Будущее автоиндустрии уже сейчас. Вместе с компанией GlobalLogic разбираемся в деталях

«Двигатель и коробка (как едет?), тип подвески (как рулится?), внешний дизайн (как смотрится?), удобство салона (как сидится?) …» Этот список вопросов у каждого покупателя, выбирающего автомобиль, особенный. Круто, что в списке все чаще появляется вопрос об активных электронных помощниках (насколько безопасно?). Кроме того, приобретает популярность вопрос о мультимедийной системе (насколько удобно?). В этой статье – о том, как украинские специалисты ищут правильные ответы на эти вопросы.

Речь идет о разработках компании GlobalLogic, находящейся в топ-пятерке производителей программного обеспечения на территории нашей страны (и нет, не на правах рекламы). Немного цифр: GlobalLogic – международная организация, ее штат насчитывает около 11 000 специалистов (для сравнения – гигант Alphabet, владеющий компанией Google, имеет в штате чуть больше 80 000 сотрудников), а украинцев среди них – 3500. Такая статистика мне нравится.

У нас занимаются разработкой проектов для более чем 120 международных заказчиков, но мне (как и вам, думаю), наиболее интересны те из них, что касаются автомобильной индустрии. То, что вы прочитаете ниже – комбинация рассказа Андрея Яворского, вице-президента компании по инжинирингу, специалистов GlobalLogic, моих вопросов и их ответов.

Андрей Яворский, вице-президент компании по инжинирингу.

Как делают автомобили сегодня и как их будут делать завтра

Автомобиль уже давно перестал быть просто средством передвижения. Цель производителя – сделать его использование максимально легким и простым, очевидной является аналогия со смартфоном. Автомобильным компаниям на руку, если переход от автомобиля к автомобилю проходит легко – клиент привыкает к опыту, который получает во время вождения, еще больше возникает привязанности из-за возможностей персонализации – современная мультимедийная система позволяет переносить в авто весь арсенал своего смартфона – от закладок в браузере до любимой музыки. А что люди часто проводят в автомобиле много времени (будь то робота, пробки либо другие причины), средства мультимедиа можно еще и монетизировать. В итоге производители фокусируют внимание не только на продаже авто, а и на продаже различных сервисов.

Этот тренд появился лет пять тому назад. До того большинство производителей считало (а многие продолжают так считать), что «научить» автомобили правильно ездить – единственная их цель. Затем Илон Маск вывел на рынок свою Tesla, а азиатские производители начали ставить на свои автомобили уже более интересные (и адекватные) мультимедийные системы. Уже к этому времени люди стали больше пользоваться своими телефонами, быть в чем-то даже зависимыми от них, и эта тенденция начала привлекать производителей авто – они захотели создать тот же эффект.

Передняя панель Tesla Model 3

Разрабатывая infotainment-систему для автомобиля, можно выбрать один из двух путей. Первый – это разработать ее самостоятельно (что стоит довольно дорого), второй - поставить туда уже что-то существующее, например, тот же Android. GlobalLogic работает над установкой и наладкой Linux и Android на разные платформы уже много лет. Примерно пять лет назад у компании появился спрос от автопроизводителей на то, чтобы поставить Android на их infotainment-системы. А когда вы делаете успешно что-то одно, к вам приходят с предложением сделать что-то новое. Так компания вошла в сферы компьютерного видения, автономного вождение и других технологий. Автомобили состоят из компонентов (одна из особенностей автопроизводства на данном этапе – это глобальное использование продукции других компаний, не связанных напрямую с производителем). GlobalLogic работает с производителями компонентов для крупных компаний (к примеру, Continental, Panasonic, Mitsubishi Electric и др.), а именно над их программной частью.

