Телематика

Добрый день, дорогие коллеги и просто любители нестандартных технических решений.
Представляю вашему вниманию стори из будней скромного системного интегратора и поставщика телематики для бескрайних российских просторов)))

Как-то сверху поступила неординарная задача, выходящая за рамки привычных Глонасс-будней. К нам по рекомендации обратилась одна нефтесервисная компания (а какая NDA), занимающаяся на ближнем Севере услугами в сфере гидроразрывов пластов (ГРП) для поднятия дебитов скважин.Технология сравнительно недавно стала применяться на постсоветском пространстве и уже успела завоевать свою нишу на всех крупных месторождениях нефти и газа.

Флот, выполняющий такую работу, обычно состоит из 7-8 и более единиц разноплановой техники. Но его костяк это всегда плунжерная насосная установка ГРП на подвижном шасси (одновременно подключаются к скважине до 5 насосов через специальные переходники), которая может создавать давление до 1000 атмосфер. Для примера, давление в шинах обычного легкового автомобиля редко превышает 3 атмосферы. Подробнее про операцию ГРП можно почерпнуть отсюда.

Боль клиенту причиняли регулярные огромные списания топливных активов на рабочие процессы (расход, со слов мастеров одной установки, доходил до 200 литров дизтоплива в час). Конечно, всё списывалось на перерасход и трудные условия работы холодную погоду, температуру рабочей смеси, и т.п.

Всё это пытались перепроверять, проводить выездные осмотры и замеры, но к какому-то стабильному результату не пришли. Ставили Глонасс для контроля уровня топлива в баках, но серьезной экономии не добились. В итоге нефтяники стали искать компанию, которая имеет нестандартный подход. И нашли нас ехать в тайгу? увольте .

Надевай свой Monblan и вперёд

Клиент поставил задачу получить данные о параметрах двигателя шасси Mercedes-Benz Actros и собственно отдельного двигателя (производства MTU или Detroit Diesel от 2000 л.с.) установленного на его раме для плунжерного насоса, а также дополнительные параметры от датчиков расхода смеси, рабочем давлении в скважине и т.п.

После детального изучения всех нюансов, запланировали пилотную установку.

На одном из своих флотов Заказчик предоставил новенькие насосные установки ГРП, и мы, не теряя времени с бесконечным энтузиазмом, принялись за работу. Так как спецтехника очень сложная, и буквально напичкана различными датчиками и линиями обогрева, в том числе и топливных баков, то доступ к последним был весьма серьёзно ограничен из-за тугих жгутов проводов, всевозможных трубочек, металл. помостов и кабельных лотков.

Чтобы установить топливные датчики Omnicomm LLS EX-5 (ДУТы), так как требовал регламент, пришлось изрядно попотеть, но и не такое изворачивались устанавливать, даже с учётом того что новое поколение датчиков 5 серии стали вдвое шире по измерительной части так как обзавелись фирменной технологией FuelScan, что позволяет им самостоятельно корректировать свои выходные значения под любой вид топлива в том числе и с присадками.

Огромные топливные баки в общей сумме вмещали порядка 1,5 тонн дизтоплива. Кабельные трассы от ДУТов до кабины шасси, где расположился навигационный терминал, составляли от 15 до 25 метров и это был действительно ад по прокладке трассы так как места в раме нет от слова совсем. Были применены кабельные сборки в металлической гофротрубе.

Терминал использовали с двумя CAN-шинами GalileoSky 7x, потому что это надёжное и объективно продвинутое оборудование отечественного производителя, а в последних моделях оч. много крутых фич (2xCAN интерфейса, технология EasyLogic и т.п.).

Тонкий процесс реверс-инжиниринга

После тарировки ДУТов настала очередь снимать показания с CAN-шин 2-х двигателей. Данные по шасси на базе MB Actros нам были более менее известны, хотя протокол и был проприетарный 11-битный, нам удалось извлечь достаточно много данных (обороты, t0 ОЖ, пробег, положение педалей газа и тормоза, вариации света, ремень безопасности, расход топлива накопительный и мгновенный, данные с двух установок Webasto, так как они были мокрые и также влияли на расход топлива).

