智能汽車系統(tǒng)、智能汽車系統(tǒng)有哪些關(guān)鍵技術(shù)
智能汽車之爭最終將演化為智能汽車芯片與系統(tǒng)之爭，而后者比前者更加重要。
在智能汽車芯片領(lǐng)域，中國背景的華為、地平線、黑芝麻等芯片設(shè)計科技公司已躋身世界第一梯隊，但關(guān)于智能汽車系統(tǒng)的戰(zhàn)爭才剛剛開始。
2021年重慶車展期間，地平線戰(zhàn)略規(guī)劃副總裁李星宇接受牛車網(wǎng)采訪時表示：“芯片競爭的最后是軟件生態(tài)競爭。”
在芯片生態(tài)方面，地平線已加碼布局，爭取更多合作伙伴加入。
地平線創(chuàng)始人余凱也在今年7月舉辦的征程5發(fā)布會上表示：“當(dāng)前，智能駕駛解決方案共有三大問題，其一是算力浪費，其二是生態(tài)缺失，第三還存在數(shù)據(jù)風(fēng)險。”
余凱在發(fā)布會上還特別強調(diào)了生態(tài)對芯片公司的重要性，為此，地平線特別推出了TogetherOS——開源安全實時操作系統(tǒng)，呼吁所有的車企、供應(yīng)商等都參與到地平線軟件生態(tài)的建設(shè)中來，以實現(xiàn)跑贏系統(tǒng)之戰(zhàn)。
當(dāng)然，從市場量產(chǎn)應(yīng)用來看，地平線還處于量產(chǎn)前夕，目前特斯拉、華為、大眾、百度、英偉達已經(jīng)有了不少量產(chǎn)經(jīng)驗。
下面，編輯將對這5家主流車控操作系統(tǒng)的開發(fā)和應(yīng)用情況進行簡單介紹。
一、特斯拉Autopilot自動駕駛軟件架構(gòu)
眾所周知，特斯拉自2014年推出ModelS開始，就完成了Autopilot自動駕駛軟件架構(gòu)的基礎(chǔ)研發(fā)。
特斯拉是自動駕駛技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化的領(lǐng)跑者，其優(yōu)勢在于以計算平臺為核心，自研并領(lǐng)先芯片硬件、操作系統(tǒng)平臺軟件等。
特斯拉自動駕駛軟件架構(gòu)如上圖所示，主要特點是其操作系統(tǒng)基于單一的Linux內(nèi)核打造了整套自動駕駛的軟件方案，分別完成了從感知、決策規(guī)劃和控制系統(tǒng)解決方案。
從現(xiàn)在公開的信息可知，該系統(tǒng)基于Ubuntu進行裁剪，對Linux內(nèi)核進行了實時性改造，這個內(nèi)核也開源在github上，深度學(xué)習(xí)框架基于PyTorch，實時數(shù)據(jù)處理基于開源流處理平臺Kafka，擁有48個獨立的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行多維度數(shù)據(jù)處理，并且具備強大的OTA升級能力。
特斯拉宣布開源系統(tǒng)和部分專利共享在智能汽車行業(yè)引起了不小的風(fēng)波，有不少行業(yè)人士認為，新勢力造車是特斯拉系統(tǒng)開源的受益者。
從產(chǎn)品來看，F(xiàn)SD是特斯拉旗艦功能。
其FSD（FullSelf-Driving）計算平臺硬件集成了智能座艙域和自動駕駛域，操作系統(tǒng)通過OTA軟件升級，充分利用數(shù)據(jù)、云計算生態(tài)，開創(chuàng)汽車產(chǎn)品價值和服務(wù)的新21模式。
而Autopilot與娛樂控制層掌控了所有的攝像頭和雷達傳感器。
在模塊內(nèi)部，Autopilot系統(tǒng)和娛樂系統(tǒng)這兩大部分通過CAN和高速串行總線FPD-Link打通，兩者之間甚至可以傳遞視頻數(shù)據(jù)。Autopilot數(shù)據(jù)流處理機制如下圖所示，融合自動駕駛與車內(nèi)感知，實現(xiàn)服務(wù)駕駛閉環(huán)。
通過E/E架構(gòu)的集中化，特斯拉將汽車的軟件開發(fā)內(nèi)化，將汽車底層硬件標準化和抽象化，此舉讓特斯拉通過軟件定義汽車和創(chuàng)新變得更容易。
