车载软件和整车电子架构正重新定义汽车行业

一、背景信息

随着智能互联、自动驾驶、电动汽车以及共享出行等领域的蓬勃发展，汽车行业的核心驱动力正悄然发生转变。软件、强大的计算能力以及先进的传感器技术，正逐步取代传统发动机，成为汽车领域的“新主角”。然而，这一变革在带来无限可能的同时，也伴随着电子系统复杂性的急剧攀升。

以汽车所包含的软件代码行数（SLOC）为例，这一指标直观地反映了软件复杂性的增长趋势。2010年，主流车型的软件代码行数约为1000万行；而到了2026年，这一数字已飙升至约2.3亿行。软件复杂性的不断累积，如同滚雪球一般，不可避免地引发了一系列与软件相关的严重质量问题。近年来，多起大规模车辆召回事件便与此密切相关，这无疑为整个汽车行业敲响了警钟。

直面行业隐忧，寻求解决之道

当前，在D级车（即大型乘用车）的整车价值构成中，软件占比约为10%。而据预测，这一比例将以每年11%的速度持续增长，到2030年，软件在整车价值中的占比有望达到30%。数字化汽车价值链上的各企业纷纷摩拳擦掌，试图从软件和电子技术所带来的创新浪潮中分得一杯羹（见图）。

软件公司以及其他数字技术企业正积极寻求突破，从目前的二、三级供应商角色逐步向整车企业的一级供应商迈进。他们不再局限于提供单一的功能和应用程序（APP），而是进一步深入到操作系统层面，不断扩大在汽车“技术栈”中的影响力。与此同时，传统的汽车电子系统一级供应商也毫不示弱，大胆涉足IT巨头所主导的功能与应用程序领域，试图在这场变革中占据一席之地。豪华品牌车企更是雄心勃勃，直接进军操作系统、硬件简化、信号处理等更为底层的技术领域，力求从根源上巩固自身的技术优势和独特性。

这些战略举措的推进，将促使车辆架构发生根本性变革，逐步转变为以通用运算平台为基础的面向服务的架构（SOA）。在这种架构下，开发者将拥有更大的自由度，能够轻松添加新的智能互联解决方案、APP、人工智能元素、高级分析工具以及操作系统等。未来，汽车的差异化（或独特性）将不再仅仅依赖于传统的车辆硬件，而是更多地通过软件和先进电子技术所赋能的用户交互界面和体验层面来展现。

展望未来，汽车将蜕变为一个承载全新差异化元素的创新平台（见图）。这些独具特色的元素涵盖多个前沿领域，像是最前沿的车载娱乐系统，能为驾乘者带来沉浸式的视听享受；自动驾驶功能，凭借先进算法与智能决策，引领出行新方式；还有以“高容错性”为基石的智能安全系统，全方位保障行车安全。

软件在这一变革中扮演着关键角色，它将借助智能传感器与硬件深度融合，进一步向数字堆栈的纵深领域拓展。各堆栈之间将实现高效且无缝的水平整合，同时还会增添新的层级。如此一来，汽车的整体架构将完成华丽转身，转化为面向服务的架构（SOA），为汽车的未来发展注入无限可能。

最终，全新的软件和电子架构将催生多个改变游戏规则的趋势，提升复杂性和相互依赖程度。例如，新的智能传感器和应用将驱动车辆数据“爆发式增长”；相关产业链上下游企业若想维持竞争力，就必须高效处理和分析这些数据。模块化的SOA和OTA更新对大型复杂软件的维护至关重要，并催生可满足车主最新需求的商业模式。由于第三方APP开发者将越来越多，车载娱乐系统将越来越应用程序化，甚至高级驾驶辅助系统（ADAS）也会在一定程度上APP化。对数据安全的关注将逐渐从纯粹的权限控制策略转变为综合性安全概念，以达到预测、避免、检测和防御网络攻击的目的。

二、汽车电子电气架构未来走向

-> 趋势 1：电控单元（ECU）整合程度显著提升

汽车行业正逐步迈向整合的 ECU 架构，这一转变在高级辅助驾驶系统（ADAS）和高度自动驾驶（HAD）功能的实现中尤为关键。不过，其他车辆功能仍可能保持较高的去中心化程度。

随着自动驾驶技术的持续演进，软件功能虚拟化与硬件简化的重要性愈发凸显，且可能通过以下几种形式得以实现：其一，将硬件整合到针对不同时延性和可靠性要求的堆栈之中；其二，用一个具备冗余功能的“超级计算机”来取代传统 ECU 的地位；其三，彻底摒弃控制单元的概念，转而采用智能节点计算网络。

