一摘要

軟件定義汽車（SDV）不再是愿景，轉(zhuǎn)型已全面啟動，使成熟度成為汽車廠商在競爭激烈的市場中最重要的差異化因素之一。每個(gè)制造商都必須經(jīng)歷三個(gè)“階段”才能達(dá)到理想的狀態(tài)。在第一個(gè)階段里，硬件和軟件仍然緊密耦合。2.0階段標(biāo)志著用例和軟件應(yīng)用程序呈指數(shù)級增長的過渡階段。3.0階段是終局，這時(shí)的汽車主要由軟件設(shè)置來定義，從而達(dá)到完全可編程狀態(tài)[1]。這聽起來像是一種自然進(jìn)化，但也意味著有若干挑戰(zhàn)需要面對。畢竟，我們討論的不是手機(jī)，而是一種具有潛在危險(xiǎn)性、技術(shù)高度復(fù)雜且生命周期可能長達(dá)數(shù)十年的可移動物體。

雖然已經(jīng)設(shè)定了軟件定義汽車的目標(biāo)，但具體路徑仍不明朗 [2]：汽車廠商各自處于轉(zhuǎn)型的不同階段，并以其自有“歷史”E/E架構(gòu)和嵌入硬件中的軟件堆棧為起點(diǎn)。要取得成功，了解從硬件定義汽車過渡到軟件定義汽車的主要趨勢至關(guān)重要。具備了這些知識，人們才可以重新考量汽車的制造方法以及傳統(tǒng)方法注定會失敗的原因。

在跨入最后一個(gè)階段的過程中，不難發(fā)現(xiàn)三個(gè)主要趨勢領(lǐng)域的轉(zhuǎn)變：從分布式到集中式，從手動到工具驅(qū)動，從閉源到開源。汽車行業(yè)的所有創(chuàng)新方法都具備一個(gè)共同特點(diǎn)，即對這三種轉(zhuǎn)變中的一種或多種具有促進(jìn)作用。ETAS在移動出行領(lǐng)域擁有數(shù)十年的經(jīng)驗(yàn)，并與汽車廠商建立了密切的關(guān)系。因此，本文所描述的趨勢都是基于第一手資料和信息。如果各個(gè)汽車公司想保持競爭力并從這些轉(zhuǎn)變中受益，而不是被甩在后面，那么了解進(jìn)入終局時(shí)代所需要采取的措施便極為關(guān)鍵。

本文研究的是與軟件相關(guān)的趨勢。與網(wǎng)絡(luò)安全相關(guān)的挑戰(zhàn)和原則見“軟件定義汽車的網(wǎng)絡(luò)安全”[3]一文中的闡述。

二導(dǎo)論

要從傳統(tǒng)汽車轉(zhuǎn)為軟件驅(qū)動汽車，制造商需要經(jīng)歷三個(gè)階段。首先，軟件和硬件之間的聯(lián)系仍然十分牢固。如今行駛于路上的許多汽車都是第一個(gè)階段的產(chǎn)物。代碼爆炸標(biāo)志著向第二個(gè)階段的過渡，并且現(xiàn)已成為制造商產(chǎn)品的一個(gè)重要組成。軟件和數(shù)字服務(wù)是除硬件組件之外的兩個(gè)顯著特征。我們目前正身處一場競賽之中，軟件定義汽車得到完全發(fā)展的第三個(gè)階段這一目標(biāo)已十分明確。然而，應(yīng)對諸多挑戰(zhàn)的正確方法仍有待探索。從數(shù)字上看，代碼（所有新功能的DNA）數(shù)量正在不斷增長，并且我們所談?wù)摰牟恢皇悄硞€(gè)單一的汽車單元；產(chǎn)出車型（包括其變體在內(nèi)）數(shù)量將不斷增加，每種車型的預(yù)期壽命為數(shù)十年，并且需要持續(xù)維護(hù)。

對于汽車廠商來說，這意味著要為每種車型處理各種成套的組件（例如，傳感器、控制單元、通信模塊等），每個(gè)組件都有各自的規(guī)格和配置，由不同的供應(yīng)商提供。因此，跟蹤設(shè)備版本、固件更新并確保與系統(tǒng)總體設(shè)置的兼容性將成為一個(gè)主要問題。簡而言之：為了滿足客戶的需求和愿望，缺陷修復(fù)、維護(hù)和更新所需要的代碼數(shù)量正在呈指數(shù)級增長。如今的汽車代碼數(shù)量大約為1億行，而一架客機(jī)的代碼數(shù)量大約為1500萬行。換句話說：現(xiàn)代乘用車的代碼行數(shù)是飛機(jī)的6.5倍。這樣比較有助于清晰了解這個(gè)數(shù)字的大小。隨著軟件定義汽車的出現(xiàn)，行數(shù)將進(jìn)一步增加，到2030年預(yù)計(jì)將達(dá)到3億左右[4]。在此情形下，汽車行業(yè)對代碼復(fù)雜性管理策略的需求十分迫切。

作為比較，我們可以參考智能手機(jī)的轉(zhuǎn)型過程，即智能手機(jī)制造商在經(jīng)過各個(gè)階段后生產(chǎn)出幾乎完全由軟件定義的產(chǎn)品的歷程。雖然用戶對于在整個(gè)生命周期中擁有靈活、基于應(yīng)用程序和個(gè)性化體驗(yàn)的期望極為相近，但這兩種物品的性質(zhì)卻截然不同。一方面，汽車在很大程度上仍然屬于機(jī)械物體的范疇，其設(shè)備、組成和依賴性要復(fù)雜得多，即使是最輕微的軟件故障也具有潛在的危害。另一方面，它的使用壽命要長得多，使用場景可能也不盡相同。

了解過程的獨(dú)特性以及通往軟件定義汽車之路所伴隨的挑戰(zhàn)，這一點(diǎn)十分重要。作為一家經(jīng)驗(yàn)豐富的汽車行業(yè)硬件和軟件提供商，ETAS不僅洞察全球趨勢，并嘗試預(yù)測其進(jìn)一步的發(fā)展趨勢。通過對全球和地區(qū)需求的比較，可以發(fā)現(xiàn)若干有趣的差異。應(yīng)該持續(xù)觀察轉(zhuǎn)型過程，以更好地了解全局（圖1）。

