什麼是軟體定義車輛？

汽車產業正經歷數位轉型，軟體定義車輛 (SDV) 則代表了資料驅動創新的巔峰。SDV 被公認為新一代先進車輛系統，這代表汽車創新的持續轉型，因為車輛逐漸從以硬體為重，轉向以軟體為重。SDV 非常重視車內使用者體驗，並透過資訊娛樂系統等技術加以提升。

SDV 在獲得廣泛應用前，仍需要達到更高的成熟度，但相較於目前的車輛，SDV具有明顯優勢。不再侷限於出廠時搭載的功能，SDV 在上路後能持續升級軟體特點與功能。這種修復問題且進行更新的能力，正推動 SDV 持續發展，最終將帶來更優異的使用者體驗。

截至目前為止，我們尚未見到任何完整的 SDV 問世。如同自動駕駛車輛，SDV 可分為 0 至 5 等級，其中第 0 級為「具備軟體功能」，第 5 級則為完全軟體定義的車輛。儘管業界正逐步邁向第 3 級與第 4 級 SDV，但要第 5 級 SDV 上路的實現，仍需一段時間。如同自動駕駛車輛，並非所有原廠設備製造商 (OEM) 都以達到第 5 級為目標，所以未來第 3 級與第 4 級車輛可能與第 5 級 SDV 並存。

SDV 的軟體高度整合，所以不同於其他車輛架構，例如連網車輛與自動駕駛車輛 (AV)。SDV 著重於車內功能、駕駛體驗及車內使用者體驗。相較之下，其他先進車輛的進階軟體，通常聚焦於通訊功能與環境互動。

不過，SDV 提供的往往不僅是車內功能。它們也提供以軟體驅動的進階安全功能，例如防撞系統與先進駕駛輔助系統 (ADAS)。傳統車輛採用分散式架構，電子控制單元 (ECU) 搭配自有軟體元件以執行單一功能，例如控制車窗。SDV 則是採用區域架構以減少 ECU 數量，此架構完全集中管理軟體，可共用硬體資源並降低干擾。

這表示 SDV 可使用數量較少但功能更強大的 ECU，彼此相連以執行多項任務，例如在相同硬體上，同時執行 ADAS 與資訊娛樂系統應用程式。此架構亦讓車內特定區域的軟體更新與升級，因此具備更高的彈性。

讓軟體與硬體相互脫鉤，SDV 相較於其他車輛，便能實現更高效能，並提供更豐富的車內功能。這也帶來其他幾項獨特優勢，包括：

• 靈活度
• 便於升級
• 提升的安全性與可靠性
• 更好的開發效率
• 創造額外收益來源

SDV 的獨特功能之一是能夠進行無線更新 (OTA)。製造商能透過 OTA，利用雲端將車輛新功能、特性、功能與更新，安裝至車輛軟體，類似智慧型手機使用無線技術更新。有了此功能，車輛技術可隨著時間保持在最新狀態中，並整合製造時，尚未提供的功能。

SDV 包含許多元件。有些元件可在傳統車輛看到，有些則不太常見。SDV 中有三類關鍵元件：

• 硬體
• 軟體
• 硬體與軟體之間的介面

硬體

儘管軟體常是 SDV 討論的面向，但關鍵的硬體層能夠支援這些進階軟體應用的資料收集與處理。部分主要硬體元件包括：

• 集中式運算平台
• 感測器：攝影機與雷達、光學雷達，以及碰撞感測器
• 致動器
• ECU
• 傳動系統
• 底盤
• 懸吊

在 SDV 中，感測器可監控內部與外部環境，讓軟體能做出有依據的決策。ECU 負責管理車輛電力系統，高效能 ECU 能同時控制多個系統。執行器則執行 ECU 發送的各項指令，例如煞車與轉向。

由於 SDV 的運作類似行動資料中心，所以需要高效能運算 (HPC) 系統及強大的圖形處理器 (GPU) 以處理感測器資料，並有效執行 ADAS 一類的應用。由於 SDV 的連網程度高於傳統車輛，必須採用如乙太網路等通訊網路，才能支援更快速的資料傳輸能力。

