隨著汽車不斷從硬體驅動向軟體驅動轉變，汽車產業的競爭規則正在發生巨大變化。
引擎是20世紀汽車的技術和工程核心。 如今，這一角色越來越多地由軟體、更強大的運算能力和先進的傳感器來填補。 大多數創新都涉及所有這些。 一切都取決於這些因素，從汽車的效率、網路存取和自動駕駛的可能性，到電動車和新的行動解決方案。
然而，隨著電子產品和軟體變得越來越重要，它們的複雜程度也隨之增加。 以現代汽車中包含的越來越多的程式碼行 (SLOC) 為例。 2010年，有些車輛擁有大約一千萬個SLOC； 到 2016 年，這個數字增加了 15 倍，達到約 150 億行程式碼。 雪崩般的複雜性會導致軟體品質出現嚴重問題，對新車的大量評論就證明了這一點。
汽車的自主程度更高。 因此，汽車行業工作人員將軟體和電子產品的品質和安全視為確保人員安全的關鍵要求。 汽車產業需要重新思考軟體和電氣電子架構的現代方法。
解決迫切的行業問題
隨著汽車產業從硬體驅動設備轉向軟體驅動設備，車輛上軟體和電子設備的平均數量正在迅速增加。 如今，軟體佔 D 級或大型汽車總內容的 10%（約 1220 美元）。 軟體的平均份額預計將增長 11%。 據預測，到 2030 年，軟體將佔車輛總含量的 30%（約 5200 美元）。 參與汽車開發某個階段的人們試圖從軟體和電子產品帶來的創新中受益並不奇怪。
軟體公司和其他數位參與者不再希望被拋在後面。 他們正試圖吸引汽車製造商作為一級供應商。 公司正在透過從功能和應用程式轉向作業系統來擴大對汽車技術堆疊的參與。 同時，習慣使用電子系統的公司正在大膽地進入科技巨頭的技術和應用領域。 高端汽車製造商正在不斷發展並開發自己的作業系統、硬體抽象和訊號處理，以使他們的產品本質上獨一無二。
上述策略會產生一些後果。 未來將出現基於通用運算平台的車輛面向服務架構（SOA）。 開發者會增加很多新的東西：網路存取領域的解決方案、應用程式、 、進階分析和作業系統。 差異不在於汽車的傳統硬件，而是使用者介面以及它如何與軟體和先進電子設備配合使用。
未來的汽車將轉向具有新品牌競爭優勢的平台。
這些可能包括資訊娛樂創新， 基於「故障安全」行為的智慧安全功能（例如，即使系統部分發生故障，也能夠執行其關鍵功能）。 軟體將繼續在數位堆疊中向下移動，以智慧感測器的形式成為硬體的一部分。 堆疊將變得水平集成，並將接收新的層，從而將架構遷移到 SOA。
時尚潮流改變了遊戲規則。 它們影響軟體和電子架構。 這些趨勢推動了技術的複雜性和相互依賴。 例如，新的智慧感測器和應用程式將創建 。 如果汽車公司想要保持競爭力，他們需要有效地處理和分析數據。 模組化 SOA 更新和無線 (OTA) 更新將成為支援車隊中複雜軟體的關鍵要求。 它們對於實施按需出現功能的新業務模型也非常重要。 資訊娛樂系統的使用將越來越多，並且先進的技術（儘管程度較小） 。 原因是越來越多的第三方應用程式開發商為車輛提供產品。
由於數位安全要求，傳統存取控制策略不再有趣。 是時候切換到 ，旨在預測、預防、偵測和防範網路攻擊。 隨著高度自動駕駛（HAD）能力的出現，我們將需要功能的融合、卓越的運算能力和高水準的整合。
探索有關未來電氣或電子架構的十種假設
技術和商業模式的發展路徑尚未明確。 但根據我們廣泛的研究和專家意見，我們針對未來的電動或電子汽車架構及其對產業的影響提出了十種假設。
電子控制單元 (ECU) 的整合將變得越來越普遍
產業將轉向統一的車輛 ECU 架構，而不是使用多個特定 ECU 來實現特定功能（如當前的「新增功能、新增視窗」風格）。
在第一階段，大部分功能將集中在聯合網域控制站上。 對於核心車輛領域，它們將部分取代分散式 ECU 中目前可用的功能。 開發工作已經在進行中。 我們預計成品將在兩到三年內推出市場。 整合最有可能發生在與 ADAS 和 HAD 功能相關的堆疊中，而更基本的車輛功能可能會保留更高程度的分散。