圖1：與軟件定義汽車相關(guān)的各種預(yù)測。

三軟件定義汽車——全球轉(zhuǎn)型

圖2：2021年全球互聯(lián)車隊(duì)規(guī)模， 2025年、2030年和2035年按地區(qū)預(yù)測（單位：百萬輛）[11]。

邁向第三個(gè)階段的競賽已經(jīng)啟動，盡管其光芒尚被另一項(xiàng)重大變化——向電動汽車的平行轉(zhuǎn)型——所遮蔽。在這兩種情況下，傳統(tǒng)的差異化因素（包括品牌忠誠度）都已退居幕后；市場正在重新洗牌。老牌制造商們不能再依賴于良好的聲譽(yù)或卓越的機(jī)械性能，否則，它們將被創(chuàng)新型后起之秀所取代。

例如，歐洲、北美和日本的制造商正在承受著來自中國的壓力（圖2）。中國汽車只在當(dāng)?shù)氐蛢r(jià)銷售并且質(zhì)量堪憂的時(shí)代已經(jīng)畫上了句號?，F(xiàn)在，它們正在與全球市場上的成熟品牌并駕齊驅(qū)，尤其是在電動汽車方面，價(jià)格下降的同時(shí)創(chuàng)新性功能與日俱增。而從世界范圍來看（例如在歐盟和美國），西方汽車廠商卻正在提高此類最先進(jìn)汽車的價(jià)格，因?yàn)樗鼈冊谌找鎻?fù)雜的開發(fā)工作上投入了大量資金[12]。

研究中國經(jīng)濟(jì)的專家Frank Sieren對傳統(tǒng)制造商似乎落于人后的原因做出了三點(diǎn)解釋：首先，產(chǎn)品面市時(shí)間長，例如德國汽車廠商的產(chǎn)品面市時(shí)間約為48個(gè)月，中國制造商只需要30個(gè)月。其次，中國市場希望軟件定義汽車比傳統(tǒng)汽車便宜，因而迫使地區(qū)制造商優(yōu)化其開發(fā)和生產(chǎn)流程。最后，中國買家通常更關(guān)注數(shù)字化效果而不是外觀[13]。

歐盟要求2035年所有售出汽車實(shí)現(xiàn)零排放。因此，可以假設(shè)，屆時(shí)將極有可能不再銷售搭載內(nèi)燃機(jī)的汽車（又名內(nèi)燃機(jī)汽車，ICEV）。未來的完全軟件定義汽車可能會在某個(gè)時(shí)點(diǎn)成為電動汽車。此外，電動發(fā)動機(jī)本身將不再是賣點(diǎn)——快速轉(zhuǎn)型為軟件定義汽車的重要性因此而再次成為我們關(guān)注的話題。

正如我們所看到的，中國制造商已經(jīng)成為電動汽車領(lǐng)域的主要?jiǎng)?chuàng)新驅(qū)動力。但這是否意味著它們在軟件定義汽車開發(fā)方面也處于領(lǐng)先地位呢？根據(jù)預(yù)測[14]，2023年至2032年，亞太軟件定義汽車市場將成為最振奮人心的市場。但是，北美和歐洲仍被視為該時(shí)段里重要的軟件定義汽車地區(qū)。盡管如此，鑒于中國汽車行業(yè)的研發(fā)動態(tài)和速度令人困惑，其內(nèi)部存在的一些趨勢仍然值得探討。

在2023年上海車展上，地區(qū)制造商們展示了它們的軟件定義汽車愿景，并提供了多種內(nèi)部軟件定義汽車解決方案，如中央或跨域計(jì)算平臺，用以降低汽車開發(fā)成本并縮短汽車開發(fā)時(shí)間。硬件和軟件等方面的用戶體驗(yàn)也頗受關(guān)注，使制造商們能夠?qū)⑿枨笸⒌募夹g(shù)（例如娛樂系統(tǒng)）集成到汽車中[15]。在汽車銷量激增的推動下，預(yù)計(jì)到2030年，亞太地區(qū)將在嵌入式車載信息娛樂系統(tǒng)市場上占據(jù)最高份額[16]。

根據(jù)預(yù)測，歐洲和北美制造商未來幾年將保持其在軟件定義汽車行業(yè)的市場主導(dǎo)地位，但之后情況如何尚無法判斷。亞太地區(qū)的客戶似乎越來越趨向于從地區(qū)汽車制造商手中購買汽車，尤其是電動化、復(fù)雜化、互聯(lián)化、靈活化和數(shù)字化的汽車。此外，中國制造商在其他地區(qū)的汽車銷售數(shù)量正在攀升，其全球市場份額也因此而緩慢增加。要想不依賴于汽車廠商及其發(fā)源地而擴(kuò)張至更多全球市場，便需要制造商們以自適應(yīng)的方式創(chuàng)建解決方案（硬件和軟件），從而滿足不同地區(qū)的需求。

四進(jìn)入軟件定義汽車的終局時(shí)代——三大趨勢

階段1

硬件與軟件解耦、集中化，以及越來越多的可復(fù)用軟件功能

階段2

應(yīng)用、服務(wù)和用例迅猛增長

階段3

完全可編程的軟件定義汽車

圖3：在邁向完全可編程軟件定義汽車終局時(shí)代的過程中，三大趨勢占據(jù)著主導(dǎo)地位。

核心問題是：目前哪些趨勢正在推動著軟件定義汽車向前發(fā)展，并且，最重要的是，在規(guī)劃自有變革流程時(shí)應(yīng)該考慮哪些趨勢？這不僅是汽車廠商關(guān)注的主要問題，也是供應(yīng)商、第三方開發(fā)商和后續(xù)合作公司最關(guān)切的議題。畢竟，我們都在同一條船上，在汽車的整個(gè)生命周期中，加強(qiáng)合作、共享愿景才是關(guān)鍵。

