这传统汽车的软件现状如何？
互联网人看传统汽车的软件，就像普通观众去博物馆看看考古发掘。这么又老又笨的系统怎么还在世，还没被革命呢！在新四化的趋势下，传统汽车的软件发展仿佛是口诛笔伐的旧社会代表，被无数进步势力不断diss。然而，拥有这些老掉牙软件的传统汽车却像野草一样，不但没有没落，而且还在扩张领地。对于比较新潮的互联网软件，传统汽车似乎完全不搭界。
那么传统汽车真的有软件吗？如果有，这样的软件还有生命力吗？传统汽车的软件发展，怎么这么慢？拿比较简单的空调系统来举例说一下。当天气比较热时候，这时候需要把空调的温度调低，比方说，从26度调到22度。我们看下汽车内部是怎么运作的：Step1: 驾驶员手动给空调旋钮一个信号，将温度调整到22度。Step2: 空调控制单元接收到信号后，从车外，出风口等地方收集信息，以决定下一步送风量。Step3: 空调控制单元给予风门控制器一个信号，把风门的角度变大。Step4: 空调控制单元给压缩机一个信号，让压缩机运转，保证后续冷风的供给。完成这个循环后，空调控制单元会重复Step2以决定后续的送风量，风门开启角度。
说明：1）其实Step3和Step4一般是同时进行的，为了简便将其分为两步。2）一般会在空调控制单元本身会附有室内温度传感器，以判定室内温度。这个信号也要传递给空调控制单元。3）手动空调没这么多传感器，主要靠人来感觉温度是否合适，不过其内部有一些经验值参数以及逻辑设定。
我们可以从这个图里面看到，空调控制单元是整个机构的“大脑”，它担负起把人的需求，转化成实际的动作，并检查这些动作是否满足了需求。而这个过程，就是通过软件实现的。其实在空调控制单元里面，有一个小的PCB板，它的上面集成了这些简单的控制程序。可能和我们认识可能有些差异，这个控制器也拥有内存和缓存，并且有处理器。比如德系的空调控制器有大约1MB的内存，用于存储程序（使用C语言编写而成），同时有128Kb的缓存，用来存储临时数据。除此之外，这个控制器内部还有一个处理器，其中一个就是32位的96 MHz的处理器，相对于处理任务来说，这个处理器的速度还是挺快的，原因就是处理器领域摩尔定律太厉害，这已经性价比很高的了。这一点看起来和我们电脑非常的像，只是处理器，存储容量的数量级差太多。这些系统，对互联网思维根深蒂固的现代人来说，就像拿着iPhone的现代人看着Nokia的塞班系统的感觉一样。不过从本质的原理上来说，即使是最传统的汽车，也具备了软件，只是这些软件没那么复杂，看起来还很初级。
如果我们去分析其他汽车的系统，复杂的如自适应巡航系统，甚至自动泊车系统，简单的如玻璃升降系统，灯光系统，我们会发现同样的结果，这些系统中都有所谓的控制器，也有内存，缓存，处理器，程序语言。所有这些共同构成了汽车的各个电控功能模块。只是这些系统独立分布于汽车的各个区域。简单小结一下几个重要的事实：1）汽车的很多模块都有所谓的“软件”，除了上面举例说明的空调，玻璃升降，天窗等都是这样的小系统。2）这些系统之间很少通信，也就是他们之间不交流。相对而言，这些小而独立的系统，构成了复杂的汽车系统。3）正是由于这些系统的独立性，这些系统没必要协同，也就是说这些系统都是独立开发的。
汽车最复杂的系统就是发动机，发动机控制器叫ECU，号称整车的大脑，其实发动机主要负责行驶相关的事情，其他的系统有一定的简单联络。除此之外的事情它根本不管，从整体上来说，发动机的ECU只是一个比较大的山头而已。传统汽车里面的这些控制系统，以及其内部的软件系统，更像一个松散的组织，跟协会差不多。这和我们熟知的电脑完全不一样，它们都有一个核心的控制系统。与之相比，传统汽车像几十年前的服务器式电脑一样。那么，传统汽车为什么这么久也没有产生这个系统呢？
