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AUTOSAR的生与死

发布日期:2020-07-28

杨思宇建约车评

2020-07-27 20:59:55

精确发文时间由壹伴提供

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如果没有特斯拉的出现,汽车行业平静的日子或许能维持的更久一些。

 

2017年7月,Model 3正式开始交付。在数家车企和机构对其进行从外到内的细致拆解之后,得出的结论包括:“其电子电气架构堪称杰作”、“比丰田和大众**六年”、“我们做不到”……

 

Model 3颠覆了传统的电子电气架构,创造性地使用了域控制器,并让他们讲Linux一种语言,彻底抛弃了在传统汽车世界里“不容置喙”的权威软件架构——AUTOSAR。

 

特斯拉的做法相当于在一个几乎所有人都用木头盖房子的世界里,用砖和水泥盖了一个房子。

 

它是异类,但却成为智能汽车时代的**者。

 

在特斯拉的“刺激”之下,一场汽车软件革命呼啸而来。

 

分布式电子电气架构显然已经落伍,而它的系统软件架构AUTOSAR,又能否追赶上智能化的浪潮?车企是否需要和特斯拉一样,彻底打破一切传统,才能真正掌握自己的生与死?

 

传统车企的命运开始在这场剧烈的革命中变得飘忽不定。

 

 

当前,全球几乎所有的整车开发都需要依赖AUTOSAR,它是汽车广泛使用的嵌入式系统软件架构,是汽车世界中最权威的软件开发规则。

 

这样一套复杂、严谨、庞大的规则体系的建立,还要从一个个小小的电子控制单元(ECU)说起。

 

1950s—1970s,是汽车电子技术的起步时期,一些车企开始用电子零部件来代替机械部件,改善车辆的性能。但这一阶段,汽车电子还只是在汽车收音机、电子喇叭、电压调节器等比较简单的领域发挥作用。

 

70年代末到80年代初,集成电路以及16位以下的微处理器在汽车上开始应用,电子装置开始应用在机械装置无法解决的复杂控制功能方面,包括自动门锁,自动除霜系统、装车预警系统、自动巡航等。

 

到了90年代,汽车电子已经深入到可以实现各种功能的综合系统,包括发动机控制与自动变速器控制为一体的动力传动控制系统、制动防抱死系统等。

 

随着汽车电子的发展,ECU从最开始简单的控制收音机,逐步深入到汽车的各个角落,成为驱动汽车执行每一个动作的大脑。

 

时至今日,一辆普通轿车上,ECU的数量已经达到70个以上,车辆功能越复杂,ECU数量则更多。

 

1993年,一辆奥迪A8上面使用的ECU数量仅有5个,但到了2010年,ECU数量就已经突破了100个。

 

 

然而,进入传统汽车的底层,会惊讶地发现,这是一个无比混乱的世界。

 

这些独立的“小电脑”如同一个个独立的王国,他们说着不同的语言,彼此之间通过CAN/LIN总线进行微弱的通信。

 

管理这些ECU的难度不亚于管理一个“小宇宙”。大众品牌一台车上的70多个控制单元的操作软件可以来自多达 200 家不同的供应商。可想而知,让他们协调起来是多么困难。

 

一名来自德国的汽车工程师Alex Voigt在一篇文章中形象的比喻:

 

“一只章鱼有 8 个手臂,每个手臂都有自己的小脑子来管理。这 8 个小脑子与中央大脑进行通讯。科学家尚未弄清这一切如何运作,以及为什么它们的这些手臂不会互相挡住。

 

汽车面临着本质相同的挑战,但进展并不乐观。各个控制器的“手臂”仍在按照自己的方向行动,没有协调,很快就能耗尽车辆中可用的能量。”

 

然而,汽车就是在这样混乱的状态下渡过了40多年。

 

更致命的是,早期ECU的软件和硬件高度耦合,它们紧紧地捆绑在一起,很难将彼此拆开。

 

软件和硬件之间如此亲密的关系,给车企和供应商带来了巨大的痛苦。


每当需要更换新的硬件时,都需要对ECU的软件进行重新编写和大规模的修改,随之而来的还有一系列的测试。任何微弱的变动都将带来灾难性工作量。

 

