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【深度】“软件”正在抢夺汽车行业的话语权,汽车公司们准备好了吗?

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原标题:【深度】“软件”正在抢夺汽车行业的话语权,汽车公司们准备好了吗?

一套先进的自动驾驶软件并不能“自动”地将你带至目的地,代码无法翻山跨桥,发动机驱动下的车轮才可以。

但没有软件支撑的汽车,连发动机都无法顺利启动,更不用提驶向远方。

深度捆绑的硬件与软件,共同组成一辆完整的汽车。过去136年里,张扬光鲜的硬件占据着汽车世界的绝对主角位。但现在,沉默寡言的软件开始行动,瞄准的是下个汽车百年的控制权。

01 从煤油灯到域控制器

1885年,41岁的德国人卡尔·本茨(Karl Friedrich Ben)将一部汽油发动机装在了一架三轮马车上,汽车从此诞生。

一年后的1月29日,德国曼海姆专利局批准了这位卡尔斯鲁厄工程师的三轮汽车专利申请,这辆如今看起来简陋不堪的“三轮车”终于有了在曼海姆城大街上行驶的合法身份。

起初十年,汽车是一件纯粹的硬核机械组合体。

发动机,变速箱和转向杆协同工作靠的是螺丝、齿轮与连杆,照明需要灯罩里的煤油不停燃烧,转向警示是借助驾驶员挥舞手臂来完成的。没有收音机,空调、氛围灯、电动车窗和按摩座椅,甚至连启动都要冒着骨折的风险,去用力摇动那根与发动机曲轴相连的铁棍。

这些困难、麻烦与危险剥夺了“驾驶汽车”呈现在黑白海报上的时髦属性。直到1896年,英国工程师Dowsing对自己的Arnold农用车进行了改装,他将发电机与飞轮巧妙结合为一个零件。这个被称为“电子打火器”的部件既能让点火铁棍退休,又能储存能量辅助上坡。

英国工程师Dowsing

Dowsing的发明受限于条件没有得到推广。1911年,德科公司(DELCO)在美国申请了汽车电动起动机专利,其设计灵感来自电动现金出纳机,工作原理也与其基本一致。

1912年,美国汽车品牌凯迪拉克第一次将电动起动机安装在了Model 30上,这是全球第一款拥有完整电路架构的汽车。凯迪拉克为它定制的广告词是“The car that has no crank”。

随着电路技术日趋成熟,汽车上搭载的电子元件种类层出不穷,数量急速膨胀。大到发动机、变速箱、悬架系统,小到雨刮器、空调钮和尾厢盖。它们各司其职,负责一辆汽车的安全平稳运转。

电子元件演进为电气系统后,问题开始出现。

其中最亟待破题的是:如何实现不同电子元件在同一电气系统内的通信。

举个例子,如今稀松平常的音响音量随车速自动调整,在当时是天方夜谭。音响知道正在播放的音乐,但无从得知当前车速,更妄谈与之匹配。

这时,来自斯图加特的博世(BOSCH)出手了。

这间创立于1886年的精密机械及电气工程方案提供商在1983年秘密上马了一项新研究课题。3年后,他们在国际自动机工程师学会(SAE International)上正式了课题成果——CAN总线。

CAN总线是控制器局域网络(Controller Area Network)的缩写,简单来说是将车内各个电控单元(Electrical Control Unit, ECU)进行互联。CAN总线是国际标准(ISO 11898),也是欧洲汽车网络的标准协议。

这些单元中既有发动机控制单元、变速箱逻辑、安全气囊、ABS和ESP这样的核心部件,也有门窗控制、音响系统、热能管理、电话导航等模块。

这些单元将传感器反馈通过CAN总线传输至行车电脑,比如雨量感应器实时侦测外部环境,下雨时将雨量大小转换为数字信号利用CAN总线传递给行车电脑,后者根据出厂算法判断后,借助CAN总线将执行指令传送至雨刮器,最终达成频率不同的刮雨动作。

