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羅 安
1 前言
隨著(zhù)信息技術(shù)的高速發(fā)展，它對傳統產(chǎn)業(yè)的影響已愈見(jiàn)明顯，當前的一個(gè)非常明顯的發(fā)展趨勢是傳統機械裝置向電腦裝置轉化，傳統機械產(chǎn)品向高科技產(chǎn)品轉化。以微電子技術(shù)、數字技術(shù)、軟件技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )技術(shù)為核心內容的計算機技術(shù)在很多地方取代了傳統的機械技術(shù)、液壓技術(shù)和電氣技術(shù)，成為最新一代控制系統的主體。
汽車(chē)是傳統機械行業(yè)高度發(fā)展的產(chǎn)物，是多項技術(shù)發(fā)明和創(chuàng )新的結晶。在機械時(shí)代，汽車(chē)的控制完全是通過(guò)機械裝置實(shí)現的，如各種類(lèi)型的齒輪、絲杠、傳動(dòng)皮帶等。后來(lái)出現了氣動(dòng)技術(shù)和液壓技術(shù)，利用流體力學(xué)的原理實(shí)現各種控制功能。近年來(lái)電子技術(shù)得到了快速的發(fā)展，自然基于電子技術(shù)的控制器也有了長(cháng)足的進(jìn)步，形成了很多利用電磁原理的控制裝置，這些電子的控制裝置在功能、靈敏度、可靠性、體積小巧、重量輕等特性上大大優(yōu)于傳統的機械式和液壓式控制器，因此在許多方面逐步取代了傳統的控制器，形成了汽車(chē)電子這一大產(chǎn)品門(mén)類(lèi)，而且隨著(zhù)技術(shù)的不斷進(jìn)步，這類(lèi)產(chǎn)品還在以相當高的速度不斷發(fā)展。
當前科技發(fā)展的速度非?？?，電子技術(shù)在其前進(jìn)的過(guò)程當中，產(chǎn)生了一個(gè)新的分支，這就是近三十年來(lái)發(fā)展迅猛的微電子技術(shù)，由此又催生了一系列新技術(shù)，如數字技術(shù)、軟件技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )技術(shù)等。而且，這些新技術(shù)的發(fā)展更為迅猛，這使得許多傳統的東西都要重新改造甚至徹底更新，用新的數字技術(shù)來(lái)實(shí)現各種人們所需的功能。
與機械原理、液壓原理、電磁原理等傳統的控制實(shí)現原理相比較，數字控制實(shí)現原理更具有功能強大、性能穩定、精確度高、控制靈敏、控制參數調整范圍大、靈活和通用性強等優(yōu)點(diǎn)，特別是在多個(gè)數字控制裝置之間可以實(shí)現網(wǎng)絡(luò )連接，這是以往任何控制裝置所無(wú)法實(shí)現的功能。依靠數字控制裝置的網(wǎng)絡(luò )功能，人們可以實(shí)現多個(gè)控制器的連鎖和協(xié)調控制，更可以實(shí)現功能強大的人機界面，達到人與機器的完美結合，使人可以比以往任何時(shí)候都更加全面、深入地了解機器的運行，并得心應手地實(shí)現操縱和控制。另外，數字技術(shù)還是信息技術(shù)的基礎，以數字技術(shù)為基礎的控制裝置，已經(jīng)被認為是一個(gè)大的信息系統中的若干子系統，成為了信息系統的重要組成部分。
汽車(chē)計算平臺的概念正是在這一大的技術(shù)發(fā)展背景下提出來(lái)的，是汽車(chē)的控制從機械式到液壓式，又到電子式以后的新一代控制系統，其最大的特點(diǎn)是采用了數字化的控制實(shí)現原理，并繼承了傳統控制裝置中的最優(yōu)秀部分，形成了一個(gè)集光、機、氣、液、電、數字、信息等技術(shù)為一體的全新的產(chǎn)業(yè)。
2 汽車(chē)電子與汽車(chē)計算平臺的比較
汽車(chē)計算平臺跨越了傳統的汽車(chē)電子概念，將過(guò)去基于電子、電氣技術(shù)的單個(gè)的汽車(chē)控制單元提升到了從汽車(chē)整體控制出發(fā)的、基于數字技術(shù)和信息技術(shù)的、整車(chē)各部分控制互相緊密關(guān)聯(lián)與協(xié)調的計算機網(wǎng)絡(luò )系統。表1概括了從汽車(chē)電子到汽車(chē)計算平臺所產(chǎn)生的變化。
