汽车电子控制化

自1968年起，汽车电子控制装置首次应用于汽车中。大众的后驱三厢车--1600 LE/TLE搭载了由德国博世公司生产的名为D-Jetronic的电子控制喷射系统。三年后，日产在日本首次为Bluebird U 1800 SSS-E搭载同样由博世制造的L-Jetronic电子控制喷射系统。随后，为了应对更为严格的排放法规，需要精确控制燃料和空气的混合比例，电子控制喷射系统逐渐取代了传统的化油器（汽化器），成为车辆主流的燃料供应系统。 

日本首辆电控燃料喷射系统配套量产车--日产Bluebird U 1800 SSS-E

经过50多年的发展，汽车电子控制装置目前正进入一个全新的阶段。迄今为止，汽车的价值主要取决于其基本功能，即“行驶、转向和停车”。行驶部分包括提升发动机输出功率、降低噪音和提高乘坐舒适性；转向部分包括提高操控稳定性；停车部分包括改进制动性能等，这些价值大部分是由机械硬件提供的。

然而，当前正在发生的“百年一遇”的汽车工业变革正对这种价值创造手段带来重大变化。简而言之，价值创造的手段正从传统的硬件转向软件。这不仅意味着汽车的电子控制化将比以往任何时候都要迅速发展，而且有可能对车企、汽车零部件供应商甚至周边产业的商业模式带来重大影响。

汽车“新四化”为开端

在探讨“软件定义汽车”的概念时，我们不能忽视汽车行业变革的重要标志——汽车“新四化（CASE）”。CASE是Connected、Autonomous、Share & Services和Electric的首字母缩写，代表着网联化、智能化、共享化及电动化。这一概念已经成为汽车行业中引领变革的关键词。

为什么汽车“新四化”如此重要？这是因为这一趋势正在彻底颠覆传统汽车的价值观念。首先，“网联化”强调了“连接”，它否定了汽车一直以来作为“与外界隔绝的私人空间”的价值。其次，“智能化”中的自动驾驶技术也否定了车企一直追求的“驾驶乐趣”的价值，因为自动驾驶消除了“驾驶”这一行为本身。

此外，“共享化”也否定了车企一直以来培育的“拥有的乐趣和价值”。类似于出行即服务（MaaS），人们不再需要拥有车辆，而是根据需求随时调用车辆，这朝着更加便利的方向进化。最后，“电动化”的目标是淘汰发动机。然而，发动机一直是汽车的核心象征，它所产生的动力、振动和声音塑造了各个车企的独特个性，并创造了价值。       

“新四化”可以被看作是对车企迄今为止所追求的所有价值的否定。换句话说，这是一场“价值革命”，对于传统车企来说，这意味着他们迄今为止所积累的经验和技术水平将失去价值。因此，实际上，没有任何车企真正希望经历一场“新四化革命”。那么，为什么会出现如此巨大的“新四化”浪潮呢？

“汽车强国”战略目标

中国明确提出了到2035年成为技术品牌双领先的“汽车强国”的战略目标。考虑到在传统燃油车领域难以赶上日美欧等先进国家，中国率先全球普及以电动汽车为中心的“新能源汽车”和搭载自动驾驶技术的“智能网联汽车”，并基于积累至今的技术能力进军全球市场。 

在电动汽车普及方面，截至2022年，中国纯电动车销量已经同比增长81.6%，达到536.5万辆，约占新车总销量的20%。在全球电动汽车销量780万辆中，中国销量占据了近70%。此外，中国动力电池的生产也占据了全球市场份额的60%以上。通过引领“新四化革命”，中国的汽车产业正在稳步提升其在海内外的影响力。 

中国第一大新能源车制造商比亚迪开始进军全球汽车市场

IT巨头瞄准霸权  

CASE背后的驱动力还有IT行业的巨头们。被称为GAFA的谷歌、亚马逊、Facebook（现更名为Meta）和苹果中，除Facebook外的三家企业都将汽车产业规划为全新业务市场，并且都在敏锐观察着进入市场的时机。   

举例来说，谷歌于2010年开始开发自动驾驶技术，目前正在美国亚利桑那州凤凰城将全球首个无人驾驶的自动驾驶出租车服务商业化，并计划将运营区域扩大到其他城市。亚马逊还投资了美国电动汽车企业Rivian，并收购了美国自动驾驶企业Zoox，计划从配送自动化进入汽车领域。  