向完全軟件定義汽車的轉(zhuǎn)變可被劃分為三個(gè)主要趨勢領(lǐng)域：從分布式到集中式，從手動到工具驅(qū)動，從閉源到開源（圖3）。在我們深入探討之前，先看一下順序。在某種程度上，趨勢領(lǐng)域與邁向軟件定義汽車?yán)硐霠顟B(tài)的三個(gè)階段大致相符，集中化是更多工具驅(qū)動和自動化汽車開發(fā)流程的一個(gè)先決條件。并且，我們在這條路上走得越遠(yuǎn)，整個(gè)行業(yè)內(nèi)的合作和協(xié)同效應(yīng)的重要程度就越高。但開源方法的實(shí)施需要在該過程的早期階段得以解決，以便在長期范圍內(nèi)釋放其全部潛力。

因此，趨勢領(lǐng)域具有緊密相連的特性，它們相互依賴并相互促進(jìn)。要進(jìn)入第三個(gè)階段，三者都需要具有極高的成熟度。

五從分布式到集中式：再定義汽車軟件

在過去幾十年的汽車開發(fā)中，軟件功能被緊密集成到特定的電子控制單元（ECU）中，由不同的供應(yīng)商以軟件—硬件捆綁包的形式提供。對于功能數(shù)量可控的汽車來說，這不失為一種很好的解決方案。隨著汽車對于功能的需求不斷增長，需要集成的ECU和子系統(tǒng)的數(shù)量激增：一輛典型的乘用車目前有大約150個(gè)單獨(dú)的ECU，使其成為一個(gè)高度復(fù)雜的系統(tǒng)[17]。

當(dāng)涉及到新功能時(shí)，客戶期望開發(fā)時(shí)間更短、速度更快。但由于復(fù)雜程度不斷提高，汽車行業(yè)當(dāng)前的現(xiàn)實(shí)情況卻與此相背：開發(fā)人員將60%以上的時(shí)間花在了維護(hù)、檢測、文檔化和手續(xù)辦理上，而不是花在開發(fā)新功能或滿足客戶最新需求方面。每當(dāng)即將推出的車型需要新的ECU捆綁包時(shí)，一切都要重新開始。這種以項(xiàng)目為中心的方法使得所實(shí)現(xiàn)的功能代碼很難從一輛車轉(zhuǎn)移到另一輛車，從而對可復(fù)用性形成了制約。

即使車已上路，工作也不算結(jié)束，仍然需要頻繁地進(jìn)行軟件交付和更新（包括安全相關(guān)的更新），而這一切在上述條件下幾乎無法完成。根據(jù)麥肯錫的說法，過去十年間，軟件復(fù)雜程度提高了4.0倍，而開發(fā)生產(chǎn)力僅增長了1.0至1.5倍[18]。要開啟完全軟件定義汽車的旅程，首先需要解決的便是這個(gè)問題。

此時(shí)，硬件與軟件解耦以及集中化的趨勢已經(jīng)形成。開發(fā)人員并不希望將數(shù)百個(gè)單獨(dú)的CPU與其功能特定的代碼和工具進(jìn)行集成，而是希望采取一種協(xié)調(diào)一致的方法。減少ECU的數(shù)量并將功能和計(jì)算能力捆綁到少數(shù)分區(qū)性ECU和汽車計(jì)算機(jī)上是一個(gè)重要趨勢，也是遍布世界各地的渴望保持競爭力的汽車廠商面臨的主要挑戰(zhàn)之一。

將分布式E/E架構(gòu)重塑為集中式架構(gòu)不僅涉及IT知識，還會改變我們的合作方式，尤其是在與供應(yīng)商和內(nèi)部/外部開發(fā)人員開展合作時(shí)。這種全新的協(xié)作性、快節(jié)奏的工作方式只能以有限的程度映射到原有的既定流程中。同時(shí)，在DevOps原則范圍內(nèi)也存在著轉(zhuǎn)向迭代開發(fā)流程的趨勢。采用這種方法可以使汽車整個(gè)生命周期中的工作得到持續(xù)優(yōu)化（圖4）。

文化層面的考量以及E/E架構(gòu)的重新安排都是SDV的首要步驟，也是其先決條件。然而，它們對客戶本身并沒有什么影響。用戶不會注意到一項(xiàng)功能是集中受控還是分布到了不同的ECU上。因此，這算不上銷售論據(jù)。他們能夠注意到的是軟件連續(xù)更新速度加快以及新功能固有的可用性。當(dāng)前的任務(wù)便是以最佳方式利用這些新的開發(fā)流程和原則，從而創(chuàng)造附加價(jià)值。

DevOps環(huán)展示了一種全新的迭代式

軟件開發(fā)和運(yùn)維方式

其中以永久性優(yōu)化為重點(diǎn)

轉(zhuǎn)向DevOps范式，以便在保持質(zhì)量的同時(shí)提高交付速度

圖4：向DevOps范式的轉(zhuǎn)變

六從手動到工具驅(qū)動：便利性和效率是未來的核心因素

2022年，汽車軟件的價(jià)值約占整車價(jià)值的20%，2030年預(yù)計(jì)將達(dá)到40%以上[19]。從這些數(shù)字來看，很明顯，汽車的數(shù)字化程度將成為未來的差異化因素，最終客戶所期望的正是最先進(jìn)的汽車配置。硬件和軟件的解耦本身并不能顯著加快開發(fā)速度從而滿足不斷增長的需求，而需要最大限度地減少手動工作量以縮短軟件創(chuàng)建和測試用時(shí)。必須能夠使開發(fā)人員專注于實(shí)際功能，而不是耗時(shí)的任務(wù)。