特斯拉的Autopilot進化沿著功能集中化、資源共享化的道路前進，體現(xiàn)了特斯拉軟硬件解耦，通過軟件定義汽車的實踐。
特斯拉在打造Autopilot整體軟件棧時采用的理念是站在巨人肩膀上進行創(chuàng)新，充分利用開源項目進行全棧開發(fā)，從開發(fā)（比如UI框架基于QT，前端也基于一些開源的庫）、構(gòu)建、到部署都采用了開源的方案，推動車端算力服務(wù)、調(diào)度機制，以及云端算力資源優(yōu)化布局，培育智能駕駛新業(yè)務(wù)模式。
總結(jié)來看，軟件定義汽車深刻地改變了汽車行業(yè)的盈利模式，將高性能的硬件預(yù)埋作為投資，通過軟件更新服務(wù)盈利，已經(jīng)成為特斯拉為代表的新造車勢力的標準操作。
搭載該系統(tǒng)的特斯拉車型也開辟了OTA軟件付費模式、OTA功能升級等行業(yè)先例。
二、華為的MDC智能駕駛計算平臺架構(gòu)主要特點有：
1）提供軟硬件解決方案，且高度解耦，可獨立升級，硬件升級路線和軟件升級路線分別獨立：
2）對主流傳感器的適配性好，支持主流GNSS、IMU、攝像頭、激光雷達和毫米波雷達等傳感器的數(shù)據(jù)接入，且支持攝像頭和激光雷達點云的前融合；
3）對主流中間層軟件的適配性很好，可兼容ROS和AUTOSAR，支持Caffe和TensorFlow等常用深度學(xué)習(xí)框架；
4）核心組件（芯片、操作系統(tǒng)內(nèi)核）自主可控；
5）華為是業(yè)界唯一同時擁有CPU與AI芯片研發(fā)能力的廠家，MDC平臺硬件集成具有CPU與AI計算能力的強大SoC芯片，為智能駕駛提供可擴展的異構(gòu)算力；
6）功能軟件基于SOA架構(gòu)，遵循AUTOSAR規(guī)范，定義了智能駕駛基本算法組件（如感知算法組件、融合算法組件、定位算法組25件、決策算法組件、規(guī)劃算法組件、控制算法組件等）的調(diào)用框架與組件之間的軟件接口；上層場景應(yīng)用可以靈活選擇不同的算法組件組合，實現(xiàn)具體的場景應(yīng)用功能；
7）提供安全可信，高效便捷，靈活開放的應(yīng)用開發(fā)端到端工具集，支持可視化&拖拽式操作及自動代碼生成，可一站式開發(fā)、測試、調(diào)優(yōu)，幫助客戶或生態(tài)合作伙伴快速開發(fā)滿足AUTOSAR規(guī)范的智能駕駛應(yīng)用。
因此可見，華為具有除一張沙發(fā)和四個輪子之外的所有智能汽車軟硬件方案，而且該方案靈活可變，支持不同價格、不同級別、不同功能要求車的定制化調(diào)整。
目前，華為該系統(tǒng)目前已搭載于極狐阿爾法S 華為HI版量產(chǎn)，2022年第一季度開始交付。
從網(wǎng)傳的自動駕駛功能實測視頻可見，搭載該系統(tǒng)的極狐阿爾法S 華為HI版能夠識別紅綠燈、自動避障、實現(xiàn)A點到B點的自動駕駛，且運行十分流暢。
三、大眾中央集中式軟件參考架構(gòu)
大眾汽車為了加速自動駕駛技術(shù)的應(yīng)用，組建了龐大隊伍自主開發(fā)汽車操作系統(tǒng)vw.OS，但大眾在軟件開發(fā)方面并非一翻風(fēng)順，剛開始，大眾ID.3就因軟件問題幾次推遲交付時間。
vw.OS采用的是基于AdaptiveAUTOSAR面向服務(wù)的軟件架構(gòu)，其中，中央集中式軟件參考架構(gòu)如下圖所示。
大眾新一代EE架構(gòu)的設(shè)計特點主要有：
1）采用高性能處理器、高速網(wǎng)絡(luò)；
2）兼容POSIX的內(nèi)核（Linux/QNX等）Linux+AdaptiveAUTOSAR操作系統(tǒng)；
3）應(yīng)用軟件和I/O功能解耦，減少整個系統(tǒng)的復(fù)雜性和應(yīng)用之間的依賴性；
4）高效、快速地開發(fā)用戶功能；
5）采用面向服務(wù)的通信。
目前大眾ID.3已經(jīng)搭載該車型在歐洲上市，國內(nèi)將在成都車展亮相，后由上汽大眾量產(chǎn)。
四、NVIDIADrive軟硬齊全
1）軟硬件解決方案，且高度解耦，可獨立升級，硬件升級路線和軟件升級路線分別獨立；
