[汽車之家 深評]  軟件定義汽車這個概念已經(jīng)提出來兩三年了，對于汽車，尤其是電動車來說，從來沒有一個時代對軟件如此的重視。過去的2021年，汽車行業(yè)處于大變革之中，電動汽車繼續(xù)高歌猛進，市場占有率突破10%，比亞迪和新勢力交付創(chuàng)新高。與此同時，消費者在購買電動車的時候越來越看重智能化，而在智能化中，軟件扮演的作用越來越大。

　　自從上世紀90年代開始，汽車上開始有了軟件驅(qū)動，到現(xiàn)在軟件開始重新定義汽車，軟件的形態(tài)已經(jīng)發(fā)生了諸多變化，未來將如何發(fā)展，下面我們來探討一下。

電氣架構(gòu)向“中央集成式”進階　　

　　在汽車上，總是先有電氣架構(gòu)，才有軟件，電氣架構(gòu)是根基，而軟件則是根基上的枝葉。

　　簡單來說，電氣架構(gòu)對于一輛車來說，就是整個汽車所有控制器、傳感器、線束的總布置方案，電氣架構(gòu)能實現(xiàn)整車功能、運算、資源的協(xié)調(diào)統(tǒng)一。

　　以前我們不怎么提到電子電氣架構(gòu)這個概念，是因為整個汽車可能也就幾個控制器，用不上架構(gòu)來對他進行協(xié)調(diào)管理。而且大部分的部件都是機械控制，眾多機械部件不需要控制器和軟件來驅(qū)動，更不需要所謂架構(gòu)設(shè)計，大家各干各的就能讓車跑起來。

　　而當汽車智能化，電動化來到之后，控制器變多了：不僅僅是燃油車上控制器多了起來，電動車上的控制器更多：發(fā)動機、變速箱、ESP/ABS、車窗、安全氣囊、空調(diào)壓縮機等都需要控制器，現(xiàn)在傳統(tǒng)燃油車上大概有幾十個控制器，比如寶馬7系大概有40多個；而像蔚來這樣的智能電動車上，則會有上百個大大小小的控制器。

　　那么在這種情況下，原有的電氣架構(gòu)已經(jīng)不能滿足要求，現(xiàn)在需要更合理，更科學的電子電氣架構(gòu)。

　　談到電子電氣架構(gòu)的時候，就必須要說到這張圖：

　　這是博世對電子電氣架構(gòu)的升級過程預測，基本上整個行業(yè)也都在按照這個架構(gòu)演化。博世認為電子電氣架構(gòu)將從分布式ECU向域控制過渡，最終往中央集中架構(gòu)方向發(fā)展。

　　分布式架構(gòu)是老平臺乘用車，以及現(xiàn)在大部分商用車使用的架構(gòu)，一個控制器對應(yīng)控制一個部件，大家各管各的，相互之間的信號交互非常有限。這種架構(gòu)的不方便之處就是一旦控制器多了，控制器之間的信號交互處理就很麻煩，會導致整車線束變長，也給軟件的開發(fā)帶來很多難度。

　　比如一個班級里如果沒有組長，僅僅有班長一個人，他要跟所有學生交流信息和收發(fā)作業(yè)，那對于班長來說，他的工作量就很大了，他需要面對班里幾十個學生，溝通費時費力。

　　此時域控制器概念出現(xiàn)了。域集中式把整車分為幾個域，這種架構(gòu)在目前所有電動車（特斯拉除外），部分燃油乘用車上使用，是當下比較主流的電子電器架構(gòu)。域集中式架構(gòu)把整車分為5-7個域（動力域、底盤域、車身域、信息娛樂域和ADAS域），但是也有部分廠商（華為和大眾方案）將整個汽車分為三個域（功能類似的合并為一個域），最高決策層還是域控制器。

　　每個域都管理自己的一畝三分地，各個域上由一個域控制器統(tǒng)一管理，各個域控制器通過以太網(wǎng)或者高速CAN進行連接，而每個域的內(nèi)部，各個控制器通過低速CAN進行連接。

