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羅 安
1 前言
隨著信息技術(shù)的高速發(fā)展，它對傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的影響已愈見明顯，當(dāng)前的一個(gè)非常明顯的發(fā)展趨勢是傳統(tǒng)機(jī)械裝置向電腦裝置轉(zhuǎn)化，傳統(tǒng)機(jī)械產(chǎn)品向高科技產(chǎn)品轉(zhuǎn)化。以微電子技術(shù)、數(shù)字技術(shù)、軟件技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為核心內(nèi)容的計(jì)算機(jī)技術(shù)在很多地方取代了傳統(tǒng)的機(jī)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(tǒng)的主體。
汽車是傳統(tǒng)機(jī)械行業(yè)高度發(fā)展的產(chǎn)物，是多項(xiàng)技術(shù)發(fā)明和創(chuàng)新的結(jié)晶。在機(jī)械時(shí)代，汽車的控制完全是通過機(jī)械裝置實(shí)現(xiàn)的，如各種類型的齒輪、絲杠、傳動皮帶等。后來出現(xiàn)了氣動技術(shù)和液壓技術(shù)，利用流體力學(xué)的原理實(shí)現(xiàn)各種控制功能。近年來電子技術(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(tǒng)的機(jī)械式和液壓式控制器，因此在許多方面逐步取代了傳統(tǒng)的控制器，形成了汽車電子這一大產(chǎn)品門類，而且隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，這類產(chǎn)品還在以相當(dāng)高的速度不斷發(fā)展。
當(dāng)前科技發(fā)展的速度非常快，電子技術(shù)在其前進(jìn)的過程當(dāng)中，產(chǎn)生了一個(gè)新的分支，這就是近三十年來發(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(shù)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(tǒng)的東西都要重新改造甚至徹底更新，用新的數(shù)字技術(shù)來實(shí)現(xiàn)各種人們所需的功能。
與機(jī)械原理、液壓原理、電磁原理等傳統(tǒng)的控制實(shí)現(xiàn)原理相比較，數(shù)字控制實(shí)現(xiàn)原理更具有功能強(qiáng)大、性能穩(wěn)定、精確度高、控制靈敏、控制參數(shù)調(diào)整范圍大、靈活和通用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，特別是在多個(gè)數(shù)字控制裝置之間可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接，這是以往任何控制裝置所無法實(shí)現(xiàn)的功能。依靠數(shù)字控制裝置的網(wǎng)絡(luò)功能，人們可以實(shí)現(xiàn)多個(gè)控制器的連鎖和協(xié)調(diào)控制，更可以實(shí)現(xiàn)功能強(qiáng)大的人機(jī)界面，達(dá)到人與機(jī)器的完美結(jié)合，使人可以比以往任何時(shí)候都更加全面、深入地了解機(jī)器的運(yùn)行，并得心應(yīng)手地實(shí)現(xiàn)操縱和控制。另外，數(shù)字技術(shù)還是信息技術(shù)的基礎(chǔ)，以數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)的控制裝置，已經(jīng)被認(rèn)為是一個(gè)大的信息系統(tǒng)中的若干子系統(tǒng)，成為了信息系統(tǒng)的重要組成部分。
汽車計(jì)算平臺的概念正是在這一大的技術(shù)發(fā)展背景下提出來的，是汽車的控制從機(jī)械式到液壓式，又到電子式以后的新一代控制系統(tǒng)，其最大的特點(diǎn)是采用了數(shù)字化的控制實(shí)現(xiàn)原理，并繼承了傳統(tǒng)控制裝置中的最優(yōu)秀部分，形成了一個(gè)集光、機(jī)、氣、液、電、數(shù)字、信息等技術(shù)為一體的全新的產(chǎn)業(yè)。
