1.2 智能汽车技术发展路线

智能汽车的发展趋势需要明确地体现在技术发展路线上，以将所有不确定性转化为可落地实施的确定性。新技术的应用可能会带来较大的系统性和架构性变革，同时可能引入新的波动和风险。然而，如果过分依赖旧有技术路径而不进行变革与创新，就会失去技术演进的动力。依据技术成熟度曲线的客观规律，每项新技术从诞生到成熟都必须经历从高峰到低谷再到崛起的过程，才能最终到达预期的成熟高峰。深刻理解这一客观规律，有助于更加准确地把握智能汽车技术发展的路线。这条路线本身是清晰的，虽然过程可能曲折，但最终目标是明确的。

技术的核心在于架构，架构不仅决定了技术的方向，而且作为技术的载体，提供了技术实现的基础框架支撑。整车的电子电气架构负责各项功能的运算处理和动力分配，通过整合各类软硬件单元、线束拓扑和电子电气分配系统，成为实现信息交互和复杂运算的中枢。在智能汽车中，功能的多样化主要通过软件来动态实现，因此软件在技术中占据了重要的位置。本节将从智能汽车的电子电气架构和软件两个方面进行介绍。只有清晰地认识技术发展路线，顺应技术趋势，并进行提前的规划布局，才能在智能汽车领域把握住机遇。

1.2.1 智能汽车电子电气架构发展路线

智能汽车的电子电气架构发展路线可以划分为4个阶段：从传统的整车分布式电子电气架构开始，逐渐转变为基于域控制器的集中式电子电气架构，接着发展为跨域集中式电子电气架构，最终演变为中央集中式电子电气架构。这一发展过程体现了智能汽车电子电气架构从分散管理向集中管理演变的趋势。

1.传统的整车分布式电子电气架构

在传统的整车分布式电子电气架构中，整车的功能被细分为多个子系统，如动力系统、底盘系统、车身系统、娱乐信息系统等。每个子系统进一步划分为不同的功能模块，每个功能模块都由一个独立的电子控制单元（ECU）实现。这些不同的ECU主要通过CAN、CANFD、LIN等传统车载网络进行连接和通信。不同功能的子系统之间通过中央网关进行通信。图1-2为传统的整车分布式电子电气架构示意图。

在这种分布式电子电气架构模式下，每个ECU由不同的供应商提供，并进行软硬一体化设计以实现所需功能。因此，整车制造商高度依赖这些供应商。从整车的角度来看，通信主要依赖低速总线网络，这限制了高带宽信息的传输，导致通信带宽存在瓶颈。同时，软硬件之间深度耦合，不同的硬件与特定的软件绑定，各个硬件相互独立，导致软件不具备通用性，整个系统的兼容性和扩展性较差。此外，多个硬件的共同作用可能会导致功能上的冗余和重叠，从而造成算力和成本的浪费。

2.基于域控制器的集中式电子电气架构

随着智能汽车的硬件趋于同质化，软件定义、数据驱动和车路云协同成为主流趋势，传统的整车分布式电子电气架构已不足以灵活应对这些新需求。为适应智能汽车时代，电子电气架构需不断创新，其核心在于实现高度集中化、硬件标准化及软硬件解耦。

首先，传统的分布式电子电气架构正逐渐向基于域控制器的集中式电子电气架构演变。集中式电子电气架构按照整车功能将系统分为不同的域，如动力域、底盘域、车身域、座舱域、智能驾驶域等。每个域配备一个计算能力强大的域控制器，集成并整合了多个传统ECU的功能，负责数据的集中处理和运算。为提高通信效率，这些域控制器以以太网作为主干网络进行连接。同时，该架构还考虑了与传统分布式电子电气架构中各种车载网络的兼容性。

如图1-3所示，基于域控制器的集中式电子电气架构展现了不同功能域及其关联的域控制器。在这种架构中，各个功能特性不再与ECU一一对应，而是通过减少ECU的数量来实现功能的集中化管理。软件逐渐从与硬件一体化的黑盒中分离出来，其作用和价值变得更加明显。具有更强大计算能力的域控制器开始处理更复杂的功能，为智能汽车技术的实现奠定了坚实的基础。

