Počítače na kolech spíše než auta. Zvládnou automobilky stále rostoucí nároky na software?

Produkce řady automobilek bude letos nižší, než se předpokládalo. Jedním z hlavních viníků tohoto nepříznivého vývoje jsou polovodiče, resp. jejich nedostatek, který se navíc stále prohlubuje. Na začátku letošního roku analytici předpovídali, že v důsledku nedostatku polovodičů se letos vyrobí o 1,5 milionu vozidel méně. Do dubna se toto číslo vyšplhalo na více než 2,7 milionu a v květnu to již bylo více než 4,1 milionu. Nedostatek polovodičů podtrhl nejen křehkost dodavatelských řetězců v automobilovém průmyslu, ale také upozornil na závislost automobilek na desítkách malých a skrytých počítačů, které dnešní vozy obsahují.

„Žádný jiný průmysl neprochází tak rychlými technologickými změnami jako automobilový,“ řekl Zoran Filipi, vedoucí oddělení automobilového inženýrství Mezinárodního centra automobilového výzkumu při Clemson University. „Je to dáno potřebou řešit hrozbu stále přísnějších předpisů týkajících se emisí CO₂ a současně udržovat krok s vývojem automatizace a tzv. infotainmentu a plnit tak očekávání zákazníků ohledně výkonu, pohodlí a služeb,“ vysvětlil. V nadcházejících letech proto můžeme očekávat, že tento trend ještě zesílí s tím, jak stále více automobilek bude ustupovat od spalovacích motorů a přecházet k elektromobilitě a také k autonomním vozidlům.

Důraz na bezpečnost neustále roste

„Kdysi byl software jen jednou ze součástí auta. Dnes určuje hodnotu celého automobilu,“ poznamenává Manfred Broy, emeritní profesor informatiky na Technické univerzitě v Mnichově a přední odborník na automobilový software. Podle něj to, zda vůz bude úspěšný, závisí na jeho softwaru mnohem více než na jeho mechanickém provedení. „Téměř všechny inovace vozidel se v současnosti také pojí se softwarem,“ upozorňuje profesor Broy.

Zhruba před deseti lety obsahovaly vozy prémiových kategorií kolem 100 mikroprocesorových řídicích jednotek, jejichž celková délka kódů se pohybovala kolem 100 milionů řádků. Dnes mohou vozy nejvyšších tříd, vybavené špičkovými technologiemi, jako jsou asistenční systémy typu ADAS, obsahovat i 150 řídicích jednotek. Počtu 100 řídicích jednotek se přibližuje i řada vozidel nižších tříd, protože funkce, které byly kdysi považovány za vysoce nadstandardní, například adaptivní tempomat nebo asistenční brzdné systémy, se posunuly do oblasti standardního vybavení.

Stále přitom přibývají nové a nové bezpečnostní funkce, které rovněž vyžadují pokročilé řídicí technologie, nemluvě o trvale se zpřísňujících emisních limitech, které mohou vozidla splňovat pouze s pomocí sofistikované elektroniky a softwaru. Vzpomeňme v této souvislosti na aféru Dieselgate. Za jejím propuknutím stál fakt, že německá automobilka Volkswagen vybavila své automobily s dieselovými motory TDI softwarem, který rozpoznával, že motor pracuje v režimu odpovídajícím požadavkům laboratorních testů výfukových plynů, a změnou nastavení motoru dočasně snižoval množství vznikajících oxidů dusíku, aby její vozy splnily zákonný limit.

Poradenská společnost Deloitte odhaduje, že od roku 2017 lze přibližně 40 % nákladů na pořízení nového vozu přičíst elektronickým systémům fungujícím na bázi polovodičů, což je vzhledem k roku 2007 zdvojnásobení nákladů. (Před 50 lety to bylo pouhých 5 % z celkové ceny.) Do roku 2030 se tento podíl pravděpodobně vyšplhá až na polovinu celkových pořizovacích nákladů. Pokud vezmeme v úvahu jen samotné polovodiče, pak podle Deloitte jich má dnes každé nové auto v sobě v průměru za zhruba 600 amerických dolarů.

„Roste především množství softwaru napsaného za účelem detekce nesprávného chování vozidla a zajištění jeho bezpečnosti,“ říká Nico Hartmann ze společnosti ZF se sídlem v německém Friedrichshafenu, která je jedním největších světových dodavatelů automobilových komponentů. Jestliže k těmto účelům byla zhruba před deseti lety určena asi třetina softwaru, dnes je to podle Hartmanna často více než polovina.

Každý vůz unikátem

Softwarovou variabilitu, která znamená, že software v podstatě z každého jednotlivého vozidla činí unikát, dokládá například luxusní model SUV XC90 společnosti Volvo. Ten obsahuje přibližně 110 elektronických řídicích jednotek, přičemž jejich konkrétní sestava závisí na několika faktorech. Volvo totiž stejně jako všechny ostatní automobilky nabízí každý svůj model v různých variantách v závislosti na tom, pro který segment trhu je určen. Každý vůz totiž musí splňovat nejen regulační předpisy daného regionu, ale každý kupující má mít možnost vybrat si z více variant: ať již jde o funkce motoru, nebo o funkce vnitřního vybavení. Právě to, jaká konfigurace standardního, volitelného a zákonem požadovaného vybavení je zvolena, určuje přesný počet a typy řídicích jednotek, jejich softwaru a související elektroniky, které bude vozidlo obsahovat. Klíčové je samozřejmě to, aby jejich spolupráce byla zcela plynulá a harmonická.

