連網車輛與軟體定義車輛變得密不可分

作者 : Egil Juliussen,EE Times專欄作者

本文旨在為軟體定義車輛的前身——連網車輛提供一個擴展觀點。筆者認為,連網車輛和軟體定義車輛的關係正變得密不可分。

本文旨在為軟體定義車輛(software-defined car)的前身——連網車輛提供一個擴展觀點。比認為,連網車輛和軟體定義車輛的關係正變得密不可分。

表1概述了連網車輛與軟體定義車輛技術如何相互作用並彼此增強。在很大程度上,它們正在重新定義車輛產業的許多方面。其關鍵在於連網車輛會帶來大量的空中軟體更新,這使軟體定義技術在其生命週期內演變為更好的功能。

 

表1:連網車輛與軟體定義車輛密不可分。

 

軟體定義車輛由包含多個軟體平台的層級架構組成,這些平台之間透過API進行通訊。這種服務導向架構(SOA)正成為一種越來越受歡迎的軟體系統框架。

連網車輛是軟體定義車輛的核心技術,它可以實現車輛終身的軟體bug修復、軟體更改和功能更新。SOA需要對很多系統架構進行改善,其中以域電子控制單元(domain ECU)和乙太網路的改進最為重要。由於軟體平台越來越複雜,也越來越龐大,轉換到域 ECU 需要OTA 功能的支援。

在未來五年左右的時間裡,乙太網擄架構將成為主導網路框架。乙太網路將提供更快速的OTA更新並提供更好的網路安全性能。

雲端原生(cloud native)

無論是在開發階段還是部署階段,連網車輛應用程式(App)都在向雲端遷移。因此,雲端原生技術對連網車輛軟體的影響也越來越大。軟體容器技術對於車輛軟體的重要性也愈發顯著。軟體容器包括應用程式碼、設定檔、庫和執行應用程式所需的依賴項目,一個容器相當於一個可移植到其他系統的虛擬化應用程式。

微服務(Microservice)是小型獨立服務單元的集合,專注於將應用程式劃分為具有明確定義介面的單一功能模組。微服務被封裝在容器中,這使得微服務能夠在定義的容器運行時環境中執行。微服務的部署由編排器管理和監控,雲端原生活動的工作流程被稱為DevOps,它用於簡化應用的開發、部署和升級。

AWS、微軟(Microsoft)  Azure 和Google Cloud依次為美國三大雲提供商。AWS是車輛雲服務領域無可置疑的領導者,其車用客戶包括Audi、BMW、Continental、Denso、Mazda、Mobileye、Toyota、Uber、Volvo Group、Volkswagen等。第二名微軟Azure的車用客戶包括BMW、Bosch、GM和Cruise、Nissan、Renault、Toyota、Volkswagen和采埃孚(ZF)。

中國有三個重要的雲端供應上:阿里雲、騰訊雲和百度智能雲。阿里巴巴無疑是中國雲端運算市場的領導者。

通訊

至少直到2025年前,連網車輛的嵌入式數據機技術都將由4G技術主導。新興的5G 技術才剛剛開始用於車輛,以下的內容涉及5G連網車輛部署。

智慧型手機的快速成長及其他功能使其成為了遠端資訊處理系統的核心功能。5G智慧型手機的應用正在穩步增加,它比車輛嵌入5G至少提前了三年,OTA軟體更新常常透過駕駛的住宅Wi-Fi局域網路完成。

蜂巢式車聯網(C-V2X)的成功取決於5G的部署速度,因此會有很大的地域差異。中國是目前C-V2X應用的領導者,C-V2X正成為許多自動駕駛車輛測試與試駕的內容之一,C-V2X還將用於交通管理等ITS應用。

網路安全和軟體更新

所有連網車輛都需要網路安全,這其中包括嵌入式硬體和軟體,以及基於雲端的服務與分析。車輛產業的網路安全比智慧型手機和PC複雜得多,這主要有兩個原因:每輛車輛中都有數十個ECU,它們利用多條不同速度與特性的電子匯流排相互連接;每輛車輛都有多個車載和遠端接入點,包括OBDII、USB 和SD埠、無鑰匙開門、藍牙和Wi-Fi、嵌入式數據機、感測器、資訊娛樂系統,甚至智慧型手機應用程式。

