動(dòng)機(jī)

基于對(duì)新領(lǐng)域的好奇與興趣，最近我報(bào)名了某教育機(jī)構(gòu)的“智能座艙產(chǎn)品入門(mén)”課程，出于學(xué)習(xí)-總結(jié)的目的，我從智能座艙概念、智能座艙的發(fā)展驅(qū)動(dòng)因素、智能座艙的構(gòu)成要素等方面，梳理了我目前的智能座艙的部分認(rèn)知。

一 什么是智能座艙

快速了解一個(gè)“新事物”，首先是了解這個(gè)事物的基礎(chǔ)概念，然后從基礎(chǔ)概念出發(fā)逐步拆解事物的關(guān)鍵要素，并深入研究每一個(gè)關(guān)鍵要素的作用原理，進(jìn)一步深入了解這個(gè)事物的運(yùn)作機(jī)制和特點(diǎn)，最后再通過(guò)抽象得到事物的全貌。

(一).什么是座艙

在飛機(jī)和船舶中，座艙是指內(nèi)部用于容納乘客、貨物或設(shè)備等的空間。座艙按照功能劃分，可以分為駕駛艙、客艙、貨艙等。駕駛艙是指飛機(jī)或船舶的控制室，用于操縱和控制飛機(jī)或船舶的運(yùn)行?？团撌侵赋丝统俗膮^(qū)域，通常包括座位、娛樂(lè)設(shè)施和衛(wèi)生間等。貨艙是指用于運(yùn)輸貨物的區(qū)域，通常包括貨物裝載區(qū)、貨物固定設(shè)備和貨物卸載區(qū)等。

在乘用車(chē)領(lǐng)域，座艙是指車(chē)輛的內(nèi)部空間，用于容納駕駛員、乘客和貨物，汽車(chē)座艙按照功能來(lái)劃分，可以分為駕駛艙、乘客艙、貨艙（如后備箱）。

(二).智能的意義

人工智能，從字面上理解，即被人類設(shè)計(jì)、創(chuàng)造的智能，它是一種模擬人類智慧的技術(shù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)程序和算法來(lái)模擬人類的思維和行為，實(shí)現(xiàn)自主學(xué)習(xí)、推理、決策和交互等功能。人工智能發(fā)展至今，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域，如制造業(yè)、服務(wù)業(yè)、交通、教育、智能家居等，其本質(zhì)上是通過(guò)將其作為人類智力和行動(dòng)的延伸，使得人類和機(jī)器人之間的協(xié)作更加安全和高效，為人類帶來(lái)了更加便捷、高效、智能的生活和工作方式，提升整個(gè)人類社會(huì)的效率。

同理，汽車(chē)座艙的智能化，本質(zhì)上是通過(guò)硬件+軟件的手段，讓汽車(chē)座艙具備人類“智能”的能力，使人與車(chē)之間的協(xié)作更加安全和高效，為人類提供智能、便捷、安全、個(gè)性化的駕乘體驗(yàn)。

(三).智能化的汽車(chē)座艙

1.傳統(tǒng)汽車(chē)座艙

功能撿漏的儀表盤(pán)、卡頓難用的中控小屏、密密麻麻的物理按鍵、機(jī)械的座椅調(diào)節(jié)、機(jī)械的門(mén)窗調(diào)節(jié)、反應(yīng)蠢鈍的語(yǔ)音交互……。

在傳統(tǒng)汽車(chē)座艙內(nèi)，用戶需要視線離開(kāi)道路，去尋找相關(guān)控制裝置，手動(dòng)操作，如調(diào)節(jié)車(chē)窗、座椅等；用戶需要主動(dòng)尋找各類諸如油量、水溫、電量 等信息；車(chē)內(nèi)的互動(dòng)和娛樂(lè)性較差，無(wú)法滿足用戶在行車(chē)途中的諸多需求。用戶在這樣操作繁雜、信息繁雜不直觀、互動(dòng)性差、功能單一、不夠人性化的汽車(chē)座艙內(nèi)，在影響駕駛和乘坐體驗(yàn)的同時(shí)，還會(huì)增加駕駛安全隱患，也無(wú)法滿足未來(lái)滿足用戶多樣化的需求。

2.智能座艙

為了解決傳統(tǒng)汽車(chē)座艙的問(wèn)題，智能汽車(chē)座艙應(yīng)運(yùn)而生，它通過(guò)對(duì)汽車(chē)電子電氣架構(gòu)的革新，在座艙硬件、外圍設(shè)備、座艙軟件、智能內(nèi)飾的協(xié)同下，從用戶角色與用車(chē)場(chǎng)景出發(fā)，為用戶打造智能的駕駛輔助系統(tǒng)、駕駛信息系統(tǒng)、智能娛樂(lè)系統(tǒng)、智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等，實(shí)現(xiàn)汽車(chē)座艙的智能化，實(shí)現(xiàn)對(duì)駕駛員和乘客的便捷性、舒適性、安全性、娛樂(lè)性等方面的提升和優(yōu)化，具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

(1).高效安全駕駛：通過(guò)對(duì)車(chē)內(nèi)駕駛信息的優(yōu)化、輔助駕駛系統(tǒng)、監(jiān)測(cè)系統(tǒng)等，為駕駛員提供高效、安全的駕駛體驗(yàn)。例如：用液晶儀表或HUD，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電子儀表，提供更加清晰、直觀、豐富的駕駛信息，包括導(dǎo)航、車(chē)速、油耗、車(chē)輛狀態(tài)等，讓駕駛員更加便捷、直觀地了駕駛信息。

