如何系統(tǒng)化構(gòu)建智駕、座艙、車控及跨域 SDV架構(gòu)？

如何構(gòu)建智能駕駛軟件汽車（SDV）架構(gòu)？

自動駕駛智能平臺自下而上可大致劃分為硬件平臺、系統(tǒng)軟件（硬件抽象層+OS內(nèi)核+中間件）、功能軟件（庫組件+中間件）和應用算法軟件（自動駕駛、HMI交互等）等四個部分。

來源：佐思汽研《2023-2024年軟件定義汽車：產(chǎn)業(yè)全景和策略研究報告》

從自動駕駛各個研發(fā)環(huán)節(jié)來看，主要涉及到軟件工程與硬件工程：

智駕基礎軟件：實時車控操作系統(tǒng)（狹義OS）、智能駕駛中間件（ROS、 CyberRT、DDS、AutoSAR）、自動駕駛操作系統(tǒng)（廣義OS）等

智駕通用算法設計：定位、感知、規(guī)劃、決策等，從小模型到大模型（BEV Transformer、Occupancy Network占用網(wǎng)絡、自動駕駛端到端神經(jīng)網(wǎng)絡）等

智駕通用算法訓練：AI深度學習軟件平臺、智駕數(shù)據(jù)訓練集等

智駕端云一體：數(shù)據(jù)閉環(huán)、數(shù)據(jù)采標、仿真測試（場景庫、仿真平臺）、云原生平臺、高精度地圖等

智駕系統(tǒng)集成和工程實現(xiàn)：FCW、LDW、ALC、APA/AVP等

智駕輔助軟件：ADAS性能評估、ADAS數(shù)據(jù)記錄等

智駕硬件工程：包括域控制器（芯片、硬件工程）、傳感器（激光雷達、毫米波雷達、超聲波雷達、攝像頭、GNSS、IMU等）、系統(tǒng)工程、線控底盤、線控制動等

智駕硬件系統(tǒng)設計：如計算平臺硬件系統(tǒng)架構(gòu)設計、車載芯片系統(tǒng)設計、車載傳感器系統(tǒng)設計等

智能駕駛操作系統(tǒng)內(nèi)核主要有兩條開發(fā)路徑

一種是繼承Linux豐富的開源生態(tài)，基于開源、功能強大的Linux宏內(nèi)核，重點增強其安全性和實時性，實現(xiàn)ASIL-B/D的Safety Linux操作系統(tǒng)，Linux操作系統(tǒng)具備豐富的生態(tài)，但獲得所需功能安全等級認證較難；

另一種是注重功能安全，以ASIL-D功能安全級別為目標，基于POSIX標準實現(xiàn)的微內(nèi)核RTOS，比如QNX操作系統(tǒng)；相比Linux，由于微內(nèi)核RTOS缺少類似的開源生態(tài)環(huán)境支持、開發(fā)難度大。

Safety Linux源自Linux，硬件、軟件生態(tài)都非常豐富；在軟件定義汽車時代，Linux在自動駕駛市場的占有率將會逐步上升，成為主導的智駕底層操作系統(tǒng)，國內(nèi)車企和供應商也將Safety Linux作為智駕操作系統(tǒng)的主要發(fā)展方向。

來源：佐思汽研《2023-2024年軟件定義汽車：產(chǎn)業(yè)全景和策略研究報告》

中興通訊：基于ZTE微內(nèi)核和Safety Linux的雙內(nèi)核智能駕駛OS，可兼顧智能駕駛對功能安全和豐富應用生態(tài)兩方面要求，主要由三部分組成：1）ZTE Microkernel RTOS；2）ZTE Hypervisor；3）ZTE Safety Linux

在上層軟件方面，中興先后和東軟睿馳、普華基礎軟件等中間件企業(yè)達成了合作；底層芯片方面，與地平線、黑芝麻智能、芯馳科技等國內(nèi)主流芯片企業(yè)建立了合作。 量產(chǎn)落地方面，早在2021年中興通訊就向長安汽車交付了基于Safety Linux的智駕OS驗證項目，2022年和一汽開啟了基于微內(nèi)核+Safety Linux的智駕OS和車控OS技術驗證，2023年又新增了東風Safety Linux智駕OS項目。

