“硬件预埋，软件升级”成为当下车企的主流策略，未来两年将成为L3及更高级别自动驾驶发展的关键节点，具有领先软件和算法能力的车企、软件供应商有望获得重要机遇。
软件定义汽车虽然并不是一个新概念，但毫无疑问，它正在改变和改造着当前的汽车产业。据麦肯锡预测，到2030年汽车中软件价值占比将达到30%，届时全球汽车软件市场规模将高达840亿美元。“硬件预埋，软件升级”成为当下车企的主流策略，未来两年将成为L3及更高级别自动驾驶发展的关键节点，具有领先软件和算法能力的车企、软件供应商有望获得重要机遇。
而为了在从“硬件定义”到“软件定义”，再到“云原生”这一车辆架构进化过程中获得先机，安波福(APTIV)公司日前携手风河(Wind River)，推出了面向未来软件定义汽车的全栈式解决方案，涵盖软件、硬件、系统架构等多重领域。
云原生软件定义的汽车
随着移动出行向着高度智能化、电气化、软件定义汽车的方向发展，与汽车设计、制造和维护升级相关的软件架构、开发和管理流程需要进行彻底的变革。安波福全球首席技术官杨小熊(Benjamin Lyon)认为下面几个领域的创新需要特别重视：
- 首先，要简化电子电气架构，要用多功能的计算模块代替多个功能单一的模块；
- 其次，车辆必须采用现代化的、以服务为导向的软件架构，通过软件硬件解耦和软件无缝更新，保证产品的灵活性，以及在产品全生命周期中的有效和安全。
- 最后，为实现快速可靠的技术创新，行业需要建立统一的端到端云原生的DevOps平台，实现高效、持续的软件开发、集成与部署。
当然，所有这些创新技术都需要建立在高可靠性和高可扩展性基础之上。
为此，安波福在2022年宣布收购风河公司，双方携手开发了业界首个端到端云原生DevOps平台。它能够将其覆盖的所有车辆用户的数据分析汇总到同一个软件开发、测试和部署平台，同时利用内置数据分析工具生成的成果，持续改进已上市车辆以及未来的新车型。
考虑到移动出行未来将是电气化和云原生的。通过将风河云原生软件平台Wind River Studio集成到安波福智能汽车架构SVA™中，安波福能够帮助客户打造智能、安全的云原生车辆，解锁软件定义汽车整个生命周期的全部潜力。
“老鼠窝”与“现代艺术品”
“我们在2017年构想SVA™架构时，制定了三个目标：简化，融合和赋能。”安波福连接器业务部亚太区技术总监李慧斌解释称，所谓“简化”，是指减少ECU的数量，降低ECU之间的相互依赖性。在此基础上，“融合”各类应用程序，实现新的基于软件的功能并提供更好的生命周期管理，最终实现对OEM的“赋能”，使OEM能够完全自己掌控直接影响用户体验的应用软件。
从架构角度来说，SVA™的设计理念主要体现在以下三个方面：
- 软件与硬件分离，使软件开发不再依赖底层硬件。
- 输入输出与计算设备分离。将所有的物理和逻辑连接都放到传感器和设备端，并将它们转移到一个区域控制器中。这为用户提供了一条经济可行的路径，在硬件、电源、数据及计算三个层面实现冗余，有利于确保L3级及以上自动驾驶汽车的功能安全。
- 在前两点基础上，整个中央计算平台实现了“服务器化”，这意味着可以开发覆盖车辆多个域的高性能计算机，从而大幅减少当前车辆中的控制器数量。
SVA™架构下的核心硬件则包括车辆中央控制器(CVC)、开放服务器平台(OSP)和电源数据中心(PDC)。简单而言，CVC在软件定义汽车中起着关键的作用，它管理所有的车载和非车载数据通信，同时将汽车大脑做出的决定转化为神经系统执行的动作。换句话说，CVC是将应用软件从底层硬件中抽离出来的根本；OSP是车辆的大脑，负责高性能计算，运行许多应用软件，包括车内用户体验和ADAS；PDC是车辆神经系统的重要节点，每个PDC管理特定区域的电源和数据通信，包括传感器和执行器。
李慧斌表示，如果采用SVA™架构，由于实现了软硬件分离、输入输出与计算分离，在汽车全生命周期所包含的开发、制造和出厂后三个阶段中，使用成本都会得到大幅下降。
例如在开发阶段，OEM的成本主要消耗在集成和测试上，而SVA™可以大大降低这些成本；在制造阶段，因为完全模块化的设计，整车装配可以高度自动化，节省了诸如重量、空间、零件数量、地面空间和劳动力等；出厂后，SVA™可以消除大部分与软件相关的保修费用，年度改款或车型升级可以通过OTA来实现，这样就可以做到给已经上市车辆和正在下线的新车提供相同的软件。