2）硬件優(yōu)勢明顯，是GPU設(shè)計、生產(chǎn)領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)者；
3）軟件生態(tài)非常好，有業(yè)界最完善的官方開發(fā)套件，開發(fā)者社區(qū)相對完善；
4）軟件層面開放程度較高，可在DriveWorks（功能軟件層）開放API，也可在DriveAV和DriveIX（應(yīng)用軟件層）開放API；
5）系統(tǒng)軟件層融合了第三方RTOS+AUTOSAR，設(shè)有Hypervisor層，第三方量產(chǎn)RTOS方案通過ASILD認證；
6）算法加速全部基于自身CUDA架構(gòu)和TensorRT加速包，二者是NVIDIA獨有，因此其軟件開發(fā)生態(tài)不可脫離其硬件平臺。
目前，小鵬P7車型就選擇了Xavier硬件平臺，能夠?qū)崿F(xiàn)L2級輔助駕駛功能。除此之外，還有不少傳統(tǒng)車企選擇在Xavier硬件平臺上開發(fā)自己的自動駕駛系統(tǒng)。
五、百度Apollo開放平臺架構(gòu)百度
Apollo是一套軟件平臺，不具備硬件開發(fā)能力。
其依賴的計算平臺硬件需要采用第三方的IPC，如下圖所示。
百度自行研發(fā)了兩款輔助性硬件ASU（Apollo傳感器單元）和AXU（Apollo擴展單元），其中，ASU用于收集各傳感器的數(shù)據(jù)，通過PCIe傳輸至IPC，此外，IPC對車輛的控制指令也需通過ASU向CAN發(fā)送；AXU用于滿足額外算力、存儲的需求，以GPU、FPGA形式接入已有硬件平臺。
百度Apollo的主要特點有：
1）為網(wǎng)聯(lián)云控（V2X）進行軟硬件端到端的開發(fā)；
2）提出“認證平臺”的概念，包括車輛認證、硬件認證；
3）很好地融入了云服務(wù)，其中包括眾多百度自家的其他產(chǎn)品，如：基礎(chǔ)百度云服務(wù)、在線仿真產(chǎn)品、高精度地圖、小度助手（DuerOS），各產(chǎn)品間彼此受益；
4）由于開源，核心的算法模塊在Github進行長時間優(yōu)化后已充分產(chǎn)品化；
5）主要側(cè)重系統(tǒng)軟件的開發(fā)，包含定制優(yōu)化的操作系統(tǒng)、系統(tǒng)中間件及算法功能模塊，大部分硬件則采用第三方方案；
6）產(chǎn)品沒有涉及到AUTOSAR架構(gòu)的額外開發(fā)適配，也無需對車輛現(xiàn)有的ECU/MCU進行改變。
百度Apollo系統(tǒng)目前已搭載在威馬W6上實現(xiàn)量產(chǎn)。
威馬汽車官網(wǎng)顯示：“該車是國內(nèi)首款L4級無人駕駛量產(chǎn)車型，搭載AVP無人自主泊車系統(tǒng)，無論是面對家用停車位，還是公共場所停車位，只需按下一鍵泊車，就能實現(xiàn)自動停車”
該系統(tǒng)可以在本地及云端自動記憶行駛軌跡和預(yù)設(shè)車位的位置，實現(xiàn)無人情況下的自動泊車入位。
而當(dāng)你召喚它時，它也能自己規(guī)避障礙，避讓行人，自動接駕。
寫在最后：
從整個汽車產(chǎn)業(yè)來看，特斯拉的貢獻是巨大的，其布局時間更長，所以更像現(xiàn)在的蘋果，具備軟硬件研發(fā)和迭代的能力，有先發(fā)先至的產(chǎn)略優(yōu)勢；華為和英偉達同樣具備軟硬件開發(fā)能力，但都只做TIer 1，不涉及整車制造，更像現(xiàn)在的谷歌和高通，其將通過與傳統(tǒng)車企合作，幫助傳統(tǒng)車企轉(zhuǎn)型中獲利；最后是百度，其不具備硬件研發(fā)能力，只提供軟件以及自動駕駛解決方案，類似于自動駕駛創(chuàng)業(yè)公司，或?qū)⒊蔀橹鳈C廠實現(xiàn)自動駕駛的軟件供應(yīng)商之一。
大家都有光明的未來！
參考：汽標委智能網(wǎng)聯(lián)汽車分標委今年7月編撰的《汽車控制總體技術(shù)要求研究報告》，本報告由國汽（北京）智能網(wǎng)聯(lián)汽車研究院有限公司、華為技術(shù)有限公司牽頭，共30余家單位參與撰寫。