CAN总线大大提升感应——反馈——运算——执行过程中效率的同时,显著降低了电气系统的复杂性,它理顺了曾经如蛛网般盘根错节的车内线缆,缩短线缆长度,降低车身重量。

1991年,奔驰推出世界上第一款基于CAN总线系统的量产车型——500E。这被认为是汽车电气系统二次进化的里程碑。

奔驰500E

汽车愈先进,电气系统愈繁复。

1994年生产的奥迪A8只装了5个电控单元,2003年下线的福特福克斯上电控单元的数量超过50个。

奥迪A8-1994年

绝大部分汽车制造商,都是CAN总线思维的忠实拥趸:增添一个新功能,多加一个电控单元,多布一路线。

一辆普通轿车会使用超过100种电控单元,整车线束总长度5公里,最大重量超过50公斤,是一辆车中第3重且昂贵的零件。

这些“赛博小子”们很快就让座位下、车门内和仪表盘后的有效空间变得拥挤不堪。

CAN总线架构面对现代汽车,已明显力不从心,陈旧的骨架需要换代,突破性思维需要降临。

这一次为汽车行业带来光明的持灯者是美国德尔福(DELPHI)。

2007年,德尔福发布E/E(Electrical/Electronic Architecture)架构,提出以“功能域”为划分单位,对不同电控单元进行集中控制,借此一辆汽车被划为五大域:车身与便利域、车用资讯娱乐域、底盘与安全域、动力域和高级辅助驾驶域。

贾承前在2011年于《汽车电器》第12期刊发的《汽车电子电气架构开发》一文中对E/E第一次给出了中文定义——汽车电子电气系统的总布置。E/E是在功能需求、法规和设计要求等特定约束下,通过对功能、性能、成本和装配等方面进行分析,所得到的最优电子电气系统模型。

E/E架构整合了之前分散的电控单元,让它们采集到的信息统一汇总于域控制器,后者整理信息,传输给中央网关。中央网关分析决策,将执行指令逐层下放至域控制器和电控单元,完成作动。据此架构起汽车电气系统的网络拓扑,效率再次被大幅提升。

E/E架构最大的特征是:每一项功能划分明确,泾渭分明,软硬件耦合,软件复杂性和硬件成本双高。

德尔福的观点被细分定义为“分布式E/E架构”,它是最受燃油车欢迎的先进形态,也是最被智能电动汽车嫌弃的昨日黄花。

首先,电动汽车正常运转的基础是电池、电机和电控组成的三电系统,它对整车电气架构要求比燃油车高。其次,智能汽车的卖点是可持续OTA升级的自动驾驶能力,对信号、效率和带宽的要求,与燃油车不在一个语境。

一辆传统燃油车的生命周期中,最重磅的更新是车载地图。但对一辆智能电动汽车来说,地图更新只是基础步骤。

分布式E/E架构优化了CAN总线,但仍逃不出结构复杂的魔咒。三电系统、自动驾驶和OTA诉求的加入,让总线负载率呈几何级数增长,分布式E/E架构难堪大任。

这一次,伊隆·马斯克和他的特斯拉拯救了世界。

具体说来,是2017年开始量产交付的Model 3。

除了带来令传统燃油跑车相形见绌的加速能力外,Model 3还为汽车电气系统吹进一阵新风——集中式E/E架构。

特斯拉Model 3整车分为三个部分:中央计算模块(CCM)、左车身控制模块(BCM LH)和右车身控制模块(BCM RH)。

Model 3集中式E/E架构的颠覆之处在于,抛弃传统车身域和动力域,只在物理空间上分“区域”,即中域、左域和右域,直接跨入“行车电脑+区域导向”的新境界。

日经新闻认为,Model 3的电子电气架构领先其他汽车公司超过6年。中信证券在《从特斯拉的线束长度谈起》报告中指出,特斯拉Model S的线束长度约3公里,Model 3线束长度减半至约1.5公里,而Model Y的线束长度只有100米,是一辆普通燃油汽车的50分之一。 

Model 3的电子电气架构是“花小钱办大事”的最佳案例,是最贴合汽车“新四化”发展趋势的设计准则。

在一辆智能电动汽车里,中央网关、传感器、执行器和交换机是“神经”,电气架构是“大脑”,它们共同搭建起一座电子骨架。

但,这座骨架暂时还无法运转,这些散布车体各处的元件还只是一座座不停收集信息的数字孤岛。它们互不相连,也互不关心。

因为这时,智能电动汽车内真正的主角——软件,才刚刚写下第一行代码。

02 汽车公司的“代码之心”

