特斯拉先人一步,“软件定义的汽车”再解读

发布时间:2021-06-11 发表于话题:对先人的解释 点击:44 当前位置:黄埔网 > 科技 > 软件 > 特斯拉先人一步,“软件定义的汽车”再解读 手机阅读

“智车芯动”,这名儿改的好!“智者”车联网、人工智能也;“芯”者,半导体器件也;“动”者,功率动力也。它涵盖了今天和未来汽车行业的发展方向。抛砖引玉一下,今天就谈谈与“智”有关的话题吧!

去年5月,为解电动汽车频繁起火自燃烧毁燃眉之急,特斯拉开始对旗下Model S和Model X进行无线软件更新,以延长电池寿命和提高安全性。这样的事例不禁让人想起前百度高级副总裁、自动驾驶事业部总经理王劲2016年提出的概念——软件定义的汽车(Software Defined Vehicles,SDV)。其核心思想是,未来定义汽车价值的不再是传统的技术与性能指标,而是以人工智能为核心的软件技术。也就是说,未来买车时人们将不会把油耗、马力大小等传统参数作为唯一标准,而是像购买智能手机那样,更关注汽车的智能体验、安全性等。

当年,记者曾发问,百度会不会把无人驾驶汽车的软件平台独立出来,打造一个类似于手机的独立操作系统?王劲回答说,系统包括软件和硬件,百度还没有做出最后决定把软件独立出来。他表示:“有可能我们发布一个软件,但硬件是什么规范还没有拿出来,我们正在不断的迭代过程中。”

4年来,对软件定义的汽车这个概念的解读并不多,倒是国外一些知名厂商在借题发挥,不断诠释着自己的理念。近日,特斯拉又宣布,即将进行最新软件更新,让车主能够利用车载大屏查看行车记录仪视频。

关于软件升级,特斯拉官网有这样的描述:Tesla车辆会定期通过Wi-Fi网络接收空中软件更新,不断增加新功能并完善现有功能。当有可用更新时,车辆的中央触摸屏将会显示通知。您可选择立即安装更新,或指定时间稍后安装。”还有:“通过OTA空中软件更新,车辆可以不断增加新功能并完善现有功能,让您的爱车随着时间的推移变得更安全,更强大。”特斯拉在软件定义的汽车商品化路上的确先走了一步。当然,特斯拉这样做被动居多,更离不开许多合作伙伴的鼎力相助。

软件定义的汽车之再解读

据IDTechEx预测,到2040年,自动驾驶汽车市场(让汽车自行驾驶的硬件和软件)每年将超过1700亿美元,这为整个自动出行生态系统的利益相关者提供了巨大的机会。

历经近4年时间,业界对“软件定义的汽车”的定义已有了共识:它描述的是一种特征和功能主要通过软件实现的车辆,汽车正在从主要基于硬件的产品逐步转变为以软件为中心的车轮上的电子设备。

如今,高档汽车已经有多达1.5亿行的软件代码,分布在多达100个电子控制单元(ECU)和越来越多的传感器、摄像头、雷达和光探测及测距设备中。大众市场汽车中的软件代码行数也在不断增加。电气化、自动化和连接性三大趋势正在重塑客户的期望,并促使制造商越来越多地使用软件来解决各种问题。

软件的相对复杂性越来越高

可以看到,从1980年开始,软件内容不断增加,软件的相对复杂性也在不断增加,初级阶段是域扩展,利用计算平台知识提供增量特性和功能;高级阶段则是开始自下而上的集成,用高性能计算平台充当自然功能整合器。

过去,汽车制造商是通过马力和扭矩等机械特性使自己与众不同。如今,消费者越来越多地寻找由软件定义的功能,如驾驶员辅助功能、信息娱乐创新和智能连接解决方案。随着驾驶员辅助功能逐渐发展为更加自动化驾驶和完全自主驾驶,对更多软件的需求也在增长。由于消费者希望在他们的信息娱乐系统中有更丰富的内容,也增加了车辆必须管理的数字内容的数量。随着车辆成为物联网(IoT)的一部分,向云端和从云端传输大量数据,更需要软件来处理、管理和分发所有这些数据。

