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.