Deloitte odhaduje, že nejméně 40 % rozpočtu na vývoj vozidla, od úplného počátku až do začátku výroby, plyne na systémovou integraci, testování, ověřování a validaci. Mít plně pod kontrolou veškerou elektroniku a software v každém jednotlivém vozidle je tedy poměrně obtížný úkol, který často vyvolává napětí mezi marketingovými odděleními automobilek, která se snaží vycházet zákazníkům co nejvíce vstříc a nabízet tedy co nejširší paletu variant, a mezi vývojáři a konstruktéry, kteří požadují na základě dobré obeznámenosti se složitostí realizace redukci této diverzity. Není proto překvapením, že efektivní správa této výrobní komplexnosti je v automobilovém průmyslu významným problémem, který v dohledné době jistě nezmizí.

Miliarda testů

Nejde samozřejmě pouze o software, ale i o fyzickou architekturu součástek, která s ním souvisí. Mnoho řídicích jednotek je spojeno s nějakými senzory nebo akčními členy, se kterými interagují, například v brzdových systémech nebo při monitoringu motoru. Kabelový svazek tak může obsahovat i více než 1 500 drátů o celkové délce až 5 000 metrů a o hmotnosti kolem 70 kg. Snižování hmotnosti a složitosti těchto kabelových svazků se proto stalo jedním z hlavních cílů automobilek.

I přes značnou snahu automobilek se přesto ne vždy podaří důkladně otestovat všechny možné kombinace sestav řídicích jednotek před zahájením výroby. Zatímco bezpečnostní prvky vozidla bývají většinou pevně dány, konečná podoba celé sestavy řídicích jednotek se zpravidla odvíjí od toho, jak vysoké požadavky na komfort vznese zákazník. V některých případech tak vozidlo, které sjíždí z výrobní linky, je také prvním vozidlem v dané softwarové konfiguraci.

Některé automobilky tak musejí řešit i statisíce potenciálních kombinací pro každý jednotlivý model. Máte-li pak důkladně vyzkoušet každou jednotlivou kombinaci elektroniky, znamená to otestovat až miliardu jejích unikátních konfigurací. Na druhou stranu celou řadu těchto konfigurací lze dnes řešit již během vývoje, tedy ještě před fyzickou částí výroby, počítačovými simulacemi.

Situaci ale komplikuje fakt, že téměř veškerý vývoj řídicích jednotek a příslušného softwaru zajišťují externí dodavatelé, kteří často nemají přehled o tom, jak má fungovat celá sestava, takže můžou nastat problémy se vzájemnou kompatibilitou. Jak málo softwaru automobilky vyvíjejí samy, dokládá nedávný výrok Herberta Diesse, předchozího generálního ředitele koncernu Volkswagen a současného předsedy jeho představenstva, v němž připustil, že jen asi 10 % softwaru pochází přímo od Volkswagenu. Zbývajících 90 % zajišťují desítky externích dodavatelů.

Komplikace, které tím mohou vzniknout, potvrzuje průzkum mezi dodavatelskými firmami automobilek, které odpovídaly na otázku, jak těžké je zjistit, zda změna v softwaru jedné řídicí jednotky ovlivní funkci jiné. Potíže připustilo více než 90 % z nich, z toho 37 % dotázaných firem uvedlo, že je to obtížné, 31 % odpovědělo, že je to velmi obtížné, podle 7 % je to téměř nemožné a podle 16 % to není možné vůbec. Dodejme, že podobné to je i z uživatelského hlediska: 83 % řidičů tvrdí, že nakonfigurovat si správně nový vůz je pro ně až příliš složité. To jsou bezpochyby znepokojující údaje.

Automobilky se vedle všech výše zmíněných problémů se softwarem musejí navíc připravit na to, že budou čelit stále sílící hrozbě záměrného vnějšího, hackerského útoku na software vozidla. Tato problematika se v současné době již řeší na mezinárodní úrovni, což dokládá například usnesení OSN o regulaci kybernetické bezpečnosti vozidel, některé prognózy jsou však spíše skeptické. Například poradenská společnosti McKinsey varuje, že složitost automobilového softwaru rychle přerůstá možnosti dále jej efektivně rozvíjet a udržovat. Složitost tohoto softwaru totiž za poslední desetiletí vzrostla čtyřikrát, ale produktivita firem, které jej automobilkám dodávají, se za stejnou dobu téměř nezvýšila. V příštím desetiletí se přitom tato složitost pravděpodobně opět několikanásobně zvýší. Výrobci automobilů i jejich dodavatelé se proto budou muset velmi usilovně snažit, aby tuto mezeru mezi vývojem a produktivitou co nejdříve uzavřeli.