智能汽車(chē)的 Next Level？虛擬化和軟件定義汽車(chē)
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現(xiàn)代汽車(chē)是工程技術(shù)的奇跡，其特點(diǎn)和功能在幾年前是無(wú)法想象的。但在光鮮亮麗的外表下，隱藏著日益增長(zhǎng)的復(fù)雜性，這給汽車(chē)行業(yè)的未來(lái)帶來(lái)了重大挑戰(zhàn)：對(duì)車(chē)載計(jì)算日益增長(zhǎng)的需求及其對(duì)電子控制單元（ECU）的影響。
本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/202407/460511.htmECU是控制車(chē)內(nèi)許多安全關(guān)鍵型和非安全關(guān)鍵型任務(wù)的專(zhuān)用計(jì)算機(jī)。例如，今天的大多數(shù)汽車(chē)都有一個(gè)ECU控制著發(fā)動(dòng)機(jī)，另外一個(gè)ECU管理著制動(dòng)系統(tǒng)，還有一個(gè)ECU負(fù)責(zé)娛樂(lè)系統(tǒng)，諸如此類(lèi)，而所有這些都通過(guò)構(gòu)成汽車(chē)神經(jīng)系統(tǒng)的電纜、線(xiàn)纜和軟件相連。
這種復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)雖然實(shí)現(xiàn)了先進(jìn)功能，但也存在缺點(diǎn)。由于ECU數(shù)量龐大且相互依賴(lài)，導(dǎo)致有線(xiàn)連接雜亂如麻。這增加了系統(tǒng)重量和成本，也讓集成和軟件開(kāi)發(fā)變得更加復(fù)雜，還限制了部署和管理固件無(wú)線(xiàn)更新（FUOTA）的能力。如果沒(méi)有FUOTA等功能，汽車(chē)制造商就必須承擔(dān)高昂費(fèi)用安排進(jìn)店處理，而車(chē)主也必須面對(duì)長(zhǎng)時(shí)間無(wú)法用車(chē)的窘境。
好消息是，軟件定義汽車(chē)（SDV）時(shí)代正在改變汽車(chē)業(yè)的一切，包括ECU和汽車(chē)處理架構(gòu)。
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SDV革命的驅(qū)動(dòng)力
朝著SDV的演變不僅僅是一種軟件的改變，這還是車(chē)輛內(nèi)部架構(gòu)的深層次重構(gòu)。這場(chǎng)革命的核心在于ECU整合的概念，是對(duì)車(chē)輛控制和處理層次結(jié)構(gòu)的重新評(píng)估，從而推動(dòng)成本降低和性能改進(jìn)，開(kāi)啟通過(guò)軟件更新完成車(chē)輛持續(xù)升級(jí)的未來(lái)。
ECU整合中出現(xiàn)的創(chuàng)新之一是使用 Zonal架構(gòu) ，將各個(gè)車(chē)輛子系統(tǒng)劃分為相關(guān)功能區(qū)域，從而解決當(dāng)前ECU數(shù)量激增的挑戰(zhàn)。每個(gè)區(qū)域由一臺(tái)功能強(qiáng)大的控制器管理，而該控制器在其領(lǐng)域內(nèi)整合了多個(gè)傳統(tǒng)ECU的功能，并負(fù)責(zé)特定的子系統(tǒng)，例如動(dòng)力總成、底盤(pán)或信息娛樂(lè)系統(tǒng)。
這種模塊化方法提供了多重好處：
1
降低復(fù)雜性，簡(jiǎn)化布線(xiàn)
目前的汽車(chē)布線(xiàn)是一個(gè)雜亂無(wú)章的網(wǎng)絡(luò)，使用分區(qū)式布局可將其化繁為簡(jiǎn)。Zonal拓?fù)湓诟鲄^(qū)之間使用更少的高帶寬鏈接來(lái)替代許多點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接，由此降低了重量和成本，而后使用的線(xiàn)束也更少。
2
提高穩(wěn)健性
ECU更少意味著潛在故障點(diǎn)更少，網(wǎng)絡(luò)安全威脅的攻擊面也更少。得益于集中式處理和資源共享功能，Zonal架構(gòu)可提供更大的冗余度和更高的安全性，使SDV更能抵御故障和外部入侵。
3
虛擬化和容器化