3.跨域集中式电子电气架构

在基于域控制器的集中式电子电气架构中，每个域控制器只负责一个功能域的控制。随着域控制器的计算能力和性能显著增强，不同功能域开始进一步融合。一些域控制器现在可以对两个或更多功能域进行集中控制，形成跨域集中式电子电气架构，进而提高了功能集中化的程度。目前，一种主流的跨域融合方式是将动力域、底盘域和车身域合并成一个综合的车辆控制域（简称车辆域）。该控制域与智能驾驶域、座舱域共同构成3个主要的控制系统。图1-4展示了跨域集中式电子电气架构示意图。

在这个架构中，功能域的深度融合使得车辆域承担整车的综合控制任务，智能驾驶域专注于自动驾驶功能的控制与实现，座舱域则专注于座舱环境和人机交互功能的控制与实现。随着功能集成和复杂性的增加，软件角色得到进一步增强。因此，整车制造商与供应商之间的合作策略变得更加多样化。一些制造商可能继续采用传统的供应链合作模式，尤其是当它们的软件能力有限时；一些制造商可能寻求与供应商建立软件合作开发的关系，共同推动技术进步；还有一些制造商开始自主研发软件，以掌握更多核心技术和获得竞争优势。

4.中央集中式电子电气架构

随着智能汽车技术需求的持续提升，电子电气架构正步入一个新阶段。功能域将逐渐被通用的中央计算平台取代，形成中央集中式电子电气架构。在这种新兴架构中，一个通用计算平台将承担车辆所有功能的控制逻辑，这意味着电子电气系统不再按功能域分布，而是所有计算处理、通信和存储功能都集中于一个强大的中央计算平台。这个中央计算平台可视为一个异构的数据中心服务器集群，将系统功能集成度提升至全新水平。此外，为了遵循资源就近原则，简化通信和连接，中央集中式电子电气架构还考虑根据物理位置来划分区域，并在每个区域设立通用的区域计算平台，负责局部的计算和处理任务。图1-5展示了中央集中式电子电气架构示意图。

在中央集中式电子电气架构中，以太网作为整车通信的主干网络，但各个区域内仍可使用其他传统车载网络。这一阶段的架构明确强调了软件在汽车系统中的核心地位。整个行业开始认识到软件的重要性，并且整车制造商试图主导原本由供应商提供的应用策略层软件，同时逐步建立专业的软件团队。随着软硬件架构的分层，智能汽车电子产业链的分工也在进一步重塑。整车制造商不再仅是硬件的集成者，而是开始在软件和服务领域扩展，以获得更多的核心技术和更强的市场竞争力。这种转变预示着智能汽车的发展将更加依赖软件的创新和整合能力。

随着智能汽车技术，尤其是车路云协同方面的不断进步，未来的车辆将不再仅仅依赖车载的通用计算平台。相反，中央通用计算平台将向路侧设施和云端资源扩展，与车载计算平台一起完成处理和运算任务，从而形成一个综合的车路云协同计算架构。这种架构模式提出了更高的要求，包括软硬件的解耦、硬件及接口的标准化、强大的软件功能，以及高效的数据传输和处理能力。

通用计算平台的核心特点在于其通用性，主要负责集中式的计算、处理、通信和调度任务，而不限定于任何特定的车辆功能域。这种平台并不依赖特定的应用功能，而是基于基础硬件平台和基础软件。通过标准化的设计，通用计算平台支持多种标准接口类型，能够适应不同的应用环境，实现快速适配。软硬件解耦使得该平台可以灵活部署在车载系统的中央、区域甚至路侧和云端。通过高层的软件设计，通用计算平台能够满足智能汽车多样化的应用需求。

从整车电子电气架构的不断演进中我们可以看出，技术发展路线在持续地突破和进化，呈现出计算集中化、平台标准化和软硬件解耦化的趋势。电子电气架构正从以功能信号为核心的导向模式转变为以服务为核心的导向模式，实现了功能的定制化。这种变革使得软件的价值成为智能汽车未来竞争的关键点。

