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挺复杂!智能汽车带飞软件生态

来源:中国软件网 2020-07-06 热度:

虽然近几年智能汽车、自动驾驶的发展经历了几乎所有新技术都会遇到的炒作期、泡沫期,但从包括政府、整车厂、初创企业、投资机构、互联网软件企业等各方动态来看,行业趋势已成为共识。

随着汽车智能化、网联化的深入推进,自动驾驶技术的日趋成熟,汽车将成为继个人电脑、手机之后的下一个最具前景的智能终端设备。

虽然近几年智能汽车、自动驾驶的发展经历了几乎所有新技术都会遇到的炒作期、泡沫期,但从包括政府、整车厂、初创企业、投资机构、互联网软件企业等各方动态来看,行业趋势已成为共识。

根据2019年发布的Gartner技术成熟度曲线,L4级别自动驾驶尚处在泡沫下行期,但我们已能明显看到L3级别在逐渐上行正蓄势待发。

根据自动驾驶专业智库ICVTank数据,2018全球自动驾驶产业融资总额为101.7亿美元,虽然2019年的66.4亿美元同比2018年有所下降,但仍远高于2016的40亿美元和2017年的26亿美元。

进入2020年,国家发改委等11部委联合印发《智能汽车创新发展战略》,将进一步加快产业进程。

汽车高度智能化时代的来临,必然大幅提升软件在汽车价值链条的地位。

“软件定义汽车”已经成为产业链头部企业的战略共识,大众CEO迪斯在2019年甚至提出“软件将占未来汽车创新的 90%”。

汽车除了本身的驾驶工具属性外,服务属性逐渐增强,比如通过车联网实现内容的推送,通过OTA实现车辆的个性化定制等,摩根士丹利估算未来自动驾驶汽车60%的价值将源于软件。

本文将试图解答,随着“软件定义汽车”的到来,汽车软件会呈现怎样的生态,会有怎样的机会,又有哪些国内公司将受益?

01、智能汽车未来需要哪些软件?

各自的定位和价值?有没有成型的或相对统一的框架?如果没有,有哪些主流的代表?

(一)底层操作系统

可以预见,未来汽车的智能硬件和软件系统复杂程度将远超个人电脑和手机,因此汽车也需要安装底层操作系统OS,用来管理整个硬件和软件资源,给用户和其他软件提供接口和环境。

智能汽车OS拥有非同一般的地位,所有应用程序都需要在OS上运行,围绕OS可以构建一个庞大的应用生态,其一举一动影响到整个行业的发展,因此成为各大厂商竞相布局的热点。

汽车操作系统是从传统汽车电子不断演变而来。

传统汽车电子产品可分为两类:一类是汽车电子控制装置,通过直接向执行机构(如电子阀门、继电器开关、执行马达)发送指令,以控制车辆关键部件(如发动机、变速箱、动力电池)协同工作,这类系统一般统称为电子控制单元(ECU)。

常见的ECU包括发动机电控系统EMS、变速箱牵引力控制TCU、电子稳定控制ESP,以及新能源汽车整车控制VCU、电池管理系统BMS等;

另一类是车载电子设备,如仪表、娱乐音响、导航系统、抬头显示(HUD)等,这类系统不直接参与汽车行驶的控制决策,不会对车辆行驶性能和安全产生影响,通常统称为车载娱乐信息系统(In-VehicleInfotainment,IVI)。

近些年,IVI逐步向智能座舱系统演变,汽车电子控制装置将逐渐向自动驾驶系统演变,分别产生了智能汽车操作系统的两大雏形:自动驾驶OS和智能座舱OS。由于自动驾驶OS对安全性、实时性、稳定性要求非常高,而智能座舱OS更加重视开放性、兼容性,目前两大OS相对独立运行。

1.自动驾驶OS

自动驾驶OS主要用于车辆底盘与动力控制,以实现油门、转向、换挡、刹车等基本行驶功能。目前主流的自动驾驶OS框架主要有Autosar、Linux、ROS(基于Linux内核)、黑莓QNX。

在系统框架层面,AutosarClassic和Adaptive比较普遍,但在自动驾驶生态体系方面比较薄弱;内核方面,QNX作为传统车控实时OS得到普遍使用;通信框架方面,运行在Linux上的ROS被广为接受。

承担汽车电控功能的自动驾驶OS必须是高稳定性的嵌入式实时性操作系统,保证在一定时间限制内完成特定功能。

例如汽车安全气囊控制,在车辆发生碰撞的很短时间内(毫秒级)若不能快速打开,就无法对人员起到保护作用。

目前主流的汽车电控操作系统基本都兼容OSEK/VDX和AUTOSAR两类汽车电子软件标准,OSEK/VDX是基于ECU开发的操作系统标准,AUTOSAR是基于整体汽车电子开发的功能标准。

