本文將討論具有區(qū)域架構(gòu)的軟件定義車輛如何推動開發(fā)更智能,、更安全,、更節(jié)能的車輛,。通過集中管理軟件并將硬件與軟件分離,，這種車輛可以更輕松地進行更新,、降低成本并提供新功能,。

　　引言

　　汽車原始設(shè)備制造商 （OEM） 持續(xù)致力于改善乘員體驗,、簡化無線更新,、降低設(shè)計和制造成本,、收集更多車輛數(shù)據(jù)并創(chuàng)造新的收入來源。然而,，當(dāng)今基于域的車輛架構(gòu)無法輕松有效地滿足這些需求,，這也促使制造商轉(zhuǎn)向軟件定義車輛和區(qū)域架構(gòu)。通過集中管理軟件并將硬件與軟件分離,，軟件定義車輛成為實現(xiàn)更智能,、更安全和更節(jié)能車輛過程中的下一階段目標(biāo)。

　　基于域的車輛和軟件定義車輛

　　如今,，基于域的架構(gòu)在提供可擴展軟件方面效率低下,，而汽車制造商可以通過無線更新輕松維護這些軟件。域架構(gòu)將車輛功能的控制細(xì)分為車載信息娛樂系統(tǒng)和高級駕駛輔助系統(tǒng) （ADAS） 等域,，如圖 1 所示,。

　　圖 1. 車輛基于域的架構(gòu)圖。

　　如果車輛功能可能需要跨多個域進行通信和控制,，對車輛功能的控制進行細(xì)分將使軟件開發(fā)變得復(fù)雜化,。更新這些系統(tǒng)的軟件具有挑戰(zhàn)性，因為這些系統(tǒng)是由不同的一級供應(yīng)商設(shè)計和制造的,，這些供應(yīng)商都使用不同半導(dǎo)體供應(yīng)商提供的各種處理器和微控制器,。用于控制車輛功能的軟件也與硬件緊密耦合,。OEM 將安裝電子控制單元 （ECU） 來執(zhí)行特定功能（座椅調(diào)節(jié)、泊車輔助）,，并在每個 ECU 微控制器上運行應(yīng)用特定固件,。這些 ECU 也會因車型和飾件而異，從而導(dǎo)致制造和設(shè)計成本更高,。因此,，對所有車型、飾件和各個 ECU 進行軟件管理是一項艱巨的工作,，這需要OEM 與多個一級供應(yīng)商合作,，甚至可能與半導(dǎo)體供應(yīng)商合作來實施新的軟件更新。

　　相比之下,，采用區(qū)域架構(gòu)的軟件定義車輛通過集中軟件簡化了無線更新,，通過將車輛硬件與高層應(yīng)用軟件分離來實現(xiàn)通過軟件添加新功能的靈活性，并在不同車型和飾件之間提供了更具成本效益的可擴展性,。

　　圖 2 展示了一個區(qū)域架構(gòu)示例,，該架構(gòu)將軟件集中在中央計算系統(tǒng)中，并實施區(qū)域控制模塊以匯總數(shù)據(jù),、驅(qū)動負(fù)載和執(zhí)行本地配電,。如需區(qū)域架構(gòu)的更多信息，請參閱“區(qū)域架構(gòu)如何為完全由軟件定義的車輛鋪平道路”,。

　　圖 2. 車輛區(qū)域架構(gòu)圖,。

　　軟件定義車輛中的集中式軟件的主要優(yōu)勢是減少了托管應(yīng)用軟件的 ECU，并通過減少需要更改固件的處理器和微控制器的數(shù)量簡化了無線更新,。添加新功能和應(yīng)用程序只需要更新中央計算機或區(qū)域控制模塊軟件,，因為下游傳感器和控制機械驅(qū)動（前照燈、車門模塊,、音頻放大器）的其余 ECU 已從應(yīng)用軟件中抽象出來,。因此，執(zhí)行機械驅(qū)動的ECU 和車輛網(wǎng)絡(luò)邊緣的傳感器需要的固件更簡單,，未來可能將實時控制完全轉(zhuǎn)移到中央計算機,。

　　此外，可以將最初為特定應(yīng)用設(shè)計的傳感器和執(zhí)行器重新用于其他用途,，從而創(chuàng)建新功能,。例如，對于最初設(shè)計用于乘員監(jiān)控的車內(nèi)雷達(dá)傳感器,，可以添加新的應(yīng)用來提供入侵或盜竊檢測和安全帶提醒功能,。從本質(zhì)上講，OEM 可以更靈活地利用車輛中已有的硬件和傳感器實現(xiàn)新的功能,。

　　最后,，軟件可以跨所有汽車平臺進行擴展（如圖 3 所示）,，從而進一步降低開發(fā)成本。經(jīng)濟型車輛可以采用與豪華品牌相同的軟件來實現(xiàn)遙控免鑰匙進入,、車窗升降器和后視攝像頭等功能,。

　　豪華型車輛可通過軟件在基本功能之上提供高級功能。盡管仍可能需要更換硬件,，但整體方法是模塊化的,，并可跨車輛實現(xiàn)擴展。添加或移除處理器和微控制器可以提升或降低中央計算機或區(qū)域控制模塊中的計算能力,。

