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如今越來越多的汽車系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了軟件操控。駕駛輔助系統(tǒng)和電動(dòng)汽車的出現(xiàn)更是極大地加速了這種趨勢(shì)的發(fā)展,，開發(fā)人員目前甚至已開始構(gòu)想面向未來汽車的全新架構(gòu),。在一個(gè)名為“RACE”的研究項(xiàng)目中，研究人員正在開發(fā)某些新概念,，并進(jìn)行原型試驗(yàn),。

我們的汽車就是會(huì)行駛的計(jì)算機(jī)。高檔汽車中最多可能配備100個(gè)控制單元和十多只傳感器,。發(fā)動(dòng)機(jī),、傳動(dòng)系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng),、安全氣囊,，甚至電動(dòng)車窗上均可搭載智能化的電子裝置。舉例而言,，當(dāng)兒童的手搭在玻璃車窗與窗框之間時(shí),，此類裝置便能識(shí)別這種情形。有些系統(tǒng)可以幫助駕駛者避免偏離車道,，還可以幫助駕駛者輕松停車,。當(dāng)駕駛者可能疲勞駕駛時(shí)，相應(yīng)系統(tǒng)可發(fā)出警告。當(dāng)汽車在光滑路面上行駛時(shí),，相應(yīng)系統(tǒng)可協(xié)調(diào)車輪的動(dòng)作,。

有些汽車目前已經(jīng)具備了在緊急情況下自動(dòng)制動(dòng)的功能。此功能不僅涉及到電子穩(wěn)定性控制系統(tǒng),，同時(shí)也相當(dāng)于在傳動(dòng)系統(tǒng)中安裝了一個(gè)小腦,，當(dāng)乘客安全裝置將安全帶縮緊時(shí)，該功能可以自動(dòng)操控傳動(dòng)系統(tǒng),，使之降到低速檔,。由于現(xiàn)代汽車上的所有車載控制裝置均相互依賴，因而可能會(huì)導(dǎo)致一種錯(cuò)綜復(fù)雜的關(guān)系,，這對(duì)汽車的通信系統(tǒng)（即“總線”）造成了巨大壓力,。總線是支持各類子系統(tǒng)交換數(shù)據(jù)的組件,。

得益于傳感器,、嵌入式計(jì)算機(jī)和通信技術(shù)的發(fā)展，未來的汽車將逐步成為輪子上的機(jī)器人,。然而要使這種構(gòu)想變成現(xiàn)實(shí),，汽車將需要新的硬件和軟件架構(gòu)。

隨著越來越多的功能逐步實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化,，當(dāng)前的分散式智能標(biāo)準(zhǔn)（電子裝置和軟件模塊分布于汽車的各個(gè)部位）將很難滿足新的需求,。即便是提高通信速度，改進(jìn)通信協(xié)議,，最終也難逃數(shù)據(jù)傳輸發(fā)生擁堵的困境,。“我們要解決問題的根源，而不能治標(biāo)不治本,。”西門子中央研究院的電動(dòng)交通概念設(shè)計(jì)負(fù)責(zé)人Gernot Spiegelberg教授表示,。

Spiegelberg提出了一個(gè)借鑒人腦工作模式的解決方案。人腦有不同的區(qū)域,，每個(gè)區(qū)域分別負(fù)責(zé)某些功能，例如視覺,、運(yùn)動(dòng)神經(jīng)控制和記憶存儲(chǔ)等,。Spiegelberg認(rèn)為汽車中央計(jì)算機(jī)也應(yīng)該像人腦一樣，采用面向功能的軟件架構(gòu),。在這種模式下,，數(shù)據(jù)處理資源可以得到有效利用，同時(shí)系統(tǒng)還能對(duì)復(fù)雜的交通狀況做出迅速評(píng)估,。單項(xiàng)功能可以隨時(shí)升級(jí)或更換,，并且只需要稍作調(diào)整，便可以將一種車型的軟件包移植到其他車型。

