从汽车电子到汽车计算平台--控制网



从汽车电子到汽车计算平台
企业:控制网 日期:2004-06-02
领域:工业以太网 点击数:1233

 

罗  安

1  前言

    随着信息技术的高速发展,它对传统产业的影响已愈见明显,当前的一个非常明显的发展趋势是传统机械装置向电脑装置转化,传统机械产品向高科技产品转化。以微电子技术、数字技术、软件技术、网络技术为核心内容的计算机技术在很多地方取代了传统的机械技术、液压技术和电气技术,成为最新一代控制系统的主体。

 

    汽车是传统机械行业高度发展的产物,是多项技术发明和创新的结晶。在机械时代,汽车的控制完全是通过机械装置实现的,如各种类型的齿轮、丝杠、传动皮带等。后来出现了气动技术和液压技术,利用流体力学的原理实现各种控制功能。近年来电子技术得到了快速的发展,自然基于电子技术的控制器也有了长足的进步,形成了很多利用电磁原理的控制装置,这些电子的控制装置在功能、灵敏度、可靠性、体积小巧、重量轻等特性上大大优于传统的机械式和液压式控制器,因此在许多方面逐步取代了传统的控制器,形成了汽车电子这一大产品门类,而且随着技术的不断进步,这类产品还在以相当高的速度不断发展。

 

    当前科技发展的速度非常快,电子技术在其前进的过程当中,产生了一个新的分支,这就是近三十年来发展迅猛的微电子技术,由此又催生了一系列新技术,如数字技术、软件技术、网络技术等。而且,这些新技术的发展更为迅猛,这使得许多传统的东西都要重新改造甚至彻底更新,用新的数字技术来实现各种人们所需的功能。

 

    与机械原理、液压原理、电磁原理等传统的控制实现原理相比较,数字控制实现原理更具有功能强大、性能稳定、精确度高、控制灵敏、控制参数调整范围大、灵活和通用性强等优点,特别是在多个数字控制装置之间可以实现网络连接,这是以往任何控制装置所无法实现的功能。依靠数字控制装置的网络功能,人们可以实现多个控制器的连锁和协调控制,更可以实现功能强大的人机界面,达到人与机器的完美结合,使人可以比以往任何时候都更加全面、深入地了解机器的运行,并得心应手地实现操纵和控制。另外,数字技术还是信息技术的基础,以数字技术为基础的控制装置,已经被认为是一个大的信息系统中的若干子系统,成为了信息系统的重要组成部分。

 

    汽车计算平台的概念正是在这一大的技术发展背景下提出来的,是汽车的控制从机械式到液压式,又到电子式以后的新一代控制系统,其最大的特点是采用了数字化的控制实现原理,并继承了传统控制装置中的最优秀部分,形成了一个集光、机、气、液、电、数字、信息等技术为一体的全新的产业。

2  汽车电子与汽车计算平台的比较

    汽车计算平台跨越了传统的汽车电子概念,将过去基于电子、电气技术的单个的汽车控制单元提升到了从汽车整体控制出发的、基于数字技术和信息技术的、整车各部分控制互相紧密关联与协调的计算机网络系统。表1概括了从汽车电子到汽车计算平台所产生的变化。

 

 

    如果说汽车电子是基于电子技术的汽车控制产品,汽车计算平台则是基于数字技术的汽车控制、管理、服务的一体化系统,这种革命性的改变可从表1看到几个具体的方面。

 

    下面从功能、技术、产品等几个方面对汽车计算平台进行较具体的描述。

 

(1)  汽车计算平台的功能方面

    汽车计算平台在功能方面可分为底层、中层、高层这三个层面:

    底层 对汽车各主要构成部分的控制,如发动机、悬挂系统、转向系统、变速箱、启停控制等。这些部分的控制要求安全可靠、稳定快速。一般采用专门设计的数字控制器及相应的执行机构。同时具有现场总线网络接口以向上层传递运行信息并从上层或相邻控制器获取高级控制功能所需的信息。这一层的功能可以归结为对车辆本身的控制层。

 

    中层 车辆监视与乘客服务,实时监视车辆各部分的运行状态,对异常情况进行报警,对预测到的异常情况发出预警以提前进行预防性维护,包括汽车驾驶辅助系统、车载娱乐系统等,这一层的功能可以归结为人与车的交互层。

 

