什么是软件定义汽车？
最近，汽车行业都在讨论“软件定义汽车”（SDV），但并非所有人都明白这是什么意思。难道现在的汽车里不都已经装有车载软件了吗？
确实如此，但软件定义汽车以更强大的方式利用了汽车软件。软件定义汽车的基本功能由运行在先进硬件资源和现代操作系统之上的软件提供。这与过去汽车中众多单一、固定功能的硬件模块和传感器形成了鲜明对比。 软件定义汽车更具灵活性且易于升级，能够利用和共享数据，并连接至云端。这意味着它们可以随着时间的推移不断改进，这与客户对其他数字设备的期望相似。此外，这还使汽车行业能够通过软件，在车辆生命周期内开辟新的商业模式、特性及功能。
这些差异看似微不足道，但实际上至关重要，既能为汽车制造商带来益处，也能为消费者创造机遇。在这篇博客中，我将探讨在汽车制造商开发软件定义汽车的过程中，构建这类车辆所需的关键要素。
软件定义车辆：灵活且可升级
随时间推移添加功能
软件定义汽车的一个关键方面在于其灵活性，以及支持持续软件开发的能力。过去，汽车在驶下生产线时就被设计为具备特定的特性与功能，而这些便是它们在整个使用寿命期间所能做的一切。相比之下，消费者对智能手机中可升级软件的期望截然不同——他们已经习惯了技术不断改进，并逐步演变为新功能。
试想一下，如果你的智能手机一旦修好就无法通过更新获得新功能和新特性，会是怎样的情景？虽然特斯拉等制造商以自动驾驶技术而闻名，但更重要的是，这表明了通过软件对车辆进行升级的能力，对于其客户而言是一项关键价值——而过去的车辆则无法做到这一点。
空中（OTA）更新
软件定义汽车提供了一个可扩展的软件平台，该平台可在生产完成后通过软件更新持续升级，从而添加此前未预料到的功能和新服务。这种灵活性使汽车制造商、服务提供商及其他相关方能够通过软件在车辆投产后为其增添功能并进行改进。这对消费者而言意味着更佳的用户体验：他们购买的汽车不仅会不断提升性能、修复问题，还能提供购车时未曾预想到的体验。 我常说，我们需要设计出能够实现未来功能——即今天我们尚未想到的功能——的车辆。为此，我们需要灵活且可升级的车辆，这在越来越大程度上意味着通过软件开发来提供新功能。
无线更新是一种功能强大的工具，在汽车行业正日益普及，尤其是在特斯拉、梅赛德斯-奔驰、现代等企业率先积极提供车辆软件更新之后。 要通过软件实现这一渐进式转型，底层硬件必须预留未来空中更新的空间，并集成能够在车辆投产后持续发展的硬件技术。尽管许多汽车制造商可能尚未准备好采用完全开放的技术平台，且出于网络安全考虑对连接外部系统心存顾虑，但只要车辆在设计之初就具备可升级性，未来仍有望通过软件更新实现与现有车载系统的无缝集成。
新的商业模式
整个汽车行业目前普遍关注的焦点是：可升级的软件如何能够开辟新的商业模式并解锁新功能。无论是通过车载信息娱乐系统还是车辆应用程序，车载软件都有潜力为驾驶员提供新的功能。例如，如今很难找到不支持音乐流媒体功能的车辆，而就在几年前，这种集成功能还非常新颖。 软件定义的汽车为汽车行业提供了灵活性，使其能够及时响应新兴趋势，并提供客户所需的新功能，这与智能手机的使用体验相似。
将车辆与智能手机应用程序连接起来
另一个例子是联网服务（或称联网汽车服务）。一些现代汽车配备了车载应用程序，可实现远程锁门、定位以及其他简单设置。 现代软件架构能够让汽车制造商通过应用程序或车载信息娱乐系统，为联网服务扩展更强大的功能。这些功能既可以免费提供以提升驾驶员忠诚度，制造商也可以部署软件并对新功能收费，从而拓宽收入来源。无论免费还是收费，软件定义汽车都能通过软件持续为车辆创造更多价值，从而惠及驾驶员和整个行业。
软件定义的车辆电气与电子架构
向软件定义车辆的转型与汽车行业车辆电气和电子架构的演进紧密相关。随着车辆架构的演进，软件得以通过崭新且强大的方式发挥作用。让我们首先来探讨软件定义车辆中的一些关键硬件变化。
基于现代网络
实现这种灵活性的一项关键要素是网络连接。传统车辆采用基于CAN（控制器局域网）等网络标准的硬连线连接方式，这种方式在设计阶段就将特定的数据源与目的地固定关联起来。这存在若干关键缺陷。