在標(biāo)準(zhǔn)化方面，AUTOSAR Classic作為一種適用于安全性和硬實(shí)時(shí)ECU的綜合解決方案，已被業(yè)界廣泛接受。然而，隨著主要ECU軟件功能向集中式汽車計(jì)算機(jī)轉(zhuǎn)移，AUTOSAR Adaptive因其面向服務(wù)的架構(gòu)（包括功能安全性和軟實(shí)時(shí)功能）而受到若干汽車廠商的青睞。這兩項(xiàng)AUTOSAR標(biāo)準(zhǔn)都以減少分布于汽車內(nèi)各種（通常與安全性相關(guān)的）執(zhí)行器之間的汽車功能的集成和管理工作量為目的。它們采用的是整個(gè)行業(yè)普遍認(rèn)可的標(biāo)準(zhǔn)化格式和接口，因此，開發(fā)人員不需要每次都從頭開始安排工作。

盡管如此，它仍是一種以ECU為中心的方法，重點(diǎn)關(guān)注的是安全相關(guān)域。每位開發(fā)人員都應(yīng)該深入探究E/E體系結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)，即使只想開發(fā)一種簡單的新功能，例如關(guān)于駕駛員舒適性的功能。由此可以觀察到將功能性向非安全域轉(zhuǎn)移這種新趨勢的出現(xiàn)，即主要利用工具支持的環(huán)境（帶有可針對汽車API實(shí)施的SDK）進(jìn)行應(yīng)用程序開發(fā)、測試和發(fā)布管理。它允許開發(fā)人員完全專注于實(shí)際功能和用戶體驗(yàn)，而無需關(guān)心底層架構(gòu)、安全和保障問題。

在此背景下，用于運(yùn)行這些功能的各種中間件和框架（即所謂的車載應(yīng)用）已發(fā)布完成。AUTOSAR Adaptive上可以部署安全關(guān)鍵型應(yīng)用，而非安全關(guān)鍵型應(yīng)用有更多選項(xiàng)可用。我們看到基于安卓汽車操作系統(tǒng)（AAOS）的信息娛樂應(yīng)用非常受歡迎。此外，在輕量級容器框架上運(yùn)行的容器（靈感來自云原生方法）的使用也具有巨大的吸引力。高級駕駛員輔助系統(tǒng)（ADAS）和自動駕駛（AD）中間件[20]以及通常部署在QNX等安全關(guān)鍵操作系統(tǒng)上的應(yīng)用是一個(gè)特例。然而，在進(jìn)行機(jī)器開發(fā)和基礎(chǔ)架構(gòu)測試的情況下，可以在非安全域中進(jìn)行部署。此外，我們最近發(fā)現(xiàn)汽車廠商越來越多地要求將功能性轉(zhuǎn)移到非安全關(guān)鍵域，即質(zhì)量管理（QM）域，以便提高開發(fā)靈活性和開發(fā)速度。這一趨勢隨著安全關(guān)鍵型Linux[21]等的發(fā)布而有所增強(qiáng)，例如，它可以以串聯(lián)方式部署ADAS/AD中間件[22]，或者使用受保護(hù)的執(zhí)行器接口[23]來限制和處理對安全域的訪問。在這些促成因素的幫助下，開發(fā)人員可以靈活地實(shí)施QM域中的安全關(guān)鍵功能，同時(shí)保持所需的安全級別。卸下了這副擔(dān)子之后，開發(fā)人員不一定要為該制造商工作，也不一定要明確地為某一特定汽車進(jìn)行編程。接口的標(biāo)準(zhǔn)化使得將軟件推廣到不同的車型成為可能。這不僅可以縮短開發(fā)時(shí)間，而且可以以最佳方式利用擴(kuò)展效果。汽車廠商可以在其整個(gè)汽車產(chǎn)品組合中對軟件加以“重復(fù)使用”。

通過標(biāo)準(zhǔn)化和特定域編程等方法，我們離實(shí)現(xiàn)方便、高效的開發(fā)流程的目標(biāo)越來越近。盡管如此，制造商還是低估了流程的復(fù)雜性——從設(shè)置開發(fā)環(huán)境到測試、部署和更新，尚有許多步驟需要手動完成。因此，以工具驅(qū)動的方式處理DevOps周期的各個(gè)步驟是一種日益明顯的趨勢。這基本上意味著盡可能地實(shí)現(xiàn)自動化操作，以便使開發(fā)人員能夠通過一個(gè)直觀的界面，為以前復(fù)雜的編程任務(wù)提供一鍵式解決方案。預(yù)定義的構(gòu)建塊、現(xiàn)成的軟件環(huán)境、適用于重復(fù)性任務(wù)的模板、循序漸進(jìn)式手冊以及適用于現(xiàn)有編程平臺的汽車特定附加組件使工具箱日益擴(kuò)大，而不僅僅局限于開發(fā)流程。

汽車廠商面臨的關(guān)鍵挑戰(zhàn)之一是在軟件開發(fā)流程即將結(jié)束時(shí)的軟件快速集成，這時(shí)通常會發(fā)現(xiàn)一些問題，導(dǎo)致汽車生產(chǎn)延遲啟動。其中一個(gè)難點(diǎn)在于設(shè)置足夠準(zhǔn)確的測試環(huán)境來模擬真實(shí)的行為（以提供詳細(xì)的反饋信息來查明根本原因），并自動、靈活地運(yùn)行和重復(fù)（回歸測試）。在測試和集成方面，采用基于云的工具和環(huán)境已經(jīng)成為大勢所趨。例如，從云端進(jìn)行虛擬測試的方法越來越受歡迎，它允許以所需要的準(zhǔn)確度進(jìn)行ECU模擬，同時(shí)最大限度地減少對于成本高昂的真實(shí)測試的需求，并顯著提高交付速度[24]。

