今年全国两会期间,全国人大代表、哪吒汽车创始人兼董事长方运舟的多项议案与中国汽车产业技术发展息息相关。其中包括“成立中国汽车操作系统‘国家队’,集中力量攻克智能汽车操作系统的核心技术难题”的建议。

 

如何突破汽车研发领域“卡脖子”技术,成为近两年业内热议的话题。

 

智能汽车行业处于前所未有的大变局之中,已经开启的电动化时代,软件成为了为数不多能够进一步提供差异化定位的核心竞争力之一。

 

无论是通过摄像头雷达实时更新地图数据包,还是通过收集用户数据掌握驾驶模式规律,或者是在Spotify等流媒体软件上下载最新的单曲,对In-Car-Payment进行安全升级,甚至是像特斯拉一样通过回收海量数据对自动驾驶算法进行持续训练,支持这些功能可能实现的大前提都来自于车载操作系统的进步。

 

车载操作系统,在技术层面是整合各类型软件应用以及适应中央集中式电子电气架构的必要基础,在另一部分是确保车企与用户之间粘性以及维护车企数字主权的最关键一环。近年来,车载OS领域竞争急剧升温,开始上演新一轮智能汽车入口争夺战。

 

车载操作系统行业现状

目前,车载操作系统赛道上大大小小的参赛者数以十计,正处于互相混战的市场局势。按照汽车开发者角度来看,汽车操作系统主要分为通用操作系统(GPOS)和实时操作系统(RTOS)。

 

  • GPOS适合用在时间要求不严格的系统/应用程序,一般用于中控娱乐系统,人机交互界面呈现方面。

 

GPOS向下集成芯片硬件,向上提供开发框架和算法库,支撑用户应用平台的定制开发,从用户端为语音和图像识别等提供支撑,需要具备良好的移植性和便捷的开发接口。

 

Linux:Linux是一款开源、高效、灵活的OS,具备很大的定制开发灵活度。但因为会牵扯大量的开发,汽车行业很少直接采用Linux,OEM和供应商需要在一个比较固定和可靠的Linux版本上进行开发,当前通用操作系统大部分都脱胎于Linux,不论安卓还是国内的AliOS。目前基于Linux内核的OS在智能座舱OS市场中占据约20%份额。

 

虽然Linux各方面指标都很强,但在硬实时性要求极高的领域表现不足,因为在行车过程中驾驶员总会遇到很多突发事件,快速响应、处理这些意外事件就成了车载OS 的必备技能。

 

AGL(Automotive Grade Linux):AGL是一个协作性开源项目,以Linux为核心,将汽车制造商,供应商和技术公司召集在一起,以加快开发和采用用于联网汽车的完全开放的软件堆栈。AGL正在从头开始开发一个开放平台,可用作事实上的行业标准,以实现新功能和新技术的快速开发。

 

AGL设立初衷是提供一个车规级的信息娱乐系统,但随着自动驾驶的发展,未来还会加入更多的功能,不仅会融合仪表盘、舱内控制的功能,还会覆盖自动驾驶的相关功能。AGL目前已经吸引了超过一百多家OEM、Tier1和芯片厂商的加入。当未来AGL开枝散叶,将继续释放行业潜力。

 

Android(安卓):Android系统在手机时代大家再熟悉不过了,起初Android本未涉足车载OS。但部分供应商为了低成本应用将Android搬上了汽车,在大部分汽车电气化不足,自动驾驶尚处于概念之时,各色Android车载OS驾着车联网的东风,悄无声息的在车载信息娱乐OS市场攻城拔寨。

 

看到市场机遇的谷歌,投入精力开发了Android Auto,基于Linux内核和其他开源软件的修改版本,专门服务车载领域。Android的客户不仅包括绝大部分后装供应商,同时也有新兴造车势力,传统OEM,由于其开源特性,主要被用于信息娱乐、导航等对安全性要求较低,个性化需求多的领域。目前在国内汽车信息娱乐系统中占据主流。

 

作为开源OS,Android对中低端OS开发商具有较大的吸引力,但给后期版本升级和系统漏洞等带来了风险和技术维护成本。同时,对漏洞、安全低容忍的仪表、辅助驾驶等相关系统,Android显得力不从心。

 

AliOS:2015年阿里基于Linux Kernel LTS开发出YunOS,并与上汽合资成立斑马网络公司进行业务推广。YunOS在2017年更名为Alios,并宣布开源。