Спустя довольно много нерво-часов нам удалось провести реверс-инжиниринг CAN-шины верхнего оборудования и там оказалась довольно обширная доработанная J1939 CAN-шина 29 бит на 500 000 кбит/сек с множеством интересных параметров (обороты двигателя, температуры и давления различных рабочих жидкостей (антифризов и масел) двигателя и АКПП Allison, текущие включенные передачи АКПП, расход рабочей смеси). Также нам пришлось повозиться с датчиком давления в рабочей линии (токовая петля 4-20 мА), так как он, минуя CAN-шину ЭБУ двигателя приходил напрямую на Siemens SIMATIC, и нам пришлось прибегнуть к установке дополнительного нормированного преобразователя тока в напряжение.

Улыбка по факту

В общем, танцы с бубном, все как у всех. Однако после долгих наблюдений за фактической работой флота в полях фирменные алгоритмы для расчета текущей нормы расхода топлива от текущей реальной нагрузки таки реализовали. На выходе заказчик получил систему мониторинга, которая в автоматическом режиме показывает серьезные отклонения от нормы расходы топлива и выдает интервальные нарушения в виде событий слив топлива.



А события такие место явно имели с установкой системы сразу же выявилась огромная пропасть между фактическим расходом и ранее списываемым методом перерасхода объемом топлива.

В итоге, для нас финал был счастливым (долгосрочный контракт на поставку и монтаж системы мониторинга на всю технику заказчика и отличные рекомендации для дальнейшего продвижения по другим организациям в регионе его присутствия). Чем все закончилось (и закончилось ли уже) для того, кто казенное топливо сливал, нам неведомо.

В своей предыдущей статье я писал о росте важности автомобильного ПО и использовал концепцию Разработка-сборка-маркетинг-использование для того, чтобы показать чем ПО отличается от аппаратной части. Суть той статьи заключается в том, что стратегия использования программных платформ лучший способ добиться успеха на рынке автомобильного ПО.

Печально известен тот факт, что разработку ПО очень сложно планировать и реализовывать особенно трудно оценивать времязатраты на создание больших программных продуктов. Такое положение дел тянется уже с 1960-ых годов, все это подробно описано в книге Мифический человеко-месяц. Это книга Фреда Брукса, она была опубликована в 1975 и дополнена в 1995. Проблемы доведения процесса разработки программных продуктов до конца могут быть сформулированы законом Брукса: если вы не укладываетесь в сроки, дополнительные человеческие ресурсы только увеличат время на разработку.

В этой статье мы рассмотрим текущее состояние рынка платформ автомобильного программного обеспечения. Любая программная платформа полагается на аппаратную, требующуюся для работы программ. Я расскажу о сегментах рынка автомобильного ПО и приведу примеры важных продуктов. Но сначала нам нужно понять что такое программные платформы, а также рассмотреть их преимущества и недостатки.

Обзор платформ

Платформа это технология, позволяющая создавать похожие между собой продукты, использующие результаты прошлых разработок. В рамках стратегии реализации платформ многие продукты или семейства продуктов могут быть разработаны с гораздо меньшими затратами, чем при разработке каждого продукта по отдельности. В автомобильной промышленности широко используются распространенные шасси с различными двигателями, салонами и форм-факторами. Платформы BEV в настоящее время становятся важной тенденцией в автомобильной промышленности. Кроме того, этот подход очень распространен в компьютерной индустрии часто можно встретить платформы разных уровней (начиная с процессорных и аппаратных, и заканчивая программными платформами и платформами приложений).

Использование программных платформ стало ключевой стратегией во всех сегментах компьютерной индустрии от мейнфреймов и миникомпьютеров до персональных компьютеров и планшетных ПК. Программные платформы также являются основой на рынке смартфонов и стали ключевым фактором, за счет которого лидерами рынка стали iOS и Android. Программные платформы также приобретают все большее значение в автомобильной промышленности и становятся особенно важны на развивающемся рынке автомобилей, зависящих от программного обеспечения.