被亚马逊收购的美国自动驾驶企业Zoox的无人驾驶出租车车辆

近期，苹果进军自动驾驶汽车领域成为热门话题，据称韩国现代汽车很有可能代工生产“苹果汽车”。具体汽车细节还不清楚，但很可能是一款融合自动驾驶技术的豪华电动汽车。此外，苹果正试图在用户界面（UI）方面提供其他企业所没有的价值，而这正是苹果的强项。         

如今，美国的IT巨头们正试图以各种策略抢占巨大的汽车市场份额。他们的共同之处在于，比起制造汽车硬件，他们更加专注于构建以软件和网络为核心的新商业模式。另外，目前各大车企也正急于改变商业模式，准备与中国和IT巨头们分庭抗礼。      

“软件定义汽车”的轮廓逐渐清晰

随着新一代汽车研发领域利用软件和网络创造价值的竞争不断加剧，各国、地区和企业纷纷加入其中。中国提出了汽车强国的目标，而互联网企业则将汽车产业定位为一个全新的市场。那么，各个国家和企业都在追求什么样的新一代汽车呢？答案就是“软件定义汽车”（SDV）。            

“软件定义汽车”的实际本质是各个公司当前正在探索的领域，因此并没有一个明确的概念能够准确描述“这就是软件定义汽车”，但其轮廓已经开始显现。正如之前所述，过去汽车的价值主要来自于硬件性能以及发动机输出性能。一辆车的好坏主要从方向盘的快速转向能力、车身的刚性、驾乘体验的舒适性以及油门响应的迅速性等方面进行评价。当然，这些方面在未来的汽车中仍将是重要的价值所在，只是其呈现方式可能会发生重大改变。 

德国宝马公司在CES 2023上展出的概念车宝马iVISION Dee

打破硬件边界的个性化设置

在传统汽车中，用户几乎无法改变汽车转向时的行为、驾乘舒适性以及踩油门时的加速度等。最多只能在“普通”和“运动”模式之间切换踩油门时的加速特性。然而，近期的纯电动车型为用户提供了更多的设置自由度。例如，当脚部松开油门时，用户可以设置制动能量回收级别。此外，未来汽车将能够根据驾驶员的习惯喜好，通过软件调节悬架硬度和制动效果。或者，汽车搭载的人工智能技术也可能会学习驾驶员的驾驶习惯，并自动调节设置，以确保提供更好的驾驶体验。

未来，如果自动驾驶技术升级，自动驾驶时方向盘是快打还是慢打，以及汽车本身的行驶方式，系统或许都会根据乘员的喜好需求对这些方面进行调节。并且，汽车会像现在的智能手机一样，可以在应用商店下载各种应用程序。 

用户也可以按照自己的喜好下载导航系统，并在车内使用各种应用程序，如音乐和视频播放软件、仪表壁纸以及车载游戏等。利用软件来选择和扩展汽车功能，打破传统框架以适应每个驾驶员的需求，这被称为“超个性化”。现在的智能手机可以根据自己的喜好更换壁纸、调整屏幕亮度，可以说未来汽车的个性化设置也接近这种感觉。    

购车后车辆保值的现象正在改变。随着汽车“价值”的演变，传统汽车在购买时价值最高，而使用年限越长，以旧换新时价格越低（当然也有像老爷车这样越旧越值钱的车辆）。然而，随着“软件定义汽车”这一趋势的推进，车辆应用软件将适度升级，从而使自动驾驶功能不断提升，并增加新功能，转向操作变得更顺畅，驾乘体验更舒适。因此，在购车后车辆的功能仍会改进，有可能会使车辆保持更高价值。

德国大众汽车软件开发子公司CARIAD推出应用商店

购车后车辆仍保值

此外，汽车的使用方式也会随之改变。除了开车，会有越来越多的用户选择在车内听音乐、看视频、办公，和朋友远距离聊天，有时还可以在旅途中分享风景。对于这些用户，汽车需要提供能在车内享受的各种娱乐和会议系统、车载社交软件等新服务。而这些服务的提供者正是软件。换句话说，未来汽车的大部分价值都由软件创造。现在所用的专业词汇“SDV”指的就是汽车的价值由软件“定义”。

