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打造数字化汽车

一个由西门子牵头的研发联合体，计划用某种操作系统来取代汽车内部杂乱无章的电子系统，这将为线控转向、制动，及即插即用式更新开启大门。目前*辆基于这种新架构的汽车正在研发和测试中。

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Cornel Klein是西门子的软件工程师，他驾驶着一辆黄色紧凑型客货两用车在城市中穿行。一个左转后，他在红绿灯前停了下来，然后小心翼翼地驶过一个巨大水坑。尽管人们可能认为这是简单的日常场景，但其实根本不是那样，因为Klein驾驶的汽车实际高出地面一米。事实上，这辆客货两用车的轮胎是在半空中旋转。因此，其呼呼飞转的电机并未使这辆汽车向前移动一丝一毫。

在位于慕尼黑东南部的西门子*研究院研究中心，这辆客货两用车安装在一架试验台上。在挡风玻璃前方，Klein看到的是投影在屏幕上的城市影像。当他加速或转向时，连接至车轴的外部电机将做出响应，从而帮助模拟各种各样的行车情形。

汽车操作系统

这辆由德国电动汽车制造商StreetScooter公司生产的客货两用车，是2012年发起、西门子牵头的“面向未来电动汽车的强健、可靠的汽车计算环境（Robust and Reliable Automotive Computing Environment for Future eCars，简称RACE）”研究项目的关键组成部分。由德国联邦经济和能源部出资，这个项目有8个来自研究和行业领域的合作伙伴。除西门子和StreetScooter之外，项目合作伙伴还包括慕尼黑理工大学fortiss研究所和亚琛工业大学。它们的目标就是要掀起一场汽车技术革命，打造不折不扣的数字化汽车。

RACE旨在用某种汽车操作系统来取代传统的分布式电子系统，在这个汽车操作系统上，可以安装新的应用程序，就像在智能手机上那样。此外，汽车的转向、加速和制动等系统将不再由机械杆、钢索和轴等控制，而是由RACE控制电机来控制。RACE项目Klein说：“还记得20世纪80年代的记忆打字机吗？台式机的问世，令这项技术从市场上销声匿迹。RACE或许将触发类似的变化。”

即插即用式汽车

尽管打造综合软件平台听起来或许并不特别具有挑战性，但对于汽车而言，这是一个大难题。在如今的中型汽车的发动机盖下方或车身镶板后方，可以看到不计其数的线缆，以及超过70个面向各种系统的电子控制装置，如防抱死系统（ABS）和汽车风挡雨刮器等，此外，还有数十个必须彼此协调的传感器。不仅如此，这些系统上运行着数百个进行数据交换的子功能。为已出厂的汽车改装新的功能是极其困难的，并且往往非常不经济。技术人员不仅不得不安装许多新的线缆，而且还要更新显示系统和汽车现有的电子装置。

装配的StreetScooter电动汽车核心处的控制处理器原型（网关和*控制处理器）

与之形成鲜明对比的是，RACE是一个计算机架构，为了控制汽车，它兼具集中式和分布式系统的优点。2012年至2014年期间，参与RACE项目的工程师开发了这个新架构。基于这个新架构的StreetScooter送货车，是朝在大批量生产的汽车中使用这种新方法所迈出的*步。与来自StreetScooter的同事一道，这个项目的工程师首先用专门的RACE控制装置取代了汽车的标准控制装置，用以调节传动系统及能量回收过程。尽管这个新的软件平台尚不完备，但它证明，这样的系统可以被集成到采用传统系统架构的汽车中。确认了这个事实之后，项目参与者将这辆StreetScooter电动汽车命名为“Evolution（进化）。”

加快研发

但是，这个系统的研发显然不会止步于此。到2016年，工程师打算减少StreetScooter电动汽车中的电子控制装置数量。随着时间的推移，其他汽车也将做到这一点，不论它们是内燃机汽车，还是电动汽车。zui终，将仅由几台计算机来执行控制装置的任务。然而，出于安全方面的考虑，这些计算机将配备冗余备件。RACE的标准软件平台允许工程师按照即插即用原则，为汽车加载各式各样的功能。从更高效的电池控制系统，到加强立体声系统低音效果的应用程序，这样的功能不胜枚举。

