汽車軟件和電子系統(tǒng)的新時(shí)代已經(jīng)開啟。

隨著智能互聯(lián)、自動(dòng)駕駛、電動(dòng)汽車及共享出行的發(fā)展，軟件、計(jì)算能力和先進(jìn)傳感器正逐漸取代發(fā)動(dòng)機(jī)的統(tǒng)治地位。與此同時(shí)，這些電子系統(tǒng)的復(fù)雜性也在提高。以當(dāng)今汽車包含的軟件代碼行數(shù)（SLOC）為例，2010年，主流車型的SLOC約為1000萬行；到2016年達(dá)到1.5億行左右。復(fù)雜性正如滾雪球般越來越高，不可避免地導(dǎo)致了與軟件相關(guān)的若干嚴(yán)重質(zhì)量問題：這在近期若干起大規(guī)模車輛召回事件中屢有耳聞。

解決迫在眉睫的行業(yè)隱憂

當(dāng)前，軟件在D級車（或大型乘用車）的整車價(jià)值中占10%左右，預(yù)計(jì)將以每年11%的速度增長，到2030年將占整車內(nèi)容的30%。數(shù)字化汽車價(jià)值鏈上的所有企業(yè)均在嘗試從軟件和電子技術(shù)帶來的創(chuàng)新中獲利（見圖1）。軟件公司和其他數(shù)字技術(shù)企業(yè)正從目前的二、三級供應(yīng)商逐步成為整車企業(yè)的一級供應(yīng)商。他們超越了功能和應(yīng)用程序（APP）的范圍，進(jìn)一步涉足操作系統(tǒng)，加深在汽車“技術(shù)?！敝械膮⑴c度。同時(shí)，傳統(tǒng)的汽車電子系統(tǒng)一級供應(yīng)商正在大膽進(jìn)入IT巨頭所在的功能與應(yīng)用程序領(lǐng)域。豪華品牌車企則正進(jìn)入操作系統(tǒng)、硬件簡化、信號處理等更底層的技術(shù)領(lǐng)域，以期從根本上確保其技術(shù)優(yōu)勢和獨(dú)特性。

這些戰(zhàn)略舉措的結(jié)果之一是車輛架構(gòu)將變?yōu)橐酝ㄓ眠\(yùn)算平臺為基礎(chǔ)的，面向服務(wù)的架構(gòu)（SOA）。開發(fā)者將得以添加新的智能互聯(lián)解決方案、APP、人工智能元素、高級分析工具和操作系統(tǒng)等。差異化（或獨(dú)特性）將不再僅僅停留于傳統(tǒng)的車輛硬件方面，而更多地通過由軟件和先進(jìn)電子技術(shù)賦能的用戶交互界面和體驗(yàn)層面來體現(xiàn)。

未來的汽車將成為搭載全新差異化元素的平臺（見圖2）。這些差異化元素可能包括最新的車載娛樂系統(tǒng)、自動(dòng)駕駛和智能安全等以“高容錯(cuò)性”為根本的功能。軟件將通過智能傳感器與硬件整合，進(jìn)一步深入數(shù)字堆棧。堆棧之間將完成水平整合，并添加新層，從而將整體結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為SOA。

最終，全新的軟件和電子架構(gòu)將催生多個(gè)改變游戲規(guī)則的趨勢，提升復(fù)雜性和相互依賴程度。例如，新的智能傳感器和應(yīng)用將驅(qū)動(dòng)車輛數(shù)據(jù)“爆發(fā)式增長”；相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)若想維持競爭力，就必須高效處理和分析這些數(shù)據(jù)。模塊化的SOA和OTA更新對大型復(fù)雜軟件的維護(hù)至關(guān)重要，并催生可滿足車主最新需求的商業(yè)模式。由于第三方APP開發(fā)者將越來越多，車載娛樂系統(tǒng)將越來越應(yīng)用程序化，甚至高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）也會(huì)在一定程度上APP化。對數(shù)據(jù)安全的關(guān)注將逐漸從純粹的權(quán)限控制策略轉(zhuǎn)變?yōu)榫C合性安全概念，以達(dá)到預(yù)測、避免、檢測和防御網(wǎng)絡(luò)攻擊的目的。

汽車電子電氣架構(gòu)未來走向的十大假設(shè)