大脑到神经网络再到云,都离不开软件

除了开启新的安全性、舒适性和便利性功能外,与硬件定义的前代车型相比,软件定义的汽车还有许多其他优势。

今天大多数汽车要升级信息娱乐、远程通信或车辆诊断系统的软件需要到4S店,而软件定义的汽车能够接收到空中传送(OTA)更新,包括安全补丁、信息娱乐改进,以及车辆核心功能(如动力传动系统和车辆动力学)的监控和调整。

在汽车使用过程中,电子控制单元(ECU)会向传感器和执行器发送和接收大量数据,使车辆制造商能够深入了解车辆的各个方面、性能及其在连接生态系统中的位置。这使汽车制造商有了改进生命周期管理的机会,还可以为客户提供的创收功能,更容易与客户建立更加深入、紧密的关系。

软硬件开发分离是关键

面对软件定义的汽车发展趋势,汽车制造商需要如何改变呢?最重要的就是软硬件开发的分离。手机就是一个很好的例子。最初,手机中的软件和硬件是紧密耦合的,但随着智能手机的兴起,手机变为一个软件平台,它支持一个应用生态系统,而无需考虑底层硬件。同样的情况正在汽车软件上发生,汽车制造商开始为自己及其他被批准参与者的应用创建“围墙花园”,应用开发者要想接触到“墙”里的用户,就必须经过“花园”管理者的许可。

此外,向软件定义的汽车的过渡意味着车辆制造商及其合作伙伴将不得不进行几个重要的转变:其一,敏捷方法将推动持续的软件开发,而不是原来按“车型年份”的开发周期,在汽车使用过程中,OEM也将能将软件部署到汽车上;其二,由于车辆要处理来自各种传感器的数据,并与包括道路上其他车辆在内的广泛生态系统进行交互,计算需求将日益增加,汽车制造商将必须开发数据分析系统,处理这一庞大的数据流,甚至是接近实时处理;其三,整个行业需要重新考虑其车辆软件、电气和电子架构的方法,转向更模块化的面向服务架构(SOA)的模型,这样才更容易构建块格式可重用的软件组件;其四,为了避免、检测和防御网络攻击,安全战略将变得更加重要,以保护整个系统,而不是仅仅保护其中的单个组件或盒子。

数据传输速度、决策制定和数据生成的增长难以想象

看看成功案例

让设计师能够更加简单方便地开发出极致用户体验是汽车软件开发商一直在努力的目标。他们希望帮助客户将其愿景和概念转化为能最终搭载在实车上、消费者可以随处体验到的人机接口(HMI),另外还有客户的上市时间和投资回报率。

倡导一个框架、一套代码库和任意平台部署的软件公司Qt Group在CES 2020上演绎了联网车辆的数字未来,在Qt的人机界面开发平台上展示了来自全球顶级OEM的数字驾驶舱显示器,让我们看到汽车行业正朝着大规模生产软件定义的汽车的方向发展。Qt展示的创新包括:采用Qt的Android汽车操作系统HMI开发平台;采用Qt-Quick最新进展的高视觉逼真度2D/3D用户界面;以及基于Qt单片机的MCU嵌入式软件。

Qt的人机界面开发平台

该公司通过其跨平台软件框架来实现推进其数字化转型计划的目标,有助于在商业和开源许可下开发应用程序和设备,包括汽车应用。去年,公司发布了Qt Automotive Suite 5.13版,该套件包含完整的HMI工具链和框架,主要用于下一代数字座舱开发。Qt Automotive Suite旨在解决汽车行业在数字座舱人机界面开发中遇到的主要挑战,融合了世界一流的工具和汽车专用HMI组件,并针对Qt在嵌入式设备的应用进行了优化,最终实现只需通过一个平台就能提供独有的、完整的、端到端人机界面解决方案。

其中的Qt 3D Studio是一个真正统一的HMI工具链和框架,为设计师提供了先进的UI创作工具。随着3D在HMI中的地位日益重要,设计师需要这样一款可以快速构思、设计3D用户界面/用户体验的工具软件。现在设计师可以使用Qt 3D Studio及其包含的Runtime来呈现3D内容。直接从Qt 3D Studio项目载入资源,可以简化因设计人员变更设计方案时增加的整合工作。优化的3D车模可以改善其加载时间。为了最好地发挥硬件的能力,可以在三种不同的复杂度之间进行模型切换。