軟體

SDV 軟體層包括核心作業系統，例如 Windows 或 Linux，以確保內部與資料通訊技術的連線。OTA 通訊系統可與外部資料中心連線進行資料傳輸，並作為更新車載軟體與新增車輛特性與功能的基礎。

SDV 也包含多種應用程式與使用者體驗軟體，例如資訊娛樂系統、數位儀表板、ADAS、先進車輛管理控制、自適應巡航控制、車內空調控制與導航系統。這些應用透過中介軟體連接 SDV 的作業系統，中介軟體發揮軟體層的作用，負責協調作業系統與各個應用程式之間的通訊。這些功能在駕駛期間可提供更高的舒適性與安全性。

SDV 透過資料產生與分析能力，能持續監控自身效能並規劃維護時程。預測性維護可協助車輛操作人員在問題惡化前就加以修復。

硬體與軟體之間的介面

硬體與軟體層之間存有中介層，稱為介面層，負責將軟體程式連接 SDV 的硬體。這種互連性需要 OEM 與供應商達到應用程式標準化，方可確保相容性。

SDV 的軟體整合採用模組化方法，每個應用程式都有專屬應用程式介面 (API)。SDV 的硬體同樣採取模組化，較小的控制單元負責執行不同功能的專屬任務。這讓設計人員可根據預期功能，透過較小的「建構模塊」，將更龐大、更高效能的系統整合至 SDV。

雖然軟體開發的進展推動了 SDV 的應用面，介面層對於車輛硬體與軟體系統至關重要，能將其整合至可即時監控與反應的功能性生態系統。這些介面對於車輛安全與使用者體驗同樣極為關鍵。

SDV 的發展不僅影響汽車產業，衍生技術對於其他產業同樣有所幫助。此外，SDV 本身的使用情境甚多，亦將造福其他產業部門。

舉例來說，SDV 必須搭載功能強大的 CPU 與 GPU，才能處理其產生的大量資料。因此，電腦硬體製造商為了支援這些功能與其他應用，需要開發更先進的 CPU、5G 系統與邊緣運算系統。

在汽車產業中，SDV 的發展正推動更進階的 ADAS 技術，進而支援其他自動駕駛應用。此外，SDV 產生的龐大資料，可為商用車與車隊管理應用程式，提供更準確的即時更新。SDV 也有助於推動「移動即服務(MaaS)」 產業的成長，透過按需求而提供多樣化車輛選擇，並客製化 MaaS 體驗以符合使用者需求。

由於 SDV 能提供駕駛行為與車輛效能的細部資料，這項技術也有潛力徹底革新車輛保險產業。這可能促使保險業者推出更個人化與動態調整機制的保險模式。

SDV 能將智慧城市結合智慧電網，這些系統運用數位技術與資料，以改善公共服務與市民基礎設施等項目。這些系統將透過車輛對電網 (V2G) 與電網對車輛 (G2V) 的運作方式，管理電網內部的能源分配。在智慧城市內部管理 SDV 車隊，有助於減緩交通流量或事故發生，SDV 亦可透過 OTA 技術，即時向市府公務員傳送更新資訊。

SDV 類似其他車輛架構，既有優勢也面臨到挑戰。由於軟體平台與架構的多樣性，SDV 所需的系統複雜度更高，確保其與傳統及先進硬體的互通性於是成為關鍵。

SDV 技術的部分優勢包括：

• 透過進階監控提升引擎、電池與燃料效能
• 經由 ADAS 與防撞系統提升安全性
• 支援 OTA 軟體更新與新增特性與功能的能力
• 車輛透過遠端資訊與診斷功能自我監控，有能力執行預測性維護
• 為車內每位乘客提供個人化體驗，從自訂儀表板到選擇資訊娛樂內容
• 透過更多資訊娛樂服務提升乘客舒適度

然而，SDV 還並不是一個成熟的系統。設計人員與製造商仍需克服幾項工程與設計挑戰：

• 系統需要倚賴複雜軟體與大量程式碼，這也提高了發生錯誤的可能性。
• SDV 是數位連網車輛，所以與其他網路連接而容易受到資安威脅。
• SDV 會收集大量資料，若未遵循資安最佳實務，可能引發隱私疑慮。
• 此領域對技術的要求甚高，需結合多項工程領域的專業知識，隨著 SDV 逐步移入量產，人才與專業不足可能形成問題。
• 在電動車領域，製造延遲已是既有問題。由於 SDV 擁有複雜整合的電子與硬體環境，有可能導致更嚴重的延遲問題。