Сейчас в программном коде современного high-end автомобиля (если говорить о всех его компонентах) по разным оценкам – около 100 миллионов строк. Для сравнения – Facebook написан где-то на 60 миллионах строк. Большая часть этого кода собрана в единое целое. Именно поэтому сейчас так сложно сделать апгрейд системы вне рестайлинга либо смены поколений. Ведь в чем загвоздка – автомобиль является продуктом, который может напрямую влиять на здоровье или жизнь человека. Соответственно, перед началом его эксплуатации он должен пройти большое количество всяческих проверок, сертификаций и т. д. Это касается всех его систем, в том числе и электронных. На деле намного проще иметь отдельные модули, отвечающие за разные системы (к примеру, возможность выбирать между навигационными картами разных производителей), чем постоянно работать с целостной системой. Модульное построение – очень перспективное. Но об этом немного позже.

«Нет-нет, она все делает сама»

Системы автономного вождения – то, что заботит большинство производителей; некоторые из них уже выводят на рынки автомобили с автопилотом. Современные системы автономного вождения не полагаются на один источник данных о положении автомобиля и ситуации на дороге, они используют несколько. Первый – это карты и GPS, второй – это лидары, радары и ультразвуковые датчики. Третий – камеры. Да, с сигналом GPS могут быть проблемы (в зависимости от страны), например, в некоторых странах есть ограничение локализации из-за военных действий или объектов государственного значения, находящихся рядом. Последние GPS-стандарты дают локализацию до 20 см. Соответственно, на рынке карт идет большая конкуренция, много компаний разрабатывают свои. К примеру, альянс Mercedes, BMW и Intel инвестировали в такую компанию, как Here. Эти карты будут в вашей модели Mercedes. То, что они создают (не только Here) будет намного более детальным, чем Google Maps – на картах будет каждая полоса, каждая неровность на этой дороге, люк. С такими картами автомобиль может четко понимать, что происходит. Но у этого источника информации есть ограничения – во-первых, вы можете заехать на территорию, где нет дороги, во-вторых, вам нужно постоянно держать карты актуальными (а это большое количество информации, кроме того это дорого).

Радары позволяют реконструировать картинку вокруг вас. Камера - это то, «как видят люди». Tesla, например, делает главную ставку именно на камеры.

Технология основана на следующем принципе: вы знаете скорость движения автомобиля и у вас есть несколько картинок, снятых камерой. Зная расстояние между ними, вы c помощью каждой картинки можете определить, на сколько сдвинулась точка. Таким образом -реконструировать геометрию объекта. Это мы можем наблюдать на изображении. Процесс – в настоящем времени. Эти точки на картинке камера захватила и при движении их распознает. Так система реконструирует мир. Автомобиль едет и «видит» стены дома, понимает достаточно для того, чтобы объезжать препятствия. Главное – поймать нужные точки.

Общий процесс проходит так: во время езды автомобиль получает данные с карты, в момент, когда карты недостаточно, система будет сравнивать с картой то, что она видит камерой, радар также будет давать свои «подсказки». Когда все три источника говорят – «да, здесь поворот», это позволяет автомобилю ехать дальше. Если на карте препятствия нет, но оно есть на картинке с камеры или радаров, система предпримет действия – предупредит вас либо передаст управление другой программе.

Наиболее перспективным – по крайней мере по сегодняшним трендам – можно назвать изображение из камеры, потому что так видит человек. Радар может показать объекты, которые в конкретный момент не видит камера – ее заляпало или она не может «дотянуться» из-за геометрии своей установки. Но радар с камерой – это, наверное, то, как автомобили в будущем будут ездить сами.

Что касается качества изображения с камеры, то оно играет не очень большую роль: на деле картинка делается в инфракрасном диапазоне, чтобы убрать цвета и сделать изображение более контрастным, то есть разрешение изображения играет роль в меньшей степени. Приоритет отдан контрастности, чтобы точки, по которым автомобиль «следит» за ситуацией, можно было легко определять.

На этом же принципе основана элементарная технология удержания полосы: камера «смотрит» на дорогу, редуцирует картинку до чуть ли не до 16х16; главное – чтобы на изображении было видно белую линию. Если есть поворот белой линии, значит руль нужно немного повернуть. То есть камера не является самым дорогим компонентом этой технологии.