在李慧斌分享的一个真实案例中，在SVA™架构下，通过把所有分布式ECU整合到几个域控制器中，节省了多余的MCU、电源、连接器、铜导线和令人头疼的线束设计、安装和维护工作。此举使得线束重量大约减轻了20%，计算设备的重量和组装空间减少了25%。PDC简化了物理复杂性，将线束长度限制在2.5米以下，1-2人就可以安装，节省50％以上的人工成本。此外，由于采用扁平线束和Dock＆Lock连接器系统，SVA™可以实现整车装配的高度自动化，进一步降低人工成本。
“今天的整车架构是如此复杂，通常被戏称为老鼠窝，与它相比，SVA™可以说是一件现代艺术品。”李慧斌说。
打造智能、安全的云原生汽车
风河解决方案核心Wind River Studio是业界第一个云原生嵌入式软件DevOps平台，覆盖了软件的开发、部署、运营以及后续维护的整个生命周期，而且这套复杂系统可以通过单一的界面实现全生命周期的管控，从而提高工程师的开发效率，降低成本。
风河系统公司资深销售总监，中国区负责人冯伟江介绍称，Wind River Studio分成两部分，一部分是基于云端的Studio工具集，另一部分是在车内侧相应的运行态软件。
- 云端
Wind River Studio是一套面向嵌入式软件的DevOps系统，系统仿真和虚拟实验室是其众多功能中最具代表性的两点——系统仿真工具可以使软件开发工程师在硬件设备还没开发出来之前就可以进行软件的同步开发和测试，从而大大降低开发时间；而虚拟实验室可以把各种虚拟的、物理的设备管理起来，并将其纳入到整个流水性管理系统中，真正实现整个系统的自动化。
在运营阶段，数字反馈回路工具可以实时收集车辆的数据，并对它们进行相应的建模，产生相应的数字孪生。当发现车辆有任何问题时，开发工程师可以在线更新软件，通过空中下载技术(OTA)及Conductor工具对单辆汽车，甚至整个网络中的所有车辆进行实时更新。
- 车内侧的运行态软件
VxWorks是风河公司著名的嵌入式操作系统，也是业界第一个支持容器化部署，并通过最高汽车安全等级ASIL-D的实时操作系统。Helix虚拟化平台属于Type-1体系，可以使不同安全等级的应用部署其上，在采用该虚拟化技术之后，对系统的干扰损耗可以降到最低。
车载软件与云端软件的协同工作通过容器管理编排工具Kubernetes实现。通过数据反馈回路，可以实时将汽车端数据反馈到云端，Wind River Studio可以利用这些数据产生数字孪生系统，进行虚拟仿真/模拟仿真。或是通过对数据进行分析，及时发现车辆问题，然后通过OTA及时修补，同步对车辆更新。
“当前的汽车软件是一个软硬件紧密耦合的复杂系统，不同安全等级的应用由不同的硬件进行管理或运作。但这套系统并不是一套高效的系统，所以风河公司提出采用Hypervisor虚拟化技术来解决这个问题。然而，不同安全等级的应用都需要支撑，这是一个很大的挑战。”冯伟江说。
下图展示了一个比较典型的ADAS系统，可以看到它是一个非常复杂的单体软件，ACC(自适应巡航模块)、SLA(限速辅助)等功能模块耦合度高，相应的库与库之间存在高度依赖关系。如果要对其中的ACC模块进行更新，就会牵涉到Lib1/Lib4两个库的更新，而Lib1和Lib4又与其他模块相关联，从而导致系统中的模块可能都要进行同步升级，这将带来巨大的工程量和成本。
但如果采用容器(Container)方案来解决，每一个功能模块都独立封装而且可以独立更新，相互之间依赖度大大下降。在VxWorks的加持下，用户既可以符合ASIL-D安全等级要求，同时也具备容器化能力。这样，ACC升级只要同步升级相关的工具包或副本文件，其他所有的功能模块则不受影响。
通过对一个大规模OEM软件工程的测算，部署Wind River Studio后可节省约25%的成本，包括：
- 开发阶段，以容器化来隔离软件部件，提升软件重用，从而降低开发和测试成本，可带来20%左右的成本节约。
- 部署阶段，在OTA更新时以模块化来缩小文件，减少数据传输/存储成本，节省约35%的成本。
