Úvod > Články > Bezpečnost na silnicích a automobilová síť

Bezpečnost na silnicích a automobilová síť

Tento článek jen zcela náhodou vzniká v době, kdy se zásadně změní penalizační systém za neukázněnou jízdu na našich silnicích. Využití elektroniky a komunikační techniky pro zvýšení bezpečnosti v automobilovém provozu je totiž aktuální vždy. A vývoj v oblasti sítí v rámci automobilů připojených na vnější infrastrukturu je rovněž důležitým prvkem boje za bezpečnější pobyt na dopravní infrastruktuře.

Již několikrát jsme se na těchto stránkách zastavili u moderních telematických systémů. A stejně často jsme poukazovali na nedostatečné rozšíření těchto systémů zahrnujících informační bezpečnostní i komunikační prvky mezi současnými automobily (a automobilisty) na silnicích. Jeden důvod je zřejmý: mnoho vozů prostě stále není vybaveno špičkovou elektronikou a vystačí s minimem mikroprocesorů pro základní činnost. Nicméně obměna vozového parku je výrazně znát i na našich silnicích a luxusní automobily se již mohou chlubit i desítkami mikroprocesorů. Ty jsou samozřejmě sítí propojeny tak, aby vyhověly požadavkům na přenos potřebných dat pro optimální chod vozidla. Ale pokud se podíváme na průměrná vozidla, která na silnicích převažují, stále v nich najdeme jen hrstku zařízení propojených sítí.

Digitalizace a propojení automobilových systémů

V plně elektrickém systému řídící jednotka vyšle elektrický signál motoru pro vykonání určité funkce. Pokud se tento systém nahradí digitálním řízením, vystačí se s nižším napětím, levnější kabeláží a jednodušším návrhem, protože namísto nutného přepracování a přizpůsobení motoru a řídicí jednotky velikosti každého typu vozu může být digitální řídící jednotka normalizovaná. Pouze sekundární mikrokontrolery je třeba měnit pro různé platformy.

O automobilových sítích se hovoří již velmi dlouhou dobu, technické záležitosti zvládnuty jsou, ale na větší rozmach se můžeme snad těšit v nejbližších letech. Síťových protokolů za poslední desetiletí vznikla celá řada, kromě firemních také CAN, LIN, J1850 (více informací např. zpráva ABI Research "In-Vehicle Networking: Market Opportunities, OEM Roadmaps and Next-Generation Standardized Automotive Protocols"). Všechny slouží ke zvýšení schopností a možností automobilu, což je v pořádku, ale cenový faktor stále hraje svoji významnou roli, která uplatnění většího podílu síťových technologií ve více modelech aut středních, neřku-li nižších, tříd stále brání.

Specifická komunikační síť v autě: VAN

VAN (Vehicular Area Network) představuje specifickou síť z hlediska celkové síťové infrastruktury, protože podporuje uživatele v daném vozidle (autě, autobuse nebo i vlaku), a přitom je propojená s pozemní sítí prostřednictvím jednoho nebo více bezdrátových spojů, často satelitních. Specifičnost VAN pramení z toho, že v jejich případě nejde o podporu jednoho mobilního uživatele, ale hned o celou mobilní síť.

Problematický je potenciálně častý výpadek bezdrátového páteřního spoje. Může se tak stát v případě pohybu vozidla prostředím se značným útlumem signálu (tunely). To může velmi zkomplikovat nebo dokonce omezit možnost využití streamovaných aplikací, které si potrpí na rychlou odezvu a malé zpoždění.

Sítě uvnitř aut budou představovat v budoucnu velmi zajímavou příležitost pro výrobce elektronických vyspělých prvků. Podle zprávy společnosti Strategy Analytics („Automotive Multiplex Network Growth“) se vloni instalovalo do nových vozidel kolem 611 miliónů komunikačních uzlů a do roku 2011 se má tento počet zdvojnásobit na 1,2 miliardy. Dnešní vyspělé vozy obsahují na sedm desítek propojených elektronických řídících jednotek.

Pro propojení se nejčastěji používá protokol CAN (Control Network Protocol), ale očekává se nástup protokolů optimalizovaných pro potřebné aplikace. Jejich uplatnění bude souviset s náklady, výkonnostními a bezpečnostními charakteristikami, aby se vyplatilo uplatnit je v masové výrobě automobilů.

Hnací motory automobilového průmyslu

Pro výrobce automobilů snaha implementovat komplexní sítě do aut nebyla vedená v první řadě bezpečností pasažérů, ale především legislativou týkající se emisí (Euro IV pro vozy vyrobené od roku 2005 a Euro V s platností od příští dekády). Ta vyžaduje precizní řízení nasávání vzduchu a paliva a přímé řízení komponent emisního systému (např. monitorování emisí, teploty katalyzátoru).