(2).智能交互：通過(guò)多模交互，讓座艙具備自然、直觀、便捷的交互方式，使駕乘人員可以更加方便快捷地控制車(chē)輛。

(3).常開(kāi)常新：通過(guò)OTA升級(jí)，可以推送新的功能與服務(wù)，優(yōu)化駕乘體驗(yàn)，讓用戶感覺(jué)車(chē)是常開(kāi)常新。

(4).智能監(jiān)測(cè)：通過(guò)座艙內(nèi)的傳感器對(duì)車(chē)輛狀態(tài)、人、環(huán)境等進(jìn)行監(jiān)測(cè)，例如DMS、OMS，為用戶打造安全、舒適的座艙空間。

(5).智能娛樂(lè)：基于顯示設(shè)備、音頻設(shè)備、外接拓展、互聯(lián)網(wǎng)等為用戶提供功能和內(nèi)容豐富的娛樂(lè)服務(wù)，如在線音樂(lè)、視頻、游戲等，讓用戶在各種用車(chē)場(chǎng)景中可以享受更加豐富、便捷、舒適的娛樂(lè)體驗(yàn)。

二. 智能座艙發(fā)展驅(qū)動(dòng)要素

為什么會(huì)有這個(gè)"新事物"?哪些因素在背后影響“新事物”的孕育與發(fā)展？要回答以上問(wèn)題，我們就要從新事物的孕育與發(fā)展驅(qū)動(dòng)因素去入手。

(一).“汽車(chē)強(qiáng)國(guó)”戰(zhàn)略目標(biāo)，助推智能座艙

為實(shí)現(xiàn)“汽車(chē)強(qiáng)國(guó)”的戰(zhàn)略目標(biāo)，近年國(guó)家相關(guān)部門(mén)出臺(tái)多部關(guān)于新能源汽車(chē)、智聯(lián)網(wǎng)汽車(chē)的扶持、培育和鼓勵(lì)政策，明確了安全、高效、綠色、文明的智能汽車(chē)強(qiáng)國(guó)目標(biāo)，釋放出支持加快智能汽車(chē)發(fā)展步伐的強(qiáng)烈信號(hào)。如，“中國(guó)制造2025”、“新能源汽車(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃”“智能汽車(chē)創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略”等。

這些政策的出臺(tái)，為智能汽車(chē)的發(fā)展建立完善的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、法規(guī)、補(bǔ)貼政策，促進(jìn)技術(shù)的規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化，推動(dòng)資本積極進(jìn)入，激發(fā)消費(fèi)者購(gòu)車(chē)需求，鼓勵(lì)相關(guān)企業(yè)加強(qiáng)研發(fā)投入，提高技術(shù)水平，推動(dòng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)和轉(zhuǎn)型，在政策、供需市場(chǎng)、資本、產(chǎn)業(yè)生態(tài)層面為智能汽車(chē)的發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。

例如：谷歌的無(wú)人駕駛汽車(chē)技術(shù)已經(jīng)處于領(lǐng)先地位，微軟推出了用于汽車(chē)的人工智能平臺(tái)，聯(lián)發(fā)科和高通提供了先進(jìn)的芯片和通信技術(shù)，阿里和百度則在智能交通和智能汽車(chē)領(lǐng)域展開(kāi)了布局。這些公司的進(jìn)入和投資，將加速智能汽車(chē)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展和進(jìn)步。

(二).技術(shù)突破，助力智能座艙落地

1.傳統(tǒng)分布式架構(gòu)的束縛

基于傳統(tǒng)分布式E/E架構(gòu)設(shè)計(jì)的車(chē)，車(chē)身的每一個(gè)功能都是有單獨(dú)的ECU（電子控制單元）來(lái)實(shí)現(xiàn)并控制的。隨著汽車(chē)智能化功能的豐富，每增加一個(gè)新的功能就要疊加一套相應(yīng)的新ECU，導(dǎo)致硬件成本高昂、開(kāi)發(fā)周期長(zhǎng)、可靠性和可維護(hù)性難以保證，同時(shí)也限制了汽車(chē)的功能擴(kuò)展和升級(jí)能力。在汽車(chē)智能化的進(jìn)程中，汽車(chē)所需的功能的范圍和復(fù)雜性在持續(xù)不斷增加，傳統(tǒng)的分布式架構(gòu)，給汽車(chē)智能化、智能座艙的發(fā)展造成了很大的客觀阻礙。

(1).成本高：隨著車(chē)身功能的增加，ECU 的數(shù)量從幾十個(gè)快速增加到 100 多個(gè)，ECU的數(shù)量增加不僅會(huì)增加整車(chē)的重量、內(nèi)部空間結(jié)構(gòu)的復(fù)雜度、線束布線的復(fù)雜度，過(guò)多的ECU還會(huì)讓選型、開(kāi)發(fā)、匹配、診斷、研發(fā)周期、供應(yīng)鏈管理以及其他的管理成本居高不下。

(2).對(duì)程序沒(méi)有主動(dòng)權(quán)：傳統(tǒng)分布式架構(gòu)下，車(chē)身每個(gè)功能都有其對(duì)應(yīng)的傳感器、ECU、控制器，且不同的ECU來(lái)自不同供應(yīng)商，其控制程序在出廠前的就已經(jīng)被預(yù)先嵌入到芯片中，軟硬件是緊密耦合，主機(jī)廠商無(wú)法自主對(duì)程序進(jìn)行迭代升級(jí)，在車(chē)輛功能越來(lái)越復(fù)雜的未來(lái)，這種模式下無(wú)法支撐產(chǎn)品的快速迭代。