所有軟體定義車輛都需要OTA軟體更新,其中包括嵌入式程式碼和基於雲端的服務和軟體管理。「OTA Software Updates: Changes Ahead」一文中提供了更多有關OTA軟體的技術趨勢與公司的資訊。

2020年,聯合國通過了UNECE WP.29 OTA和網路安全法規。WP.29法規適用於歐盟、英國、日本、韓國等54個國家。這些國家的車輛銷量約佔全球的35%。所有向這些市場銷售的車輛OEM,都必須遵從WP.29 OTA和網路安全法規,並在允許銷售之前出示獲得型式認證的合規證明。

WP.29法規大概將於2022年開始實施;到2024年,歐洲和其他地區都將要求符合這一法規。但美國不在54個WP.29國家之列,美國實施的是每個車輛OEM的自我認證程式(self-certification procedure)。另外,SAE和ISO也於2021年8月頒佈了另一個車輛網路安全標準。

人工智慧(AI)技術

語音辨識和使用者介面是最成功的車輛AI應用。它們利用智慧型手機和消費電子產品中的AI技術,部署在資訊娛樂系統和人機介面當中。在過去的五年中,Alexa、CarPlay、Android Auto及類似產品已經配置在絕大多數的車型當中。

遠端診斷是一種先進的遠端資訊處理應用。AI技術的加入可以幫助車輛預測未來可能發生的設備故障,同時提供遠端預測。OTA軟體和網路安全功能都在嵌入式軟體用戶端,以及基於雲端的服務與分析軟體中添加了AI技術。

自動駕駛車輛是AI技術最具價值但難度最大的應用。不過,基於AI的技術改進,其軟體發展已蓄勢待發。在未來十年內,軟體bug的辨識與修復很大可能會透過創新的AI技術來完成。目前,歐盟已經發佈了AI法規提案,預計其將在歐洲產生重大影響,最終極有可能像「General Data Protection Regulation」(通用資料保護條例)一樣擴散到其他地區。

商業模式

由於昂貴的軟體發展成本和終身除錯與維護成本,軟體一直是車輛OEM的成本核心。現在,一種圍繞車輛軟體雲端服務模型的OEM利潤中心正在興起,OTA、資訊娛樂系統和一些ECU應用程式都是軟體即服務(SaaS)的候選對象。

付費的功能OTA更新是另一種新興的商業模式,它使連網車輛功能和軟體定義功能成為可能。成熟的資料服務都具有相似的特徵,Otonomo和Wejo是這方面的領先提供商。

連網車輛使用率

表2展示了搭載連網車輛功能的車輛的銷售情況。每種車型都配備了一個嵌入式數據機或用於智慧型手機的嵌入式介面,很多車型甚至同時配備兩種介面,IHS Markit提供的資料中包含了美國市場和全球市場。

 

表2:連網車輛採用率。

(來源:IHS Market)

 

到2025年,美國連網車輛銷量預計將達到99.5%。而全球連網車輛採用率2021年將超過74%,到2027年將增長至88%。

5G連網車輛的全球佔有率現在仍微不足道,但到2024年將快速增長至13%以上,到2027年將增長至近35%。美國5G連網車輛銷量到2022年將僅為1.5%,但到2024年預計將達到14%,到 2027 年預計將達到52%。

結語

連網車輛正在成為一個產業標準,至少在美國是這樣。美國近97%的已售車輛都配備了通訊鏈路,用於與雲端和其他無線目的地連接。連網車輛鏈路為軟體定義車輛提供了至關重要的功能和特性,這將在未來十年改變整個車輛產業。

為了實現這個目標,軟體定義車輛必須在其生命週期內不斷進化,這其中的原因有很多。首先,必須要對不可避免的軟體bug進行修復,而OTA軟體更新則是最好且成本最低的方法。其次,對軟體定義車輛的功能進行改進和提升。功能軟體更新正在不斷湧現,這為車輛OEM及其供應商創造了新的收入來源。第三,軟體服務和類似的商業模式都需要無線通訊鏈路。

可以說,連網車輛和軟體定義車輛相生相成,未來前景一片光明。

(參考原文:Connected, Software-Defined Cars Becoming Inseparable,by Egil Juliussen)

本文原刊登於EDN China 2022年1月刊

 

 

 

 

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