Больше данных всегда лучше

Эта система представляет небольшую часть умного города, также общения между «умными» машинами и чем-то – в данном случае машиной и машиной. Здесь показан сервер, который имитирует подачу данных для автомобиля (GPS, скорость, направление и др.), то есть все, что необходимо кластеру для отображения водителю информации о текущем состоянии автомобиля). Данные поступают на автомобиль, дальше происходит несколько процессов. Операционная система берет данные с CAN-шины, обрабатывает их и часть отправляет на smart city-сервер, который отвечает за все доступные для этого города данные.

Один из типов коммуникации – автомобиль и какое-то окружение (сервер «умного» города, светофор на перекрестке и др.). Второй тип – это обмен данными между автомобилями. Платы могут являются, по сути, двумя автомобилями, которые находятся под контролем как одинаковых, так и разных операционных систем. Обмен данными подразумевает передачу BSM-сообщений другим машинам. BSM (Basic Safety Message) – это специальный стандарт сообщений, который содержит фиксированный набор данных и «пакуется» в определенном для всех формате с передачей по стандарту, к примеру, 10 раз в секунду. Операционная система другого автомобиля получает эту информацию и анализирует ее. Среди этой информации – текущие GPS-координаты отправителя, ее направление, ее скорость, соответственно, можно рассчитать, где эта машина будет через некоторое время. Система проводит расчеты и по ним проверяет, не пересекутся ли траектории двух автомобилей. Если они пересекаются, система предоставляет некоторый пользовательский интерфейс, делающий предупреждение водителю («есть вероятность столкновения, примите какие-то действия»). В дальнейшем также можно передавать управление автомобилем другому органу управления, который будет тормозить за водителя. В этом случает авария будет предотвращена.

Система может передавать не только информацию о GPS–координатах и характеристики перемещения автомобиля, но и прочие данные, например, информацию о состоянии тормозов. То есть она может предупредить другого водителя уведомлением о том, что нужно быть внимательным – у этого автомобиля тормозные механизмы не в лучшем состоянии, поэтому нужно быть более внимательным. Или же можно представить такую ситуацию: случилось какое-то мелкое происшествие. Водитель нажимает на «аварийку», автомобиль автоматически начинает транслировать сообщение о том, что не все в порядке. Хорошей идеей является сделать указание причин: к примеру, водитель понимает, что у него спустило колесо, но нет домкрата или других нужных для замены элементов; он пишет это в сообщении, которое транслируется другим участникам дорожного движения. Соответственно, автомобиль, который проезжает рядом, получив это сообщение, передает его дальше, и в результате этого водитель четвертой либо пятой машины, получив это уведомление, сможет помочь, так как у него есть необходимый для этого инструмент.

Есть несколько способов тестировать такие технологии. Разработчики могут собрать автомобили, оснащенные специальным оборудованием, и начать «катать» их по дорогам общего пользования (так, например, делает Google Waymo). С другой стороны, можно создать симуляцию, придумать эдакую матрицу, по которой эти автомобили будут двигаться, ведь на данный момент каждая из плат (изображенных на фото) является автомобилем, то есть реальный автомобиль будет иметь именно такую в роли своего центрального компьютера. Соответственно, «физическая» часть автомобиля не нужна, чтобы имитировать его движение. Можно взять плату, на ней запустить программное обеспечение, как у авто, и имитировать входящий сигнал.

Конкретно в случае, показанном на фото, это два автомобиля, коим скармливают данные, будто они едут, будто кто-то нажимает на педаль и что-то происходит. Есть возможность добавить сотню таких модулей, грубо говоря, это будет сотня машин, которые ездят по городу, хотя физически ничего не происходит. Это позволяет сымитировать разные ситуации – столкновения, пробки, встречные разъезды – с намного меньшими затратами ресурсов. Проект назван Smart City, потому что он позволяет воссоздавать инфраструктуру будущего, которой в Киеве, например, нет. Скажем, общение с «умными» светофорами, которые по протоколу обменивается с автомобилем данными. Светофор «говорит», когда загорается соответствующий цвет. По этому принципу мы можем имитировать «общение» двух автомобилей, авто и облачного ресурса, авто и «умной» дороги.