(3).算力、通信能力低：隨著智能座艙的功能越來(lái)越復(fù)雜，需要處理、分析的數(shù)據(jù)和圖像也在呈指數(shù)級(jí)增加，在此趨勢(shì)下，汽車(chē)內(nèi)部對(duì)SOC算力以及數(shù)據(jù)傳輸能力的需求也在高速增長(zhǎng)。然而，在傳統(tǒng)分布式架構(gòu)中，自為政的ECU，其主控芯片中CPU的算力，是為對(duì)應(yīng)功能專門(mén)設(shè)計(jì)，算力低下且無(wú)法協(xié)同，另外，傳統(tǒng)的 FlexRay、LIN 和 CAN 低速總線數(shù)據(jù)傳輸能力低，上述兩點(diǎn)均無(wú)法滿足智能座艙應(yīng)用場(chǎng)景中高效、準(zhǔn)確處理和分析數(shù)據(jù)的需求。

2.集中式E/E架構(gòu)與SOA架構(gòu)強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合

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(1). 集中式架構(gòu)，降低整車(chē)成本，提高整車(chē)可拓展性

在集中式E/E架構(gòu)中，主機(jī)廠商按照不同的維度，將車(chē)身的功能進(jìn)行抽象劃分（如：經(jīng)典的動(dòng)力域、車(chē)身域、底盤(pán)域、座艙域、自動(dòng)駕駛域），對(duì)原本分散的車(chē)身功能進(jìn)行模塊化管理，每一個(gè)域都是多個(gè)功能的集合，將這些功能集合與域控制器連接，并將傳統(tǒng)ECU的嵌入式程序抽象為獨(dú)立的應(yīng)用程序，由域控制器進(jìn)行統(tǒng)一的管理調(diào)度，在減少整車(chē)ECU數(shù)量、簡(jiǎn)化車(chē)身內(nèi)部結(jié)構(gòu)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了整車(chē)軟硬件解耦，實(shí)現(xiàn)了算力、通信等方面的資源共享，提高了汽車(chē)功能的可擴(kuò)展性，為整車(chē)OTA創(chuàng)造了基礎(chǔ)條件，使汽車(chē)制造商可以根據(jù)用戶需求和技術(shù)發(fā)展進(jìn)行靈活的調(diào)整和升級(jí)。

(2). SOA架構(gòu)思想，實(shí)現(xiàn)軟硬解耦

在集中域E/E架構(gòu)的基礎(chǔ)上，主機(jī)廠商引入在互聯(lián)網(wǎng)、PC、智能手機(jī)等領(lǐng)域應(yīng)用成熟的SOA架構(gòu)模式，按SOA架構(gòu)的指導(dǎo)思想，將底層硬件、操作系統(tǒng)、上層應(yīng)用等組成部分抽象為獨(dú)立的服務(wù)層，然后通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的接口來(lái)與操作系統(tǒng)、底層硬件進(jìn)行交互，實(shí)現(xiàn)汽車(chē)功能的控制。

SOA架構(gòu)的引入，可以讓主機(jī)廠高效、靈活的管理座艙軟件系統(tǒng)，掌握程序上的主動(dòng)權(quán)，加大對(duì)上層應(yīng)用軟件的研發(fā)和投入，實(shí)現(xiàn)對(duì)核心技術(shù)的掌控，在軟件定義汽車(chē)時(shí)代掌握更多話語(yǔ)權(quán)與決策權(quán)。

例如：SOA架構(gòu)下，能夠?qū)崿F(xiàn)更加細(xì)粒度的OTA升級(jí)，只需更新需要更新的服務(wù)即可，而不必對(duì)整個(gè)座艙軟件系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)，提高了OTA升級(jí)的效率和精度。SOA架構(gòu)下，能夠?qū)崿F(xiàn)版本控制和動(dòng)態(tài)部署，使得座艙軟件系統(tǒng)的管理和維護(hù)更加靈活和可控。

綜合所述，集中式E/E架構(gòu)的出現(xiàn)與SOA服務(wù)架構(gòu)的引入，兩者強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)手從硬件架構(gòu)層面和軟件架構(gòu)層面，為汽車(chē)智能化的發(fā)展提供了更加堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。

(三).差異競(jìng)爭(zhēng)：自動(dòng)駕駛難產(chǎn)，智能座艙先行

1.易落地：智能座艙、自動(dòng)駕駛，是智能汽車(chē)的兩大核心模塊，在當(dāng)前的汽車(chē)智能化進(jìn)程中，因自動(dòng)駕駛技術(shù)的發(fā)展受到了政策、法規(guī)和技術(shù)成熟度的制約，進(jìn)展緩慢，而智能座艙則無(wú)需遵守像自動(dòng)駕駛那樣的法規(guī)限制，產(chǎn)業(yè)鏈生態(tài)成熟，在技術(shù)研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化方面的成本和風(fēng)險(xiǎn)也更低，因此在現(xiàn)階段智能座艙系統(tǒng)是汽車(chē)智能化過(guò)程中的一個(gè)重要突破點(diǎn)。

2.易感知：對(duì)于大多數(shù)普通消費(fèi)者來(lái)說(shuō)，他們對(duì)汽車(chē)的剎車(chē)?yán)锍?、發(fā)動(dòng)機(jī)、底盤(pán)、電氣設(shè)備、自動(dòng)駕駛的參數(shù)以及專業(yè)知識(shí)的了解有限。相比之下，在物理空間、顯示設(shè)備、智能交互、在線導(dǎo)航和在線娛樂(lè)等方面全面升級(jí)的智能座艙，這些方面不僅可以提高用戶的便利性和互動(dòng)性，還能夠極大地提升用戶的使用感受和體驗(yàn)，在消費(fèi)者體驗(yàn)和選購(gòu)車(chē)的過(guò)程中，更容易打動(dòng)消費(fèi)者。