У программных платформ есть и недостатки. Для их реализации требуется написание больших объемов кода, а работают они зачастую медленнее. Также они могут повышать требования к аппаратной части. Впрочем, в большинстве случаев, преимущества перевешивают недостатки.

Программная платформа обычно представляет собой набор из множества программных модулей для реализации определенной функциональности. Впрочем, это могут быть и небольшие программы, которые используются в более крупных платформах. Таким образом, программные платформы могут значительно отличаться по размерам и сложности кода. Ключевой аспект переиспользование программных модулей для экономии затрат на разработку и обслуживание, а также повышение уровня надежности за счет снижения общего количества ошибок в ПО.

Ключом к использованию и реализации программных платформ являются API, позволяющие создавать модульную структуру блоков и обеспечивать связь между модулями или разными платформами. API конкретных сегментов рынка ПО, в случае успеха, создают формируют экосистему из взаимодополняющих программных модулей, которые с течением времени значительно увеличивают стоимость и возможности использования платформы.

Платформы для автомобильного ПО

Программные платформы на автомобильном рынке быстро растут и оказывают большое влияние на всю индустрию автомобильного ПО, причем ожидается, что в следующем десятилетии тенденция роста сохранится. В таблице ниже приведена сводная информации о состоянии основных программных платформ, используемых в автомобильной промышленности. Существует и множество других платформ в данной статье они не рассматриваются из-за отсутствия подробностей об их разработке. В следующих разделах приводится обзорная информация о каждой из программных платформ, приведенных в таблице.

Операционные системы

Все автомобильные ECU нуждаются в ПО, которое будет управлять различными аппаратными компонентами, а также в приложениях, которые и будут выполняться блоком управления.

Все автомобильные блоки управления нуждаются в ПО, контролирующем работу разнообразных программ, управляющих аппаратными компонентами и приложениями, на которые рассчитаны все ECU. Консорциум автомобильной промышленности разработал и продолжает расширять возможности платформы AUTOSAR. AUTOSAR представляет собой многоуровневую программную архитектуру со стандартными API-интерфейсами для приложений, исполняемых ECU. Также эта платформа имеет независимый интерфейс, совместимый с большинством микропроцессорных архитектур, используемых в автомобильной промышленности. AUTOSAR ведущая программная программная платформа в отрасли систем помощи водителю и других традиционных приложениях для ECU. Впрочем, AUTOSAR не может управлять блоками со сложной и обширной кодовой базой так, как это делают информационно-развлекательные системы.

Все это открыло двери для операционных систем, которые стали использоваться в высокотехнологичной промышленности в применении к автомобильным системам. Операционные системы первыми высокотехнологичными программными платформами, оказавшими большое влияние на автомобильную промышленность. В современных информационно-развлекательных и телематических системах используются высокотехнологичные ОС. Также сложные операционные системы используются в ECU, системы ADAS тоже двигаются в этом направлении.

Некоторые блоки управления имеют повышенные требования к безопасности, и им нужны системы, прошедшие сертификацию (например, по стандарту ISO 26262). В настоящие момент, ни у одной из версий Linux нет таких сертификатов. В таких блоках используют QNX, Green Hills и другие аналогичные операционные системы, имеющие сертификаты безопасности.

Информационно-развлекательная системы высший уровень развития систем, использующих ОС. На рынке платформ ОС идет битва между QNX и различными версиями Linux AGL, Android и GENIVI-совместимыми версиями. Android от Google развивается семимильными шагами. Успех Android связан с основанием Открытого автомобильного альянса (OAA) в 2014 году. В настоящее время в этот альянс входят 60 брендов, включая ведущих OEM-производителей вроде Chrysler, Fiat, Ford, GM, Honda, Hyundai, Mazda, Mercedes-Benz, Nissan, Renault, Toyota и VW.

