Auto je dnes vlastně "počítač na kolečkách"

Starší generace motoristů si pamatuje, že při silnějších mrazech, když nenaskakoval motor auta, se vozidlo uvádělo do chodu ručně pomocí kliky, což byl mnohdy úctyhodný tělesný výkon, zvláště pokud bylo zapotřebí jej provádět opakovaně. Tento fyzický úkon, resp. postup byl příznačný pro éru, v níž byl automobil především dokonale mechanickým předmětem a produktem, i když samozřejmě složitým. Dnes je na řadě elektronika.
Podíváme-li se do historie automobilu, pak konstatujeme, že jeho počátky byly ryze "mechanické". První reflektory u aut byly de facto karbidové lampy, v podstatě stejné, jaké se používaly v hornictví. Mechanicky byla zajišťována většina funkcí ve voze, např. pedál pro přidávání a ubírání plynu.
Později už nastoupily elektromechanické součásti jako čerpadla, ventilátory a elektricky ovládané ventily či startér, indukční zapalování, klakson, osvětlení uvnitř vozu - ale také první problémy s bateriemi a akumulátory.

Léta šedesátá a sedmdesátá: velká automobilová revoluce
O průniku elektroniky do automobilu se dá hovořit od roku 1965, kdy byl zážehový motor kombinován se zapalováním pomocí tranzistoru. Šlo nicméně o poměrně nákladnou záležitost, a proto se tato novinka aplikovala jen u osobních automobilů vyšších tříd. Až později z důvodů nárůstu výroby elektronických součástek a jejich zlevnění se mohlo přistoupit k tomu, že těmito komponenty se mohly začít vybavovat i vozy běžných uživatelských tříd.
Z roku 1978 se datují první vozy s mikrokontroléry a senzorikou, určenou ke zvýšení bezpečnosti jízdy (antiblokovací systém ABS a později airbag). I tak ale podíl elektroniky v souhrnu součástek tvořících dohromady automobil byl v roce 1980 pořád jenom 0,5 %.
První elektronické součásti, respektive systémy byly samostatné, respektive od sebe navzájem izolované či, přesněji řečeno nepropojené, neboli "stand-alone". Až později docházelo k propojování jednotlivých systémů kabely, a konečnou formou je sériový bus-systém (tj. vzájemně propojený systém), jako je např. CAN (Controller Area Network), který umožňuje výměnu dat mezi čidly, řídicími signály a číselnými ukazateli.

V hlavní roli mechatronika
Výsledkem vývoje automobilu hlavně během posledních dvou desítek let je to, že automobil bývá, s pouze malou nadsázkou, nazýván "počítačem na kolech". Jestliže se o elektronice tvrdí, že jde o jednu z klíčových skupin technologií, která přináší inovaci do mnoha jiných skupin technologií, pak to lze nejlépe demonstrovat - samozřejmě kromě informatiky - právě na příkladu vývoje a výroby automobilů.
O automobilu se dá hovořit také jako o "mechatronickém komplexu". Termín mechatronika vznikl na půdě strojírenství, ale jeho použití je na místě i zde: automobil je složitý strojírenský výrobek, a jde o výrobek vzniklý integrací mechaniky, elektroniky a softwaru.
Elektronických součástek je v automobilu generaci od generace stále více, zatímco podíl mechanických a hydraulických součástí klesá, i když pořád ještě převažuje. Podle statistiky ADAC v SRN činí podíl elektroniky na hodnotě automobilu v současné době v průměru 20 %, ale stále se zvyšuje, v roce 2010 by měl podle prognózy této instituce dosáhnout až 40 %.
Přitom je nutno mít na paměti, že v tomto případě jde nikoliv o podíl na technické struktuře vozů, nýbrž na jejich hodnotě, a zdánlivě nízký podíl elektroniky je způsoben tím, že elektronické součásti už brzy po svém uvedení na trh rychle zlevňují. Posuzuje-li se technická struktura, je podíl elektroniky v automobilu mnohem vyšší - ne-li podle měřítek fyzického objemu, tedy určitě podle počtu součástí. Jde hlavně o řídicí, kontrolní, signalizační a regulační funkce.
Konkrétněji: vozy vyšších tříd dnes obsahují 60 až 70 elektronických přístrojů, respektive systémů. Svazek kabelů ve voze VW Phaeton je složen ze 2110 vedení menších i větších kabelů), jež vcelku měří 3860 metrů a váží 64 kilogramů. (Zde se naskýtá otázka, zda to už není mnoho, i když elektronické komponenty samozřejmě neváží tolik jako kovové, a zda by se snahy o snižování hmotnosti automobilů neměly napříště zaměřit i tímto směrem...)