这一切都导致了整车开发周期漫长无比,并且车企需要为此支付高昂的研发费用。

 

汽车的软硬件之间亟需一个类似于电脑操作系统与应用程序之间的“中间件”,将软硬件解耦。

 

于是,AUTOSAR应运而生。

 

 

 

将全球各家车企和供应商的软件开发标准统一,无疑需要汽车界巨头们的强大号召力。

 

2003年,由全球最大规模的几家汽车企业、零部件供应商以及电子、半导体、软件系统公司,联合成立了一个汽车开放系统架构联盟——AUTOSAR联盟,并推出了一个开放化、标准化的汽车嵌入式系统软件架构——AUTOSAR规范。

 

目前AUTOSAR联盟已经囊括了100多个会员。各会员依据其对AUTOSAR的贡献及责任分为三个等级:核心合作伙伴(Core Partners)、高级合作伙伴(Premium Partners)、发展合作伙伴(Associate Partners)。

 

包括大众、丰田、宝马、戴姆勒、大陆、博世、福特等在内的9家核心公司是AUTOSAR协议的发起人,也负责AUTOSAR开发模式的筹划、管理和调控。

 

 

由此,一个史上最为庞大的汽车软件联盟形成了,在这些主力军的加持下,汽车行业大大小小的企业都纷纷投入AUTOSAR的怀抱,AUTOSAR也成为了最权威的软件开发标准。

 

在AUTOSAR刚刚兴起的时候,一些公司甚至会将使用AUTOSAR架构作为宣传点,使用AUTOSAR则代表着车辆有最靠谱的安全保障。

 

在AUTOSAR架构中,系统软件被规规整整的进行了分层,看起来井然有序,如同一篇逻辑清晰的文章。

 

整个架构从上到下分层依次为:应用层(Application Software Layer),运行时环境(Runtime Environment,RTE),基础软件层(Basic Software Layer,BSW),微控制器(Microcontroller)。

 

每层之间为保持独立性,每一层只能调用下一层的接口,并为其上一层提供接口。

 

 

分层架构是实现软硬件分离的关键,它也使得汽车嵌入式系统控制软件***,得以在ECU软件开发与验证过程中,摆脱对硬件系统的依赖。

 

AUTOSAR的出现极大的解决了车企和供应商们最大的苦恼,大大降低了软硬件之间的耦合度。它所带来的好处是显而易见的:

 

1.有利于提高软件的复用度,使软件可以跨平台复用;

 

2. 便于软件的交换与更新;

 

3. 软件功能可以进行先期架构级别的定义和验证,从而减少开发错误;

 

4. 减少手工代码量,减轻测试验证负担,提高软件质量;

 

5. 使用一种标准化的数据交换格式,方便各个公司之间的交流合作。

 

这些优势,使得各个企业在保证软件质量的同时,大大降低了开发的风险与成本。

 

AUTOSAR不仅在软件的功能、接口上进行了一系列的标准化,还提出了一套规范化的开发流程与方法,使得更多的软件供应商进入汽车电子行业,大家都遵循同一个标准去开发。

 

总而言之,有了AUTOSAR架构,车企可以完全成为“甩手掌柜”,不需要再管难度最大的底层软件问题。

 

 

任何事物都有他的两面性,AUTOSAR在解决问题的同时也带有着很多先天和后天的弊端。

 

首先,AUTOSAR是巨头们制定的游戏规则,成为了巩固自己垄断地位的方式。巨头们通过AUTOSAR设定了一套技术壁垒,将想进入汽车行业的玩家挡在自己的世界之外。

 

目前全世界范围内能开发完整的基于AUTOSAR架构底层协议栈的公司****,国内更是几乎为零。大部分Tier 1和主机厂都无法自己建立AUTOSAR架构,主机厂和Tier 1需要向少数几家供应商购买底层软件。

 

当然,购买这些软件需要付出昂贵的费用,一个ECU的开发费都在几十万左右,如果“全套”下来,开发费至少要在***别之上。

 