如果仔细观察传统汽车驾驶情况，就能看出，所有的指令发出，几乎都是人来发出，汽车极少自己做决定，而驾驶员在里面充当了我们电脑CPU的作用，由人来协调各个控制系统的运作，甚至反馈运作的好坏并修正。在传统汽车时代，驾驶员在车内，除了听听收音机，享受下空调，几乎没有任何娱乐活动，他主要的活动就是加油，刹车，看后视镜，转向，和现在的出租车驾驶员差不多。而各个系统不相互交互其实提升了可靠性和安全性。所以，从驱动力量上来说，汽车完全没有必要去发展架构更好的软件。现在伴随着娱乐活动的增多，在车里的无聊驾驶时间就显得弥足珍贵了，也是各大商业机构来争抢的蛋糕。所以大家都在研究怎么把驾驶时间给解放出来，把商业或者娱乐应用加进去。从这个角度说，汽车自身是无法进化出所谓的中央系统的，这个中央系统是外界所迫，而不是汽车的核心需求。
下面举语音交互系统的例子来分析一下其运作过程。Step1：语音交互系统待机，普通的启动方式一般是“小X，小X”。Step2: 驾驶者发出一条指令，为了方便期间，我们还拿空调做例子，比方说把空调调节到22度。Step3：麦克风接收指令，将指令转化为可以执行的命令，并将此命令发送给空调控制器。Step4：空调控制器发送指令给风门……我想后面的命令大家都很熟悉了，这个和传统车一模一样啊。Step5: 空调控制器指令发出后，反馈给驾驶员信息，表示已经开始执行命令。这里面最复杂是Step2，就是麦克风如何把语言转化为命令，我们简要分析下。
语音输入如何转化为命令，这和我们手机的语音识别比较类似。这里面涉及到一个语音库的内容，即在语音识别前，将常用的语音录进去，形成一个清单，一旦输入的语音和清单中相符，即启动清单相应的命令。随着语音能控制的范围增大，这个语音库也会不停扩充。目前市面上的语音识别，甚至和驾驶员能够做简单的聊天，这和聊天机器人挺像，不过这已经不是汽车控制领域内的事情了。
从简图中可以看到在语音转化为命令过程中，产生了一个所谓的输入，输出，反馈系统，这就再次形成了一个汽车内部系统。因此在车机里面，集成了语音识别软件，当然也有所谓的内存，缓存，处理器等。只是车机的处理任务，相比我们传统汽车的空调控制器来说，要复杂很多，语音除了可以控制空调，也能控制整车的娱乐系统，天窗和车门玻璃的开合。
目前应用比较广泛的智能系统，我们会发现这些都是偏信息娱乐类的，也叫汽车舒适域。一旦涉及到整车的动力/驾驶，就只有很少的车企涉猎，并建立控制系统。现在所说的智能系统，很多都是从传统车本身就有的自适应巡航，自动泊车改造而来。所以，可以这么理解，现阶段大部分所谓的智能汽车，实现比较多的是把手机搬到了车机的显示屏上，这样整车可以显示更多的信息，实现车主的娱乐需求，完成一些简单的车辆控制。而汽车的核心--驾驶系统，目前还独立在智能之外。只有自适应巡航，自动泊车这些所谓的智能软件的发展，才算触及到了汽车功能的底层，而真正的自动驾驶，才可以称作用软件重新定义了汽车。
在传统车的网络架构里面，舒适域和行驶域是通过网关隔开的，也就是说舒适域无法去指挥行驶系统，只能通过我们的肢体动作来影响车辆行驶。也就说，一个车怎么“娱乐”都不会影响到整车的驾驶。为了方便理解整车娱乐和整车行驶系统的区别，我们举例说明下自适应巡航系统的过程：Step1：汽车得到自适应巡航的指令；Step2：采集雷达信号；Step3：采集ESP和转速信号；Step4：根据采集到的参数计算，调节喷油量；Step5: 调节变速箱档位；Step6: 调节制动压力。这里面Step2/3基本是同步完成的，Step4/5/6也是基本同步完成。从这个系统中，我们看到软件系统，开始介入到整车最核心的底层，也就是发动机/制动机构的操作。我们可以说，这才是真正的汽车软件。这个系统的计算量，对安全性的要求，和娱乐系统相比，都要高出一大截。而且这个系统的“大脑”是整车最重要的ECU，它亲自指挥了这个系统，在重要性上，传统车的ECU高于一切，这就是整车运作的基础骨架。