驱动力： ADAS/HAD 对算力、协同性、安全性的高要求。

形式：

-> A:按功能域/性能需求（时延、可靠性）整合硬件堆栈。

-> B:向“域控制器”甚至“中央超级计算机”演进。

-> C:探索去中心化的“智能节点计算网络”。

目标： 简化硬件、提升效率、支持复杂软件功能虚拟化。

-> 趋势 2：特定硬件使用堆栈数量受限

未来五到十年内，新一代汽车将以以下四个堆栈为基础：

时间驱动栈：控制器直接与传感器或执行器相连，系统需满足严格的实时要求和低延迟时间，资源调度基于时间进行。该堆栈涵盖了达到最高汽车安全完整性等级的系统，例如经典的汽车开放系统架构（AUTOSAR）。时间驱动栈 (高安全、硬实时)： 如 Classic AUTOSAR，用于底盘控制等最高安全等级功能。

事件 - 时间驱动堆栈：这一混合堆栈能够将众多高性能安全应用整合在一起，如 ADAS 及 HAD。操作系统将应用程序和外设分隔开来，应用程序依据时间进行调用。在应用程序内部，资源调度可根据时间或优先等级来决定。运行环境确保关键的安全应用与车内其他应用程序相互分隔并独立运行。目前，自适应 AUTOSAR 便是这一概念的典型示例。事件-时间驱动栈 (混合、高性能安全)： 如 Adaptive AUTOSAR，用于 ADAS/HAD，提供安全隔离和混合调度。

事件驱动堆栈：该堆栈以安全等级要求相对较低的资讯娱乐系统为核心。应用程序与外设清晰分隔，资源调度遵循最优化原则或基于事件。此堆栈包含允许用户与车辆交互的常用可视功能，如安卓、汽车等级 Linux、GENIVI 和 QNX。事件驱动栈 (低安全、高灵活)： 如 Android Auto, AGL, QNX，用于信息娱乐、人机交互。

云堆栈：该堆栈负责协调车辆外界对车辆数据及功能的访问，同时承担通信、安全以及应用程序认证等工作。此外，它还需建立一个预定义的车辆界面，包括远程诊断功能。云堆栈 (连接、安全、接口)： 负责车云通信、数据访问控制、远程诊断、应用认证和标准化API。

-> 趋势 3：扩展中间层推动应用程序与硬件分离

随着车辆逐渐演变为移动运算平台，中间件（middleware）将在车辆重新配置以及相关软件的安装和升级方面发挥关键作用。当前，ECU 内部的中间件仅负责跨 ECU 间的通信，而新一代车辆的中间件将成为域控制器与功能访问之间的连接纽带。中间层在 ECU 硬件之上运作，推动抽象化和虚拟化、面向服务的架构（SOA）以及分布式运算的实现。

角色升级了，从跨ECU通信升级为连接域控制器/中央计算机与具体功能的桥梁。核心功能是硬件抽象化、虚拟化、支持面向服务架构（SOA）、实现分布式计算。价值 是实现“软件定义汽车”、支持软件OTA升级、应用可移植性的关键技术。

-> 趋势 4：车载传感器数量呈爆发式增长

在未来两到三代汽车产品中，整车企业将安装多个具备相似功能的传感器，以确保车辆具备充足的安全冗余。从长远来看，行业将致力于开发更完善的传感器解决方案，以减少传感器数量并降低成本。

长远而言，车辆传感器数量的发展存在多种可能情景——增加、稳定不变或下降。最终哪种情景会成为现实，将取决于监管政策、技术成熟度以及在不同用途下使用多个传感器的能力。例如，监管部门可能要求更密切地监控司机身体状况，这将促使传感器应用增加。然而，一味增加或维持传感器数量不变，都不利于成本控制，因此减少传感器数量的动力较为充足。未来，高级算法与机器学习有望增强传感器性能和可靠性，再结合更强大的传感器技术，传感器冗余有望得到减少。

-> 趋势 5：传感器智能化程度不断提高

集成化的智能传感器将用于管理 HAD 所需的大量数据。传感器融合和 3D 定位等高级功能将在中心化运算平台上进行，而预处理、筛选和快速反应则很可能直接在传感器内完成。据估算，一辆自动驾驶汽车每小时产生的数据量高达 4TB，因此传感器需要承担部分传统由 ECU 完成的工作。为确保传感器正常运转，新一代传感器清洁系统，如除冰除尘等，将变得尤为重要。