这笔钱几乎等同于进入汽车世界的“门票”。

 

据一家车企的开发人员透露,如果不采用AUTOSAR架构,供应商甚至无法及时提供硬件。大家都是遵照AUTOSAR标准开发,如果想特立独行,不好意思,只能先等等,以及,付出更高的开发费用。

 

此外,AUTOSAR面面俱到的规范文件也给软件工程师们带来了繁杂的工作。这些规范如同八股文一样,工程师们需要按照严苛的按照标准进行“写作”,不可以越雷池一步。而AUTOSAR的标准高达上百页,工程师们以一己之力很难真正理解。

 

但是,这些都不足以颠覆AUTOSAR的地位,它在传统汽车世界里的重要性是毋庸置疑的。

 

对AUTOSAR来说,最致命的是,它是传统汽车时代的产物,进入到智能汽车时代,已经力不从心,尽显疲态。

 

当前汽车产业迎来了智能化的转型浪潮,整车电子电气架构架构开始由分布式变为域集中式,又逐渐成为中央集中式,大大的提升了算力利用率,减少算力设计总需求,并让数据统一交互,实现整车功能协同。此外,线束也大大缩减,降低了故障率并减轻了质量。而车载网络也由LIN/CAN总线向车载以太网发展。

 

传统的AUTOSAR架构(Classic AUTOSAR)已经不能适应智能化的需求。

 

当然,AUTOSAR本身也开始与时俱进,推出了Adaptive AUTOSAR,主要面向更复杂的域控制器和中央计算平台的电子电气架构。

 

此前车辆单一的Classic AUTOSAR架构也开始逐步向 Classic AUTOSAR 和 Adaptive AUTOSAR混合式架构。

 

在混合式的架构中,Classic AUTOSAR应用于传统嵌入式 ECU 中,包括发动机控制机和电机控制器,而Adaptive AUTOSAR更多的应用于 ADAS和自动驾驶等对于计算能力和带宽通信要求更高的领域中。出于对于汽车安全的要求, Adaptive AUTOSAR 还介入驱动底层。 

 

然而,当《建约车评》询问镁佳科技创始人庄莉和理想汽车智能与系统副总裁范皓宇,Adaptive AUTOSAR是否可以真正满足智能化的需求,得到的答案都非常肯定:不能。

 

在特斯拉出现之前,传统汽车采用的电子电气架构是分散的ECU,而特斯拉是第一家对整车电子电气架构进行大刀阔斧变革的车企,并采用CCM中央计算模块,将4G模块、ADAS域控制器和智能座舱的计算单元,整合在一块主板上,形成了汽车的“中央计算平台”。

 

中央计算平台算力更高、处理能力更强。显然是分散式的、仅能处理单一任务的ECU无法企及的。

 

两个处理器有着天壤之别,特斯拉在中央计算平台的基础上形成了基于Linux开发的实时操作系统,而AUTOSAR则是在独立的ECU基础上开发的中间件。

 

正如功能手机向智能手机转换,需要有新的架构和新的操作系统来支持智能手机丰富多样的功能。如果工程师们试图通过修改塞班系统来让功能手机变成和搭载Andriod、iOS系统一样的智能手机,难度无异于“点石成金”。

 

因此,在车内的硬件处理器架构发生变化之后,此前面向ECU开发的中间件和操作系统,已经不再适用于新的面向域控制器和中央计算平台的硬件构架,无法继续作为它的操作系统和中间件。

 

新的操作系统对内存、文件系统、多任务调度有很好的支持,而此前的ECU只有一个任务在重复执行。所以在这种情况下,Autosar为了适应新的变化,推出了Adaptive Autosar。

 

然而,参照功能手机的时代,曾经的塞班系统面对智能手机的浪潮挣扎了很久,但无论付出多大努力,也根本无法成为一个完全为智能手机设计的操作系统。

 

同样,AUTOSAR无法通过修补一个为ECU设计的构架,来适应新的中央计算平台。

 

这是AUTOSAR与生俱来的弱点。

 

