当产品的感知和客户满意度越来越依赖与软件,曾经改变了世界的汽车也正在被软件所改变。或许不远的将来,汽车软件将成为整车企业的核心竞争力。
作者
赵子垚
编辑
惊 霓
汽车电子化是现代汽车发展的重要标志。自20世纪70年代末开始,汽车电子技术进入快速发展及大规模应用的阶段。发展至目前,随着微处理器在汽车上的应用日趋可靠和成熟,以及智能化、网联化的逐渐引入,汽车软件已经成了汽车电子技术进步的最大源泉。
相对简单的软件相对复杂的系统即使是最传统的汽车,也具备了软件,只是这些软件没那么复杂,甚至看起来还很初级。传统的汽车软件系统,可以类比电脑,只不过相比而言,这些汽车软件系统的处理器以及存储容量的数量级差得很多。以德系的空调控制器为例,其内部有大约1MB的内存,用于存储程序,同时有Kb的缓存,用来存储临时数据。除此之外,这个控制器内部还有一个32位的96MHz的处理器。这些系统,对互联网思维根深蒂固的现代人来说,就像拿着iPhone的现代人看着Nokia的塞班系统的感觉一样。
如果我们去分析其他汽车的系统,复杂的如自适应巡航系统、自动泊车系统,简单的如玻璃升降系统、灯光系统,我们会发现同样的结果,这些系统中都有所谓的控制器,也有内存、缓存、处理器、程序语言。所有这些共同构成了汽车的各个电控功能模块,只是这些系统独立分布于汽车的各个区域。
汽车最复杂的系统就是发动机,发动机控制器叫ECU,号称整车的大脑,其实发动机主要负责行驶相关的事情,虽然也与其他的系统有一定的简单联络,但除此之外的事情它根本不管。从整体上来说,发动机的ECU只是一个比较大的山头而已。传统汽车里面的这些控制系统,以及其内部的软件系统,更像一个松散的组织。这和我们熟知的电脑完全不一样,它们都有一个核心的控制系统。
在这几年的新能源汽车发展,催生了很多“智能”系统,比如语音控制系统、自动泊车系统、拥堵辅助系统等。我们可以发现这些目前应用比较广泛的智能系统都是偏信息娱乐类的,也叫汽车舒适域。一旦涉及到整车的动力/驾驶,就只有很少的车企涉猎,并建立控制系统。现在所说的智能系统,很多都是从传统车本身就有的自适应巡航,自动泊车改造而来。所以,可以这么理解,现阶段大部分所谓的智能汽车,实现比较多的是把手机搬到了车机的显示屏上,这样整车可以显示更多的信息,实现车主的娱乐需求,完成一些简单的车辆控制。而汽车的核心——驾驶系统,目前还独立在智能之外。只有自适应巡航、自动泊车这些软件的发展,才算触及到了汽车功能的底层,而真正的自动驾驶,才可以称作用软件重新定义了汽车。
传统车的网络架构里面,舒适域和行驶域是通过网关隔开的,也就是说舒适域无法去指挥行驶系统,只能通过我们的肢体动作来影响车辆行驶。也就说,一辆车怎么“娱乐”都不会影响到整车的驾驶。目前大部分软件已经基本进入了整车娱乐系统以及简单的控制系统,不过只有很少车企才开始涉及整车的核心——驾驶系统。汽车软件的发展虽不能说是革命性的,但是比以前有了很大进步。
如今,汽车软件的发展已经初步解决了两个技术瓶颈。编写规则,如MISRA;编程架构和规范,AUTOSAR(AUTOmotiveOpenSystemArchitecture,汽车开放系统架构)。AUTOSAR由全球汽车制造商、部件供应商及其他电子、半导体和软件系统公司联合建立,各成员保持开发合作伙伴关系。自年开始,AUTOSAR架构致力于车辆电子系统软件的交换与更新,并为高效管理愈来愈复杂的车辆电子、软件系统提供了一个基础。这个规范,其实就是实现了现在互联网界的几个基础:软硬件分离、各软件之间使用统一语言交互、各种接口统一、便于通信。不过这个架构虽然公布了十多年了,却鲜有革命性的成果。与此同时,各家主机厂也纷纷推出自己的标准,也有很多供应商参与到这个工作中来。
随着汽车行业步入“新四化(智能化、电动化、共享化、网联化)”时代,汽车软件的发展同样呈现出新趋势。
汽车软件新趋势1ECU整合度将提升早在去年,大众就宣布力争让汽车上只有一个ECU。