來源：中興通訊

斑馬AliOS Drive：由AliOS RTOS與AliOS Safety Linux形成雙核驅(qū)動，兼具安全與性能優(yōu)勢，其基礎系統(tǒng)的安全域為AliOS RTOS，是自研安全實時微內(nèi)核，達到汽車功能安全最高等級“ASIL-D”要求。主要包括幾個部分：1）AliOS RTOS ;2）AliOS Safety Linux ;3）AliOS Hypervisor ;4）AliOS Drive中間件

性能域為AliOS Safety Linux，基于Linux進行實時安全增強，可支撐自動駕駛高性能計算需求。此外，斑馬智行自研的AliOS Hypervisor為雙核提供了很好的融合機制，同樣達到汽車功能安全最高等級“ASIL-D”要求。

來源：斑馬智行

智能駕駛操作系統(tǒng)內(nèi)核，國產(chǎn)化破局關鍵在于國產(chǎn)芯片和內(nèi)核OS協(xié)同并進

目前，我國汽車保有量已經(jīng)突破3億輛，但車載操作系統(tǒng)（含智能座艙系統(tǒng)）自主率大概5-10%；而車控操作系統(tǒng)（含自動駕駛系統(tǒng)）仍處于起步階段； 除了開發(fā)周期長，技術難度大，資金投入大之外，更大的挑戰(zhàn)在于QNX、Android等“一家獨大”的底層操作系統(tǒng)與芯片等核心技術的“深度綁定”，已經(jīng)形成一個贏家通吃的生態(tài)，比如Android+ARM形成“AA聯(lián)盟”，兩者并非簡單組合在一起，而是相互進行深度定制，產(chǎn)生了持續(xù)生長的化學反應。

中興通訊

2023年10月，中興通訊與黑芝麻智能協(xié)同，實現(xiàn)了基于黑芝麻A1000環(huán)境的首家國產(chǎn)微內(nèi)核OS產(chǎn)品對于AI感知及推理全業(yè)務流程的支持，在智駕領域構(gòu)建“國產(chǎn)芯”+“國產(chǎn)軟”解決方案；

斑馬智行

已與10余家主流芯片廠商建立合作。斑馬智行基于AliOS Drive智能駕駛操作系統(tǒng)在地平線征程5芯片上構(gòu)建計算底座，可以支持更強的AI算法創(chuàng)新；

普華基礎軟件

響應中國汽車工業(yè)協(xié)會中國車用操作系統(tǒng)開源計劃，與中國一汽、北汽研究總院、吉利汽車、理想汽車、芯馳、地平線等 21 家單位開展開源共建合作。普華基礎軟件向行業(yè)開源“龘”（EasyAda）微內(nèi)核源代碼，芯馳科技智能網(wǎng)關芯片G9X成為首款適配芯片。

國科礎石

基于Linux的礎光操作系統(tǒng)芯片適配，目前已經(jīng)支持英偉達Orin、黑芝麻A1000等芯片，紫光展銳、瑞芯微、芯馳等正在適配中， 也計劃與更多廠家開展合作，如地平線、飛騰等。上述相關車載芯片支持BSP也會陸續(xù)開放源代碼。

車企方面，研發(fā)能力強的新勢力車企將更傾向于構(gòu)建全自主的智駕 “底層內(nèi)核+芯片” 體系：

特斯拉

特斯拉基于Linux系統(tǒng)，打造出自有的RTOS（實時系統(tǒng)RT Linux，自家用C語言編寫的），并在此基礎上打造域控制器，重構(gòu)汽車電子電氣架構(gòu)，搭載自主研發(fā)的FSD SoC；

理想汽車

Li OS基于Linux內(nèi)核深度定制開發(fā)，將搭載理想純電車型首發(fā)，未來還將搭載理想汽車自研的智駕SoC；

蔚來汽車

「整車全域操作系統(tǒng)天樞SkyOS」，基于Linux內(nèi)核，是蔚來整車底層操作系統(tǒng)，搭載NT3.0平臺車型（ET9等），適配NVIDIA、高通、英特爾等芯片平臺，此外還將適配搭載蔚來自研智駕SoC "神璣NX9031"。