Odolný hardware
Základem k tomu, aby auto "poslouchalo" v něm instalovaný software, je samozřejmě hardwarové vybavení. Tomu se ve vývoji věnuje velká pozornost, protože provozní podmínky automobilu při jízdě se samozřejmě citelně odlišují od podmínek, v nichž funguje hardware např. v sálovém počítači. I když nejde o vůz určený pro jízdu v drsném terénu a v extrémních teplotních poměrech, musí být hardware koncipován tak, aby hodně vydržel, také rozhodně podle toho, zda je umístěn uvnitř vozu anebo musí bezprostředně čelit vnějším vlivům. Tak např. tranzistory, diody a čidla musejí fungovat i při teplotách do +85°C (u některých vozů až do +120°C) a do -40°C. Odolnost se nepochybně vztahuje i na vibrace, vlhkost a špínu.
Stejně jako v informatice anebo v průmyslu, obecně i v automobilech se význam softwaru zvyšuje rychleji než význam hardwaru. Dříve byla určitá funkce podřízena nějakému přístroji. Avšak díky propojování mezi dílčími systémy se podařilo vytvořit propojený megacelek v rámci vozu. Software pak přebírá nejen sledovací a regulační funkce, ale i funkce preventivně-bezpečnostní, když např. dokáže v určité situaci (po určitém podnětu z čidel) spustit brzdy anebo varovat před náledím.

Přes čidla k aktuátorům
Elektronický systém je, zjednodušeně vzato, složen z čidel, řídicích přístrojů a aktuátorů. Čidla zachycují veličiny mechanické, hydraulické, chemické nebo optické povahy a přeměňují je v elektrické signály. Řídicí aparát (což je mikrokontrolér, tedy de facto malý počítač) vyhodnocuje tyto signály a zpracovává je do podoby řídicích informací, tzv. akčních veličin, které se předávají do aktuátorů. Ty představují v automobilu především elektromotory, které přijaté informace transformují v mechanickou nebo hydraulickou činnost.
Jak toto všechno funguje, si lze znázornit na ESP - tj. elektronickém stabilizačním programu. Ten má za úkol zabránit anebo minimalizovat nestabilní chování vozu při jízdě, např. při smyku. Řídicí aparát dostane signály z většího počtu čidel, včetně čidla z volantu, a čidla udávajícího počet otáček a čidla informujícího o hnacím momentu. Z toho všeho systém ESP generuje model pro to, jak si má řidič, respektive vůz počínat. Skutečnost, tedy to, co se s vozem opravdu děje, vyhodnocuje ESP pomocí sledování rychlosti stáčení vozidla systémem sledování úhlu otáčení kolem kolmé osy a příčného zrychlení. Z odchylky mezi skutečným a žádoucím stavem systém vypočítá, jaká korektura je zapotřebí u jednotlivých kol vozu. Výsledkem je selektivní brzdění kol na jedné straně vozidla a návrat do stabilní polohy. Praxe ukázala, že díky ESP se podařilo riziko, jemuž jsou vozy při smycích vystaveny, citelně minimalizovat.

Druhá stránka elektroniky v autech
Vybavení elektronikou se stalo velmi silným konkurenčním faktorem, a žádná automobilka si je nedovolí opomíjet.
Dlužno však dodat, že elektronika na jedné straně usnadňuje provoz auta, kontroluje řadu subsystémů, ale zásluhou - či vinou - toho, že je stále složitější, s sebou pro uživatele vozu a jejich výrobce přináší řadu problémů. Doby, kdy při poruše vozu na silnici si řidič poradil většinou sám, kdy mu stačilo, že má s sebou šroubovák nebo francouzský klíč, kdy zjistil, že se např. přetrhl klínový řemen, anebo že má vybitou baterii, anebo když se zastavil v servisu a tam mu automechanik uvedl vše do pořádku, už dnes odcházejí do minulosti. Elektronika v automobilech se stala výzvou i pro autodílny, a v mnoha z nich dnes vedle klasických automechaniků a zámečníků pracují hardwaroví a softwaroví specialisté, bez nichž by se řada poruch u automobilů nedala odstranit. Přitom nemusí jít o poruchy nijak veliké - stačí například, když selže některé z čidel, ke kterým řidič bez demontáže půlky vozu nemá přístup, i kdyby hned věděl, že k závadě došlo právě u tohoto čidla (což zpravidla neví...).
Podle statistiky ADAC (německé asociace motoristů), vedené o poruchách německých automobilistů, připadalo 36 % těchto potíží na problémy s elektrickými a elektronickými systémy v autech, a pokud se k tomu přičtou problémy se zapalováním (jež je také do velké míry propojeno s elektronikou), bylo to 50 %. ADAC předpokládá, s určitými obavami, že pokud trend pronikání elektroniky do automobilů poroste dosavadním tempem, mohl by podíl poruch elektroniky na celkovém počtu poruch automobilů v Německu v roce 2013 dosáhnout asi 63 %.
V roce 2004 uskutečnili experti z University Johannese Gutenberga v Mohuči reprezentativní anketu mezi řidiči automobilů na téma: potíže jejich vozů z titulu poruch elektroniky. Z celkového počtu 2175 dotázaných jich 17 % mělo s elektronikou potíže, a mezi řidiči vozů z kategorie horní střední třídy to byl každý čtvrtý.

