2022 року у світі було продано понад 67 мільйонів авто, а якщо вірити прогнозам, у 2023, цей показник буде вищим за позначку в 70 мільйонів. Певний відсоток із цих авто — електричні та навіть з адаптивним автопілотом. Частина машин буде використана для надання в оренду, майже всі продані авто мають можливість підключення до інтернету й аналізу інфраструктури навколо. Усі ці функції стають можливими завдяки інтеграції ІТ розробок і технологій. Саме цим і займаються automotive відділи в ІТ.
У цьому матеріалі поговоримо про те, які тенденції та розробки ми можемо очікувати в автомобільному ІТ найближчим часом, розберемось, що таке підхід CASE та розповімо, над якими проєктами найбільше працюють українські розробники.
Тренди розробки в Automotive IT
Основним стратегічним підходом до майбутнього розвитку та трансформації автомобільної індустрії є CASE, формула якого враховує чотири основні напрямки технологічних змін і трансформації в галузі:
- Connected (Підключеність) — здатність сучасних автомобілів підключатися до мережі бездротової передачі даних та інфраструктури доріг, надаючи послуги, а також підвищуючи безпеку на дорозі.
- Autonomous (Автономність) — вказує на здатність автомобілів керувати собою без активної участі водія, підвищуючи безпеку та комфорт подорожей.
- Shared (Спільне використання) — концепція «автомобіль як сервіс» (Mobility as a Service, MaaS), що дає змогу використовувати автомобілі за підпискою або спільно з іншими користувачами, знижуючи витрати на виробництво й утилізацію транспортних засобів, зменшуючи затори та полегшуючи знаходження вільного місця для паркування, а також мінімізуючи вплив на екологію.
- Electric (Електричність) — перехід до електричних або гібридних автомобілів для зменшення викидів CO2 та залежності від нафти, що забезпечує енергоефективність та екологічність.
CASE є мегатрендом в автомобільному ІТ і вказує на перетин і взаємодію цих чотирьох ключових технологічних тенденцій, які сприяють змінам в автомобільній галузі, впливаючи на виробництво, ринок, споживачів і міську інфраструктуру, і розглядається як ключовий чинник у створенні майбутнього стійкого, безпечного й ефективного транспорту. Автомобільна індустрія вже майже десятиліття прямує за трендами CASE, але вони все ще є актуальними та поки що недосяжними. Наразі найбільший прогрес під впливом CASE показує саме Hardware та Software Architecture.
Розподільна або відокремлена HW система — це тип архітектури, що використовується в більшості автомобілях спроєктованих до 2020 року, де кожен компонент автомобіля виконує певну функцію та працює незалежно один від одного. Однак на цей момент необхідність обробки великих об'ємів даних із різних електронних блоків керування (ECU) і датчиків, їхнє обчислення, а також підтримка значної кількості інших складних функцій автомобіля потребує високопродуктивних обчислювальних процесорів, що спонукає до переходу на доменну або зональну HW архітектуру. Бо там, де є високопродуктивні центральні процесори, з’являється необхідність у абстракції програмного забезпечення у вигляді операційної системи.
Активно розвивається й еволюціонує концепт Software Defined Vehicle Architecture, у якому можливості та функції автомобіля представлені в основному програмним забезпеченням, і втілюються автовиробниками в різних варіаціях на пропрієтарні операційні системи, як: VW.OS, MB.OS, Ford.OS, TATA.OS тощо.
CASE — це те, що відбувається зараз. Користувачів і розробників уже не цікавить механічна складова машини. Автомобільні компанії фокусуються на розробці, взаємодії водія з машиною, монетизації та підтримці екосистеми автомобільного функціонала. Проте скоро тренди CASE можуть доповнитись ще одним напрямком — літаючий транспорт. Одним із яскравих прикладів є UAM (міська повітряна мобільність). Це рішення актуальне для мегаполісів та розв’язує проблему перезавантаження вулиць.
До того ж, за результатами аналізу Національної академії наук, інженерії та медицини (NASEM) «Розвиток повітряної мобільності: національний план» у 2020 році, UAM можуть значно знизити ризики аварій, порівняно з традиційними видами транспорту. У звіті також зазначається, що UAM є більш екологічним. Зрештою летючий транспорт здається недосяжним через брак розвитку кожного з напрямів CASE до найвищого рівня. У наступних розділах ми детальніше розберемо кожен із трендів і зрозуміємо, що ж стоїть на заваді майбутнього.
Autonomous Drive: від сенсора до руху
Виробництво повністю автономного транспорту вже давно залишається головною метою роботи авторозробників. Уряди та автомобільні компанії з усього світу інвестують чималі кошти, щоб втілити бажане в реальність.