Единственный правильный ответ – Android?

Плата, сделанная для Mitsubishi Electric, это инженерный образец – когда она будет в машине, ее размер будет уменьшен. Общая инфраструктура устройства выполнена так, чтобы процессор можно было менять. То есть это попытка сделать прототип, в котором можно будет совершенствовать часть «железа», что является разновидностью модульной системы. Особенностью этой системы является то, что один автомобильный компьютер работает сразу на три дисплея. Главный дисплей – сенсорный, второй – проекция на лобовое стекло, третий – приборная панель.

По разным оценкам, в машине будущего будет насчитываться до 12 дисплеев, причем это количество уже сейчас не звучит как преувеличение. На стенде мы имеем три, добавьте к этому экраны для каждого пассажира, а также отдельное управление «климатом» и удобствами для задних пассажиров. И это только начало. Главным аргументом против системы, которая объединяет в себе «железо» под каждый экран, является ее дороговизна.

Сложностью выпуска прототипа, показанного на фото, является то, что Android не сконструирован для максимального класса безопасности. В автомобиле операционная система подвисать не просто не должна, она не имеет права – водитель может утратить контроль над ситуацией. Решение, показанное здесь – это Android, разработанный Google специально для automotive-индустрии. У него уже есть интерфейс для разных автомобильных функций (по типу включения очистителей стекол, подогрева сидений и др.).

Чтобы решить проблему использования Android на автомобиле, производители ставят эту операционную систему только на мультимедиа, и она фактически не взаимодействует с остальными компонентами. Да, она может включить вам подогрев кресел, но контроль скорости либо еще какие-то компоненты, связанные с вождением, она не затрагивает. За остальное отвечает отдельный процессор: какую операционную систему захотел, такую и запустил. В итоге получается, что чем больше блоков, тем больше «железа», о чем мы уже говорили раньше. Даже если стоимость одного чипа – центы или, может быть, доллар, действует простое правило: чем больше у вас таких плат, тем большую инфраструктуру вам нужно создавать под них (хранить на складах больше плат и доп.оборудования для их обслуживания, обеспечивать поддержкой больше программ и т. д.). Затраты увеличивается экспоненциально. Поэтому сейчас предпринимается все больше попыток перенести нагрузку на программное обеспечение. То есть вместо того, чтобы плодить больше плат, сделать одну, но запустить на ней больше операционных систем. В этом – ключевая особенность гипервизора, речь о котором и пойдет дальше.

«Операционка» упала? Во время движения? Не беда, у нас есть еще

Упрощенно гипервизор – это система, которая запускает сначала себя, а потом – другие операционные системы. Причем запускает она их на одном процессоре и так, чтобы они «не знали» друг о друге – каждая система «думает», что является единственной на этом «железе». То есть на одном процессоре можно запустить Linux, Android, Windows, MacOS, при этом работать они будут одновременно.

Преимущество гипервизора для automotive-индустрии очевидно - это дает возможность уменьшить количество плат, то есть снизить затраты. У вас есть чип, на нем вы запускаете систему безопасности (которая, к примеру, отвечает за состояние тормозов, управление двигателем и т. д.), а вторая операционная система – это Android со всевозможными развлечениями. И если такой блок с Android «подвиснет», он просто будет выгружен, а остальные системы продолжат работать.