如果說(shuō)汽車(chē)電子是基于電子技術(shù)的汽車(chē)控制產(chǎn)品，汽車(chē)計算平臺則是基于數字技術(shù)的汽車(chē)控制、管理、服務(wù)的一體化系統，這種革命性的改變可從表1看到幾個(gè)具體的方面。
下面從功能、技術(shù)、產(chǎn)品等幾個(gè)方面對汽車(chē)計算平臺進(jìn)行較具體的描述。
(1) 汽車(chē)計算平臺的功能方面
汽車(chē)計算平臺在功能方面可分為底層、中層、高層這三個(gè)層面：
底層 對汽車(chē)各主要構成部分的控制，如發(fā)動(dòng)機、懸掛系統、轉向系統、變速箱、啟?？刂频?。這些部分的控制要求安全可靠、穩定快速。一般采用專(zhuān)門(mén)設計的數字控制器及相應的執行機構。同時(shí)具有現場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )接口以向上層傳遞運行信息并從上層或相鄰控制器獲取高級控制功能所需的信息。這一層的功能可以歸結為對車(chē)輛本身的控制層。
中層 車(chē)輛監視與乘客服務(wù)，實(shí)時(shí)監視車(chē)輛各部分的運行狀態(tài)，對異常情況進(jìn)行報警，對預測到的異常情況發(fā)出預警以提前進(jìn)行預防性維護，包括汽車(chē)駕駛輔助系統、車(chē)載娛樂(lè )系統等，這一層的功能可以歸結為人與車(chē)的交互層。
高層 信息通信及信息服務(wù)。如移動(dòng)通信、移動(dòng)定位與導航、移動(dòng)上互聯(lián)網(wǎng)、車(chē)輛管理與交通管理、車(chē)輛維護、服務(wù)等，這一層的功能可以歸結為車(chē)與外界環(huán)境的交互層。
根據“網(wǎng)絡(luò )就是計算機”的理念，這三層功能將分別由傳感器、執行器級現場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)（底層網(wǎng)絡(luò )）、車(chē)載局域網(wǎng)及現場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)（中層網(wǎng)絡(luò )）及無(wú)線(xiàn)廣域網(wǎng)（高層網(wǎng)絡(luò )）實(shí)現。
(2) 汽車(chē)計算平臺的技術(shù)方面
數字技術(shù) 包括模擬信號數字化技術(shù)、數字處理技術(shù)、數字控制算法等。
微電子技術(shù) 嵌入式芯片、微處理器、基于MEMS的傳感器、執行器技術(shù)。
光機電一體化技術(shù) 構成傳感器、執行器的關(guān)鍵技術(shù)，是汽車(chē)計算平臺中難度最高的技術(shù)。
總線(xiàn)/網(wǎng)絡(luò )技術(shù) 包括傳感器/執行器網(wǎng)絡(luò )、現場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng)、信息網(wǎng)、無(wú)線(xiàn)網(wǎng)等。
信息處理技術(shù) 對各類(lèi)信息的處理，包括規格化、分類(lèi)、存儲、分析、檢索、分發(fā)等。
軟件技術(shù) 高效、高可靠、高速軟件的編制與管理，質(zhì)量控制，大型軟件系統的編制與管理，質(zhì)量控制，軟件生命周期維護。
人機界面技術(shù) 利用人機工程學(xué)形成新一代更加人性化的汽車(chē)駕駛方式，使汽車(chē)駕駛更加省力、自如、方便、快捷、簡(jiǎn)單、安全、高效。其中包括顯示技術(shù)和操縱技術(shù)。
(3) 汽車(chē)計算平臺的產(chǎn)品方面（基礎產(chǎn)品）
嵌入式單片系統SOC 包括CPU、ADC/DAC、網(wǎng)絡(luò )接口等集成一體化芯片。
現場(chǎng)總線(xiàn)網(wǎng) CAN、LIN、Profibus等。
無(wú)線(xiàn)網(wǎng) 藍牙局域網(wǎng)WiFi、WLAN等。