 

 

AliOS属于智能座舱OS,AliOS添加了云服务相关的模块以接入阿里巴巴的生态环境,通过先进的交互方式对座舱内部件的操控以及获取娱乐导航等信息服务。同时AliOS也凭借强大的端云结合特性,通过将车载、云平台、生态三个方面进行有机结合,打造更强大的生态。目前已有上汽、东风雪铁龙、福特等车企使用了基于AliOS的系统。

 

华为鸿蒙:2019年华为推出Harmony OS鸿蒙,可应用在手表、大屏、车机与PC,从2020年发布的鸿蒙OS2.0版本开始正式支持车机。

 

华为此前已经宣称这款操作系统经过多年时间的打磨,已经成功解决不少系统底层的难题,还在持续投入并鼓励全球应用开发者共同丰富软件生态。华为鸿蒙的一大优势在于,有着庞大的移动设备出货量,这有助于鸿蒙系统吸引开发者,促进应用生态形成并迁移到车端。但目前尚未得知应用情况。

 

此外,常见的通用操作系统还有以下几种: 

 

与非网制图

 

  • RTOS用于对时间要求较为严格的系统,用于数字仪表、驾控安全、车辆运动等对安全要求较高的领域。

 

QNX:老当益壮的QNX系统已问世超过40年,在车载OS领域中占据主要市场份额,根据IHS第三方统计数据显示,QNX在汽车操作系统市场的占有率超过75%,在强调安全性的仪表盘以及驾驶辅助领域,其市占率更是几近100%。

 

QNX OS for Safety是通过ISO 26262 ASIL D最高级别安全认证的实时操作系统,具有独特的微内核架构,模块化、分布式、弱耦合、功能安全和高可靠性等特点,具备整车厂最为看重的优势。目前,QNX在汽车嵌入式操作系统的市场在对功能安全和网络信息安全有要求的细分领域,占有率位居第一,全球几乎全部的OEM和排名前几的Tier1厂商都是QNX的客户。

 

黑莓 QNX大中华区首席代表董渊文向笔者表示,QNX之所以能够取得现在的市场份额和行业地位,一方面原因在于QNX起步时间早,有较强的基础积累;另一方面,QNX几乎抓住了汽车电子发展的每个热点趋势,从最早的大屏中控娱乐信息系统,到Telematics车联网、全液晶仪表领域,再到后来的智能数字座舱控制器、高级辅助驾驶系统、自动辅助驾驶域控制器、高性能计算平台和中央网关域控制器等,QNX始终踩着节点与时俱进,为汽车安全保驾护航。

 

此外,常见的实时操作系统还有以下几种:
 

与非网制图

 

不难看到,目前汽车行业充斥着各类车载OS方案,主要来自于传统软件大厂、主机厂、BAT等科技巨头以及造车新势力。实际上,多数所谓的OS都是在QNX、Linux和Android的基础上进行开发,也多局限在上层应用,均没有深入到系统底层。

 

车载OS竞争格局

车载OS自上个世纪90年代逐渐兴起。近些年,智能网联汽车发展浪潮推动着车载OS步入高速发展期,产业日益繁荣。目前行业还没有统一的OS标准,核心知识产权主要被黑莓QNX、谷歌Android以及许多基于Linux定制的OS等软件企业掌握,整车OEM和Tier1供应商通常在这些OS的基础上开发定制化产品。

 

QNX作为高安全的实时操作系统,是一种遵从POSIX规范的类Unix实时操作系统,目标市场主要是面向嵌入式系统,在车用市场占有率较高。

 

与QNX针锋相对的便是基于Linux内核二次开发而成的一众高度定制化的操作系统,特斯拉Version系列是其中的著名代表。随着戴姆勒、丰田、大众、阿里、华为们在娱乐信息系统领域纷纷押宝Linux或Android,正在改变Linux匮乏的生态,Linux凭借开源稳定、相关开发人才数量众多等天然优势,使得基于Linux内核的操作系统正在快速抢占娱乐信息系统的市场份额;

 

