车企为什么要自主软件开发?

2021-05-26 18:15:42 栏目:技术学堂 查看( )

硬件和软件的无缝集成将使汽车超越手机或电脑,成为最终的移动终端。为了充分挖掘汽车的潜力,戴姆勒和大众等汽车制造商已明确决定自主构建和开发车辆操作系统。软件驱动的车辆架构在中长期将成为所有新车项目的起点。

通过将汽车与云和物联网(IoT)相结合,未来的软件架构将在车辆层面拥有一个通用的硬件层,在软件层面拥有一个通用的中间件层,以及一个能够以可扩展的方式添加不同功能的操作系统。为了维持未来的盈利能力,汽车制造商正寻求在销售点提供按需付费和订阅式功能,以及增强驾驶体验。

介绍

自动驾驶、网联和电动汽车(ACE)正在加速发展,这促使汽车制造商及其供应商拥抱非传统思维和新的商业战略。统治市场的关键在于控制系统和软件的集成。

硬件和软件之间的无缝连接将在未来提供巨大的机会。除了车辆电气化,汽车制造商正努力将重点放在软件和数字领域,这是因为考虑到它们对车载信息娱乐、驾驶辅助和物联网功能等领域有着的重大影响。

为了充分发挥汽车潜力,许多汽车制造商已明确决定自主研发操作系统。例如,根据大众和戴姆勒最近发布的新闻声明,两家公司都证实了自主开发软件操作系统的战略意图。此外,为自动驾驶和汽车转向系统提供软硬件平台的采埃孚和TTTech Auto也在开发操作系统和软件生态系统。

这些战略决策的结果表明,汽车供应链发生了深刻的转变。汽车行业很可能会从一个供应商驱动的全面解决方案发展成为一个在很多方面类似于个人电脑行业的多重“软件技术堆栈”。

在今天,汽车附带价值与供应商开发的硬件——底盘、动力系统、内饰和外观有关——但上述提到的新范式意味着车辆的差异化和盈利能力将向技术和相关软件堆栈转移。在这种背景下,我们基于埃信华迈汽车供应链和技术开展的市场研究和分析,针对以下两个关键问题提出观点:

· 汽车制造商自主软件开发增长背后的关键驱动因素是什么?

· 这些驱动因素将如何影响未来供应链价值映射的增长?

软件继续成为车辆及用户驾驶体验的核心

一系列的社会力量,加上ACE和共享出行技术的进步,已经开始重塑消费者对移动出行的期望和需求。在自动化方面,智能传感器的应用正在向“中央计算系统”靠拢,这对可靠性、处理能力和数据存储提出了更高的要求。

与按需购买的高级驾驶辅助系统(ADAS)功能一样,这些系统还能更好地支持基于位置的服务,这些服务需要保持连接以支持云界面和基础设施通信,从而成为多式联运智能运输服务的一部分。

汽车行业还在提高人工智能(AI)和机器学习(ML)算法的应用水平,不仅用于ADAS功能,也用于电动汽车(EV)的电池管理系统,以预测节能和管理电池生命周期。在共享出行应用方面,围绕共享所有权、数字密钥、身份验证、车辆个性化功能等方面的需求,将为汽车软件带来两位数的增长。

车企软件开发

值得注意的是,随着汽车作为一个单独的产品,未来从物料清单到零售定价之间将无法带来足够的收益,因此汽车制造商们正在寻找新的收入来源。在这点上,车载软件通过数字服务为那些垂直整合软件开发的汽车制造商提供了一个新的收入来源,从而进一步实现货币化或提高成本效率。

此外,与传统供应链方式相比,拥有自主专业知识的汽车制造商更有可能更快地为客户带来新功能和更新。

车企软件开发

事实上,有证据表明,汽车制造商及其供应商在从2021年起的中短期内将在软件研发方面投入更多的研发预算。这些数据清楚地说明了一个模式:即在中长期内,除非能够显著改善质量或成本,否则汽车制造商并不愿意将预算投入硬件或面向硬件的功能上。

这些调查数据的含义非常明确:对于那些汽车行业相关从业者而言,他们必须认识到这些即将到来的变化,尤其是在能够带来更高收入和利润的软件和应用级领域,并采取相应行动加快适应软件融合市场新格局。

车企软件开发

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改变商业模式——从销售点转向订阅式功能

围绕汽车功能销售的商业模式正在发生变化。许多即将推出的功能将以订阅模式提供。这就需要汽车制造商在车辆中进一步整合硬件和软件,以支持未来的附加功能或按需服务。

许多专家认为,在“软件无线更新”(SOTA)的帮助下,车辆的整体逻辑正从定点更新向持续更新转变;车辆性能不再是在购车时达到最佳,而是在机器学习、人工智能和基于大数据学习的帮助下逐步得到提升。传统汽车制造商正在借鉴特斯拉的经验;特斯拉拥有车辆操作系统的所有权以及强大的内部软件开发能力。它还积极与第三方内容提供商合作,而传统汽车制造商则高度依赖于供应商开发的操作系统,并将其作为整合内容的一个途径。