通向未來技術(shù)和商業(yè)模式之路遠(yuǎn)未明晰。我們就此提出了十大假設(shè)。

趨勢1：電控單元（ECU）的整合程度將提升

汽車行業(yè)將轉(zhuǎn)為整合的ECU架構(gòu)，這在高級輔助駕駛系統(tǒng)（ADAS）和高度自動(dòng)駕駛（HAD）功能上尤為必要，而其他車輛功能則仍可能保持較高程度的去中心化。

隨著自動(dòng)駕駛的發(fā)展，軟件功能虛擬化和硬件簡化的重要意義將進(jìn)一步提升，而這可能以幾種形式成為現(xiàn)實(shí)。一是將硬件整合到針對不同時(shí)延性和可靠性要求的堆棧中；二是一個(gè)冗余的“超級計(jì)算機(jī)”將取代ECU的地位；三是徹底放棄控制單元的概念，轉(zhuǎn)而采用智能節(jié)點(diǎn)計(jì)算網(wǎng)絡(luò)。

趨勢2：特定硬件使用堆棧數(shù)量將受到限制。下列四個(gè)堆棧會(huì)成為今后五到十年內(nèi)新一代汽車的基礎(chǔ)：

時(shí)間驅(qū)動(dòng)棧。控制器直接與傳感器或執(zhí)行器相連，而系統(tǒng)則需要支持嚴(yán)格的實(shí)時(shí)要求和低延遲時(shí)間；資源調(diào)度將基于時(shí)間。該堆棧包括達(dá)到最高汽車安全完整性等級的系統(tǒng)，例如經(jīng)典的汽車開放系統(tǒng)架構(gòu)（AUTOSAR）。

事件-時(shí)間驅(qū)動(dòng)堆棧。這一混合堆棧能將諸多高性能安全應(yīng)用結(jié)合在一起，例如ADAS及HAD。操作系統(tǒng)將應(yīng)用程序和外設(shè)分隔；應(yīng)用程序則根據(jù)時(shí)間進(jìn)行調(diào)用。在應(yīng)用程序內(nèi)部，資源調(diào)度可以根據(jù)時(shí)間或優(yōu)先等級決定。運(yùn)行環(huán)境將確保關(guān)鍵的安全應(yīng)用與車內(nèi)其他應(yīng)用程序分隔并獨(dú)立運(yùn)行。目前這一概念的示例是自適應(yīng)AUTOSAR。

事件驅(qū)動(dòng)堆棧。該堆棧以對安全等級要求較低的資訊娛樂系統(tǒng)為中心。這些應(yīng)用程序與外設(shè)清晰地分隔開來，資源調(diào)度將遵循最優(yōu)化原則或基于事件。該堆棧包含允許用戶與車輛交互的常用可視功能，如安卓、汽車等級Linux、GENIVI和QNX。

云堆棧。該堆棧協(xié)調(diào)車輛外界對車輛數(shù)據(jù)及功能的訪問，并負(fù)責(zé)通信、安全、以及應(yīng)用程序認(rèn)證。該堆棧還須建立一個(gè)預(yù)定義的車輛界面，包括遠(yuǎn)程診斷。

趨勢3：擴(kuò)展的中間層將使應(yīng)用程序從硬件中抽象化

隨著車輛逐漸演變成移動(dòng)運(yùn)算平臺，中間件(middleware)將實(shí)現(xiàn)車輛重新配置，以及相關(guān)軟件的安裝和升級。當(dāng)前ECU內(nèi)部的中間件只是負(fù)責(zé)跨ECU間的通信。新一代車輛則與此不同，中間件將是域控制器與功能訪問之間的連接。中間層在ECU硬件之上運(yùn)作，并推動(dòng)抽象化和虛擬化、SOA以及分布式運(yùn)算。

趨勢4：車載傳感器數(shù)量將飛速增加

在今后兩到三代汽車產(chǎn)品上，整車企業(yè)將安裝多個(gè)具備相似功能的傳感器，來確保車輛具有充足的安全冗余。長期看來，行業(yè)將開發(fā)更完善的傳感器解決方案來減少傳感器數(shù)量和成本。

長遠(yuǎn)來看，對于車輛傳感器數(shù)量，可能會(huì)出現(xiàn)不同的發(fā)展情景——增加、穩(wěn)定不變或是下降。哪個(gè)情景最終會(huì)發(fā)生將取決于監(jiān)管政策、技術(shù)成熟度以及在不同用途下使用多個(gè)傳感器的能力。舉例來說，監(jiān)管部門可能要求更加密切地監(jiān)控司機(jī)身體狀況，從而增加傳感器的應(yīng)用。然而，一味增加，或者數(shù)量維持不變，都不利于成本控制。所以減少傳感器數(shù)量的動(dòng)力將會(huì)較為充足。未來的高級算法與機(jī)器學(xué)習(xí)可增強(qiáng)傳感器性能和可靠程度，再輔之更加強(qiáng)大的傳感器技術(shù)，傳感器冗余將有望減少。

