SDV 系列第 2 集：从域到区域

作者：凯莉·布朗

在我们的第一篇博文中，我们探讨了软件定义车辆 (SDV) 的定义以及为什么它标志着汽车行业的转折点。现在，我们正在更深入地研究支持 SDV 的架构。随着汽车行业从以硬件为中心的设计转向以软件为中心的平台，一场根本性的转变正在从内到外重塑汽车。但车辆架构究竟发生了什么变化？为什么这种转变对于未来的移动出行如此关键？

要了解完全实现 SDV 的历程，了解车辆架构和软件集成的演变会有所帮助。是德科技与普华永道等其他行业领导者和咨询公司持有相同的观点，即 SDV 的演进可以用 0 级到 5 级的级别来表示，类似于自动驾驶的 SAE 框架。下表概述了 SDV 成熟度的关键级别 — 从机械控制到ed 系统到完全集成的云原生生态系统 - 强调每个阶段如何在架构、功能和业务潜力方面建立在最后一个阶段的基础上。

图 1. SDV 的演变分为五个级别

为什么软件堆栈是游戏规则改变者

随着行业沿着 SDV 成熟度曲线前进，许多公司目前正在从 2 级发展到 3 级，或者从 3 级发展到 4 级，并且领先的参与者已经在 4 级及以上运营，越来越明显的是，软件不再只是一个支持元素。它已成为创新、竞争差异化和长期价值创造的核心驱动力。

在较低的成熟度级别，软件通常会增强孤立的功能。然而，随着车辆的发展，软件成为整个车辆体验的基础，涵盖从核心功能和安全系统到用户交互和服务交付的一切。无线传输（OTA）更新和模块化软件堆栈可实现持续创新，使汽车制造商能够在车辆出厂后很长时间内推出新功能和改进。

在成熟度较高的阶段，车辆开始类似于数字平台。它们支持应用程序生态系统、支持第三方集成并提供高度个性化的服务。这些车辆以实时数据为核心，可实现预测性维护、基于使用情况的保险和动态性能优化。这一转变还为全新的业务模式打开了大门，从功能订阅到数据驱动的服务，所有这些都通过强大的、可扩展的、面向服务的软件架构实现。该 SDV 平台也是先进安全和安保功能以及基于人工智能的智能移动概念（例如自动驾驶、机器人出租车和远程驾驶）的推动者。

遗产：面向领域的架构

多年来，车辆一直使用基于域的架构构建，其中每个功能区域（例如信息娱乐、动力总成、车身控制或 ADAS）均由自己的一组电子控制单元 (ECU) 管理。这些 ECU（有时每辆车超过 80 个）与特定的硬件和软件紧密耦合，形成隔离域。

该架构依赖于：

多个ECU域：每个域包含多个专用于特定功能的ECU 异构总线系统：域内和域之间的通信是点对点的 跨车布线：信号经常需要穿越整个车辆，导致线束复杂且笨重（+50kg铜线）

虽然这种方法可以清晰地分离功能，但它也带来了显着的复杂性和局限性：

每辆车有大量 ECU，通常具有重叠的功能 每个ECU都需要自己的控制器和专用固件 冗余硬件和布线，增加了重量和成本 有限的弹性软件更新和功能扩展的能力 系统分散导致集成和维护成本高

虽然面向领域的架构过去为行业提供了良好的服务，但它造成了功能孤岛，限制了可扩展性，并对软件驱动的移动未来提出了挑战。

转变：区域和面向服务的架构

相比之下，区域架构根据物理区域（例如左前、右后）而不是功能域重新组织车辆的电子设备。每个区域都由强大的区域控制器管理，该控制器聚合来自附近传感器和执行器的数据。这些控制器通过车辆上的高速、低延迟通信（例如汽车以太网）连接到集中式高性能计算机 (HPC)。

CAN 和 LIN 等协议历来构成车载通信系统的核心。然而，随着汽车网络向域和区域架构发展，限制这些遗留协议的影响变得显而易见。如今，对于 SDV，10BASE-T1S 通过提供针对低速、高节点数应用进行优化的轻量级、经济高效的以太网解决方案来弥补这一差距，从而实现跨 ECU 和传感器网络的无缝集成。启用多点通信并支持确定性和非确定性功能。

这种硬件转型与软件架构的转变紧密结合——从特定于功能的实现到面向服务的架构 (SOA)。在 SOA 中，导航、气候控制或车道保持等车辆功能作为模块化、可重用的服务提供，可以独立开发、部署和更新。

图2.从面向领域的架构到面向服务的架构

关键组件：

高性能计算机：用于软件执行和实时决策的集中计算单元 汽车以太网：多点、高速、具有一个 TCP-IP 的低延迟通信主干 局部布线：传感器和执行器连接到最近的区域控制器，减少跨车布线 面向服务的软件：将软件与硬件解耦，通过标准化 API 实现动态功能部署以及跨域通信和数据共享

这种向区域性、面向服务的架构的转变带来了许多变革性的好处。通过将功能整合到更少、更强大的计算单元中，汽车制造商可以显着减少车辆中 ECU 的数量。这不仅简化了整体系统架构，还降低了成本并最大限度地减少了潜在的故障点。从复杂的跨汽车布线转向物理区域内的本地化连接，可以使车辆变得更轻，装配流程也更加简化。

由区域架构支持的集中式计算为更加动态的软件环境奠定了基础，从而实现快速功能部署和简化的更新。该架构还增强了可扩展性，使其更容易适应不同车型和配置的核心系统。借助模块化、基于服务的软件，开发周期变得更快，引入 CI/CD/CT 工作流程和敏捷性，实现协作开发，支持第三方服务的持续创新和无缝集成。也许最重要的是，这种方法可以实现动态 OTA 更新，确保车辆在离开生产线后很长时间内能够继续发展和改进。

这些进步共同为软件定义车辆奠定了基础，该平台不仅具有智能性和适应性，而且专为在快速变化的移动环境中不断发展而设计。

展望未来

这种架构转变不仅仅是技术升级，更是战略转型。汽车制造商现在必须接受一种新的思维方式：硬件/软件分离并使用商品硬件和组件化，构建模块化、可扩展、安全、云连接的平台，并专为敏捷性和快速迭代而设计。

这不仅仅是添加更多软件；它是将车辆重新构想为一个动态的、可更新的平台。在SDV时代，软件堆栈成为创新、差异化和长期价值的引擎。未来属于那些为持续发展而构建的人，其中软件不仅定义功能，还定义整个客户体验。

在 SDV 系列的下一篇博客文章中，我们将探讨 SDV 转型带来的业务挑战，以及组织如何积极引导和塑造这一转型以保持领先地位。

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