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(zhēng)最終將演化為智能汽車芯片與系統(tǒng)之爭(zhēng)，而后者比前者更加重要。
在智能汽車芯片領(lǐng)域，中國(guó)背景的華為、地平線、黑芝麻等芯片設(shè)計(jì)科技公司已躋身世界第一梯隊(duì)，但關(guān)于智能汽車系統(tǒng)的戰(zhàn)爭(zhēng)才剛剛開(kāi)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(shí)表示：“芯片競(jìng)爭(zhēng)的最后是軟件生態(tài)競(jìng)爭(zhēng)。”
在芯片生態(tài)方面，地平線已加碼布局，爭(zhēng)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(huì)上表示：“當(dāng)前，智能駕駛解決方案共有三大問(wèn)題，其一是算力浪費(fèi)，其二是生態(tài)缺失，第三還存在數(shù)據(jù)風(fēng)險(xiǎn)。”
余凱在發(fā)布會(huì)上還特別強(qiáng)調(diào)了生態(tài)對(duì)芯片公司的重要性，為此，地平線特別推出了TogetherOS——開(kāi)源安全實(shí)時(shí)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(lái)，以實(shí)現(xiàn)跑贏系統(tǒng)之戰(zhàn)。
當(dāng)然，從市場(chǎng)量產(chǎn)應(yīng)用來(lái)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(dá)已經(jīng)有了不少量產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)。
下面，編輯將對(duì)這5家主流車控操作系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用情況進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。
一、特斯拉Autopilot自動(dòng)駕駛軟件架構(gòu)
眾所周知，特斯拉自2014年推出ModelS開(kāi)始，就完成了Autopilot自動(dòng)駕駛軟件架構(gòu)的基礎(chǔ)研發(fā)。
特斯拉是自動(dòng)駕駛技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化的領(lǐng)跑者，其優(yōu)勢(shì)在于以計(jì)算平臺(tái)為核心，自研并領(lǐng)先芯片硬件、操作系統(tǒng)平臺(tái)軟件等。
特斯拉自動(dòng)駕駛軟件架構(gòu)如上圖所示，主要特點(diǎn)是其操作系統(tǒng)基于單一的Linux內(nèi)核打造了整套自動(dòng)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(kāi)的信息可知，該系統(tǒng)基于Ubuntu進(jìn)行裁剪，對(duì)Linux內(nèi)核進(jìn)行了實(shí)時(shí)性改造，這個(gè)內(nèi)核也開(kāi)源在github上，深度學(xué)習(xí)框架基于PyTorch，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理基于開(kāi)源流處理平臺(tái)Kafka，擁有48個(gè)獨(dú)立的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行多維度數(shù)據(jù)處理，并且具備強(qiáng)大的OTA升級(jí)能力。
特斯拉宣布開(kāi)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(rèn)為，新勢(shì)力造車是特斯拉系統(tǒng)開(kāi)源的受益者。
從產(chǎn)品來(lái)看，F(xiàn)SD是特斯拉旗艦功能。
其FSD（FullSelf-Driving）計(jì)算平臺(tái)硬件集成了智能座艙域和自動(dòng)駕駛域，操作系統(tǒng)通過(guò)OTA軟件升級(jí)，充分利用數(shù)據(jù)、云計(jì)算生態(tài)，開(kāi)創(chuàng)汽車產(chǎn)品價(jià)值和服務(wù)的新21模式。
而Autopilot與娛樂(lè)控制層掌控了所有的攝像頭和雷達(dá)傳感器。
在模塊內(nèi)部，Autopilot系統(tǒng)和娛樂(lè)系統(tǒng)這兩大部分通過(guò)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(jī)制如下圖所示，融合自動(dòng)駕駛與車內(nèi)感知，實(shí)現(xiàn)服務(wù)駕駛閉環(huán)。
通過(guò)E/E架構(gòu)的集中化，特斯拉將汽車的軟件開(kāi)發(fā)內(nèi)化，將汽車底層硬件標(biāo)準(zhǔn)化和抽象化，此舉讓特斯拉通過(guò)軟件定義汽車和創(chuàng)新變得更容易。
特斯拉的Autopilot進(jìn)化沿著功能集中化、資源共享化的道路前進(jìn)，體現(xiàn)了特斯拉軟硬件解耦，通過(guò)軟件定義汽車的實(shí)踐。
特斯拉在打造Autopilot整體軟件棧時(shí)采用的理念是站在巨人肩膀上進(jìn)行創(chuàng)新，充分利用開(kāi)源項(xiàng)目進(jìn)行全棧開(kāi)發(fā)，從開(kāi)發(fā)（比如UI框架基于QT，前端也基于一些開(kāi)源的庫(kù)）、構(gòu)建、到部署都采用了開(kāi)源的方案，推動(dòng)車端算力服務(wù)、調(diào)度機(jī)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(lái)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(guò)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(shì)力的標(biāo)準(zhǔn)操作。
搭載該系統(tǒng)的特斯拉車型也開(kāi)辟了OTA軟件付費(fèi)模式、OTA功能升級(jí)等行業(yè)先例。
二、華為的MDC智能駕駛計(jì)算平臺(tái)架構(gòu)主要特點(diǎn)有：
1）提供軟硬件解決方案，且高度解耦，可獨(dú)立升級(jí)，硬件升級(jí)路線和軟件升級(jí)路線分別獨(dú)立：
2）對(duì)主流傳感器的適配性好，支持主流GNSS、IMU、攝像頭、激光雷達(dá)和毫米波雷達(dá)等傳感器的數(shù)據(jù)接入，且支持?jǐn)z像頭和激光雷達(dá)點(diǎn)云的前融合；
3）對(duì)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(shí)擁有CPU與AI芯片研發(fā)能力的廠家，MDC平臺(tái)硬件集成具有CPU與AI計(jì)算能力的強(qiáng)大SoC芯片，為智能駕駛提供可擴(kuò)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(chǎng)景應(yīng)用可以靈活選擇不同的算法組件組合，實(shí)現(xiàn)具體的場(chǎng)景應(yīng)用功能；
