一、車云計算是E/E架構(gòu)演進(jìn)的重要方向，但當(dāng)前缺乏實時性應(yīng)用

“硬件趨同、軟件定義、數(shù)據(jù)驅(qū)動”已成為智能駕駛產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要趨勢。汽車電子電氣架構(gòu)向“中央域控”發(fā)展已基本形成共識，而車云計算（Vehicle Cloud Computing）將成為E/E架構(gòu)演進(jìn)的重要方向（圖1）。“車云計算”是指車通過C-V2X和/或蜂窩通信網(wǎng)絡(luò)，與各級云平臺之間的協(xié)同計算。1、非實時應(yīng)用：目前，車與區(qū)域云、中心云的協(xié)同計算主要面向異步、非實時的應(yīng)用，已經(jīng)有成熟框架和應(yīng)用，如車載導(dǎo)航、智能語音助手、車載娛樂、自動駕駛算法訓(xùn)練、車輛管理運維大數(shù)據(jù)分析等。2、弱實時應(yīng)用：車云弱實時協(xié)同計算已建立起部分標(biāo)準(zhǔn)，并在示點示范區(qū)內(nèi)實現(xiàn)落地應(yīng)用，如網(wǎng)聯(lián)碰撞預(yù)警、網(wǎng)聯(lián)車速引導(dǎo)等。3、實時應(yīng)用：面向自動駕駛的實時車云協(xié)同計算主要是車與邊緣計算平臺的協(xié)同計算，有助于智能網(wǎng)聯(lián)汽車突破車載算力邊界、感知邊界，提升車輛的智能駕駛等級，降低智能網(wǎng)聯(lián)車輛的成本和普及難度。但其解決方案、應(yīng)用都處于萌芽階段，相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)也亟待建立。因此，當(dāng)前車企難以從云端得到一致的信息及服務(wù)以實現(xiàn)網(wǎng)聯(lián)協(xié)同駕駛。

圖1 車云計算 - 汽車電子電氣架構(gòu)演進(jìn)趨勢（來源：博世）二、基于5G MEC面向自動駕駛的實時車云協(xié)同計算面向自動駕駛的實時車云協(xié)同計算可以實現(xiàn)車輛計算能力的拓展，在此類協(xié)同計算模式中，5G-MEC由于其實時性佳，是邊緣云的主要采用平臺。一方面，邊緣云通過路側(cè)設(shè)備數(shù)據(jù)、車輛信息的匯聚處理、分析，可實現(xiàn)面向所有車輛的普適性協(xié)同感知、規(guī)劃、決策。另一方面，可以通過云端平臺容器部署車輛孿生體，與車端協(xié)同形成“邏輯整車”，在5G-MEC和車載計算平臺之間實現(xiàn)個性化功能和算力的動態(tài)編排，通過邏輯統(tǒng)一來突破單車計算的物理邊界并提供整車功能服務(wù)，實現(xiàn)面向單車個體的協(xié)同感知、規(guī)劃、決策、控制、故障診斷等。

圖2 車云計算邊緣云OS此外，經(jīng)由數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)與外部進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，邊緣計算平臺能夠更好的與第三方生態(tài)對接，實現(xiàn)與智慧交通、智慧城市等服務(wù)與應(yīng)用的集成。三、國汽智控方案ICVEC國汽智控推出的車云協(xié)同基礎(chǔ)軟件ICVEC（intelligent Connected Vehicle Edge Computing）產(chǎn)品，通過云端車輛孿生體將車端OS的相應(yīng)功能運行于邊緣云端,從系統(tǒng)硬件層面可以解讀成車端的多板卡/多SoC域控制器的并行分布式系統(tǒng)的一部分運行在5G邊緣云的服務(wù)器中。1.車輛孿生及邏輯單車“車輛孿生”是指車端車控操作系統(tǒng)（系統(tǒng)軟件、功能軟件）、應(yīng)用等在邊緣云（5G-MEC）上的容器內(nèi)運行。云端車輛孿生體的生命周期基本上對應(yīng)車輛在云端服務(wù)范圍內(nèi)的一次行駛旅程。與常規(guī)的數(shù)字孿生的主要區(qū)別在于，除基本的數(shù)據(jù)屬性外，它還具備有相應(yīng)的計算能力。車輛孿生的優(yōu)勢：一方面，由于車端和邊緣云具有相同的系統(tǒng)軟件、功能軟件和應(yīng)用開發(fā)，車輛孿生與物理車可通過實時通信進(jìn)行協(xié)同計算，包括不限于數(shù)據(jù)同步、算力編排、功能協(xié)同、實時控制等，根據(jù)每個車輛自己的環(huán)境模型和自車信息、行車目標(biāo)等，實現(xiàn)服務(wù)于單個車輛的個性化智能駕駛功能，通過計算突破物理邊界來提升單個車輛的智能。在跨邊緣云平臺之間遷移時，車輛孿體還可用于保留車端以及上一個邊緣云節(jié)點內(nèi)，對應(yīng)車輛的數(shù)據(jù)和內(nèi)部運行狀態(tài)。另一方面，通過系統(tǒng)軟件、功能軟件中數(shù)據(jù)流的云端孿生，可以保障云端智能駕駛功能實現(xiàn)的實時性、穩(wěn)定性和高可靠性等。