Залежно від того, наскільки самостійно може рухатись автомобіль, їх поділяють на відповідні рівні (L1-L5). На першому рівні автономності (L1) автомобіль може виконувати деякі знайомі нам функції керування (сповіщати про обʼєкти у сліпій зоні чи автоматично гальмувати в екстрених ситуаціях), однак водій активно залучений у процес керування.
Автомобілі другого рівня (L2) дозволяють водію відпустити руки з керма, проте він все ще повинен контролювати ситуацію. Рівень L2 зазвичай визначається за наявністю функцій адаптивного круїз-контролю та системи курсової стабілізації, що дозволяє підтримувати рух автомобіля по смузі. Автономність третього рівня (L3) означає, що водій може відволіктись від керування, довіряючи процес водіння авто. Окрім функцій рівня L2, автомобіль може самостійно паркуватись та керувати на автомагістралях. Проте цей рівень автономності є умовним внаслідок частих збоїв при похмурій погоді або нечітких смугах дороги.
Автономність четвертого рівня (L4) уже може дозволити автомобілю пересуватися у міських зонах та на дорогах з низьким трафіком. Проте L4 вимагає належної інфраструктури доріг та все ще потребує водія, що контролюватиме транспортний засіб.
Автономний транспортний засіб 5 рівня (L5) — це авто, яке може самостійно доїхати до заздалегідь визначеного місця призначення без будь-якої прямої участі водія. Режим «автопілота» забезпечується програмними та апаратними компонентами автомобіля, такими як датчики, адаптивним круїз-контролем, системами рульового управління та гальмування, GPS-навігацією високої точності, радарами або LiDAR, алгоритмами комп’ютерного зору та вдосконаленими алгоритмами машинного навчання.
Поки що більшість присутніх на ринку самокерованих рішень пропонують автономність 2-го та 3-го рівня. Основною причиною є тісний звʼязок напрямів CASE, а саме autonomous та connectivity. У цьому випадку connected mobility відповідає за звʼязок автомобіля з навколишнім середовищем. Якщо ми хочемо досягти найвищого рівня автономності машин, де водій не бере участі у процесі керування, потрібно мати можливість перекрити сліпі зони та поліпшити передбачення руху за рахунок взаємодії автомобілів між собою, отримувати інформацію про навколишнє середовище з різних джерел, включаючи датчики, локацію інших автомобілів та інфраструктури.
Наразі ці рівні автономності досяжні за рахунок великої кількості сенсорів, камер, систем позиціювання, що визначають положення автомобіля в просторі та навігаційних карт. Система позиціювання збирає інформацію та відправляє на алгоритмічну обробку й обчислення, що дає змогу побудувати навколишню модель та орієнтувати автомобіль у просторі. Після чого авто може автономно курсувати по визначеному маршруту.
Під час Чемпіонату світу з футболу 2020, що проводився в Катарі, було представлено перше Minimum Valuable Product (MVP) безпілотного автобуса, що курсував між ключовими локаціями. Було створено спеціальну інфраструктуру з дорожніми розмітками, знаками та світлофорами аби автобуси могли орієнтуватися в просторі. Вибір країни тестування був обумовлений також і сприятливими погодними умовами.
Хоча технологічний розвиток іде дуже стрімко, перш ніж повністю самокеровані автомобілі вийдуть на дороги, дорожня інфраструктура має пройти модернізацію та стати високотехнологічною, аби відповідати останнім нормам: мати окремі смуги руху та оновлені правила дорожнього руху, які б врегульовували та дозволяли використання транспортних засобів з автопілотом.
Connected Mobility: від автомобіля до хмар
У Києві з командою Luxoft ми працюємо над технологіями під загальною назвою Connected Mobility. Це напрямок розробок і технологій, що дає можливість автомобілю підключатися до мережі, супутників та інших пристроїв для взаємодії та обміну інформацією. Ключовою ланкою такої взаємодії є Телематичний Юніт, що являє собою пристрій, який встановлюється в автомобілі та дозволяє йому взаємодіяти з зовнішнім світом. Його основними компонентами є низькорівневий мікроконтролер та System-on-a-Chip (SoC). Мікроконтролер дозволяє взаємодіяти з компонентами автомобіля, отримуючи від них інформацію, а SoC, що складається з процесора та модему, надає доступ аудіо каналу та каналу даних через Інтернет. Ми з командами працюємо над розробкою Телематичних Юнітів для більшості всесвітньо відомих Європейських, Американських і Японських автовиробників.