软硬件分离

未来汽车需要具备灵活性，以支持车载软件的不断升级、新增版本或删除老版本。然而，迄今为止用于车辆控制的ECU（电控单元）却无法满足这种需求。原因何在？      

以目前的汽车为例，发动机有发动机控制ECU，变速器有变速器ECU，空调有空调ECU等，汽车各个功能单元都配备了独立的ECU，这些ECU通常通过CAN（控制器局域网络）总线连接。也就是说，每个ECU及其嵌入式软件（例如发动机控制ECU和发动机控制软件）是一体化的，两者不可分离。      

然而，对于这种软硬件一体化的ECU来说，很难实施诸如未来软件更新、新增或删改等灵活性的改变。此外，一些简易型ECU用于控制电动车窗升降等简单操作，普通价位的汽车配备了30-40个ECU，而每个ECU都搭载能够支持其更新、重新编程的功能是不现实的。 

因此，“软件定义汽车”的架构有望实现ECU等硬件与软件的分离。车身各个部位不再配备多个ECU，而是将功能集成到少数高性能ECU中，一个ECU将配备多个软件，这就是所谓的集中式或集成式ECU。举例来说，ECU可以分为三种类型：负责自动驾驶和辅助驾驶的ECU、负责控制整个动力总成的ECU以及负责控制仪表显示、娱乐、车身其他功能的ECU。

实现软件定义汽车需要升级电子电气架构

软件定义汽车的出现打破了传统硬件边界，为车辆带来了个性化设置的可能性，并且使得车辆在购买后仍能保值。为了满足这种需求，各大车企正计划采用“集成ECU”的方式来实现软硬件的分离。

传统汽车通常配备有独立的ECU系统，例如发动机控制ECU、制动系统ECU、变速器ECU等。然而，近年来，汽车发动机、制动系统和变速箱趋向于协同控制，通过CAN总线进行连接和交互通信，从而实现协同控制的结构。这种通过CAN连接的ECU网络被称为电子电气（E/E）架构。    

然而，预计未来的电子电气架构将不再为每个系统单独配备ECU，而是将功能集成到用于动力总成、自动驾驶和辅助驾驶、信息娱乐等领域的高性能ECU中。这意味着一个ECU将同时运行多种软件。而实现这一目标的关键技术就是hypervisor。    

hypervisor的作用

Hypervisor是一种虚拟机监控技术，它能够在ECU的一个系统芯片（SoC）上同时Hypervisor是一种虚拟机监控技术，它能够在ECU的一个系统芯片（SoC）上同时运行多个虚拟ECU（虚拟机），并在每个虚拟机上独立运行特定的软件（应用程序）。

hypervisor概念图

Hypervisor具有以下特点：首先，它不仅能够在单个芯片上运行多个软件，还能够允许混合使用多个操作系统，并在这些操作系统上运行各自的软件。其次，即使某个软件出现故障或感染病毒，这些故障和病毒都会被隔离，从而避免对其他应用程序造成影响。       

对于智能手机和笔记本电脑来说，在单个芯片上同时运行多个应用程序是常见的操作。然而，与这些产品不同，车载软件对安全性和可靠性的要求要高得多。因此，需要采用像虚拟机这样的技术来隔离应用程序之间的影响。

专为虚拟机设计的芯片

市场上已经出现了专为采用hypervisor技术的虚拟机设计的系统芯片。举例来说，2023年1月，美国高通宣布推出了一款全新开发的系统芯片，名为“Snapdragon Ride Flex SoC”。该系统芯片的独特之处在于能够在单个芯片上集成所有IVI（车载信息娱乐）功能、ADAS（高级驾驶辅助系统）功能和仪表显示功能。在该芯片上，像ADAS和仪表显示这样需要实时性能的软件以及类似IVI这样不一定需要实时性能的功能分别由hypervisor上的虚拟机提供。    

“Snapdragon Ride Flex SoC”配置，在单芯片上运行仪表显示、ADAS、IVI等不同功能

无论如何，软件定义汽车与传统汽车最大的区别在于通过使用hypervisor技术和虚拟机实现软硬件分离，使车辆能够自由升级和增加软件。预计各大车企将从2020年代中期开始加速应用集成ECU，而此类集成ECU的广泛采用有可能给汽车行业的传统业务模式带来重大改变。

