SDV讓汽車架構(gòu)“和而不同”

昔日以“排氣管數(shù)量”和“發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力”為驕傲的榮耀已然成為過往。在這個(gè)嶄新的時(shí)代，特斯拉、理想、蔚來、小鵬、零跑等新興的汽車制造商紛紛推出了搭載可交互大屏、實(shí)現(xiàn)萬物互聯(lián)、軟件功能持續(xù)更新的新車型，它們被譽(yù)為“車輪上的智能手機(jī)”。同時(shí)，不少互聯(lián)網(wǎng)巨頭如華為、小米、百度也涉足其中，有的推出了自己的造車方案，有的則展示了各種自動(dòng)駕駛技術(shù)。

然而，面對(duì)這一變革，許多仍在使用傳統(tǒng)汽車的消費(fèi)者開始感到困惑：為何我的汽車在應(yīng)用了大屏與智能軟件后還不如一臺(tái)幾百塊錢的智能手機(jī)那樣智能？

回顧歷史，以手機(jī)行業(yè)為例，曾經(jīng)的世界領(lǐng)先手機(jī)操作系統(tǒng)，技術(shù)史上最著名的失敗者——塞班系統(tǒng)，便是一個(gè)生動(dòng)的例子。在2007年iPhone發(fā)布的那一年，塞班系統(tǒng)占據(jù)了高達(dá)65%的市場(chǎng)份額，但卻在短短幾年后被安卓和iOS聯(lián)手擊敗。

業(yè)內(nèi)人士普遍認(rèn)為，這是塞班系統(tǒng)失敗的主要原因，因?yàn)楫?dāng)時(shí)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的操作系統(tǒng)都具備出色的向后兼容性。導(dǎo)致這種不兼容性的一個(gè)原因是手機(jī)硬件的異構(gòu)性。此外，制造商之間的內(nèi)訌、閉源方案和高昂的開發(fā)成本也進(jìn)一步阻礙了塞班系統(tǒng)的發(fā)展。

汽車行業(yè)正站在一個(gè)歷史的十字路口，與諾基亞曾經(jīng)的困境驚人地相似。面對(duì)5級(jí)自動(dòng)駕駛技術(shù)所需的龐大代碼量，傳統(tǒng)車企仍固守陳舊的軟件開發(fā)模式，導(dǎo)致軟件復(fù)雜性日益失控。更令人擔(dān)憂的是，硬件和軟件依然緊密綁定，同步更新，意味著每七年才能見到一次重大革新。

許多汽車行業(yè)內(nèi)的資深人士曾堅(jiān)信，他們的業(yè)務(wù)與計(jì)算機(jī)、軟件行業(yè)截然不同。然而，這一觀念正被智能汽車的浪潮所顛覆。

難以變化的傳統(tǒng)架構(gòu)

汽車由于其復(fù)雜的構(gòu)造，無法像手機(jī)或電腦那樣將所有硬件集中于一塊電路板。相反，其硬件遍布車輛各處，因此需通過可靠的通訊電纜相互連接。這一結(jié)構(gòu)通常被稱為電子電氣架構(gòu)（E/E架構(gòu)），它集成了各類傳感器、ECU（電子控制單元）、線束拓?fù)浜碗娮与姎夥峙湎到y(tǒng)，以完成運(yùn)算、動(dòng)力和能量的分配，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)整車的各項(xiàng)功能。

早期的汽車E/E架構(gòu)為分布式設(shè)計(jì)，每個(gè)ECU功能單一，獨(dú)立控制發(fā)動(dòng)機(jī)、剎車、車門等部件。它們通過CAN總線或LIN總線相連，以實(shí)現(xiàn)信息交換。然而，隨著汽車功能的不斷增多，ECU數(shù)量急劇增加至100多個(gè)，這導(dǎo)致線束長(zhǎng)度和重量相應(yīng)增加，從而提高了整車成本和重量，降低了汽車組裝的自動(dòng)化水平。

車企在進(jìn)行功能變更時(shí)，需與眾多供應(yīng)商協(xié)商軟硬件的協(xié)調(diào)開發(fā)問題，每新增一個(gè)功能都需要額外配置ECU和通信系統(tǒng)，流程繁瑣且耗時(shí)。此外，由于每個(gè)ECU綁定特定功能，難以實(shí)現(xiàn)跨ECU的復(fù)雜功能，也難以通過OTA（空中升級(jí)）持續(xù)更新汽車軟件。

在傳統(tǒng)分布式ECU架構(gòu)時(shí)代，中間件市場(chǎng)主要由AutoSAR主導(dǎo)，至今仍有眾多企業(yè)使用。

汽車軟件的開發(fā)難度在哪？

汽車軟件開發(fā)與智能手機(jī)行業(yè)的主要區(qū)別在于其復(fù)雜性、異質(zhì)性、客制化需求以及功能安全要求。首先，汽車行業(yè)仍然面臨高度的復(fù)雜性和異質(zhì)性挑戰(zhàn)，每個(gè)子系統(tǒng)由不同供應(yīng)商提供，集成獨(dú)特的軟件架構(gòu)。相比之下，智能手機(jī)行業(yè)通過標(biāo)準(zhǔn)化和抽象化已大幅減少技術(shù)復(fù)雜性。