В платформу ОС обычно встроены многочисленные программы, относящиеся к так называемому промежуточному программному обеспечению, необходимому для обеспечения разнообразной функциональности. Промежуточное ПО своего рода программный клей. Это программное обеспечение предоставляет различным приложениям доступ к сервисам, недоступным из ядра ОС. Промежуточное ПО варьируется от утилитарных программ до аппаратных интерфейсов для автомобильных компонентов. HMI и пользовательские интерфейсы также часто относят к промежуточному ПО.

ОС-гипервизор

Гипервизор это небольшая программная платформа для управления несколькими ОС и их приложениями.

Эту платформу также можно назвать монитором виртуальных машин (VMM). Виртуализация используется в компьютерной индустрии с 1960-х годов и является ключевой технологией для центров обработки данных. Гипервизоры приобретают все большее значение для автомобильного программного обеспечения, поскольку они решают целый ряд проблем и могут быть экономичным решением.

Можно привести два примера, демонстрирующих преимущества гипервизоров. Первый пример: резервный монитор, который должен обязательно быть установлен на всех продаваемых в США автомобилях является компонентом систем с повышенными требованиями к безопасности. Второй пример: дисплей в информационно-развлекательных системах может быть идеальным запасным средством для вывода информации, но при этом в этой схеме не может использоваться ОС Linux, поскольку у нее нет необходимых сертификатов безопасности. Решением может стать гипервизор, интегрирующий Linux с QNX, Green Hills или другими ОС с сертификатами безопасности.

Интеграция кластера приборов и информационно-развлекательной системы еще один пример ситуации, в которой гипервизор является решением. Также гипервизоры могут применяться в сочетании с специфическими электронными блоками управления.

Телематические системы

Телематические системы имеют встроенные программные платформы, взаимодействующие с SaaS-сервисами, работающими с телематическими данными. В бортовых телематических системах используется операционные системы, и лидером в этом сегменте рынка является QNX (за счет того, что именно QNX используется в OnStar). Ведущие поставщики первого уровня встраивают в телематические системы программное и аппаратное обеспечение. Некоторые из Tier-1 поставщиков информационно-развлекательных систем также являются ведущими поставщиками телематических систем.

Программные платформы для телематических систем на основе SaaS являются собственностью поставщика телематических услуг (TSP) (таких как OnStar, SiriusXM, Verizon Telematics и WirelessCar). OnStar используется только в автомобилях от GM, но у других поставщиков есть целый ряд OEM-клиентов. Система WirelessCar в настоящее время в основном принадлежит VW, и вливание дополнительных ресурсов, вероятно, расширят его позиции на рынке.

Поставщики телематических услуг начинают использовать облачные ресурсы Microsoft, AWS и Google эти компании внедряют SaaS-платформы для функциональности сетевых автомобилей.

Информационно-развлекательные системы

Высокотехнологичные информационно-развлекательные системы самые сложные автомобильные системы в серийном производстве. Обычно в них встроены сложные системы отображения со звуковыми и навигационными системами, а также целым рядом различных приложений.

Существуют системы с возможностью возможности подключения к телематическим системам, кластерам приборов и HUD. Информационно-развлекательные системы также имеют обширный пользовательский интерфейс для управления и взаимодействия с водителем или пассажиром. Во многих информационно-развлекательных системах реализовано подключение к программной платформе для использования смартфонов и различных приложений в связке с виртуальными личными ассистентами (VPA), описанными далее. Информационно-развлекательные системы также активно используют технологии установки обновлений по воздуху и ПО для кибербезопасности, о чем также пойдет речь в следующих разделах.

Таким образом, в связке с информационно-развлекательной системой могут использоваться несколько разных программных платформ. Ключевой программной платформой в данной схеме является ОС, поскольку именно она косвенно управляет всем ПО, связанным с информационно-развлекательной системой. В этих системах основную долю рынка занимают различные ОС из группы Linux, в частности все более важной становится Android. Впрочем, выбор ОС для информационно-развлекательной системы сильно варьируется в зависимости от OEM-производителя.

Также во многих информационно-развлекательных платформах используются навигационные программные системы примерно в 25% (доля зависит от страны). Навигационные программные платформы, как правило, поставляются компаниями, специализирующимися на навигации в автомобильной и других промышленностях. Tier-1 Поставщики также могут поставлять навигационное программное обеспечение.