主機廠和Tier1的內(nèi)核OS、芯片適配方案

來源：佐思汽研《2023-2024年軟件定義汽車：產(chǎn)業(yè)全景和策略研究報告》

國產(chǎn)操作系統(tǒng)廠商紛紛推出開源計劃

目前，中國正在加速推動汽車OS開源發(fā)展：

華為鴻蒙

2021年全部捐獻給開放原子開源基金會，形成OpenHarmony開源項目。

斑馬智行

2022年宣布AliOS Drive將有效實現(xiàn)分層解耦、跨域共用和開放合作。

普華基礎軟件

2023年加入中汽協(xié)中國車用操作系統(tǒng)開源計劃，成員單位包括普華基礎軟件、一汽、東風、長安、中汽創(chuàng)智、中電科32所、西部智聯(lián)、地平線、芯馳科技、先進操作系統(tǒng)創(chuàng)新中心、電子科技大學等21家單位。2023年5月，普華基礎軟件正式發(fā)布了中國車用操作系統(tǒng)開源計劃中首個微內(nèi)核開源項目，計劃將于2023年底啟動POSIX PSE51 OEM預研項目，實現(xiàn)功能驗證，并于2024年實現(xiàn)功能安全驗證，2025年實現(xiàn)量產(chǎn)驗證。

國科礎石

2023年2月，國科礎石正式對外發(fā)布礎光操作系統(tǒng)整體規(guī)劃及開源計劃，并將應用在智能汽車座艙域、自動駕駛域的礎光Linux進行開源，以此作為國科礎石開源計劃實施的起點，其他相關企業(yè)、機構(gòu)或者開發(fā)者可以基于該開源版本進行汽車操作系統(tǒng)及應用開發(fā)。

如何構(gòu)建智能座艙軟件汽車（SDV）架構(gòu)？

從智能座艙各個研發(fā)環(huán)節(jié)來看，主要涉及到軟件工程與硬件工程：

座艙基礎軟件：車載操作系統(tǒng)（QNX、Linux、Android、鴻蒙OS、AliOS等）、虛擬機（Hypervisor）、中間件（AutoSAR）；

座艙系統(tǒng)軟件開發(fā)：應用開發(fā)以Android為主、儀表軟件開發(fā)以QNX為主、TBOX軟件開發(fā)以Linux為主

座艙界面設計：UI界面設計軟件；

座艙應用軟件：用戶畫像、情景感知、多模態(tài)融合交互（AR HUD、語音、聲學/音響、DMS/OMS、人臉識別、手勢識別等軟件開發(fā)），大模型開始在座艙多模態(tài)交互領域?qū)崿F(xiàn)應用；

云服務：車云一體化平臺、云原生平臺、信息安全、OTA開發(fā)和運營策略等。

在云原生平臺方面，頭部主機廠和造車新勢力先行，車企開始成立專門的數(shù)字化轉(zhuǎn)型部門，加速推動數(shù)字化戰(zhàn)略落地，從上層驅(qū)動企業(yè)創(chuàng)新與變革。

自研：車企追求 IT 研發(fā)和平臺建設自主可控。領先車企不約而同選擇了自研，一方面由于一線車企都具備強大的研發(fā)和技術實力，另一方面希望保證云原生平臺的穩(wěn)定和易用性；

開源：同時，車企重視開源，開源技術和社區(qū)是探索云原生的第一站，開源也是車企關注云原生前沿和培養(yǎng)技術人才的最佳方式；

全面數(shù)字化轉(zhuǎn)型：此外，以容器、微服務為代表的云原生技術也為車企數(shù)字化轉(zhuǎn)型彎道超車提供助力，建設具備全棧能力的云原生平臺已經(jīng)成為先進企業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的最佳路徑。

來源：佐思汽研《2023-2024年軟件定義汽車：產(chǎn)業(yè)全景和策略研究報告》

云原生源于云計算，其構(gòu)建并部署在云中，能真正訪問云基礎設施的強大功能。云原生可以在云端和車內(nèi)側(cè)，汽車系統(tǒng)軟件越來越復雜，現(xiàn)在的代碼量已達到上億行，因此在車內(nèi)側(cè)，也把運行態(tài)軟件引入容器。

吉利汽車

吉利云原生技術聯(lián)合了火山引擎團隊和在軟件定義汽車、智能汽車廣義操作系統(tǒng)的先行者東軟睿馳團隊共同深度研發(fā)。目前，吉利自研的數(shù)字孿生智能座艙系統(tǒng)云化應用技術，已注冊專利30余項，吉利云原生技術可以實現(xiàn)云、邊、端互聯(lián)，讓座艙算力與空間硬件解耦，讓座艙體驗擺脫對車端芯片的算力依賴；