大众汽车计划通过将其现有汽车搭载来自多达个不同供应商的70个电子控制单元(ECUs)“减少到三台中央车载电脑”,来提高其软件的鲁棒性(指系统的健壮性,是在异常和危险情况下系统生存的关键)。
大众首席执行官赫伯特·迪斯当时在集团年度新闻发布会上宣布了这一举措,同时还宣布了重组软件业务的其他重大计划。他表示,将通过“收购过去向我们交付软件的供应商”来实现。
大众这么做是因为未来电动智能网联汽车的“代码行数是智能手机的十倍”。迪斯补充说:“一辆自动驾驶汽车的数量可能是它的倍。而目前的E/E架构上的各种ECU网络过于复杂。”
在一些供应商巨头内部,确实也在这么做。特别是在ADAS和自动驾驶下,整合的ECU架构尤为重要。
当下汽车电子ECU整合从传统的上百个独立的ECU模块,到整合到座舱电子域控制器、自动驾驶域控制器是一个快速演进的过程。
伟世通的SmartCore?是第一个出现在量产车上的驾驶舱域控制器,它可以通过一个驱动程序接口在一个片上系统(SoC)上独立操作多个驾驶舱域。
年,伟世通拿到了基于驾驶舱域控制器的数字集群和信息娱乐系统大约10亿美元的订单,目前全球有六家汽车制造商采用了SmartCore?驾驶舱域控制器解决方案。
博世首先向市场推出支持L2级别的高速公路辅助,包含五个雷达和一个单目摄像头的域控制器基础版,提供控制的核心芯片是支持到ASIL-D的微控制器。下一个版本,即支持L3级别的交通拥堵引导,通过域控制器提高运算能力,为了增加系统的冗余度,额外增加了一块英特尔提供的微处理器。
2更多的传感器由于自动驾驶汽车的设计制造面临着诸多挑战,如今,各大公司已经广泛采用机器学习寻找相应的解决方案。汽车中的ECU(电子控制单元)已经整合了传感器数据处理,如何充分利用机器学习完成新的任务,变得至关重要。潜在的应用包括将汽车内外传感器的数据进行融合,借此评估驾驶员情况、进行驾驶场景分类。这些传感器包括像激光雷达、雷达、摄像头或者是物联网。
年5月,富士总研社(Chimera)对车载ECU及相关元件市场规模进行了调查,其预测在年传感器市场规模将会达到1兆8,亿日元(约人民币1,.22亿元),其中市场规模最大的是温度传感器,随着环保型车辆的普及,其需求逐渐增长,另外,今后用于监测发动机温度的传感器也会有所增加。
在年之前,有望取得较高增长率的是图像传感器、压力传感器。汽车必须安装图像传感器的原因是为了防止车辆冲撞,因此带动了其增长。据预测,在年将会有2,亿日元(约人民币.78亿元)的市场规模。压力传感器对改善内燃机效率起着关键作用。同时,今后在轮胎、空气压力报警系统、冲撞检测用途方面的需求也会有增加。
此外,由于汽车电动化、安全驾驶的发展,磁性传感器、角速度传感器、加速度传感器等的需求也会有增长。未来汽车将需要更多的传感器来感知环境,以及保证依靠传感器来保证冗余设计。这对ECU的能力来说也是考验。不过高级算法与机器学习的发展,有望取代一部分传感器,减少传感器数量。
3汽车以太网发展长期以来,汽车ECU都是在一个封闭的网络环境下,但是“新四化”的到来打破了这种封闭。
越来越复杂和多样的车载电子系统,大量的传感器和处理器被用在车辆的不同系统实现相应的功能。接下来随着点对点链接,需要增加连接的数量与安装在车内的ECU数量呈指数上升。然后又建立相关的ECU之间的通信链路,允许ECU彼此使用更高级的功能和共享数据……这种增长逐渐发展成了现在复杂的、异构的车载网络。
当引入信息娱乐系统和基于视频的高级驾驶辅助系统(ADAS)后,这些应用程序相比传统控制系统的数据传输带宽需求有显著增长,现有车载网络传输带宽不足的问题凸显,因此迫切需求下一代的车载网络技术及架构。
随着智能汽车技术,物联网的发展,很有可能会催生汽车以太网,实现跨域通信。不过如何保证功能安全,又将是对汽车软件的一大考验。
近两年来,使用以太网技术及架构作为下一代车载网络的发展方向受到了汽车行业内部及通讯业技术人员的广泛