“軟件定義汽車” 成為重要發(fā)展趨勢

通過發(fā)展智能汽車引領(lǐng)和推動新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革，已成為美國、日本、歐洲等國家和地區(qū)的共識。

近年來，世界汽車強國紛紛完善頂層設(shè)計，大力支持智能汽車的發(fā)展，在國家戰(zhàn)略的引導(dǎo)下推動跨部門、跨領(lǐng)域的協(xié)同合作，以國家級科技研究計劃作為支撐，為技術(shù)創(chuàng)新及產(chǎn)業(yè)化營造環(huán)境。美國、歐洲、日本以及韓國積極開展相關(guān)法律法規(guī)的制訂、修訂工作，制定鼓勵智能汽車上路測試和商業(yè)化應(yīng)用的法規(guī)。國際標(biāo)準(zhǔn)化組織也加快智能汽車關(guān)鍵技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的研制工作，以期搶占標(biāo)準(zhǔn)話語權(quán)。各國政府均在推動智能汽車測試場建設(shè)和開展公共道路測試等方面做了大量工作。在政府的大力支持下，汽車企業(yè)巨頭持續(xù)加大在智能汽車領(lǐng)域的投入，紛紛以產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟、收購、投資等多種方式進(jìn)行跨界合作，不斷完善在自動駕駛領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)布局。

我國也高度重視智能汽車的發(fā)展。2017年4月，工信部聯(lián)合國家發(fā)改委、科技部發(fā)布的《汽車產(chǎn)業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃》指出，未來我國汽車強國建設(shè)路線上以智能網(wǎng)聯(lián)汽車為重要突破口，引領(lǐng)整個產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級。2018年1月國家發(fā)改委印發(fā)的《智能汽車創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略》（征求意見稿）提出，到2020年智能汽車新車占比達(dá)到50%，我國智能汽車發(fā)展迎來前所未有的機遇期。

麥肯錫發(fā)布的《展望2025：決定未來經(jīng)濟(jì)的12大顛覆技術(shù)》研究報告指出，智能汽車排名第六，并預(yù)估其在2025年的潛在經(jīng)濟(jì)價值為2000億~19000億美元。美國咨詢機構(gòu)IHS預(yù)測，智能汽車將在2025年左右走進(jìn)尋常百姓家，2035年銷量將超過1000萬輛，占同期全球汽車市場總銷量的9%。

“軟件定義汽車” 成為重要發(fā)展趨勢

隨著智能網(wǎng)聯(lián)和自動駕駛汽車技術(shù)的發(fā)展，“軟件定義汽車” （Software Defined Vehicle，SDV）成為重要發(fā)展趨勢。軟件帶動著汽車技術(shù)的革新，引領(lǐng)汽車產(chǎn)品差異化發(fā)展潮流，正逐漸成為汽車信息化、智能化發(fā)展的基礎(chǔ)和核心。

《軟件和信息技術(shù)服務(wù)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2016-2020年）》提出，以數(shù)據(jù)驅(qū)動的“軟件定義”正在成為融合應(yīng)用的顯著特征，通過軟件定義硬件、軟件定義存儲、軟件定義網(wǎng)絡(luò)、軟件定義系統(tǒng)等，帶來更多的新產(chǎn)品、服務(wù)和模式創(chuàng)新，催生新的業(yè)態(tài)和經(jīng)濟(jì)增長點。

根據(jù)美國電氣和電子工程師協(xié)會與IHS咨詢公司報告，上世紀(jì)80年代初，一輛轎車的電子系統(tǒng)只有5萬行代碼，而現(xiàn)在高端豪華汽車的電子系統(tǒng)就有6500萬行程序代碼，提升了1300倍。目前，汽車軟件的價值占比僅有10%，而摩根斯坦利估算未來自動駕駛汽車60%的價值將源于軟件。

車控軟件

車控軟件通過ECU（電子控制單元）直接向執(zhí)行機構(gòu)發(fā)送指令，以控制車輛轉(zhuǎn)向機構(gòu)、制動機構(gòu)等關(guān)鍵部件協(xié)同工作，屬于復(fù)雜測控系統(tǒng)。如果系統(tǒng)任務(wù)的響應(yīng)不及時或延遲過大，就可能導(dǎo)致嚴(yán)重的損失。例如，在車輛發(fā)生碰撞的很短時間內(nèi)（毫秒級），汽車安全氣囊如不能快速打開，就無法對乘車人員起到保護(hù)作用?？梢姡嘐CU必須是高穩(wěn)定性的嵌入式實時操作系統(tǒng)。目前為止，以歐美為主導(dǎo)，國外車控操作系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)行了兩輪標(biāo)準(zhǔn)化工作，較有影響力的標(biāo)準(zhǔn)則有OSEK/VDX和AUTOSAR兩個。