小结一下现在汽车软件的情况：目前大部分软件已经基本进入了整车娱乐系统以及简单的控制系统，不过只有很少车企才开始涉及整车的核心--驾驶系统。汽车软件还不能说是革命性的，只是比以前有很大进步。
未来汽车软件发展的方向和瓶颈是什么？
未来的汽车软件会发展成什么样子呢？习惯互联网思维的人总是说，快鱼吃慢鱼，迭代。而这些似乎和汽车无关，汽车的软件仍然是肉眼不可见的蜗牛式的慢速发展。这里面到底有什么原因呢？是互联网行业颠覆不了汽车业，还是汽车业太保守？汽车原本是机械控制的机器，在汽车界少有码农说法。只是汽车有越来越多的电器，也有越来越多的所谓智能功能，汽车软件才被提出来。
先来分析下传统汽车软件和互联网软件的区别。传统汽车是功能优先，比如我们说的空调系统，要实现制冷，制热的功能，而里面的软件只是为了方便硬件之间的协同，才被开发出来，这叫嵌入式软件开发，也是传统汽车里面绝大部分系统的开发方式。伴随着汽车供应商的发展，各个汽车系统都有强有力的供应商把持。所以这个软件开发核心考虑的功能满足，至于是否节约精简，和其他软件如何协同，这就不是重要的因素了。所以这时汽车软件和互联网行业软件开发的第一个区别，出发点和平台不同。
从汽车的发展来说，汽车软件都是从嵌入式软件发展起来，可以说汽车行业是传统行业，也是比较慢的行业，完全不能和互联网相对比。为什么汽车软件无法实现快速的迭代升级，只能按部的开发。其主要原因在于汽车非常强调安全性，这里面包括各种我们默认的问题：1）软件是否会出错，如果出错，后果是什么，如何避免出错？2）软件出错，如何修正？3）如何追踪出错的软件？所以汽车软件的开发，不太可能有革命性的发展，永远是步步为营，因为安全永远是在第一位的。在传统汽车软件里面，我们可以看到很多的额外安全设定，就是为了避免意外。我们的手机软件出错了，最多死机，很快后台就会有程序更新，把Bug修复。而汽车的软件，尤其是驾驶相关，是不允许出错的，特别是行驶当中。因为一旦有了问题马上就出出现以下结果：造成人员伤亡，这是无法允许发生的。而后面的问题对主机厂也是一个难以面对的局面：责任判定，车辆维修和召回，不但有大量的经济损失，也会引起大量的社会恐慌。所以汽车软件还有功能安全来进行冗余设计，避免特殊情况下带来的危害，也就是说要保证汽车始终可控。这就是汽车软件与互联网软件的第二个区别：汽车的安全属性太强，以至于软件开发的原则，是安全性，而不是便利性。
不过伴随着四化的进展，汽车软件无疑受到了最大的冲击。在此背景下，汽车软件也发生了很大变化。我想汽车软件行业如果想变化，学习现有的互联网即可。
在这里首先要解决两个技术瓶颈。首先要有的就是，汽车软件编写要有自己的规则，如MISRA，这就是目前汽车界为了统一大家的编写语言架构制定的规范，考虑到汽车软件的复杂度，这个规范和互联网编程规范比起来，非常的简单幼稚。而我们熟知的手机APP的开发，目前主流的已经跟PC的软件开发框架融合的很好了，手机的操作系统主流的就是IOS和Android，还有winCE，这些操作系统发展的很成熟，开发框架已经逐渐和原有的PC这些主流编译和开发语言整合了，比如JAVA的体系已经把基础库都涵盖了不同操作系统的编译能力。