加速軟件交付的另一個(gè)難點(diǎn)在于通過基于云的空中傳輸（OTA）進(jìn)行更新，以便將含有新功能的軟件分布于汽車上。根據(jù)市場預(yù)測，2027年，使用中互聯(lián)汽車的數(shù)量將從1.92億輛左右大幅增長至3.67億輛[25]。然而，關(guān)鍵的挑戰(zhàn)不僅是對如此多的汽車進(jìn)行更新，而且是在軟件各組件之間的依賴關(guān)系不斷變化的情況下，對不同車型及其變體的各類更新（例如，AUTOSAR Adaptive、經(jīng)典ECU、信息娛樂系統(tǒng)更新、連接單元的自行更新、汽車計(jì)算機(jī)更新、容器更新等）提供支持。汽車連接完成時(shí)需要?jiǎng)討B(tài)地創(chuàng)建活動，以便在幾小時(shí)內(nèi)而不是幾天內(nèi)完成所需軟件的分布。能夠單獨(dú)執(zhí)行OTA更新可能很快就會成為一種商品用例，因?yàn)樵S多汽車廠商和軟件供應(yīng)商都非常重視這一主題。因此，問題根本不在于汽車廠商能否提供OTA更新，而在于其具體的差異化因素能否產(chǎn)生速度更快也更加靈活的效果，例如通過依賴關(guān)系的自動化處理、綜合性測試功能和/或其他增值終端客戶功能來實(shí)現(xiàn)。

因此，成功的關(guān)鍵在于顯著提高從軟件創(chuàng)建（例如，用于各供應(yīng)商實(shí)現(xiàn)的ECU）直至在汽車廠商制造的汽車內(nèi)實(shí)現(xiàn)一系列可用性所需要的速度。

汽車行業(yè)正在與許多領(lǐng)域競爭開發(fā)人才；青年才俊十分罕見。而軟件和工具驅(qū)動的開發(fā)會吸引青年專業(yè)技術(shù)人才加入該行業(yè)，因?yàn)檫@種工作方式（快速、迭代、面向功能且具有創(chuàng)新性）符合他們的需求，使他們可以利用其熟悉的最先進(jìn)的多用途編程語言，而不用學(xué)習(xí)復(fù)雜且過時(shí)的汽車相關(guān)語言。他們認(rèn)為，向軟件定義汽車的轉(zhuǎn)變是該行業(yè)的重大轉(zhuǎn)變機(jī)遇。最新的Edge方法也很合他們的口味，因?yàn)樗麄兪煜せ贚INUX的非安全性環(huán)境以及利用云端和邊緣運(yùn)算的容器化應(yīng)用程序。開發(fā)團(tuán)隊(duì)有來自其他數(shù)字化領(lǐng)先行業(yè)的青年專業(yè)技術(shù)人才加入時(shí)，其多樣化程度將大幅提升，能夠引入新的理念，也一定會加快實(shí)現(xiàn)軟件定義汽車目標(biāo)的步伐。

七從閉源到開源：個(gè)性化、基于云、協(xié)同化

當(dāng)談到開發(fā)工具和集中式平臺時(shí)，其來自何處是一個(gè)主要議題。業(yè)內(nèi)獲得軟件的傳統(tǒng)方式是內(nèi)部構(gòu)建或從第三方供應(yīng)商處購買（構(gòu)建或購買）。兩者各有利弊（圖5）。內(nèi)部開發(fā)（構(gòu)建）使軟件本身具有高度的靈活性和定制性，但資源成本高昂。需要在公司內(nèi)部長期積累專業(yè)知識并加以維護(hù)。將整個(gè)流程外包時(shí)（購買），制造商可以十分靈活地選擇市場上最合適的系統(tǒng)提供商，但也取決于具體的產(chǎn)品和價(jià)格策略，因此容易出現(xiàn)供應(yīng)商套牢的后果。這兩種情況很可能都會導(dǎo)致互操作性有限且難以交換軟件組件的專有解決方案。

此外，在這兩種情況下，制造商仍然處在受限于少數(shù)外部專家或內(nèi)部專家的境地。而使用開源軟件（OSS）則是一種有趣的趨勢，制造商可以從社區(qū)的協(xié)同作用及其對于創(chuàng)新的推動力中受益。汽車廠商已經(jīng)在通過開源工作組開展合作，這些工作組將迎接業(yè)內(nèi)的各種挑戰(zhàn)，例如一般標(biāo)準(zhǔn)化、平臺和整個(gè)開發(fā)工具鏈。他們的工作成果可免費(fèi)向所有人提供；規(guī)模較小的公司以及軟件開發(fā)人員可以更容易地參與到該行業(yè)中來。其總體思路是，通過提供開放的規(guī)范和解決方案，讓越來越多的參與者能夠在汽車的整個(gè)生命周期中提供服務(wù)，而無需關(guān)注其實(shí)際上正在編程的汽車。

圖5：構(gòu)建、購買和OSS的優(yōu)缺點(diǎn)比較。

開源社區(qū)已經(jīng)成為智能手機(jī)和電腦等其他領(lǐng)域的標(biāo)桿。由于供應(yīng)商套牢是汽車行業(yè)的一大擔(dān)憂，因此在最初開展OSS計(jì)劃方面的合作時(shí)，人們尚有些猶豫不決，但現(xiàn)在情況已經(jīng)改變。Eclipse平臺上的軟件定義汽車工作組[26]、COVESA聯(lián)盟[27]或SOAFEE項(xiàng)目[28]等獲得了整個(gè)汽車行業(yè)的重點(diǎn)關(guān)注也收獲了貢獻(xiàn)者。例如，Eclipse軟件定義汽車項(xiàng)目的成員數(shù)量從2022年的11位增加到2023年的44位，同樣，OSS項(xiàng)目數(shù)量在一年內(nèi)從0個(gè)增加到了22個(gè)。

此外，以更加傳統(tǒng)的方式組成的汽車聯(lián)盟AUTOSAR和COVESA正在開展密切協(xié)作。2022年10月，這兩個(gè)聯(lián)盟都宣布有意在幾個(gè)軟件定義汽車主題上保持一致的動作。COVESA將專注于汽車數(shù)據(jù)和云交互，而AUTOSAR將為整個(gè)系統(tǒng)架構(gòu)和車載網(wǎng)絡(luò)提供開放接口[29]。

