汽车软件行业概览：软件定义汽车（摘要版）

报告要点速览 q汽车软件定义汽车（Software defined Vehicles，SDV）是指软件将深度参与到汽车定义、开发、验证、销售、服务等过程中，并不断改变和优化各个过程，实现体验持续优化、过程持续优化、价值持续创造。汽车产业发展至今，各大车企在硬件领域已经经历了漫长的竞争，硬件及其成本持续改善的空间有限，而智能汽车能为车主创造丰富的、可感知的价值以及全新的驾驶体验，这也是形成汽车差异化竞争的关键，因此，软件和算法成为了车企竞争的核心要素。本文聚焦于中国汽车软件发展，将解答以下几个问题：(1)汽车软件的发展背景是什么？（2）汽车软件的架构有哪些？（3）汽车软件的发展对汽车产业链有何改变？ 摘要 观点提炼 汽车是国民经济支柱产业，软件和信息技术服务业涉及中国信息安全，汽车软件作为二者的结合，更是得到中国政府的高度重视，中国政府陆续出台政策，为该行业发展保驾护航。 芯片的运算能力呈指数级提升，各大芯片厂商推出高运算的主控芯片，云计算、5G的铺设速度加快，这些均为汽车电子软件的发展提供了技术保障。 随着汽车朝智能化、网联化发展，传统的分布式电子电气架构难以满足智能汽车产品的需求，而域集中式的电子电气架构则是实现软件定义汽车的重要硬件基础。 SOA架构具备接口标准、松耦合、灵活易于拓展等特点，降低了新功能开发 纵观智能汽车软硬件架构，最底层是车辆平台以及外围硬件，在其之上的便是自动驾驶计算平台，而这也正是实现汽车智能化的核心。自动驾驶计算平台又可以分为硬件平台和软件两部分，其中软件层面又可分为系统软件（由中间件组件、硬件抽象层、OS内核组成）、功 能软件（由自动驾驶通用框架、AI和视觉模块、传感器模块等库组件以及相关中间件组成）、应用算法软件（由场景算法和应用组成，是智能座舱以及自动驾驶形成差异化的核心）。 在软件定义汽车的趋势下，汽车产业链将被重塑，软件供应商将成为Tier1厂商，盈利模式有望发生转变，与此同时，主机厂开始重视定义软件，深度参与软件开发。 n汽车产业发展历程 汽车产业经历了从机械时代到电子时代到如今向软件时代迈进的发展历程，现阶段，各汽车企业生产的不同车型硬件配置逐渐趋同，汽车软件成为车企打造差异化的核心要素 汽车产业正在由电子时代转向软件时代 1886年1月29日，德国曼海姆专利局批准卡尔·本茨为其在1885年研制成功的三轮汽车申请的专利，这一天被大多数人称为现代汽车诞生日。 1886年 1887年，卡尔·本茨将他的第一辆汽车卖给法国人埃米尔·罗杰斯，这是世界上第一辆现代汽车的销售；卡尔·本茨成立了世界上第一家汽车制造公司：奔驰汽车。 1891年，法国人潘赫德和莱瓦索尔采用发动机前置、后轮驱动的结构型式，并设计了专用底盘，这一结构奠定了汽车传动的基本型式，在相当长的时间内被全世界广泛仿效。 汽车工业初期，机械功能和产能是车企核心竞争要求，该阶段主要发展机械设计和制造技术。 1904年，气压制动系统开始采用；卡迪拉克汽车装用防盗点火系统；美国研制出防刺漏式轮胎；英国希思发明液压制动系统。 1930年，戴姆勒公司将液力耦合器用于汽车，改变了传统的机械传动方式。 1973年，博世推出首款ECU（发动机汽车喷射系统），ECU的出现满足了汽车安全性、舒适性、经济性和娱乐性要求，适应汽车个性化的发展趋势。 1973年 1985年，世界燃油危机打开了日系车市场，也推动了各国向电动、混动等新能源汽车的探索。 1994年，德国发布OSEK/VDX体系，欧洲汽车软件走向标准化。 汽车电子时代，硬件成本敏感，ECU品类和占比越来越大，软件成为标准化必要前提，AutoSAR国际标准组织成立，全球汽车软件走向标准化。 2000年，德尔福从通用公司剥离并面向全球供货。 2004年，AutoSAR（汽车开放系统架构）国际标准组织成立，全球汽车软件走向标准化。