范皓宇指出,AUTOSAR出现背景本身就是电气化,而不是智能化。这样的一套框架能够让整车厂和多个不同供应商之间在软件部分有共通的框架,确保稳定可靠的功能从物理连接变成电气连接。

 

在智能化的趋势下,计算平台和系统架构的演进方向,应该是让整车可以持续迭代、升级,改善性能以及用户体验,并能够提高应用开发效率,这需要一个更加统一和高效的操作系统。

 

而仅仅保证功能稳定标准可靠是不能满足需求的,用一个统一的确保稳定可靠的架构,来承载灵活多变是很难实现的。

 

庄莉指出,随着每个时代硬件的发展,为上一个时代的硬件设计的软件构架都会被自然地淘汰。一个时代的硬件,需要一个为它专门设计的软件构架来配合。

 

AUTOSAR的的另一个危机在于,在智能汽车时代,软件已经成为汽车的大脑,是整车最核心的部分,软件的背后是用户和海量的数据,以及整车OTA能力,如果车企没有软件能力,等同于将自己的命运交付到别人手中。

 

AUTOSAR架构对于车企而言,就如同一栋已经盖好的房子,住户无法决定它的高度、面积和户型,唯一可以改变的只有内部的装修。这也就大大限制了车企的自由度,失去了自己的个性,更重要的是失去了底层控制能力。

 

基于AUTOSAR开发的控制器的软件工作由供应商完成,供应商占据着**的主导权,也意味着车企想要整车OTA必须通过供应商完成。

 

车企只能依靠卖硬件赚钱,这样的盈利模式显然已经不够“性感”。

 

看看特斯拉最近的举动,就不难理解整车OTA对车企未来命运的重要性。

 

将整车OTA做到出神入化地步的特斯拉,已经开始利用这一强大的能力为自己赚钱。

 

今年2月份,特斯拉开始为美国地区的Model 3 长续航后驱版以及长续航后驱升级版车型提供后排座椅加热升级包,升级包的价格为300美元。

 

5月9日,特斯拉官又方针对model 3长续航全轮驱动版车型推出了付费升级加速能力的服务,通过OTA升级,可以将车辆百公里加速能力从4.6秒提升到4.1秒。为此,车主需要花费1.41万元。

 

OTA彻底改变了车企的盈利模式,让车企和用户之前不再是“一锤子买卖”,可以通过软件升级提供新功能来持续赚钱,并且没有任何额外成本。这样的诱惑,是任何企业都难以抗拒的。

 

如果将底层软件能力交给供应商来做,首先车企和供应商之间存在博弈,能不能实现要打个问号。即使可以实现,供应商也要从中收取一大笔费用,车企或许只有喝汤的份。

 

同样类比智能手机,很难想象如果操作系统以及核心软件不掌握在苹果手中,每次系统更新推送都是由供应商代为处理,我们是否还会获得和今天一样的使用体验,而世界上也会少了一家万亿市值的科技公司。

 

由此,有能力的车企正在疯狂地试图将软件能力夺回来,建立自己的软件开发能力。

 

在这样的背景下,AUTOSAR的权威地位正在被动摇。它是上一个时代的强者,但它终将落幕。

 

 

传统车企和汽车人正在觉醒。

 

前奥迪研发负责人兼董事会成员彼得·梅滕斯(Peter Mertens)于 2020 年 6 月说:“实话实说,站在我个人的观点上,我们其实一直睡到了现在的状态。”“我做了错误的决定。我们太信任供应商会以某种方式实现它。”

 

汽车工程师Alex Voigt指出“没有软件,车企将失去数字时代的黄金,即客户数据”、“没有软件,公司大概就是个组装低利润的金属盒子的企业,并且这个低利润的金属盒子是个毫无价值的普通商品。”

 

然而,汽车企业日益增长的对软件部分的控制欲,与自身落后的软件开发能力之间的矛盾,已经成为当前最主要矛盾。

 

大众集团当前所遭遇的困境,说明了一切。

 

2018年8月23日,大众汽车集团新任CEO赫伯特·迪斯宣布将斥资35亿欧元打造vw.OS,开始向数字化进行激烈的转型。

 