2 汽車電子與汽車計(jì)算平臺的比較
汽車計(jì)算平臺跨越了傳統(tǒng)的汽車電子概念，將過去基于電子、電氣技術(shù)的單個(gè)的汽車控制單元提升到了從汽車整體控制出發(fā)的、基于數(shù)字技術(shù)和信息技術(shù)的、整車各部分控制互相緊密關(guān)聯(lián)與協(xié)調(diào)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。表1概括了從汽車電子到汽車計(jì)算平臺所產(chǎn)生的變化。
如果說汽車電子是基于電子技術(shù)的汽車控制產(chǎn)品，汽車計(jì)算平臺則是基于數(shù)字技術(shù)的汽車控制、管理、服務(wù)的一體化系統(tǒng)，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)方面對汽車計(jì)算平臺進(jìn)行較具體的描述。
(1) 汽車計(jì)算平臺的功能方面
汽車計(jì)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 對汽車各主要構(gòu)成部分的控制，如發(fā)動機(jī)、懸掛系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、變速箱、啟停控制等。這些部分的控制要求安全可靠、穩(wěn)定快速。一般采用專門設(shè)計(jì)的數(shù)字控制器及相應(yīng)的執(zhí)行機(jī)構(gòu)。同時(shí)具有現(xiàn)場總線網(wǎng)絡(luò)接口以向上層傳遞運(yùn)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(jié)為對車輛本身的控制層。
中層 車輛監(jiān)視與乘客服務(wù)，實(shí)時(shí)監(jiān)視車輛各部分的運(yùn)行狀態(tài)，對異常情況進(jìn)行報(bào)警，對預(yù)測到的異常情況發(fā)出預(yù)警以提前進(jìn)行預(yù)防性維護(hù)，包括汽車駕駛輔助系統(tǒng)、車載娛樂系統(tǒng)等，這一層的功能可以歸結(jié)為人與車的交互層。
高層 信息通信及信息服務(wù)。如移動通信、移動定位與導(dǎo)航、移動上互聯(lián)網(wǎng)、車輛管理與交通管理、車輛維護(hù)、服務(wù)等，這一層的功能可以歸結(jié)為車與外界環(huán)境的交互層。
根據(jù)“網(wǎng)絡(luò)就是計(jì)算機(jī)”的理念，這三層功能將分別由傳感器、執(zhí)行器級現(xiàn)場總線網(wǎng)（底層網(wǎng)絡(luò)）、車載局域網(wǎng)及現(xiàn)場總線網(wǎng)（中層網(wǎng)絡(luò)）及無線廣域網(wǎng)（高層網(wǎng)絡(luò)）實(shí)現(xiàn)。
(2) 汽車計(jì)算平臺的技術(shù)方面
數(shù)字技術(shù) 包括模擬信號數(shù)字化技術(shù)、數(shù)字處理技術(shù)、數(shù)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(zhí)行器技術(shù)。
光機(jī)電一體化技術(shù) 構(gòu)成傳感器、執(zhí)行器的關(guān)鍵技術(shù)，是汽車計(jì)算平臺中難度最高的技術(shù)。
總線/網(wǎng)絡(luò)技術(shù) 包括傳感器/執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場總線網(wǎng)、信息網(wǎng)、無線網(wǎng)等。
信息處理技術(shù) 對各類信息的處理，包括規(guī)格化、分類、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(tǒng)的編制與管理，質(zhì)量控制，軟件生命周期維護(hù)。
人機(jī)界面技術(shù) 利用人機(jī)工程學(xué)形成新一代更加人性化的汽車駕駛方式，使汽車駕駛更加省力、自如、方便、快捷、簡單、安全、高效。其中包括顯示技術(shù)和操縱技術(shù)。
(3) 汽車計(jì)算平臺的產(chǎn)品方面（基礎(chǔ)產(chǎn)品）
嵌入式單片系統(tǒng)SOC 包括CPU、ADC/DAC、網(wǎng)絡(luò)接口等集成一體化芯片。
現(xiàn)場總線網(wǎng) CAN、LIN、Profibus等。