Qt打造的奔驰A-Class 2019款数字驾驶舱

Qt信息技术工程师Juhapekka Niemi告诉客户,创造功能强大的车载信息娱乐系统、仪表盘和抬头显示系统不应耗费太多时间。利用其庞大的库类、集成工具、与硬件、操作系统的无缝集成和成熟的解决方案,工程师可以轻松打造强大的每秒60帧车载显示屏,从而缩短开发周期,赢在起跑线上。

Juhapekka Niemi

Qt Automotive Suite是一种实现领先于行业、为用户所钟爱软件的最快捷、最聪明的方法,可以让整车厂和一级设备供应商专注于创新的用户体验,不必分心于适应架构和开发环境,让车载信息娱乐系统(IVI)和仪表盘一路领先。

在与标致的合作中,Qt在紧凑型轿跑中提供了丰富的美学、技术和沉浸式体验。正是这种在空间和比例上的现实主义,使得标致e-LEGEND概念车成为现代性和活力的体现。

高科技元素和精细材料的巧妙结合——无论你开什么车,都能像在家一样舒适。

整合指尖上所有功能的智能架构

想想你在车里动动指尖,就能使用电动车窗、蓝牙、巡航控制、自动大灯和挡风玻璃雨刷。这些指尖上的功能易于操作,并且无缝集成在车辆中,因此很容易忘记使其全部功能化所需的庞大生态系统。

今天,新的车辆特性是以模块化的方式添加的。从Model T到Model 3,特斯拉一直以相同的方式添加特性。这个过程的结果是什么?今天的许多汽车都有超过3公里的电线,其电子ECU也超过了100个。

所有这些特性都对数据和电力系统提出了更高的要求。20年前,一辆普通汽车的耗电量相当于一个吹风机。今天,所需的电力相当于整个家庭。过去几年里,汽车在一秒钟内传输了15000条数据,而在2020年处理了100000条数据。过去汽车的数据速度大约是每秒150千比特,现在正以每秒千兆字节的速度进行。至今,我们甚至还没有接近未来的全自动汽车所需要的数据速度。

引领智能车辆架构(Smart Vehicle Architecture,SVA™)的Aptiv认为,四级和五级自主车辆将经历一个架构上的突破;因此,必须重新规划设计和制造过程。然而,我们一开始并没有意识到的是,许多客户已经在非自主车辆上遇到了架构麻烦。

智能车辆架构:打造未来出行

为什么会这样?汽车制造商完全创新了汽车的功能,但并没有彻底改变汽车的制造方式。将特征添加到车辆上的模块化的典型方式导致了制造过程的不灵活和负担不起。随着高级驾驶员辅助系统从半自主发展到完全自主,装配线也必须跟上这种发展。

于是,智能车辆架构应运而生了。

那什么是智能车辆架构呢?就是我们如何描述汽车的未来。各种各样的组成部分,如电气、主动安全、自动化和连接系统等等,构成了汽车的架构生态系统,我们把SVA设想为一个统一的主干,由三个关键系统组成:计算、网络和电源。如果你遵循从传感器到云的系统和电路,那基本上就是智能车辆架构。简而言之,SVA重塑了设计汽车的方式,为未来的软件定义的汽车创造了基础,同时也使客户有了灵活性。

Aptiv高级工程和对外关系副总裁Jada Smith表示:“当我们在SVA的基础上进行构思和改进时,我们到处都能找到灵感——有时我们简直能唾手可得。手机可以通过无线方式更新自己的软件,并且能够下载增加功能和灵活性的应用程序。”

她解释说,传统上,汽车是作为一个由嵌入式软件和硬件组成的整体来制造和销售的,因此很难改进单个功能。SVA通过将硬件和软件组件视为单独的系统,允许它们在不同生命周期来解决这个问题。通过这种方式将它们分开,然后再开发车辆的硬件,同时创建一个灵活的软件框架,其中包含定制的计算、数据和配电网络来支持它。这意味着驾驶员能够在不升级昂贵硬件的情况下为车辆添加更多功能和内容。“在未来,你将能够为你的软件下载更新,而不必进4S店,就像一部手机,”她补充道。