Існують декілька видів взаємодії авто з зовнішніми джерелами:
- Зв’язок з оператором сервісної чи екстреної служби, що автоматизує реагування у разі ДТП чи погіршення стану водія, і дозволяє відправити запит про допомогу якнайшвидше. Критична функція Телематичного Юніту «eCall» є обовʼязковою з 2018 року для всіх машин, що випускаються для Європейського ринку. Функція має автоматичний і ручний режим. Для активізації ручного режиму в авто розміщена кнопка звʼязку з операторами екстреної служби, після натискання якої, формується мінімальний пакет даних та відправляється до найближчого центру екстреного звʼязку. Автоматичний режим активується, коли автомобіль потрапляє у серйозну аварію. Навіть якщо основний акумулятор пошкоджений, eCall має запасний. Щоб перевірити справність автоматичного режиму «eCall» проводяться гомологічні тестування, в яких машина розбивається на максимальній швидкості. Після «штучної» аварії автомобіль повинен відправити сигнал SOS до служби порятунку, незалежно від зовнішніх умов. За підрахунками ЄС, функція «eCall» сприяє порятунку 2500 людей щорічно та скороченню кількості тих, хто отримує серйозні травми, на 15%.
- Система онлайн-трафіку в автомобілі або, усім відома, система навігації, що вбудована в автомобіль, використовує інформацію про поточний стан дорожнього руху, щоб надати водієві актуальну інформацію про завантаженість доріг. Вона також дозволяє будувати найшвидші маршрути з урахуванням заторів, ремонтних робіт, дорожньо транспортних пригод та інших.
- Взаємодія з хмарними сервісами автовиробника, де зберігаються та обробляються дані про автомобіль, що дозволяє встановлювати оновлення програмного та апаратного забезпечення дистанційно, а також проводити дистанційну діагностику і прогнозувати обслуговування авто.
- Підключення до інтернету через локальну мережу WLAN, або 5G (4G) звʼязок. Це створює можливість удосконалення навігації, що включає оновлення дорожньої обстановки й погодних умов в реальному часі. У телематичного юніту є власна точка доступу, де пасажири можуть підʼєднатися та користуватися WiFi.
- Взаємодія з персональними мобільними пристроями водія, для більш зручного керування. Також у деяких моделях автомобілів є можливість віддалено керувати машиною, відкрити двері, завести двигун через мобільний додаток.
- V2X-зв’язок (Vehicle to everything) — можливість взаємодіяти з іншими учасниками дорожнього руху та інфраструктурою, оснащеними IoT, та охоплює велику кількість різних звʼязків. Vehicle to Infrastructure (V2I), що дозволяє автомобілям розпізнавати інфраструктуру. Яскравим прикладом є GLOSA (рекомендації щодо оптимальної швидкості на зеленому світлі). Під час такої взаємодії транспортний засіб отримує інформацію від світлофора про те, коли має загорітися зелене світло. За допомогою звʼязку Vehicle to Pedestrian (V2P) авто може попереджати водія про непередбачувані рухи пішоходів. Vehicle to Network (V2N) — дозволяє автомобілю передавати дані до хмарного сховища через мережу. «Хмарна» платформа зберігає та обробляє отримані дані, надає віддалену інформацію про дорожній рух, розваги, бізнес-послуги та управління транспортним засобом. Звʼязок Vehicle to Vehicle (V2V), що дозволяє автомобілям взаємодіяти між собою. Звичний для нас приклад V2V — це система попередження про сліпу зону/зміну смуги (BSW/LCW). Вона здійснюється за допомогою загоряння індикатора на боковому дзеркалі автомобіля, що попереджає іншого водія про те, що автомобіль знаходиться в сліпій зоні. Існує також і Cooperative Adaptive Cruise Control (CACC) & Plattoning для комерційних автомобілів, що слугують методом комунікації для транспортних засобів під час руху у колоні. Вони попереджають автомобілі про дотримання безпечної відстані та швидкості, навіть при швидкому русі. Важливою функцією, що запобігає виникненню аварій, спричинених втратою керування, є CLW (попередження про втрату керування). Це датчик, який виявляє, що автомобіль втрачає керування та застерігає іншого водія, щоб він вжив заходів.