其次，汽車行業(yè)需滿足客制化需求，不同配置、功能和地區(qū)法規(guī)導(dǎo)致大量產(chǎn)品變體，使得每個(gè)汽車型號(hào)的產(chǎn)量遠(yuǎn)低于智能手機(jī)。而且，汽車軟件開發(fā)必須重視功能安全，以降低風(fēng)險(xiǎn)為首要目標(biāo)。當(dāng)我們考慮到汽車的功能安全要求時(shí)，“車輪上的智能手機(jī)”的比喻就顯得不合時(shí)宜了。

最后，我們不得不提及軟件開發(fā)思路與方法的轉(zhuǎn)變，這實(shí)際上是傳統(tǒng)物理汽車世界與未來數(shù)字汽車世界之間的碰撞與融合。傳統(tǒng)的汽車工程注重物理功能的實(shí)現(xiàn)，從早期的安全氣囊、車輛穩(wěn)定和制動(dòng)系統(tǒng)，到現(xiàn)代的駕駛輔助系統(tǒng)，無不體現(xiàn)了這一點(diǎn)。然而，隨著新一代數(shù)字化車輛的崛起，軟件開發(fā)逐漸轉(zhuǎn)向以改善用戶體驗(yàn)為核心。

SDV或成最優(yōu)解

軟件定義車輛（SDV）是應(yīng)對(duì)傳統(tǒng)汽車與未來智能需求沖突的創(chuàng)新理念。在SDV中，硬件成為基礎(chǔ)，而軟件則主導(dǎo)用戶體驗(yàn)。SDV融合了軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）和網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NFV）技術(shù)，將汽車功能抽象為軟件模塊，實(shí)現(xiàn)了汽車的靈活性、可擴(kuò)展性和安全性的飛躍，為用戶帶來個(gè)性化智能服務(wù)。SDV是編程性極強(qiáng)的汽車，能快速部署新功能，持續(xù)提供更新，并具備額外計(jì)算能力。

SDV將汽車功能從硬件中解耦，通過軟件定義網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行靈活配置和管理，打破了傳統(tǒng)汽車軟硬件緊密綁定的局限。在SDV中，車載系統(tǒng)如娛樂和控制系統(tǒng)等不再受限于硬件，而是可根據(jù)用戶需求靈活配置和升級(jí)。SDV不僅是智能汽車發(fā)展的基礎(chǔ)，更是其外在表現(xiàn)之一。

SDV架構(gòu)從傳統(tǒng)汽車架構(gòu)演化而來，硬件標(biāo)準(zhǔn)化為功能硬件，ECU轉(zhuǎn)變?yōu)橛?jì)算平臺(tái)，通過E/E架構(gòu)連接計(jì)算平臺(tái)與功能硬件，構(gòu)建車載硬件底座，為智能汽車的未來發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

SDV/SOA化革新了車輛開發(fā)流程，通過實(shí)現(xiàn)技術(shù)與組織層級(jí)的松耦合架構(gòu)，顯著提高了開發(fā)的靈活性和可擴(kuò)展性。利用SOA（面向服務(wù)的架構(gòu)）和API中心化的工作方式，我們能夠根據(jù)車輛API創(chuàng)建和實(shí)現(xiàn)原型，從而在早期階段從客戶和管理層獲取寶貴反饋，進(jìn)而迭代和改進(jìn)SDV原型。

此外，SDV應(yīng)用程序能夠無縫地從車輛模擬環(huán)境過渡到真實(shí)硬件測(cè)試，因?yàn)锳PI的穩(wěn)定性保證了應(yīng)用程序無需修改即可適應(yīng)變化。更重要的是，用戶軟件開發(fā)團(tuán)隊(duì)可并行工作，利用模擬器進(jìn)行開發(fā)，無需等待硬件的可用性，這大大加速了開發(fā)速度并提高了效率。最終，軟硬件分治的策略將復(fù)雜性降低到可管理的水平，API作為“主時(shí)鐘”確保了不同團(tuán)隊(duì)之間的協(xié)同工作，使SDV成為解決物理與數(shù)字世界沖突的理想方案。

以SDV為核心，智能網(wǎng)聯(lián)汽車的發(fā)展歷程從分布式E/E架構(gòu)逐步演進(jìn)至域集成、域融合E/E架構(gòu)，并最終邁向中央集成E/E架構(gòu)。在這一過程中，車載資源不斷實(shí)現(xiàn)集中化，并與云端實(shí)現(xiàn)無縫連接，構(gòu)建了一個(gè)既集中又層次分明的SDV架構(gòu)。這種架構(gòu)的變革顯著地推動(dòng)了汽車軟硬件的解耦，引領(lǐng)我們邁入了軟件定義汽車的新紀(jì)元。