3.尋求差異化：在不同汽車(chē)品牌關(guān)鍵硬件技術(shù)、車(chē)身設(shè)計(jì)、宣傳等方面愈發(fā)同質(zhì)化的背景下，由于智能座艙具有可自定義、靈活的特性，因此在尋求汽車(chē)差異化的路上，智能座艙更容易和品牌特性相結(jié)合從而形成具有品牌特征的差異性，成為車(chē)企爭(zhēng)相競(jìng)逐的焦點(diǎn)。另外，傳統(tǒng)互聯(lián)網(wǎng)企進(jìn)入汽車(chē)行業(yè)，在傳統(tǒng)的硬件開(kāi)發(fā)、整車(chē)制造沒(méi)有優(yōu)勢(shì)的情況下，利用互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品思維打造的智能座艙可以幫助其在市場(chǎng)上實(shí)現(xiàn)彎道超車(chē)。

(四).消費(fèi)者需求是關(guān)鍵因素

政策在資本、供需市場(chǎng)、技術(shù)、供應(yīng)鏈生態(tài)和人才方面的影響對(duì)智能汽車(chē)和智能座艙的發(fā)展起到只是促進(jìn)作用，用戶需求才是行業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)和商量邏輯成立的關(guān)鍵?；诋?dāng)下和未來(lái)，用戶在智能座艙方面的需求是當(dāng)下的痛點(diǎn)和未來(lái)隨著技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生的延伸需求。

1.歷史痛點(diǎn)：互聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字化和智能產(chǎn)品/服務(wù)等新技術(shù)已經(jīng)深入到人們的生活中，人們已經(jīng)逐漸適應(yīng)了智能產(chǎn)品/服務(wù)、數(shù)字化和互聯(lián)網(wǎng)化的生活方式，并且對(duì)于這種生活方式已經(jīng)產(chǎn)生了依賴和習(xí)慣。由于傳統(tǒng)汽車(chē)座艙具有操作頻繁、信息繁雜、互動(dòng)性差、功能單一、缺乏人性化等痛點(diǎn)，消費(fèi)者需要一個(gè)“智能化”的汽車(chē)座艙，來(lái)解決以上痛點(diǎn)。

2.未來(lái)延伸：隨著自動(dòng)駕駛、軟件、硬件、材料、通信等技術(shù)的突破發(fā)展和人們生活方式的變化，汽車(chē)已經(jīng)不再是單純的交通工具，而是成為了人們生活中不可或缺的一部分，智能汽車(chē)將演進(jìn)為新型的移動(dòng)智能終端、第三生活空間，消費(fèi)者在未來(lái)將對(duì)于汽車(chē)座艙的智能、個(gè)性、安全、可靠、健康等方面提出更高的期望和需求。例如：隨著顯示技術(shù)的不斷發(fā)展，未來(lái)智能座艙可能會(huì)采用全息顯示技術(shù)，將娛樂(lè)信息和互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)容以更加逼真的方式呈現(xiàn)在車(chē)內(nèi)，提供更加豐富和個(gè)性化的駕駛體驗(yàn)；隨著自動(dòng)駕駛技術(shù)的發(fā)展與普及，未來(lái)消費(fèi)者在座艙內(nèi)的主要任務(wù)將不是駕駛，因此會(huì)基于娛樂(lè)、休息、辦公等場(chǎng)景，對(duì)汽車(chē)座艙的智能化空間設(shè)計(jì)提出更多的需求。

三 智能座艙構(gòu)成要素

汽車(chē)座艙的智能化是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，它由多種要素融合、協(xié)同而成，包括座艙電子、座艙內(nèi)飾、芯片、軟件、人機(jī)交互系統(tǒng)等。從車(chē)身到座艙，智能座艙的主要組成部分包括硬件和軟件。硬件部分包括外圍設(shè)備和域控制器，軟件部分則包括系統(tǒng)層軟件、服務(wù)層軟件和應(yīng)用軟件。

(一).外圍設(shè)備

“外圍設(shè)備”的外圍是相對(duì)于座艙域控制器而言的，指終端設(shè)備和各種傳感器、控制單元等硬件組件，它們通過(guò)有線或無(wú)線方式與座艙域控制器進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)信息采集、數(shù)據(jù)處理和控制操作等功能，具體包括以下幾個(gè)方面：

1.顯示設(shè)備：如中控屏、副駕屏、液晶儀表、流媒體后視鏡、HUD等，用于顯示車(chē)輛和座艙狀態(tài)、導(dǎo)航信息、娛樂(lè)內(nèi)容等。2.傳感器：智能座艙通常配備有多種傳感器，如雷達(dá)、攝像頭、氣壓/溫度/濕度、聲納等。它們的作用分別是監(jiān)測(cè)感知車(chē)輛周變環(huán)境、車(chē)內(nèi)環(huán)境、車(chē)輛狀態(tài)、車(chē)內(nèi)用戶行為等。例如，攝像頭可以拍攝車(chē)內(nèi)和車(chē)外的圖像，雷達(dá)可以探測(cè)周?chē)矬w的距離和速度。3.人機(jī)交互設(shè)備：用于實(shí)現(xiàn)車(chē)與駕駛員、乘客互動(dòng)和交流，包括：語(yǔ)音識(shí)別、手勢(shì)控制、觸摸屏等。例如：語(yǔ)音識(shí)別設(shè)備，用于駕駛員與車(chē)輛進(jìn)行語(yǔ)音交互，如控制車(chē)輛功能、查詢信息。