整车制造商开始追求全栈技术布局和核心软件技术的突破，智能汽车生态圈的合作伙伴也逐渐热衷于构建通用计算平台。随着高性能智能计算基础平台的逐步发展和推广，软件创新的发展轨迹也得到了进一步推动，为智能汽车的发展铺平了道路。

1.2.2 智能汽车软件发展路线

随着汽车电子电气架构的持续演进，智能汽车技术正努力打破软件与硬件之间的紧密耦合。引入通用计算平台是这一变革的关键，它促使硬件平台标准化、基础软件平台化及应用功能生态化成为可能。这意味着在不同硬件平台上，可以根据不同客户的需求移植和使用相同的基础软件平台，并在此基础上灵活定制和开发不同的应用功能。为此，各种硬件基础平台需提供统一的标准化接口，以便不同的软件能够适配，实现一定意义的软硬件解耦。然而，软硬件解耦并不意味着软硬件适配工作能够一劳永逸，它只是相对减少了耦合工作量。同时，智能汽车软件还需要建立合理的软件分层架构模式，以实现软件各层之间的软软解耦。基于软件分层的功能开发可以促进生态分工模式的形成，支持定制化应用功能的开发。

智能汽车软件架构主要分为3个层次：底层系统软件、中间层软件和上层应用软件。底层系统软件主要包括操作系统及其内核、其他相关软件，为整个系统提供基础的运行环境和服务。中间层软件是一个广义的概念，指的是从底层系统软件到上层应用软件之间的所有层级的软件，起到连接上下层的桥梁作用。上层应用软件则与车辆的具体功能密切相关，包括状态机和应用逻辑软件，直接面向最终用户提供各种智能汽车功能。图1-6展示了智能汽车典型软件架构示意图。

智能汽车软件的发展将推动整个生态链的重构。在这一过程中，底层系统软件，特别是操作系统及其内核，重点在于构建生态圈。中间层软件将成为智能汽车软件领域的竞争蓝海，未来可能孕育出行业巨头。而上层应用软件将成为整车制造商深度介入软件领域的关键战场。这种分层的软件架构不仅有助于实现软硬件解耦，还为智能汽车的个性化和定制化提供了有力支持。

软件架构为软件模块提供了必要的框架，它承载了软件工程中所有模块及模块间的信息交互，对整体系统性能至关重要。像一座大楼的地基和承重墙一样，软件架构为控制流和数据流提供了通道，决定了软件“加盖”的高度和质量。因此，软件架构直接影响软件的性能。智能汽车软件的发展路线，必然围绕软件架构的优化和创新展开。

软件分层架构模式是智能汽车软件架构的基础。然而，并非所有分层软件架构都适用于智能汽车领域。每种架构需要根据智能汽车的具体需求和特性进行调整和优化，以确保其适应性和效能。

在汽车行业中，较早应用的软件分层架构是AUTOSAR经典平台（Classic Platform，CP）标准软件架构。这种架构由3个主要层次组成，即基础软件层（BSW）、运行时环境（RTE）和应用软件层。基础软件层进一步细分为服务层、ECU抽象层、微控制器抽象层和复杂驱动，每一部分又可以细分为多个小模块。图1-7所示为AUTOSAR经典平台（CP）标准软件架构示意图。

（1）应用软件层

应用软件层主要负责实现ECU功能的逻辑算法，其内部包含多个软件模块。每个软件模块又包含一个或多个运行实体，这些运行实体中封装了相应的算法。整车制造商或供应商可以在应用软件层进行定制化开发，以满足特定的应用逻辑需求。

（2）运行时环境

运行时环境（RTE）主要负责基础通信服务，实现应用软件模块与基础软件层之间以及软件模块间的通信，提供了架构分层间的有效隔离。作为应用软件层与基础软件层之间的中间交互层，RTE对基础软件层的服务进行封装，并对外提供标准化接口。应用软件层可以通过RTE接口调用基础软件层的相关功能。同时，RTE还负责实现对应用层的软件函数的调度。

