Tule­vai­suu­den auto on pyörillä kulkeva softa

Euroop­pa­lai­nen auto­teol­li­suus on jäänyt jälkeen kilpai­lussa aasia­lais­ten ja amerik­ka­lais­ten valmis­ta­jien kanssa. Kiina­lai­set sähkö­au­tot ja amerik­ka­lai­set Teslat ovat rynnän­neet markkinoille.

Oulun yliopis­ton apulais­pro­fes­so­rin Ella Pelto­sen mukaan euroop­pa­lais­ten ajoneu­vo­val­mis­ta­jien ongel­mana on ollut tähän asti se, että ne ovat keskit­tä­neet softa­tuo­tan­non oman talonsa sisälle tai alihankkijoilleen.

– Autot ovat enene­vässä määrin pelk­kää softaa sisältä, mutta kommu­ni­kointi eri auto­mal­lien kesken on ollut puut­teel­lista, Pelto­nen tähdentää.

Kun tavoi­tel­laan liiken­teen sähköis­tä­mistä ja yhä itse­näi­sem­piä ajoneu­voja, jotka kyke­ne­vät ajamaan itse­ään, jutte­le­maan toisil­leen ja opas­ta­maan kuljet­ta­ji­aan, on ajoneu­vo­jen tuot­ta­man datan oltava yhteen­so­pi­vaa. Auto­jen on voitava keskus­tella myös älyk­käi­den liiken­ne­jär­jes­tel­mien kanssa. Valmis­ta­jien on jaet­tava enem­män tietoa toisilleen.

– Ajoneu­voissa on oltava ohjel­moi­tuina yhtei­set stan­dar­doi­dut raja­pin­nat. Niiden kautta me voimme ajaa ohjel­mis­toja, päivit­tää ja hallita niitä kuten toimimme jo känny­köi­den kanssa.

Liiken­teen murros avaa uusia bisnes­mah­dol­li­suuk­sia. Se haas­taa koulutuksen.

Oulun yliopisto on solmi­nut yhteis­työ­so­pi­muk­sen merkit­tä­vien euroop­pa­lais­ten auton­val­mis­ta­jien ja autoa­lan ohjel­mis­to­y­ri­tys­ten kanssa. EU:n rahoit­ta­massa hank­keessa on myös muita autoa­lan kanssa yhteis­työtä teke­viä tutki­mus­lai­tok­sia ja yliopis­toja. Raken­teilla on avoi­meen lähde­koo­diin perus­tuva euroop­pa­lai­nen ohjelmistopohja.

Avoi­messa ohjel­mis­to­jen kehi­tys­mal­lissa ideat ja toteu­tuk­set ovat kaik­kien nähtä­vissä ja hyödyn­net­tä­vissä. Liik­keelle lähde­tään henki­lö­au­toista, mutta yhtei­siä raja­pin­toja haetaan myös raskaan liiken­teen kanssa.

Profes­sori Tero Päivä­rinta kertoo, että ohjel­mis­to­tek­nii­kan ryhmällä ja auto­teol­li­suu­della on Oulussa pitkä yhtei­nen histo­ria. Nokian menes­tys­vuo­sina seudulle luotiin laaja alihankintaverkosto.

– Liiken­teen murros avaa uusia bisnes­mah­dol­li­suuk­sia. Se haas­taa koulu­tuk­sen. Emme ehdi koulut­taa riit­tä­västi ohjel­mis­toa­lan ammat­ti­lai­sia, muis­tut­taa Päivärinta.

Jos suun­ni­tel­mat softa­hank­keen laajen­ta­mi­sesta toteu­tu­vat, on mahdol­lista, että uusi ”ohjel­mal­li­sesti määri­telty auto” (software-defi­ned vehicle) on testi­käy­tössä vuonna 2030.

HÄVITTÄJÄSSÄ VÄHEMMÄN KOODIA

Nyky­au­tossa on jo tällä hetkellä usko­ma­ton määrä softaa, mistä Päivä­rinta tarjoaa kuvaa­van vertauk­sen. Suomen ilma­voi­mien hank­ki­massa F–35-hävittäjässä oli muutama vuosi sitten vain 8 miljoo­naa riviä koodia, kun autosta koodia löytyi liki 300 miljoona riviä.

Huol­to­pääl­likkö Santeri Räty työs­ken­te­lee K‑Autolla Helsin­gissä. Hert­to­nie­men toimi­pis­teessä huol­let­ta­via auto­merk­kejä ovat Audi, SEAT, Cupra ja Volkswa­gen sekä Volkswa­ge­nin hyöty­au­tot. K‑Auton oman jälleen­myyn­ti­ver­kos­ton kautta tuodaan maahan ja huol­le­taan näiden merk­kien lisäksi Porscheja sekä Bentleytä.