首先，固定连接在生产完成后无法更改，因此可能无法实现新功能，因为所需系统可能无法访问。 其次，传统车辆的线束重量惊人：通常情况下，仅线束本身就占据了车辆第三重的部件！这些线束的安装也十分困难，需要大量体力劳动才能将粗大的线束穿过车内的走线槽。最后，这些网络的故障诊断难度很大；如果某根线缆发生故障或受损（例如因碰撞导致），可能难以查明问题所在，且维修起来非常困难甚至无法修复。
汽车以太网简化了车辆开发
相比之下，软件定义车辆（SDV）采用了动态的现代网络技术。诸如汽车以太网（Automotive Ethernet）之类的新型计算机网络标准，使车辆能够具备灵活的连接能力，并可通过软件进行编程，特别是在车辆信息收发的重要环节上。SDV 可以在借鉴软件定义网络（SDN）技术的同时，增加额外的要求，以确保对安全关键型数据流给予优先处理，并内置弹性机制。
以太网是一种共享资源，因此不再需要在不同的子系统之间建立点对点连接。这一变化减轻了线束的总重量，降低了装配复杂度，并提高了车辆效率。以太网简化了开发和调试流程，便于定位故障，并使问题诊断与修复变得更加容易，在某些情况下甚至仅通过软件即可实现。
Sonatus 通过我们功能全面的Sonatus Foundation产品，提供支持现代网络的基础软件技术，该产品允许在整个生命周期内添加、调整和优化连接。
硬件与软件的整合共存
软件定义汽车的第二个关键转变，在于通过硬件计算能力来演进车辆架构，从而实现前文所述的可升级性。传统上，车辆电子系统由许多完全集成的独立电子控制单元（ECU）构成，这些单元是硬件盒子的物理组件及其相关的嵌入式软件，仅执行单一功能，例如管理车窗、气候控制或制动。 这种盒子——无论从字面还是比喻意义上，都常被称为“黑匣子”——在其整个生命周期内不会发生变化，且仅执行该单一功能。这种方法不仅成本高昂、笨重且难以管理，而且还阻碍了可升级性和持续开发。
相反，软件定义车辆采用数量更少、集成度更高的计算硬件单元来运行多项任务，这与您的电脑或智能手机同时运行多个应用程序的原理如出一辙。 通过采用现代嵌入式操作系统、虚拟化、虚拟机监控程序和应用容器等技术，这些应用程序可以共享硬件资源并并行运行，同时互不干扰。软件平台的这一演进显著简化了车辆设计，减轻了重量并降低了装配复杂度，并从根本上解锁了随时间推移持续添加新功能的能力。
整合可以降低总成本
一种常见的误解是，随着汽车制造商添加所需技术，其成本将会增加，但实际情况可能恰恰相反。尽管软件定义汽车涉及更多的软件开发工作，且个别电子系统为部署更强的计算能力可能成本更高，但车辆硬件的总体成本可能会大幅降低。 考虑到传统车辆可能配备多达150个电子控制单元（ECU）来处理各种传感器、安全要求和便利功能，减少汽车中ECU的总数可以带来可观的硬件成本节约。尽管汽车制造商及其供应商的软件开发工作更为复杂，但汽车制造商的总体资本支出（CapEx）和运营支出（OpEx）却因此降低了。
软件定义车辆中的数据驱动创新
现代车辆配备了数百个传感器，这些传感器会从车内产生海量数据。此外，驾驶员还期望获得来自车外的各类数据，包括音频流、导航、实时交通信息，以及——在未来——甚至来自附近其他车辆或基础设施的通信信息。对于该行业而言，双向数据处理的挑战在于管理如此庞大的数据量，其规模之大甚至可能远超通过LTE网络传输和存储这些数据的能力。 据麦肯锡统计，一辆汽车每小时可产生约25千兆字节的数据。
此外，并非所有车辆数据都同样有用，例如每隔50毫秒就重复报告“第723号系统所有系统正常”。更有价值的是检测需要详细报告的问题模式，以便采取主动措施或进行预防性维护。这需要能够针对车辆数据提出有针对性的问题并快速优化这些查询的软件解决方案。这种对车辆数据进行精细查询的能力，正是 Sonatus CollectorAI的独特优势之一。
SDV是联网汽车
在探讨了这么多关于数据的内容之后，软件定义汽车的第四个关键特征是其互联性。如今，汽车的互联程度日益提高，以提供车载WiFi、流媒体服务或实时交通信息等特定服务。这种集成是一个良好的开端，但只有通过与云端的持续连接，才能开发出在没有这种连接的情况下无法实现的功能。
