Управлението от _software_ ще има по-голяма тежест и броят на разпределителните табла ще бъде намален. The Капацитет за обработка винаги трябва да бъде извънгабаритни, тъй като закъсненията са неприемливи, като на часовник.

Освен това, за един прост проблем с безопасността, е много здравословно, че мултимедийната операционна система и тази на останалата част от автомобила са разделени и не си взаимодействат. Това би било краят, че с лаптоп с WiFi може да се промени важна функция като сигурност. Ако няма врата, не можете да минете, Какво е логично?

И къде отиваме? Не бих могъл да ви кажа дали ниските нива на системи като UNIX (или деривати, като GNU Linux) ще се възползват, дали специализираните операционни системи за автомобили ще бъдат стандартизирани или ще бъдат поставени Windows и ще трябва да се увеличат изискванията на _hardware_ няколко града, за да работи това.

Вярно е, че всеки производител ще прави това, което иска, но тъй като има такава тенденция към намаляване на сложността между моделите, по същия начин, по който се проектира платформа, може да се проектира операционна система, която обслужва няколко модела едновременно, оптимизиране на инженерните разходи.

И ако говорим за автономни автомобили, операционната система е a неразривна концепция тази на самата кола, въпреки че не се нарича iOS, или Android, или Windows 8. Компютрите ще се движат на колела, те вече са започнали да го правят. Колата без електроника вече е реликва и има смисъл само в класиката, защото навремето беше това, което имаше.