У найближчому майбутньому технологія 5G та протокол V2X дозволять автомобілям спілкуватися між собою та приймати миттєві рішення на основі інформації, отриманої від інших транспортних засобів. Це стане можливим завдяки широкій смузі пропускання та низьким затримкам технологій 5G. Проте на шляху до вдосконалення та реалізації V2X стоїть низка викликів, і перш за все, це уніфікація та безпека даних, конфіденційність. Особливо коли відбувається обмін інформацією між транспортними засобами, адже комунікація хоч і відбувається від точки до точки (P2P), але все ж таки здійснюється через мережу. Оскільки, це зʼєднання є вразливим до кібератак, воно становить загрозу для автомобілів та даних водіїв. Як в ЄС, так і на міжнародному рівні, Генеральний регламент про захист даних (GDPR), регулює захист персональних даних. Однак, оскільки регулювання все ще залишає простір для тлумачення, враховуючи технічну нейтральність вимог, це призводить до невизначеності дотримання регламенту для інфраструктури V2X. Таким чином, необхідно розробити більш практичний спосіб забезпечення конфіденційності даних аби запобігти можливим кібератакам. Не менш гостро стоїть і питання до технологій, адже вони вимагають використання, окрім передових 5G, ще і V2X-протоколів, та застосунків на основі штучного інтелекту.
Що чекає на інші напрями з підходу CASE
Транспортні засоби за підпискою (MaaS)
Наразі сектор спільної мобільності вже скорочує доходи автовиробників, оскільки все більше споживачів на усталених ринках віддають перевагу «оренді», а не «володінню» транспортним засобом. Покращення підключеності, автономності та електрифікації є ключовими факторами для ери MaaS та «сервісних» пропозицій від виробників. Автоматизація на масовому рівні полегшуватиме бронювання транспортних засобів, зарядку електромобілів та видачу абонементів.
При правильному підході така диверсифікація, ще за підрахунками 2019 року, може допомогти автомобільним концернам отримати в 10-25 разів більше прибутку на кожен пройдений кілометр, щоб компенсувати падіння продажів.
MaaS має високий потенціал до залучення користувачів, адже попит на міську мобільність стрімко зростає. Рішення для безперешкодного та сталого пересування — важливий пріоритет для автомобільних виробників по всьому світу, а MaaS може надавати транспортні послуги з підвищеною енергоефективністю дорожньо-транспортних систем. До того ж згідно з дослідженням «Mobility as a Service — Acceptability Research», яке провели у квітні 2020 року, найкраща ціна, індивідуальні та гнучкі варіанти оплати, надання точної інформації в режимі реального часу, зручні користувацькі інтерфейси та забезпечення комфортного планування поїздки збільшують популярність MaaS серед користувачів та підвищують рівень конкурентоспроможності у порівнянні зі звичним нам володінням авто. Проте результати дослідження також показали, що існують барʼєри, які стримують користувачів у використання сервісу MaaS. За даними опитування серед двох тисяч користувачів 12 країн Європи більшість досі скептично ставиться до того, що обмін даними між кількома компаніями, які надають послуги MaaS, буде досяжним та працюватиме належним чином.
Електрифікація
Як експерти й прогнозували раніше, ціна на EV батареї знизилась, і за даними Bloomberg у 2023 році становить 138$ за кіловат-годину, що формує такі ж самі ціни на електромобілі, як і на звичайні авто з двигуном внутрішнього згоряння. Також так звана «зелена політика» робить володіння електромобілями ще більш привабливим для споживачів. Багато країн пропонують власникам конкурентоспроможні податкові кредити й інші пільги. Не стоїть на місці й розвиток інфраструктури: кількість зарядних станцій також зростає, тож можемо прогнозувати подальший висхідний попит на електромобілі. А розвиток нових типів батарей з більшою енергомісткістю лише сприятиме прогресу у сфері електрифікації.
За даними Bloomberg NEF, у 2022 році глобальні продажі електромобілів склали близько 10 мільйонів одиниць, що на 80% більше, ніж у 2021 році. Це говорить про значне зростання попиту на екологічні машини. Проте електрифікація має низку підходів, що дозволяють досягти різних цілей. Окрім згаданої EV батареї, авторозробники працюють над удосконаленням систем управління батареями (BMS), що відповідають за зарядку, розрядку та захист батареї. Важливим компонентом в електрифікації автомобіля є і Системи зв’язку та безпеки (VCS), що забезпечують зв’язок між автомобілем і зовнішнім світом, а також захист від несанкціонованого доступу.
Висновок
Наразі автомобільне ІТ переживає етап бурхливого розвитку. Ми рухаємося у майбутнє, яке обʼєднує чотири основні напрямки мегатренду CASE: автономність, спільна мобільність, електрифікація та підключеність. Вони тісно повʼязані між собою та розвиток одного залежить від прогресу інших. Попри те, що загальна тенденція спрямована на досягнення найвищого рівня автономності та інтеграції передових технологій в розробку автомобілів, питання про те, коли та яким чином виглядатиме мобільність у майбутньому залишаються відкритими.