我國(guó)智能網(wǎng)聯(lián)汽車操作系統(tǒng)研究

潘妍，張也，周瑞坤，蘇仟

國(guó)家工業(yè)信息安全發(fā)展研究中心，北京 100040

0 引言

汽車電子電氣架構(gòu)正在從分散控制向集中“域控制”轉(zhuǎn)換。傳統(tǒng)汽車采用的分布式架構(gòu)異常復(fù)雜，車輛各功能受不同電子控制單元（ECU）控制，整車ECU數(shù)量動(dòng)輒上百，而新一代集中式架構(gòu)主要通過車身控制域、智能駕駛域和智能座艙域三大域控制器和以太網(wǎng)提供未來汽車所需的計(jì)算能力和通信能力，極大簡(jiǎn)化了開發(fā)模式，促進(jìn)了計(jì)算資源優(yōu)化集中，更能適應(yīng)智能網(wǎng)聯(lián)時(shí)代汽車系統(tǒng)高算力、強(qiáng)通訊、寬拓展的實(shí)際需求。隨著電子電氣架構(gòu)的不斷革新，汽車硬件體系將逐漸趨于一致，軟件和算法成為未來競(jìng)爭(zhēng)的核心要素，必將重塑汽車價(jià)值鏈和產(chǎn)業(yè)模式。作為軟件定義汽車的核心基礎(chǔ)，智能網(wǎng)聯(lián)汽車操作系統(tǒng)既是我國(guó)汽車產(chǎn)業(yè)趕超世界先進(jìn)水平的重要賽道，也是搶占萬物互聯(lián)時(shí)代基礎(chǔ)軟件發(fā)展先機(jī)的關(guān)鍵突破口，已成為汽車產(chǎn)業(yè)鏈上企業(yè)的必爭(zhēng)之地，國(guó)內(nèi)外車企、集成供應(yīng)商、互聯(lián)網(wǎng)科技巨頭紛紛下場(chǎng)布局，試圖搶占制高點(diǎn)。

1 智能網(wǎng)聯(lián)汽車操作系統(tǒng)分類介紹

智能網(wǎng)聯(lián)汽車操作系統(tǒng)是運(yùn)行于車內(nèi)的系統(tǒng)程序集合，以實(shí)現(xiàn)管理硬件資源、隱藏內(nèi)部邏輯為目標(biāo)，并提供軟件平臺(tái)、用戶程序與系統(tǒng)交互接口、支撐上層應(yīng)用基礎(chǔ)服務(wù)等功能。

根據(jù)使用場(chǎng)景，智能網(wǎng)聯(lián)汽車操作系統(tǒng)可以分為經(jīng)典車控操作系統(tǒng)、智能駕駛操作系統(tǒng)和智能座艙操作系統(tǒng)[1]，分別適用于車身控制域、智能駕駛域和智能座艙域三大域控制器。其中，經(jīng)典車控操作系統(tǒng)、智能駕駛操作系統(tǒng)均屬于車控操作系統(tǒng)（圖1）。

圖1 智能網(wǎng)聯(lián)汽車操作系統(tǒng)分類

智能座艙操作系統(tǒng)，又通稱為車載操作系統(tǒng)，主要面向座艙的信息娛樂服務(wù)和人機(jī)交互控制，應(yīng)用于車機(jī)中控平臺(tái)，重點(diǎn)關(guān)注應(yīng)用生態(tài)、智能化、互聯(lián)互通等需求，對(duì)于實(shí)時(shí)性、可靠性要求不高。該類操作系統(tǒng)發(fā)展迅速，目前業(yè)界產(chǎn)品包括QNX、AGL、Android、GeniVI、AliOS、WinCE等，系統(tǒng)之上的應(yīng)用生態(tài)也趨向繁榮。