Zonal架構(gòu)為虛擬化鋪平了道路，而虛擬化是軟件開(kāi)發(fā)的一項(xiàng)顛覆性技術(shù)?，F(xiàn)在，多個(gè)軟件應(yīng)用程序可以在一個(gè)功能強(qiáng)大的控制器上運(yùn)行，通過(guò)容器化技術(shù)相互隔離。因此，這項(xiàng)技術(shù)可以通過(guò)模塊化方法無(wú)縫實(shí)現(xiàn)軟件更新和功能添加。
4
OTA更新
借助Zonal架構(gòu)和高帶寬連接，SDV可以通過(guò)無(wú)線(xiàn)（OTA）更新不斷發(fā)展。SDV可以無(wú)線(xiàn)接收實(shí)時(shí)性能增強(qiáng)、故障修復(fù)，甚至全新的功能，從而在購(gòu)買(mǎi)后長(zhǎng)時(shí)間保持“新鮮”感。
作為SDV的信息高速公路，高帶寬連接進(jìn)一步釋放了下一代車(chē)輛架構(gòu)的潛力。經(jīng)過(guò)改進(jìn)的網(wǎng)絡(luò)增強(qiáng)了提供持續(xù)OTA更新的能力，這將使SDV多年保持常用常新，并通過(guò)軟件訂閱和可定制的駕駛體驗(yàn)開(kāi)啟經(jīng)常性收入渠道。
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SDV的虛擬基礎(chǔ)
Zonal架構(gòu)是SDV的大腦，但真正的魔力在于它們的虛擬基礎(chǔ)。就像城市需要強(qiáng)大的基礎(chǔ)設(shè)施來(lái)支持各種活動(dòng)一樣，SDV依賴(lài)于虛擬機(jī)（VM）和容器等虛擬化技術(shù)來(lái)協(xié)調(diào)軟件，讓它們始終保持正常運(yùn)行。
VM為各種軟件工作負(fù)載提供安全的分區(qū)執(zhí)行環(huán)境。VM基本上是充當(dāng)SDV中央控制器或半分布式分區(qū)控制器內(nèi)部的虛擬計(jì)算機(jī)，每個(gè)VM專(zhuān)門(mén)用于特定任務(wù)，如發(fā)動(dòng)機(jī)管理、駕駛輔助或信息娛樂(lè)。這種模塊化架構(gòu)帶來(lái)了多重優(yōu)勢(shì)：
1
開(kāi)發(fā)效率
VM通過(guò)隔離不同的項(xiàng)目和功能簡(jiǎn)化了軟件開(kāi)發(fā)。開(kāi)發(fā)人員可以對(duì)一個(gè)部分進(jìn)行更新而不影響其他部分，從而提高了效率，降低了測(cè)試復(fù)雜性。
2
動(dòng)態(tài)擴(kuò)展
VM可以適應(yīng)不斷變化的需求。例如，負(fù)責(zé)導(dǎo)航的VM可以在復(fù)雜導(dǎo)航期間動(dòng)態(tài)擴(kuò)展其虛擬資源，還可汲取更多的處理能力，以確保順暢的用戶(hù)體驗(yàn)。
3
更高的安全性
在整合極端工作負(fù)載時(shí)，VM為風(fēng)險(xiǎn)低于制動(dòng)器件的信息娛樂(lè)系統(tǒng)等混合關(guān)鍵性軟件提供重要隔離。這種隔離確保一個(gè)VM中的故障不會(huì)影響另一個(gè)VM的關(guān)鍵操作，從而提高了整體系統(tǒng)安全性。
總之，VM可以為軟件提供完整的執(zhí)行環(huán)境。而容器是輕量級(jí)、可移植的軟件包，包含運(yùn)行特定軟件模塊所需的一切。這種方法本身就具有顯著優(yōu)勢(shì)：
1
快速部署和更新
使用容器部署新功能或修復(fù)錯(cuò)誤速度快得多。更新可以一次一個(gè)模塊地進(jìn)行，從而盡可能減少停機(jī)時(shí)間和潛在風(fēng)險(xiǎn)。
2
跨車(chē)型的可擴(kuò)展性
由于容器獨(dú)立于平臺(tái)，因此相同的容器化功能可以在不同的SDV平臺(tái)上運(yùn)行，而不論硬件型號(hào)如何。這顯著降低了汽車(chē)制造商的開(kāi)發(fā)和維護(hù)成本。
3
集中控制和監(jiān)控
通過(guò)管理的容器，汽車(chē)制造商可以獲得集中控制和監(jiān)控功能。想象一下，擁有一個(gè)實(shí)時(shí)顯示每個(gè)軟件模塊性能的儀表板。這讓汽車(chē)可以對(duì)安全威脅或危急故障做出迅速診斷和協(xié)調(diào)響應(yīng)。
VM和容器的模塊化可幫助汽車(chē)制造商搶占先機(jī)，簡(jiǎn)化運(yùn)營(yíng)。有了它們，SDV可以輕松整合新的軟件和硬件開(kāi)發(fā)成果。需要使用新的AI功能升級(jí)車(chē)載娛樂(lè)系統(tǒng)？只需將相應(yīng)的容器換成新版本即可。