-> 趋势 6：全电力和数据网络冗余至关重要

对于可靠性要求较高的安全类关键应用，将利用整个冗余圈来完成所有对安全行驶至关重要的工作，如数据传输和电力供应等。电动汽车、中央计算机和高耗能分散式计算网络都需要具备冗余性的新型能源管理网络。线控转向和其他 HAD 功能所需的高容错性同样需要冗余系统设计。然而，这一切在目前的故障保护监控应用架构上难以实现，仍有待进一步的技术突破。

-> 趋势 7：“汽车以太网”成为整车支柱势不可挡

数据量的提升、HAD 的冗余要求、互联环境下的安全保障以及跨行业标准协议的需求，极有可能催生汽车以太网，并使其成为冗余中央数据总线的关键推动因素。以太网解决方案能够实现跨域通信，并通过添加以太网扩展，如音 - 视频桥接（AVB）和时间敏感网络（TSN）等，来满足实时性要求。

本地互联网络、控制器区域网络等传统网络仍将在车辆上继续使用，但仅用于封闭式的低级网络，如传感器和执行器等。FlexRay 和 MOST 等技术有可能被汽车以太网及其扩展（如 AVB、TSN 等）所取代。

-> 趋势 8：整车企业严控功能安全及 HAD 相关数据互连，同时开放第三方数据访问接口

发送与接收安全关键数据的中央互联网关将始终直接且仅连接到整车企业的后台，第三方将被允许进行数据访问（被监管法规排除的场景除外）。在车辆 APP 化的推动下，资讯娱乐系统的新兴开放接口将允许内容和应用程序供应商加载内容，而整车企业将尽可能严格地保持各自的标准。

目前的车载诊断端口将被互联通讯方案取代。通过接入整车物理端口来读取车辆数据将不再必要，只需登陆车企后台即可。车企将在其后台开放若干数据接口，以满足特定场景的需求，如失窃车辆轨迹追踪或个性化保险等。

-> 趋势 9：汽车在云端融合车内及车外信息

尽管非车企以外的企业参与程度仍取决于监管法规，但非敏感数据（即非隐私或安全相关数据）仍有望更多地在云端进行处理。随着数据量的增长，大数据分析将在数据处理中得到越来越广泛的应用，并基于处理结果制定相应的行动方案。基于数据的自动驾驶应用及其他各项数字化创新将依赖于不同企业之间的数据共享。虽然目前尚不清楚不同企业间的数据共享将如何实现、由谁实现，但主要的传统供应商和技术企业已经开始建立有能力处理海量数据的集成化平台。

-> 趋势 10：汽车应用双向通信的可更新部件

通过车载测试系统，汽车能够实现自动检查功能和集成更新，从而推动生命周期管理，并增强或解锁产品的售后功能。所有 ECU 都会与传感器和执行器交换数据，并检索数据包来支持创新性用例，如基于车辆参数的路线计算。

OTA 更新是 HAD 的前提条件，它还将有助于开发新功能、确保网络安全，并使车企能够更快地部署功能与软件。事实上，正是 OTA 推动了本文提及的多项整车架构上的重大变革。

为实现类似智能手机那样的升级性，汽车行业需克服限制性的经销合同、监管要求和安全与隐私问题等诸多挑战。整车企业将与该领域的技术供应商密切合作，在 OTA 平台上实现车队标准化。车辆将在全寿命周期内获得功能性及安全性升级。监管部门可能强制要求软件维护，以确保车辆设计的安全完整性。更新和维护软件的责任将在车辆维护与运行领域催生新的业务模式。

三、汽车软件和电子架构的未来影响

软件和电子架构在未来将迎来一系列极具颠覆性的趋势，其影响力不容忽视，诸多战略性举措极有可能应运而生。例如，车企可通过组建行业联盟推动车辆架构标准化进程；IT 巨头能够引入车载云平台，为汽车行业带来全新的数据处理与存储模式；出行方案供应商可致力于开发开源车辆堆栈和软件功能，促进技术共享与创新；车企自身也可积极引入更为先进的互联车辆和自动驾驶车辆技术，提升产品竞争力。

对于传统整车企业而言，从以硬件为核心转向以软件为导向、以服务为主导的发展模式，所面临的挑战无疑更为严峻。在此，我们为传统整车企业提出以下五条战略建议：

1、分离车辆与车辆功能的开发周期

整车厂和一级供应商需从技术和组织层面深入思考，如何突破车辆开发周期的限制，独立开展整车功能的开发、供应及部署工作。鉴于当前车辆开发周期的固有特性，整车企业必须探寻有效的软件创新管理方式，同时要充分考虑如何为现有车辆制定切实可行的加装和升级方案，比如针对计算单元的升级等。