- 运营阶段，由于数字环路、数字孪生提供了车辆数据的实时可视化，支持软件缺陷的预先补救，降低了后续的保养、保修成本，可节省约25%的成本。
完整的电气化系统能力
为了满足汽车电气化的要求，安波福不断提升电气化能力并丰富电力电子产品线。通过在电力电子方面新推出的产品，包括800伏双向车载充电器和DCDC转换器，安波福能够提供从电网端到动力电池完整的电气化系统性解决方案。
电力电子系统需要升级集成以降低车辆复杂性、确保可靠性和实现新功能，而整合电子电力功能是一项巨大的挑战。安波福可以将复杂的功能整合到一个集成式电力电子控制器中，同时支持冗余、提高功率密度并保持最高级别的安全性，从而助力实现汽车架构的变革。
安波福还展出了全新产品超级电容模块，为汽车提供电源冗余方案，提高12伏电池的寿命。安波福通过提前布局800V高压系统产品和低压储能模块，以不同的产品组合来满足客户高低压电气化架构的各种需求。
安波福全球电子电力总监钱乐伟表示，到2030年，全球50%上路行驶的车辆都将配备高压电气化系统，是当前市场渗透率的两倍。因为消费者希望获得更加环保、科技感更加丰富的体验，要求车辆的电气架构具有更大的功能以及功率密度。为了实现这一点，系统高压和低压架构需要变得更小，以便在物理上容纳 "更多的功能”。此外，车辆需要轻量化以增加续航里程，需要变得更加可持续。所有这些转型都离不开电动汽车核心的电力电子零部件以及系统的集成化以及智能化。
在谈及“集成电力电子如何与智能汽车构架SVA™进行整合”话题时，钱乐伟指出，集成电力电子和电池管理系统的控制器可以从低压构架上与SVA™进行无缝连接或者整合，助力简化控制器数量。同时，集成电力电子系统的高压低压转换器物理连接电动汽车的高压低压总线，提供SVA™需要的可靠性、高效率和功能安全性的要求。
最重要的一点，在软件层面、电池管理、能量管理、电网通信管理的软件模块的智能化、云端化、信息安全化，都是对SVA™系统应用优化的体现。尽管不同类型产品的种类和数量在增加，但对于OEM来说，总体成本却在下降，因为车辆架构通过整合和利用全系统解决方案得到了优化。
AI赋能第六代ADAS平台
在此次车展上，安波福还推出了由中国本土团队领衔开发、行业领先的行泊一体ADAS解决方案，可以实现领航辅助、自动泊车、记忆泊车和泊车紧急制动等功能。该解决方案在国内率先搭载安波福第七代4D毫米波雷达(包括前向雷达FLR7、侧雷达SRR7和SRR7+)，在维度层面新增高度信息，采用了最新的空气波导裂隙天线技术，在提高性能的同时又极大地优化了成本，并可结合机器学习算法以及更加底层的点云输出，最大化提高雷达检测的各项性能。同时，为了实现更高级别的辅助驾驶，安波福还可提供行泊一体更高版本的解决方案，采用包括4D成像雷达在内的更高配置，实现智慧领航和代客泊车等更多的功能。
安波福中国研发中心产品开发总监张磊强调称，相比传统高度依赖视觉的系统，新平台更注重提升雷达性能及多传感器整合，估计成本效益能够高出25%，能效高出65%。此外，安波福还将创新延伸到了基于雷达的定位系统，该系统将统计地图技术与雷达利用机器学习所检测到的环境参考点相结合，以确定车辆的确切位置。
值得关注的是，第六代ADAS平台通过应用人工智能和机器学习来进一步提高性能，而不仅仅是通过堆传感器来实现。众所周知，ADAS系统的挑战在于感知。向高级智能驾驶进化的过程中，从以往只要求目标检测到现在需要能够重建整个道路环境、理解整个环境，并需要360度无死角，就需要增加更多的传感器，需要更高的精度同时更小的体积以安装布置，但这又增加了感知系统的复杂性和系统间的相互依赖性，极大延长了研发与生产周期。而通过引入AI/ML, 雷达的性能在各个场景下都有50%以上的提升，可以更好的实现场景分割及可驾驶区域的探测。
结语
今年适逢安波福在华三十周年，作为兼具汽车“大脑”和“神经系统”独特优势的系统供应商，安波福目前在中国设有7个技术研发和工程中心、20多个生产基地，在3600多名工程师当中，有约22%为软件开发工程师。安波福亚太区总裁杨晓明博士表示，公司很多最新的创新技术成果，都是在中国本土研发且全球首发的，未来，安波福将通过持续创新不断完善产品组合及解决方案，与用户共同打造更加可持续的移动出行未来。
您可能感兴趣