谈及汽车与代码,一个无法绕开的话题是“软件定义汽车” (Software Defined Vehicle,SDV)。

从1885年至今的136年里,汽车一直是硬件定义下的产物,是一种从A移动到B的机械手段,一种孤立的交通工具。

马力、扭矩和百公里加速时间是古老而时髦的话题,消费者对这个既有价值框架下产生的观点,进行着乐此不疲地讨论。

但这一切,在电动汽车渐渐取得话语权后,开始改变。

电机的独特属性,让曾经昂贵的丰沛马力与扭矩变得平价,也让镶嵌在汽油车“加速时间”指标周围的金色边框迅速氧化褪色。

一辆30万元出头的特斯拉Model 3比动辄150万元的保时捷911加速还要快1.1秒。

传统汽车硬件很快衰退为鲜少被人关注的“标准配置”,正如当今不会有人去关心一辆汽车是否配备转向灯。人们更在意的是软件水平——在自动驾驶能力狂飙突进的今天,汽车不再是交通工具,而是时刻在线的移动办公、娱乐与社交平台。

“硬件不断退位,软件不断升格”的趋势,正深刻地改变整个行业。汽车变得“时时互联”,客户期待“永不过时”。

罗兰贝格(Roland Berger)在一份题为《车轮上的超级计算机 》的研究报告中指出,电子硬件和应用软件将成为差异化和控制价值创造的主要战场。

“软件定义汽车” 的地位,被推向历史巅峰。

广汽研究院车联网专业总师兼软件定义汽车项目总监廖磊将这一概念提炼为“软硬件分离”。

“SDV的价值最重要的是在于硬件平台生命周期的最大化,当能把软件功能和车型发布分离时,硬件平台的生命周期就可以尽可能延长,”廖磊说,“因为不需要完全依赖于硬件更新,就可以去更新软件功能,带来全新的用户和消费者体验。”

与装在车上后相对固定的硬件相比,软件本身质地轻盈、迭代速度快、最易个性化,也最具灵活度。软件不再是底层硬件运行的简单控制器,而是具备无限可能性的宝藏之地。

一个最具普世性的例子是,一位车主在一辆汽车的全生命周期内可能都不会更换一次轮圈样式,但却可以在一个上午切换五款截然不同的仪表盘皮肤。

威马汽车仪表盘皮肤

对消费者来说,拥有一辆基于“软件定义”理念制造的汽车,炫彩常新的主题只是小彩蛋。极端情况下,功能完备的软件可以救命。

2017年9月,大西洋暴力飓风“艾玛”向佛罗里达州全速前进,城中大撤离旋即开始。人们简单收拾家当后,钻入逃亡伙伴——汽车,朝着安全的方向,踩下加速踏板。

美国电动汽车公司特斯拉注意到了这一紧急事件,工程师们连夜向位于佛罗里达的车主,通过远程空中在线的方式,推送了针对性更新。

这一更新解除了车辆电池组限制,释放全部蓄电能力,车辆续航里程增加了至少48公里,让这些车主可以安心离开风暴影响圈。

完成这一步骤需要三种能力支撑:第一,了解车主的实时位置;第二,及时编写软件程序的团队;第三,支持远程推送更新的车辆。

特斯拉将软件潜力与天赋利用到极致的能力,对世界上规模最大的汽车公司——大众集团来说,却是难以触及的举步维艰。

2020年9月11日,大众汽车销售总监Jürgen Stackmann在德国德累斯顿透明工厂里,将集团历史上第一台ID.3正式交付给了Oliver Nicolai.

这距离首台ID.3驶下生产线,已经过去了10个月。

ID.3是集团新电气平台MEB的首款作品,也是大众汽车进军电气化时代的先导车型。

ID.3于2019年5月开启预售,同年11月开始生产,计划在2020年夏季交付。

为了给ID.3造势,大众汽车集团首席执行官赫伯特·迪斯(Herbert Diess)在1月16日的一次内部会议上强势表态:“传统汽车制造商的时代已经结束。”

赫伯特·迪斯

他还亲自撰写了一篇题为“The car will become a software product”的文章,为大众汽车指明方向:我们必须成为一家由软件驱动的汽车公司,而不仅仅是改变传动系统。