圖6：不同開源社區(qū)中多種類型的成員（汽車廠商、供應(yīng)商、行業(yè)巨頭、芯片供應(yīng)商等）對OSS的貢獻(xiàn)在不斷增長。

一般來說，創(chuàng)造售后收入是汽車廠商的一個(gè)重要考慮因素。汽車廠商已經(jīng)在通過新的數(shù)字業(yè)務(wù)模式和用例對這種升級銷售潛力加以利用。開發(fā)流程費(fèi)用高昂并且引入汽車中的新軟件需要長久更新，由此看來，這種升級銷售的結(jié)論也合乎邏輯。新功能尤其重要，因?yàn)橄M(fèi)者不愿意為汽車“數(shù)字功能性”的保持而付費(fèi)。他們只是希望軟件能正常工作。很少有人會對與機(jī)械零件保養(yǎng)類似的持續(xù)性軟件維護(hù)表示贊賞或理解。

因此，汽車廠商和其他服務(wù)提供商需要推出創(chuàng)新性應(yīng)用程序和升級功能或創(chuàng)新性功能，以優(yōu)化用戶體驗(yàn)。軟件不僅能定義汽車，還能對其行為負(fù)責(zé)，例如在突遇障礙物或危險(xiǎn)情況時(shí)。要提供此類功能，還有一項(xiàng)挑戰(zhàn)必須面對，即傳統(tǒng)的軟件或功能部署方式不再適用。出現(xiàn)問題后，軟件定義汽車不再僅僅通過手動讀取到的關(guān)于錯(cuò)誤的消息與其制造商或服務(wù)提供商進(jìn)行通信?，F(xiàn)代汽車通過空中傳輸方式進(jìn)行連接，不僅可以接收更新信息，還可以在其整個(gè)生命周期中將有用的遙測與診斷信息發(fā)送到云端。此時(shí)，服務(wù)提供商擁有無限多的選項(xiàng)：通過交互式診斷和遠(yuǎn)程診斷獲得汽車健康信息、功能執(zhí)行、按照個(gè)別維護(hù)計(jì)劃進(jìn)行預(yù)測性維護(hù)，或通過道路狀況分析數(shù)據(jù)選擇完美的路線?？蛻艨梢岳脩?yīng)用程序和功能對其汽車進(jìn)行全面的個(gè)性化設(shè)置，從而為汽車廠商和其他供應(yīng)商創(chuàng)造持續(xù)的收入流。汽車的使用壽命越長，可以出售的服務(wù)就越多。

鑒于許多IT公司已進(jìn)軍新的領(lǐng)域，汽車廠商開始與汽車行業(yè)以外的IT行業(yè)知名企業(yè)合作也就不足為奇了。這些公司不僅擁有長期積累的軟件開發(fā)經(jīng)驗(yàn)，而且是智能手機(jī)或電腦市場上的知名品牌，對客戶具有一定的吸引力。近期有許多這樣的合作項(xiàng)目對外公布。為了共同構(gòu)建汽車操作系統(tǒng)，雷諾集團(tuán)已將谷歌選定為其軟件定義汽車項(xiàng)目的一個(gè)關(guān)鍵合作伙伴[30]。寶馬已與Microsoft Azure、AWS和IBM等多家公司開展合作[31]。通用汽車與Red Hat開源操作系統(tǒng)合作也已啟動，主要是在Linux方面[32]。梅賽德斯宣布與谷歌建立戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系，以整合新的車載數(shù)據(jù)和導(dǎo)航功能[33]。曾經(jīng)緊閉的汽車行業(yè)圍墻正在一堵接一堵地倒塌，這必定將對汽車廠商的工作文化產(chǎn)生重大影響。除了開發(fā)流程迭代加速和敏捷性提高之外，汽車廠商還需要利用更現(xiàn)代的方式將所有參與者整合到一起。這便是基于云的平臺發(fā)揮作用的時(shí)候了。

八基于云的平臺作為中央加速器

基于云的平臺可通過各種工具和用戶友好界面為軟件開發(fā)提供共同的基礎(chǔ)，這對于所有三個(gè)趨勢領(lǐng)域都十分重要。開發(fā)人員可以專注于價(jià)值創(chuàng)造和域特定的主題，而不是通用的非差異化功能。這些平臺具有加速器的作用，是上述許多趨勢和用例的宿主。它們能夠提供長期的成本效益，并對不斷增加的軟件開發(fā)成本加以控制。

軟件的開發(fā)和測試從一開始便已得到簡化，變?yōu)樗俣雀斓淖詣踊鞒?，從而使面市時(shí)間縮短。工作管道由一系列自動化步驟構(gòu)成，例如，車隊(duì)更新快速鋪開，而無需手動針對每種車型做出活動安排。

云技術(shù)也是汽車廠商內(nèi)部團(tuán)隊(duì)與其供應(yīng)商合作的良好基礎(chǔ)。人們可以隨時(shí)從任何地點(diǎn)進(jìn)入它的共同工作場地，使合作變得更方便，成本也更低。

與軟件即產(chǎn)品（SaaP）相比，軟件即服務(wù)（SaaS）交付模式對于邁向第三階段的汽車廠商益處更大（圖7）。通常情況下，基于SaaS的服務(wù)和平臺從一開始就被設(shè)計(jì)為能夠支持越來越多的客戶（又稱租戶）和汽車。它將云原生計(jì)算基金會（CNCF）成熟且久經(jīng)驗(yàn)證的服務(wù)和方法用于基礎(chǔ)架構(gòu)、開發(fā)、運(yùn)營和監(jiān)控，主要針對適用于快速和巨大價(jià)值創(chuàng)造的預(yù)定義構(gòu)建塊。這使得公司內(nèi)有限的開發(fā)人員/人才能夠?qū)Ｗ⒂诓町惢δ?，而不是將時(shí)間浪費(fèi)在商品功能的基本編程方面。同時(shí)，有了SaaS平臺，汽車廠商便不必再開發(fā)自有安全功能以及為了滿足法規(guī)要求而進(jìn)行持續(xù)改進(jìn)。基于SaaS的平臺不僅要在安全方面經(jīng)受眾多汽車廠商的考驗(yàn)，其為每個(gè)汽車廠商提供更多功能的能力也會經(jīng)受挑戰(zhàn)。也就是說，單獨(dú)的功能請求可被轉(zhuǎn)化為面向所有平臺用戶的總體益處，從而形成一個(gè)整體可靠且功能豐富的系統(tǒng)。SaaS平臺通常會提供若干用例。汽車廠商可以首先關(guān)注特定的用例，比如OTA更新，然后通過其他用例來擴(kuò)展其用例組合，比如汽車健康、汽車數(shù)據(jù)或功能調(diào)用。