– Saman valmis­ta­jan Volkswa­ge­nit ja Audit kyke­ne­vät jo nyt pitä­mään yhteyttä toisiinsa liiken­teessä, Räty sanoo ja kertoo esimerkin.

Ajon­va­kau­tus­jär­jes­telmä akti­voi­tuu liuk­kaalla kelillä. Kun tarpeeksi monta Audia on luis­tel­lut mutkassa, paikalle myöhem­min tuleva Volkswa­gen saa edellä ajaneelta Audilta varoituksen.

– Samoin välit­ty­vät tiedot kola­reista ja ehdo­tuk­set vaih­toeh­toi­sista ajoreiteistä.

Mitä enem­män ohjel­mis­toja, sitä enem­män bugeja ja muita toimintahäiriöitä.

Pelto­sen mielestä haas­ta­vinta softan kehit­tä­mi­sessä on ratkaista auton ja kuljet­ta­jan vuoro­vai­ku­tuk­sen luonne.

– Jos esimer­kiksi auto on ajanut itse­ään kuljet­ta­jan lukiessa sähkö­pos­teja ja äkkiä tulee­kin vastaan tilanne, missä auto ei osaa toimia. Mikäli kaikki auto­maa­tio pettää, on ihmi­sen voitava aina tart­tua toimeen, Pelto­nen sanoo.

Räty tunnis­taa oulu­lais­hank­keessa tutun ongel­man. Nyky­au­to­jen ohjel­mis­tot ovat turval­li­suus­syistä niin huolel­li­sesti suojat­tuja, ettei­vät edes merk­ki­kor­jaa­mo­jen työn­te­ki­jät pysty vaikut­ta­maan niiden sisäl­töön muuten kuin valmis­ta­jien omien ohjel­mis­to­päi­vi­tys­ten avulla.

– Mitä enem­män ohjel­mis­toja, sitä enem­män bugeja ja muita toimintahäiriöitä.

Räty näkee avoi­men lähde­koo­din autossa turva­ris­kin. Jos hakkeri pääsee tunkeu­tu­maan vaik­kapa hallin­ta­lait­teita sääte­le­vään ohjel­mis­toon, on vakava onnet­to­muus lähellä.

Pelto­nen myön­tää riskin, mutta se hinta on avoi­muu­desta makset­tava. Hän luot­taa laajaan asian­tun­ti­joi­den yhtei­söön, joka kyke­nee sopi­maan turval­li­suu­den takaa­vista peri­aat­teista ja mekanismeista.

– Tieto­tur­va­me­ka­nis­mien pitää olla julki­sia ja yhdessä laadit­tuja, mutta näitä meka­nis­meja tultai­siin käyt­tä­mään erityyp­pi­sillä salausavaimilla.

LATAUSVERKOSTO ON RIITTÄVÄ

Tilas­to­kes­kuk­sen mukaan viime vuoden lopussa Suomessa oli liiken­ne­käy­tössä 2,8 miljoo­naa henki­lö­au­toa, hiukan edel­lis­vuotta vähem­män. Manner-Suomen rekis­te­rissä oli täys­säh­köi­siä henki­lö­au­toja runsaat 46 500. Määrä oli vuodessa kaksin­ker­tais­tu­nut. Ladat­ta­via hybri­dejä oli reilut 107 000, kasvua kolmannes.

– Euroo­passa myytiin viime vuonna liki kolme miljoo­naa täys­säh­kö­au­toa ja koko maail­massa 10 miljoo­naa. Auto­kanta sähköis­tyy vauh­dilla, VTT:n erikois­tut­kija Marko Paak­ki­nen summaa.

EU on linjan­nut, että vuodesta 2035 alkaen kaikki uudet autot ovat sähkö- tai vety­käyt­töi­siä tai käyt­tä­vät polt­toai­neena yksi­no­maan synteet­ti­siä hiili­neut­raa­leja polttoaineita.

Paak­ki­nen muis­tut­taa, että Suomessa auto­kanta vaih­tuu hitaasti. Henki­lö­au­to­jen keski-ikä oli viime vuoden lopulla vajaat 13 vuotta. Bens­a­pum­pulla riit­tää kävi­jöitä vielä pitkään vuoden 2035 jälkeen.

– Henki­lö­au­to­jen lataus­ver­kosto on raken­tu­nut hyvin ja pysy­nyt sähkö­au­to­jen määrän kasvun mukana.

Suomessa oli kesällä lähes 2 000 pika- ja suur­te­ho­la­taus­pis­tettä. Se merkit­see noin 30 täys­säh­kö­au­toa yhtä suuri­te­hoista lataus­pis­tettä kohti, mitä Paak­ki­nen pitää hyvin katta­vana. EU tasoit­taa tietä muutok­selle vaih­toeh­tois­ten polt­toai­nei­den infra­struk­tuu­ria koske­valla asetuk­sella (AFIR).