Dalším hnacím prvkem pro výrobce je požadavek na stále nižší spotřebu v důsledku ekonomické situace s ropou. Ta se neustále zhoršuje, takže tlaky na vývoj v této oblasti stále rostou a vazba na komplexní elektronické řídicí systémy je víc než žádoucí.

Protože i zvyšující se bezpečnost přestává být jen marketingovým a konkurenčním trhákem, ale rovněž prvkem legislativy, musí síťové automobilové systémy brzy dostát i tomuto požadavku. Bezpečnostní systémy budou víc než kdy dříve vyžadovat spolupráci systémů a výměnu aktuálních dat (např. o brždění, rychlosti).

Jednotlivé komponenty celého systému budou muset sdílet nejen některá data samotná, ale i zdroje těchto dat, tedy příslušné senzory. Ideální bude senzorový systém poskytující jednotný stav systému. To bude vyžadovat složitější sítě se zabudovanou opravou chyb a redundancí, typicky za využití 32bitových mikroprocesorů (zpráva ABI Research "Automotive Electronic Systems: Market Requirements For Microcontrollers, Accelerometers, Hall Effect, and Pressure Sensors"), které teprve budou schopné si s daty simultánně poradit. Moderní sítě tohoto typu lze očekávat do roku 2010 alespoň v nejluxusnějších vozech. Počet procesorů a síťových uzlů v autě se příslušně zvýší.

V dalších letech se složitost senzorů bude rovněž příslušně zvyšovat, protože při řízení vozu snad víc než kde jinde platí, že vše souvisí se vším. Např. při detekci počátku smyku se pro inicializaci obranných mechanizmů (typicky ABS) ještě využije informace ze senzoru venkovní teploty. Vůz pak bude reagovat trochu jinak v případě mrazu než při běžné teplotě.

Pro výrobce je čím dál důležitější věnovat pozornost sítím v automobilech, protože to značně zvyšuje vlastnosti auta, jeho spolehlivost i bezpečnost. Komunikační, informační, navigační či zábavní možnosti aut patří mezi další oblasti, které řidiči a pasažéři od svých plechových miláčků budou vyžadovat.

Bezpečnost automobilových síťových systémů

Telematické systémy v autech vyžadují integrovanou bezpečnost a spolehlivost. Díky vývoji v oblasti nejen hardware, ale i software již nebude trpět bezpečnost kvůli nákladům. U zabudovaných systémů je jejich bezpečnost úzce spojená se spolehlivostí systému, na rozdíl od požadavku na integritu dat a zajištění soukromí u podnikových výpočetních systémů. Nezajištěná integrovaná součástka je současně nespolehlivá, což může v extrémním případě vést až ke skutečnému fyzickému ohrožení.

V moderním autě lze nalézt několik desítek (50-70) zabudovaných řídících jednotek propojených třeba i pěti různými komunikačními sběrnicemi (např. SAE J1850 či CAN), což samozřejmě otevírá prostor pro chyby i třeba zlomyslný zásah zvenčí. K tomu přistupují novější bezdrátové technologie nevyžadující žádný kontakt s vnitřními sběrnicemi, takže narušení, ať úmyslné či nikoli, je ještě snadnější.

Provázání automobilové sítě s vnějškem znamená nutnost počítat s ohrožením kritických řídících systémů. S tím je třeba se začít vypořádávat od samého počátku, aby se zasíťované auto nestalo život ohrožující noční můrou. Vozy příštích generací budou závislé na hardware a software s přísnou úrovní zabezpečení, spolehlivostí a výkonem, protože cokoli horšího by ohrozilo bezpečnost (nejen pasažérů).

Vetřelce je třeba udržet mimo systém, software musí být rozčleněn tak, aby dokázal segregovat problémy tak, aby nedošlo ke zničení celého systému. Např. informační a zábavní část sítě nesmí chybně vysílat řídící signál do sběrnice vozu CAN, odkud se řídí chod a chování vozu. Lze využít RTOS (Real-Time Operating System) a izolovat na softwarové úrovni. Další ingrediencí pak s ohledem na bezpečnost je jednotka managementu stránkové paměti (MMU, Memory Management Unit), která se mj. stará o caching. Pro vývojáře je v této oblasti nanejvýš důležité prostředí IDE (Integrated Development Environment), které umožňuje rychlý a snadný debugging, což v důsledku vede ke kratší a levnější cestě systémů na trh.