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软件定义汽车为自动驾驶带来新的商业模式

关键词:软件定义汽车 自动驾驶

时间:2024-06-25 09:46:46      来源:网络

高级驾驶辅助系统是汽车设计的关键要素。除了提供安全性之外,汽车制造商还希望进一步增强 ADAS 功能,将车辆提升到更高的自动驾驶水平,以实现安全性和易用性。再加上用户对信息娱乐、个性化和用户体验的期望,汽车正在从传统上以操控性、动力、速度和外观为特征的产品发展到以车内体验以及通过功能升级和第三方应用增强功能的能力为特征的产品。

在SAE International(前身为美国汽车工程师学会)的六级自动化框架内,大多数汽车制造商目前都实现了 L1和L2的部分驾驶功能自动化。全球的 OEM 正在设计向L3甚至L4的过渡。

与 L1 ADAS功能相比,L2提供了更复杂的功能,例如自适应巡航控制与车道居中相结合。这些功能真正为驾驶员提供了帮助,并为汽车 OEM 带来了高利润的收入。尽管L2功能的性能有所提升,但驾驶员仍被视为驾驶车辆的人,并对乘客和车辆的安全负有责任。

从L3开始,驾驶员有条件地将责任移交给 ADAS 系统。一个例子是“交通拥堵”,车辆将在拥堵路段自动驾驶。由于这是有条件的自动化,驾驶员仍必须做好接管车辆的准备。在L4中,驾驶员接管车辆的条件进一步减少,在某些情况下甚至完全将控制权交给车辆。

要从L2过渡到L3或L4,需要实现重大的技术飞跃,为车辆提供足够的传感和算法处理甚至人工智能(AI),以成功导航驾驶环境并区分谁或什么负责驾驶车辆。


SAE 的六个驾驶自动化级别。SAE INTERNATIONAL

更高的赌注

在开发L3或L4系统时,乘客的安全在很大程度上取决于制造商 ADAS 系统的有效性。这些系统的可靠性和可信度很重要,因为其会提升或损害制造商的声誉。

然而,安全只是影响汽车销售和成功的因素之一。汽车制造商必须维护并巩固其在车载信息娱乐 (IVI) 方面的声誉。现代 IVI 系统类似于智能手机,使用应用程序提供有用、引人注目且引人入胜的内容。汽车的应用程序和内容流媒体服务数量正在增长,驾驶自动化水平也将不断提高。

新车的许多功能,包括安全性、信息娱乐和车辆性能(操控性、加速性、排放),越来越多地由复杂的软件实现。这催生了软件定义汽车 (SDV) 的概念,这种汽车可以在其整个生命周期内进行升级,增强现有功能并添加新功能。然而,当今绝大多数车载系统都使用专用硬件模块,并且功能特定。

这几乎包括所有较新的L1和L2 ADAS 系统。非软件定义且缺乏接受增强软件能力的系统注定只能执行其设计时的功能。因此,它们为制造商提供的功能有限或根本没有升级车辆功能的能力。真正实施“软件定义”需要实施能够接受新软件的硬件。正是软件可定义的功能创造了在消费者的车辆投资的整个生命周期中产生新收入流的潜力。

车轮上的数据中心

现代汽车通常有多达 100 个电子控制单元 (ECU),它们之间可能包含多达 1 亿行软件代码(相比之下,商用飞机有大约 1400 万行)。汽车的主要 ECU 用于发动机、变速箱、牵引力、防抱死制动和安全气囊控制。那些提供较小功能的 ECU 将包括空调控制、车窗和座椅控制等。

如此多的 ECU 及其在车辆周围的分布使得架构非常复杂。这种架构不是特别节能,无论是从能耗还是计算能力的角度来看,因为大多数 ECU 无法升级或用于除其设计任务之外的任何用途。车辆性能和功能的不断创新是 ECU 系统激增的原因。然而,要转向“软件定义汽车”,需要转向集中式高性能计算 (HPC) 架构,并添加一些汽车专用功能。

因此,SDV 可以看作是一个以 HPC 为核心的移动数据中心。由于 HPC 包含各种强大的 CPU 功能,既支持通用计算,也支持专用计算(例如视频处理),因此可以在车辆多年后添加功能,这将提升车辆的保值率。如果存在兼容的 HPC 集群,则可以将由软件启用且存在于全新车辆上的功能添加到旧车辆上。

未来的 SDV 将是一个带轮子的数据中心,其核心是高性能计算,并配有高速接口来连接边缘传感器。作为一个平台,SDV 将具有云连接能力,并能够接受实时更新。

在车辆的外围,会有一些组件,例如智能传感器,它们可以执行边缘处理,但由于它们的使用场景通常很窄,因此用软件更新这些组件的必要性就不那么重要了。此外,转向集中处理可能会消除车辆对大量边缘计算能力的需求,这取决于传输原始数据的带宽成本与预处理数据的成本。雷达、视觉摄像头、激光雷达、加速度计和 GPS 都是为车辆提供有关其周围环境信息的传感器。