4.控制單元：用于控制各種座艙設(shè)備的工作，如空調(diào)、車(chē)窗、車(chē)門(mén)、座椅調(diào)節(jié)等5.車(chē)聯(lián)網(wǎng)設(shè)備：指內(nèi)置于汽車(chē)內(nèi)部的信息和通信設(shè)備，如車(chē)載通信模塊、GPS定位模塊、傳感器等，這些設(shè)備通過(guò)連接到車(chē)輛信號(hào)總線和無(wú)線網(wǎng)絡(luò)等通信手段，實(shí)現(xiàn)車(chē)輛與云端、其他車(chē)輛、交通設(shè)施等之間的連接、信息交換和數(shù)據(jù)共享。6.電源系統(tǒng)：智能座艙還需要配備專門(mén)的電源系統(tǒng)，以保證各個(gè)硬件設(shè)備正常運(yùn)行。

(二).座艙域控制器

“域”和“域控制器（DCU）”是整車(chē)電子電氣架構(gòu)從分布式架構(gòu)向集中式架構(gòu)轉(zhuǎn)變下的產(chǎn)物，“域”可以理解為關(guān)聯(lián)的功能的集合域邊界，包括車(chē)輛內(nèi)的各種電子設(shè)備、傳感器、控制模塊等，而“域控制器”則作為域內(nèi)的“控制中心”，負(fù)責(zé)連接域內(nèi)的相關(guān)設(shè)備，并通過(guò)其內(nèi)部的高算力芯片和軟件，處理和轉(zhuǎn)發(fā)域內(nèi)的數(shù)據(jù)、指令和信息，協(xié)調(diào)域內(nèi)功能之間的通信，為對(duì)應(yīng)域功能的實(shí)現(xiàn)提供核心支持。

座艙域控制器的是實(shí)現(xiàn)汽車(chē)座艙智能化的重要組成部分，起著承上啟下的作用。從上面的座艙域控制器拆解圖，可知，座艙域控制器主要由接口和芯片兩部分組成，接口部分包括GPS、USB、網(wǎng)絡(luò)、攝像頭、雷達(dá)、顯示設(shè)備、音頻設(shè)備、車(chē)身部件等接口，實(shí)現(xiàn)外圍設(shè)備與控制器的連接。芯片部分則包括處理器、存儲(chǔ)器、通信芯片、傳感器芯片、各種專用芯片等，它們?cè)谧撚蚩刂破髦胸?fù)責(zé)計(jì)算、控制、存儲(chǔ)數(shù)據(jù)等重要工作。

(三).智能座艙軟件

有了先進(jìn)的外圍設(shè)備和座艙域控制器，只是讓汽車(chē)座艙有了類似人類四肢、感知、大腦的能力。然而，如果想讓汽車(chē)座艙真正變得智能化，還需要“軟件”來(lái)協(xié)同工作，通過(guò)這些軟件的相互協(xié)作實(shí)現(xiàn)智能座艙的各種功能和服務(wù)。從智能座艙軟件架構(gòu)來(lái)看，智能座艙的軟件部分主要包括系統(tǒng)層、服務(wù)層、應(yīng)用層。

1.系統(tǒng)層

在我們?nèi)粘Ｊ褂玫腜C、手機(jī)、平板等智能設(shè)備中，操作系統(tǒng)扮演了重要的角色，比如Windows、macOS在PC電腦上的應(yīng)用，iOS、Android等在智能手機(jī)、平板等設(shè)備上的應(yīng)用。操作系統(tǒng)是由內(nèi)核、管理器、應(yīng)用程序框架、運(yùn)行時(shí)環(huán)境等組成一套基礎(chǔ)軟件，其主要作用是向下負(fù)責(zé)管理智能設(shè)備的硬件資源（如CPU、內(nèi)存、硬盤(pán)、顯示器、輸入設(shè)備等），向上為各種應(yīng)用程序提供接口和支持，通過(guò)進(jìn)程/線程管理、內(nèi)存管理、文件管理、輸入/輸出管理、網(wǎng)絡(luò)管理、用戶管理、安全保護(hù)等功能，協(xié)調(diào)和管理這些硬件資源的使用，在程序與硬件之間，起到了乘上啟下的作用，在用戶與智能設(shè)備起到了“橋梁”的作用。

(1).車(chē)用操作系統(tǒng)

車(chē)用操作系統(tǒng)，是智能汽車(chē)的“大腦”，對(duì)上它能夠支撐應(yīng)用程序的開(kāi)發(fā)、人機(jī)交互的設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)的傳輸，對(duì)下能夠調(diào)動(dòng)不同架構(gòu)的硬件和底層軟件，以最優(yōu)的效率管理和調(diào)度包括主控芯片、傳感器、執(zhí)行器等在內(nèi)的硬件資源，合理安排任務(wù)的優(yōu)先級(jí)，確保多項(xiàng)智能化任務(wù)的協(xié)調(diào)、安全高效進(jìn)行。

在汽車(chē)中，車(chē)用操作系統(tǒng)是運(yùn)行于車(chē)內(nèi)的系統(tǒng)程序集合，它涵蓋了車(chē)控操作系統(tǒng)和車(chē)載操作系統(tǒng)兩個(gè)。

①.車(chē)控操作系統(tǒng)：指面向動(dòng)力域、底盤(pán)域、自動(dòng)駕駛域的操作系統(tǒng)，這類操作系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性、安全性、性能、運(yùn)算能力的要求比較高，目前主機(jī)廠商主要基于實(shí)時(shí)性和安全等級(jí)較高的QNX系統(tǒng)進(jìn)行開(kāi)發(fā)。