我們正在朝著自動駕駛邁進。 因此，軟體功能的虛擬化和對硬體的抽象將變得至關重要。 這種新方法可以透過不同的方式實施。 可以將硬體組合到滿足不同延遲和可靠性要求的堆疊中。 例如，支援 HAD 和 ADAS 功能的高效能堆疊，以及用於核心安全功能的單獨的低延遲、時間驅動堆疊。 或者您可以用一台備用“超級電腦”替換 ECU。 另一種可能的情況是，我們完全放棄控制單元的概念，轉而採用智慧運算網路。
這些變化主要由三個因素驅動：成本、新市場進入者和 HAD 需求。 降低功能開發成本和所需的計算硬體（包括通訊設備）將加快整合過程。 對於汽車市場的新進入者也是如此，他們可能會透過以軟體為中心的車輛架構方法來顛覆該產業。 對 HAD 功能和冗餘不斷增長的需求也將需要更高程度的 ECU 整合。
一些優質汽車製造商及其供應商已經積極參與 ECU 整合。 他們正在採取第一步來更新其電子架構，儘管目前還沒有原型。
產業將限制特定設備使用的堆疊數量
合併支援規範了堆疊限制。 它將車輛和ECU硬體的功能分開，其中包括虛擬化的積極使用。 硬體和韌體（包括作業系統）將取決於核心功能要求，而不是車輛功能域的一部分。 為了確保分離和服務導向的架構，必須限制堆疊的數量。 以下是可在 5-10 年內構成未來幾代汽車基礎的堆疊：
- 時間驅動的堆疊。 在此領域中，控制器直接連接到感測器或執行器，而係統必須支援嚴格的即時要求，同時保持低延遲； 資源調度是基於時間的。 此堆疊包括實現最高水準車輛安全的系統。 典型的汽車開放系統架構 (AUTOSAR) 領域就是一個例子。
- 時間和事件驅動的堆疊。 例如，此混合堆疊將高效能安全應用程式與 ADAS 和 HAD 支援結合。 應用程式和周邊透過作業系統分開，而應用程式是按時間安排的。 在應用程式內，資源調度可以基於時間或優先順序。 操作環境確保關鍵任務應用程式在隔離的容器中運行，從而將這些應用程式與車輛中的其他應用程式明確分開。 自適應 AUTOSAR 就是一個很好的例子。
- 事件驅動堆疊。 該堆疊重點關注資訊娛樂系統，該系統對安全性並不重要。 應用程式與週邊設備明顯分離，並使用最優或基於事件的調度來調度資源。 此堆疊包含可見且常用的功能：Android、汽車級 Linux、GENIVI 和 QNX。 這些功能允許使用者與車輛互動。
- 雲棧。 最終堆疊涵蓋資料存取並在外部協調資料存取和車輛功能。 該堆疊負責通訊以及應用程式安全驗證（身份驗證）並建立特定的汽車接口，包括遠端診斷。
汽車供應商和技術製造商已經開始專注於其中一些堆疊。 一個典型的例子是資訊娛樂系統（事件驅動堆疊），該公司正在其中開發通訊功能 - 3D 和高級導航。 第二個例子是高效能應用的人工智慧和感測，供應商正在與主要汽車製造商合作開發運算平台。
在時間驅動領域，AUTOSAR和JASPAR支援這些堆疊的標準化。
中間件將從硬體中抽像出應用程式
隨著車輛繼續向行動運算平台發展，中間件將允許重新配置車輛並安裝和更新其軟體。 如今，每個 ECU 中的中間件促進了設備之間的通訊。 在下一代車輛中，它將把網域控制器連結到存取功能。 使用汽車中的ECU硬件，中間件將提供抽象、虛擬化、SOA和分散式計算。
已有證據表明，汽車產業正在轉向更靈活的架構，包括中間件。 例如，AUTOSAR自適應平台是一個動態系統，包括中間件、複雜作業系統支援和現代多核心微處理器。 然而，目前可用的開發僅限於一種 ECU。
中期來看，機載感測器的數量將大幅增加
在未來兩到三代汽車中，汽車製造商將安裝類似功能的感測器，以確保安全相關儲備充足。
從長遠來看，汽車產業將開發專用感測器解決方案以減少其數量和成本。 我們相信，雷達和攝影機的結合可能是未來五到八年最受歡迎的解決方案。 隨著自動駕駛能力的不斷增強，雷射雷達的引入將是必要的。 它們將在物件分析領域和本地化領域提供冗餘。 例如，SAE International L4（高度自動化）自動駕駛配置最初可能需要四到五個雷射雷達感測器，包括安裝在後部用於城市導航和近 360 度視野的感測器。