汽车产业国际化需要国际化标准作为支撑。 2009年，新能源汽车迎来发展期。 n汽车软件发展背景：EE架构升级是软件定义汽车的硬件基础 随着汽车朝智能化、网联化发展，传统的分布式电子电气架构难以满足智能汽车产品的需求，而域集中式的电子电气架构则是实现软件定义汽车的重要硬件基础 汽车电子电气架构演变路径 2015年 2021年 2025年 将汽车电子部分功能划分成几个集中的域，如动力域、底盘域和车身域等 整车中只有一个中央计算平台，区域控制器受中央计算平台统一管理 云计算+汽车中央计算机+传感器+执行器架构 分布式、独立功能的ECU 架构特点 基于CAN和LIN总线通信，BCM集成网关 域控制之间通过以太网和CAN相连 n 汽车业内普遍将整车电子电气架构的发展分为六个阶段：模块化阶段、功能化集成阶段、中心域控制器阶段、跨域融合阶段、车载电脑和区域控制器阶段、“车-云”计算阶段。根据电气架构的不同，模块化阶段以及功能集成阶段属于分布式电子电气架构； 中心域控制器以及跨越融合阶段属于域集中电子电气架构；车载电脑和区域控制器阶段以及“车-云”计算阶段属于整车集中电子电气架构。 n 分布式电子电气架构难以适应软件定义汽车的时代需求。在传统的分布式电子电气架构中，软硬件高度嵌套，若要新增单一功能，则与之相关的ECU软件也需要改变，车内电线、线束等也需要改动，复杂性极大，此时软件功能的实现需要依赖硬件，无法自主定义汽车；此外，在分布式电子电气架构中，ECU由不同的供应商开发，框架无法复用，无法统一，因此难以实现由软件定义新功能的想法。随着汽车智能化、网联化的发展，传统的分布式电子电气架构难以满足智能汽车产品的需求。 n 域集中式电子电气化架构有利于实现“软件定义汽车”。现阶段，汽车电子电器架构正从分布式向域集中式变革，而域集中式的电子电气架构是实现软件定义汽车的重要的硬件基础。域集中式的汽车电子电气架构将同一功能域下的ECU进行集成，芯片的数量较分布式汽车电子电气架构大幅减少，芯片算力的利用率大幅增加。与此同时，域集中式架构也提高了汽车对各类信息的融合处理能力，整车功能协同得以强化，软件不再是基于某一固定硬件开发，而是具备可移植、可迭代和可拓展等特性。随着汽车电子电气架构的变革，智能网联汽车在硬件架构集中化、标准化的前提下可搭载的功能日益丰富，此时软件才可真正定义汽车功能。 n汽车软件发展背景：SOA是实现软件定义汽车的软件基础 SOA架构具备接口标准、松耦合、灵活易于拓展等特点，降低了新功能开发的难度，推动软硬件耦合，主机厂纷纷布局SOA架构，预计未来5年将迎来量产高峰期 SOA架构降低了新功能开发的难度 传统软件架构 SOA软件架构 重新编译 APP软件 软件组件 软件组件 软件组件 重新编写 APP APP APP（客户端）中间件 重新配置 运行环境层基础软件层 操作系统 重新配置 硬件 硬件 需要更新相关功能链路上所有ECU及通信 服务已存在于系统之中，新增控制端APP即可实现新场景 矩阵 n 过去的汽车软件架构更多的是面向信号的架构（Signal-OrientedArchitecture），此时ECU的功能是固定的，并通过LIN/CAN等总线进行点对点通信，软件被提前编写在控制器中。而随着智能汽车的发展，ECU的数量急剧增加，此时微小的功能改动都会引起整车通信矩阵以及各ECU软件的变动，点对点通讯变得十分复杂，且不具备灵活性和拓展性。面向服务的软件架构，即SOA架构（Service-OrientedArchitecture）并非一类特定的软件产品，而是一种软件架构设计的理念，其核心思想是将每个控制器的底层功能以“服务”的形式进行封装，一个服务即是一个独立可执行的软件组件，并对其赋予特定的IP地址和标准化的接口以便随时调用，最终通过对这些底层功能的自由组合，以实现某项复杂的智能化功能。 n SOA架构具备接口标准化、松耦合、灵活易于拓展等特点。