摘要

汽車行業(yè)正經(jīng)歷一場由軟件定義汽車（SDV）驅(qū)動的根本性變革。在這一變革中，軟件不僅協(xié)調(diào)車輛功能，還通過服務(wù)化重新定義價值主張，使服務(wù)成為關(guān)鍵差異化因素，而非物理產(chǎn)品本身。本文探討了行業(yè)從硬件為中心的范式向軟件定義范式的轉(zhuǎn)變，通過對科學(xué)文獻(xiàn)和專利的系統(tǒng)分析，全面綜述了軟件定義汽車（SDV）的相關(guān)研究。文章闡述了汽車架構(gòu)從分布式計算架構(gòu)向集中式計算架構(gòu)的演進(jìn)歷程，探討了軟件定義汽車（SDV）的發(fā)展前景與面臨的挑戰(zhàn)。特別地，本文重點指出了當(dāng)前存在的關(guān)鍵障礙，包括分散的認(rèn)證框架、標(biāo)準(zhǔn)化工具鏈的缺失、持續(xù)驗證支持不足以及軟件維護(hù)與維修復(fù)雜度的不斷上升。其他相關(guān)問題還涉及漏洞管理、長期軟件支持、供應(yīng)鏈去中心化、法規(guī)合規(guī)性，以及開放數(shù)據(jù)集、模擬器和基準(zhǔn)測試工具的匱乏。軟件定義汽車（SDV）的軟件核心特性還對硬件的可擴展性和前瞻性設(shè)計提出了新的要求。最后，本文展望了未來的發(fā)展方向與研究機遇，如生態(tài)系統(tǒng)協(xié)作、開放式創(chuàng)新、開放標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)集、開放式教育模擬器與測試平臺、可量化的體驗質(zhì)量（QoX）、認(rèn)知數(shù)據(jù)采樣以及上下文可觀測性等。本研究為軟件定義汽車（SDV）如何從根本上重塑汽車技術(shù)及商業(yè)模式、邁向智能化、服務(wù)化的移動生態(tài)系統(tǒng)提供了結(jié)構(gòu)化且具有前瞻性的視角。要充分釋放其潛力，必須在軟件定義汽車（SDV）的全生命周期中解決一系列技術(shù)、運營、法規(guī)和組織層面的挑戰(zhàn)。

一、引言

軟件定義汽車（SDV）標(biāo)志著汽車行業(yè)的變革性轉(zhuǎn)變，擺脫了傳統(tǒng)以硬件為中心的設(shè)計模式，轉(zhuǎn)向以軟件為核心來定義車輛功能、性能和用戶體驗（UX）的全新范式。這一變革與消費電子設(shè)備的發(fā)展趨勢相呼應(yīng) —— 消費電子產(chǎn)品已演變?yōu)檐浖?qū)動、云連接的平臺，能夠支持各類新型數(shù)字應(yīng)用和服務(wù)，并可通過持續(xù)升級不斷優(yōu)化。軟件定義汽車（SDV）還推動了汽車行業(yè)與云計算行業(yè)的融合，將實時控制與可擴展、互聯(lián)且可持續(xù)更新的軟件平臺相結(jié)合。借助計算能力、 connectivity、面向服務(wù)架構(gòu)（SoA）和微服務(wù)等領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步，軟件定義汽車（SDV）能夠?qū)囕v功能和特性進(jìn)行更新、增強和個性化定制，且通常無需進(jìn)行任何物理改裝。

軟件定義汽車的概念應(yīng)運而生，部分原因是傳統(tǒng)車輛的用戶體驗具有靜態(tài)性和局限性。相比之下，智能手機作為可升級平臺，能夠持續(xù)優(yōu)化用戶體驗，這也凸顯了傳統(tǒng)車輛在適應(yīng)性和功能擴展性方面的不足。與此同時，聯(lián)網(wǎng)自動駕駛汽車（CAV）的興起進(jìn)一步凸顯了對現(xiàn)代化、可擴展的云連接架構(gòu)的需求 —— 這種架構(gòu)需實現(xiàn)軟件與車輛硬件的解耦。

值得注意的是，現(xiàn)代豪華汽車的軟件復(fù)雜度已超過先進(jìn)航空器。例如，F(xiàn)-22 “猛禽” 戰(zhàn)斗機的代碼量約為 170 萬行，波音 787 “夢想客機” 約為 650 萬行，而如今的高端汽車集成的代碼量可能超過 1 億行。這些數(shù)百萬行的代碼通常嵌入在車輛中近 100 個電子控制單元（ECU）中，每個 ECU 負(fù)責(zé)運行一項或多項特定的車輛功能，包括復(fù)雜的傳感器和執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò)。這種由數(shù)量不斷增加的 ECU 組成的分布式架構(gòu)，其嵌入式軟件在車輛售出后無法修改，已不再適合管理未來車輛的復(fù)雜性。在新的軟件定義汽車（SDV）范式中，所有車輛功能和特性都被設(shè)想為軟件驅(qū)動的服務(wù)，理想情況下運行在集中式計算平臺上，而非專用的獨立 ECU。這一變革以模塊化架構(gòu)為特征，實現(xiàn)了軟件與底層硬件的解耦，通過空中下載（OTA）修改或添加特定領(lǐng)域、跨領(lǐng)域及基于生態(tài)系統(tǒng)的應(yīng)用程序或服務(wù)，為持續(xù)創(chuàng)新創(chuàng)造了新的機遇。

這種向以軟件為中心、互聯(lián)且可持續(xù)更新的車輛范式轉(zhuǎn)變，不僅重新定義了車輛的開發(fā)和維護(hù)方式，還改變了其使用方式和盈利模式。隨著軟件定義汽車（SDV）演變?yōu)榭删幊唐脚_，它們?yōu)閲@服務(wù)而非單純硬件的價值創(chuàng)造模式打開了大門。在此背景下，服務(wù)化概念具有重要意義。服務(wù)化指原始設(shè)備制造商（OEM）從銷售產(chǎn)品向提供集成產(chǎn)品 - 服務(wù)系統(tǒng)（PSS）轉(zhuǎn)型的過程，其競爭優(yōu)勢不僅來自硬件，還來自增值服務(wù)。服務(wù)化已成為原始設(shè)備制造商（OEM）支持未來經(jīng)濟增長和產(chǎn)品差異化的潛在機遇。通過擴大市場、建立長期客戶關(guān)系和獲得多項成本優(yōu)勢，服務(wù)化提供了極具吸引力的價值主張。它不僅包括在傳統(tǒng)產(chǎn)品中添加服務(wù)，在某些情況下，還涉及用完全基于服務(wù)的解決方案替代物理產(chǎn)品。表 1 展示了各類服務(wù)化商業(yè)模式在軟件定義汽車中的應(yīng)用，凸顯了從產(chǎn)品所有權(quán)向功能即服務(wù)（FaaS）支持的結(jié)果導(dǎo)向型服務(wù)范式的轉(zhuǎn)變。

表 1、汽車行業(yè)服務(wù)化商業(yè)模式的演進(jìn)

軟件定義汽車（SDV）的架構(gòu)演進(jìn)顯著增強了原始設(shè)備制造商（OEM）適應(yīng)這些新興商業(yè)模式和不斷變化的客戶期望的能力。在 “服務(wù)僅作為必需品” 的傳統(tǒng)模式中，客戶主要購買具有固定功能集的物理產(chǎn)品，除偶爾的保修支持外，制造商與客戶之間幾乎沒有額外交易。隨著客戶需求轉(zhuǎn)向 “增值服務(wù)”，軟件定義汽車（SDV）使原始設(shè)備制造商（OEM）能夠通過空中下載（OTA）提供按需功能和個性化功能更新。當(dāng)發(fā)展到 “服務(wù)作為業(yè)務(wù)核心” 模式時，軟件定義汽車（SDV）固有的靈活性支持訂閱制增強功能、按使用量定價和上下文感知功能激活等新商業(yè)模式，使原始設(shè)備制造商（OEM）能夠隨著時間的推移動態(tài)地將車輛功能貨幣化。最終，在最成熟的 “服務(wù)作為核心業(yè)務(wù)” 模式中，軟件定義汽車（SDV）成為完全以結(jié)果為導(dǎo)向的移動平臺的賦能者 —— 在這一平臺中，不僅功能，整個車輛都與所有權(quán)分離。服務(wù)完全由軟件協(xié)調(diào)，按需滿足用戶需求。因此，軟件定義汽車（SDV）架構(gòu)通過實現(xiàn)軟件與硬件的解耦，并支持在車輛全生命周期內(nèi)提供持續(xù)、靈活且以用戶為中心的服務(wù)，不僅為這一演進(jìn)提供了支持，更是其根本驅(qū)動力。