OSEK/VDX由德國和法國在1994年發(fā)布，隨后成為ISO國際標(biāo)準(zhǔn)。這個標(biāo)準(zhǔn)旨在制定汽車電子標(biāo)準(zhǔn)化接口，主要定義了三個組件：實時操作系統(tǒng)（OSEK-OS），通信系統(tǒng)（OSEK-COM）和網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)（OSEK-NM）。第一個商業(yè)化的OSEK操作系統(tǒng)由德國3 Soft公司開發(fā)，最早應(yīng)用于奧迪A8的儀表控制器。

AUTOSAR是汽車開放式系統(tǒng)架構(gòu)，發(fā)起于2003年，是全球汽車制造商、汽車電子部件供應(yīng)商、汽車軟件和工具服務(wù)商以及半導(dǎo)體制造商聯(lián)合成立的一個標(biāo)準(zhǔn)聯(lián)盟組織，致力于為汽車工業(yè)開發(fā)一個開放的、標(biāo)準(zhǔn)化的軟件架構(gòu)。AUTOSAR兼容OSEK/VDX標(biāo)準(zhǔn)，增加了新的系統(tǒng)模塊，同時隱含地提出了“軟件定義電控系統(tǒng)”的概念，逐漸成為主流的汽車軟件開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，車輛控制的具體操作依賴于不同的MCAL（微控制器抽象層）實現(xiàn)。AUTOSAR的分層架構(gòu)設(shè)計很大程度上提供汽車電子嵌入式軟件開發(fā)的可移植性，使得軟件復(fù)用性增強。在整個系統(tǒng)架構(gòu)中，上層應(yīng)用的實現(xiàn)完全獨立于硬件開發(fā)，具有絕對的復(fù)用性。目前AUTOSAR已經(jīng)陸續(xù)推出了 1.0、2.0、3.0 和 4.0 四個系列版本，并且通過不斷的版本更新來保證技術(shù)上的進(jìn)步。目前，寶馬、沃爾沃等OEM都相繼推出了基于AUTOSAR 標(biāo)準(zhǔn)的車型。

除了以上兩個具有較大影響力的行業(yè)組織外，2004年日本本地主要OEM、Tire1供應(yīng)商、半導(dǎo)體廠商和軟件供應(yīng)商發(fā)起成立JASPAR。國內(nèi)軟件平臺廠商參照 OSEK和 AUTOSAR 等國際標(biāo)準(zhǔn)，依托國家“核高基”課題，研制國產(chǎn)汽車電子基礎(chǔ)軟件，針對國產(chǎn)汽車應(yīng)用特點，制定國產(chǎn)電子基礎(chǔ)軟件規(guī)范，并成功應(yīng)用于中國品牌和新能源汽車量產(chǎn)車型產(chǎn)品中。

隨著智能、網(wǎng)聯(lián)業(yè)務(wù)的豐富，車內(nèi)系統(tǒng)之間交互的信息量激增，對車控軟件的要求也隨之提升。傳統(tǒng)由幾個 ECU 共同承載汽車某個功能的子系統(tǒng)，也逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)椤坝颉钡母拍?。每個域都具有集中的智能化處理單元，具備較強的運算處理能力，運行著適應(yīng)該域業(yè)務(wù)特點的智能操作系統(tǒng)，并且與運行在域內(nèi)各ECU上的相對簡單的操作系統(tǒng)或固件代碼相互配合，共同完成“域”所承載的功能和應(yīng)用。

操作系統(tǒng)

從20世紀(jì)90年代開始，隨著車載和電控系統(tǒng)功能的日益豐富以及汽車電子產(chǎn)品外部交互/接口標(biāo)準(zhǔn)的種類增加，這類基于微控制芯片的嵌入式電子產(chǎn)品逐漸需要采用類似個人電腦的軟件架構(gòu)以實現(xiàn)分層化、平臺化和模塊化，提高開發(fā)效率的同時降低開發(fā)成本。因此，汽車電子產(chǎn)品才逐步開始采用嵌入式操作系統(tǒng)。

