[汽車之家 深評]  軟件定義汽車這個概念已經提出來兩三年了,，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動,，到現在軟件開始重新定義汽車，軟件的形態(tài)已經發(fā)生了諸多變化,，未來將如何發(fā)展,，下面我們來探討一下。

電氣架構向“中央集成式”進階　　

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

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

　　以前我們不怎么提到電子電氣架構這個概念,，是因為整個汽車可能也就幾個控制器，用不上架構來對他進行協(xié)調管理,。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動，更不需要所謂架構設計,，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、空調壓縮機等都需要控制器,，現在傳統(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，原有的電氣架構已經不能滿足要求,，現在需要更合理,，更科學的電子電氣架構。

　　談到電子電氣架構的時候,，就必須要說到這張圖：

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

　　分布式架構是老平臺乘用車，以及現在大部分商用車使用的架構,，一個控制器對應控制一個部件,，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了,。域集中式把整車分為幾個域，這種架構在目前所有電動車（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。域集中式架構把整車分為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或者高速CAN進行連接,，而每個域的內部，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,，而且整個架構是按照功能為劃分的,，比如動力相關的都放在動力域，智能駕駛相關的都放在ADAS域里,。

　　而中央集成式電子架構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』

　　目前的行業(yè)內,，只有特斯拉采用這種中央集成式電氣架構。采用這種電氣架構有很多好處,，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,。

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

◆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,，輸出相應的扭矩,。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，注意不是任務完成的速度,。

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

　　在去年特斯拉剎車門事件后，曾經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,。

　　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是微內核架構，內核一般只有幾十KB,，驅動程序,、協(xié)議棧、應用程序等都在微內核之外的受內存保護的空間內運行,，可實現組件之間相互獨立,，避免因程序指針錯誤造成內核故障。因其內核小巧,，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結構復雜,，開發(fā)難度大,，非開源，能支持的應用生態(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)境和部分應用軟件。

　　在智能化的背景下,，單一的實時操作系統(tǒng)已經不能滿足復雜算法,、大數據量、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，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)負責實時驅動,，輸出扭矩,。雖然在有些電氣架構里，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過來,，鮮有從互聯(lián)網來到汽車軟件行業(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下，吸收一些互聯(lián)網的元素,，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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