本文全面綜述了軟件定義汽車（SDV）的相關(guān)研究，分析了行業(yè)和學(xué)術(shù)研究的現(xiàn)狀，包括技術(shù)進(jìn)步和障礙。文章探討了軟件定義汽車（SDV）的發(fā)展前景以及汽車軟件化的復(fù)雜性，并聚焦軟件在汽車生態(tài)系統(tǒng)中的長期影響，展望了未來的研究機遇。通過本綜述，旨在為關(guān)于軟件定義汽車（SDV）的未來及其對汽車行業(yè)影響的持續(xù)討論提供參考。

本文其余部分結(jié)構(gòu)如下：第二部分描述軟件定義汽車（SDV）的三個發(fā)展階段；第三部分遵循 PRISMA 方法，對軟件定義汽車（SDV）相關(guān)的科學(xué)文獻(xiàn)和專利進(jìn)行系統(tǒng)綜述；第四部分探討軟件在汽車行業(yè)中的作用，分析汽車軟件化的前景與挑戰(zhàn)以及行業(yè)如何應(yīng)對以軟件為中心的變革；第五部分概述潛在的發(fā)展方向和研究機遇；最后，第六部分總結(jié)全文。

二、軟件定義汽車（SDV）架構(gòu)的演進(jìn)

軟件定義汽車在架構(gòu)和功能上都實現(xiàn)了根本性變革。這一變革可通過四個演進(jìn)階段來理解：硬件定義汽車 / 軟件定義汽車 0.0（HDV/SDV 0.0）、軟件定義汽車 1.0（SDV 1.0）、軟件定義汽車 2.0（SDV 2.0）和軟件定義汽車 3.0（SDV 3.0），如圖 1 所示。每個階段都體現(xiàn)了軟硬件分離以及計算模塊集群化和集中化的顯著進(jìn)步。

圖1、SDV世代

（一）硬件定義汽車 / 軟件定義汽車 0.0：分布式架構(gòu)

傳統(tǒng)汽車通常被稱為硬件定義汽車（HDV）或軟件定義汽車 0.0（SDV 0.0），由分布式的專用電子控制單元（ECU）系統(tǒng)組成，這些 ECU 帶有嵌入式軟件并連接到車輛總線。在傳統(tǒng)汽車模式中，機械和電子部件獨立運行，每個功能都有專用的電子控制單元（ECU），并配備集成或嵌入式軟件。一輛高端汽車可能擁有超過 100 個這樣的電子控制單元（ECU）。嵌入式軟件難以更改或更新，車輛依賴固定功能的硬件，導(dǎo)致開發(fā)成本高且功能部署周期長。

軟件定義汽車（SDV）架構(gòu)的設(shè)計初衷是將這種靜態(tài)系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)楦邉討B(tài)性和靈活性的系統(tǒng) —— 通過將應(yīng)用程序軟件、操作系統(tǒng)（OS）和其他中間件與底層硬件解耦或分離，并將它們整合到數(shù)量更易于管理的電子控制單元（ECU）中。由此產(chǎn)生的架構(gòu)更易于管理和修改，通?？赏ㄟ^空中下載（OTA）軟件更新進(jìn)行遠(yuǎn)程操作。例如， Rivian 的第一代電動皮卡和運動型多用途汽車（SUV）將計算硬件從 80 個電子控制單元（ECU）整合為 17 個，第二代則進(jìn)一步從 17 個集群化至僅 7 個電子控制單元（ECU）。

（二）軟件定義汽車 1.0：域架構(gòu)

軟件定義汽車 1.0（SDV 1.0）引入了基于域的方法，將子系統(tǒng)內(nèi)的多個功能（如信息娛樂、互聯(lián)、車身、動力總成、車輛控制）整合到域控制器（DCU）中，域控制器負(fù)責(zé)管理特定領(lǐng)域或一組車輛功能，如高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）或底盤控制功能。這種結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了一定程度的軟硬件解耦，支持空中下載（OTA）更新，并使系統(tǒng)布局更簡潔。然而，架構(gòu)孤島依然存在，限制了軟件組件的整體可擴展性和可重用性。

（三）軟件定義汽車 2.0：區(qū)域架構(gòu)

軟件定義汽車 2.0（SDV 2.0）進(jìn)一步邁向模塊化和抽象化。區(qū)域架構(gòu)將底層傳感器和執(zhí)行器管理分配給區(qū)域控制器，而集中式計算平臺通過高帶寬通信網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)高級功能。這一架構(gòu)提高了開發(fā)和部署效率，降低了布線復(fù)雜性，并增強了系統(tǒng)的可擴展性和可更新性。它強化了硬件整合，進(jìn)一步推動了實時功能升級，提升了功能即服務(wù)（FaaS）的能力。

（四）軟件定義汽車 3.0：集中式計算架構(gòu)

軟件定義汽車 3.0（SDV 3.0）代表了計算架構(gòu)的進(jìn)一步整合 —— 通過高速以太網(wǎng)通信，集中式高性能計算機（HPC）在分布式區(qū)域網(wǎng)關(guān)中運行虛擬化軟件工作負(fù)載。該模型最大限度地實現(xiàn)了軟件與硬件的解耦，并支持實時協(xié)調(diào)。盡管全集中式架構(gòu)具備極大的靈活性和創(chuàng)新性，但也在軟件生命周期管理、網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性、安全驗證和網(wǎng)絡(luò)安全方面帶來了新的挑戰(zhàn)。

在所有發(fā)展階段中，軟件定義汽車（SDV）演進(jìn)的關(guān)鍵特征和驅(qū)動力是軟硬件的逐步解耦。在軟件定義汽車 2.0（SDV 2.0）和軟件定義汽車 3.0（SDV 3.0）中，架構(gòu)支持完整的技術(shù)棧：功能硬件（傳感器和執(zhí)行器）、用于數(shù)據(jù)交換的電子電氣（E/E）架構(gòu)、計算平臺、操作系統(tǒng)內(nèi)核（如 Linux、QNX）、用于統(tǒng)一消息傳遞的中間件以及面向服務(wù)架構(gòu)（SoA）層。在這一技術(shù)棧之上，從安全關(guān)鍵功能到信息娛樂系統(tǒng)的應(yīng)用程序軟件獨立于底層硬件運行。軟件定義汽車 1.0/2.0/3.0 這三種模型均支持動態(tài)軟件開發(fā)流程，如持續(xù)集成和持續(xù)部署（CI/CD）、快速功能迭代以及通過云服務(wù)實現(xiàn)客戶個性化。軟件定義汽車 2.0（SDV 2.0）通過將計算任務(wù)分配給區(qū)域單元，并利用集中式計算平臺處理復(fù)雜的跨區(qū)域任務(wù)來增強模塊化；而軟件定義汽車 3.0（SDV 3.0）則將所有計算任務(wù)完全集中，以優(yōu)化資源效率，但這也帶來了諸如需要統(tǒng)一的高速軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）以及單點故障風(fēng)險等挑戰(zhàn)。表 2 概述了硬件定義汽車 / 軟件定義汽車 0.0（HDV/SDV 0.0）、軟件定義汽車 1.0（SDV 1.0）、軟件定義汽車 2.0（SDV 2.0）和軟件定義汽車 3.0（SDV 3.0）在關(guān)鍵架構(gòu)和運營因素上的差異。