圖3 國汽智控車云協(xié)同計算產(chǎn)品實現(xiàn)邏輯單車是由車控操作系統(tǒng)（ICVOS）和邊緣云端的車輛孿生體所構(gòu)成的具備數(shù)據(jù)同步和協(xié)同工作能力的邏輯整體，實現(xiàn)完整的車云計算智能駕駛功能。2、車云通信車云間的通訊機(jī)制是千絲萬縷的。以邏輯單車為界，內(nèi)部云端車輛孿生體中的功能組件與車端操作系統(tǒng)的功能組件之間通過分布式通信中間件（DDS - Data Distribution Service）聯(lián)通，并構(gòu)成相應(yīng)的數(shù)據(jù)驅(qū)動架構(gòu)（Data Centric Architecture）的處理主線，實現(xiàn)車端與云端之間各種功能靜態(tài)部署與算力動態(tài)浮動。針對特定的場景及約束可以采用相應(yīng)的過渡性方案(Broker)實現(xiàn)車端與云端兩個通信域的橋接(Bridge)。邏輯單車與外部的通信方案則相對多樣化，更多是基于生態(tài)的需要采用相應(yīng)的數(shù)據(jù)網(wǎng)關(guān)(Gateway)。比如，大數(shù)據(jù)采集功能可以采用MQTT（Message Queuing Telemetry Transport）方案，車云計算管理控制面的通信可采用IoT（Internet of Things）支持的協(xié)議棧。不論是內(nèi)部的還是與外部的通信通道，均可通過同一個或多個相互隔離的網(wǎng)絡(luò)平面實現(xiàn)。而相應(yīng)的邏輯單車的功能比如數(shù)據(jù)回傳，可以運行在車端也可以是運行在云端車輛孿生體中。3、車輛孿生體管理從ICVEC管理控制面的構(gòu)成來講，運行在5G邊緣云中的車輛孿生體控制器主要實現(xiàn)車輛孿生體的生命周期管理等功能（包括孿生體創(chuàng)建、車云通信通道的連接與功能協(xié)商、運行狀態(tài)監(jiān)控、孿生體資源釋放等）以及其他服務(wù)和應(yīng)用管理功能。該控制器向上連接中心云的系統(tǒng)管理器，向下對接邏輯單車的業(yè)務(wù)功能。運行在中心云的系統(tǒng)管理器負(fù)責(zé)ICVEC的整體管理功能，主要從系統(tǒng)層面協(xié)調(diào)車端車云協(xié)同組件與邊緣云端車輛孿生體控制器實現(xiàn)基本的車輛孿生體生命周期管理功能。車端ICVOS中的車云協(xié)同功能組件，與云端系統(tǒng)管理器、車輛孿生體控制器相配合，實現(xiàn)車輛孿生體生命周期管理及相應(yīng)的車云協(xié)同計算的靜態(tài)功能部署、動態(tài)算力浮動、功能安全等。以上是國汽智控ICVEC車云計算架構(gòu)的基本實現(xiàn)方式。在此整體解決方案中，車端與邊緣云間的5G通訊的實時性、可靠性是實現(xiàn)車云計算模式的前提條件，通過相應(yīng)的監(jiān)控和應(yīng)對策略來加以保障。四、落地案例

