Článek ve formátu PDF je možné stáhnout
zde.
Koncem roku 2014 představila společnost Siemens AG výsledky výzkumného programu RACE, zaměřeného na zjednodušení a sjednocení elektronického vybavení zejména budoucích elektromobilů s využitím současných technik průmyslové digitální komunikace a softwarového inženýrství.
V současné době již není pochyb o tom, že elektromobilita hraje jednu z hlavních rolí nejen při minimalizaci vlivu lidských činností na globální klima, ale také např. při řešení problémů spojených s rychle postupující urbanizací nebo s nepříznivým demografickým vývojem ve světě. Proto je na její rozvoj kladen obrovský důraz. Zejména vláda Spolkové republiky Německo si velmi dobře uvědomuje význam elektromobility jak při řešení budoucí energetické politiky po odklonu od jaderné energie, tak i pro posílení postavení Německa v rámci vyspělého automobilového průmyslu ve světě, a proto ji podporuje mnoha projekty na spolkové úrovni. Jedním z nich je i nedávno ukončený program RACE (Robust and Reliant Automotive Computing Environment for Future eCars, ve volném překladu Robustní a spolehlivé výpočetní prostředí pro budoucí elektromobily).
Opodstatnění programu RACE
Hlavním cílem programu RACE bylo především zmapovat současný stav a navrhnout způsob, jak výrazně zjednodušit stále komplexnější strukturu elektroniky v moderním automobilu, která se do značné míry živelně vytvářela desítky let, je stále méně přehledná a za současného stavu je často i brzdou inovací.
V současném automobilu střední třídy je použito asi 70 různých řídicích jednotek, které jsou různě propojeny mnoha metry kabelů, vykonávají stovky až tisíce dílčích funkcí a vyměňují si mezi sebou velké objemy dat. V běžném vozidle tak existuje mnoho různých rozhraní a částí softwaru, které spolupracují bez sjednocující společné softwarové základny. Naproti tomu ve vozidlech vybavených technikou RACE je jenom jedna centrální počítačová jednotka, k níž jsou všechny snímače a akční členy ve vozidle připojeny prostřednictvím sběrnicové komunikační sítě. Jednotka řídí a ovládá všechny funkce automobilu – obdobně, jako je tomu např. u metody zvané fly-by-wire, používané v moderních létajících prostředcích. S jednotnou strukturou softwaru lze snáze vyvíjet i zavádět různé nové funkce, které přitom mohou být z důvodu funkční bezpečnosti navrhovány s několikanásobnou redundancí.
Na grafickém znázornění ukázaném na obr. 1 je na první pohled patrné, jak se komplexní elektronická výbava současného automobilu střední třídy (vlevo) zjednoduší v elektromobilu vybaveném centralizovanou technikou RACE s přenosem dat zabezpečeným proti výpadku (vpravo). S novými možnostmi, které nabízí technika RACE, lze podle odborníků společnosti Siemens zkrátit dobu vývoje nových vozidel až o 30 % oproti současnému stavu. Uvedená technika navíc umožňuje výrobcům, zejména v malosériové výrobě, pružně a rychle reagovat na individuální požadavky zákazníků.
Přínosy v mnoha nejrůznějších ohledech
Podobně jako při použití techniky plug-and-play lze pohodlně měnit vybavení počítače bude v budoucnu možné jednoduše přidávat nové funkce také do elektromobilu. V současnosti to v praxi není možné. Je-li třeba např. automobil dodatečně vybavit kamerou pro couvání, vyžaduje to nákladné úpravy vybavení i složité zkoušky. Mimoto nainstalovat nový hardware a začlenit jej do dosavadního informačního a komunikačního systému vozidla lze někdy jen se značnými obtížemi, např. z důvodu chybějících vodičů.
V budoucnu by to mělo fungovat podstatně jednodušeji, protože nové komponenty i nové funkce lze díky technice RACE realizovat a integrovat v jednotném digitálním prostředí. Nové komponenty se k procesoru RACE připojují např. prostřednictvím sítě Ethernet a po vložení příslušného softwaru do řídicího počítače se nová komponenta stává integrální součásti automobilu. Softwarové funkce lze, podobně jako u chytrých telefonů, do vozidla „nahrát“ – a to od různých informačně-zábavních funkcí (infotainment) přes funkce zlepšující pohodu a komfort jízdy až po funkce mimořádně důležité z hlediska bezpečnosti jízdy, poskytované asistenčními systémy např. udržujícími vozidlo v přímém směru, bránícími řidiči usnout, usnadňujícími parkování a couvání, podporujícími komunikaci mezi vozidly atd., které mají nejvyšší prioritu.
Méně kabelů a řidicích procesorů znamená také menší hmotnost vozidla a menší náchylnost elektrického vybavení k poruchám. Z toho profitují především elektromobily, neboť to umožňuje zvětšit jejich dojezd a zmenšit běžné provozní náklady. Použití techniky RACE přitom není omezeno jenom na elektromobily. Nová struktura je principiálně snadno přenositelná i do klasických automobilů, elektrických lokomotiv, inteligentních rozvodných sítí i jiných komplexních
systémů.
Široká spolupráce s vládní podporou
Práce na projektu RACE probíhaly v letech 2012 až 2014 a vyžádaly si náklady ve výši asi 20 milionů eur, na nichž se Spolkové ministerstvo pro vzdělávání a výzkum BMBF podílelo částkou 10 milionů eur. Na projektu spolupracovalo osm partnerů. Pod vedením společnosti Siemens AG (včetně) to byly organizace TRW Automotive, AVL Software and Functions GmbH, Fortiss GmbH, Univerzita Stuttgart, TU München, odborná vysoká škola RWTH Aachen a Fraunhoferův ústav pro aplikovanou a integrovanou bezpečnost AISEC (
Institut für Angewandte und Integrierte Sicherheit). V závěrečné etapě projektu představilo středisko Siemens Forschungseinheit Corporate Technology (CT) první sériově vyráběný elektromobil vybavený centralizovanou elektronikou a softwarovou strukturou RACE, realizovaný ve spolupráci s výrobcem specializovaných elektrovozidel, firmou StreetScooter GmbH, Cáchy, Německo. Další informace jsou k dispozici na webové stránce
www.projekt-race.de.
[Erstes Serienfahrzeug mit Softwaresteuerung. Pressemitteilung Siemens AG, 18. prosince 2014.]
Ing. Karel Kabeš
Obr. 1. Komplexní elektronická výbava současného automobilu střední třídy (vlevo) v porovnání s jednoduchou strukturou elektroniky vozidla s centralizovanou technikou RACE (vpravo) (zdroj: Siemens AG)