經(jīng)典車控操作系統(tǒng)主要用于傳統(tǒng)的車輛控制領(lǐng)域，如動(dòng)力系統(tǒng)、底盤和車身系統(tǒng)。該類操作系統(tǒng)對(duì)實(shí)時(shí)性、可靠性、安全性以及標(biāo)準(zhǔn)化要求極高，產(chǎn)業(yè)鏈主要由整車廠和Tier 1集成供應(yīng)商主導(dǎo)，生態(tài)發(fā)展趨于穩(wěn)定成熟。

智能駕駛操作系統(tǒng)是指應(yīng)用于智能駕駛域控制器的操作系統(tǒng)，除對(duì)實(shí)時(shí)性、安全性、可靠性要求較高之外，還需滿足自動(dòng)駕駛場(chǎng)景下的高算力、高帶寬等性能要求。目前，智能駕駛操作系統(tǒng)在全世界范圍內(nèi)處于發(fā)展初期，技術(shù)路線和市場(chǎng)格局尚未明晰，生態(tài)建設(shè)仍待探索。

1.1 經(jīng)典車控操作系統(tǒng)

隨著電子控制的計(jì)算平臺(tái)和互聯(lián)網(wǎng)云端的連接，經(jīng)典車控操作系統(tǒng)功能也得到了極大拓展，呈現(xiàn)向智能化演進(jìn)的趨勢(shì)。在外部環(huán)境日益復(fù)雜的情況下，國(guó)產(chǎn)車控操作系統(tǒng)廠商、Tier 1供應(yīng)商有望利用國(guó)內(nèi)存量汽車替換機(jī)遇，在未來幾年加速追趕，推進(jìn)產(chǎn)品落地。主要廠商介紹見表1[2]。

表1 經(jīng)典車控操作系統(tǒng)主要廠商

1.2 智能座艙操作系統(tǒng)

智能座艙操作系統(tǒng)產(chǎn)業(yè)鏈上下游主要包括前裝零部件（如數(shù)字儀表盤、域控制器等）、信息娛樂系統(tǒng)、算法等。一方面，數(shù)字儀表盤、域控制器等前裝零部件和車機(jī)信息娛樂系統(tǒng)市場(chǎng)均由Tier 1供應(yīng)商主導(dǎo)，具體包括海外的偉世通、大陸、博世、電裝、日本精機(jī)等，以及國(guó)內(nèi)的德賽西威、航盛電子、均勝電子、東軟集團(tuán)等；另一方面，智能座艙算法供應(yīng)商圍繞各專業(yè)領(lǐng)域的布局相對(duì)分散，科大訊飛、思必馳、出門問問、云知聲等國(guó)內(nèi)供應(yīng)商聚焦語(yǔ)音交互，地平線、中汽創(chuàng)智、中科創(chuàng)達(dá)、誠(chéng)邁科技等深耕芯片和車機(jī)系統(tǒng)。同時(shí)，具備算法能力的廠商往往在智能座艙算法的供給上具備一定優(yōu)勢(shì)；此外，以阿里巴巴、谷歌、百度、華為等為代表的科技巨頭憑借在軟件和大數(shù)據(jù)領(lǐng)域的資源積累全面“進(jìn)軍”智能座艙操作系統(tǒng)生態(tài)。

智能座艙操作系統(tǒng)按照對(duì)底層操作系統(tǒng)的改造程度，主要分為3類。

（1）基礎(chǔ)型，需打造全新底層操作系統(tǒng)和所有系統(tǒng)組件，包括系統(tǒng)內(nèi)核、底層驅(qū)動(dòng)等，研發(fā)成本極高，如QNX、Linux、WinCE等操作系統(tǒng)。

（2）定制型，即在基礎(chǔ)型操作系統(tǒng)之上，根據(jù)應(yīng)用目的進(jìn)行定制化開發(fā)，如修改系統(tǒng)內(nèi)核、硬件驅(qū)動(dòng)、運(yùn)行環(huán)境、應(yīng)用程序框架等，有代表性的包括大眾VW.OS、特斯拉Version，國(guó)內(nèi)的華為鴻蒙HOS、阿里系斑馬智行AliOS等。