以車載娛樂信息系統(tǒng)為例，最早的數(shù)字收音機/CD播放器采用專用的音頻解碼芯片就能實現(xiàn)，后來實現(xiàn)數(shù)字化，將可觸摸液晶屏代替播放器開關(guān)、調(diào)節(jié)按鈕，后來又增加了藍(lán)牙電話功能，接著又集成了地圖導(dǎo)航、倒車?yán)走_(dá)影像，相應(yīng)地實現(xiàn)這些功能的IVI嵌入式系統(tǒng)主CPU數(shù)據(jù)處理能力也逐步增強，從最早4位、8位發(fā)展到16位、32位，再到后來的多核CPU。引入嵌入式操作系統(tǒng)，就是有效分配CPU資源，對以上各種任務(wù)功能進(jìn)行協(xié)同管理，并控制各項任務(wù)優(yōu)先級別。

和硬件、算法不同，底層操作系統(tǒng)，無論是在PC、手機還是汽車上，汽車操作系統(tǒng)都主要掌握在幾家領(lǐng)先企業(yè)手中。常見的操作系統(tǒng)平臺包括微軟的Windows Embedded Automotive、黑莓的QNX、諸多基于Linux的定制操作系統(tǒng)以及眾多基于Android開源項目（AOSP）的操作系統(tǒng)（它們本身也基于Linux）。整車企業(yè)或一級零部件供應(yīng)商通常會在這些操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上開發(fā)定制化界面。

微軟早在1995年就率先推出了Windows Auto項目。歷經(jīng)十幾年的演進(jìn)，成為Windows Embedded Automotive，其中最著名的應(yīng)用案例，就是福特汽車的SYNC系統(tǒng)。Windows Auto，本身并不是一個車載系統(tǒng)，它只是專門為汽車平臺設(shè)計的一個嵌入式系統(tǒng)的底層系統(tǒng)，具備各種基本的計算能力與數(shù)據(jù)端口。但在此之上，汽車廠商，比如福特，要聯(lián)合微軟針對自家的車型做個性化的定制，起亞的UVO、現(xiàn)代的Blue&Me用的也是微軟的底層。雖然Windows嵌入式系統(tǒng)具有穩(wěn)定性、可塑性以及拓展功能，但隨著移動互聯(lián)網(wǎng)的興起，受限于非開放性的特點，逐漸呈現(xiàn)出被時代淘汰的趨勢，起亞已經(jīng)轉(zhuǎn)投安卓，福特則選擇在黑莓軟件上打造其 Sync 3 車載系統(tǒng)，這讓微軟失去了兩大汽車生產(chǎn)商。

QNX作為黑莓核心技術(shù)部門BTS（Blackberry Technology Solutions）的最重要組成部分，承擔(dān)黑莓業(yè)務(wù)中操作系統(tǒng)、汽車軟件、M2M、物聯(lián)網(wǎng)IoT及云計算等核心業(yè)務(wù)內(nèi)容。QNX成立于1980年，是全球第一個實時操作系統(tǒng)公司。為汽車、通信、網(wǎng)絡(luò)、醫(yī)療、國防等細(xì)分市場提供操作系統(tǒng)、中間件和軟件解決方案。QNX以其安全性和實時性著稱，能滿足數(shù)字化儀表盤功能性安全的要求，同時兼顧了數(shù)據(jù)安全要求，通過美國軍方EAL4+。在汽車領(lǐng)域，目前全球有超過230種車型使用QNX系統(tǒng)，寶馬的Connected Drive、奧迪的MMI、奔馳的COMMAND系統(tǒng)，均是基于QNX打造的?？梢哉f，大部分主流豪華車的操作系統(tǒng)，都是由QNX提供的嵌入式底層。

Linux操作系統(tǒng)基于開源代碼，穩(wěn)定和易于裁剪，設(shè)計偏重于可靠性和網(wǎng)絡(luò)設(shè)計，所以在后臺（服務(wù)器和數(shù)據(jù)中心）操作系統(tǒng)中占據(jù)著領(lǐng)先地位。因此，很多研發(fā)能力強的整車企業(yè)和供應(yīng)商在Linux基礎(chǔ)上定制了自有的操作系統(tǒng)。Linux系統(tǒng)在汽車領(lǐng)域應(yīng)用的主要問題在于，對于Linux RTOS本身沒有適當(dāng)?shù)馁Y格認(rèn)證方法，也沒有使用該操作系統(tǒng)的安全相關(guān)系統(tǒng)的認(rèn)證策略，不符合當(dāng)前安全標(biāo)準(zhǔn)的要求，如ISO 26262。而在鐵路領(lǐng)域，開源平臺已有所應(yīng)用，例如OpenETCS項目，旨在開發(fā)基于開源的歐洲列車控制系統(tǒng)的軟件內(nèi)核。未來，隨著車聯(lián)網(wǎng)、ADAS對可靠性以及網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的需求，也有望讓Linux成為熱門系統(tǒng)。