新的商业模式将有助于汽车制造商的可持续发展。如果一款优质汽车的功能和体验始终能保持最新,那么其被使用和享受的时间也将更久。汽车制造商仍将寻求与该领域的一流企业建立强有力的合作关系,特别是在连通性和自动化方面,但他们更有可能定义标准,并保留对系统和标准集成的控制。

应对明显的行业挑战——如何转向以迎接未来

面对长期收入下降的局面,汽车制造商和供应商正在加速整合域控制器的发展以提高可靠性和降低运营成本,同时保持质量和安全,并引领创新。

这一战略举措的结果是,尽管汽车制造商正面临一些挑战,但这些挑战反过来成为自主软件操作系统研发的驱动力。在下面的章节中,我们将介绍自主软件研发的考虑及理由。

不断增长的软件需求,同时又缺乏推进实施的技能

在未来两到三代的汽车中,汽车制造商将增加摄像头和显示屏的特色和功能要求。这些增长对车辆座舱软件相关图形和显示资源管理的卓越性能需求提出了充分的理由。

增强现实投影和虚拟现实信息融合等创新,将影响未来软件和数据驱动信息架构的设计。后者将增强用户体验——驾驶员前挡风玻璃视野中的信息将动态显示——同时也将有助于未来取消中控和仪表盘中的显示屏。然而,这种基于信息的瞬时架构将显著增加对图形化和信息处理的要求。

展望未来,更高级别自动驾驶(L3级及以上)的应用将大大减少驾驶员在旅途中的主动介入。因此,汽车制造商正寻找增值服务以使“驾驶员”在旅途中更有效率,并通过具有吸引力的设施和出色的功能来争夺客户。

因此,“车载游戏”和相关在线互动服务可能会成为未来乘车出行的一个关键特征。这将进一步增加对面向数据的软件和图形处理需求。此外,云连接和物联网服务对这些新技术特征的需求不断增长,也将推动软件应用协调管理、系统初始化/关闭和语音(包括云语音助手)应用的显著增长。

深圳软件开发

为了支持不断增长的处理需求,系统芯片(SoC)供应商将把视频、计算机视觉与人工智能相结合的集成处理引入同一硬件,以促进向异构计算架构的发展。

这些集成的计算架构在硬件效率和成本方面带来巨大优势的同时,还允许在Automotive AndroidLinuxAutomotive Graded LinuxAGL)、经典AUTOSAR、自适应平台AutoSAR及上述组合等系统管理软件的帮助下,将多个操作系统集成至一个单一的电子控制单元(ECU)。

深圳软件开发

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不过,这种采用特殊处理器的计算架构需要专业的编程和维护知识。但汽车供应商在这一过程中发现招聘和再培训软件工程师和开发人员非常困难,因为他们必须从敏捷开发环境转移到过程驱动环境,同时发挥他们的创造性才能。

在涉及到维护和更新遗留系统时,该场景的要求将变得更高。因为现任供应商还需要处理人力资源管理问题,以便让那些掌握更多最新编程技能的年轻程序员和开发人员在旧的专用软件架构环境中保持工作积极性。

这最终会给开发成本带来压力,预计中期开发成本将增加35-45%。为了最大限度地降低成本,尤其是设计工作极为繁杂的领域,控制未来汽车软件保修成本的激增,同时生成新的数字服务,这是促使汽车制造商决定掌握软件过程所有权的关键因素之一。

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开源已经成为创新的增长引擎,但这并不可持续

近年来,汽车行业已经涌现出许多制造商联盟,共同推动未来汽车的发展。因此,开源软件已经成为推动连通性、车载信息娱乐系统(IVI)和驾驶员信息系统等创新技术的首选平台之一。这也令汽车制造商可以从专家对开源代码库的免费贡献中获益。

然而,与开源平台进行集成存在一个明显的缺点。由于开源代码库和软件工具可以免费获取,因此许多公司倾向于将它们合并起来,但他们并没有意识到这样做会导致没有支持架构来修复漏洞并进行后期维护。因为开源社区进行的敏捷开发主要针对的是非汽车市场,对于汽车应用而言,这个问题更加危险。因此在许多情况下,为汽车应用潜在的重大问题寻找技术支持将会面临挑战。

此外,过去十年里,汽车行业在汽车质量方面设立了非常高的标准,并且在行业文化中认识到了实现一个可靠流程的重要性。例如SPICE”、ISO 26262或即将出台的ISO/SAE 21434安全标准等汽车标准,都十分关注过程成熟度,并在评估过程中提供深入的证据。

另一方面,汽车行业以外的一些行业(包括开源社区在内)在批准软件使用方面采用的是不同的方法。这些方法会造成责任和质量的冲突和风险,特别是在L2级以上自动驾驶领域。因此,许多汽车制造商被迫放弃开源平台,并支持自己的软件代码资源以扩展内部能力。

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碎片化的软件框架使系统集成任务变得昂贵

在过去十年里,软件复杂性显著提高,这种情况在2030年之前很可能会加速。例如ACE、保持在线、增强现实和虚拟现实融合数据等新技术趋势,正在推动软件功能的增长,并增加垂直和水平系统集成的复杂性。