（3）ROM型，基于Linux或安卓等基礎(chǔ)型操作系統(tǒng)進(jìn)行有限的定制開發(fā)，不涉及系統(tǒng)內(nèi)核更改，一般只修改更新系統(tǒng)自帶的應(yīng)用程序等，大多數(shù)車企均采用此種形式定制開發(fā)其專屬操作系統(tǒng)[3]。

1.3 智能駕駛操作系統(tǒng)

全球智能駕駛操作系統(tǒng)仍處于起步階段，歐洲AUTOSAR組織針對(duì)車控操作系統(tǒng)，發(fā)布了Classic和Adaptive兩個(gè)平臺(tái)，分別對(duì)應(yīng)傳統(tǒng)控制類和自動(dòng)駕駛的高性能類。其中，Classic平臺(tái)已廣泛應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)控制器、電機(jī)控制器、整車控制器、BMS控制器等傳統(tǒng)嵌入式ECU中。而Adaptive AUTOSAR平臺(tái)不是對(duì)Classic平臺(tái)的升級(jí)替代，而是面向未來自動(dòng)駕駛、車聯(lián)網(wǎng)等復(fù)雜場(chǎng)景而提出的一種新型汽車電子系統(tǒng)軟件架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)。Adaptive AUTOSAR從2016年開始制定，采用了基于POSIX標(biāo)準(zhǔn)的操作系統(tǒng)和API接口技術(shù)規(guī)范，將更多地應(yīng)用在高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）等自動(dòng)駕駛領(lǐng)域，能夠滿足高計(jì)算能力、高帶寬通信、分布式部署等復(fù)雜場(chǎng)景需求。

2 智能網(wǎng)聯(lián)汽車操作系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)

2.1 操作系統(tǒng)正由軟硬一體化向解耦發(fā)展

以智能網(wǎng)聯(lián)、自動(dòng)駕駛為核心的出行服務(wù)模式形成后，將促使汽車產(chǎn)業(yè)從“軟硬件集成開發(fā)”向“軟件/硬件解耦單獨(dú)開發(fā)”轉(zhuǎn)變，整車電子電氣架構(gòu)將由分布式架構(gòu)向集中式架構(gòu)轉(zhuǎn)變。各領(lǐng)域的核心技術(shù)越來越依賴于軟件支撐，軟件需求和性能直接影響硬件的架構(gòu)和特性，分布式ECU的總線架構(gòu)逐步進(jìn)化為中央計(jì)算、中央通訊的架構(gòu)形態(tài)，促使車內(nèi)控制系統(tǒng)趨于形成統(tǒng)一的架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)和通用的硬件平臺(tái)，各類控制功能逐漸演變?yōu)榻y(tǒng)一平臺(tái)下的各類應(yīng)用。

通過基礎(chǔ)軟件幫助汽車軟硬件解耦分層，有效減少硬件需求量，增強(qiáng)軟件通用性，從而實(shí)現(xiàn)軟件架構(gòu)的軟實(shí)時(shí)、在線升級(jí)、操作系統(tǒng)可移植，有利于采集數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)多功能的應(yīng)用，真正實(shí)現(xiàn)“軟件定義汽車”。車企也可以利用應(yīng)用軟件在平臺(tái)化體系下的規(guī)模化復(fù)用，提升汽車的研發(fā)效率，降低研發(fā)成本[4]。