趨勢5：傳感器將更加智能

集成化的智能傳感器將被用來管理HAD所需的大量數(shù)據(jù)。傳感器融合和3D定位等高級功能將在中心化運(yùn)算平臺上進(jìn)行，預(yù)處理、篩選和快速反應(yīng)則很可能直接在傳感器內(nèi)完成。據(jù)估算，一輛自動(dòng)駕駛汽車每小時(shí)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量將達(dá)4TB，因此，傳感器將需要完成部分傳統(tǒng)由ECU完成的工作。為確保正確運(yùn)轉(zhuǎn)，新一代傳感器清潔系統(tǒng)，例如除冰除塵等，將尤為必要。

趨勢6：全電力和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)冗余將變得至關(guān)重要

對可靠性要求較高的安全類關(guān)鍵應(yīng)用，將利用整個(gè)冗余圈來完成所有對安全行駛至關(guān)重要的工作，如數(shù)據(jù)傳輸和電力供應(yīng)等。電動(dòng)汽車、中央計(jì)算機(jī)和高耗能分散式計(jì)算網(wǎng)絡(luò)都會(huì)需要具備冗余性的新型能源管理網(wǎng)絡(luò)。線控轉(zhuǎn)向和其他HAD功能所需的高容錯(cuò)性同樣需要冗余系統(tǒng)設(shè)計(jì)。這一切尚難以在目前的故障保護(hù)監(jiān)控應(yīng)用架構(gòu)上完成，仍有待進(jìn)一步突破。

趨勢7：“汽車以太網(wǎng)”勢不可當(dāng)將成為整車支柱

數(shù)據(jù)量的提升、HAD的冗余要求、互聯(lián)環(huán)境下的安全保障，以及跨行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議的需求很有可能催生汽車以太網(wǎng)，并使其成為冗余中央數(shù)據(jù)總線的關(guān)鍵助推因素。以太網(wǎng)解決方案可以實(shí)現(xiàn)跨域通信，并通過添加以太網(wǎng)擴(kuò)展，例如音-視頻橋接（AVB）和時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò)（TSN）等，來滿足實(shí)時(shí)性要求。

本地互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)、控制器區(qū)域網(wǎng)絡(luò)等傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)將繼續(xù)在車輛上運(yùn)用，但僅用于封閉式的低級網(wǎng)絡(luò)，如傳感器和執(zhí)行器等。FlexRay和MOST等技術(shù)有可能被汽車以太網(wǎng)及其擴(kuò)展（如AVB、TSN等）取代。

趨勢8：整車企業(yè)會(huì)嚴(yán)控與功能安全及HAD相關(guān)的數(shù)據(jù)互連，但將為第三方訪問數(shù)據(jù)開放接口

發(fā)送與接收安全關(guān)鍵數(shù)據(jù)的中央互聯(lián)網(wǎng)關(guān)將始終直接且僅連接到整車企業(yè)的后臺，第三方會(huì)被允許進(jìn)行數(shù)據(jù)訪問（被監(jiān)管法規(guī)排除的場景除外）。然而，在車輛APP化的推動(dòng)下，資訊娛樂系統(tǒng)的新興開放接口將允許內(nèi)容和應(yīng)用程序供應(yīng)商加載內(nèi)容，而整車企業(yè)將盡可能嚴(yán)格地保持各自的標(biāo)準(zhǔn)。

目前的車載診斷端口將被互聯(lián)通訊方案取代。通過接入整車物理端口來讀取車輛數(shù)據(jù)不再必要，登陸車企后臺即可。車企將在其后臺開放若干數(shù)據(jù)接口，以滿足若干特定場景的需求，如失竊車輛軌跡追蹤或個(gè)性化保險(xiǎn)等。