在SOA架构的实际应用中，首先会将业务拆分为不同的业务模块，每个模块可以理解成一个服务，服务之间通过标准的接口交互，通过服务与服务接口，简化了对系统的描述，降低复杂性，若服务接口不变，一个服务发生变化，不影响其他服务，若服务接口变化，可以通过版本管理向后兼容，提高软件的重用性和拓展性。 由于SOA架构具有“松耦合”的特性，服务组件和硬件均可以标准化地接入和访问，如果想要新增某一功能只需要增加相应的服务组件并使其调用不同的硬件功能即可。这意味着，在SOA架构下，开发人员可更多地专注于上层应用的开发，而无需再对底层算法甚至各个ECU中的软件进行重新编译，解决了相同的应用在不同车型及硬件环境下重复开发的痛点，使得汽车软件架构十分灵活并易于拓展。 n SOA软件架构将重塑汽车生态，主机厂纷纷引入大量算法供应商、软件开发商和服务厂商共同搭建SOA，为智能化的汽车软件提供优质的运行服务，预计未来5年将迎来SOA的量产高峰期。 部分主机厂的SAO架构部署预计于2022年量产搭载 预计于2022年量产搭载 预计于2022年量产搭载 2022 2021年发布SOA软件平台，将实现“T+0+1+7”的迭代速度 采用混合SOA架构，最终已于2021年量产，在威马形成三层交互的整车软件W6汽车中应用SOA平台架构形态 计划将基于SOA架构开发整个系统，续航可达1,000公里 上汽零束软件 小鹏汽车 威马汽车 合众新能源 算法API（中间件） 普通API（中间件） 自动驾驶通用架构模块（感知/决策/规划） 功能软件 AI和视觉模块（如支持编程框架） 安全体系 传感器模块 联网模块 云控模块 中间件组件（AutoSARRTE/分布式通信/管理平面和数据平面等） 系统软件 狭义操作系统：内核（Linux/QNXY/Vxworks/OSEKOS等RTOS） Hypervisor/BSP/Drivers 硬件平台 AI单元/计算单元（ASIC/GPU/CPU/FPGA） 控制单元MCU 外围硬件 摄像头、雷达、GPS惯导等传感器 V2X（云控/地图） 动力、底盘控制等 车辆平台 自动驾驶车辆/功能需求/平台技术/整车集成 n 软件定义汽车（SoftwaredefinedVehicles，SDV）是指软件将深度参与到汽车定义、开发、验证、销售、服务等过程中，并不断改变和优化各个过程，实现体验持续优化、过程持续优化、价值持续创造。汽车产业发展至今，各大车企在硬件领域已经经历了漫长的竞争，硬件及其成本持续改善的空间有限，而智能汽车能为车主创造丰富的、可感知的价值以及全新的驾驶体验，这也是形成汽车差异化竞争的关键，因此，软件和算法成为了车企竞争的核心要素。 n 纵观智能汽车软硬件架构，最底层是车辆平台以及外围硬件，在其之上的便是自动驾驶计算平台，而这也正是实现汽车智能化的核心。自动驾驶计算平台又可以分为硬件平台和软件两部分，其中软件层面又可分为系统软件（由中间件组件、硬件抽象层、OS内核组成）、功能软件（由自动驾驶通用框架、AI和视觉模块、传感器模块等库组件以及相关中间件组成）、应用算法软件（由场景算法和应用组成，是智能座舱以及自动驾驶形成差异化的核心）。 n汽车软件生态图谱 汽车软件生态涉及面较广，应用软件层中，智能座舱、自动驾驶和车路协同市场规模均保持稳定增长，中间件以AUTOSAR为主，虚拟层中QNX被量产，操作系统领域竞争激烈 汽车软件生态图谱 智能座舱类 自动驾驶类 车路协同类 应用软件层 中国智能座舱市场规模增速较快，预计 自动驾驶对底层OS的开放性要求更高， 高精度地图软件是车路协同发展的有力 n汽车软件的发展将重塑汽车产业链 在软件定义汽车的趋势下，汽车产业链将被重塑，软件供应商将成为Tier1厂商，盈利模式有望发生转变，与此同时，主机厂开始重视定义软件，深度参与软件开发 软件定义汽车时代下，汽车产业链将被重