Dočkají se automobilky kompatibilního softwaru?
Čas od času se stává, že i renomovaná automobilka musí dát do médií oznámení, že stahuje z provozu vozy té a té třídy z té a té série, a žádá jejich majitele, aby se s vozy dostavili do servisů kvůli opravě. Zatímco dříve šlo skoro výlučně o problémy s mechanickými součástmi vozů, narůstá postupně počet případů, kdy je vozy nutno stahovat kvůli poruchám elektroniky, či kvůli nesprávně provedené instalaci elektroniky, k níž došlo ještě ve výrobě a kterou uživatel vozu neměl šanci poznat. Před několika lety toto potkalo firmu Mercedes-Benz, která musela stáhnout z oběhu 680 tisíc svých automobilů třídy E kvůli problémům s elektrohydraulickou brzdou SBC.
Situaci určitě nezlepšuje ani to, že software (i hardware) pro automobily vyrábějí různí producenti, a že mnoho těchto systémů není navzájem kompatibilních. Existují samozřejmě iniciativy, které si kladou za cíl dospět k určitému stupni unifikace softwaru v automobilech, respektive ke standardizaci. Jednou z nich je např. AUTOSAR (Automotive Open Systems Architecture), což je skupina výrobců a dodavatelů elektroniky pro automobilový průmysl, která si klade za cíl vytvořit jednotné rozhraní a znovupoužitelný software nezávislý na hardwaru.
Snad pro částečné vyvážení rozporného dojmu z předchozích řádků je možno na druhé straně dodat, že z rozsáhlého souboru inovací, k nimž ve výrobě automobilů dochází, jich 9/10 připadá na oblast elektroniky. A právě její vývoj a pokrok, ať už se nám to líbí nebo ne, bude dále rozhodující měrou určovat inovace v automobilismu, zřejmě ještě silněji než dosud.
Počet elektronických součástí v automobilech rok od roku roste, a nebude tomu jinak ani v budoucnosti. Navíc, a to ve spojení s tzv. asistenčními systémy, které se instalují do vozů kvůli lepší orientaci v terénu a kvůli větší bezpečnosti v provozu (např. udržováním bezpečné vzdálenosti od jiných vozů, upozorňováním na dopravní značky, světla na křižovatkách apod.), bude zakrátko i standardní vybavení vozů ještě složitější. Jde tu o laserové a radarové zaměřovače a čidla a kamerové systémy, samozřejmě ve vazbě na palubní počítače ve vozech a na počítače někde v exteriéru.
Přitom je nutno počítat s důležitou okolností, životnost automobilu, respektive doba, po kterou jej jeho majitel užívá, než jej prodá, anebo odevzdá na vrakoviště, je v západní Evropě několik let. Naproti tomu životnost elektrických a ještě více elektronických součástí je podstatně kratší, u některých druhů součástek jde dokonce jenom o měsíce. Znamená to, že stejně jako řidič musí doplňovat benzin a olej, čas od času podle údržbového plánu dát zkontrolovat brzdy, sbíhavost kol, stav pneumatik atd., musí se napříště více zajímat i o stav elektroniky ve voze a o včasnou a náležitou výměnu těch či oněch součástek. Pakliže je stále složitější automobil, je logicky stále náročnější i péče o něj, což se však uživateli vrací tím, že se mu - v porovnání s dřívějšími generacemi vozů - dostává mnohem většího jízdního komfortu a že užívá výhod mnoha elektronicky jištěných funkcí, jako je např. zmíněný protismykový systém atd.