Android作為開源操作系統(tǒng)（底層是基于Linux Kernel的），無授權(quán)費用對很多中低端車載電子產(chǎn)品開發(fā)商有很大的吸引力，因此在汽車領(lǐng)域也有一定市場。Android被采用作為車載系統(tǒng)的例子，是雷諾推出的R-Link系統(tǒng)。除此之外，整車廠直接采用Android系統(tǒng)做車載操作系統(tǒng)的案例較少。在中國市場，博泰為上汽旗下車型雪鐵龍DS Connect提供的前裝車機，用的也是基于Android開發(fā)的系統(tǒng)。在汽車操作系統(tǒng)開源化趨勢下，谷歌公司正在放棄過去的Android Auto，因為該產(chǎn)品實際上只是將智能手機連接至汽車中控臺顯示屏，而軟件仍運行在手機之中，其安全性、穩(wěn)定性以及易用性都有待提高，很難與QNX等平臺搭建的產(chǎn)品相比。因此，谷歌計劃為汽車專門定制自帶強賬號體系以及互聯(lián)網(wǎng)生態(tài)云端一體化的智能操作系統(tǒng)。

自動駕駛軟件

自動駕駛軟件包括自動駕駛核心軟件和應(yīng)用軟件。智能汽車的軟件架構(gòu)可以分為應(yīng)用軟件層和軟件平臺層。較高級別的應(yīng)用軟件層包含主要的認(rèn)知軟件功能（例如，交通狀況的高級識別，其他交通參與者的行為的預(yù)測，車輛的操縱規(guī)劃）用于自動駕駛。這部分體現(xiàn)出整車企業(yè)和零部件供應(yīng)商的區(qū)別。軟件平臺層提供基本服務(wù)，例如軟件功能之間的通信和具體計算硬件的抽象，這是兩者之間無差別的部分。其中，軟件平臺層又分為平臺基礎(chǔ)層和平臺服務(wù)層。平臺基礎(chǔ)層由公開API到應(yīng)用軟件組件的系統(tǒng)軟件模塊組成，并實現(xiàn)基本平臺功能，如硬件抽象、大容量存儲、網(wǎng)絡(luò)通信、電源管理和過程控制。此外，還提供了諸如時間和空間隔離，強制訪問控制和運行時監(jiān)視等低級安全和其他安全機制。平臺服務(wù)層由實現(xiàn)高級管理和監(jiān)控功能的軟件組件組成，如狀態(tài)管理、空中更新、診斷和實時入侵檢測。該層也應(yīng)該使用開源方法實現(xiàn)，并應(yīng)盡可能重用現(xiàn)有的軟件。軟件平臺層還允許應(yīng)用軟件組件的分區(qū)，并提供防御惡意攻擊，設(shè)計缺陷和硬件故障的彈性保護(hù)機制。

ADAS作為車輛智能化的初級階段產(chǎn)品，率先普及并商業(yè)化。根據(jù)技術(shù)條件和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展階段判斷，目前還處于輔助駕駛向半自動駕駛推進(jìn)的階段。主要的ADAS技術(shù)包括自適應(yīng)巡航ACC、車道偏離預(yù)警LDW、車道保持輔助LKA、前裝預(yù)警FCW、自動緊急制動AEB、盲點探測BSD、自動泊車AP等。

可見，隨著汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，汽車將由過去的技術(shù)與性能為評價標(biāo)準(zhǔn)逐步轉(zhuǎn)向軟件定義汽車，軟件將成為汽車差異化競爭的焦點。