表2、軟件定義汽車（SDV）架構(gòu)代際對比：從硬件定義汽車/軟件定義汽車0.0（HDV/SDV 0.0）到軟件定義汽車3.0（SDV 3.0）

三、系統(tǒng)綜述

近年來，關(guān)于軟件定義汽車（SDV）的研究涵蓋了廣泛的技術(shù)和組織挑戰(zhàn)。許多研究提出了新穎的軟件定義汽車（SDV）架構(gòu)和框架，如集中式計算平臺、區(qū)域架構(gòu)和基于虛擬化的系統(tǒng)。關(guān)鍵研究成果還包括探索虛擬化和容器化技術(shù)，以實現(xiàn)高效的軟件部署、性能評估和微服務(wù)協(xié)調(diào)。中間件創(chuàng)新和面向服務(wù)設(shè)計在軟件定義汽車（SDV）的演進(jìn)中繼續(xù)發(fā)揮核心作用。多篇論文討論了安全關(guān)鍵和非安全關(guān)鍵軟件定義汽車（SDV）應(yīng)用的資源分配、安全性、網(wǎng)絡(luò)安全和功能完整性，涉及安全軟件更新流水線、診斷框架、混合關(guān)鍵度執(zhí)行模型和公鑰基礎(chǔ)設(shè)施等。此外，多項研究致力于探究軟件定義汽車（SDV）面臨的挑戰(zhàn)。劉等人探討了軟件定義汽車（SDV）對汽車生態(tài)系統(tǒng)的影響，指出了傳統(tǒng)開發(fā)模式在適應(yīng)迭代需求方面的障礙。博爾多洛伊等人針對集中式架構(gòu)的局限性（如時序不確定性增加和最壞情況執(zhí)行時間（WCET）估算復(fù)雜）提出了提高效率的解決方案。潘查爾和王強調(diào)了向軟件主導(dǎo)架構(gòu)的轉(zhuǎn)變，強調(diào)需要實現(xiàn)軟硬件解耦，并整合云連接生態(tài)系統(tǒng)以實現(xiàn)敏捷開發(fā)。此外，蘇雷迪探討了敏捷方法在汽車行業(yè)的整合。探討了敏捷方法在汽車行業(yè)的優(yōu)勢、挑戰(zhàn)和機遇，描述了用于軟件定義汽車（SDV）跨組織軟件整合的跨組織敏捷團隊軟件嵌入式系統(tǒng)整合（SCATS）框架。這些研究共同強調(diào)了敏捷方法和穩(wěn)健設(shè)計框架對確保軟件定義汽車（SDV）安全性、可靠性和可擴展性的必要性。

本研究采用系統(tǒng)綜述和元分析優(yōu)先報告項目（PRISMA）框架對軟件定義汽車（SDV）進(jìn)行系統(tǒng)綜述，以確保識別、篩選、評估和納入相關(guān)文獻(xiàn)的過程透明且結(jié)構(gòu)化。綜述涵蓋了學(xué)術(shù)和行業(yè)數(shù)據(jù)庫（如 Web of Science、Google Scholar、SAE 數(shù)字圖書館、Google 專利、世界知識產(chǎn)權(quán)組織（WIPO））的全面檢索，使用目標(biāo)關(guān)鍵詞識別與軟件定義汽車（SDV）技術(shù)相關(guān)的同行評審文獻(xiàn)和專利。在去除重復(fù)文獻(xiàn)并排除主要關(guān)注自動駕駛或車輛網(wǎng)絡(luò)（如自動駕駛汽車或軟件定義網(wǎng)絡(luò)）的研究后，對剩余文獻(xiàn)進(jìn)行全文資格評估。為避免與非標(biāo)準(zhǔn)或沖突的縮寫（如將 SDV 用于指代自動駕駛汽車）產(chǎn)生混淆，僅納入明確討論軟件定義汽車的文獻(xiàn)。最終分析共包含 2019-2024 年間發(fā)表的 171 篇科技文獻(xiàn)和 101 項專利。本系統(tǒng)綜述全面分析了軟件定義汽車（SDV）的研究趨勢。

圖 2 展示了聚焦軟件定義汽車（SDV）的科技文獻(xiàn)數(shù)量。2019-2024 年間，數(shù)據(jù)顯示軟件定義汽車（SDV）相關(guān)文獻(xiàn)總體呈上升趨勢，2019-2021 年增長緩慢，2022-2024 年快速增長。復(fù)合增長率顯著：2019 年僅有 2 篇文獻(xiàn)，2024 年增至 90 篇，2021-2024 年間年均增長率超過 300%。這一趨勢表明，軟件定義汽車（SDV）研究在此期間獲得了廣泛關(guān)注，這可能得益于技術(shù)進(jìn)步、行業(yè)投資或?qū)W術(shù)聚焦。

圖2、關(guān)于SDV的科學(xué)/技術(shù)出版物數(shù)量趨勢

收集的數(shù)據(jù)顯示，軟件定義汽車（SDV）研究在全球分布不均，少數(shù)國家主導(dǎo)了大部分研究產(chǎn)出。如圖 3 所示，學(xué)術(shù)界以約 46% 的占比引領(lǐng)軟件定義汽車（SDV）文獻(xiàn)發(fā)表，行業(yè)緊隨其后（約 35%），學(xué)術(shù)界與行業(yè)的聯(lián)合研究貢獻(xiàn)了顯著但占比較小的 17%。數(shù)據(jù)表明，學(xué)術(shù)界和行業(yè)是主要驅(qū)動力，學(xué)術(shù)界略占優(yōu)勢，而合作發(fā)揮輔助作用但非主導(dǎo)作用。

圖3、關(guān)于SDV的學(xué)術(shù)界、工業(yè)界和聯(lián)合出版物

德國和美國在軟件定義汽車（SDV）科技文獻(xiàn)中處于明顯領(lǐng)先地位，分別貢獻(xiàn)了約 17% 和 13%，這得益于其汽車和技術(shù)實力（如圖 4 所示）。中國、韓國和印度作為新興力量緊隨其后，而包括日本和法國等傳統(tǒng)技術(shù)創(chuàng)新國家在內(nèi)的其他國家占比較小。

在軟件定義汽車（SDV）相關(guān)專利申請數(shù)量方面，圖 5 顯示，2020-2022 年軟件定義汽車（SDV）專利數(shù)量快速增長，2023-2024 年有所下降，呈現(xiàn)先升后降的趨勢。這一趨勢反映了軟件定義汽車（SDV）專利活動在 2022 年達(dá)到峰值后，2023-2024 年逐漸減少。

圖4、關(guān)于SDV的科學(xué)/技術(shù)出版物最多的國家

圖5、SDV專利數(shù)量趨勢

2020-2022 年的早期增長與軟件驅(qū)動汽車解決方案的興起相契合，企業(yè)和發(fā)明者爭相獲取知識產(chǎn)權(quán)。2023-2024 年的后續(xù)下降可能表明，軟件定義汽車（SDV）的基礎(chǔ)技術(shù)已獲得專利，新的創(chuàng)新點減少；或者行業(yè)已轉(zhuǎn)向現(xiàn)有創(chuàng)新的執(zhí)行和完善，而非產(chǎn)生新的想法。此外，經(jīng)濟狀況或法規(guī)變化等外部因素也可能影響了專利申請。

軟件定義汽車（SDV）專利領(lǐng)域由行業(yè)主導(dǎo)，92 項專利來自企業(yè)實體，遠(yuǎn)超獨立發(fā)明者（6 項專利）和學(xué)術(shù)界（3 項專利）（如圖 6 所示）。這一分布凸顯了軟件定義汽車（SDV）技術(shù)的商業(yè)優(yōu)先級，行業(yè)在知識產(chǎn)權(quán)開發(fā)中處于領(lǐng)先地位。同時也表明，行業(yè)注重軟件定義汽車（SDV）知識產(chǎn)權(quán)的保護(hù)，而學(xué)術(shù)界和獨立發(fā)明者在專利方面發(fā)揮次要作用，凸顯了以商業(yè)為導(dǎo)向的專利生態(tài)系統(tǒng)。

