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.