強化汽車軟件核心技術(shù)掌控能力

總體而言，我國軟件產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起步比國外軟件強國晚了近半個世紀(jì)，無論是傳統(tǒng)的PC端，還是移動終端軟件系統(tǒng)，國外跨國公司均掌握了大多數(shù)的關(guān)鍵技術(shù)，并設(shè)置了較高的進(jìn)入壁壘。我國已經(jīng)出臺了《中國制造2025》《關(guān)于積極推進(jìn)“互聯(lián)網(wǎng)+”行動的指導(dǎo)意見》《關(guān)于深化制造業(yè)與互聯(lián)網(wǎng)融合發(fā)展的指導(dǎo)意見》《促進(jìn)大數(shù)據(jù)發(fā)展行動綱要》《國家信息化發(fā)展戰(zhàn)略綱要》《軟件和信息技術(shù)服務(wù)業(yè)發(fā)展規(guī)劃（2016-2020年）》等政策指導(dǎo)。就我國智能汽車軟件企業(yè)而言，汽車軟件總體發(fā)展規(guī)模小，技術(shù)尚不成熟，在技術(shù)研發(fā)等方面同國外軟件巨頭差距較大。應(yīng)積極鼓勵我國軟件和互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)發(fā)揮核心技術(shù)研發(fā)能力強、產(chǎn)品迭代速度快，汽車企業(yè)熟悉相關(guān)軟件需求和特點的優(yōu)勢，聯(lián)合起來共同探索互聯(lián)網(wǎng)開放模式下的智能網(wǎng)聯(lián)汽車軟件技術(shù)、產(chǎn)品及服務(wù)創(chuàng)新。

制定汽車軟件行業(yè)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)

我國在智能輔助駕駛系統(tǒng)，雷達(dá)、攝像頭等傳感系統(tǒng)方面，車載終端操作系統(tǒng)、車聯(lián)網(wǎng)通信協(xié)議等關(guān)鍵共性技術(shù)上還沒有形成統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用軟件的接口協(xié)議混亂，沒有形成行業(yè)應(yīng)用軟件接口規(guī)范，在很大程度上制約了我國智能汽車軟件的發(fā)展。在車控軟件、操作系統(tǒng)、自動駕駛領(lǐng)域，積極了解和掌握國外相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合我國汽車和軟件產(chǎn)業(yè)的發(fā)展態(tài)勢，制定具有我國特色的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，將對我國汽車軟件和智能汽車發(fā)展具有重要的推動作用。

提升國產(chǎn)軟件信息安全水平

智能汽車智能化、網(wǎng)聯(lián)化程度的發(fā)展對軟件開發(fā)提出更高要求。每個網(wǎng)絡(luò)接入點都意味著新風(fēng)險點的引入，大幅增加了車輛的安全風(fēng)險。攻擊者只要修改軟件系統(tǒng)某一環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)，就可能使系統(tǒng)做出錯誤判斷，并引發(fā)車輛事故。應(yīng)積極搭建智能汽車軟件檢測和評估平臺，衡量信息安全保護(hù)管理措施和技術(shù)措施是否符合信息安全保護(hù)需求，通過測試排查信息安全隱患和薄弱環(huán)節(jié)，明確整改要求，提升安全防護(hù)能力。

培養(yǎng)汽車軟件研發(fā)復(fù)合型人才

據(jù)不完全統(tǒng)計，我國整個智能汽車行業(yè)人才的總量嚴(yán)重不足，其中產(chǎn)品研發(fā)、試驗測試、數(shù)據(jù)分析這三個職能部門的人才缺口比較大，分別高達(dá)23％、17％和12％，人才缺乏與人才質(zhì)量不高成為阻礙產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要問題之一。智能汽車軟件研發(fā)涉及汽車、軟件、互聯(lián)網(wǎng)等多個領(lǐng)域，對人才素質(zhì)要求高，包括變革精神、溝通能力、專業(yè)知識、項目管理、教育背景、跨界思維、包容性等。我國應(yīng)加快培養(yǎng)一批具有國際領(lǐng)先水平的汽車軟件專家和學(xué)術(shù)帶頭人，培養(yǎng)和鍛煉一批從事智能汽車軟件研發(fā)的創(chuàng)新團(tuán)隊。制定吸引創(chuàng)新人才的激勵政策，加大從國外和跨國企業(yè)引進(jìn)領(lǐng)軍人才和技術(shù)研發(fā)骨干的力度。深化產(chǎn)教融合，鼓勵企業(yè)與高等院校合作開設(shè)智能汽車軟件相關(guān)專業(yè)，協(xié)同培養(yǎng)工程技術(shù)人才。

軟件定義汽車所搭建的是汽車智能化和自動駕駛汽車的基礎(chǔ)。隨著技術(shù)創(chuàng)新與軟件升級的協(xié)同，軟件將重構(gòu)、再造汽車。也就是說，軟件不只是控制汽車底層的硬件運行，更是使汽車具備自學(xué)習(xí)能力、拓展豐富可能性的智能系統(tǒng)。軟件不僅驅(qū)動輔助駕駛，還將成為車輛的中樞與靈魂。

軟件定義汽車的終極目標(biāo)是無人駕駛。無人駕駛使車輛行駛更加安全，使交通運行更加高效，使我們的出行更加經(jīng)濟(jì)。