拓展汽车业务的AWS

拓展汽车业务的AWS软件定义汽车预计会包含哪些功能？目前还没有明确的框架定义，但从AWS构想的软件定义汽车使用案例来看或许能有所启发。

在当今汽车行业中，从研发阶段到使用过程，所有环节都逐渐离不开云端。传统汽车开发流程中，大规模仿真模拟通常在公司内部大型计算机上执行，而现在则越来越多地在云平台上运行。对于自动驾驶和ADAS（高级驾驶辅助系统）开发项目，应用云平台进行预处理已经成为惯例，例如从测试车辆中收集大量数据并添加标注用于机器学习（“这是行人”、“这是自行车”等对具体图像数据进行标注作业）。

未来，企业在售后提供智能网联服务、进行OTA软件更新时，对于服务的快速启动及全球部署来说，云平台的应用不可或缺。在这种趋势下，AWS正在迅速扩大市场份额。AWS在全球云市场中份额居首，约占30%，但在汽车领域的市场份额落后于竞争对手。

利用 AWS 实现汽车和移动价值链各个阶段的现代化

丰田和宝马采用了AWS云平台

AWS最近将汽车行业视为重点业务领域。例如，在2020年，丰田的智能网联服务从其他供应商转变为由AWS提供云平台。AWS的成功之处在于其“无服务器Serverless”技术。

在此之前，丰田一直利用一种云服务来预测所需的服务器容量，并确保提供相应容量的服务器。而AWS则提供了一种无服务器的解决方案，可以根据实际使用情况灵活调整服务器容量，因此丰田只需支付实际使用量的费用。

丰田改用AWS云服务之际正是其需要扩展智能网联服务的时机，而传统方案会显著增加云平台成本。据称，凭借AWS的解决方案，服务器成本相比原来方案可减少70-80％。同样，丰田旗下研发自动驾驶技术的子公司TRI-AD（现Woven Core）在其自动驾驶深度学习开发领域也采用AWS提供的服务。TRI-AD基于车辆传感器等采集的数据进行深度学习模型开发（将输入输出关联起来的算法），在这种工序中，利用庞大数据的同时，在较短时间内改善模型，需要将测试车辆采集的传感器数据学习时间缩短至1/20。而据称在AWS云平台上创建学习环境，学习时间约缩短至1/50。

丰田智能网联服务的基石“移动出行服务平台（MSPF）上应用AWS基础设施和服务

近期，AWS还与德国宝马合作，将为宝马2025年上市的下一代战略性纯电动车Neue Klasse提供智能网联服务研发云数据平台。据称通过使用全新数据平台，可处理的数据量将达到目前的3倍。宝马之所以急于构建这种数据云平台是因为Neue Klasse将是宝马打造的首款软件定义汽车。宝马暂未透露计划通过Neue Klasse提供什么样的服务，但从宝马和AWS发布的公告来看，预计将通过利用软件提供更多定制个性化服务，同时收集并分析用户反馈的数据，从而进一步改善服务。

BMW i Vision Dee预计是基于宝马下一代纯电动车Neue Klasse打造的车型   

AWS设想的软件定义汽车用例

随着这些业务的应用部署，AWS逐渐明确了几项其所设想的软件定义汽车功能和服务概念。

首先，针对“幽灵刹车”（自动刹车故障）的原因调查，由于难以获取并保存数据，此类故障原因较难查明。因此，在发生这种故障的情况下，从云端更改车辆数据采集策略，即使在车辆出厂后也能收集所需数据。

其次，在特定应用场景和场所中，可以更改发动机输出功率和悬架控制参数等功能。例如，仅在赛车场提升动力总成输出功率，以及悬架运动模式切换等功能。

第三，为了防止外界故意损坏车辆的行为，可以在车辆停放时监控周围环境，拍摄故意损坏车辆的行为，并通过语音发出警告以起到震慑及防止犯罪的效果。具体来说，利用现在车辆常配备的环视摄像头图像，如果检测出异常情况，则实时录音摄像，并发出类似“你的行为已被监控拍下”这样的警告。