西门子研发部门正与合作伙伴共同开发面向未来电动汽车的信息通信技术。

化繁为简：当今中型汽车的电子架构（左图）比之RACE技术（右图）。

对于在汽车中安装RACE架构，动力总成的启动是一个重要步骤。

在试验台上，西门子研究人员正逐步在zui终控制装置上集成和测试软件功能，如同安装在汽车中那样。

此外，这个平台允许技术人员轻松改装传感器，以实现诸如倒车摄像头等特性，以及为诸如电机、车灯和显示屏等系统安装新的执行器。所有这些系统都将通过标准总线系统连接至汽车的RACE计算机。这样一来，仅需完成简单的测试，便能又快又廉价地对汽车进行更新。汽车研发周期也会缩短。StreetScooter公司*执行官兼亚琛工业大学电动汽车组件工艺设计系主任Achim Kampker教授表示，“我们认为，我们汽车的模块化设计结合RACE技术，能够将新车型研发周期缩短一半，同时大幅降低研发成本。”

“我们认为，RACE技术结合我们汽车的模块化设计，能够将新车型研发周期缩短一半，同时大幅降低研发成本”

参与RACE项目的研究人员使用了一辆不同寻常的研发用汽车——Roding Roadster电动汽车——来展示未来zui终或许会成为什么样子。这辆汽车是巴伐利亚的一家汽车研发企业制造的试验性电动跑车，现在，它正停放在一间工厂内的西门子试验台旁边。在这辆汽车中，RACE操作系统不仅统一了电子装置，而且无需在转向轮、脚刹、油门与电机、轮胎之间安装任何机械系统。这种装置被称为“线控”，它类似于飞机上采用的电传计算机控制系统。脚刹和油门上的压力传感器可测量其承受的压力。计算机根据这些信息，向制动装置和电机发送适当的数字指令。此外，转向轮并非经由转向柱来控制Roding的轮胎，而是通过受数字信号操纵的执行器来控制。

在Neuperlach，来自西门子的专家正在一架试验台上测试Streetscooter电动送货车的行驶性能。在这里，他们将建模、模拟和试验等功能合并到一辆真实的汽车上。这种新的、*的、*的组合缩短了研发周期，提高了生产率。

这辆汽车*实现了Roding上的全部创新特性。譬如，这辆汽车在后桥上以轮毂驱动器的形式，将电机直接集成到车轮内。另一个创新特性是这辆汽车的电池组充电时并不需要电源插座。这是因为当这辆汽车停放在车库地面的充电板上方时，它可以利用电感耦合来进行无线充电。目前，没有任何量产汽车像Roding这样拥有这种创新组合。因此，无怪乎它被命名为“Revolution（革命）。”然而，Roding不会投入量产，因为它只是RACE技术的试验平台。

面向汽车的防火墙

但如果黑客利用被病毒感染的更新来冻结车载计算机，或者突然命令紧急制动操纵，会出现什么情况？慕尼黑理工大学的Manfred Broy教授是RACE项目的软件安全专家，他并不太担心这种场景。他说：“原则上，我们已经知道如何设计安全软件更新。我们需要安装防火墙，引入明确的安全要求，并为车载系统开发一个总体安全概念。”

如今的汽车可能包含超过70个彼此互联的不同控制装置。不仅如此，这些控制装置上运行着数以千计的子功能。

在RACE项目中，汽车由集中式计算架构控制，这类似于当今的飞机所采用的电传飞行控制系统。

汽车的数字化程度越来越高，RACE技术正被无缝集成到汽车行业的更多未来创新中。自主驾驶便是一个例子，面向巡航控制、防撞报警、车道识别和自动停车等的辅助系统，正为此奠定基础。RACE也能很好地适应“汽车互联网”，今后几年，将全面部署“汽车互联网”，以促进汽车与诸如路边电子告示牌等基础设施之间的通信。然而，RACE项目的范围并不局限于汽车行业，因为其相关技术，将有助于简化诸如轨道车辆等复杂机器的控制系统。

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