　　比如混合動力汽車，動力域上就有發(fā)動機，變速箱，電機，以及電池管理系統(tǒng)等部件，這些部件除了自己會有一個控制器（ECU）控制，還會有一個域控制器（VCU）對他們統(tǒng)一進行協(xié)調(diào)管理。

　　這就是一個班開始有了小組長（域控制器）作為各個組的接頭人，組長負責組員之間的信息傳遞和收發(fā)作業(yè)。

　　但是在域集中式電子電器架構(gòu)里，是沒有班長這個概念的，只有小組長（域控制器）這一層級，而且整個架構(gòu)是按照功能為劃分的，比如動力相關(guān)的都放在動力域，智能駕駛相關(guān)的都放在ADAS域里。

　　而中央集成式電子架構(gòu)就有了班長這個概念，而且域的劃分也不再以功能為劃分，而是以車輛物理界限為劃分，比如特斯拉Model3就有三個區(qū)域控制器和一個中央計算平臺(CCM)：左車身控制器，右車身控制器，前車身控制器，中央控制器CCM，其中CCM是最高決策控制器，負責管理各個核心的控制器。

『特斯拉電子電氣架構(gòu)』

　　目前的行業(yè)內(nèi)，只有特斯拉采用這種中央集成式電氣架構(gòu)。采用這種電氣架構(gòu)有很多好處，能夠顯著減少成本，從各個域控制器變成了單獨幾個區(qū)域控制器。比如Model 3相比上一代平臺，線束長度從3公里下降到了1.5公里，零部件數(shù)量從3萬個下降到了1萬個。這也是Model 3價格便宜，利潤率高的一個原因。

　　中央機構(gòu)毫無疑問將是未來智能汽車的下一代產(chǎn)品，寶馬下一代電氣架構(gòu)也將采用中央集成式電氣架構(gòu)，豐田也將采用類似特斯拉的中央集成式方案。除此之外，國內(nèi)企業(yè)如華為、智己汽車等也都在發(fā)力新架構(gòu)。

◆多種操作系統(tǒng)將同時共存

　　在汽車智能化之前，操作系統(tǒng)一直是基于AUTOSAR架構(gòu)下的RTOS實時性操作系統(tǒng)，這種操作系統(tǒng)最大的特點就是高實時性。實時性意味著高確定性，意思是駕駛員踩下油門希望獲得加速度時，軟件就一定會在規(guī)定的時間內(nèi)，輸出相應(yīng)的扭矩。從廣義的角度來看，實時意味著系統(tǒng)的時序行為是確定的，核心在于“確定”，在確定時間完成任務(wù)，注意不是任務(wù)完成的速度。

　　跟實時操作系統(tǒng)對應(yīng)的是分時操作系統(tǒng)，如最常見的Linux系統(tǒng)。分時的意思是一心可以二用，可以同時為幾個應(yīng)用服務(wù)，比如你的手機可以一邊聽歌一邊看網(wǎng)頁，而RTOS做不到這點。

　　在去年特斯拉剎車門事件后，曾經(jīng)有傳言說特斯拉是因為采用了非實時的Linux操作系統(tǒng)，才會導致很多非預期加速事件，對此筆者認為這傳言可能是對汽車操作系統(tǒng)不太了解。在智能化汽車背景下，行業(yè)內(nèi)確實有實時性和非實時操作系統(tǒng)之爭，這兩種操作系統(tǒng)各有各的好，他們的關(guān)系并不是對立的，將來會以一種合作共存的方式存在于汽車控制器內(nèi)。

　　在闡述我的觀點前先來了解下這兩種操作系統(tǒng)的優(yōu)缺點：

　　市場上廣泛運用的實時性操作系統(tǒng)是黑莓的QNX操作系統(tǒng)，這是一款嵌入式、非開源、安全實時的系統(tǒng)。QNX是微內(nèi)核架構(gòu)，內(nèi)核一般只有幾十KB，驅(qū)動程序、協(xié)議棧、應(yīng)用程序等都在微內(nèi)核之外的受內(nèi)存保護的空間內(nèi)運行，可實現(xiàn)組件之間相互獨立，避免因程序指針錯誤造成內(nèi)核故障。因其內(nèi)核小巧，運行速度極快，安全和穩(wěn)定性高，是全球首款通過ISO26262 ASIL-D 安全認證的實時操作系統(tǒng)。