– Pakot­ta­valla lain­sää­dän­nöllä saadaan jäsen­val­tioi­hin synty­mään latausin­fraa. Raskaalle kalus­tolle ei Suomessa ole tällä hetkellä julkista latausinfraa.

AFIR-asetus velvoit­taa kuiten­kin sellai­sen raken­ta­maan. Haas­teeksi muodos­tuu sähkö­ver­kon kapa­si­teetti. Rekka­park­kien ja leväh­dys­paik­ko­jen lataus­pis­teet tarvit­se­vat jatkossa erit­täin järeitä sähköliittymiä.

Suomessa on käytössä vasta viiti­sen­kym­mentä täys­säh­kö­kuorma-autoa, joten nykyi­sessä vähäi­sen kysyn­nän vaiheessa voitai­siin aluksi harkita henki­lö­au­to­jen ja rekko­jen rinnak­kais­käyt­töön sovel­tu­via latausasemia.

AUTOJEN AKUISTA SÄHKÖVARASTOJA?

Sähkön käyttö voiman­läh­teenä ei suin­kaan ratkaise ympä­ris­tö­on­gel­mia. Josta­kin sähkö pitää hank­kia. Sähköis­ty­vän liiken­ne­kan­nan ener­gian­ku­lu­tuk­sen valvonta ja ympä­ris­tö­pääs­tö­jen opti­mointi tule­vat yhä tärkeämmiksi.

– Tästä on puhut­tava myös ener­gia­teol­li­suu­den kanssa. Autot­han ovat käytän­nössä isoja paris­toja, joita ei vielä hyödyn­netä tarpeeksi, Oulun yliopis­ton Pelto­nen maalailee.

– Voitai­siinko ener­giaa säilöä auto­jen akkui­hin tuuli­sina päivinä, kun halpaa sähköä on tarjolla runsaasti?

Ukrai­nan sodan aiheut­tama poik­keus­ti­lanne ener­gia­mark­ki­noilla oli muis­tu­tus haavoit­tu­vuu­des­tamme ja tarpeesta vahvis­taa huol­to­var­muut­tamme. Millai­nen kulu­tus­piikki on käsillä, kun suuri määrä sähkö­au­toja lataa akku­jaan samaan aikaan?

– Ylikuor­ma­ti­lan­teet välte­tään älyk­käällä lataa­mi­sella halvim­paan aikaan. Henki­lö­au­tot seiso­vat paikal­laan suurim­man osan vuoro­kau­desta. Se tarjoaa paljon hyödyn­net­tä­vää resurs­sia, VTT:n Paak­ki­nen toteaa.

Akut sähkö­va­ras­toina tule­vat yleis­ty­mään, kunhan auton­val­mis­ta­jat tart­tu­vat siihen laajem­massa mitassa.

Hän tarkoit­taa kaksi­suun­taista lataa­mista eli sähkö­au­ton käyt­töä sähkö­va­ras­tona. Kyseessä on uusi V2G-tekno­lo­gia (vehicle-to-grid), jolla tarkoi­te­taan sähkön syöt­tä­mistä autosta joko kiin­teis­töön tai sähkö­verk­koon. Mark­ki­noilla on jo nyt sähkö­au­toja, joita voi sellai­seen käyttää.

– Akut sähkö­va­ras­toina tule­vat yleis­ty­mään, kunhan auton­val­mis­ta­jat tart­tu­vat siihen laajem­massa mitassa.

Akun tasa­säh­kön muun­ta­mi­nen kolmi­vai­hei­seksi verk­ko­säh­köksi voidaan tehdä joko auton sisäi­sellä invert­te­rillä (vaih­to­suun­taaja joka muun­taa tasa­vir­taa vaih­to­vir­raksi) tai lataus­a­se­massa. Näin synty­vää sähköä voitai­siin käyt­tää vara­voi­mana ja myös paik­kaa­maan ener­gia­va­jetta verkossa. Se kohen­taisi merkit­tä­västi huoltovarmuutta.

– Jos saisimme 150 000 sähkö­au­toa kiinni kaksi­suun­tai­seen latauk­seen vain 11 kilowa­tin teholla, niin tulos vastaisi Olki­luoto 3:n tuotantoa.

Akku­jen tuote­ke­hi­tystä vauh­dit­taa myös luon­nosta saata­vien akku­mi­ne­raa­lien rajal­li­suus. Akku­val­mis­ta­jat ovat jo vähen­tä­neet kobol­tin määrää ylei­sim­min käyte­tyissä NMC-akuissa. Kysyntä kasvaa litium­rau­ta­fos­faat­tia­kuista. Niissä ei nikke­liä tai kobolt­tia käytetä.

– Suola-akun kehit­tä­mi­sessä ollaan pisim­mällä Kiinassa. Natrium on maan­kuo­ressa ylei­nen raaka-aine ja siksi halpa. Suola-akku­jen on luvattu tule­van tuotan­toon jo ensi vuonna, Paak­ki­nen mainitsee.