但OSEK和AUTOSAR仅作为标准定义了操作系统的技术规范,基于这些技术规范,各家软件和工具服务商开发了各自的操作系统产品,然后提供给Tier1供应商。

2.智能座舱OS

智能座舱是由不同的座舱电子组合成完整的体系,主要分为5大部分:车载信息娱乐系统、流媒体中央后视镜、抬头显示系统HUD、全液晶仪表、车联网模块。

目前国际上还没有统一的智能座舱OS标准,但核心知识产权主要被黑莓QNX、谷歌Android以及许多基于Linux定制的OS等国外软件企业掌握,整车OEM和Tier1供应商通常在这些OS的基础上开发定制化界面用于汽车信息娱乐和仪表等产品。

(二)中间件

预计在很长一段时间内,智能汽车的软件系统将出现多种操作系统并存的局面,电子电气架构快速演变,系统复杂性持续提升,连接硬件底层和应用层的中间件业务存在巨大发展空间。

中间件主要针对应用层的开发人员,针对不同应用优化底层操作系统的接口,使应用开发人员可以将开发工作集中在自己的业务层面。

在智能汽车时代,中间件将扮演重要角色。对于自动驾驶平台,中间件服务商主要帮助对接车厂、平台级OS与核心硬件厂商,使标准化产品能够给予不同层级用户个性化的接口调用。

对于通信平台而言,中间件服务商将主要帮助对接应用层(开发商、服务商等)、OS与硬件厂商,使得标准化产品能够给与不同层级用户个性化的接口调用。相比通信平台,自动驾驶平台的定制化程度会更高,因此中间件商的潜在发展空间更大。

智能座舱系统的发展需要选用集成度更高的芯片,如英特尔、高通等,并接纳更多样化的操作系统如Android、阿里AliOS、Linux、黑莓QNX等,中间件企业可以帮助汽车电子领域各层级厂商加速系统的升级换代。

根据华为《鲲鹏计算产业白皮书》,预计到2023年中国中间件市场规模为13.6亿美元,5年复合增速为15.7%;全球中间件市场规模为434亿美元,5年复合增速10.3%。

具体到车载中间件,东吴证券预计2023年全球市场规模约为86.8亿美元。

根据工信部统计数据,从全部软件行业来看,中间件收入约占到嵌入式软件服务收入水平2.5%左右。

考虑到智能汽车价值远高于一般的计算终端,且车规级安全要求和长周期开发,预计中间件在汽车软件领域收入占比可达到一般嵌入式软件行业的两倍,达到5%。

ICVTank测算2020年国内智能座舱系统和自动驾驶系统中间件市场规模分别可达28亿和10亿元人民币。

(三)智能座舱应用软件

高级别自动驾驶实现后,汽车将成为新的生活空间,围绕这一空间产生的生态充满了想象空间。

尤其是近两年行业内在自动驾驶技术的进展不及预期,大批企业将目光转向了更易于实现和贴近消费者的智能座舱上。

以上汽的部分车型搭载的斑马系统为例,主要的软件功能不外乎智能语音交互、导航、支付、网购、旅游、餐饮外卖、音乐等,与过去一个个单独的APP相比,如今的更加重视形成一个完整的生态,各个APP之间相互连通。

而当在车内能够“解放双手”的时刻,汽车才真的变成了一个可以跟客厅、办公室相提并论的空间,游戏娱乐、电影、在线办公、VR/AR、在线会议软件都将抢占这个新的广阔市场。

(四)自动驾驶仿真测试软件

仿真软件属于工业软件的细分领域,传统汽车仿真软件通常用于零部件、汽车电子、内燃机的仿真分析。

自动驾驶在真正实现落地之前,需要经过路测在内的多项安全考验。在实际测试过程中,由于路测效率较慢,车企倾向于选择仿真测试与实际路测相结合的方式。

据美国兰德智库估算,一套自动驾驶的系统至少需要经过180亿公里的验证才能达到量产条件。

即便是一支拥有100辆测试车的自动驾驶车队,以40公里/时的平均时速进行全天测试,也需要花费大约500年。

自动驾驶仿真测试是通过传感器仿真、车辆动力学仿真、高级图形处理、交通流仿真、数字仿真、道路建模等技术模拟路测环境,并添加算法,搭建相对真实的驾驶场景,来完成自动驾驶汽车路测工作。