7）提供安全可信，高效便捷，靈活開(kāi)放的應(yīng)用開(kāi)發(fā)端到端工具集，支持可視化&拖拽式操作及自動(dòng)代碼生成，可一站式開(kāi)發(fā)、測(cè)試、調(diào)優(yōu)，幫助客戶或生態(tài)合作伙伴快速開(kāi)發(fā)滿足AUTOSAR規(guī)范的智能駕駛應(yīng)用。
因此可見(jiàn)，華為具有除一張沙發(fā)和四個(gè)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(jià)格、不同級(jí)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(kāi)始交付。
從網(wǎng)傳的自動(dòng)駕駛功能實(shí)測(cè)視頻可見(jiàn)，搭載該系統(tǒng)的極狐阿爾法S 華為HI版能夠識(shí)別紅綠燈、自動(dòng)避障、實(shí)現(xiàn)A點(diǎn)到B點(diǎn)的自動(dòng)駕駛，且運(yùn)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(dòng)駕駛技術(shù)的應(yīng)用，組建了龐大隊(duì)伍自主開(kāi)發(fā)汽車操作系統(tǒng)vw.OS，但大眾在軟件開(kāi)發(fā)方面并非一翻風(fēng)順，剛開(kāi)始，大眾ID.3就因軟件問(wèn)題幾次推遲交付時(shí)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(jì)特點(diǎn)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(gè)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(kāi)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(guó)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(dú)立升級(jí)，硬件升級(jí)路線和軟件升級(jí)路線分別獨(dú)立；
2）硬件優(yōu)勢(shì)明顯，是GPU設(shè)計(jì)、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(kāi)發(fā)套件，開(kāi)發(fā)者社區(qū)相對(duì)完善；
4）軟件層面開(kāi)放程度較高，可在DriveWorks（功能軟件層）開(kāi)放API，也可在DriveAV和DriveIX（應(yīng)用軟件層）開(kāi)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(guò)ASILD認(rèn)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(dú)有，因此其軟件開(kāi)發(fā)生態(tài)不可脫離其硬件平臺(tái)。
目前，小鵬P7車型就選擇了Xavier硬件平臺(tái)，能夠?qū)崿F(xiàn)L2級(jí)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(tái)上開(kāi)發(fā)自己的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)。
五、百度Apollo開(kāi)放平臺(tái)架構(gòu)百度
Apollo是一套軟件平臺(tái)，不具備硬件開(kāi)發(fā)能力。
其依賴的計(jì)算平臺(tái)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(kuò)展單元），其中，ASU用于收集各傳感器的數(shù)據(jù)，通過(guò)PCIe傳輸至IPC，此外，IPC對(duì)車輛的控制指令也需通過(guò)ASU向CAN發(fā)送；AXU用于滿足額外算力、存儲(chǔ)的需求，以GPU、FPGA形式接入已有硬件平臺(tái)。
百度Apollo的主要特點(diǎn)有：
1）為網(wǎng)聯(lián)云控（V2X）進(jìn)行軟硬件端到端的開(kāi)發(fā)；
2）提出“認(rèn)證平臺(tái)”的概念，包括車輛認(rèn)證、硬件認(rèn)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(kāi)源，核心的算法模塊在Github進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)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(kāi)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(méi)有涉及到AUTOSAR架構(gòu)的額外開(kāi)發(fā)適配，也無(wú)需對(duì)車輛現(xiàn)有的ECU/MCU進(jìn)行改變。
百度Apollo系統(tǒng)目前已搭載在威馬W6上實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。
威馬汽車官網(wǎng)顯示：“該車是國(guó)內(nèi)首款L4級(jí)無(wú)人駕駛量產(chǎn)車型，搭載AVP無(wú)人自主泊車系統(tǒng)，無(wú)論是面對(duì)家用停車位，還是公共場(chǎng)所停車位，只需按下一鍵泊車，就能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)停車”
該系統(tǒng)可以在本地及云端自動(dòng)記憶行駛軌跡和預(yù)設(shè)車位的位置，實(shí)現(xiàn)無(wú)人情況下的自動(dòng)泊車入位。
而當(dāng)你召喚它時(shí)，它也能自己規(guī)避障礙，避讓行人，自動(dòng)接駕。
寫(xiě)在最后：
從整個(gè)汽車產(chǎn)業(yè)來(lái)看，特斯拉的貢獻(xiàn)是巨大的，其布局時(shí)間更長(zhǎng)，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(shì)；華為和英偉達(dá)同樣具備軟硬件開(kāi)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(guò)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(dòng)駕駛解決方案，類似于自動(dòng)駕駛創(chuàng)業(yè)公司，或?qū)⒊蔀橹鳈C(jī)廠實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛的軟件供應(yīng)商之一。
大家都有光明的未來(lái)！
參考：汽標(biāo)委智能網(wǎng)聯(lián)汽車分標(biāo)委今年7月編撰的《汽車控制總體技術(shù)要求研究報(bào)告》，本報(bào)告由國(guó)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(xiě)。