趨勢9：汽車將在云端結(jié)合車內(nèi)及車外信息

雖然非車企以外的企業(yè)參與程度仍取決于監(jiān)管法規(guī)，非敏感數(shù)據(jù)（即非隱私或安全相關(guān)數(shù)據(jù)）仍然有望更多地在云端進(jìn)行處理。隨著數(shù)據(jù)量的增長，大數(shù)據(jù)分析將被越來越多地應(yīng)用于數(shù)據(jù)處理，并將基于數(shù)據(jù)處理結(jié)果制定相應(yīng)的行動(dòng)方案?；跀?shù)據(jù)的自動(dòng)駕駛的應(yīng)用及其他各項(xiàng)數(shù)字化創(chuàng)新將依賴于不同企業(yè)之間的數(shù)據(jù)共享。當(dāng)然現(xiàn)在仍然不清楚不同企業(yè)間的數(shù)據(jù)共享將如何實(shí)現(xiàn)、由誰實(shí)現(xiàn)，但主要的傳統(tǒng)供應(yīng)商和技術(shù)企業(yè)已經(jīng)開始建立有能力處理此種海量數(shù)據(jù)的集成化平臺。

趨勢10：汽車將應(yīng)用雙向通信的可更新部件

通過車載測試系統(tǒng)，汽車可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)檢查功能和集成更新，從而推動(dòng)生命周期管理，以及增強(qiáng)或解鎖產(chǎn)品的售后功能。所有ECU都會(huì)與傳感器和執(zhí)行器交換數(shù)據(jù)，并檢索數(shù)據(jù)包來支持創(chuàng)新性用例，如基于車輛參數(shù)的路線計(jì)算。

OTA更新是HAD的前提條件，它還將有助于開發(fā)新功能、確保網(wǎng)絡(luò)安全，并使車企得以更快部署功能與軟件。事實(shí)上，正是OTA推動(dòng)了本文提及的多項(xiàng)整車架構(gòu)上的重大變革。

為實(shí)現(xiàn)類似智能手機(jī)那樣的升級性，汽車行業(yè)須克服限制性的經(jīng)銷合同、監(jiān)管要求和安全與隱私問題等諸多挑戰(zhàn)。整車企業(yè)將與該領(lǐng)域的技術(shù)供應(yīng)商密切合作，在OTA平臺上實(shí)現(xiàn)車隊(duì)標(biāo)準(zhǔn)化。

車輛將在全壽命周期內(nèi)獲取功能性及安全性升級。監(jiān)管部門可能強(qiáng)制要求軟件維護(hù)，來確保車輛設(shè)計(jì)的安全完整性。更新和維護(hù)軟件的責(zé)任將在車輛維護(hù)與運(yùn)行領(lǐng)域催生新業(yè)務(wù)模式。

評估汽車軟件和電子架構(gòu)的未來影響

軟件和電子架構(gòu)在未來面臨的顛覆性趨勢同樣不可小覷。諸多戰(zhàn)略性舉措可能就此催生：車企可以組建行業(yè)聯(lián)盟來實(shí)現(xiàn)車輛架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)化，IT巨頭可以引入車載云平臺，出行方案供應(yīng)商可以開發(fā)開源車輛堆棧和軟件功能，車企也可引入更加先進(jìn)的互聯(lián)車輛和自動(dòng)駕駛車輛。

對于傳統(tǒng)整車企業(yè)而言，從以硬件為中心轉(zhuǎn)為以軟件為導(dǎo)向，以服務(wù)為主導(dǎo)的挑戰(zhàn)更為艱巨。我們在此提出五條戰(zhàn)略建議：

將車輛與車輛功能的開發(fā)周期分離。整車廠和一級供應(yīng)商須從技術(shù)和組織的角度，明確如何在車輛開發(fā)周期之外，進(jìn)行整車功能的開發(fā)、供應(yīng)及部署?？紤]到目前的車輛開發(fā)周期，整車企業(yè)須找到管理軟件創(chuàng)新的方式，還 應(yīng)思考如何為現(xiàn)有車輛制定加裝和升級方案（例如計(jì)算單元）。

為軟件和電子技術(shù)開發(fā)制定附加值目標(biāo)。整車企業(yè)必須找到自身能建立控制點(diǎn)的差異化功能，因?yàn)榍逦x軟件和電子技術(shù)開發(fā)的附加值目標(biāo)意義重大。同樣重要的是，明確哪些領(lǐng)域可能被“同質(zhì)化”，或者有哪些課題只能由合作伙伴提供。

為軟件貼上清晰的價(jià)格標(biāo)簽。軟件與硬件的分離意味著整車企業(yè)需要重新思考單獨(dú)購買軟件的內(nèi)部流程和機(jī)制。除了傳統(tǒng)方法外，還須分析如何將軟件開發(fā)中的敏捷方法在采購流程中得到充分利用。在這個(gè)問題上，供應(yīng)商（一級、二級和三級）也扮演了關(guān)鍵角色。