其次，汽车界有可能诞生新的编程架构和规范吗？这就是AUTOSAR(AUTOmotive Open System Architecture 汽车开放系统架构)。这是一家致力于制定汽车电子软件标准的联盟，由全球汽车制造商、部件供应商及其他电子、半导体和软件系统公司联合建立，各成员保持开发合作伙伴关系。自2003年开始，AUTOSAR架构致力于车辆电子系统软件的交换与更新，并为高效管理愈来愈复杂的车辆电子、软件系统提供了一个基础。这个规范，其实就是实现了现在互联网界的几个基础：软硬件分离，各软件之间使用统一语言交互，各种接口统一，便于通信。不过这个架构虽然公布了十多年了，不过鲜有革命性的成果，我估计是因为各个汽车厂都有自己的小算盘，大家都在憋大招，不想轻易把一些东西让出去，就像每个传统制造企业都想保护自己专利一样。所以，各个主机厂也在出自己的标准，也有很多供应商参与到这个工作中来。
解决了这两个基础问题，那么汽车行业的软件会向哪个方向发展呢？最重要的就是像互联网一样的整体架构，也就是架构设计。
个人觉得汽车的智能化属性越来越强，加上摩尔定律在硬件行业的持续作用。从长远来看，汽车软件必将面临整合。分布于汽车各个区域的分散的软件，将来会集中到某一个或几个ECU中，也就是软件层面上，汽车具备了“大脑”。另外，随着各种传感器，雷达的价格降低，性能提升，这些ECU会接管更多的传感器，并收集这些信息进行计算。除了汽车本身的软硬件发展，其相关的网络发展，如5G，车内网的发展会助力车内电器以及软件的互联，也就是说，软件的连接有更多的介质，而不是总依靠于信号线。
在这里我们可以参考下Tesla Model 3的电器架构来看新的的汽车软件发展。
相比于现在传统汽车分散的控制器以及软件，Tesla有三个核心的“处理单元”：自动驾驶和娱乐模块，左侧车身控制器，右侧车身控制器。第一个模块负责驾驶辅助/娱乐系统，也可以说这个系统可以深入到汽车控制的底层。后两个分管了汽车的车门，灯光，底盘系统。其实这个架构非常像电脑的架构，电脑有所谓的南桥北桥，也有CPU，在电脑上各个硬件的交互非常成熟，也非常流畅，有业内人士指出Tesla车身电器架构的设计之初就是借鉴了电脑的架构，所以从这个角度来说，Tesla的整车，更像行走的电脑。相比于现在其他主机厂的汽车，还是在汽车上增加电器的模式，如果Tesla的道路证明是成功的，那么现在来看，Tesla对于目前市面上的车来说，是一个革命性的存在。
除此之外，Tesla还有自己的电池管理系统，热管理系统，能源分配系统等，这里不是我们讨论的重点，就不再累述。除了以上架构的不同，Tesla在内部也启用了车内网。从实际的使用体验来看，Tesla有更多的人车交互，这带来的更多的乐趣。所以很多人评论说，Tesla更像一个Computer，而其他的汽车更像Machine。
从上面Tesla的例子来说，它至少实现了我们所说的几个未来趋势：软件整合，车内网以及更多的传感器的接管（在某些功能上Tesla其实不算传感器最多的，其他新能源车如小鹏有更多的传感器）。在可见的商业领域，Tesla可能代表了未来的趋势。从瓶颈上来说，还有三个技术难点：1）传感器，特别是激光雷达的技术革新和价格降低2）各种软件的进一步道路试验，已进行安全性的改进，如自动驾驶还需要更长里程的实验，以及各种场景的实验。3）如何用用更稳定的车内网来替代现有的信号线，以带来更大的硬件和软件空间。
从可见的将来来看，整车的智能化，会更快的上来，只是没有互联网所说的那些“迭代”那么快而已。第1点和3点，对业界来说都一样，大家的起点一致，也受限于几家硬件供应商。第2点，各个主机厂的准备情况和道路也都不一样，有Tesla的自己设计验证，也有大众投入巨大的MEB+VW.OS，通用的Cruise，谷歌的Waymo。有长于创新，制造出颠覆性产品的参与者；也有长于安全，制造出可靠产品的参与者；还有完全的非汽车行业的跨界者。
本文转载自《EE汽车荟》