在成本方面汽車廠商也獲益良多。SaaS通常伴隨著即付即得的定價(jià)模式，從而實(shí)現(xiàn)公平且靈活的定價(jià)、利用和增長。開發(fā)成本由許多需要相同功能的汽車廠商分?jǐn)?。部署和運(yùn)營成本由租戶共擔(dān)。此外，可以根據(jù)平臺上的租戶數(shù)和較高的汽車數(shù)量向基礎(chǔ)架構(gòu)供應(yīng)商討價(jià)還價(jià)，相較一般的汽車廠商與供應(yīng)商單獨(dú)接觸的情況，價(jià)格會有所下降。此外，服務(wù)級別合同允許在不使用自有資源的情況下快速解決停機(jī)問題和故障。在此種情形下，協(xié)作為汽車廠商提供了更大的個(gè)性化空間和專注于差異化功能的可能。相比之下，在基于SaaP的模式下，用戶僅能獲得以價(jià)格相對較低的訂閱費(fèi)和支持合同使用該服務(wù)的權(quán)利，而在所提及的其他幾個(gè)方面都必須自行管理/組織。

PANTARIS便是這樣一個(gè)基于云的集成平臺，可以提供如上所述的所有必要的服務(wù)和工具。它擁有一個(gè)與云無關(guān)的基礎(chǔ)架構(gòu)，用于在Azure等知名的云上進(jìn)行可擴(kuò)展的服務(wù)部署和操作。它還提供在云中和整個(gè)生命周期上進(jìn)行汽車連接、管理和操作的基本服務(wù)。它能讓汽車廠商專注于差異化服務(wù)和功能的開發(fā)。通過PANTARIS Marketplace，汽車廠商可以獲得一整套現(xiàn)成的服務(wù)。所有服務(wù)都是基于SaaS商業(yè)模式，使得汽車廠商能夠快速實(shí)現(xiàn)其特定用例。

圖7：SaaS與SaaP的比較。

九完全由軟件定義的汽車：我們將走向何方？

毫無疑問：未來的汽車將由軟件定義，第三個(gè)階段也終將到來。本文提出的所有趨勢將加快汽車廠商進(jìn)入最后階段的速度。但是，什么時(shí)候才能出現(xiàn)真正“完全由軟件定義的”汽車呢？迄今為止，應(yīng)用程序、功能、代碼行或任何其他可衡量的實(shí)體方面尚未達(dá)到最后的里程碑。此外，無論我們這段旅程走了多遠(yuǎn)，汽車仍然是現(xiàn)實(shí)中運(yùn)送人員或貨物的機(jī)械體。電機(jī)功能或電池容量當(dāng)然可以通過智能應(yīng)用程序得到進(jìn)一步優(yōu)化，整體內(nèi)飾也可以通過燈光、座椅設(shè)置、溫度和娛樂系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)個(gè)性化設(shè)置，但有些物理邊界是無法跨越的，它們是由汽車的物理部件所設(shè)置。

然而，我們可以在這些有局限性的條件下展望一下未來的軟件定義汽車：上午，為了工作的目的而使用一個(gè)完全自適應(yīng)的軟件定義汽車，它具備所需要的全部設(shè)置，甚至擁有針對該特定時(shí)間段的單獨(dú)的保險(xiǎn)。它與一個(gè)車隊(duì)云服務(wù)相連接，該服務(wù)可提供在車流中完美穿行直至到達(dá)各個(gè)目的地所需要的全部信息，如果有會議安排可切換至自動駕駛模式。下午，另一位家庭成員在休閑模式下使用同一輛車，搭配運(yùn)動設(shè)置和娛樂套件。之后，汽車在車庫里充電的過程中，家里十幾歲的孩子上了一堂數(shù)字駕駛課，模擬影像被投射到屏幕上。為此目的，包括方向盤在內(nèi)的消費(fèi)者可操作部件都會與實(shí)際機(jī)械裝置分離。也可以為行動不便者切換到一種為剎車和油門分配隨機(jī)按鈕的模式。

汽車制造商的開發(fā)時(shí)間可最大限度縮短，因?yàn)檎嚬δ芡ㄟ^經(jīng)中央計(jì)算平臺與云端相連的即插即用部件而發(fā)揮作用。消費(fèi)者可以通過應(yīng)用商店挑選和下載其所需要的每一項(xiàng)功能或服務(wù)，差異化由此形成。這些功能或服務(wù)由全球開發(fā)團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)完成。該團(tuán)隊(duì)由某個(gè)主題領(lǐng)域最優(yōu)秀的專家組成，他們可能在現(xiàn)實(shí)生活中從未見過對方，完全是通過在線平臺開展工作。即使到了這一節(jié)點(diǎn)，關(guān)于如何提高汽車的軟件定義程度也將有新的愿景出現(xiàn)。因此，邁向第三個(gè)階段的“競賽”不是關(guān)于誰首先達(dá)到非現(xiàn)存的目標(biāo)，而更像是關(guān)于保持較快的速度、靈活性和可擴(kuò)展性，從而在快速滿足不斷增長的客戶需求和其他外部需求方面具備競爭力。而且這不僅僅關(guān)系到特定地區(qū)崛起的汽車——由于新的靈活性的形成，在全球范圍內(nèi)銷售汽車變得更加容易。使汽車適應(yīng)當(dāng)?shù)氐牧?xí)俗——無論是法律要求、用戶偏好，還是有關(guān)天氣、溫度、路況和使用場景的具體特征——將在很大程度上成為軟件更新問題。當(dāng)某款車型配備了一套最出色的應(yīng)用程序和功能時(shí)，它可以變成“通用型”，在任何情況下都能運(yùn)行。不過，我們不應(yīng)將軟件定義汽車視為一件非常復(fù)雜的商業(yè)化產(chǎn)品。它的靈活性使制造商能夠以極快的速度應(yīng)對突發(fā)或意外事件。這些事件有可能是氣候保護(hù)新規(guī)出臺、汽車共享運(yùn)動興起等社會趨勢，也可能是全球流行病等災(zāi)難，或者政治沖突導(dǎo)致的資源短缺。汽車改裝的可能性變得無窮無盡，并有助于克服當(dāng)今和未來的挑戰(zhàn)。