各類(lèi)傳感器件、執行器件。
各類(lèi)智能化、網(wǎng)絡(luò )化的電子控制單元產(chǎn)品及汽車(chē)電子產(chǎn)品。
汽車(chē)計算平臺的軟件體系 形成汽車(chē)計算平臺的各個(gè)應用子系統。
如上所述，汽車(chē)計算平臺是汽車(chē)電子向上的自然發(fā)展和延伸，是汽車(chē)電子有關(guān)的技術(shù)和產(chǎn)品在新的需求、新的技術(shù)推動(dòng)下產(chǎn)生質(zhì)變的結果。因此，簡(jiǎn)單地將汽車(chē)計算平臺僅僅看成是實(shí)現控制的技術(shù)手段的改進(jìn)是不對的，而割斷技術(shù)發(fā)展歷史，把汽車(chē)計算平臺看成是憑空產(chǎn)生的一項新技術(shù)的看法也是不對的。
3 汽車(chē)計算平臺的核心技術(shù)
構成汽車(chē)計算平臺的主要技術(shù)已如上文所述，而此中最核心的技術(shù)，即區別汽車(chē)電子與汽車(chē)計算平臺的核心技術(shù)當屬網(wǎng)絡(luò )技術(shù)和人機界面技術(shù)。
由于汽車(chē)計算平臺已將傳統的汽車(chē)電子各個(gè)獨立的控制器連接成為一個(gè)整體的汽車(chē)計算機網(wǎng)絡(luò )。而且這個(gè)網(wǎng)絡(luò )將按不同層次的功能分成兩層或三層網(wǎng)絡(luò )。因此網(wǎng)絡(luò )的拓撲結構、各層網(wǎng)絡(luò )的功能、互聯(lián)關(guān)系、信息在網(wǎng)上傳遞的路徑、傳播方式、信息流的控制、信息表現形式的變換、各層網(wǎng)絡(luò )的協(xié)議規約等都成為汽車(chē)計算平臺設計中的核心問(wèn)題。這些問(wèn)題解決得好，整個(gè)汽車(chē)計算平臺就能夠發(fā)揮出單個(gè)控制器所實(shí)現不了的功能和效能，而如果網(wǎng)絡(luò )設計出現問(wèn)題，則受到的不良影響將波及整個(gè)汽車(chē)的功能和性能。因此必須下功夫深入研究、精心設計，并盡快形成一個(gè)基本的標準（因網(wǎng)絡(luò )問(wèn)題涉及全局和長(cháng)遠的發(fā)展，如無(wú)標準勢必形成無(wú)序的開(kāi)發(fā)生產(chǎn)，造成混亂局面，最終無(wú)法形成產(chǎn)業(yè)），以此為基礎循序漸進(jìn)，不斷完善與擴充，最終成為汽車(chē)計算平臺的一個(gè)總體框架。
關(guān)于人機界面問(wèn)題，在以往的汽車(chē)電子技術(shù)文獻中很少提及，但這卻是在汽車(chē)電子上升為汽車(chē)計算平臺以后不容回避的一個(gè)核心問(wèn)題。因其涉及到汽車(chē)駕駛員的駕駛模式的改變，必須認真研討。傳統汽車(chē)的駕駛模式已經(jīng)非常成熟，基本上形成了標準。傳統的汽車(chē)電子一般都是在已有的駕駛模式框架內，利用電子技術(shù)替代機械裝置完成特定的功能。隨著(zhù)汽車(chē)本身功能的增加，特別是信息技術(shù)被引入汽車(chē)工業(yè)后，汽車(chē)本身的功能大為增加，相應地對汽車(chē)駕駛模式也提出了更高的要求，傳統方法已不能滿(mǎn)足要求，而必須在人機工程學(xué)的指導之下，結合數字化、信息化、圖形化、語(yǔ)音/聲控等新的人機界面技術(shù)形成新的駕駛模式，才能夠滿(mǎn)足現代汽車(chē)的功能需求。
人們目前面臨的是一個(gè)技術(shù)革命的年代，汽車(chē)計算平臺是新技術(shù)對傳統行業(yè)提出的全新的課題，這無(wú)疑是一個(gè)巨大的挑戰，同時(shí)也給我們帶來(lái)了巨大的機遇，因為在任何革命性的技術(shù)變革面前，大家是站在同一起跑線(xiàn)上的，關(guān)鍵是如何抓住這個(gè)機遇，在新一輪的發(fā)展中爭取主動(dòng)，形成具有自己特色的，與國際先進(jìn)水平接軌并能夠同步發(fā)展的汽車(chē)計算平臺系統。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號