当然，这些都只是AWS设想的极小一部分场景，但这些用例或许可以帮助大家想象一下软件定义汽车可能会实现的传统汽车所无法提供的某些功能。

接下来，我们将对整车厂所采取的软件策略进行解析。

大众汽车：通过软件大幅提高营收

2021年7月，大众汽车发布了2030年中期经营战略“NEW AUTO−MOBILITY FOR GENERATION TO COME”。该战略旨在应对未来移动出行市场的重大变革。根据该战略，大众汽车预测到2030年全球汽车市场规模将翻一番以上，达到5万亿欧元。其中，燃油车的营收将与现在基本持平，达到1.9万亿欧元，电动车的营收也将与燃油车持平，同样达到1.9万亿欧元。然而，与软件相关的营收预计将达到1.2万亿欧元。据大众汽车的大胆预测，到2030年，软件市场的规模将超过目前汽车市场的一半。这一预测表明，大众汽车认为未来汽车中软件的价值将大幅提升。

大众汽车预测，到2030年，全球汽车市场将扩大到2.5倍，从目前的2万亿欧元增至5万亿欧元。其中，与软件相关的营收将达到1.2万亿欧元

为了应对未来汽车软件价值指数级增长的趋势，大众汽车正在加快推动软件方面的布局。其核心举措是旗下的德国CARIAD公司，该公司专注于车载软件的研发。CARIAD正在开发通用软件平台，供大众汽车集团旗下所有企业使用。

CARIAD的软件平台的第一个版本是E3 1.1，应用于2020年推出的大众首款量产型纯电动车ID.3等车型。借助E3 1.1，大众汽车产品首次实现了OTA（无线）更新。预计到2023年内，大众汽车集团旗下的奥迪和保时捷等品牌将可应用高级软件平台1.2版本（E3 1.2）。E3 1.2除了具备OTA功能外，还增加了全新的集成信息娱乐系统。   

按照原计划，下一代软件平台E3 2.0将于2025年在大众集团的下一代电动车平台SSP上投入实际应用。然而，E3 2.0的开发已被推迟，实际量产时间可能要到2030年。E3 2.0软件平台还包括计划运用于整个大众集团的下一代车载操作系统VW.OS、L3-4级自动驾驶软件和自动充电软件等。

大众计划从2025年起将其下一代软件平台E3 2.0投入实际应用，但目前开发项目已推迟

大众汽车预计车载软件市场未来将大幅增长，而E3 2.0被定位为公司增加软件收入的“武器”。针对该自研软件平台，大众汽车表示不仅仅供集团内部使用，还会对外销售。此外，大众汽车还计划销售从自动驾驶汽车中收集到的数据等。除了通过向其他公司销售软件平台来收回巨额开发成本外，目的还在于扩大其在行业内的影响力。

作为软件盈利化战略的一部分，CARIAD于2023年6月推出了大众集团的“应用商店”。该应用商店主要销售在大众集团下一代信息娱乐系统One.Infotainment平台上运行的应用程序，由CARIAD与美国哈曼国际公司共同开发，后者运营车载应用程序商店HARMAN Ignite Store。第三方应用程序服务商可以通过该商店向用户提供应用程序和内容。

应用商店机制本身与智能手机的应用商店相同。然而，如果未来每家整车厂都推出自己的应用商店，那么应用提供商就必须针对每家车企的应用程序规格进行修改，这对业务部署来说将非常低效。这也很有可能导致提供应用程序的商店受到限制。从整车厂的角度来看，如果不能接收来自众多第三方服务商的应用程序和内容，可能会导致旗下车型的吸引力下降。因此，未来整车厂之间的供应商圈地问题可能会加剧。    

德国CARIAD发布了“应用商店”，支持第三方应用程序服务商向用户提供各类app服务

丰田汽车操作系统“Arene OS”的开发目标

根据丰田新总裁佐藤恒治在2023年4月接受的采访中所述，丰田计划于2026年推出下一代纯电动车。他表示，传统平台的影响将仅占三分之一，而其余三分之二的价值将由电子平台及其软件主导。这意味着丰田总裁本人也认识到，下一代电动汽车约三分之二的价值将由电子控制系统和运行这些系统的软件来创造。