值得注意的是,重大系统集成不是在硬件层面,而是在软件和协议通信层面解决的。其他问题还包括非差异化软件所需的更新、增强和维护。非差异化软件是指汽车制造商或供应商不用于提高产品竞争力或差异化,但需要用来支持基础系统行为的软件。差异化软件和非差异化软件的比例在40:604左右。

如今,许多汽车制造商不仅要应对车辆差异化软件的推出速度和复杂性,还要解决基础的非差异化软件模块问题。尽管汽车制造商已经开始降低软件的复杂性,但仍然还有很长的路要走。

传统上,汽车制造商通过一个定义好的系统行为来管理供应商交互,确认ECU界限、ECU功能、使用功能目录进行协议定义的限制,在许多情况下,消息序列说明了如何在供应商之间执行集成以完成系统行为。

然而,传统方法面临着ECU连接到不同通信总线方式的瓶颈:包括以太网、面向媒体的系统传输(MOST)、控制器局域网(CAN)、内部互联网络(LIN)等。其中每一个序列都需要特定的通信协议来实现一个功能。

为了完成一个完整的用例,汽车制造商利用许多功能、操作服务以及通过使用不同协议的通信网络服务发送信号。工作点中的每个协议解析都会导致增加功能延迟并降低系统性能。因此,系统集成成本昂贵,并最终影响车辆开始量产的时间和收入。

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中间件是未来软件价值增长的关键

随着软件的重要性日益增长,中间件在支持车辆重新配置、产品差异化软件安装和升级方面扮演着关键角色。操作软件(OS)和中间件是促进软硬件分离的底层软件组件。中间件还充当了人机界面(HMI)应用软件和底层软件之间的桥梁。

近年来,操作软件系统和中间件已经成为知名汽车一级供应商和科技公司之间的一个战场。这一趋势很可能会在中短期内持续,直到市场在遥远的将来收敛成为一个小众市场。

目前,汽车制造商们正面临着中间件和软件集成化的重大挑战;供应商和技术提供商正在使用自己的应用程序编程接口定义和工作方法开发软件。

为了降低成本和复杂性,许多汽车制造商和联盟合作伙伴正在竞相定义更统一的中间件通信和服务,或者利用开源内容来定义系统的核心并创建自己的使用标准。大众集团的VW.OS或戴姆勒MB.OS就是一个很好的示例。

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从汽车制造商的角度来看,这种方法有很多优势,包括避免车辆项目之间的重叠,简化软件开发过程,并且减少对外部支持的依赖,同时降低开发成本。随着汽车制造商开发以可扩展方式进入市场的服务和HMI,在添加新功能或更新现有软件功能方面,这将进一步简化集成水平。

这种方法不仅有利于汽车制造商,同时也有助于供应商,因为共用底层软件和硬件意味着增加供应量,并可减少SoC层面的品牌定制。

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建立在特斯拉成功之上

汽车行业内有许多人欣赏特斯拉的软件驱动汽车策略,这种策略将竞争焦点从车辆作为一种产品,转变为以客户为中心的内容和服务货币化。其包含了硬件设计和内部软件开发的垂直整合,已经通过提升响应性和创新优势以及使用OTA快速改善系统性能得到了回报。事实证明,这些策略可以提高客户的忠诚度和满意度。

虽然特斯拉内部面向服务的架构受益于从垂直集成到技术堆栈带来的优势,但传统汽车制造商仍然高度依赖供应商的解决方案及其努力。在硬件设计之前,对所有功能性用例提前考虑将有助于控制系统成本、简化用户界面并使用内部软件开发来连接功能单元。

此外,通过OTA软件帮助下实现的持续整合和改进,特斯拉提高了产品开发的速度和灵活性,简化了数字化服务,改善了品牌形象,并为客户开发了更高的价值主张。

许多汽车公司受到了特斯拉这一成功案例及其新一代以服务为导向的客户体验的影响。考虑到车载软件功能作为一个独特卖点具有如此重要的意义,传统汽车制造商和新进入者决定完全拥有操作系统和系统集成的所有权也就不足为奇。

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为了进一步发展,一些高端汽车制造商充分认识到了自己在车辆设计和制造方面的优势。虽然传统汽车制造商在新技术应用方面要比特斯拉慢,但这主要是由于他们尽量避免因新技术导致车辆硬件或软件出现故障,从而引起任何潜在的召回和现场问题。我们的分析表明,传统汽车制造商认为特斯拉和其他汽车初创企业尚未经历车辆召回,这反过来将会影响他们的生产速度。

规模预测

尽管目前内部软件开发策略大多局限于高端汽车公司,但从长期来看,其他大规模量产的汽车制造商也将跟随其脚步。

埃信华迈供应链与技术(SCT)部门在AutoTechInsight平台上提供了一项新的汽车软件预测服务,以跟踪此类发展。该服务还将对中间件和操作系统集成成本预测提供深入洞见、上下文数据和分析。

此外,服务还提供了车载信息娱乐系统主机系统、座舱域控制器、仪表板和远程信息处理系统的供应链信息和规模预测,包括每个汽车制造商的操作系统开发成本(车型年份级别预测)及相关的应用软件规格。

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