就專利的市場來源而言，盡管全球范圍內(nèi)軟件定義汽車（SDV）相關(guān)專利的精確評估較為復(fù)雜，且不同檢索平臺可能存在差異，但收集的數(shù)據(jù)表明，中國占據(jù)絕對領(lǐng)先地位，美國和歐盟分別位居第二和第三。大多數(shù)中國專利屬于 “實用新型專利” 而非 “外觀設(shè)計專利”，這表明原始設(shè)備制造商（OEM）和行業(yè)生態(tài)系統(tǒng)其他參與者注重技術(shù)實施。這與文獻(xiàn)發(fā)表格局形成對比 —— 在美國和歐洲在文獻(xiàn)發(fā)表方面占據(jù)絕對領(lǐng)先地位。研究結(jié)果表明，軟件定義汽車（SDV）研究正在迅速擴展，行業(yè)優(yōu)先考慮知識產(chǎn)權(quán)保護(hù)，而學(xué)術(shù)界則專注于基礎(chǔ)研究和知識傳播。地理分布凸顯了對軟件定義汽車（SDV）技術(shù)的戰(zhàn)略投資，尤其是來自中國、德國和美國的投資。

圖6、關(guān)于SDV的學(xué)術(shù)界、工業(yè)界和聯(lián)合專利申請

四、汽車軟件化：前景與挑戰(zhàn)

效仿特斯拉、Rivian、Lucid、蔚來、小鵬等新興電動汽車（EV）制造商，傳統(tǒng)汽車原始設(shè)備制造商（OEM）正日益采用這種新的軟件中心化范式，這有望重新定義車輛所有權(quán)體驗。這一變革預(yù)計將帶來諸多積極成果 —— 從產(chǎn)品開發(fā)、制造到最終的端到端消費者體驗。部分潛在優(yōu)勢包括：

· 簡化架構(gòu)：軟件定義汽車（SDV）的模塊化設(shè)計支持車輛組件的整合（如標(biāo)準(zhǔn)化線束），減少了布線和整體重量。

· 敏捷且加速的開發(fā)：軟件定義汽車（SDV）支持軟件優(yōu)先的敏捷開發(fā)方法，通過云基仿真、虛擬模型和數(shù)字孿生實現(xiàn)早期創(chuàng)新。這種 “左移” 策略將上市時間從數(shù)年縮短至數(shù)月，并通過最小可行產(chǎn)品（MVP）開發(fā)和持續(xù)功能交付促進(jìn)快速迭代。

· 持續(xù)功能交付：空中下載（OTA）更新使制造商能夠在車輛售出后修復(fù)漏洞、提升性能并推出新功能，確保持續(xù)優(yōu)化。

· 功能即服務(wù)（FaaS）：軟件定義汽車（SDV）解鎖了高端駕駛輔助、自適應(yīng)駕駛模式和車內(nèi)個性化等按需功能，支持靈活的貨幣化和數(shù)字收入流。

· 個性化用戶體驗：軟件定義駕駛艙可適應(yīng)用戶偏好，提供個性化媒體、導(dǎo)航、氣候控制和車內(nèi)設(shè)置。

· 提高可擴展性和代碼可重用性：統(tǒng)一的軟件平臺允許同一代碼庫部署在多個車型上，增強了可擴展性并減少了重復(fù)開發(fā)。

· 可持續(xù)性和運營效率：軟件定義汽車（SDV）支持改進(jìn)的實時、數(shù)據(jù)驅(qū)動和云連接服務(wù)，實現(xiàn)更智能的能源使用、優(yōu)化路線規(guī)劃等功能，助力更可持續(xù)的移動出行。

盡管這些優(yōu)勢標(biāo)志著向軟件定義汽車（SDV）的積極轉(zhuǎn)變，但也伴隨著一系列技術(shù)、運營、法規(guī)和組織挑戰(zhàn)。要充分釋放軟件定義汽車（SDV）的潛力，必須解決這些挑戰(zhàn)。以下小節(jié)將詳細(xì)討論這些挑戰(zhàn)。

（一）車輛開發(fā)過程中的軟件管理

由于軟件深度集成到安全關(guān)鍵、性能敏感且高度分布式的車輛系統(tǒng)中，軟件定義汽車（SDV）的開發(fā)面臨重大技術(shù)挑戰(zhàn)。隨著軟件定義汽車（SDV）演變?yōu)閺?fù)雜的信息物理平臺，工程師不僅要應(yīng)對系統(tǒng)復(fù)雜性的增加，還要滿足嚴(yán)格的安全、安保和性能要求。一個關(guān)鍵挑戰(zhàn)是協(xié)調(diào)眾多異構(gòu)軟件實體 —— 這些實體在嚴(yán)格的功能安全約束下實時交互。車輛作為安全關(guān)鍵設(shè)備，要求軟件在具有不同汽車安全完整性等級（ASIL）的子系統(tǒng)中可靠運行。此外，軟件定義汽車（SDV）的動態(tài)性和互聯(lián)性使它們面臨不斷演變的網(wǎng)絡(luò)安全威脅，這就要求構(gòu)建穩(wěn)健且具有彈性的軟件框架。

隨著汽車原始設(shè)備制造商（OEM）將軟件深度整合到車輛開發(fā)過程中，行業(yè)面臨著若干新出現(xiàn)的挑戰(zhàn)，包括：

軟件作為資產(chǎn)傳統(tǒng)上，關(guān)鍵車輛功能由帶有嵌入式軟件的專用電子控制單元（ECU）控制，汽車行業(yè)并未將軟件作為經(jīng)濟資產(chǎn)進(jìn)行管理。與采用會計方法在財務(wù)賬簿中體現(xiàn)軟件價值的技術(shù)行業(yè)不同，汽車原始設(shè)備制造商（OEM）如今面臨著重新定義軟件經(jīng)濟評估和管理方式的挑戰(zhàn)。

互操作性目前，行業(yè)內(nèi)沒有一致的方法將軟件從供應(yīng)商交付給原始設(shè)備制造商（OEM），也沒有統(tǒng)一的方法整合來自多個來源的軟件。不同供應(yīng)商提供的執(zhí)行相同功能的軟件之間常常存在不兼容性，而標(biāo)準(zhǔn)化工具鏈和驗證流程的缺失進(jìn)一步加劇了互操作性的復(fù)雜性。

認(rèn)證隨著軟件在車輛功能中的作用日益關(guān)鍵，確?？煽啃灾陵P(guān)重要 —— 尤其是在安全關(guān)鍵系統(tǒng)中。這增加了對第三方認(rèn)證的需求。盡管存在諸如德國萊茵 TüV 的汽車安全完整性等級 D（ASIL-D）認(rèn)證等框架，但目前尚無全面的汽車軟件認(rèn)證體系，現(xiàn)有認(rèn)證方法仍然分散。

測試與驗證傳統(tǒng)汽車產(chǎn)品開發(fā)是一個線性過程，終點通常是量產(chǎn)啟動（SOP）。以軟件為中心的產(chǎn)品開發(fā)面臨的主要挑戰(zhàn)之一是從傳統(tǒng)的 “設(shè)計 - 開發(fā) - 測試 V 型框架”轉(zhuǎn)向整合持續(xù)集成和持續(xù)部署（CI/CD）實踐的持續(xù)開發(fā)周期。這一轉(zhuǎn)變需要采用 “左移”（早期測試）和 “右移”（生產(chǎn)環(huán)境測試與監(jiān)控）原則，要求設(shè)計師、開發(fā)人員和驗證人員之間加強協(xié)作。

在汽車領(lǐng)域，“左移” 意味著將測試活動嵌入設(shè)計早期階段，例如通過模型在環(huán)（MiL）和軟件在環(huán)（SiL）仿真、設(shè)計階段的故障注入，以及在硬件可用前對安全關(guān)鍵功能進(jìn)行自動化單元測試和集成測試。這種早期驗證有助于在缺陷修復(fù)成本最低時識別問題，并確保從一開始就符合 ISO 26262 安全目標(biāo)。另一方面，“右移” 強調(diào)利用現(xiàn)場遙測、空中下載（OTA）回滾機制和運行時異常檢測進(jìn)行部署后監(jiān)控和驗證，使開發(fā)人員能夠觀察系統(tǒng)在實際工況下的表現(xiàn)。這對于不斷演進(jìn)的軟件定義汽車（SDV）功能尤為關(guān)鍵 —— 在車輛運行過程中，使用數(shù)據(jù)和運行反饋可以為補丁和改進(jìn)提供參考。