　　圖 3. 低端和高端車型的計算能力比較,。

　　軟件定義車輛支持的新技術(shù)

　　軟件定義車輛為 OEM 提供了新技術(shù)和收入來源。隨著車輛不斷集成更多的電子器件和傳感器,，車輛性能,、故障場景和駕駛員偏好數(shù)據(jù)比以往任何時候都更容易獲得。軟件定義車輛可以簡化車輛數(shù)據(jù)收集過程并安全共享車輛數(shù)據(jù),，有助于進一步改善數(shù)字孿生和車聯(lián)網(wǎng) （V2X） 功能,。利用數(shù)字孿生功能（真實系統(tǒng)的虛擬表示），軟件定義車輛可將數(shù)據(jù)共享到云端以記錄真實性能數(shù)據(jù),，如電動汽車電池隨時間變化的健康狀態(tài),、各種行駛條件下的 ADAS 傳感器信息，甚至車輛功能使用情況,，如圖 4 所示,。這些數(shù)據(jù)可以幫助 OEM 優(yōu)化車輛功能，并縮短解決新挑戰(zhàn)所需的時間,，尤其是對于 ADAS 和自動駕駛等技術(shù)而言。此外,，OEM 能夠識別特定車型的常見問題,，并在出現(xiàn)重大問題之前提供修復(fù)方案。

　　圖 4. 軟件定義車輛連接到云和 V2X,。

　　除了數(shù)字孿生技術(shù)外,，車輛數(shù)據(jù)對 V2X 通信也很有價值，因為它可實現(xiàn)車輛,、人員和基礎(chǔ)設(shè)施之間的信息共享,，從而提高安全性和交通流暢性。將車道偏離和車速等信息從中央計算機安全地共享到其他車輛,，有助于提高防撞能力,。

　　最后，OEM 正在繼續(xù)想方設(shè)法創(chuàng)造新的收入來源,。軟件定義車輛使 OEM 能夠完全控制其車輛內(nèi)的軟件,，因此能夠?qū)崿F(xiàn)與眾不同的用戶體驗,。針對可通過軟件啟用的特定功能，OEM 可以提供訂閱模型,。功能可以很簡單（例如加熱座椅）,，也可以更復(fù)雜（例如高級駕駛安全功能）。盡管訂閱可能對消費者沒有吸引力,，但新功能可以通過軟件更新添加到現(xiàn)有車輛中,，而不需要消費者購買最新款的車型。

　　軟件定義車輛和區(qū)域架構(gòu)方法的差異

　　每家汽車制造商都采用獨特的方法來實現(xiàn)軟件定義車輛,。上一代車輛平臺的遺留問題將迫使許多 OEM 逐步轉(zhuǎn)向更適合其集中式軟件方法的電氣和電子區(qū)域架構(gòu),。如圖 5 所示，雖然大多數(shù) OEM 都在開發(fā)區(qū)域架構(gòu),，但在決定控制車輛功能的軟件的位置時,，卻有不同的方法。集中軟件控制有三種選擇：中央計算機,；在中央計算機和區(qū)域控制模塊之間共享,；或分布到幾個域控制器和區(qū)域控制模塊中。有些 OEM 會集中高性能計算域（如 ADAS 和車載信息娛樂系統(tǒng)）,，并為其他域增加額外的應(yīng)用處理,。在 ADAS 和車載信息娛樂系統(tǒng)域之外，實時控制在區(qū)域控制模塊或邊緣 ECU 中實現(xiàn),。

　　從 OEM 的角度來看,，集中計算方法可能最具吸引力，因為單臺計算機可控制所有車輛功能,。如果通信鏈路出現(xiàn)故障,，實時控制環(huán)路延遲（主動懸架、車窗防夾）和功能安全方面可能還存在其他挑戰(zhàn),。分布式計算方法逐步向集中式軟件邁進,，在區(qū)域控制模塊中甚至在單獨的域控制器中維護某些應(yīng)用程序和實時控制軟件。在所有架構(gòu)中,，即使是在同一車輛內(nèi),，區(qū)域控制模塊要求也會因 OEM 而異。一個區(qū)域可以處理一些車身實時控制,、暖通空調(diào)以及底盤功能,，而另一個區(qū)域可以處理額外的車身、照明和車輛控制單元應(yīng)用軟件,。最終,，OEM必須平衡硬件和機械驅(qū)動控制延遲、車載網(wǎng)絡(luò)功能,、功能安全,、信息安全以及如何根據(jù)所選架構(gòu)及其特定區(qū)域控制模塊要求來構(gòu)建軟件,。

　　圖 5. 車輛架構(gòu)類型比較。

　　結(jié)語

　　軟件定義車輛正不斷為汽車制造商帶來新的機遇,，幫助他們減少開發(fā)新車和新功能所需的時間和成本,，在車輛整個生命周期內(nèi)持續(xù)改善駕駛體驗，并創(chuàng)造新的收入來源,。盡管有多種方法可供選擇,，但集中管理車輛軟件并將車輛硬件與軟件分離將是重中之重?？傮w而言,，OEM 可通過區(qū)域架構(gòu)和軟件定義車輛加快開發(fā)更智能、更安全,、更節(jié)能的車輛,。

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