2.2 操作系統(tǒng)產(chǎn)品技術(shù)路線與生產(chǎn)企業(yè)逐漸收斂

汽車電子電氣架構(gòu)從傳統(tǒng)分布式架構(gòu)正在朝向域架構(gòu)、中央計(jì)算架構(gòu)發(fā)展，技術(shù)呈現(xiàn)計(jì)算集中化、軟硬件解耦化、平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)化以及功能開發(fā)生態(tài)化趨勢(shì)。現(xiàn)階段多個(gè)操作系統(tǒng)尚處于并行發(fā)展階段，未來隨著汽車電子電氣架構(gòu)的不斷演化，不同類型的操作系統(tǒng)將逐漸實(shí)現(xiàn)整合，第一階段核心是將安全車控操作系統(tǒng)整合到智能駕駛操作系統(tǒng)形成自動(dòng)駕駛操作系統(tǒng)，第二階段將進(jìn)一步整合自動(dòng)駕駛操作系統(tǒng)和智能座艙操作系統(tǒng)形成車內(nèi)統(tǒng)一智能網(wǎng)聯(lián)汽車操作系統(tǒng)，第三階段將延展到車外形成云端孿生式操作系統(tǒng)。未來的智能網(wǎng)聯(lián)汽車操作系統(tǒng)將不僅包含安全車控操作系統(tǒng)、智能駕駛操作系統(tǒng)和智能座艙操作系統(tǒng)，還可能延展到云端形成孿生操作系統(tǒng)。

3 我國(guó)面臨的瓶頸與問題

在外部環(huán)境日益復(fù)雜的情況下，保障我國(guó)智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)業(yè)鏈、供應(yīng)鏈安全穩(wěn)定面臨較大挑戰(zhàn)。

3.1 行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)格局較為分散，國(guó)產(chǎn)系統(tǒng)難以推廣

一方面，行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)格局較為分散，難以形成研發(fā)合力。智能網(wǎng)聯(lián)汽車操作系統(tǒng)市場(chǎng)潛力巨大，已吸引包括華為、普華、百度、阿里和騰訊在內(nèi)的眾多競(jìng)爭(zhēng)者進(jìn)入智能網(wǎng)聯(lián)汽車操作系統(tǒng)領(lǐng)域，從而導(dǎo)致我國(guó)智能網(wǎng)聯(lián)汽車操作系統(tǒng)市場(chǎng)參與者多、競(jìng)爭(zhēng)格局分散、研發(fā)能力較低，難以形成行業(yè)合力。另一方面，國(guó)產(chǎn)智能網(wǎng)聯(lián)汽車操作系統(tǒng)推廣難度大。汽車安全與人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全息息相關(guān)，智能網(wǎng)聯(lián)汽車操作系統(tǒng)的可靠性和安全性尤為重要，但國(guó)產(chǎn)智能網(wǎng)聯(lián)汽車操作系統(tǒng)“上車”較晚，安全性可靠性驗(yàn)證不足，因此車企往往愿意使用經(jīng)過市場(chǎng)檢驗(yàn)的操作系統(tǒng)產(chǎn)品，不愿意為嘗試國(guó)產(chǎn)智能網(wǎng)聯(lián)汽車操作系統(tǒng)而承擔(dān)相應(yīng)風(fēng)險(xiǎn)，致使國(guó)產(chǎn)智能網(wǎng)聯(lián)汽車操作系統(tǒng)難以推廣。

3.2 關(guān)鍵核心技術(shù)受制于人，存在“卡脖子”風(fēng)險(xiǎn)

（1）操作系統(tǒng)內(nèi)核開發(fā)難度較大，內(nèi)核技術(shù)基本被國(guó)外科技巨頭企業(yè)掌握，車企大多使用開源Android、Linux系統(tǒng)進(jìn)行二次開發(fā)，存在“斷供”風(fēng)險(xiǎn)。（2）缺少操作系統(tǒng)一體化架構(gòu)設(shè)計(jì)，高度依賴供應(yīng)商軟件產(chǎn)品，然而各家供應(yīng)商標(biāo)準(zhǔn)接口和協(xié)議各不相同，因此存在安全性和穩(wěn)定性風(fēng)險(xiǎn)。（3）缺少一體化開發(fā)設(shè)計(jì)平臺(tái)，在自動(dòng)駕駛操作系統(tǒng)領(lǐng)域，大多使用國(guó)外Autosar Classic和Adaptive平臺(tái)，我國(guó)自主研發(fā)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)薄弱，與國(guó)外仍有較大差距[5-8]。