②.車(chē)載操作系統(tǒng)：指面向信息娛樂(lè)系統(tǒng)和智能座艙的操作系統(tǒng)，這類操作系統(tǒng)，對(duì)安全性和可靠性的要求相對(duì)較低。

③.基礎(chǔ)操作系統(tǒng)：基礎(chǔ)型操作系統(tǒng)是指車(chē)載操作系統(tǒng)的底層操作系統(tǒng)，它承擔(dān)了操作系統(tǒng)最基本的功能，與硬件直接交互，管理系統(tǒng)的進(jìn)程、內(nèi)存、設(shè)備、驅(qū)動(dòng)程序、文件和網(wǎng)絡(luò)等，是完整操作系統(tǒng)層軟件的核心組成部分。在汽車(chē)行業(yè)，目前應(yīng)用較廣泛的基礎(chǔ)操作系統(tǒng)主要包括QNX、Linux和Android等。

④.定制操作系統(tǒng)：基于目前國(guó)內(nèi)自主操作系統(tǒng)發(fā)展現(xiàn)狀的限制，目前國(guó)內(nèi)主機(jī)廠商的車(chē)載操作系統(tǒng)都是基于Linux、Android定制的操作系統(tǒng)，根軍對(duì)基系統(tǒng)改造的程度不同，車(chē)載操作系統(tǒng)分為定制型、ROM型和超級(jí)APP三類。

定制型OS：在基礎(chǔ)型操作系統(tǒng)之上進(jìn)行深度定制化開(kāi)發(fā),如修改內(nèi)核、硬件驅(qū)動(dòng)、運(yùn)行時(shí)環(huán)境、應(yīng)用程序框架等。例如：、特斯拉Version,Google車(chē)載Android、為鴻蒙OS, AlioS等,它們屬于基于Linux自主研發(fā)的獨(dú)立操作作系統(tǒng)。

ROM型OS：基于Linux或Android等基礎(chǔ)型操作系統(tǒng)進(jìn)行有限的定制化開(kāi)發(fā)，不涉及系統(tǒng)內(nèi)核更改,一般只修改更新操作系統(tǒng)自帶的應(yīng)用程序、云服務(wù)、應(yīng)用程序框架等，由于Android應(yīng)用生態(tài)更好，目前國(guó)內(nèi)主機(jī)廠的方案大多是基于Android定制車(chē)載操作系統(tǒng)，例如：比亞迪DiLink、蔚來(lái)NIOOS、小鵬XmartoS等。

超級(jí)APP：超級(jí)APP的典型代表為蘋(píng)果CarPlay、百度Carlife 、華為hicar 等。此類操作系統(tǒng)，在嚴(yán)格意義上不算是操作系統(tǒng)，本質(zhì)是一個(gè)通過(guò)有線或無(wú)線的方式將手機(jī)與車(chē)機(jī)進(jìn)行連接，將手機(jī)手機(jī)屏幕內(nèi)容映射到車(chē)載中控，為用戶提供地圖、娛樂(lè)、通訊、社交等功能的APP。

(2).虛擬機(jī)

智能座艙按功能劃分，座艙系統(tǒng)可以分為駕駛信息系統(tǒng)和娛樂(lè)信息系統(tǒng)兩個(gè)部分，娛樂(lè)信息系統(tǒng)注重生態(tài)體驗(yàn)和多樣化的應(yīng)用，對(duì)實(shí)時(shí)性的要求較低，通常會(huì)采用類似Android這樣的開(kāi)放系統(tǒng)。駕駛信息系統(tǒng)模塊與駕駛安全息息相關(guān)，在數(shù)據(jù)傳輸和處理的過(guò)程中要及時(shí)且不能出現(xiàn)任何錯(cuò)誤（例如，在行駛時(shí)，駕駛員需要時(shí)刻監(jiān)測(cè)車(chē)速、轉(zhuǎn)速、油量、溫度等車(chē)輛狀態(tài)，如果駕駛信息系統(tǒng)出現(xiàn)故障或響應(yīng)速度過(guò)慢，駕駛員可能無(wú)法及時(shí)發(fā)現(xiàn)車(chē)輛異常狀態(tài)，導(dǎo)致事故），所以對(duì)操作系統(tǒng)實(shí)時(shí)性、可靠性、安全性有較高的要求，而android由于其系統(tǒng)調(diào)度和進(jìn)程管理機(jī)制，導(dǎo)致安卓系統(tǒng)在實(shí)時(shí)性能方面較差，因此針對(duì)駕駛信息系統(tǒng)模塊，主機(jī)廠商一般采用實(shí)時(shí)性能更強(qiáng)、更穩(wěn)定的的QNX操作系統(tǒng)。

因此，與消費(fèi)級(jí)智能設(shè)備的操作系統(tǒng)不同的是，在智能座艙和整車(chē)中，每個(gè)域都具備獨(dú)特的功能屬性和穩(wěn)定性、可靠性、安全等級(jí)要求，因而需要不同的操作系統(tǒng)來(lái)滿足這些需求，為了滿足智能座艙不同模塊對(duì)系統(tǒng)的不同需求，就需要在同一硬件平臺(tái)（智能座艙域控制器）上同時(shí)運(yùn)行多套操作系統(tǒng)。