　　QNX的主要特點便是安全和穩(wěn)定，因此對于電機扭矩控制，或者發(fā)動機扭矩控制這種對實時性要求較高，容不得任何運算延遲的控制器，肯定要采用QNX這種實時操作系統(tǒng)。

　　但是QNX結(jié)構(gòu)復雜，開發(fā)難度大，非開源，能支持的應(yīng)用生態(tài)很少，而且還需要滿足一系列的車規(guī)級認證，因此對于智能座艙、車身控制器、智能駕駛域這種比較個性化的需求，就很難滿足了。

　　目前市場上非實時的操作系統(tǒng)比較常見的是Linux系統(tǒng)。Linux 是一款開源、功能更強大的操作系統(tǒng)，具有內(nèi)核緊湊高效等特點，可以充分發(fā)揮硬件的性能。它與QNX 相比最大優(yōu)勢在于開源，具有很強的定制開發(fā)靈活度。我們通常提的基于Linux 開發(fā)新的操作系統(tǒng)是指基于Linux Kernel 進一步集成中間件、桌面環(huán)境和部分應(yīng)用軟件。

　　在智能化的背景下，單一的實時操作系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足復雜算法、大數(shù)據(jù)量、高算力的要求，因此非實時性的操作系統(tǒng)也開始在汽車上占有一定比例。

　　智能座艙域和車身域，可使用完全的分時操作系統(tǒng)，不需要實時操作系統(tǒng)。比如你的車載大屏，能支持一邊導航，一邊放音樂，就是因為使用了分時操作系統(tǒng)，能支持多任務(wù)的同時進行，并且如果有卡滯或者延遲，也不會影響車輛安全駕駛。

　　對于智能駕駛域（這里的智能駕駛域不包括動力域），僅包括道路識別、路徑規(guī)劃、車速計算等部分，可以采用經(jīng)過實時性改造的Linux系統(tǒng)。這樣的操作系統(tǒng)既能夠滿足多線程，多任務(wù)，高算力的計算，又能夠達到準實時的要求。

　　而動力域，負責提供扭矩計算，驅(qū)動電機，則繼續(xù)采用高實時操作系統(tǒng)。動力域與智能駕駛域緊密配合，當開啟自動駕駛時，智能駕駛域操作系統(tǒng)負責高算力計算，而動力域操作系統(tǒng)負責實時驅(qū)動，輸出扭矩。雖然在有些電氣架構(gòu)里，這些都屬于智能駕駛域，但操作系統(tǒng)還是有以上區(qū)分。

　　未來的汽車里，一定是有多種操作系統(tǒng)同時共存的，我們不能簡單說特斯拉就一定是Linux系統(tǒng)，傳統(tǒng)車就一定是RTOS實時系統(tǒng)。無論是分時系統(tǒng)還是實時系統(tǒng)，他們沒有孰優(yōu)孰劣之分，只有合適與不合適之分。

　　汽車軟件行業(yè)目前也在經(jīng)歷很大的變化，從業(yè)者分布也能看出來，以前汽車軟件并沒有專門的學科，從業(yè)者多是從嵌入式工程師轉(zhuǎn)過來，鮮有從互聯(lián)網(wǎng)來到汽車軟件行業(yè)的。而從今年開始，越來越多的計算機專業(yè)，軟件專業(yè)的人才涌入到了汽車軟件行業(yè)，也正是說明了智能駕駛，電氣化需要更多專業(yè)的算法和軟件人才，汽車軟件也會在這些新鮮血液的帶領(lǐng)下，吸收一些互聯(lián)網(wǎng)的元素，形成一個獨具特色的軟件行業(yè)。（文/汽車之家行業(yè)評論員 何柳）

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