2、明确软件和电子技术开发的附加值目标

整车企业必须精准定位自身能够建立控制点的差异化功能，因为清晰界定软件和电子技术开发的附加值目标至关重要。此外，企业还需明确哪些领域可能面临“同质化”竞争，以及哪些课题只能依赖合作伙伴提供解决方案。这有助于企业集中资源，聚焦核心优势领域，提升整体竞争力。

3、为软件制定清晰的价格标签

软件与硬件的分离要求整车企业重新审视单独购买软件的内部流程和机制。除了沿用传统方法外，企业还需深入分析如何将软件开发中的敏捷方法有效融入采购流程。在这一过程中，供应商（一级、二级和三级）同样扮演着关键角色，整车企业应与供应商紧密合作，共同探索合理的软件定价模式。

4、围绕新电子架构设计组织结构（涵盖相关后台）

企业在改变内部流程以交付和销售高级电子技术和软件的同时，还应思考如何为车辆相关的电子技术课题构建与之匹配的组织结构。分层式的新架构需要打破现有的垂直化体系，引入全新的水平化组织单元，以促进跨部门协作与信息共享。此外，企业还需着力培养内部软件和电子开发团队的专有能力和技能，提升团队的整体素质和创新能力。

5、推动汽车功能商品化并设计商业方案

企业必须深入分析哪些功能能够为未来架构带来实际收益，并实现有效变现。在此基础上，企业可以为软件和电子系统的销售开发全新的业务模式，无论是产品、服务还是某种创新概念，都应围绕汽车功能的商品化展开。这将有助于企业开拓新的市场空间，提升盈利能力。

过去几年，中国整车行业取得了举世瞩目的辉煌成就。国产汽车行业的进步不仅在传统能源汽车的研发与制造领域得以彰显，在汽车电动化、共享化、互联网化、无人驾驶化等“新四化”领域同样成果斐然。乘着这股东风，国产汽车软件及电子产业也迎来了蓬勃发展的新契机，不断取得新的突破与进展。

我们发现不少领先的中国汽车企业已然走在了前列，将这些趋势融入自身的发展战略之中。

趋势 1（ECU 整合）：比亚迪近期宣布，在其最新的 e 平台上成功实现了仪表、空调、音响、智能钥匙等控制模块的 10 合 1 整合。这一举措大幅减少了整车控制模块的线束数量，不仅有效降低了模块故障率，还显著提升了生产装配效率，为汽车制造的智能化与高效化树立了新的标杆。

趋势 7（汽车以太网）：上汽集团最新推出的基于全新电子电气架构的电动车平台——Double E 架构，成为行业瞩目的焦点。该架构的核心亮点之一便是采用了先进的以太网技术，能够支持海量数据的极速传输，为智能网联汽车的发展提供了坚实的技术支撑。

趋势 8（整车厂商开放数据接口）：比亚迪近期上线了汽车智慧开放平台，通过该平台将车内信号封装为数百个 API（应用程序编程接口）。开放的 API 内容丰富多样，涵盖了车身、行驶数据、车速、全景影像、空调、雷达、充电设备等 18 类数据，为汽车行业的创新发展提供了广阔的空间。

趋势 9（云端数据处理）：阿里巴巴推出的 AliOS 智联网汽车解决方案，充分发挥了阿里云在云计算、大数据和人工智能领域的优势。借助阿里巴巴强大的生态能力，该方案为合作伙伴赋能，助力其更好地探索“数据×智能”驱动的新型业务模式，推动了汽车行业的数字化转型。

趋势 10（OTA）：上汽与阿里巴巴合作的斑马智行在 2017 年底至 2018 年初完成了对近 40 万台荣威/MG 品牌乘用车的 OTA（空中下载技术）升级。这一事件在业内引起了极大关注，堪称智能汽车在中国发展的标志性事件之一，彰显了 OTA 技术在汽车行业的重要性和广阔前景。

汽车软件和电子系统的新时代已然拉开帷幕。此前被业内奉为圭臬的业务模式、客户需求和竞争格局都将发生翻天覆地的变化。我们对未来汽车行业即将产生的产值和利润持乐观态度。然而，若想在这场变革中脱颖而出、获益颇丰，汽车行业的所有参与者都需根据全新的市场环境，重新审视并谨慎定位（或再定位）自身的价值主张，以适应行业发展的新趋势。