3.3 標(biāo)準(zhǔn)等頂層設(shè)計(jì)不完善，缺少統(tǒng)籌考量規(guī)劃

國(guó)內(nèi)智能網(wǎng)聯(lián)汽車操作系統(tǒng)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)法規(guī)進(jìn)展緩慢。一是經(jīng)典車控操作系統(tǒng)方面，不同車型的底層電子電氣架構(gòu)、零部件標(biāo)準(zhǔn)接口不統(tǒng)一，大大提高了相關(guān)軟件產(chǎn)品研發(fā)、適配和應(yīng)用推廣的門檻。二是智能駕駛操作系統(tǒng)方面，我國(guó)尚無統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)用軟件的接口協(xié)議不規(guī)范等問題突出，在一定程度上制約了我國(guó)智能駕駛操作系統(tǒng)的發(fā)展。三是智能座艙操作系統(tǒng)方面，國(guó)際上還未發(fā)布相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，個(gè)性化開發(fā)規(guī)范不統(tǒng)一，存在信息安全風(fēng)險(xiǎn)。四是操作系統(tǒng)測(cè)試評(píng)價(jià)方面，我國(guó)缺乏統(tǒng)一的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)體系和可操作的測(cè)試指南，各機(jī)構(gòu)測(cè)試能力水平參差不齊，技術(shù)人員配備、仿真平臺(tái)搭建等方面存在較大差異，測(cè)試服務(wù)能力高低不一。

3.4 產(chǎn)業(yè)生態(tài)發(fā)展基礎(chǔ)薄弱，上下游步調(diào)不統(tǒng)一

（1）產(chǎn)業(yè)鏈發(fā)展基礎(chǔ)薄弱。國(guó)外Linux、Android、WinCE三大底層操作系統(tǒng)占據(jù)了88%的市場(chǎng)，而我國(guó)產(chǎn)業(yè)鏈前端進(jìn)展緩慢，難以有效滿足國(guó)內(nèi)汽車產(chǎn)業(yè)對(duì)自主操作系統(tǒng)的技術(shù)和性能要求。（2）產(chǎn)業(yè)鏈上下游發(fā)展步調(diào)不統(tǒng)一。產(chǎn)業(yè)鏈上游操作系統(tǒng)開發(fā)廠商研發(fā)進(jìn)度未能與下游整車企業(yè)研發(fā)周期相同步，存在各自為戰(zhàn)現(xiàn)象，在一定程度上限制了智能網(wǎng)聯(lián)汽車操作系統(tǒng)的發(fā)展[9-10]。（3）我國(guó)專業(yè)人才儲(chǔ)備不足，智能網(wǎng)聯(lián)汽車操作系統(tǒng)在我國(guó)起步晚、基礎(chǔ)弱，對(duì)于專業(yè)人才的能力水平要求高，但同時(shí)具備汽車專業(yè)背景，了解汽車架構(gòu)及軟件架構(gòu)的復(fù)合型人才較為稀缺。

4 結(jié)論

結(jié)合產(chǎn)業(yè)發(fā)展實(shí)際和經(jīng)驗(yàn)，建議從以下幾個(gè)方面綜合施策，加快能力提升，促進(jìn)展業(yè)發(fā)展。