那么，如何實(shí)現(xiàn)在同一硬件平臺(tái)上運(yùn)行多套操作系統(tǒng)呢？

回答上面的問(wèn)題之前，需要先了解在統(tǒng)一硬件平臺(tái)運(yùn)行多套不同操作系統(tǒng)會(huì)有什么問(wèn)題？

不同的操作系統(tǒng)由于其在設(shè)計(jì)目的不同，在架構(gòu)、編程語(yǔ)言、內(nèi)核、庫(kù)、API、應(yīng)用程序接口、驅(qū)動(dòng)程序、通信協(xié)議等方面的存在許多差異，因此在沒(méi)有任何隔離措施的情況下，將兩套不同的系統(tǒng)運(yùn)行同一個(gè)硬件平臺(tái)上，會(huì)引發(fā)災(zāi)難性的問(wèn)題，例如：

兼容性問(wèn)題：不同的操作系統(tǒng)，由于其”基因“差異，導(dǎo)致它們之間會(huì)存在兼容性問(wèn)題。例如：QNX和Android都是嵌入式操作系統(tǒng)，但由于它們使用不同的內(nèi)核、驅(qū)動(dòng)程序、通信協(xié)議……等，因此如果在同一硬件平臺(tái)上同時(shí)運(yùn)行這兩個(gè)操作系統(tǒng)，可能會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰或無(wú)法正常工作。

?安全問(wèn)題：在同一硬件平臺(tái)同時(shí)運(yùn)行兩套不同的操作系統(tǒng)，由于他們之間共享相同的硬件資源，如存儲(chǔ)設(shè)備，在這樣的情況如其中一個(gè)系統(tǒng)出現(xiàn)安全隱患，則會(huì)牽連另外一個(gè)系統(tǒng)。

性能問(wèn)題：不同的操作系統(tǒng)在運(yùn)行時(shí)，他們對(duì)硬件的需求是不同的，當(dāng)兩個(gè)操作系統(tǒng)共享相同硬件資源的，可能會(huì)導(dǎo)致性能問(wèn)題。例如，一個(gè)操作系統(tǒng)可能會(huì)占用大量的CPU資源，導(dǎo)致另一個(gè)操作系統(tǒng)無(wú)法正常工作。

如何在同一個(gè)硬件平臺(tái)上運(yùn)行多套系統(tǒng)？

為了解決以上矛盾點(diǎn)，虛擬機(jī)Hypervisor 技術(shù)就引入到汽車(chē)領(lǐng)域，虛擬機(jī)運(yùn)行在硬件平臺(tái)之上，通過(guò)在一臺(tái)硬件平臺(tái)上進(jìn)行虛擬化的軟件配置創(chuàng)建多個(gè)虛擬機(jī)，并根據(jù)業(yè)務(wù)需求為每個(gè)虛擬機(jī)分配虛擬硬件資源（CPU、內(nèi)存、網(wǎng)絡(luò)等），每個(gè)虛擬機(jī)都可以獨(dú)立運(yùn)行操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序，就像是一臺(tái)獨(dú)立的計(jì)算機(jī)一樣，互不干擾。虛擬機(jī)通過(guò)軟件層面的隔離機(jī)制，以此實(shí)現(xiàn)在同一硬件平臺(tái)上運(yùn)行不同的操作系統(tǒng)。

日常生活中的例子：VMware 是一款常見(jiàn)的虛擬機(jī)軟件,它可以在一臺(tái)計(jì)算機(jī)上創(chuàng)建多個(gè)虛擬機(jī)，每個(gè)虛擬機(jī)可以運(yùn)行不同的操作系統(tǒng),如Windows、 Linux、macOS等。在每個(gè)虛擬機(jī)中,用戶可以安裝不同的應(yīng)用程序和驅(qū)動(dòng)程序,這些應(yīng)用程序和驅(qū)動(dòng)程序都只能在虛擬機(jī)中運(yùn)行,不會(huì)影響其他虛擬機(jī)的運(yùn)行。

(3).中間件

什么是中間件？

中間件概念在傳統(tǒng)IT行業(yè)的架構(gòu)設(shè)計(jì)中就已經(jīng)被廣泛應(yīng)用，其核心思想是通過(guò)將應(yīng)用程序與底層系統(tǒng)之間的交互邏輯抽象出來(lái)，形成一個(gè)中間層，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的解耦和靈活性。例如：我們?cè)谌粘９ぷ髦谐Ｂ?tīng)開(kāi)發(fā)提到的消息隊(duì)列中間件有ActiveMQ、RabbitMQ等，用于實(shí)現(xiàn)應(yīng)用程序之間的異步通信；數(shù)據(jù)訪問(wèn)中間件如Redis用于緩存數(shù)據(jù)，提高數(shù)據(jù)訪問(wèn)效率；業(yè)務(wù)流程管理中間件如JBoss JBPM等，用于管理業(yè)務(wù)流程的執(zhí)行整個(gè)生命周期等。

舉個(gè)例子：假設(shè)一個(gè)電商平臺(tái)，其訂單系統(tǒng)需要與物流系統(tǒng)進(jìn)行交互。傳統(tǒng)的做法是將訂單系統(tǒng)直接與物流系統(tǒng)耦合在一起，導(dǎo)致系統(tǒng)的擴(kuò)展性較差，難以應(yīng)對(duì)業(yè)務(wù)變化。而通過(guò)引入一個(gè)消息隊(duì)列中間件，如ActiveMQ，訂單系統(tǒng)可以將物流信息推送到消息隊(duì)列中間件中，物流系統(tǒng)可以從消息隊(duì)列中間件中獲取訂單信息，實(shí)現(xiàn)了訂單系統(tǒng)和物流系統(tǒng)之間的解耦和靈活性，可以很方便地?cái)U(kuò)展和修改業(yè)務(wù)流程。