为了实现智能化,做到真正意义上的“软件定义汽车”,大众打破了原先近百个ECU的域架构,重构汽车产品。建立自己的vw.OS、E3整车电子电子架构以及Volkswagen Automotive Cloud。

 

6月19日,前大众负责数字服务和软件的董事会成员Christian Senger称,公司希望使用开源方式改进其正在开发的基于软件的汽车操作系统。

 

Senger表示:“操作系统不是我们自己能够控制的东西。我们将定义它的核心,然后立刻加入开源组件,从而制定标准。这将为合作创造机会。”

 

这相当于大众希望自己建立一套标准的软件架构,为各个品牌和供应商提供一个开放的、通用的平台。最终的目标就是取代AUTOSAR。

 

Senger同时指出,主机厂目前非常依赖第三方开发,导致效率极其低下。

 

大众希望保留对整个汽车电子电气架构的控制,软件能力是确保长期竞争力的唯一途径。仅出于这个原因,大众不能让第三方完全获取车辆中的数据,这些数据应该留在公司内部。

 

VW.OS 将使得大众自主定义软件、OTA 等需求得以实现。但这也同时意味着,作为AUTOSAR的核心成员,大众集团的心已经开始动摇。

 

高达70亿欧元的投入、5000人的庞大软件团队,都只为一个目标:实现大众汽车的数字化转型。

 

然而,让这位百年汽车工业巨头万万没想到的是,这一行行代码写起来真的让人感到“头秃”。

 

变革的强力推动者迪斯,甚至已经为此付出了惨重的代价。

 

7月1日起,迪斯不再担任大众乘用车品牌 CEO 的职务;紧接着在7月12日又有消息传出,迪斯的心腹、大众品牌软件研发负责人Christian Senger已经“被离职”……

 

一场由软件问题引发的血雨腥风,在沃尔夫斯堡上空弥漫。

 

隔行如隔山,传统车企相当于进入到了一个自己完全陌生的领域。

 

作为在数字化转型方面决心最大、投入最狠的大众,尚且举步维艰,那么其它大批传统的车企的命运又将如何?

 

在中国,魏建军宣布长城汽车将从传统的汽车制造商转型为全球科技出行公司;上汽正在如火如荼的筹建软件中心——零束。大量传统车企开始行动,但能否真正成功,还需要时间的验证。

 

专业的软件人才,将成为这场变革中的中坚力量。

 

大量的车企并没有办法像特斯拉一样,构建一套属于自己的软件架构,而目前一些新兴车企采取的办法是,在汽车传统机械部分选择继续使用AUTOSAR,充分利用其优势,而在与智能化有关的、需要灵活变化的部分,开始搭建自己的架构。

 

当然,这一部分也是未来汽车产品中最为核心的部分,将他们掌握在自己手中才真的安心。

 

毫无疑问的是,这些拥有软件能力的车企,将在未来智能化的竞争中脱颖而出。

 

然而,绝大多数的车企尚没有半点软件开发能力,最终的结局恐怕只能沦为组装厂,赚取微薄的生产加工费用。

 

生存还是死亡,这并不是个问题。

 


结尾:

 

曾经,汽车的世界如同时间凝固一般。

 

五花八门的尖端科技在手机这个五英寸见方的空间里展现的****,并时不时通过OTA进行软件升级,带给人们新的体验。

 

然而,汽车这个更有想象力的移动空间却仿佛成了被科技和互联网遗忘的角落,四个轮子拖着沉重的躯壳,日日夜夜坚守着它作为代步工具的唯一使命。

 

是时候发生些改变了。

 

但目前的现状是,大多数传统车企处于有心无力的状态,甚至大批的车企还没有真正苏醒过来。

 

像大众一样坚定地喊出转型并不容易,但更不容易的是真正的转型成功。



作者微信:704553977 ,请注明姓名、公司、职务。


参考资料:


《AUTOSAR规范与车用控制器软件开发》


从特斯拉看汽车电子电气架构变革》,国泰君安研报


《软件定义汽车,E/E架构是关键》,东吴证券研报



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