歷史上，汽車系統(tǒng)根據(jù) ISO 26262 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行驗證、重新驗證和嚴(yán)格的安全認(rèn)證。在持續(xù)交付環(huán)境中以同等嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布軟件仍然是一個不斷發(fā)展的挑戰(zhàn)。2024 年最近發(fā)生的 CrowdStrike 事件展示了倉促向數(shù)百萬聯(lián)網(wǎng)設(shè)備推送有缺陷、未經(jīng)審查的更新可能帶來的災(zāi)難性后果。不難想象，如果這 850 萬個目標(biāo)是安全關(guān)鍵的軟件定義汽車（SDV），后果將多么嚴(yán)重。因此，行業(yè)必須找到方法，在嚴(yán)格的汽車級驗證與持續(xù)軟件交付所需的敏捷性之間取得平衡。盡管存在功能安全（ISO 26262）、網(wǎng)絡(luò)安全（歐洲 WP.29）和風(fēng)險管理（ISO/SAE 21434）等標(biāo)準(zhǔn)，但當(dāng)前的測試協(xié)議和認(rèn)證方案仍無法滿足持續(xù)交付的需求。原始設(shè)備制造商（OEM）及其供應(yīng)鏈必須與德國萊茵 TüV、Exida、SAE 和 ISO 等認(rèn)證機構(gòu)合作，開發(fā)更新的流程和框架，以確保安全性和敏捷性。

開源軟件采用的問題盡管開源軟件在軟件定義汽車（SDV）框架中的優(yōu)勢已得到認(rèn)可，但它們的采用也帶來了新的漏洞風(fēng)險。2023 年，Java 下廣泛使用的日志庫 log4j 出現(xiàn)了嚴(yán)重的安全問題，所有 Java 應(yīng)用程序都必須迅速更新以避免惡意代碼執(zhí)行。這是一個典型例子，表明采用開源庫可能導(dǎo)致重大安全問題。同樣，研究人員在 liblzma 庫的 Linux 工具 XZ 中發(fā)現(xiàn)了惡意植入的后門，用于繞過正常認(rèn)證。因此，必須定期掃描所采用的開源代碼，以排查任何常見漏洞披露（CVE），汽車行業(yè)需要制定應(yīng)對潛在漏洞的通用策略。

軟件安全自 2015 年米勒和瓦拉塞克演示遠(yuǎn)程入侵吉普切諾基以來，軟件安全一直是一個主要問題。白帽黑客暴露了眾多原始設(shè)備制造商（OEM）的漏洞，包括 Sirius-XM 服務(wù)以及寶馬、法拉利和梅賽德斯 - 奔馳等品牌的后端系統(tǒng)相關(guān)事件。持續(xù)掃描硬件和軟件庫中的漏洞至關(guān)重要。軟件定義汽車（SDV）的安全性必須從設(shè)計之初就予以考慮，并包括對空中下載（OTA）更新的全面保護(hù)。盡管 UN R156（SUMS）等法規(guī)提供了指導(dǎo)，但僅靠這些法規(guī)還不夠。驗證更新并防止有缺陷軟件的傳播現(xiàn)已成為開發(fā)生命周期的關(guān)鍵組成部分。多項研究探討了軟件定義汽車（SDV）相關(guān)的各類安全和安保挑戰(zhàn)。例如，提出了 ISO 26262 要求下的功能安全風(fēng)險分解和優(yōu)化方法。強調(diào)拒絕服務(wù)攻擊和干擾攻擊仍是主要威脅。通過應(yīng)用自適應(yīng)信任模型探索了實時入侵響應(yīng)。指出了將 Linux 整合到安全關(guān)鍵系統(tǒng)中的挑戰(zhàn)。討論了聯(lián)網(wǎng)軟件定義汽車（SDV）中的無線漏洞和攻擊面。最后，還提出了許可證驗證機制、安全服務(wù)調(diào)用認(rèn)證和防篡改車輛數(shù)據(jù)存儲等方案。

（二）維修與長期維護(hù)

由于軟件定義汽車（SDV）涉及海量軟件 —— 應(yīng)用層、中間件和硬件驅(qū)動程序的代碼量通常在 1 億至 3 億行之間，其維修工作變得日益復(fù)雜。排查或修復(fù)損壞的軟件需要復(fù)雜的診斷工具和專業(yè)技能。雖然許多問題可以通過空中下載（OTA）更新遠(yuǎn)程解決，但其他問題 —— 尤其是那些受 ISO 26262 等標(biāo)準(zhǔn)約束的功能安全相關(guān)問題—— 可能需要現(xiàn)場服務(wù)，并需要與半導(dǎo)體或軟件供應(yīng)商直接協(xié)作。第三方軟件組件的介入（尤其是如果它們引入安全漏洞）可能會進(jìn)一步復(fù)雜化維修流程和責(zé)任管理。

除技術(shù)挑戰(zhàn)外，軟件維修和維護(hù)的相關(guān)成本預(yù)計將很高。與傳統(tǒng)的第三方物理部件服務(wù)提供商生態(tài)系統(tǒng)不同，軟件定義汽車（SDV）中的軟件通常具有專有性，且與原始設(shè)備制造商（OEM）的基礎(chǔ)設(shè)施緊密集成。這種排他性本質(zhì)上推高了維護(hù)成本，并限制了車輛所有者的服務(wù)選擇。

此外，隨著車輛在路上行駛的時間越來越長，產(chǎn)品生命周期內(nèi)的軟件維護(hù)變得至關(guān)重要。挑戰(zhàn)包括維護(hù)對舊軟件版本的可追溯性，以及確?？缬布H的向后兼容性。即使有 ISO 26262和 ASPICE 可追溯性要求，不同時代的軟件和硬件之間仍可能出現(xiàn)兼容性問題。另一個日益受到關(guān)注的問題是軟件中斷風(fēng)險。對原始設(shè)備制造商（OEM）更新和支持的依賴增加了以下可能性：如果舊技術(shù)的支持被撤回，系統(tǒng)將變得過時。如果原始設(shè)備制造商（OEM）或其供應(yīng)商倒閉、被收購或宣布破產(chǎn)，用戶將無法獲得關(guān)鍵軟件支持或安全補丁，這將進(jìn)一步加劇這些風(fēng)險。

（三）“軟件優(yōu)先” 范式下的產(chǎn)品開發(fā)

隨著軟件定義汽車（SDV）架構(gòu)中軟硬件的解耦，頻繁的空中下載（OTA）更新有望使車輛始終保持 “最新狀態(tài)”。然而，這種以軟件為中心的范式也對硬件提出了新的要求。

前瞻性設(shè)計雖然軟件可以隨時間更新，但底層硬件最終需要升級。這可能導(dǎo)致車輛生態(tài)系統(tǒng)中存在多個硬件版本，從而使軟件兼容性變得復(fù)雜。模塊化硬件設(shè)計、芯粒和即插即用組件等理念提供了潛在解決方案，但原始設(shè)備制造商（OEM）和供應(yīng)商之間尚未形成普遍采用的策略。

可擴展性原始設(shè)備制造商（OEM）必須在不同車型、價格區(qū)間和配置級別中擴展硬件平臺。這種可擴展性既要支持向上擴展以提供高端功能，也要支持向下適配入門級車型。值得注意的是，向下擴展通常更具挑戰(zhàn)性，尤其是對于旨在高效交付廣泛產(chǎn)品組合的高產(chǎn)量制造商而言。

（四）傳統(tǒng)與新興汽車制造商之間的差距

特斯拉仍然是完善其軟件定義汽車（SDV）框架的原始設(shè)備制造商（OEM）中的佼佼者，美國的 Lucid 和 Rivian 以及中國的蔚來、小鵬、吉利和比亞迪等多家新興純電動汽車原始設(shè)備制造商（OEM）緊隨其后。這些公司采用了 “軟件優(yōu)先” 的全新方法，確保軟件在車輛開發(fā)和運營的各個方面都處于核心地位。而大眾、通用、福特、奔馳、豐田等傳統(tǒng)原始設(shè)備制造商（OEM）則發(fā)現(xiàn)，從以硬件為中心的方法向軟件中心化轉(zhuǎn)變更具挑戰(zhàn)性。這是 2024 年高德納（Gartner）數(shù)字汽車制造商指數(shù)（如圖 7 所示）得出的結(jié)論。該指數(shù)衡量全球汽車制造商的數(shù)字成熟度和技術(shù)能力，重點關(guān)注它們向以軟件為中心、技術(shù)驅(qū)動型企業(yè)的轉(zhuǎn)型。