汽車(chē)軟件架構(gòu)為什么需要中間件？

在傳統(tǒng)分布式架構(gòu)中，車(chē)身某個(gè)功能的控制程序在出廠前就已經(jīng)被嵌入到對(duì)應(yīng)的ECU芯片中，如此主機(jī)廠商對(duì)程序是沒(méi)有主動(dòng)權(quán)的，也就無(wú)法實(shí)現(xiàn)“軟件定義汽車(chē)”。隨著汽車(chē)電子架構(gòu)向域集中式及中央計(jì)算的模式轉(zhuǎn)變，域與域控制器的出現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)了硬件層面模塊化管理。但在軟件層面，傳統(tǒng)汽車(chē)軟件架構(gòu)中程序不可移植、不可快速迭代的問(wèn)題還需被解決。

為了解決以上問(wèn)題，中間件解決方案被引入到汽車(chē)軟件架構(gòu)的中，工程師基于中間件的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)硬件功能剝離-抽象并封裝于間件中，然后通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)化的接口提供給上層軟件開(kāi)發(fā)工程師，上層軟件開(kāi)發(fā)工程師，在實(shí)現(xiàn)具體的功能的時(shí)，就不用再面對(duì)復(fù)雜的底層硬件、系統(tǒng)細(xì)節(jié)，通過(guò)中間件的標(biāo)準(zhǔn)接口即可實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能的開(kāi)發(fā)。中間件的應(yīng)用，在真正實(shí)現(xiàn)軟硬解耦的同時(shí)，使得軟件可以在不同車(chē)型、硬件平臺(tái)、操作系統(tǒng)上復(fù)用，推動(dòng)跨平臺(tái)開(kāi)發(fā)、減少設(shè)計(jì)的復(fù)雜性，從而消除多次重新開(kāi)發(fā)相同軟件的問(wèn)題。

舉個(gè)例子：如果開(kāi)發(fā)人員想要實(shí)現(xiàn)一個(gè)智能導(dǎo)航功能，傳統(tǒng)做法是需要直接調(diào)用座艙系統(tǒng)的各種硬件設(shè)備接口，如GPS、傳感器、調(diào)節(jié)等等，而利用中間件，則開(kāi)發(fā)人員只需調(diào)用中間件提供的通用服務(wù)和接口即可，中間件會(huì)自動(dòng)處理相關(guān)的細(xì)節(jié)和協(xié)議轉(zhuǎn)換等問(wèn)題，而不必開(kāi)發(fā)人員自行解決各種硬件設(shè)備及通訊接口問(wèn)題的復(fù)雜工作，從而大大降低了開(kāi)發(fā)難度和成本，允許開(kāi)發(fā)人員更加專注于應(yīng)用程序的功能實(shí)現(xiàn)和優(yōu)化。

2.服務(wù)層與應(yīng)用層

硬件和系統(tǒng)層軟件只是為汽車(chē)座艙的智能化完成了基礎(chǔ)框架的搭建，在這個(gè)基礎(chǔ)框架上面，要是實(shí)現(xiàn)汽車(chē)座艙的智能化，還需要服務(wù)層、應(yīng)用層的軟件配合。

(1).服務(wù)層：服務(wù)層是指運(yùn)行在系統(tǒng)層之上的軟件層級(jí)，通過(guò)提取智能座艙的核心共性需求，形成智能座艙共性服務(wù)功能模塊，實(shí)現(xiàn)對(duì)智能座艙共性功能的平臺(tái)化支持，并為智能座艙應(yīng)用層軟件提供支持。其中包括聯(lián)網(wǎng)服務(wù)平臺(tái)、云服務(wù)、OTA更新、各種算法服務(wù)以及車(chē)輛數(shù)據(jù)采集處理服務(wù)等。

(2).應(yīng)用層:指智能座艙軟件架構(gòu)中最頂層直接面向用戶的軟件層級(jí)，通過(guò)與系統(tǒng)層軟件、服務(wù)層軟件的協(xié)同，為用戶提供各種具體的智能服務(wù)和功能，例如導(dǎo)航、社交、影音娛樂(lè)、語(yǔ)音識(shí)別、車(chē)輛狀態(tài)監(jiān)控等。

寫(xiě)在最后

1.智能座艙是一個(gè)復(fù)雜系統(tǒng)：隨著學(xué)習(xí)和研究的深入，發(fā)現(xiàn)智能座艙架構(gòu)里面每一個(gè)要素都是一個(gè)復(fù)雜的分支，涉及到眾多的技術(shù)應(yīng)用，是一個(gè)相當(dāng)復(fù)雜的系統(tǒng)。建議計(jì)劃從事相關(guān)方面工作的同學(xué)，做深入的學(xué)習(xí)。

2.未來(lái)想象空間大：隨著自動(dòng)駕駛技術(shù)、顯示技術(shù)、硬件技術(shù)、材料技術(shù)等技術(shù)的不斷發(fā)展和人類生活方式的改變，未來(lái)汽車(chē)座艙的空間設(shè)計(jì)和“智能”會(huì)有很大的想象空間。例如：未來(lái)智能座艙將逐漸向語(yǔ)音、手勢(shì)識(shí)別、虛擬和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等更加智能和直觀的人機(jī)交互方式發(fā)展；未來(lái)智能座艙的空間設(shè)計(jì)也將隨之而變化，例如可擴(kuò)展式、可變形式的座艙布局，為用戶提供更加靈活且符合個(gè)性需求的座艙使用環(huán)境。建議從業(yè)者，需要不斷更新學(xué)習(xí)，跟上技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，設(shè)計(jì)出更優(yōu)秀的座艙產(chǎn)品。

編輯：黃飛

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