但停在茨维考、大众汽车专门租用停车位上的两万辆ID.3,狠狠打了迪斯的脸。

这些大众汽车的方向盘、轮胎和座椅等硬件很早就装配完毕,但迟迟无法匹配的软件,让离开装配线后的它们,成了停着的棘手难题。

为了让ID.3尽快跑起来,大众汽车服务团队只能求助于最原始的方案——将计算机站架在小推车上,工程师们推着它们,使用线缆直连至每一辆汽车,手动部署软件。

这一做法很快成为行业笑话。但更荒唐的是,大众汽车工程师们手动更新的目的,只是为了让ID.3获得在线更新的能力。

要知道特斯拉的每一辆新车,从第一个零件开始装配的那刻起,就具备了在线更新的能力。

它们可以停在世界上任何一处有网络信号的地方,按下确认键来完成更新。

迪斯不会忘记,大众集团总部74号大厅的晨会上,软件工程师们一次又一次举手报告道路测试中毫无征兆出现的漏洞和他们脸上因无法解决漏洞而产生的无奈表情。

一辆大众ID.3每天被记录在案的新bug多达300个,这比一辆帕萨特轿车行驶五年所产生的bug总量还要多。

对此,马斯克超级粉丝、前奥迪首席技术官Peter Mertens在《终将血流成河——我们都睡着了》一文中评价道,“ID.3中的1000万行代码中,没有一行来自大众工程师。世界上最强大的车企研发部门到2020年才刚刚造出媲美特斯拉2012年的作品。”

PeterMertens

前蔚来软件发展副总裁、镁佳科技首席执行官庄莉也是“软件定义汽车”的忠实拥趸,她分享了自己首次驾驶特斯拉时的震撼:

“2016年,我第一次坐进特斯拉,觉得自己不是在开一辆车,而是在开一个有轮子的大计算机。”

“完全靠硬件连接的方式既低效,也不合理。”庄莉说,“所有做软件、懂电脑的人一开特斯拉就会立刻知道每个功能怎么实现,下一个时代已经来临的感受会特别的强烈。”

小米科技创始人、董事长雷军早在2013年就对特斯拉的软件水平赞誉有加:“跟其他汽车的设计思维和功能服务实现水平对比,特斯拉是移动互联网应用与单机本地运算的代差表现。”

前大众集团软件部门主管Christian Senger也持类似观点,他认为软件是以后消费者买车的核心诉求。

ChristianSenger

“汽油版高尔夫软件只需要100万行代码,”Senger说,“但ID.3需要1000万行代码,这是大众集团的新挑战。”

博世北美公司总裁Mike Mansuetti对该数字进行了扩充,“2010 年,一辆汽车的代码不过1,000万行,而如今即使是非自动驾驶汽车上运行的软件代码也已达到1亿行,未来的自动驾驶汽车将需要5亿行。”

国泰君安证券研究所汽车行业首席分析师吴晓飞认为,汽车正从机械产品转型为机电一体化产品。

以“亿”为基础计量单位的代码聚合为软件,汽车公司进入了“不智能,毋宁死”的新战场。软件不仅深度参与汽车全生命流程,还划出了它的智能上限。

这场“代码战争”开始得悄无声息,但结局既决胜负,也定生死。

包括大众在内的传统汽车巨头们,纷纷将软件部门搬出地下室,迁至黄金楼层。

宝马集团在2019年1月成立领悦数字信息技术有限公司,专门从事汽车软件开发。奥迪组建一个全新汽车软件部门,并豪掷超过70亿欧元重金。丰田集团今年1月创建Woven Planet公司,专精自动驾驶、操作系统和高精地图。大众软件团队Car.Software从今年1月起,以独立业务部门开始运作。

机械架构标准搭配,软件部门整备齐全,曾经复杂无比的一辆汽车,在智能时代语境下,被简化成装载四个车轮的智能终端。

汽车制造商们,也不再沉迷于做卖硬件挣钱的“一锤子买卖人”,而是通过不断更新的软件来赚取车辆全生命周期里每一分钱。

全国政协经济委员会副主任苗圩在接受中央广播电视总台经济之声《天下财经》采访时表示,软件、数据和服务为纽带,车企和用户之间的关系可以转变为可持续的合作关系。汽车企业可以由过去的卖产品为主延伸到卖产品、卖服务,主机厂商的商业模式可以从“制造”为主转变为“制造+服务”,通过OTA升级、按需付费等方式实现价值变现。

软件抛开“附属品”的帽子,戴上“摇钱树”的皇冠。

特斯拉就是充分利用软件增收盈利的最佳范本。

在线激活后座加热功能,售价2,400元;提升百公里加速能力,售价14,100元;拉长续航里程,售价19,800元;车内在线听歌,每月9.99元;解锁完全自动驾驶能力,售价64,000元。

硬件定义汽车时代,一辆车卖出后,多半利润已经收入囊中。软件定义汽车时代,一辆车卖出后,盈利才刚刚开始。

如何让上亿行的代码,转换为上百亿的利润,才是汽车公司们最关心的行动指南。

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