云端为采集前文提到的宝贵车辆数据提供了天然的平台，并能提供包括人工智能在内的强大计算能力，借助软件来识别可能预示潜在问题的关键模式。云系统是自动驾驶辅助系统（ADAS）及更高级别自动驾驶不可或缺的组成部分，但这仅仅是云端众多优势之一。
云技术还为用户提供了丰富的娱乐和内容服务平台，随着自动驾驶水平的不断提升，驾驶员和乘客将能够在日常驾驶体验中享受更丰富的新闻、信息和娱乐服务，这一趋势的重要性将日益凸显。 云技术还能加快软件代码的开发和原型设计。Sonatus 正与AWS、Google Cloud等领先的云服务提供商以及汽车制造商的私有云展开合作，以实现这些改进，并提升联网汽车相较于过去非联网车辆所能提供的价值。
同样，该行业长期以来一直致力于实现车辆与基础设施通信的愿景，这有望使车辆能够与交通信号灯等固定基础设施以及其他车辆无缝通信，从而共同优化道路使用效率并提高安全性。
一款具备空中升级功能的联网汽车还能带来意想不到的好处，例如提升车辆性能。 通过结合车辆采集的数据与机器学习技术，领先企业能够随着时间的推移对关键组件进行优化，从而提升涵盖车辆性能与安全各方面的关键功能，例如改进牵引力控制算法、电池管理算法、操控性能、ADAS安全功能以及其他先进功能。如果软件定义车辆（SDV）基于可扩展的软件堆栈和嵌入式操作系统，便能够随着时间的推移实现这些改进。
软件定义汽车已具备AI 支持能力
SDV（软件定义汽车）带来的最令人振奋的新机遇之一，在于它为将人工智能和机器学习技术应用于车辆提供了强大的基础。目前，AI 在汽车领域的应用正在不断扩大，尽管目前主要仍局限于特定的子系统。
例如，先进的ADAS系统及其功能更强大的“表亲”——自动驾驶技术，需要大量AI （视觉数据）来检测其他车辆、行人及车道线，并进行更高级的路线规划。同样，一些系统（如驾驶员监测/乘员监测）能够检测驾驶员的疲劳、注意力不集中等情况，并且越来越多地采用AI （机器学习）算法。 当然，基于云的AI 已存在一段时间，并利用了SDV（软件定义车辆）所能产生的海量数据。这使得某些类型的分析能够在云端进行，而随着更多数据的收集和上传，这些分析能力也在不断提升。
然而，若从更宏观的角度审视整车，AI 仍处于初级阶段。AI 在汽车领域的应用潜力远不止于将所有数据上传至云端。 车载助手聊天机器人已日益普及，为驾驶员提供了基于AI 的第一层交互体验。未来还有更大的发展空间，例如利用AI 来优化预防性维护和故障检测。Sonatus 已展示了如何利用AI 打造“AI 技术专家”，帮助驾驶员或维修技师更主动地了解车辆问题。
AI 还能做更多事情，例如提供更强大的分析能力。目前，所有数据都会被传输到云端进行AI 处理，但随着时间的推移，越来越多的AI 处理将能在边缘和车载端完成，从而降低成本，并使基于AI 的分析响应更加迅速。这是一个快速发展的领域，有望成为一个令人兴奋的创新领域。关于 部署车载AI 的机遇与挑战，请阅读我们近期发布的关于此主题的博客文章。
汽车行业的结论
软件定义汽车（SDV）为开发引人入胜的新用例和体验开辟了道路，但要实现这些优势，需要向以下方面进行根本性转变：灵活且可升级的软件、硬件整合、数据优化以及与云端的连接。凭借这四大关键特征，SDV将带来全新的体验和增值服务，这些服务不仅可能为整车制造商创造收入，还将为整车制造商和消费者 alike 带来一个令人振奋的未来。
更多内容请收听《Sonatus 》播客
如需了解更多信息，Sonatus 制作了一档名为《The Garage》的视频和音频播客，内容涵盖先进汽车技术以及软件定义汽车（SDV）的开发。在题为“什么是软件定义汽车？”的一集中，Sonatus 首席执行官Jeff Chou和我共同探讨了SDV及其主要特征。您可以在我们的网站、YouTube、Spotify或Apple Podcasts上收听该播客。订阅Sonatus的YouTube频道，以便及时获取未来剧集的更新通知。