該數(shù)字汽車制造商指數(shù)從領(lǐng)導(dǎo)力、人才和技術(shù)整合等多個指標(biāo)對 22 家汽車制造商進(jìn)行評估，包括軟件開發(fā)、空中下載（OTA）更新的使用、人工智能整合、云采用和數(shù)字產(chǎn)品戰(zhàn)略等。該指數(shù)凸顯了每家汽車制造商從以硬件為中心的模式向軟件定義、服務(wù)導(dǎo)向型平臺的轉(zhuǎn)變進(jìn)展，為其應(yīng)對不斷演變的移動出行格局的準(zhǔn)備情況提供了寶貴見解。它反映了汽車制造商如何適應(yīng)行業(yè)重大變革、擁抱新技術(shù)（包括互聯(lián)和軟件定義汽車（SDV）范式），并識別出哪些公司在將數(shù)字技術(shù)整合到其車輛和業(yè)務(wù)運營方面處于領(lǐng)先地位。深入分析了傳統(tǒng)原始設(shè)備制造商（OEM）推出軟件定義汽車（SDV）面臨的挑戰(zhàn)。

圖7、Gartner 2024年數(shù)字汽車制造商指數(shù)和2023年的改進(jìn)。與2023年相比，綠色表示正變化，灰色表示無變化，紅色表示負(fù)變化

（五）供應(yīng)鏈結(jié)構(gòu)的變化

行業(yè)的傳統(tǒng)供應(yīng)鏈正從博世、大陸、采埃孚等一級供應(yīng)商占據(jù)主導(dǎo)地位的層級結(jié)構(gòu)，向原始設(shè)備制造商（OEM）可能直接與包括初創(chuàng)企業(yè)在內(nèi)的任何合作伙伴合作的網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。一方面，這要求原始設(shè)備制造商（OEM）培養(yǎng)傳統(tǒng)上屬于一級供應(yīng)商的技能。另一方面，一級供應(yīng)商以及大型技術(shù)公司和小型初創(chuàng)企業(yè)必須明確與原始設(shè)備制造商（OEM）的最佳合作方式，如圖 8 所示。

圖8、OEM：組織設(shè)備制造商，T1，2，3：分層供應(yīng)商，S：初創(chuàng)公司，大型科技公司：谷歌、英偉達(dá)、AWS等科技巨頭

（六）研究與教育障礙

盡管對軟件定義汽車（SDV）的興趣日益濃厚，但重大的研究和教育障礙仍然阻礙著該領(lǐng)域的進(jìn)展。一個主要限制是，缺乏專門針對軟件定義汽車（SDV）開發(fā)和驗證的開源模擬器、測試平臺和實驗平臺。汽車軟件系統(tǒng)的專有性和復(fù)雜性限制了獲取實際開發(fā)和原型設(shè)計所需的真實環(huán)境的機會。

支持軟件定義汽車（SDV）開發(fā)和教育的有前景的舉措正在涌現(xiàn)。例如，Eclipse Velocitas 提供了用于構(gòu)建容器化車載應(yīng)用程序的開源開發(fā)工具鏈，而 digital.auto 的 dreamKIT 和 Playground則提供了模塊化的云基環(huán)境，用于車輛功能的快速原型設(shè)計和仿真。然而，這些平臺仍處于采用初期階段，尚未廣泛整合到學(xué)術(shù)課程或研究流程中。此外，迫切需要可訪問、高質(zhì)量的平臺，以支持敏捷的實踐實驗，并降低汽車軟件化創(chuàng)新的門檻。雪上加霜的是，缺乏涵蓋異常檢測、因果推斷和運行時可靠性等關(guān)鍵領(lǐng)域的開放數(shù)據(jù)集，限制了數(shù)據(jù)驅(qū)動研究的可重復(fù)性、基準(zhǔn)測試和進(jìn)展?？朔@些挑戰(zhàn)對于培養(yǎng)下一代工程師和研究人員，為他們提供在軟件定義汽車（SDV）領(lǐng)域進(jìn)行創(chuàng)新所需的工具至關(guān)重要。

（七）可持續(xù)性與廢棄物問題

軟件定義汽車（SDV）對電子和軟件組件的依賴日益增加，帶來了新的可持續(xù)性挑戰(zhàn)。最緊迫的問題之一是淘汰問題：硬件和軟件的快速發(fā)展增加了產(chǎn)生大量電子廢棄物的風(fēng)險。與通?？梢孕迯?fù)或重復(fù)使用數(shù)十年的機械部件不同，數(shù)字組件和平臺可能會更快過時。

為減輕環(huán)境影響，必須將可持續(xù)性嵌入軟件定義汽車（SDV）的設(shè)計中。這包括開發(fā)支持可重用性和可回收性的硬件系統(tǒng)，減少產(chǎn)品生命周期內(nèi)的生態(tài)足跡。采用模塊化設(shè)計還可以簡化升級流程，并防止整個系統(tǒng)因單個組件過時而報廢。此外，正如電動汽車行業(yè)為二手電池創(chuàng)造了二級市場一樣，軟件定義汽車（SDV）生態(tài)系統(tǒng)可能需要探索高科技車輛組件的再利用方案。原始設(shè)備制造商（OEM）、半導(dǎo)體供應(yīng)商和回收商之間的合作至關(guān)重要，以確保傳感器、芯片和計算單元等組件在原始部署之外能夠找到二次利用價值。

（八）法規(guī)與標(biāo)準(zhǔn)化問題

軟件定義汽車（SDV）開發(fā)和部署面臨的關(guān)鍵挑戰(zhàn)之一是有效的數(shù)據(jù)治理。隨著軟件定義汽車（SDV）越來越依賴敏感數(shù)據(jù)的收集和處理（如位置信息、駕駛行為和車內(nèi)偏好），在不影響車輛安全或性能的前提下，解決隱私、公平性和數(shù)據(jù)所有權(quán)問題至關(guān)重要。此外，遵守復(fù)雜且不斷演變的全球和區(qū)域法規(guī)，對汽車制造商而言是一項持續(xù)的挑戰(zhàn)。確保符合不同司法管轄區(qū)的法律要求，增加了軟件部署、數(shù)據(jù)處理和車內(nèi)服務(wù)的復(fù)雜性。

另一個主要問題是缺乏專門針對軟件定義汽車（SDV）的標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)議和開發(fā)框架。構(gòu)建以軟件為中心的車輛要求制造商采用開放標(biāo)準(zhǔn)，并在可行的情況下利用開源軟件。這種方法使汽車制造商能夠?qū)⒂邢薜膬?nèi)部資源分配給創(chuàng)新和品牌差異化功能及應(yīng)用程序的開發(fā)。為支持這一愿景，過去十年中行業(yè)涌現(xiàn)了多個工作組和聯(lián)盟 —— 包括汽車開放系統(tǒng)架構(gòu)（AUTOSAR）、Eclipse SDV、嵌入式邊緣可擴展開放架構(gòu)（SOAFEE）和聯(lián)網(wǎng)車輛系統(tǒng)聯(lián)盟（COVESA）—— 致力于軟件定義汽車（SDV）生態(tài)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)化、互操作性和通用工具開發(fā)。例如，Eclipse SDV 等組織在促進(jìn)開源解決方案在汽車環(huán)境中的采用和治理方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。然而，隨著標(biāo)準(zhǔn)化工作的擴展，這些組織之間的協(xié)調(diào)變得越來越重要。盡管每個聯(lián)盟都有獨特的章程，并專注于軟件定義汽車（SDV）領(lǐng)域的不同方面，但越來越需要加強協(xié)調(diào)與合作，以避免重復(fù)工作并確保協(xié)調(diào)進(jìn)展。若無此類協(xié)調(diào)，各項工作可能會重疊，造成效率低下并減緩行業(yè)整體采用速度。