從長遠來看，很難說車輛中感測器的數量。 它們的數量要么增加、減少，要么保持不變。 這一切都取決於法規、解決方案的技術成熟度以及在不同情況下使用多個感測器的能力。 例如，監管要求可能會增加對駕駛員的監控，從而導致車內安裝更多感測器。 我們預計將看到更多消費電子感測器用於汽車內部。 運動感測器、健康監測（心率和睡意）、臉部和虹膜辨識只是一些可能的用例。 然而，為了增加感測器的數量甚至保持不變，將需要更廣泛的材料，不僅在感測器本身，而且在車輛網路中。 因此，減少感測器的數量會更有利可圖。 隨著高度自動化或全自動車輛的出現，先進的演算法和機器學習可以提高感測器的性能和可靠性。 由於更強大、更強大的感測器技術，可能不再需要不必要的感測器。 今天使用的感測器可能會過時 - 將出現更多功能的感測器（例如，可能會出現超音波感測器，而不是基於攝影機的停車助手或雷射雷達）。
感測器將變得更加智能
系統架構將需要智慧整合感測器來管理高度自動化駕駛所需的大量數據。 感測器融合和XNUMXD定位等高階功能將在集中式運算平台上運作。 預處理、過濾和快速響應循環可能位於邊緣或在感測器本身內執行。 據估計，自動駕駛汽車每小時產生的資料量為 XNUMX TB。 因此，AI將從ECU轉移到感測器來執行基本的預處理。 它需要低延遲和低運算效能，特別是當您比較感測器中處理資料的成本和車輛中傳輸大量資料的成本時。 然而，HAD 中的道路決策冗餘需要集中計算的融合。 最有可能的是，這些計算將根據預處理的數據進行計算。 智慧感測器將監控自身功能，而感測器冗餘將提高感測器網路的可靠性、可用性，從而提高安全性。 為了確保感測器在所有條件下都具有良好的性能，需要使用感測器清潔應用，例如除冰器和除塵器和污垢去除器。
需要全功率和冗餘數據網絡
需要高可靠性的關鍵和安全關鍵應用將使用完全冗餘的循環來滿足安全操縱所需的一切（資料通訊、電源）。 、中央電腦和耗電的分散式運算網路將需要新的冗餘電源管理網路。 支援有線控制和其他 HAD 功能的容錯系統將需要開發冗餘系統。 這將顯著改善現代容錯監控實現的架構。
「汽車乙太網路」將崛起成為汽車的支柱
當今的汽車網路不足以滿足未來交通的需求。 資料速率的提高、HAD 的冗餘要求、互聯環境中的安全和保護需求以及跨行業標準化協議的需求可能會導致汽車乙太網路的出現。 它將成為關鍵的推動者，特別是對於冗餘中央資料匯流排而言。 乙太網路解決方案需要在網域之間提供可靠的通訊並滿足即時需求。 這要歸功於乙太網路擴展的添加，例如音訊視訊橋接（AVB）和時間敏感網路（TSN）。 產業代表和 OPEN 聯盟支持採用乙太網路技術。 許多汽車製造商已經邁出了這一大步。
當地互連網路和控制器網路等傳統網路將繼續在車輛中使用，但僅限於感測器等封閉的較低層網路。 FlexRay 和 MOST 等技術可能會被汽車乙太網路及其擴展 AVB 和 TSN 所取代。
未來，我們預期汽車產業也將使用其他乙太網路技術－HDBP（高延遲頻寬產品）和10G技術。
OEM將始終對數據連接進行嚴格控制，以確保功能安全和HAD，但他們將開放介面以允許第三方存取數據
傳輸和接收安全關鍵資料的中央通訊閘道將始終直接連接到 OEM 後端。 當規則未禁止時，資料存取將向第三方開放。 資訊娛樂系統是車輛的「附件」。 在這一領域，新興的開放介面將允許內容提供者和應用程式部署其產品，而 OEM 則盡可能遵守標準。
今天的車載診斷連接埠將被互聯遠端資訊處理解決方案所取代。 車輛網路的維護存取將不再需要，但將能夠透過 OEM 後端進行。 原始設備製造商將在車輛後部提供數據端口，用於某些用例（被盜車輛追蹤或個人保險）。 然而，售後設備對內部數據網路的存取將越來越少。
大型車隊營運商將在用戶體驗方面發揮更大作用，為終端客戶創造價值。 他們將能夠在同一訂閱內為不同目的提供不同的車輛（例如，用於日常通勤或週末度假）。 他們將需要使用多個 OEM 後端並整合整個車隊的數據。 然後，大型資料庫將允許車隊營運商透過原始設備製造商層級無法提供的整合數據和分析來貨幣化。
汽車將使用雲端服務將車載資訊與外部數據結合起來
「非敏感」資料（即與身分或安全性無關的資料）將越來越多地在雲端中處理以獲得附加資訊。 該數據在 OEM 之外的可用性將取決於未來的法律和法規。 隨著銷量的成長 。 需要分析來處理資訊和提取重要數據。 我們致力於自動駕駛和其他數位創新。 數據的有效利用將取決於多個市場參與者之間的數據共享。 目前尚不清楚誰將執行此操作以及如何執行此操作。 然而，主要的汽車供應商和技術公司已經在建立可以處理這些新數據的整合汽車平台。
