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如今越來(lái)越多的汽車(chē)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(chē)的出現(xiàn)更是極大地加速了這種趨勢(shì)的發(fā)展，開(kāi)發(fā)人員目前甚至已開(kāi)始構(gòu)想面向未來(lái)汽車(chē)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(kāi)發(fā)某些新概念，并進(jìn)行原型試驗(yàn)。

我們的汽車(chē)就是會(huì)行駛的計(jì)算機(jī)。高檔汽車(chē)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(chē)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(chē)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(chē)道，還可以幫助駕駛者輕松停車(chē)。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(chē)在光滑路面上行駛時(shí)，相應(yīng)系統(tǒng)可協(xié)調(diào)車(chē)輪的動(dòng)作。

有些汽車(chē)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(chē)上的所有車(chē)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(chē)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(lái)的汽車(chē)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(chē)將需要新的硬件和軟件架構(gòu)。

隨著越來(lái)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(chē)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(wèn)題的根源，而不能治標(biāo)不治本。”西門(mén)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(jué)、運(yùn)動(dòng)神經(jīng)控制和記憶存儲(chǔ)等。Spiegelberg認(rèn)為汽車(chē)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(chē)型的軟件包移植到其他車(chē)型。

這聽(tīng)上去似乎很簡(jiǎn)單，實(shí)則可能在整個(gè)汽車(chē)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(guò)邏輯預(yù)定義的接口互相通信的能力。

演進(jìn)與革命。未來(lái)的汽車(chē)電子架構(gòu)會(huì)是什么樣子？這正是由西門(mén)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(lái)電動(dòng)汽車(chē)的強(qiáng)韌和可靠的計(jì)算環(huán)境”的縮寫(xiě)。除西門(mén)子外，項(xiàng)目的參與者還包括汽車(chē)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(wàn)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(yǔ)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(lái)架構(gòu)的轉(zhuǎn)變。在此過(guò)程中，最大的挑戰(zhàn)是另起爐灶重新開(kāi)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(lái)看，我們需要一個(gè)不同的汽車(chē)系統(tǒng)架構(gòu)，但我們還必須了解，在當(dāng)前的汽車(chē)軟件上已經(jīng)投入了多少成本，重新編寫(xiě)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(lái)說(shuō)，如果某個(gè)汽車(chē)組件，包括其軟件，已經(jīng)通過(guò)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(guò)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(chē)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(mén)子及其合作伙伴將探索面向未來(lái)車(chē)輛的新型軟件架構(gòu)。該項(xiàng)目旨在對(duì)當(dāng)今汽車(chē)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(lái)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(chē)輛中全面實(shí)現(xiàn)重新開(kāi)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(chē)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(chē)輛架構(gòu)將采用*不同于現(xiàn)今車(chē)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(chē)概念。

比如，該原型將在汽車(chē)后橋上配備輪轂電機(jī)。輪轂電機(jī)不僅可為車(chē)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(chē)片的制動(dòng)系統(tǒng)，這樣便可節(jié)約成本。此外，車(chē)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(lái)控制縱向動(dòng)力。該概念車(chē)還將實(shí)現(xiàn)線控轉(zhuǎn)向，也就是說(shuō)將取消方向盤(pán)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(chē)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(shuō)，是因?yàn)槟壳耙约拔磥?lái)的輔助系統(tǒng)都需要車(chē)輛具備環(huán)境感知能力。且不論未來(lái)的汽車(chē)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(lái)的汽車(chē)具備360度的全景視野。汽車(chē)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(chē)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(wèn)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(chē)輛的“大腦”在大部分情況下無(wú)需采取行動(dòng)，只負(fù)責(zé)情景監(jiān)視。

舊車(chē)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(chē)載信息娛樂(lè)系統(tǒng)升級(jí)如今已然成為一個(gè)慣例，但是當(dāng)豪車(chē)制造商推出新的防碰撞輔助系統(tǒng)時(shí)，只有新車(chē)型才能搭載。未來(lái)則不同，采用西門(mén)子研發(fā)的新型信息架構(gòu)后，舊車(chē)型一樣可以添加新軟件。

為保護(hù)此類開(kāi)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(guò)Broy認(rèn)為不存在根本性的安全問(wèn)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(chē)系統(tǒng)開(kāi)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(lái)的汽車(chē)電子結(jié)構(gòu)。