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成都西门子一级代理商
产品时间:2020-11-23
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如今越来越多的汽车系统实现了软件操控。驾驶辅助系统和电动汽车的出现更是极大地加速了这种趋势的发展,开发人员目前甚至已开始构想面向未来汽车的全新架构。在一个名为“RACE”的研究项目中,研究人员正在开发某些新概念,并进行原型试验。

我们的汽车就是会行驶的计算机。高档汽车中最多可能配备100个控制单元和十多只传感器。发动机、传动系统、制动系统、安全气囊,甚至电动车窗上均可搭载智能化的电子装置。举例而言,当儿童的手搭在玻璃车窗与窗框之间时,此类装置便能识别这种情形。有些系统可以帮助驾驶者避免偏离车道,还可以帮助驾驶者轻松停车。当驾驶者可能疲劳驾驶时,相应系统可发出警告。当汽车在光滑路面上行驶时,相应系统可协调车轮的动作。

有些汽车目前已经具备了在紧急情况下自动制动的功能。此功能不仅涉及到电子稳定性控制系统,同时也相当于在传动系统中安装了一个小脑,当乘客安全装置将安全带缩紧时,该功能可以自动操控传动系统,使之降到低速档。由于现代汽车上的所有车载控制装置均相互依赖,因而可能会导致一种错综复杂的关系,这对汽车的通信系统(即“总线”)造成了巨大压力。总线是支持各类子系统交换数据的组件。

得益于传感器、嵌入式计算机和通信技术的发展,未来的汽车将逐步成为轮子上的机器人。然而要使这种构想变成现实,汽车将需要新的硬件和软件架构。

随着越来越多的功能逐步实现自动化,当前的分散式智能标准(电子装置和软件模块分布于汽车的各个部位)将很难满足新的需求。即便是提高通信速度,改进通信协议,最终也难逃数据传输发生拥堵的困境。“我们要解决问题的根源,而不能治标不治本。”西门子中央研究院的电动交通概念设计负责人Gernot Spiegelberg教授表示。

Spiegelberg提出了一个借鉴人脑工作模式的解决方案。人脑有不同的区域,每个区域分别负责某些功能,例如视觉、运动神经控制和记忆存储等。Spiegelberg认为汽车中央计算机也应该像人脑一样,采用面向功能的软件架构。在这种模式下,数据处理资源可以得到有效利用,同时系统还能对复杂的交通状况做出迅速评估。单项功能可以随时升级或更换,并且只需要稍作调整,便可以将一种车型的软件包移植到其他车型。

这听上去似乎很简单,实则可能在整个汽车行业引发一场革命。它意味着所有电子组件供应商要提供相应的软件模块,这些模块必须具备通过逻辑预定义的接口互相通信的能力。

演进与革命。未来的汽车电子架构会是什么样子?这正是由西门子负责协调的RACE项目目前的研究重点。RACE是“面向未来电动汽车的强韧和可靠的计算环境”的缩写。除西门子外,项目的参与者还包括汽车行业供应商TRW、服务提供商AVL和五所知名的学术机构。RACE是德国联邦经济与技术部扶持的项目,项目经费约为1000万美元。合作各方计划在2014年底以前,不仅完成硬件、软件、系统语义和传感器集成的理论分析,还将设计出两套原型。

*个原型定名为“演进者”,主要展示从现今的架构向未来架构的转变。在此过程中,最大的挑战是另起炉灶重新开发全新软件的高昂成本。慕尼黑理工大学 的Manfred Broy教授就肯定地指出:“显然从长期来看,我们需要一个不同的汽车系统架构,但我们还必须了解,在当前的汽车软件上已经投入了多少成本,重新编写软件或者改变部分设计会耗费多少资金。”“演进者”子项目的另一个目的是表明,长期而言,面向功能的软件架构能够节省资金。举例来说,如果某个汽车组件,包括其软件,已经通过了严格的ISO 26262安全标准认证,那么它可以不经过任何修改或进一步测试,而直接用于同一制造商生产的其他车辆。目前,航空业就已做到了这一点。

在“RACE”研究项目中,西门子及其合作伙伴将探索面向未来车辆的新型软件架构。该项目旨在对当今汽车中繁多的控制部件(左下图)进行大幅简化,从而形成未来的架构(右下图)。软件功能将日益丰富,它们将分布在数量不断减少的硬件组件上。

相比之下,第二个原型则将诠释什么是一场“革命”。这个子项目是在车辆中全面实现重新开发的全新系统架构。其目标是确保电气传动系统、制动系统及所有与驾驶有关的其他功能均能良好运行,使采用该架构的车辆可以获准在公路上行驶。据Spiegelberg介绍:“这同样可以节约成本,因为整个车辆架构将采用完全不同于现今车辆的设计。”一言以蔽之,这能够让我们更轻松地实现全新的汽车概念。

比如,该原型将在汽车后桥上配备轮毂电机。轮毂电机不仅可为车辆提供出色的加速动力,还能产生充足的制动力。有了轮毂电机,则只需为前轮配备采用烧蚀刹车片的制动系统,这样便可节约成本。此外,车辆不再需要使用两个控制单元——一个控制制动系统,一个控制电机——来控制纵向动力。该概念车还将实现线控转向,也就是说将取消方向盘与前桥之间的机械连接纽带,即转向管柱。

此项目于2012年初启动,随着项目的推进,研究人员将最终敲定软件的结构。软件专家Broy预计,客户端-服务器架构、面向服务架构(SOA)和分层架构均将发挥重要作用。这三种用于构建复杂软件的方式,归根结底是要求采用严格的层次结构。在分层架构中,组件不再具有同等的权限,换言之,上层组件可以调用下层组件,但下层组件不能调用上层组件。在客户端-服务器架构中,软件分布在不同的硬件组件中,但是对于特定组件的具体权限有着明确的界定。在面向服务架构中,软件按责任领域进行组织。

随着汽车中装配的传感器日益智能化,上述架构也适用于硬件。之所以这样说,是因为目前以及未来的辅助系统都需要车辆具备环境感知能力。且不论未来的汽车将配备分布式智能装置,立体摄像头、激光、雷达和短程超声传感器等,将让未来的汽车具备360度的全景视野。汽车自动化神经系统中的这些“节点”将接管信号处理任务,而汽车的“大脑”将负责情景识别,并在必要时采取行动。

此外,RACE还将研究一个有趣的问题,探索什么样的控制回路配置可以让智能传感器与智能执行器直接相连,从而使车辆的“大脑”在大部分情况下无需采取行动,只负责情景监视。

旧车升级。那么这对于驾驶者意味着什么?新的软件架构方便功能的事后集成,这便是驾驶者将享受到的最大益处。车载信息娱乐系统升级如今已然成为一个惯例,但是当豪车制造商推出新的防碰撞辅助系统时,只有新车型才能搭载。未来则不同,采用西门子研发的新型信息架构后,旧车型一样可以添加新软件。

为保护此类开放系统不受袭击,RACE项目组同时也在研究新架构的安全性。不过Broy认为不存在根本性的安全问题。“原则上讲,我们已经知道如何设计安全的软件更新体系。”他指出,“这需要构建防火墙,制定明确的安全规范,并为汽车系统开发统一的安全概念。”

如今,世界各地正在纷纷设计面向未来的汽车电子结构。

 

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