五、未來方向與研究機遇

隨著軟件定義汽車（SDV）的不斷發(fā)展，研究和合作機遇正在涌現(xiàn)。這些機遇涵蓋技術(shù)、運營、教育和法規(guī)領(lǐng)域，反映了軟件定義汽車（SDV）生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜性和多學(xué)科性質(zhì)。本節(jié)概述了關(guān)鍵領(lǐng)域 —— 在這些領(lǐng)域，創(chuàng)新、合作和進(jìn)一步研究對于解決當(dāng)前限制并釋放軟件定義汽車（SDV）的全部潛力至關(guān)重要。

（一）生態(tài)系統(tǒng)協(xié)作與開放式創(chuàng)新推動軟件定義汽車（SDV）發(fā)展

傳統(tǒng)上，汽車行業(yè)遵循相對 “封閉創(chuàng)新” 的模式，強調(diào)專有技術(shù)和嚴(yán)格控制的開發(fā)流程。然而，隨著軟件定義汽車（SDV）架構(gòu)中固有的 “軟件優(yōu)先” 方法（底層硬件與應(yīng)用程序軟件和中間件解耦）的出現(xiàn)，行業(yè)對標(biāo)準(zhǔn)化、協(xié)作和開源軟件（尤其是非差異化應(yīng)用）的采用需求日益增加。這一范式轉(zhuǎn)變促進(jìn)了跨行業(yè)協(xié)作，吸引了來自云和物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的專業(yè)知識，并催生了 SOAFEE、Eclipse SDV 和 COVESA 等新聯(lián)盟（如前所述）。這些組織分別致力于將云原生技術(shù)引入汽車系統(tǒng)、培育開源開發(fā)模式以及建立互操作性通用數(shù)據(jù)格式。

展望未來，加強移動出行生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的協(xié)作對于釋放軟件定義汽車（SDV）的全部潛力至關(guān)重要。開放式創(chuàng)新方法為應(yīng)對軟件定義汽車（SDV）開發(fā)的復(fù)雜性提供了有前景的基礎(chǔ) —— 在這一過程中，原始設(shè)備制造商（OEM）、供應(yīng)商、軟件供應(yīng)商和云提供商等多個利益相關(guān)者必須跨越組織和技術(shù)邊界進(jìn)行協(xié)調(diào)。這種方法可以鼓勵共享工具鏈、聯(lián)合開發(fā)框架和跨平臺數(shù)據(jù)互操作性。一個前瞻性的例子是通用汽車、麥格納和威普羅聯(lián)合開發(fā)的新型汽車軟件市場 SDVerse，該市場旨在為所有原始設(shè)備制造商（OEM）、供應(yīng)商和擁有相關(guān)軟件產(chǎn)品的公司提供服務(wù)。SDVerse 匯集了買家和賣家，以簡化軟件采購并加速整合流程。擴大此類開放市場和共享創(chuàng)新框架的采用，將有助于縮短開發(fā)時間、促進(jìn)重用，并支持可擴展的模塊化軟件定義汽車（SDV）架構(gòu)。圍繞開放式創(chuàng)新模式的持續(xù)研究和行業(yè)協(xié)調(diào)，將是提升軟件定義汽車（SDV）敏捷性、互操作性和可持續(xù)性的關(guān)鍵。

1. 開放數(shù)據(jù)集的開發(fā)

盡管軟件定義汽車（SDV）功能日益復(fù)雜，但針對軟件定義汽車（SDV）系統(tǒng)獨特特性的公開可用數(shù)據(jù)集仍然明顯不足。原始設(shè)備制造商（OEM）和供應(yīng)商之間的專有限制和分散的數(shù)據(jù)收集做法，阻礙了可重復(fù)性和基準(zhǔn)測試工作。為促進(jìn)創(chuàng)新、加速算法開發(fā)并建立穩(wěn)健的評估框架，軟件定義汽車（SDV）研究界必須優(yōu)先創(chuàng)建、整理和標(biāo)準(zhǔn)化開源數(shù)據(jù)集，其中應(yīng)包括多模態(tài)數(shù)據(jù)流（如車輛狀態(tài)、傳感器日志、軟件執(zhí)行軌跡和系統(tǒng)健康指標(biāo)）。例如，在軟件定義汽車（SDV）可觀測性方面，整合指標(biāo)、軌跡和日志的遙測數(shù)據(jù)集，對于開發(fā)和驗證實時監(jiān)控、異常檢測、因果分析和自動化事件響應(yīng)系統(tǒng)至關(guān)重要。此類數(shù)據(jù)集的建立對于促進(jìn)透明、可重復(fù)的研究以及加強軟件定義汽車（SDV）生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)的跨學(xué)科協(xié)作至關(guān)重要。

2. 開放式教育模擬器與測試平臺

軟件定義汽車（SDV）研究和教育的進(jìn)展，需要更加重視可訪問、模塊化和開源的仿真及測試環(huán)境。盡管 digital.auto 的 dreamKIT和digital.auto Playground等有前景的舉措已經(jīng)涌現(xiàn)，但它們?nèi)蕴幱诓捎贸跗陔A段，尚未廣泛整合到學(xué)術(shù)課程、工業(yè)研究流程和培訓(xùn)中心中。缺乏標(biāo)準(zhǔn)化、開放獲取的軟件定義汽車（SDV）模擬器和測試平臺，是實踐學(xué)習(xí)、快速原型設(shè)計和跨機構(gòu)協(xié)作的重大障礙。未來的研究和教育工作應(yīng)優(yōu)先開發(fā)和推廣教育平臺，使學(xué)生、研究人員和從業(yè)者能夠在可重復(fù)和可擴展的環(huán)境中，對實際軟件定義汽車（SDV）功能進(jìn)行實驗。此類工具對于擴大軟件定義汽車（SDV）知識普及、推動創(chuàng)新民主化以及彌合學(xué)術(shù)探索與工業(yè)級實施之間的差距至關(guān)重要。

3. 可量化的體驗質(zhì)量（QoX）

國際電信聯(lián)盟（ITU）將體驗質(zhì)量（QoE 或 QoX）定義為應(yīng)用程序或服務(wù)的總體可接受性，由最終用戶主觀感知。體驗質(zhì)量（QoX）反映了用戶基于技術(shù)的實用性和愉悅感，結(jié)合其個性和當(dāng)前狀態(tài)，對期望的滿足程度。在軟件定義汽車（SDV）背景下，這轉(zhuǎn)化為用戶對自適應(yīng)駕駛模式、個性化車內(nèi)設(shè)置或信息娛樂服務(wù)等功能的滿意度 —— 這些功能越來越多地通過軟件定義和交付。體驗質(zhì)量（QoX）受三大類因素影響：系統(tǒng)影響因素（與軟件定義汽車（SDV）平臺的性能和功能相關(guān)）、人為影響因素（包括用戶的期望、情緒和偏好）以及環(huán)境影響因素（如駕駛條件、交通狀況或環(huán)境背景）。與傳統(tǒng)車輛不同，傳統(tǒng)車輛的體驗與機械性能和靜態(tài)功能相關(guān)，而軟件定義汽車（SDV）提供了動態(tài)的、軟件驅(qū)動的體驗，能夠?qū)崟r適應(yīng)。因此，衡量軟件定義汽車（SDV）的體驗質(zhì)量（QoX）需要制定評估不同條件下舒適性、響應(yīng)性和安全性的指標(biāo)，以及開發(fā)能夠根據(jù)實時體驗質(zhì)量（QoX）反饋優(yōu)化車輛行為的智能算法。

4. 認(rèn)知數(shù)據(jù)采樣

軟件定義汽車（SDV）從各種分布式和異構(gòu)軟件實體生成大量功能使用和遙測數(shù)據(jù)，這些實體包括控制關(guān)鍵車輛功能的嵌入式系統(tǒng)、空中下載（OTA）可更新模塊和面向用戶的應(yīng)用程序。盡管這些數(shù)據(jù)對于改進(jìn)車輛性能、實現(xiàn)預(yù)測性維護(hù)、創(chuàng)造新的商業(yè)機會和增強用戶體驗具有不可估量的價值，但它們也給原始設(shè)備制造商（OEM）的基礎(chǔ)設(shè)施帶來了巨大負(fù)擔(dān) —— 增加了數(shù)據(jù)收集、傳輸、存儲和分析的成本，并占用了帶寬和計算資源。此外，還需要適當(dāng)?shù)馁Y源來遵守合理的數(shù)據(jù)隱私政策。為緩解這些挑戰(zhàn)，認(rèn)知數(shù)據(jù)采樣方法至關(guān)重要。此類方法并非不加區(qū)分地收集所有數(shù)據(jù)，而是利用上下文線索優(yōu)先處理最相關(guān)的數(shù)據(jù)。