丰田下一代电动汽车有望成为公司首款“软件定义汽车（SDV）”，并且其核心软件将是丰田的汽车操作系统“Arene OS”。

丰田计划于2026年推出的下一代纯电动车概念图

丰田一直在筹备部署向软件定义汽车转型。在2021年8月25日举行的线上新闻发布会上，丰田就软件开发和智能网联相关举措进行了介绍。会上，丰田汽车执行总裁兼首席产品整合官山本圭司表示，丰田将与集团旗下的软件开发公司Woven Planet（现为Woven by Toyota）和Toyota Connected合作，在全球范围内建立拥有3000名员工的开发体系，并部署软件开发工作。集团整体员工人数包括海外团队在内将达到18000人。  

值得注意的是，丰田提到的数字“3000人”具有重要意义。在丰田举行发布会的一个月前，德国大众汽车在其发布的2030年经营战略中宣布，计划到2025年将内部软件开发人员从目前的3000人增加到5000人。丰田似乎想通过这一数字表示，其内部软件开发员工的人数与大众汽车不相上下，而且集团整体员工人数要远远超过大众集团。     

丰田团队开发的软件核心就是上文提到的汽车操作系统“Arene OS”。Arene OS的应用前提是要安装集成ECU，作为具有“监管”功能的中间件，可在单个ECU上配置多个“虚拟ECU”。因此，即使在购买汽车后，也可以通过更新软件来保持汽车的最新功能和性能，并在购买汽车后通过添加应用程序来使用更丰富的功能。

丰田的Arene OS与大众的VW.OS一样，通过实现ECU软硬件解耦，追加全新应用程序来提供新功能和服务

丰田表示Arene OS包含三个要素：(1) 一套用于高效开发/评估汽车软件的工具；(2) 一套用于将最先进软件轻松集成到汽车中的软件工具开发包 (SDK)；(3) 人与汽车、汽车与社会之间的交互机制（UI）。   

在丰田Arene的软件结构中，车载软件（SDK）约占10%，其余90%为开发环境和测试环境。Arene OS的独特之处还在于系统中还包含运行线上服务的平台。

丰田Arene OS的特点在于，除了车载软件和开发此类软件的一系列工具外，还有一个提供服务的平台

佐藤恒治在接受上述汽车杂志采访时称，有了Arene OS，“不仅汽车将不断得到升级，而且通过与汽车行业以外的各种公司如快递业和电力公司合作，汽车潜力将大大扩展”。换句话说，Arene OS不仅允许用户在车内自由使用包括第三方提供的应用程序在内的各种软件，还能享受来自汽车以外的各种服务。目前，丰田是唯一一家在汽车操作系统概念中加入平台功能以接收此类外部公司服务的公司。

基本上，各公司的车辆操作系统概念都存在着些许差异。例如，在雷诺-日产联盟旗下法国雷诺主导研发的汽车操作系统FACE中，FACE概念包含了运行FACE的硬件（芯片和网络）。无论如何，丰田无疑将借助其下一代电动汽车中搭载Arene OS的机会以促进其软件定义汽车转型，并进一步加速前总裁丰田章男所倡导的“向移动出行公司模式转变”。    

索尼本田移动公司的软件战略

索尼和本田于2022年宣布联合成立开发电动汽车的新公司——索尼本田移动公司（Sony Honda Mobility，以下简称SHM）。2023年1月，新品牌“AFEELA”的原型车在美国拉斯维加斯举行的2023年CES展会上亮相，计划于2025年开启预售，2026年春季开始率先在美国出货交付。从一开始就定位为软件定义汽车（SDV）而推动研发的AFEELA想要实现的价值是什么？ 

2023年CES的AFEELA原型车

SHM的企业宗旨是“以多样灵感引领创新，感动人”，SHM将AFEELA的开发概念诠释为追求3A价值，即Autonomy（不断升级的自主性）、Augmentation（身体与时间空间的拓展）、Affinity（汽车与人的融合、汽车与社会的共生）。新车将基于2023年CES展会上亮相的原型车打造，计划2025年上半年开启预售，并于同年正式上市。SHM宣布新车将于2026年春季率先在北美开始交付。然而，真实进展情况仍未得知。