（3）服务层

服务层将基础软件功能以服务的形式封装，供应用软件层调度。它主要提供系统服务、存储服务和通信服务三大部分，具体包括车辆网络通信管理、内存管理、诊断管理、ECU状态管理、模式管理、逻辑监控和程序流监控等服务。这样的设计允许应用软件层通过服务层调用所需的基础功能，实现高效的资源管理和流程控制。

（4）ECU抽象层

ECU抽象层负责封装微控制器抽象层及外围设备驱动，提供内外设备的统一访问接口，实现对通信、存储器和I/O硬件的访问。微控制器抽象层仅封装芯片上的功能，ECU抽象层则负责对芯片及外围电路等所有硬件进行统一封装，从而实现上层软件应用与ECU硬件的分离。ECU抽象包括车载设备抽象、通信硬件抽象、存储硬件抽象和I/O硬件抽象等。ECU抽象层专注于所有硬件层面的统一封装，无需开发人员关注微控制器内部的细节。

（5）微控制器抽象层

微控制器抽象层负责封装访问微控制器的各种驱动，实现不同硬件接口的统一化。这些驱动包括微控制器驱动、通信驱动、存储驱动以及I/O驱动等。微控制器抽象层将芯片的寄存器操作统一封装成标准的库，并对外提供标准化接口。通过这一层，软件与微控制器得以隔离，从而封装微控制器硬件，避免上层软件直接操作硬件。这种做法确保了只有该层与硬件直接交互。因此，当更换微控制器芯片时，只需修改这一层的适配内容，便可实现软件的便捷移植。

（6）复杂驱动

复杂驱动主要针对那些因特殊性难以进行标准化抽象的内容而设计，如一些复杂的传感器抽象。复杂驱动能够封装未定义的功能，并提供接口供应用层调用，从而逐步向AUTOSAR经典平台（CP）规范架构转化。它还允许应用软件层通过RTE直接访问硬件。

AUTOSAR经典平台（CP）的标准软件架构是一种面向功能的架构，使用基于信号的通信方式，在传统汽车ECU领域得到广泛应用。然而，智能汽车集中式电子电气架构对系统通信速率和计算能力有高要求，需要支持多核异构设计部署、高性能并行计算和基于以太网的高带宽传输通信的软件。AUTOSAR经典平台（CP）单独使用不足以满足这些需求。为了更好地满足智能汽车集中式电子电气架构的软件要求，AUTOSAR组织推出了AUTOSAR自适应平台（Adaptive Platform，AP）标准软件架构。这一架构能够实现灵活的软件配置，提供高性能计算和高带宽通信机制，总体分为自适应应用（AA）和自适应应用的AUTOSAR运行时（ARA）两部分，如图1-8所示。

从图1-8中可以看出，AA部分包括自适应应用和非平台服务两种类型的应用服务，它们之间可以相互提供服务。ARA部分主要由功能集群提供的各种应用接口构成。这些接口分为两大类：一类是自适应平台基础，主要负责提供基础功能，如通信管理集群、持久性集群、诊断集群、时间同步集群和平台健康管理集群等；另一类是自适应平台服务，主要提供标准服务，如状态管理集群、网络管理集群、更新和配置管理集群等。

AUTOSAR自适应平台（AP）是一种面向服务的架构（SOA），具备数据并行处理能力，能实现高性能计算处理。它不仅能满足系统的实时性要求，也能满足非实时性应用的软件架构需求。除了架构分层的定义差异外，AUTOSAR自适应平台（AP）与AUTOSAR经典平台（CP）的对比分析见表1-4。

从AUTOSAR自适应平台（AP）与AUTOSAR经典平台（CP）的对比来看，两者各有优势：AP在动态灵活性方面表现更佳，而CP在实时安全性方面表现更为突出。在智能汽车的不同应用场景下，我们可以利用这两种平台，构建一个既灵活又安全的异构软件架构，实现它们之间的互补和协作。智能汽车的软件架构正在向融合型的发展路线转变，主要以SOA为核心。对于那些对实时性和安全性要求很高的应用，则采用异构软件架构设计，或者针对实时性和安全性进行设计改造。