來源：吉利汽車

上汽乘用車

CloudOS 在上汽乘用車量產(chǎn)應用，上汽乘用車基于“云原生技術”，開創(chuàng)“數(shù)據(jù)同步即功能生效”的車云數(shù)據(jù)協(xié)同架構(gòu)；

安波福

安波福與風河軟件合作開發(fā)了“端到端云原生DevOps平臺”，在支持軟件定義汽車上，Wind River Studio可以分成車內(nèi)側(cè)和云端兩部分，一部分是基于車內(nèi)側(cè)相應的運行態(tài)軟件，一部分是云端的Studio工具集。

來源：安波福、風河軟件

如何構(gòu)建智能車控軟件汽車汽車（SDV）架構(gòu)？

智能車控具體包括車身控制、底盤控制、動力控制、能量管理等多個細分領域。隨著E/E架構(gòu)進一步向跨域融合、“中央計算+區(qū)域”架構(gòu)演進。 電氣架構(gòu)集中化，進一步整合動力域、底盤域和車身域，提供汽車中間層核心控制功能的集成，其目標是為自動駕駛接入車輛打造整車控制“操作系統(tǒng)”，不同的主機廠或Tier1，根據(jù)其產(chǎn)品特性，集成思路有所不同。

路特斯VMCU整車運動控制器：基于VCU功能的范疇向底盤的功能方向進行拓展，集成底盤域所有整車層級的控制功能，包括TVC、ESP、TCS功能。執(zhí)行件包括三電控制器，底盤里的制動轉(zhuǎn)向懸架，圍繞在其周圍成為它的被控對象，受到統(tǒng)一協(xié)調(diào)。

路特斯正與不同合作伙伴聯(lián)合開發(fā)VMC整車動態(tài)控制軟件，主機廠專注于主機廠自身的核心能力，即整車層級差異化開發(fā)，聚焦整車部分的差異軟件和參數(shù)，讓供應商專注于平臺化零部件開發(fā)。

來源：路特斯

從功能域走向中央計算架構(gòu)，區(qū)域融合的理念不可或缺，關鍵環(huán)節(jié)就在于區(qū)域控制的具體實踐。新一代車身區(qū)域控制器融入了部分區(qū)域控制思想，劃分左右控制器，負責本區(qū)域內(nèi)的信號采集及負載驅(qū)動，具備五大核心功能：區(qū)域供電、區(qū)域信息、區(qū)域功能（原子服務提供）、區(qū)域驅(qū)動、邊緣計算。

聯(lián)合汽車電子USP 2.0開發(fā)者平臺：2023年4月，聯(lián)合電子在2023開發(fā)者大會上發(fā)布了USP 2.0開發(fā)者平臺，USP2.0平臺通過區(qū)域化的架構(gòu)可以實現(xiàn)近20個獨立ECU的集成，通信速率從2M提升至最高1000M。

從開發(fā)到測試驗證全過程，聯(lián)合汽車電子為開發(fā)者打造預安裝的本地開發(fā)環(huán)境，同時提供開發(fā)套件（SDK）；在USP2.0平臺上，可以調(diào)用的服務已經(jīng)深入到了車身控制、能量管理、運動控制、熱管理等領域。

來源：佐思汽研《2023-2024年軟件定義汽車：產(chǎn)業(yè)全景和策略研究報告》

大陸集團“軟件功能即產(chǎn)品（FaaP）”解決方案：適用于所有車身及執(zhí)行器功能，并作為快速且經(jīng)濟高效的解決方案集成到車輛跨域產(chǎn)品中。比如像車窗升降、后備箱控制、座椅調(diào)節(jié)、座椅加熱、電動車門等各種功能都有對應軟件包，后續(xù)大陸還會對其進行擴展，帶來更多選項。

“軟件功能即產(chǎn)品（FaaP）”核心在于軟硬件解耦，大陸集團中間件（Middleware）可以將上車身和下車身解耦開來，可以看到上車身更多關注的是性能和算力，包括ADAS的算法、車內(nèi)娛樂的實現(xiàn)等。對于上車身的開發(fā)更多的以軟件和服務導向；下車身是傳統(tǒng)的車身電子，以硬件和產(chǎn)品為導向。 解耦后可以讓OEM和tier1與其他供應商共同開發(fā)，在同一框架下合作，增加開發(fā)的效率，系統(tǒng)模塊的可移植性也大大提高了。

來源：大陸集團

審核編輯：劉清