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盖世汽车研究院:国产智能驾驶操作系统开始突围

2023/02/21
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汽车智能化趋势下,在自动驾驶功能从L2向L2+、NOA演进过程中,传感器的种类和数量以及需要处理的数据大幅增加,简单的MCU已经无法完成复杂的数据处理任务,亟需一个强大的实时操作系统

智能驾驶操作系统(Operating System,OS)作为软件定义汽车的灵魂,将会成为自动驾驶汽车发展的核心竞争力之一。国内外不同背景的厂商纷纷发力智驾OS领域,以抢占智能化比拼的话语权。

基于此背景,盖世汽车研究院对从技术和市场两方面来研究智能驾驶OS产业的发展现状及趋势,供相关人士参考。本报告部分内容如下:

 

EE架构由分布式向集中式发展,汽车软件由嵌入式软件开发被全栈式软件开发所取代。在域架构下,全栈式软件开始分层化、平台化、模块化,软件开发趋于SOA(面向服务)架构,汽车OS发挥承上启下的作用,负责对内管理和对外交互。

广义的汽车OS包括系统软件和功能软件两大部分,核心作用是支撑智能座舱、智能驾驶等应用的实现,为用户提供数字化体验,为新一代汽车赋予更多能力和价值,汽车OS是软件定义汽车的核心。

智能驾驶OS面向智能驾驶,用于智驾域控制器,对安全性、可靠性、算力等要求较高。目前行业对于智驾OS的软件架构基本形成了共识,即广义的智驾OS包括系统软件(内核、虚拟化、中间件)和功能软件两大部分,向下适配异构分布硬件架构,向上支撑应用开发,为车载智能计算平台的核心。

虚拟化技术可使多个不同安全等级的系统运行在统一计算平台上,是智能驾驶中重要的基础软件。目前QNX Hypervisor是目前市场上唯一通过ASIL D 级功能安全等级认证的虚拟化操作系统,具有高性价比与高安全的优势,为国内主流虚拟机方案,标准化程度较高。

智驾OS内核旨在提供操作系统最基本的功能,决定着系统的性能和稳定性。智驾OS对实时性要求较高,目前主流的驾驶域OS内核有QNX、Linux和Vxworks三类,格局较稳定。目前自动驾驶初创公司和车企自研的自动驾驶OS,都是基于上述内核自研中间件和应用软件,如Waymo、百度、特斯拉Mobileye等。

中间件在汽车软硬件解耦的趋势中发挥了关键的作用,在很大程度上决定了SDV的软件框架,从而决定了车企之间的技术差异性和先进性,是车企软件开发的重要一环。

目前汽车中间件呈现多种技术路线并存的态势,主流的车载中间件方案包括 AUTOSAR、ROS 2、Cyber RT 等,其中AP AUTOSAR目前在自动驾驶中应用最广泛。

自动驾驶的发展带动了系统内部不同进程、线程之间巨量的数据交换,通信中间件在自动驾驶软件开发中日趋重要,当前行业内主要基于SOME/IP、DDS两类通信中间件进行SOA服务化开发。

功能软件是根据SOA的架构设计理念,通过提取智能驾驶核心共性需求,形成智能驾驶各共性服务功能模块,从而高效实现驾驶自动化功能。一般包括传感器抽象、感知融合、定位、预测、决策规划、执行器抽象6个共性功能。主机厂基于自身策略,在设计和开发功能软件时可选择不同的功能模块和算法组件,实现拼插式功能组合,灵活构建智驾系统级解决方案。

智能驾驶OS目前尚无成熟解决方案,缺乏实时安全的内核、中间件、虚拟化及双解耦的功能软件,为我国智能汽车“卡脖子”的技术之一。

市场方面,未来规模化应用下,内核、虚拟化、中间件、功能软件等基础软件的单车成本有望下探,但随着应用功能的复杂度增加,基础软件的单车使用量会有所提升,整体智驾OS市场将会随着整车销量而上涨。自动驾驶OS市场的玩家数量也在快速增加,其中功能软件和中间件差异化程度较高,为业界开发的重点领域。

零部件厂商方面,芯片厂(如英伟达、地平线)、传统Tier1(如博世、大陆)、互联网科技公司(如百度、华为)、第三方商业软件商(如国汽智控、东软睿驰)等产业链上不同类型的玩家凭借各自的基础优势,纷纷涉足智驾OS领域,或提供关键软件(如中间件)、或提供整体解决方案(芯片+OS)、或提供平台化开发工具(基础软件平台),通过各种方式赋能主机厂SOA软件架构的开发。未来SDV趋势下,拥有“硬件+底层软件+中间件+应用软件算法+系统集成”全栈技术能力的厂商将具备竞争优势。

主机厂方面,各车企对实现智驾OS自主可控的诉求愈发强烈,纷纷入局开发相关软件技术(如大众、奔驰、上汽),或成立软件子公司(软件部门),或与第三方软件公司合作,其大多数是基于现有内核研发中间件和功能软件,智驾OS预计在2025年迎来量产期。

展望未来,随着EE架构向集中化方向迭代升级,用一个中央计算平台控制整车成为趋势,未来融合各操作系统为一体的整车OS成为各车企目标。未来软件开发的生态将重新建立,软件商的话语权将逐渐提升,车载中间件有望成为国产汽车软件的突破点。

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