仿真测试可以代替真实路测,加快测试速度。英伟达的工程师使用仿真测试系统,可以在5小时内完成48万公里的路测。

截至2020年4月,Waymo已累计完成150亿英里的仿真测试里程,其自动驾驶套件WaymoDriver每天可在虚拟道路行驶约2000万英里。

(五)云控基础平台软件

智能汽车需要随时联网、随时在线,并接受云端的控制。未来完全自动驾驶的实现不是凭单个车辆的智能化就能做到。

它需要云端的协同控制。

车辆本身的智能化、云端控制两者深度融合,成为车、路、云融为一体的系统,才能真正实现完全自动驾驶。

这就需要智能汽车的云控基础平台。

它可为智能汽车及其用户,以及相应的管理和服务机构等提供车辆运行、基础设施、交通环境、交通管理等动态数据,并提供自动驾驶云服务、时空大数据计算服务、动态场景库、应用开发与测试环境,以及数据标准化、不同系统之间的互联互通等服务,以此实现交通设施与车辆控制协同。

在中国特殊的举国体制下,将催生出具有中国特色的智能网联汽车云控基础平台,是未来重要的具有国家属性的基础设施,可以做到协同感知、协同决策和数据分配。

目前国内在上海和长沙已经建设了智能汽车云控基础平台示范项目。

02、未来智能汽车软件生态

会出现什么企业角色?各自的定位和价值?

在智能汽车时代,围绕用户、数据、流量入口这些蕴藏巨大市场价值的争夺将更加激烈。整车厂商、传统Tier1、互联网软件企业、造车新势力、自动驾驶初创企业,凭借各自优势在底层操作系统、智能座舱、车载信息娱乐软件等领域发力,形成了互相合作又竞争的态势。

(一)操作系统

目前智能汽车操作系统的玩家主要是老牌互联网软件和科技企业,如谷歌、黑莓,以及新入局的阿里Alios和计划入局的华为鸿蒙。同时,整车厂也在加快争夺操作系统的主导权。

谷歌、阿里这样的企业除了在软件方面有大量的积累,更重要的是已经有了成体系的上下游生态。

谷歌在手机等移动终端通过安卓建立的生态即使不能完全复刻到汽车上,也相比其他企业有了明显先发优势。

而阿里凭借在云计算、网购、导航地图、人工智能、文娱等领域的布局,将能给汽车操作系统带来更大的升值和变现空间。

面对来自互联网企业的强大挑战,整车厂商开始形成共识,汽车正成为轮子上的智能手机,控制未来汽车的大脑和中枢神经系统至关重要,必须掌握软件开发的自主权,核心就是操作系统。

大众在2019年宣布将从2025年起在所有新车型上使用自主的VW.OS汽车操作系统,并开始通知其全球供应商不必再参与大众汽车的软件供应和开发。

2020年1月,戴姆勒表示将推出自己的操作系统MB.OS,计划在公司内部培养软件开发能力,而不是外包给外部供应商。

特斯拉的操作系统是基于Linux系统独立自主研发,所以能够实现整车OTA,及时为车主推送最新的软件服务。

据咨询机构ABIResearch 预测,到2022年将有2.03亿辆汽车能通过OTA方式更新软件,其中至少2200万辆汽车还能通过OTA更新固件。

目前每个车型的传感器型号、控制器芯片与架构都不同,因此应用软件部署在不同的车型中时需要对每款车型的硬件平台做定制化的软件适配。

随着操作系统自主化开发,硬件和软件之间的可解耦性也变得越来越清晰。

如果软件与硬件可以实现解耦,只需通过调整操作系统与不同硬件平台的适配,就可以将应用软件部署在新的硬件平台中,工作量远小于应用软件直接和硬件平台进行适配。

并且,如果汽车操作系统是由主机厂主导设计的,在推向市场后会更容易对汽车进行OTA升级,而不是依赖于不同的供应商。

从第一款特斯拉ModelS上市开始的5年时间里,Tesla总计推送了25次OTA升级,软件使汽车的附加值大幅提升。

(二)智能座舱

现有智能座舱产业链分三大环节:上游Tier2基础软硬件,中游Tier1单个座舱产品,下游Tier0.5座舱解决方案集成商。

相比传统电子座舱,智能座舱产业链中新出现了Tier0.5角色,软件取代硬件成为核心壁垒,使得单车价值快速上升和,推动竞争格局的重塑。

传统Tier1、整车厂、互联网科技巨头三类核心参与者纷纷加大研发投入,进入智能座舱Tier0.5争夺战,都试图通过提高自身软件实力或向产业链上下游渗透获取单车价值量上升。

(三)仿真软件

MathWorks、ANSYS、IPG等国外传统仿真巨头凭借熟悉汽车硬件技术、客户资源、项目经验积累等优势,与国内百度、华为、腾讯、阿里等在自动驾驶仿真领域拉开了明显差距。

但国内IT巨头也有自身优势,可发挥在云计算、高精度地图、人工智能等方面的优势,在现有仿真技术体系下和传统仿真技术企业全面合作,并利用AI和云计算技术改良传统仿真技术和产品。