圍繞新電子架構(gòu)設(shè)計(jì)具體的組織結(jié)構(gòu)（包括相關(guān)后臺）。在改變內(nèi)部流程來交付和銷售高級電子技術(shù)和軟件之余，企業(yè)還應(yīng)思考如何為與車輛相關(guān)的電子技術(shù)課題建立相應(yīng)的組織結(jié)構(gòu)。 分層式的新架構(gòu)需要打破現(xiàn)有的垂直化體系，引入全新的水平化組織單元。另外，企業(yè)還須培養(yǎng)內(nèi)部軟件和電子開發(fā)團(tuán)隊(duì)的專有能力和技能。

將汽車功能商品化并以此為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)商業(yè)方案。企業(yè)必須分析哪些功能可以為未來架構(gòu)帶來真實(shí)收益，從而實(shí)現(xiàn)變現(xiàn)，由此可以為軟件和電子系統(tǒng)的銷售開發(fā)新的業(yè)務(wù)模式，無論其是產(chǎn)品、服務(wù)或某種全新概念。

中國將成為汽車軟件及電子產(chǎn)業(yè)發(fā)展的新高地

中國的整車行業(yè)在過去幾年取得了有目共睹的巨大發(fā)展。國產(chǎn)汽車行業(yè)的進(jìn)展不僅體現(xiàn)在傳統(tǒng)能源汽車的研發(fā)及制造上，也同時(shí)體現(xiàn)在了諸如汽車電動(dòng)化、共享化、互聯(lián)網(wǎng)化、無人駕駛化等所謂“新四化”上。國產(chǎn)汽車軟件及電子的發(fā)展，也會(huì)借此東風(fēng)，不斷取得新發(fā)展。

在上文述及的十大趨勢中，我們看到在一些中國領(lǐng)先汽車企業(yè)身上也有所體現(xiàn)。

趨勢1（ECU整合）：比亞迪近期宣布在最新的e平臺上實(shí)現(xiàn)儀表、空調(diào)、音響、智能鑰匙等控制模塊10合1，使整車控制模塊線束大幅減少，降低模塊故障率以及提升生產(chǎn)裝配效率。

趨勢2（汽車以太網(wǎng)）：上汽集團(tuán)最近推出了基于全新電子電氣架構(gòu)的電動(dòng)車平臺——Double E架構(gòu)，核心亮點(diǎn)之一是采用了支持海量數(shù)據(jù)極速傳輸?shù)囊蕴W(wǎng)技術(shù)。

趨勢3（整車廠商開放數(shù)據(jù)接口）：比亞迪于近期上線了汽車智慧開放平臺，并通過該平臺將車內(nèi)信號封裝為數(shù)百個(gè)API。開放的API內(nèi)容涵蓋車身、行駛數(shù)據(jù)、車速、全景、空調(diào)、雷達(dá)、充電設(shè)備等18類數(shù)據(jù)。

趨勢4（云端數(shù)據(jù)處理）：阿里巴巴推出的AliOS智聯(lián)網(wǎng)汽車解決方案，其一大亮點(diǎn)是充分發(fā)揮了阿里云在云計(jì)算、大數(shù)據(jù)和人工智能的優(yōu)勢，借助阿里巴巴的生態(tài)能力，賦能合作伙伴更好探索“數(shù)據(jù)x智能”驅(qū)動(dòng)的新型業(yè)務(wù)模式。

趨勢5（OTA）：上汽與阿里巴巴合作的斑馬智行在2017年底/2018年初完成對近40萬臺榮威/MG品牌乘用車的OTA升級，受到了業(yè)內(nèi)極大關(guān)注，堪稱是智能汽車在華發(fā)展的標(biāo)志性事件之一。

汽車軟件和電子系統(tǒng)的新時(shí)代已經(jīng)開啟。此前業(yè)內(nèi)奉為圭臬的業(yè)務(wù)模式、客戶需求和競爭格局都將發(fā)生劇變。我們對即將產(chǎn)生的產(chǎn)值和利潤持樂觀態(tài)度。但若想從變革中獲益，汽車行業(yè)的所有參與者均應(yīng)根據(jù)全新的環(huán)境，重新思考和謹(jǐn)慎定位（或再定位）自身的價(jià)值主張。