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如今越來越多的汽車系統(tǒng)實現(xiàn)了軟件操控。駕駛輔助系統(tǒng)和電動汽車的出現(xiàn)更是極大地加速了這種趨勢的發(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)。在一個名為“RACE”的研究項目中，研究人員正在開發(fā)某些新概念，并進行原型試驗。

我們的汽車就是會行駛的計算機。高檔汽車中最多可能配備100個控制單元和十多只傳感器。發(fā)動機、傳動系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、安全氣囊，甚至電動車窗上均可搭載智能化的電子裝置。舉例而言，當兒童的手搭在玻璃車窗與窗框之間時，此類裝置便能識別這種情形。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。當駕駛者可能疲勞駕駛時，相應(yīng)系統(tǒng)可發(fā)出警告。當汽車在光滑路面上行駛時，相應(yīng)系統(tǒng)可協(xié)調(diào)車輪的動作。

有些汽車目前已經(jīng)具備了在緊急情況下自動制動的功能。此功能不僅涉及到電子穩(wěn)定性控制系統(tǒng)，同時也相當于在傳動系統(tǒng)中安裝了一個小腦，當乘客安全裝置將安全帶縮緊時，該功能可以自動操控傳動系統(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，因而可能會導(dǎo)致一種錯綜復(fù)雜的關(guān)系，這對汽車的通信系統(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、嵌入式計算機和通信技術(shù)的發(fā)展，未來的汽車將逐步成為輪子上的機器人。然而要使這種構(gòu)想變成現(xiàn)實，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現(xiàn)自動化，當前的分散式智能標準（電子裝置和軟件模塊分布于汽車的各個部位）將很難滿足新的需求。即便是提高通信速度，改進通信協(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，而不能治標不治本。”西門子中央研究院的電動交通概念設(shè)計負責(zé)人Gernot Spiegelberg教授表示。

Spiegelberg提出了一個借鑒人腦工作模式的解決方案。人腦有不同的區(qū)域，每個區(qū)域分別負責(zé)某些功能，例如視覺、運動神經(jīng)控制和記憶存儲等。Spiegelberg認為汽車中央計算機也應(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，同時系統(tǒng)還能對復(fù)雜的交通狀況做出迅速評估。單項功能可以隨時升級或更換，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。

這聽上去似乎很簡單，實則可能在整個汽車行業(yè)引發(fā)一場革命。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。

演進與革命。未來的汽車電子架構(gòu)會是什么樣子？這正是由西門子負責(zé)協(xié)調(diào)的RACE項目目前的研究重點。RACE是“面向未來電動汽車的強韌和可靠的計算環(huán)境”的縮寫。除西門子外，項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)機構(gòu)。RACE是德國聯(lián)邦經(jīng)濟與技術(shù)部扶持的項目，項目經(jīng)費約為1000萬美元。合作各方計劃在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)計出兩套原型。

*個原型定名為“演進者”，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：“顯然從長期來看，我們需要一個不同的汽車系統(tǒng)架構(gòu)，但我們還必須了解，在當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)計會耗費多少資金。”“演進者”子項目的另一個目的是表明，長期而言，面向功能的軟件架構(gòu)能夠節(jié)省資金。舉例來說，如果某個汽車組件，包括其軟件，已經(jīng)通過了嚴格的ISO 26262安全標準認證，那么它可以不經(jīng)過任何修改或進一步測試，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。

在“RACE”研究項目中，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)。該項目旨在對當今汽車中繁多的控制部件（左下圖）進行大幅簡化，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，第二個原型則將詮釋什么是一場“革命”。這個子項目是在車輛中全面實現(xiàn)重新開發(fā)的全新系統(tǒng)架構(gòu)。其目標是確保電氣傳動系統(tǒng)、制動系統(tǒng)及所有與駕駛有關(guān)的其他功能均能良好運行，使采用該架構(gòu)的車輛可以獲準在公路上行駛。據(jù)Spiegelberg介紹：“這同樣可以節(jié)約成本，因為整個車輛架構(gòu)將采用*不同于現(xiàn)今車輛的設(shè)計。”一言以蔽之，這能夠讓我們更輕松地實現(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。輪轂電機不僅可為車輛提供出色的加速動力，還能產(chǎn)生充足的制動力。有了輪轂電機，則只需為前輪配備采用燒蝕剎車片的制動系統(tǒng)，這樣便可節(jié)約成本。此外，車輛不再需要使用兩個控制單元——一個控制制動系統(tǒng)，一個控制電機——來控制縱向動力。該概念車還將實現(xiàn)線控轉(zhuǎn)向，也就是說將取消方向盤與前橋之間的機械連接紐帶，即轉(zhuǎn)向管柱。

此項目于2012年初啟動，隨著項目的推進，研究人員將最終敲定軟件的結(jié)構(gòu)。軟件專家Broy預(yù)計，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，是因為目前以及未來的輔助系統(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。汽車自動化神經(jīng)系統(tǒng)中的這些“節(jié)點”將接管信號處理任務(wù)，而汽車的“大腦”將負責(zé)情景識別，并在必要時采取行動。

此外，RACE還將研究一個有趣的問題，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，只負責(zé)情景監(jiān)視。

舊車升級。那么這對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)升級如今已然成為一個慣例，但是當豪車制造商推出新的防碰撞輔助系統(tǒng)時，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。

為保護此類開放系統(tǒng)不受襲擊，RACE項目組同時也在研究新架構(gòu)的安全性。不過Broy認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)計面向未來的汽車電子結(jié)構(gòu)。