这些传感器提供的数据可以实现各种安全、性能或娱乐任务,并可供车辆新增的功能使用。该功能以及现有的 ADAS 和信息娱乐功能将驻留在 HPC 中。

由于L3和L4需要逐步提高计算性能,因此 HPC 集群的实施与这些系统的引入同步是合乎逻辑的。实施具有L2 ADAS 功能的 HPC(有时称为 L2+,尽管 SAE 没有这样的定义)使得 ADAS 系统可以在车辆售出后继续升级。信息娱乐在很大程度上已经是一种具有特定边缘外围设备(扬声器、麦克风、显示器)的计算功能,因此将信息娱乐数据的处理纳入 HPC 集群中也是合乎逻辑的。

反对车载 HPC 的论据通常分为两类:复杂性/风险和系统成本。两者都可以通过利用其他行业成功实施的策略来解决。HPC 硬件虽然功能各异,但已是数据中心的一项已知技术。服务器 ODM 随时可以提供硬件设计服务,许多汽车一级供应商已经投资 HPC 系统功能,以支持新兴的 OEM 需求。

使用现有的硬件架构使 OEM 能够专注于 ADAS 应用软件开发和应用程序交付。为了降低软件复杂性,ADAS 组件(例如计算片上系统 (SoC) 和网络交换机)的制造商正在扩展其软件,以减轻 OEM 或系统集成商的开发负担。这使系统开发人员能够专注于系统集成和策略,而不是处理算法或低级驱动程序。

供应链的多个层面都在开发具有卓越成本结构的优化硬件,既适用于现有的 2 级系统,也适用于计划中的 3 级系统。在 HPC 架构中使用标准化和通用软件可降低 OEM 的开发成本,并实现跨车辆平台的可扩展性。它还大大降低了因为一次性车辆功能集或平台开发的独特软件堆栈导致的软件错误而导致召回的风险。 

历史上,汽车制造商与客户进行的是一次性金融交易。除了通过服务和维修中心,没有售后收入。随着 SDV 的出现,成本效益方程中的另一个因素是系统是否能在售后产生额外收入,以及这些收入是否对 OEM 的财务业绩有重大影响。

手机行业已经创建了可重复使用的开发和分发应用程序的模型,这些应用程序可以增强消费者的产品并使其个性化。最重要的是,该行业从大量软件开发商那里获得了经济利益,这些软件开发商的产品通常只对一小部分消费者有价值,但当它们结合在一起时,就会为更多的客户提供大量的产品。

汽车行业尚未允许以应用程序的形式进行第三方功能开发,尽管有来自各个 OEM 的少量应用程序可用。出于责任原因,必须确保某些控制功能的分离。但是,以巡航控制为例,车载系统成功实现油门访问已经得到证实,只需在 HPC 架构内以受控方式实现即可。

迄今为止,为车辆开发新功能/应用程序的工作主要还是由汽车OEM负责,他们的软件开发流程既不是为支持小群体消费者而设计的,也不是为支持小群体消费者而优化的。要提供广泛的附加车辆应用程序并从具有特定兴趣或品味的消费者那里获得收入,就需要创建一个可供开发人员和消费者使用的“应用商店”,并能够访问 HPC 系统内的标准功能界面。

举一个既不是 ADAS 也不是信息娱乐的可能功能的例子,具有收集传感器数据能力的车辆可以使用这些数据来跟踪、监控和分析零件(例如悬架系统)的磨损情况,并对服务做出预测。这些预测可以基于识别发展趋势的高级异常检测算法的结果。

这样,维护就可以根据磨损情况进行安排,而不是按照传统的基于时间或里程的方法。甚至可以通过实时软件补丁立即调整一个或多个操作参数。

在某些情况下,OEM 通过软件对功能升级收费已成为标准做法。如今,升级通常需要将车辆送回车库,并通过数据线进行传输。不过,已经可以找到一些用户通过 USB 端口进行升级的例子。

无线更新OTA将成为未来软件升级的常态。与目前在认证服务中心进行升级的要求相比,安全、排放或性能召回的 OTA 升级提供了大量降低 OEM 成本的机会,前提是初始车辆包含支持 OTA 升级的适当硬件以及启用新功能的方法。

总结

高级驾驶辅助系统是汽车设计的关键要素。除了提供安全性之外,汽车制造商还希望进一步增强 ADAS 功能,将车辆提升到更高的自动驾驶水平,以实现安全性和易用性。再加上用户对信息娱乐、个性化和用户体验的期望,汽车正在从传统上以操控性、动力、速度和外观为特征的产品发展到以车内体验以及通过功能升级和第三方应用增强功能的能力为特征的产品。

为了提供必要的性能/安全性和市场差异化功能,车辆正在成为软件定义的车轮上的 HPC 数据中心。这种转变导致制造商采用不同的成本模型,因为一些硬件投资将带来更长期的回报。

汽车行业历来认为每辆汽车的销售都会产生一次性回报,这笔回报涵盖了开发和制造的资本支出,以实现利润和业务增长目标。但如今,通过云连接到 OEM 服务器的 SDV 为引入基于订阅和应用程序下载的模式提供了机会。

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