В большинстве современных информационно-развлекательных систем используются дисплеи, и средний размер дисплея растет с каждым годом. В настоящее время дисплеи встроены примерно в 60% информационно-развлекательных систем. В некоторых высококлассных системах используются даже графические ускорители для повышения производительности вывода на дисплей.

Интеграция смартфонов и мобильных приложений

В настоящее время смартфон стал неотъемлемой частью жизни водителя. Многие водители хотят использовать приложения из своих смартфонов в информационно-развлекательных системах для того, чтобы меньше отвлекаться не девайс. Некоторые OEM-производители разработали платформы для интеграции мобильных приложений в информационно-развлекательные системы. Впрочем, популярность CarPlay от Apple и Android Auto затмила всех остальных. Многие информационно-развлекательные системы поддерживают как CarPlay, так и Android Auto, чтобы иметь возможность взаимодействовать с большинством современных смартфонов. Baidu CarLife используется в основном в Китае, и там у этой системы очень сильные позиции, поскольку Android Auto в Китае недоступна.

Популярность CarPlay и Android Auto вызвана двумя основными факторами: знакомым пользовательским интерфейсом и большим количеством специфических для автомобилей приложений для обеих платформ. Впрочем, приложения для iOS и Android не работают как приложения для CarPlay или Android сами по себе. Эти приложения должны быть модифицированы для работы с определенной платформой. Наиболее популярными являются приложения с картами, данными о парковках и трафике, музыкой, подкастами, аудиокнигами, новостями, сообщениями и календарем.

С CarPlay работают более 500 моделей автомобилей от 65 разных автопроизводителей. Android Auto работает в примерно сопоставимом количестве автомобилей от 60 автопроизводителей.

Виртуальные личные ассистенты

Голосовые ассистенты, они же виртуальные личные ассистенты (VPA) хорошо зарекомендовали себя в автомобильной промышленности. Многие водители используют голосовых ассистентов в своих смартфонах или в домашних устройствах. OEM-производители пробовали создавать своих ассистентов, но высокотехнологичные платформы с голосовыми ассистентами взяли верх. Ведущими разработчиками голосовых ассистентов являются те же компании, что лидируют и на рынке умных домов и смартфонов: Amazon и их Alexa, Google и их ассистент, Apple и Siri. Достижения в области ИИ и технологий распознавания голоса сформировали спрос на голосовых ассистентов, поскольку они помогают водителям меньше отвлекаться.

Существует два способа использования голосовых ассистентов в автомобиле: через интеграцию мобильных приложения в CarPlay или Android Auto или через отдельную программную платформу с ассистентом в рамках автомобильной информационно-развлекательной системы. Лидером в области интегрированных ассистентов является Alexa, ассистент от Android держит крепкое второе место. Siri от Apple в основном используется в CarPlay, поскольку Apple является лидером на рынке интеграции смартфонов. Alexa и ассистент от Google также используются для интеграции мобильных приложений.

Подписывайтесь на каналы:
@TeslaHackers сообщество российских Tesla-хакеров, прокат и обучение дрифту на Tesla
@AutomotiveRu новости автоиндустрии, железо и психология вождения

---

Читать еще полезные статьи:

• Бесплатные онлайн-курсы по Automotive, Aerospace, робототехнике и инженерии (50+)
• [Прогноз] Транспорт будущего (краткосрочный, среднесрочный, долгосрочный горизонты)
• Лучшие материалы по взлому автомобилей с DEF CON 2018-2019 года
• [Прогноз] Motornet сеть обмена данными для роботизированного транспорта
• Компании потратили 16 миллиардов долларов на беспилотные автомобили, чтобы захватить рынок в 8 триллионов
• Камеры или лазеры
• Автономные автомобили на open source
• McKinsey: переосмысляем софт и архитектуру электроники в automotive
• Очередная война операционок уже идет под капотом автомобилей
• Программный код в автомобиле
• В современном автомобиле строк кода больше чем