Aptiv高级副总裁、首席技术官兼总裁Glen De Vos问道:“多年来,汽车的设计都是安全第一。但是,当汽车本身被改造的时候,安全性会怎样呢?”他表示:“在重新设计创建车辆架构的方法时,我们也在重新设计安全系统,以便在架构组件之一出现故障时确保驾驶员的安全。我们开发了一个三层故障操作设计,将弹性嵌入所有三层(计算、网络、电源)。这意味着,在系统出现部分或全部故障时,车辆仍然能够安全停车。”

Glen De Vos

他介绍了所有三个层次的安全机制:

一是计算:在严重计算机故障中不依赖于一个集中的计算节点,在架构中加入了足够的冗余计算能力,使车辆安全停下来;

二是网络:如果车辆内的网络连接出现故障,虽然车内空间有限,不能创建一个完整的冗余网络,但却创新了一个双环拓扑系统,即灵活性和可承受性的交叉点,每个节点连接到另外两个节点,形成一个连续的路径——环,信号通过每个节点,效率远优于传统星型拓扑结构,可更好地处理重负载,并以一种负担得起的方式实现所需冗余;

三是电源:软件定义的汽车能像传统汽车那样只依靠一个动力源吗?最近许多人都在说“不”。智能车辆架构解决方案采用了智能双环电源和智能熔断器,能够以合理的价格提供故障操作性能。


这里还有网络的事儿

车内通信融合已成为一个趋势,而软件定义的汽车必然需要软件定义的车载通信网络,后者未来的发展要求采用一种系统级方法,为的是将当前车辆功能的需求与新型自适应性应用融合在一起,在提高数据流量的同时,要求使用更小、更加精确的确定性信号,而且还希望端到端的延迟会达到接近零的水平。

Michael Potts

高速网络解决方案领先供应商Molex首席系统架构师Michael Potts表示:“汽车行业正在经历一场重大的转型,目前正面对着来自车载通信技术的挑战,比如说自适应性应用等等。以太网车载网络通信解决方案是在软件定义的未来车辆中为具有自适应性的认知功能及应用提供强大支持的构建块。”

汽车技术的挑战来自3个方面

谈到车辆内外的端到端数据连接,他表示,完整的端到端信号完整性和全连接的车辆架构是自动驾驶的基础。为了实现这一目标,业界正在开发创新的解决方案,投资关键技术,建立稳定的生态系统,与领先的企业和OEM合作。

汽车网络连接解决方案涵盖的应用包括:信息娱乐、远程信息处理设备、安全和防撞摄像头、车内应用、导航系统、联网车辆服务及高级驾驶员辅助系统(ADAS)。这些应用的整合与联网对汽车技术的要求是具有挑战性的。

下一代车载以太网络平台实现完整的车辆生态系统

Molex开发了下一代车载以太网络平台,旨在实现完整的车辆生态系统。其下一代以太网车载通信技术可以通过网络满足联网车辆和自动驾驶车辆对自适应性应用的需求。

IEEE 802.1DG TSN标准概要是在IEEE802.1标准框架下基于特定应用需求制定的一组“子标准”,将会应用于“汽车车载以太网通信配置文件”的标准草案,目的是实现无缝冗余,达到超高的可靠性,对无人驾驶尤其重要。Molex开发的下一代车载以太网络平台可实现一套完整的车辆生态系统,跨越了软硬件和互连布线系统,实现无缝的多区域集成,以及未来升级所需的可扩展性。

总结一下

未来软件定义的汽车将提供更好的安全和安保功能、更高的自主性,具有功能及安全相关特性的每日更新能力,并将拥有一个用于连接服务(包括信息娱乐)的软件平台。它还将创造新的商业模式和收入来源,如防盗服务、紧急辅助警报和旅行指南。简言之,软件定义的汽车将为消费者和OEM创造机会,其中许多甚至还没有构想出来。

这个话题很大,并没有说完,供应链如何应对软件定义的汽车趋势额?下次再聊。

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