這種更新既可以保證SDV中的技術(shù)與時(shí)俱進(jìn)，又可順應(yīng)不斷變化的行業(yè)需求及時(shí)調(diào)整，使汽車(chē)制造商始終站在汽車(chē)創(chuàng)新的前沿。這些發(fā)展將會(huì)終結(jié)傳統(tǒng)的ECU模式，并開(kāi)創(chuàng)靈活、可升級(jí)、不斷變化的汽車(chē)新時(shí)代。
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路面上的SDV
特斯拉是通過(guò)采用Zonal架構(gòu)和OTA更新推動(dòng)行業(yè)發(fā)展的一個(gè)精彩案例。例如，特斯拉Model S和X汽車(chē)配備了一臺(tái)高性能的全自動(dòng)駕駛（FSD）計(jì)算機(jī)，負(fù)責(zé)處理以前由許多獨(dú)立ECU管理的任務(wù)。這種精簡(jiǎn)的架構(gòu)減輕了重量，降低了復(fù)雜性，并通過(guò)軟件更新解鎖了無(wú)限可能。
想象一下，您收到的OTA更新在一夜之間就將您的特斯拉汽車(chē)?yán)m(xù)航里程提高了10英里。這正是2020年發(fā)生的事情，展示了軟件驅(qū)動(dòng)的性能提升威力。但特斯拉的雄心壯志遠(yuǎn)不止于解決續(xù)航里程焦慮。2022年，他們推出了“召喚”功能，讓車(chē)主能夠使用智能手機(jī)應(yīng)用遠(yuǎn)程泊車(chē)和取車(chē)，這在硬件定義汽車(chē)中是無(wú)法想象的功能。
但特斯拉并不是這場(chǎng)游戲中的唯一玩家。梅賽德斯-奔馳的新款EQS轎車(chē)采用了模塊化電氣架構(gòu)，為未來(lái)的軟件定義功能奠定了基礎(chǔ)。沃爾沃采用了Zonal架構(gòu)，而豐田和通用汽車(chē)也正在積極探索類(lèi)似的概念。全球汽車(chē)格局正在發(fā)生轉(zhuǎn)變，而SDV正是這背后的推手。
除了汽車(chē)制造商外，供應(yīng)商也在積極求變。恩智浦半導(dǎo)體（NXP）和博世（Bosch）等公司正在開(kāi)發(fā)專(zhuān)門(mén)針對(duì)Zonal架構(gòu)的強(qiáng)大集中式控制器。這個(gè)蓬勃發(fā)展的生態(tài)系統(tǒng)促進(jìn)了創(chuàng)新，并確保了SDV革命走向勝利所需的硬件基礎(chǔ)設(shè)施。
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結(jié)語(yǔ)
SDV的興起標(biāo)志著汽車(chē)行業(yè)的一個(gè)關(guān)鍵時(shí)刻。Zonal架構(gòu)正在以其集中處理和模塊化設(shè)計(jì)開(kāi)啟不斷創(chuàng)新的未來(lái)。想象一下，汽車(chē)可以學(xué)習(xí)和適應(yīng)，接收提升駕駛體驗(yàn)的個(gè)性化更新，并根據(jù)個(gè)人需求調(diào)整性能。再想象一下，汽車(chē)在與您共同進(jìn)步，而不僅僅是簡(jiǎn)單地陪在您身邊，隨著時(shí)間的推移，它將變得更新穎、更安全、更高效。
遠(yuǎn)程更新制動(dòng)系統(tǒng)和防碰撞軟件等關(guān)鍵系統(tǒng)的能力有望顯著提高道路安全。此外，通過(guò)軟件更新持續(xù)優(yōu)化發(fā)動(dòng)機(jī)性能和能源管理，還能為未來(lái)更清潔、更可持續(xù)的交通鋪平道路。
不過(guò)，前方的道路并非一帆風(fēng)順。確保軟件更新的安全性和可靠性尤為重要。監(jiān)管機(jī)構(gòu)和制造商必須通力合作，為這些聯(lián)網(wǎng)汽車(chē)建立健全的網(wǎng)絡(luò)安全協(xié)議。此外，管理混合關(guān)鍵性系統(tǒng)（如信息娛樂(lè)和制動(dòng)等具有不同安全要求的功能），需要復(fù)雜的虛擬化解決方案。
SDV的發(fā)展仍處于早期階段，但其潛力不可否認(rèn)。Zonal架構(gòu)設(shè)計(jì)、高帶寬連接技術(shù)，以及專(zhuān)為SDV量身定制的開(kāi)發(fā)平臺(tái)的不斷進(jìn)步，將加速自動(dòng)駕駛汽車(chē)和聯(lián)網(wǎng)汽車(chē)服務(wù)的崛起。想象一下這樣一個(gè)世界：汽車(chē)在彼此之間以及與周?chē)幕A(chǔ)設(shè)施無(wú)縫通信，譜寫(xiě)一曲智能出行交響樂(lè)。
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