2020年4月,阿里达摩院对外发布全球首个自动驾驶“混合式仿真测试平台”,该平台采用虚拟与现实结合的仿真技术,引进真实路测场景和云端训练师,模拟一次极端场景只需30秒,系统每日虚拟测试里程可超过800万公里,大幅提升自动驾驶AI模型训练效率。

对于IT巨头之外的中小型仿真技术企业,应定位为可灵活使用的应用产品,成为巨头平台的组件来丰富平台。

(四)数据

高度自动驾驶实现后的车内空间,将很大程度包含个人电脑及手机等移动终端的功能,能够覆盖更多的生活、办公场景,由此产生的数据量可能远超移动互联网时代,对数据的争夺也将成为热点。

行车工况数据关系着车辆行驶安全,目前牢牢掌控在车企手中;地图数据主要由地图商和车企共享;基于车联网形成的海量用户数据是未来增值服务核心部分。

以上三部分汇总形成大数据,在产业链核心玩家中分配,而如果能在操作系统争夺战中胜出,对数据的主导权将大大增加。

03、中国软件公司

在智能汽车时代有哪些机会?

阿里、百度、华为谁会成为未来的王者?

在激烈的国际竞争中,中国在电脑、手机发展过程中面临的操作系统、芯片等核心技术部件缺失的问题,在智能汽车上依然存在。

尤其是在汽车电子领域,博世、大陆、电装、法雷奥等国外巨头的领先优势仍然十分巨大,而如果要开发底层操作系统,必须在汽车电子电气架构有深厚积累。

智能座舱系统方面,国内厂商还比较依赖国外安卓、黑莓QNX等,国内车载信息娱乐系统产品的底层操作系统几乎全部采用安卓。

谷歌公司计划对Android系统在欧洲的手机收取授权费,给国内汽车领域厂商敲响了警钟。

国内能够称得上是自主OS的只有崭露头角的阿里Alios,其它如百度DuerOS属于定制型操作系统(在底层操作系统之上进行深度定制化开发,包括系统内核修改,最终由Tier1和主机厂一起实现),蔚来NOMI、小鹏Xmart、威马、车和家等则属于ROM型操作系统(基于安卓或Linux定制化开发,不涉及系统内核更改)。

自动驾驶操作系统方面,Linux还没有拿到行业功能安全的认证。黑莓的QNX车载操作系统,虽已经获得功能安全认证,但是作为未来支持更高级别自动驾驶的系统,还是会存在信息安全、算法多核调度的优化空间。

但值得欣慰的是,目前从操作系统到中间件再到上层应用软件的整个产业还处于发展的早期。

在操作系统方面,全球众多OEM、零部件供应商、ICT供应商以L3级自动驾驶量产为目标,但大多数是针对操作系统的某一子模块单独发力,难以形成合力,未达到系统、功能软件层面。

国内企业有着自己的优势,机会仍然巨大。中国经过20多年的互联网浪潮,数字化基础设施越来越完善,培养出了庞大的具有互联网烙印和生活习惯的消费群体,给中国企业构建智能汽车时代的软件生态做足了准备工作。

阿里的互联网生态、云计算等方面建立了自己的竞争壁垒,基于阿里AliOS的斑马系统已应用在上汽荣威、上汽名爵等车型上,截至2018年底,搭载基于AliOS斑马系统的互联网汽车超过60万辆。

华为在2020年5月宣布其鸿蒙自动驾驶操作系统内核(含虚拟化机制)成功获得业界Safety领域最高等级功能安全认证(ISO26262 ASIL-D),该内核已于2019年9月获得Security领域高等级信息安全认证(CCEAL 5+),成为业界首个拥有Security与Safety双高认证的商用OS内核。

百度的车载OS已经与阿里Alios形成了直接竞争关系。

从2019年开始,福特旗下大部分国产福特和林肯品牌新车型搭载基于小度车载OS定制的智行信息娱乐系统SYNC+,此前福特的主要合作对象是阿里AliOS。

百度为开发者提供了开放平台,让开发者加入到车载OS生态的建设过程之中。同时百度的自动驾驶平台Apollo也为其车载OS的开发和应用推广起到了重要溢出效应。

由此来看,国内企业攻下智能汽车的自动驾驶和智能座舱操作系统市场,并非遥不可及。同时催生的智能汽车软件中间件市场,也给国内中科创达、东软、诚迈科技带来了新的大蛋糕。

然而不同于手机厂商,整车厂对于互联网软件企业借助操作系统和应用软件来抢占数据、流量入口是十分忌讳的,毕竟这么大一块蛋糕谁都不想错过,两者既合作又竞争的局面将持续很多年。

 
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