無線網(wǎng) 藍(lán)牙局域網(wǎng)WiFi、WLAN等。
各類傳感器件、執(zhí)行器件。
各類智能化、網(wǎng)絡(luò)化的電子控制單元產(chǎn)品及汽車電子產(chǎn)品。
汽車計(jì)算平臺的軟件體系 形成汽車計(jì)算平臺的各個(gè)應(yīng)用子系統(tǒng)。
如上所述，汽車計(jì)算平臺是汽車電子向上的自然發(fā)展和延伸，是汽車電子有關(guān)的技術(shù)和產(chǎn)品在新的需求、新的技術(shù)推動下產(chǎn)生質(zhì)變的結(jié)果。因此，簡單地將汽車計(jì)算平臺僅僅看成是實(shí)現(xiàn)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，把汽車計(jì)算平臺看成是憑空產(chǎn)生的一項(xiàng)新技術(shù)的看法也是不對的。
3 汽車計(jì)算平臺的核心技術(shù)
構(gòu)成汽車計(jì)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(qū)別汽車電子與汽車計(jì)算平臺的核心技術(shù)當(dāng)屬網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和人機(jī)界面技術(shù)。
由于汽車計(jì)算平臺已將傳統(tǒng)的汽車電子各個(gè)獨(dú)立的控制器連接成為一個(gè)整體的汽車計(jì)算機(jī)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?fù)浣Y(jié)構(gòu)、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(xiàn)形式的變換、各層網(wǎng)絡(luò)的協(xié)議規(guī)約等都成為汽車計(jì)算平臺設(shè)計(jì)中的核心問題。這些問題解決得好，整個(gè)汽車計(jì)算平臺就能夠發(fā)揮出單個(gè)控制器所實(shí)現(xiàn)不了的功能和效能，而如果網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)出現(xiàn)問題，則受到的不良影響將波及整個(gè)汽車的功能和性能。因此必須下功夫深入研究、精心設(shè)計(jì)，并盡快形成一個(gè)基本的標(biāo)準(zhǔn)（因網(wǎng)絡(luò)問題涉及全局和長遠(yuǎn)的發(fā)展，如無標(biāo)準(zhǔn)勢必形成無序的開發(fā)生產(chǎn)，造成混亂局面，最終無法形成產(chǎn)業(yè)），以此為基礎(chǔ)循序漸進(jìn)，不斷完善與擴(kuò)充，最終成為汽車計(jì)算平臺的一個(gè)總體框架。
關(guān)于人機(jī)界面問題，在以往的汽車電子技術(shù)文獻(xiàn)中很少提及，但這卻是在汽車電子上升為汽車計(jì)算平臺以后不容回避的一個(gè)核心問題。因其涉及到汽車駕駛員的駕駛模式的改變，必須認(rèn)真研討。傳統(tǒng)汽車的駕駛模式已經(jīng)非常成熟，基本上形成了標(biāo)準(zhǔn)。傳統(tǒng)的汽車電子一般都是在已有的駕駛模式框架內(nèi)，利用電子技術(shù)替代機(jī)械裝置完成特定的功能。隨著汽車本身功能的增加，特別是信息技術(shù)被引入汽車工業(yè)后，汽車本身的功能大為增加，相應(yīng)地對汽車駕駛模式也提出了更高的要求，傳統(tǒng)方法已不能滿足要求，而必須在人機(jī)工程學(xué)的指導(dǎo)之下，結(jié)合數(shù)字化、信息化、圖形化、語音/聲控等新的人機(jī)界面技術(shù)形成新的駕駛模式，才能夠滿足現(xiàn)代汽車的功能需求。
人們目前面臨的是一個(gè)技術(shù)革命的年代，汽車計(jì)算平臺是新技術(shù)對傳統(tǒng)行業(yè)提出的全新的課題，這無疑是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)，同時(shí)也給我們帶來了巨大的機(jī)遇，因?yàn)樵谌魏胃锩缘募夹g(shù)變革面前，大家是站在同一起跑線上的，關(guān)鍵是如何抓住這個(gè)機(jī)遇，在新一輪的發(fā)展中爭取主動，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)展的汽車計(jì)算平臺系統(tǒng)。
北京市公安局海淀分局備案號：11010802023656號