Android保留了开源免费等先天性优点外,还拥有极其丰富的内容生态以及更简单的二次开发,使得安卓天然在车载影音娱乐系统上极具竞争力。Android车载系统也就此在Linux和QNX的夹缝中找到了切入口,Android的开放让许多主机厂进入了定制化自研OS的道路,例如比亚迪、小鹏、蔚来等,使得Android在汽车领域的市场份额不断扩大。但Android存在的系统碎片化、安全性弱等问题一并传递到汽车端,出于对安全性的忧虑,传统车企们暂时仅计划将Android车载系统引入影音娱乐系统,在车载版娱乐系统中使用率较大。

 

另一角度来看,Android车载系统是最方便、最廉价、最快速实现的车载系统解决方案,但是其代价则是车企将失去对用户数据的掌控权,数据主权的丧失也意味着未来“软件定义汽车”的决定权。至于选择了第三方车载OS的车企,他们与互联网公司之间存在利益博弈,来自汽车底层的以及用户的数据就是双方的争夺点。

 

因此,对于不愿意丢失数字主权的车企而言,在保留现有QNX系统框架的前提下选择Linux的深度定制之路是比较好的方式之一。拥有独立自主车载操作系统的车企还可以借助自家的操作系统实现与汽车和用户之间的双向数据交流。

 

综合来看,当前车载OS领域竞争急剧升温,QNX凭借安全性优势继续深耕底层操作系统,“垄断”市场,Linux基于开源特性和广大工程师基础默默吸取市场份额,谷歌充分发挥Android开源优势和生态基础向第三方开发者开放Android Automotive OS,大众提出要自研vw.OS,特斯拉继续深耕Version以求掌握数据资源,阿里进行重组并开放三大融合模式,华为鸿蒙同样剑指汽车...各方企业开始上演新一轮智能网联汽车入口争夺战。

 

本土操作系统的机会

“缺芯少魂”一直是国内产业之痛。严格意义上来说,QNX、Linux和Android是“血统纯正”的车载OS,也是当前市场的三大阵营。

 

看回本土市场,阿里、华为、百度等基于Linux或Android内核开发操作系统,凭借各自原有业务基础优势的支撑,深耕布局。

 

StrategyAnalytics全球汽车行业高级分析师表示,AliOS、小度OS以及未来的华为鸿蒙等,如果要想在车载OS领域施展抱负,取得一定的市场份额,要妥善处理好与车企间的利益关系,一定要明确自身定位,充当供应商的角色。

 

黑莓QNX大中华区首席代表董渊文表示,一套好的RTOS所需具备的条件是实时性、安全性、稳定性、可靠性、弱耦合性、、丰富的生态,以及良好的人机交互体验。汽车电子的关键技术分为芯片-操作系统-中间件-应用和算法-云和数据等五大环节,国内做操作系统的厂商多是基于Android或Linux,相当于是依托于两者之上,做中间件和应用部分,提供系统开发环境,帮助用户灵活、高效地开发和集成复杂的应用软件,主打生态。

 

 

黑莓QNX通过TUV莱茵的ISO26262 AISL D最高等级功能安全认证,同时也是ISO/SAE21434基础软件组操作系统类的唯一成员,是汽车电子系统中对功能安全与网络信息安全领域构建对安全性至关重要的操作系统,加快汽车制造商和嵌入式软件开发者的开发速度,简化功能安全认证过程。此外,QNX还为开发团队提供了一个强健可靠的Hypervisor虚拟化技术,帮助开发团队得以在底层操作系统上运行 Android 和 Linux ,将 Android 和 Linux 添加到 SoC 中,降低系统复杂性。

 

横向来看,QNX、Linux、Android、AliOS和华为鸿蒙各有千秋,面对操作系统行业的发展趋势与巨头的竞争格局,本土企业要清醒的看到与黑莓、谷歌等巨头之间的差距,汽车操作系统加速发展势头之下,要学会躬身入局,在各自擅长的赛道上向前发展。

 

在今年刚刚结束的全国两会上,哪吒汽车创始人兼董事长方运舟议案与中国汽车产业技术发展息息相关。其中包括“成立中国汽车操作系统‘国家队’,集中力量攻克智能汽车操作系统的核心技术难题”的建议。

 

但从中国汽车产业整体来看,汽车操作系统未能得到足够重视,也尚未形成发展研发合力。对此,方运舟建议组建智能汽车操作系统“国家队”,制定中国汽车操作系统的发展纲领,产业政策和发展方向,制定中国汽车操作系统的准入原则与资质。同时建议设立重大技术专项基金,组织和协调企业与科研研究院所进行核心技术攻关;设立产业引导基金和产业发展基金。鼓励和协调中国汽车操作系统产业链的发展等措施。