Гипервизор имеет очевидные преимущества, так как основан на уже упомянутой модульной системе. Она помогает менять компоненты автомобиля независимо друг от друга, что позволит быстрее улаживать такие проблемы, как, например, «подтупливание» системы (с коим в новых автомобилях можно столкнуться даже сейчас). Процесс выглядит так – в автомобиле есть гипервизор, первым – с наибольшим приоритетом – он запускает очень обрезанную automotive-версию Linux, очень стабильную. Она отвечает за все внутриавтомобильные коммуникации (как, например, передача сигнала от кнопки открытия багажника к самому приводу), причем делает это настолько быстро, что вы не замечаете задержки. Таких коммуникаций в системе – огромное количество, и всем этим будет заниматься ядро операционной системы, которой не нужно красивое оформление, главное – скорость передачи данных.

Но это только одна из операционных систем, запущенных с помощью гипервизора. В отдельный блок можно выделить вещи, связанные с вождением, с обеспечением комфорта, с развлечениями. И каждый из этих блоков обновлять по-отдельности, не проходя при этом проверок всей системы, как нужно делать сейчас для возможности выпуска модели на рынок. Эта концепция заложена в основу обновлення програмного обеспечения Тesla (файл скачивается, система «перешивается», автомобиль начинает ездить по другому алгоритму).

О том, почему автопилот – это в первую очередь про людей, а не про роботов

Один из главных стопперов автономного вождения является отсутствие четкой юридической и законодательной базы. То есть сделать полностью автономный автомобиль можно уже сегодня. Иногда он будет останавливаться и «говорить», что не знает, что делать, но технологии, как бы то ни было, есть уже. Проблема в том, что неурегулированной остается ситуация аварий и распределения ответственности в таких случаях. К сожалею, показательными являются смерти при участии автопилотов компаний Тesla и Uber. Есть автомобиль, он сбил человека. Полиция должна осуществить расследование, а кто-то должен пойти в суд. Судить человека – в этом контексте – легко, ведь есть четкий набор параметров (в каком состоянии он был, смог бы среагировать и т. д.), по которым оценивают его вину. А в случае с автопилотом? Лидар сканирует дорогу сотню раз в секунду. То есть автомобиль до столкновения «знает», что произойдет. Грубо говоря, в коде программы есть строчка, которая говорит: «Вижу препятствие. Могу повернуть руль/затормозить. Делать/не делать?»

А если копнуть глубже, то проблема законодательства ставит нас перед еще более циничной постановкой вопроса. Предположим, за смерть человека компания-производитель выплатит семье пострадавшего миллион долларов. Мы приходим к моральной проблеме: значит, можно назначить стандартную цену человеческой жизни? А что, если перенести это на другие индустрии?

Другой проблемой, связанной с повальным внедрением IT в автомобильную промышленность, является защита данных. Автомобиль нужно защищать как от бесконтактного проникновения (при том же обновлении модульного программного обеспечения), так и от физического вскрытия. Как в первом, так и во втором случаях можно будет повлиять на алгоритмы роботы систем автомобиля, и в этом контексте мы возвращаемся к вопросу, поднятому раннее: кто будет виноват, если автомобиль с неправильно работающим ПО причинит вред человеку? Второй же аспект – это личные данные, которые можно будет получить у провайдера, обслуживающего автомобиль. И информация о перемещениях является только частью айсберга.

Скорее всего, статус передачи данных об автомобиле и водителе пройдет тот же путь, что прошли и смартфоны раньше. Помните обвинения в том, что операционная система Android посылает Google данные о нахождении пользователей устройств на базе этой операционной системы? Но ведь повального отказа от таких смартфонов не последовало. Мы продолжаем пользоваться ими из довольно банальной, но очень весомой причины – это удобно.

Также возможно, что в automotive-индустрии возможность передачи данных третьим лицам станет критерием выбора бренда. К примеру, об этих брендах мы будем знать, что они такого не делают, о других – что они «сливают» данные. Это станет конкурентным преимуществом одних перед другими, что является следствием желания конкретных брендов сохранять и поддерживать свою репутацию и лояльность клиентов.

Фото с конференции Root Linux предоставлены компанией GlobalLogic.

25 апреля 2018 года. Николай Рачок, InfoCar.ua