4.1 明確行業(yè)發(fā)展路徑

在發(fā)展靠前的智能座艙域，加速智能座艙操作系統(tǒng)的路徑收斂和垂直整合，集約資源打造擁有國(guó)產(chǎn)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的主流產(chǎn)品，為相關(guān)產(chǎn)品提供政策支持，積極引導(dǎo)車企使用，減少產(chǎn)業(yè)鏈上下游與操作系統(tǒng)適配過程中的資源浪費(fèi)。在格局未定的智能駕駛域，充分發(fā)揮市場(chǎng)力量，鼓勵(lì)和引導(dǎo)國(guó)內(nèi)企業(yè)對(duì)標(biāo)Mobileye、英偉達(dá)、特斯拉等頭部企業(yè)，加大產(chǎn)品研發(fā)力度，提升技術(shù)先進(jìn)性，以自主芯片創(chuàng)新應(yīng)用為引領(lǐng)，加快推進(jìn)軟硬件一體化計(jì)算平臺(tái)研發(fā)。在存量替代的車身控制域，在保持與主流國(guó)際汽車軟件標(biāo)準(zhǔn)的兼容性要求的基礎(chǔ)上，突破新型電子電氣架構(gòu)下的實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)內(nèi)核等關(guān)鍵技術(shù)，打造拳頭產(chǎn)品，借助國(guó)產(chǎn)存量替代的機(jī)遇，減輕對(duì)外底層依賴和供應(yīng)鏈上游市場(chǎng)風(fēng)險(xiǎn)的影響。

4.2 加強(qiáng)關(guān)鍵技術(shù)研究

（1）聚焦智能網(wǎng)聯(lián)汽車操作系統(tǒng)關(guān)鍵核心技術(shù)，通過國(guó)家重大項(xiàng)目，支持相關(guān)技術(shù)研究、促進(jìn)產(chǎn)業(yè)發(fā)展和商業(yè)化運(yùn)作。（2）支持企業(yè)開展協(xié)同創(chuàng)新，整合產(chǎn)業(yè)鏈優(yōu)勢(shì)資源，攻關(guān)智能網(wǎng)聯(lián)汽車計(jì)算基礎(chǔ)平臺(tái)等關(guān)鍵共性技術(shù)，建立面向未來出行的融合創(chuàng)新平臺(tái)。（3）依托相關(guān)高校和科研院所成立重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和專業(yè)技術(shù)創(chuàng)新中心，加快成果轉(zhuǎn)化和產(chǎn)學(xué)研用一體化運(yùn)作，推進(jìn)具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力的智能網(wǎng)聯(lián)操作系統(tǒng)技術(shù)、產(chǎn)品及服務(wù)創(chuàng)新。

4.3 發(fā)揮標(biāo)準(zhǔn)引領(lǐng)作用

（1）針對(duì)我國(guó)汽車基礎(chǔ)軟件行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范缺失的問題，從國(guó)家層面構(gòu)建統(tǒng)一、規(guī)范的發(fā)展規(guī)劃和標(biāo)準(zhǔn)推進(jìn)機(jī)制；（2）借鑒AUTOSAR等國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，加快制定符合我國(guó)智能網(wǎng)聯(lián)汽車發(fā)展特點(diǎn)和趨勢(shì)的操作系統(tǒng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，構(gòu)建合理、完善、先進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)體系和測(cè)試評(píng)價(jià)體系；（3）著力解決企業(yè)在跨平臺(tái)、跨系統(tǒng)集成應(yīng)用方面面臨的復(fù)雜兼容性問題，支撐智能網(wǎng)聯(lián)汽車操作系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)多端部署、跨域連接、信息融合和大規(guī)模應(yīng)用。

4.4 完善產(chǎn)業(yè)發(fā)展機(jī)制

智能網(wǎng)聯(lián)汽車操作系統(tǒng)涉及的產(chǎn)業(yè)鏈龐大復(fù)雜，關(guān)聯(lián)眾多重點(diǎn)領(lǐng)域協(xié)同創(chuàng)新，需加強(qiáng)部門間協(xié)同配合，著力解決網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、軟硬件架構(gòu)升級(jí)、自動(dòng)駕駛應(yīng)用、數(shù)據(jù)共享利用等關(guān)鍵問題。充分尊重技術(shù)發(fā)展規(guī)律和產(chǎn)業(yè)融合特點(diǎn)，鼓勵(lì)多主體參與和多路線發(fā)展，做好主機(jī)廠、供應(yīng)商等供需雙方的對(duì)接，合理布局全棧軟硬件生態(tài)，補(bǔ)齊短板，鍛造長(zhǎng)板，實(shí)現(xiàn)戰(zhàn)略引領(lǐng)。