 

建议背后,不难看出中国智能汽车产业在关键技术上被“卡脖子”的窘境,以及不希望继续被“卡脖子”的决心。

 

车载操作系统未来的发展趋势

传统整车企业已意识到软件定义汽车将是产业链、组织要素的重构,关系到企业未来的生存,纷纷提出转型出行服务提供商的战略目标。未来车载OS发展方向,车企主导将成为关键,这将有利于系统应用的开发、生态完善和后续更新。

 

丰富的娱乐和增强型显示,不但注重车辆的功能实现还注重人机交互之间的呈现,所以这里会更加依赖图形界面更加丰富的GPOS;更加强大的智能驾驶,需要更强大的智能控制系统,所以满足安全需求的RTOS也会得到更加的重视。

 

但随着仪表系统被液晶显示取代,液晶仪表以及其它涉及安全功能的部分需要可靠的系统来驱动,供应商以及OEM的做法是使用两套软件隔离甚至硬件隔离的方案,QNX或Linux系统用来驱动仪表系统,信息娱乐系统则Android身影出现的较多。

 

对于车载操作系统未来的发展趋势,可以总结为以下几点:

 

  • 虚拟机

目前,以博世为首的Tier1提出了域控制器(DCU)的概念,根据汽车电子部件功能将整车划分为动力总成,车辆安全,车身电子,智能座舱和智能驾驶等几个域,利用处理能力更强的多核CPU/GPU芯片相对集中的去控制每个域,以取代目前的分布式汽车电子电气架构。

 

但是这样的设计又与汽车电子功能安全标准背道而驰。例如智能座舱系统ECU将原有的车载信息娱乐系统与V2X、HMI、仪表等数据融合在一起处理,但根据功能安全ISO26262标准定义,仪表的某些关键数据和代码与HMI的代码属于不同等级要求(ASIL),从安全角度应该进行物理上的隔绝。

 

汽车既需要安全,但同时大家又越来越重视汽车智能和娱乐。同时,对于底盘和动力系统,由于功能设计高度实时性,基础软件平台需要搭载实时精简内核的操作系统,同时设计需要充分考虑功能安全,基于高性能计算单元的软件开发需要搭载复杂操作系统。由于上层应用开发需要基础软件平台提供统一接口,多种操作系统的共生需要开发Hypervisor。因此,在现有汽车架构发展趋势下,采用虚拟机管理成为一种趋势。

 

引入虚拟机管理的关键意义在于虚拟机可以提供一个同时运行两个独立操作系统的环境,比如在智能座舱ECU中同时运行Android和QNX,为智能汽车提供高性价比且符合安全要求的平台。为了满足这类需求,基础软件平台中的车载操作系统、Hypervisor 和中间件需要进行无缝集成,并且兼容不同应用开发,减少重新设计带来的成本浪费,避免软件生态的不畅。

 

  • 标准化、生态化

任何主机厂在考虑其操作系统时候都会考虑生态化,而标准化可以让更多的人参与进来设计程序,满足日益丰富的不同的客户需求,加快生态建设。总体上朝开源,标准化的操作系统是应对未来汽车生态化的需求。

 

结语

智能网联汽车时代,更加注重跨行业的融合创新,各家企业都应认清自己的边界和特长,以此进行利益分配。车载操作系统行业,不管是车企自主研发,还是选择第三方解决方案,车载OS的市场竞争并非“非黑即白”,每一类OS都有自己的市场空间。

 

对于汽车操作系统的未来,方运舟作了一个生动的比喻。他表示:“全球车辆操作系统像是2010年左右的手机操作系统,有塞班、黑莓这样垂垂老矣的老人,也有苹果、Android系统这样的新锐。但没人当时能想到未来几年Android会迅速占据主导地位,在全球有数亿的装机量和上万个APP应用,深刻改变着我们的社会生活。今天的汽车操作系统也同样如此,它未来发展正如10年前手机操作系统一样扑朔迷离。而中国要想从汽车大国迈向汽车强国,就必须开发出自己的汽车操作系统,争夺话语权。如果竞争中失去自主技术与自主能力,就意味着中国汽车会失去50年甚至更多年的发展机遇。”