可升級的組件將出現在支援雙向通訊的汽車中
車載測試系統將允許車輛自動檢查更新。 我們將能夠管理車輛及其功能的生命週期。 所有 ECU 都會從感測器和執行器發送和接收數據，檢索數據。 這些數據將用於開發創新。 一個例子是根據車輛參數建立路線。
OTA更新能力是HAD必須具備的能力。 借助這些技術，我們將擁有新功能、網路安全以及更快的功能和軟體部署。 事實上，OTA更新能力是上述許多重要變化背後的驅動力。 此外，此功能還需要在堆疊的各個層級（車輛外部和 ECU 內部）提供全面的安全解決方案。 該解決方案尚未開發。 看看誰會做以及如何做將會很有趣。
汽車更新可以像智慧型手機一樣安裝嗎？ 該行業需要克服供應商合約、監管要求以及安全和隱私問題的限制。 許多汽車製造商已宣布計劃推出 OTA 服務產品，包括為其車輛進行無線更新。
OEM 廠商將與該領域的技術供應商密切合作，在 OTA 平台上標準化其車隊。 車載連線和 OTA 平台很快就會變得非常重要。 原始設備製造商了解這一點，並希望在該細分市場中獲得更多所有權。
這些車輛將在其設計壽命內獲得軟體、功能和安全性更新。 監管機構可能會提供軟體維護，以確保車輛設計的完整性。 更新和維護軟體的需求將催生車輛維護和營運的新商業模式。
評估汽車軟體和電子架構的未來影響
影響汽車產業的趨勢正在造成與硬體相關的重大不確定性。 然而，軟體和電子架構的未來看起來充滿希望。 所有的可能性都向行業開放：汽車製造商可以成立行業協會來標準化車輛架構，數位巨頭可以實施車載雲平台，移動參與者可以製造自己的車輛或使用開源代碼和功能軟體開發車輛堆棧，汽車製造商可以引入具有互聯網連接功能的日益複雜的自動駕駛汽車。
產品很快將不再以硬體為中心。 他們將以軟體為導向。 對於習慣生產傳統汽車的汽車企業來說，這種轉變將是困難的。 然而，考慮到所描述的趨勢和變化，即使是小公司也別無選擇。 他們必須做好準備。
我們看到幾個主要的策略步驟：
- 獨立的車輛開發週期和車輛功能。 OEM 和一級供應商必須決定如何開發、提供和部署功能。 從技術和組織的角度來看，它們必須獨立於車輛開發週期。 鑑於目前的車輛開發週期，公司需要找到一種管理軟體創新的方法。 此外，他們應該考慮現有機隊的升級和升級選項（例如計算單元）。
- 定義軟體和電子產品開發的目標附加價值。 OEM 必須確定可以設定基準的差異化功能。 此外，明確定義自己的軟體和電子產品開發的目標附加價值至關重要。 您還應該確定需要產品的領域以及僅應與供應商或合作夥伴討論的主題。
- 為軟體設定明確的價格。 為了將軟體與硬體分離，原始設備製造商需要重新考慮直接購買軟體的內部流程和機制。 除了傳統的客製化之外，分析如何將敏捷的軟體開發方法與採購流程結合起來也很重要。 這就是供應商（一級、二級和三級）也發揮關鍵作用的地方，因為他們需要為其軟體和系統產品提供明確的業務價值，以便能夠獲得更大的收入份額。
- 為新的電子架構（包括後端）開發特定的組織圖。 汽車產業需要改變內部流程來交付和銷售先進的電子產品和軟體。 他們還需要考慮與車輛相關的電子主題的不同組織設定。 基本上，新的「分層」架構需要對目前的「垂直」設定進行潛在的破壞，並引入新的「水平」組織單位。 此外，還需要擴展團隊中軟體和電子開發人員的能力和技能。
- 為單一汽車零件作為產品開發商業模式（尤其是供應商）。 分析哪些功能可以為未來架構帶來真正的價值並因此可以貨幣化至關重要。 這將幫助您保持競爭力並在汽車電子行業中佔據重要的價值份額。 隨後，需要找到新的商業模式來銷售軟體和電子系統，無論是產品、服務或全新的東西。
隨著汽車軟體和電子產品新時代的開始，它從根本上改變了商業模式、客戶需求和競爭本質的一切。 我們相信，從中可以賺很多錢。 但為了利用即將發生的變化，行業中的每個人都必須重新考慮他們的汽車製造方法，並明智地設置（或改變）他們的產品。
本文是與全球半導體聯盟合作編寫的。
來源： www.habr.com