確保 SDV 的資料安全性

資料安全性是 SDV 所面臨的獨特挑戰。由於 SDV 會在車內與外部資料網路間交換大量資料，車輛本身就存有許多可能進入點與脆弱節點。

為防止駭客攻擊，採用更穩固的資安機制與安全通訊協定是必要的。有些軟體平台 (例如 QNX) 由於具備先進的安全功能，在 SDV 產業中備受歡迎。未來，人工智慧 (AI) 將在協助 SDV 防範網路威脅方面，具有舉足輕重的地位。

SDV 為原始設備製造商 (OEM) 帶來全新商業模式，其核心在於軟體開發與硬體同步整合。由於能對 SDV 傳送 OTA 更新，OEM 與製造商必須能驗證新版本的車載軟體，並確保遵循法規。數位孿生是車輛的數位複本，能運用來自不同操作與地理環境的資料，著手測試各種情境。OEM 可透過修改數位孿生模型，以確保更新能有效發揮作用，卻不會對實際車輛的安全帶來風險。事實上，已有企業開始建置全虛擬環境，讓工程師在更新上線前，能進入模擬車輛測試軟體修改內容。

隨著汽車產業與日俱進革新，OEM 現在需要開發與多家硬體與軟體供應商相容的載具設計，並確保新增應用程式符合安全性與法規標準。舉例來說，富豪集團 (Volvo Group)與 Daimler Truck 近期宣布合作，共同開發用於重型商用車的 SDV 平台。 

由於 SDV 的設計較傳統車輛架構更複雜，模擬軟體有助於在設計與開發流程初期盡早發現問題，並於實體原型階段前進行修正。對 SDV 而言，模擬有助於：

• 預測設計問題，並在流程初期執行左移測試
• 分析車輛安全性與資安功能
• 使用 AI 加速開發
• 設計全新電力與電子架構
• 在晶片與印刷電路板 (PCB) 層級進行模擬，以確保 ECU 元件具備散熱、訊號與電源完整性
• 設計車內網路，包括感測器、天線與高速通訊
• 模擬電磁干擾
• 分析系統效能與可靠性
• 開發高保真度且無偏差的原型，透過數位孿生將軟硬體整合至設計

Ansys 提供許多工具，有助於模擬開發 SDV 期間面臨的各種工程與設計挑戰，主要聚焦於硬體與整合層面的設計。其中包括：

• Ansys System Architecture Modeling (SAM) 功能：提供正式架構框架以擷取設計系統的描述資訊
• Ansys medini analyze 軟體：為基於模型的系統解決方案，可執行關鍵安全分析方法，並確保符合包括 ISO 26262 在內的產業標準
• Ansys SCADE 平台：基於模型進行開發、驗證與自動產生程式碼，以打造安全可靠的嵌入式軟體
• Ansys ModelCenter 軟體：連接 SAM 的系統要求與模擬模型與工程分析，以驗證整個系統的行為與要求
• Ansys HFSS 軟體：確保從晶片到系統的所有電子元件，都能進行高效設計與虛擬驗證。HFSS 軟體也能判斷電磁可靠性，驗證電磁干擾是否會對整體系統造成問題。
• Ansys Twin Builder 平台：可將高保真度的複雜模型，打造成快速執行的降階模型 (ROM)，以期加快求解時間
• Ansys AVxcelerate Sensors 軟體：提供實質準確的感測器模擬，以利進行含感測器感知功能的自動系統測試
• Ansys AVxcelerate Headlamp 軟體：透過驗證控制邏輯行為，並在設計初期測試可能發生的極端情況，進而加速開發智慧型車燈
• Ansys SimAI 軟體：搭載 AI 驅動工具，可加快模擬的設計與最佳化流程，縮短元件開發的時間

立即聯絡我們的技術團隊，瞭解模擬導向的設計方法，如何協助最佳化 SDV 元件及互連系統的設計與製造。

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