總結(jié)

軟件定義的汽車面臨著諸多挑戰(zhàn)。即使每個(gè)汽車廠商和供應(yīng)商的關(guān)注點(diǎn)和策略可能不盡相同，我們也會對模式和趨勢進(jìn)行觀察，以應(yīng)對我們在本文中強(qiáng)調(diào)的挑戰(zhàn)。

我們著重指出，在這條道路上，這些地區(qū)的開發(fā)速度及其向其他地區(qū)的擴(kuò)張速度極為不同，而這可能會改變汽車廠商和供應(yīng)商的格局。在此背景下，我們介紹了不同地區(qū)的不同關(guān)注點(diǎn)、需求、速度、增長情況和數(shù)量。我們所闡述的核心問題是：“目前哪些趨勢正在推動著軟件定義汽車的演變，最重要的是，在規(guī)劃自有變革過程時(shí)應(yīng)該考慮哪些趨勢？”為此，我們將各種趨勢劃分為需要由汽車廠商及其供應(yīng)商應(yīng)對的三個(gè)趨勢領(lǐng)域：

從分布式到集中式：再定義汽車軟件

我們觀察到了一種硬件與軟件解耦以及汽車計(jì)算機(jī)中功能集中化的趨勢。功能轉(zhuǎn)移和集中化將導(dǎo)致ECU減少。集中化還將改變各方開發(fā)人員的協(xié)作方式，以便為通用的汽車計(jì)算機(jī)平臺提供功能。同時(shí)，協(xié)作方式將得到通過DevOps提供的增強(qiáng)型開發(fā)流程和范式的支持。

從手動到工具驅(qū)動：便利性和效率是未來的核心因素

汽車廠商成功的關(guān)鍵是在對軟件不斷增長的復(fù)雜性加以管理的同時(shí)，顯著提高其開發(fā)與部署速度。在這方面，我們看到，隨著主要ECU軟件功能向集中式汽車計(jì)算機(jī)轉(zhuǎn)移的需求的出現(xiàn)，中間件和框架的標(biāo)準(zhǔn)化程度與普及性也在大幅提升。在與框架相關(guān)的方面，我們發(fā)現(xiàn)，人們對車載應(yīng)用極為關(guān)注。此外，將功能轉(zhuǎn)移到非安全性關(guān)鍵QM域的需求越來越大，這也吸引了人們的注意。通過DevOps進(jìn)行工具增強(qiáng)是提高關(guān)鍵開發(fā)環(huán)節(jié)（包括自動化、測試、部署和交付）速度的一種日益增長的趨勢。虛擬測試環(huán)境可對此提供支持，使開發(fā)人員能夠進(jìn)一步加快開發(fā)速度，同時(shí)也便于其集中精力。另一個(gè)突出的趨勢是通過基于云的空中傳輸（OTA）進(jìn)行更新，以便使包含新功能在內(nèi)的軟件分布于汽車的所有域中。

從閉源到開源：個(gè)性化、基于云、協(xié)同化

整個(gè)行業(yè)內(nèi)部的協(xié)作和協(xié)同效應(yīng)有所增強(qiáng)。我們發(fā)現(xiàn)不同OSS社區(qū)中的成員和項(xiàng)目數(shù)量增長強(qiáng)勁，并以移動出行為重點(diǎn)。通過OTA更新能夠引入新的軟件功能（如車載應(yīng)用），這一合乎邏輯的結(jié)論將為汽車廠商和供應(yīng)商創(chuàng)建新的數(shù)字商業(yè)模式。因此，我們看到整個(gè)軟件價(jià)值鏈上出現(xiàn)了許多新的合作伙伴關(guān)系。特別是，云計(jì)算平臺的興起對上述許多趨勢、用例以及新的合作和商業(yè)模式起到了推波助瀾的作用。

在ETAS，我們每天都會與世界各地不同的汽車廠商和供應(yīng)商打交道，無論是以直接方式還是通過不同的標(biāo)準(zhǔn)化機(jī)構(gòu)、法規(guī)和OSS計(jì)劃，或是全球政府層面的咨詢。因此，我們可以盡早將這些想法轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品，以便為供應(yīng)商、汽車廠商和最終客戶提供幫助。

作者

Ismet Akta?博士

ismet.aktas2@etas.com

Ismet Akta?博士自2023年1月起成為ETAS車云服務(wù)解決方案領(lǐng)域投資組合管理和入職培訓(xùn)團(tuán)隊(duì)的一員。他之前曾在與微軟合作的“軟件定義汽車”項(xiàng)目中擔(dān)任博世方面（OPS-基于云的后端）的工作流主管。此外，他還曾負(fù)責(zé)博世各種主題的技術(shù)工作，涉及不同領(lǐng)域（如汽車、工業(yè)、零售）的技術(shù)售前、博世不同部門的技術(shù)接口和產(chǎn)品/項(xiàng)目管理等方面。他獲得了亞琛工業(yè)大學(xué)的博士學(xué)位和文憑，專注于通信和分布式系統(tǒng)的軟件架構(gòu)和跨層優(yōu)化領(lǐng)域的工作。

審核編輯：湯梓紅