這聽上去似乎很簡(jiǎn)單,，實(shí)則可能在整個(gè)汽車行業(yè)引發(fā)一場(chǎng)革命,。它意味著所有電子組件供應(yīng)商要提供相應(yīng)的軟件模塊，這些模塊必須具備通過邏輯預(yù)定義的接口互相通信的能力,。

演進(jìn)與革命,。未來的汽車電子架構(gòu)會(huì)是什么樣子？這正是由西門子負(fù)責(zé)協(xié)調(diào)的RACE項(xiàng)目目前的研究重點(diǎn),。RACE是“面向未來電動(dòng)汽車的強(qiáng)韌和可靠的計(jì)算環(huán)境”的縮寫,。除西門子外，項(xiàng)目的參與者還包括汽車行業(yè)供應(yīng)商TRW,、服務(wù)提供商AVL和五所知名的學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu),。RACE是德國(guó)聯(lián)邦經(jīng)濟(jì)與技術(shù)部扶持的項(xiàng)目，項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)約為1000萬美元,。合作各方計(jì)劃在2014年底以前,，不僅完成硬件、軟件,、系統(tǒng)語義和傳感器集成的理論分析,，還將設(shè)計(jì)出兩套原型。

*個(gè)原型定名為“演進(jìn)者”,，主要展示從現(xiàn)今的架構(gòu)向未來架構(gòu)的轉(zhuǎn)變,。在此過程中，最大的挑戰(zhàn)是另起爐灶重新開發(fā)全新軟件的高昂成本,。慕尼黑理工大學(xué) 的Manfred Broy教授就肯定地指出：“顯然從長(zhǎng)期來看,，我們需要一個(gè)不同的汽車系統(tǒng)架構(gòu)，但我們還必須了解,，在當(dāng)前的汽車軟件上已經(jīng)投入了多少成本,，重新編寫軟件或者改變部分設(shè)計(jì)會(huì)耗費(fèi)多少資金。”“演進(jìn)者”子項(xiàng)目的另一個(gè)目的是表明,，長(zhǎng)期而言,，面向功能的軟件架構(gòu)能夠節(jié)省資金。舉例來說,，如果某個(gè)汽車組件,，包括其軟件，已經(jīng)通過了嚴(yán)格的ISO 26262安全標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證,，那么它可以不經(jīng)過任何修改或進(jìn)一步測(cè)試,，而直接用于同一制造商生產(chǎn)的其他車輛。目前,，航空業(yè)就已做到了這一點(diǎn),。

在“RACE”研究項(xiàng)目中,，西門子及其合作伙伴將探索面向未來車輛的新型軟件架構(gòu)。該項(xiàng)目旨在對(duì)當(dāng)今汽車中繁多的控制部件（左下圖）進(jìn)行大幅簡(jiǎn)化,，從而形成未來的架構(gòu)（右下圖）,。軟件功能將日益豐富，它們將分布在數(shù)量不斷減少的硬件組件上,。

相比之下,，第二個(gè)原型則將詮釋什么是一場(chǎng)“革命”。這個(gè)子項(xiàng)目是在車輛中全面實(shí)現(xiàn)重新開發(fā)的全新系統(tǒng)架構(gòu),。其目標(biāo)是確保電氣傳動(dòng)系統(tǒng),、制動(dòng)系統(tǒng)及所有與駕駛有關(guān)的其他功能均能良好運(yùn)行，使采用該架構(gòu)的車輛可以獲準(zhǔn)在公路上行駛,。據(jù)Spiegelberg介紹：“這同樣可以節(jié)約成本,，因?yàn)檎麄€(gè)車輛架構(gòu)將采用*不同于現(xiàn)今車輛的設(shè)計(jì)。”一言以蔽之,，這能夠讓我們更輕松地實(shí)現(xiàn)全新的汽車概念,。