軟件定義汽車（SDV）中數(shù)據(jù)采樣的上下文類別包括多種旨在優(yōu)化效率和相關(guān)性的策略。基于時間的采樣根據(jù)時間模式（如季節(jié)變化或使用高峰期）收集數(shù)據(jù)?；谖恢玫牟蓸觽?cè)重于特定地理區(qū)域（尤其是具有獨特道路基礎(chǔ)設(shè)施的區(qū)域）的數(shù)據(jù)?；谑录牟蓸佑商囟ǖ倪\行、環(huán)境或法規(guī)事件（如空中下載（OTA）更新、天氣異?；蚝弦?guī)檢查）觸發(fā)。最后，自適應(yīng)采樣根據(jù)系統(tǒng)健康狀況、資源限制或檢測到的異常等實時條件，動態(tài)調(diào)整數(shù)據(jù)收集頻率。例如，在出現(xiàn)意外行為時，它可能會增加采樣頻率；或者在電動汽車中采用能源感知策略。

為確保采樣準(zhǔn)確性，可以采用分層采樣等統(tǒng)計方法，以保持不同車型、使用模式和環(huán)境的代表性。此外，實現(xiàn)云和邊緣計算的最佳平衡至關(guān)重要。邊緣計算支持低延遲、實時決策（如碰撞避免），而云平臺則提供可擴展的存儲和來自聚合數(shù)據(jù)的人工智能驅(qū)動洞察。跨這些層級的戰(zhàn)略工作負(fù)載分配確保了效率和性能。

此外，在獲得適當(dāng)消費者同意的情況下，進(jìn)行智能且有針對性的數(shù)據(jù)采樣，對于增強消費者信心也很重要。最近一系列車輛數(shù)據(jù)泄露事件引發(fā)了消費者的不安。與廣泛的數(shù)據(jù)收集不同，更精確和有限的方法（即僅收集服務(wù)所需的數(shù)據(jù)）可以讓消費者感到安心。

5. 上下文可觀測性

可觀測性被定義為從系統(tǒng)外部輸出推斷系統(tǒng)內(nèi)部狀態(tài)的能力，這一概念在軟件定義汽車（SDV）中尚未得到充分發(fā)展，但對于其安全可靠運行至關(guān)重要。需要高效的實時數(shù)據(jù)收集和分析，以適應(yīng)動態(tài)環(huán)境。關(guān)鍵能力包括：持續(xù)監(jiān)控以檢測停機、瓶頸或運行異常；因果推斷以識別檢測到問題的根本原因和促成因素；以及自動化事件響應(yīng)以實現(xiàn)實時解決，減少停機時間并維持系統(tǒng)可用性。

在軟件定義汽車（SDV）背景下，諸如 ASAM 的面向服務(wù)的車輛診斷（SOVD）和通?；?Prometheus 和 Grafana 等開源工具構(gòu)建的云集成遙測流水線等新興框架，正在被探索用于支持可擴展的實時可觀測性。Grafana、Elastic、Dynatrace、思科系統(tǒng)（Splunk）、Chronosphere、New Relic、http://Logz.IO 和 SigNoz等可觀測性平臺提供了基礎(chǔ)支持，但通常依賴于基于相關(guān)性的分析。整合因果人工智能技術(shù)（包括因果發(fā)現(xiàn)、識別、估計和驗證）將提高可觀測性精度。此外，這些系統(tǒng)應(yīng)整合關(guān)鍵上下文信息，如服務(wù)級別目標(biāo)（SLO）、空中下載（OTA）部署日志、網(wǎng)絡(luò)條件、峰值負(fù)載指標(biāo)和環(huán)境因素，以確保獲得最佳洞察和自適應(yīng)行為。通過將原始遙測數(shù)據(jù)與這些上下文信息相結(jié)合，可觀測性系統(tǒng)能夠區(qū)分真正的異常與預(yù)期的瞬態(tài)變化。例如，它可以識別出與大型空中下載（OTA）部署同時發(fā)生的 CPU 突然峰值是正常的、計劃內(nèi)的工作負(fù)載，而非性能故障。這種上下文感知能力可以防止誤報，在已知高負(fù)載期間動態(tài)調(diào)整警報閾值，并確保僅在偏差超出計劃更新和運行參數(shù)范圍時才觸發(fā)警報。

六、結(jié)論

向軟件定義汽車（SDV）的轉(zhuǎn)變正在重新定義汽車行業(yè) —— 從以硬件為中心的系統(tǒng)轉(zhuǎn)向軟件驅(qū)動的平臺。這一演進(jìn)引入了模塊化架構(gòu)、持續(xù)空中下載（OTA）功能交付以及功能即服務(wù)（FaaS）等新的服務(wù)導(dǎo)向型商業(yè)模式。盡管這些進(jìn)步帶來了顯著優(yōu)勢，但也在安全、可擴展性、可靠性和成本等方面帶來了重大挑戰(zhàn)。這些問題對傳統(tǒng)原始設(shè)備制造商（OEM）及其供應(yīng)網(wǎng)絡(luò)而言尤為復(fù)雜。要解決這些問題，需要采用敏捷開發(fā)方法和持續(xù)集成 / 持續(xù)部署（CI/CD）實踐，同時維持汽車級質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)。

本文對軟件定義汽車（SDV）領(lǐng)域進(jìn)行了系統(tǒng)綜述，強調(diào)了學(xué)術(shù)界和行業(yè)貢獻(xiàn)的強度和不平衡性。學(xué)術(shù)研究通常側(cè)重于基礎(chǔ)技術(shù)和架構(gòu)概念，而行業(yè)專利則傾向于強調(diào)系統(tǒng)整合和商業(yè)化。學(xué)術(shù)界和行業(yè)之間需要加強合作，以彌合從業(yè)者、學(xué)生和研究人員之間當(dāng)前存在的差距。

綜述還確定了關(guān)鍵挑戰(zhàn)，包括分散的認(rèn)證協(xié)議、軟件作為戰(zhàn)略資產(chǎn)的經(jīng)濟管理、測試和驗證工具的不足，以及維修和維護(hù)成本的上升。其他障礙包括車輛和云系統(tǒng)中彈性軟件運行的需求、可擴展的硬件平臺、不斷演變的供應(yīng)鏈結(jié)構(gòu)以及有效的車輛數(shù)據(jù)治理。此外，開放數(shù)據(jù)集、測試平臺和仿真平臺的缺乏，繼續(xù)阻礙著異常檢測和上下文可觀測性等關(guān)鍵領(lǐng)域的可重復(fù)性和進(jìn)展。

本文強調(diào)了若干未來方向和研究機遇，以解決這些差距并釋放軟件定義汽車（SDV）的全部潛力。關(guān)鍵優(yōu)先事項包括促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)協(xié)作、采用開放式創(chuàng)新模式，以及推進(jìn)開放數(shù)據(jù)集、教育模擬器和測試平臺的開發(fā)。進(jìn)一步的研究還應(yīng)側(cè)重于建立可量化的體驗質(zhì)量（QoX）指標(biāo)、開發(fā)認(rèn)知數(shù)據(jù)采樣方法，以及增強上下文可觀測性框架。

軟件定義汽車（SDV）不僅僅是技術(shù)的進(jìn)步；它們標(biāo)志著汽車向持續(xù)演進(jìn)、軟件定義的數(shù)字平臺的系統(tǒng)性和前所未有的變革。要實現(xiàn)這一愿景，需要在創(chuàng)新、法規(guī)、基礎(chǔ)設(shè)施和人力資本開發(fā)等方面進(jìn)行協(xié)調(diào)努力，以構(gòu)建可擴展且可持續(xù)的軟件中心化移動出行未來。

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