圖4 某自動駕駛示范區(qū)-5G車云協(xié)同計算應(yīng)用場景ICVEC當(dāng)前已經(jīng)在某自動駕駛示范區(qū)（圖4）進(jìn)行了部署，并完成了車云計算的應(yīng)用驗證。單車的傳感器配置為1個攝像頭，感知算法運行在車端，協(xié)同規(guī)劃及應(yīng)用狀態(tài)處理等算法運行在云端，控制指令的執(zhí)行在車端，通過車云計算實現(xiàn)了車道保持LKS（Lane Keeping Support）及自適應(yīng)巡航ACC（Active Cruise Control）功能。驗證了邊緣云車輛孿生體生命周期管理、車云間有效的功能靜態(tài)部署及動態(tài)的算力浮動等的實現(xiàn)。車云通訊通過5G通信通道實現(xiàn)，車輛與5G MEC機(jī)房相距近10公里。ICVEC還實際運行在了河北徐水長城車輛測試場的邊緣計算平臺上（圖5），在測試場封閉道路內(nèi)，車輛根據(jù)測試大綱和車云計算，自動駕駛完成耐久性測試任務(wù)，檢驗相關(guān)部件的功能和性能。測試場景包含了城市道路、空場和各種特殊路面等環(huán)境，以及車輛及行人避讓等。同時該邊緣云系統(tǒng)還對接了測試場工單系統(tǒng)，以及在控制臺進(jìn)行測試場、測試任務(wù)和測試車輛的3D展示。通過數(shù)字孿生技術(shù)，實現(xiàn)在虛擬孿生測試場上對測試道路和測試場景的擴(kuò)展，在物理測試場上實車的真實測試運行。

圖5 河北徐水長城測試場自動駕駛線路及3D可視化呈現(xiàn)五、價值定位軟件定義汽車使得更多的車輛功能由軟件實現(xiàn)，但車載計算平臺算力在車輛制造時就已固定，雖然有少數(shù)廠家可實現(xiàn)計算平臺硬件在出廠后可替換升級，但高算力硬件必然意味著高成本。5G MEC支持部分所需算力部署在邊端和云端，并與車端協(xié)同工作，解決車端硬件資源受限和軟件對算力資源需求不斷增高的矛盾，推動車輛功能開發(fā)從車內(nèi)“軟件定義”到云端“軟件定義”的演進(jìn)，真正實現(xiàn)軟件定義汽車，同時可讓低配車獲得高等級自動駕駛的能力。另外，通過與各種車聯(lián)網(wǎng)云控平臺、智慧道路交通系統(tǒng)及各種基于大數(shù)據(jù)處理應(yīng)用的對接，國汽智控車云協(xié)同計算能夠給“數(shù)據(jù)驅(qū)動”和產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)帶來助力。通過構(gòu)建車云協(xié)同計算基礎(chǔ)平臺，推動大量汽車數(shù)據(jù)上云、數(shù)據(jù)分析建模、車云一體的協(xié)同工作模式，將助力汽車全產(chǎn)業(yè)鏈的產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)建設(shè)。

同時，統(tǒng)一的車云協(xié)同計算基礎(chǔ)架構(gòu)將有助于汽車產(chǎn)業(yè)、通信產(chǎn)業(yè)、IT產(chǎn)業(yè)、交通產(chǎn)業(yè)的協(xié)同發(fā)展，為“新基建”的可持續(xù)性、可擴(kuò)展性建設(shè)提供指導(dǎo)，消除示范區(qū)車云計算架構(gòu)不統(tǒng)一、行業(yè)碎片化發(fā)展、應(yīng)用開發(fā)受限等障礙，促進(jìn)多產(chǎn)業(yè)的規(guī)?；瘮U(kuò)展，減少企業(yè)的部署、遷移、適配成本。

作者Karl，國汽智控車云計算架構(gòu)師。有多年嵌入式軟件、云原生SDN虛擬網(wǎng)絡(luò)、大數(shù)據(jù)分析、網(wǎng)絡(luò)與車端信息安全等方面的研發(fā)與架構(gòu)經(jīng)驗。