比如，該原型將在汽車后橋上配備輪轂電機(jī),。輪轂電機(jī)不僅可為車輛提供出色的加速動(dòng)力,，還能產(chǎn)生充足的制動(dòng)力。有了輪轂電機(jī),，則只需為前輪配備采用燒蝕剎車片的制動(dòng)系統(tǒng),，這樣便可節(jié)約成本。此外,，車輛不再需要使用兩個(gè)控制單元——一個(gè)控制制動(dòng)系統(tǒng),，一個(gè)控制電機(jī)——來控制縱向動(dòng)力。該概念車還將實(shí)現(xiàn)線控轉(zhuǎn)向,，也就是說將取消方向盤與前橋之間的機(jī)械連接紐帶,，即轉(zhuǎn)向管柱。

此項(xiàng)目于2012年初啟動(dòng),，隨著項(xiàng)目的推進(jìn),，研究人員將最終敲定軟件的結(jié)構(gòu)。軟件專家Broy預(yù)計(jì),，客戶端-服務(wù)器架構(gòu),、面向服務(wù)架構(gòu)（SOA）和分層架構(gòu)均將發(fā)揮重要作用。這三種用于構(gòu)建復(fù)雜軟件的方式,，歸根結(jié)底是要求采用嚴(yán)格的層次結(jié)構(gòu)。在分層架構(gòu)中,，組件不再具有同等的權(quán)限,，換言之，上層組件可以調(diào)用下層組件，但下層組件不能調(diào)用上層組件,。在客戶端-服務(wù)器架構(gòu)中,，軟件分布在不同的硬件組件中，但是對(duì)于特定組件的具體權(quán)限有著明確的界定,。在面向服務(wù)架構(gòu)中,，軟件按責(zé)任領(lǐng)域進(jìn)行組織。

隨著汽車中裝配的傳感器日益智能化,，上述架構(gòu)也適用于硬件,。之所以這樣說，是因?yàn)槟壳耙约拔磥淼妮o助系統(tǒng)都需要車輛具備環(huán)境感知能力,。且不論未來的汽車將配備分布式智能裝置,，立體攝像頭、激光,、雷達(dá)和短程超聲傳感器等,，將讓未來的汽車具備360度的全景視野。汽車自動(dòng)化神經(jīng)系統(tǒng)中的這些“節(jié)點(diǎn)”將接管信號(hào)處理任務(wù),，而汽車的“大腦”將負(fù)責(zé)情景識(shí)別,，并在必要時(shí)采取行動(dòng)。

此外,，RACE還將研究一個(gè)有趣的問題,，探索什么樣的控制回路配置可以讓智能傳感器與智能執(zhí)行器直接相連，從而使車輛的“大腦”在大部分情況下無需采取行動(dòng),，只負(fù)責(zé)情景監(jiān)視,。

舊車升級(jí)。那么這對(duì)于駕駛者意味著什么,？新的軟件架構(gòu)方便功能的事后集成,，這便是駕駛者將享受到的最大益處。車載信息娛樂系統(tǒng)升級(jí)如今已然成為一個(gè)慣例,，但是當(dāng)豪車制造商推出新的防碰撞輔助系統(tǒng)時(shí),，只有新車型才能搭載。未來則不同,，采用西門子研發(fā)的新型信息架構(gòu)后,，舊車型一樣可以添加新軟件。

為保護(hù)此類開放系統(tǒng)不受襲擊,，RACE項(xiàng)目組同時(shí)也在研究新架構(gòu)的安全性,。不過Broy認(rèn)為不存在根本性的安全問題。“原則上講,，我們已經(jīng)知道如何設(shè)計(jì)安全的軟件更新體系,。”他指出,，“這需要構(gòu)建防火墻，制定明確的安全規(guī)范,，并為汽車系統(tǒng)開發(fā)統(tǒng)一的安全概念,。”

如今，世界各地正在紛紛設(shè)計(jì)面向未來的汽車電子結(jié)構(gòu),。