那么，到底什么是SOA？SOA是一种设计思想，强调高内聚和低耦合。在智能汽车应用中，SOA能将车辆的所有功能划分成不同的服务，这些服务拆分为颗粒度适中的服务组件。这些组件遵循统一的接口设计标准，并通过统一的协议标准进行相互通信和访问。这种架构允许服务组件相互组合，提供更多服务，从而具有强大的可扩展性，并支持车辆在出厂后软件的持续升级和维护。

为了更生动形象地阐述SOA机制，我们不妨以餐厅经营做类比。设想一家餐厅提供N种菜品，如果采用非面向服务的模式经营，则每种或每个组合菜品都需要配备专门的团队、工具和设备资源。这个团队负责从采购食材原料到烹饪完成，直至将菜品端上餐桌呈现给顾客的整个过程。若该餐厅销售的菜品种类众多，则必须配备大量的专门团队，这样的做法常导致团队间在采购、清洗食材乃至烹饪环节出现重复劳动，从而造成资源的浪费，显然不经济。

在这样的背景下，SOA机制显得尤为重要。若餐厅采用此机制来经营，就不会根据所售菜品来划分团队，而是将内部组织分成采购组、洗菜组、烹饪组等专业小组。这些小组不必关心顾客具体选择了哪道菜品，专注于完成自己的基本任务即可。服务员根据不同客人的点菜情况进行下单，后厨各组人员只需按照标准化流程履行各自的职责，不同菜品由不同小组协作完成。通过这种方式，餐厅实现了SOA机制，优化了资源配置，提高了经营效率。

智能汽车的软件架构也是如此，采用SOA可以提升效率。在这种模式下，软件采取分层设计，每个软件层级由多个细分的软件模块组成。各软件模块专注于执行自己的基础任务，无须关心具体的应用功能，从而实现了软件层级间和模块间的解耦。同时，通过采用标准化接口，不同软件模块相互配合能够支持多样的服务目标实现，从而为智能汽车的功能更新与扩展奠定了良好的架构基础。

除了软件架构的发展变革外，智能汽车软件的本质属性也在发生变化。随着人工智能的发展，软件正从人类明确编写代码实现程序逻辑的传统软件时代，过渡到通过神经网络训练达成预期目标的智能软件时代。在智能汽车的软件开发演进中，智能软件将占据一定的比重，因此，在分析智能汽车软件发展路线时，我们必须考虑这部分的影响。与传统软件相比，智能软件在本质上具有一些独特属性，如表1-5所示。

智能软件颠覆了传统软件的开发流程，开启了一个前所未有的新时代。在语音、图像、视频识别领域，智能软件展现出了比传统软件更强大的优势，能够解决传统软件难以解决的问题。

举个例子，在通过软件开发方法实现对小狗图像的识别时，若采用传统软件开发流程，首先要进行需求描述，明确小狗的外观特征，包括头部、身体、四肢、尾巴、颜色及行为动作等。接着，对需求进行细化并进行设计、编码和实施。在使用这套软件进行小狗识别时，需要将待识别内容与代码中定义的小狗特征进行匹配判断，匹配成功则输出确认结果。这种方法能够识别一种或几种特定类型的小狗。然而，面对不同颜色和品种的小狗时，其识别能力就显得不够灵活、智能。相比之下，智能软件通过机器学习的方式，借助训练数据集调整参数权重，逐步优化性能，实现持续学习和提升，从而通过特征识别技术达到泛化的效果，能准确给出目标结果。

智能软件提高了智能化水平，但也为智能汽车引入了较大的不确定性。随着集中式电子电气架构和面向服务的融合型软件架构的发展，智能汽车中的传统软件代码量大幅增加，进一步增加了不确定性。这种不确定性使得智能汽车的安全性成为一个广泛争论的话题。然而，安全始终是智能汽车发展的起点和重心。作为智能汽车核心竞争力的重要组成部分，软件的安全性将成为未来的关键竞争力。