    高层 信息通信及信息服务。如移动通信、移动定位与导航、移动上互联网、车辆管理与交通管理、车辆维护、服务等,这一层的功能可以归结为车与外界环境的交互层。

 

    根据“网络就是计算机”的理念,这三层功能将分别由传感器、执行器级现场总线网(底层网络)、车载局域网及现场总线网(中层网络)及无线广域网(高层网络)实现。

 

(2)  汽车计算平台的技术方面

    数字技术 包括模拟信号数字化技术、数字处理技术、数字控制算法等。

    微电子技术 嵌入式芯片、微处理器、基于MEMS的传感器、执行器技术。

    光机电一体化技术 构成传感器、执行器的关键技术,是汽车计算平台中难度最高的技术。

    总线/网络技术 包括传感器/执行器网络、现场总线网、信息网、无线网等。

    信息处理技术 对各类信息的处理,包括规格化、分类、存储、分析、检索、分发等。

    软件技术 高效、高可靠、高速软件的编制与管理,质量控制,大型软件系统的编制与管理,质量控制,软件生命周期维护。

    人机界面技术 利用人机工程学形成新一代更加人性化的汽车驾驶方式,使汽车驾驶更加省力、自如、方便、快捷、简单、安全、高效。其中包括显示技术和操纵技术。

 

(3)  汽车计算平台的产品方面(基础产品)

    嵌入式单片系统SOC 包括CPUADC/DAC、网络接口等集成一体化芯片。

    现场总线网 CANLINProfibus等。

    无线网 蓝牙局域网WiFiWLAN等。

    各类传感器件、执行器件。

    各类智能化、网络化的电子控制单元产品及汽车电子产品。

    汽车计算平台的软件体系 形成汽车计算平台的各个应用子系统。

    

    如上所述,汽车计算平台是汽车电子向上的自然发展和延伸,是汽车电子有关的技术和产品在新的需求、新的技术推动下产生质变的结果。因此,简单地将汽车计算平台仅仅看成是实现控制的技术手段的改进是不对的,而割断技术发展历史,把汽车计算平台看成是凭空产生的一项新技术的看法也是不对的。

 

3  汽车计算平台的核心技术

 

    构成汽车计算平台的主要技术已如上文所述,而此中最核心的技术,即区别汽车电子与汽车计算平台的核心技术当属网络技术和人机界面技术。

 

    由于汽车计算平台已将传统的汽车电子各个独立的控制器连接成为一个整体的汽车计算机网络。而且这个网络将按不同层次的功能分成两层或三层网络。因此网络的拓扑结构、各层网络的功能、互联关系、信息在网上传递的路径、传播方式、信息流的控制、信息表现形式的变换、各层网络的协议规约等都成为汽车计算平台设计中的核心问题。这些问题解决得好,整个汽车计算平台就能够发挥出单个控制器所实现不了的功能和效能,而如果网络设计出现问题,则受到的不良影响将波及整个汽车的功能和性能。因此必须下功夫深入研究、精心设计,并尽快形成一个基本的标准(因网络问题涉及全局和长远的发展,如无标准势必形成无序的开发生产,造成混乱局面,最终无法形成产业),以此为基础循序渐进,不断完善与扩充,最终成为汽车计算平台的一个总体框架。

 

    关于人机界面问题,在以往的汽车电子技术文献中很少提及,但这却是在汽车电子上升为汽车计算平台以后不容回避的一个核心问题。因其涉及到汽车驾驶员的驾驶模式的改变,必须认真研讨。传统汽车的驾驶模式已经非常成熟,基本上形成了标准。传统的汽车电子一般都是在已有的驾驶模式框架内,利用电子技术替代机械装置完成特定的功能。随着汽车本身功能的增加,特别是信息技术被引入汽车工业后,汽车本身的功能大为增加,相应地对汽车驾驶模式也提出了更高的要求,传统方法已不能满足要求,而必须在人机工程学的指导之下,结合数字化、信息化、图形化、语音/声控等新的人机界面技术形成新的驾驶模式,才能够满足现代汽车的功能需求。

 

    人们目前面临的是一个技术革命的年代,汽车计算平台是新技术对传统行业提出的全新的课题,这无疑是一个巨大的挑战,同时也给我们带来了巨大的机遇,因为在任何革命性的技术变革面前,大家是站在同一起跑线上的,关键是如何抓住这个机遇,在新一轮的发展中争取主动,形成具有自己特色的,与国际先进水平接轨并能够同步发展的汽车计算平台系统。

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