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Cornel Klein是西門(mén)子的軟件工程師，他駕駛著(zhù)一輛黃色緊湊型客貨兩用車(chē)在城市中穿行。一個(gè)左轉后，他在紅綠燈前停了下來(lái)，然后小心翼翼地駛過(guò)一個(gè)巨大水坑。盡管人們可能認為這是簡(jiǎn)單的日常場(chǎng)景，但其實(shí)根本不是那樣，因為Klein駕駛的汽車(chē)實(shí)際高出地面一米。事實(shí)上，這輛客貨兩用車(chē)的輪胎是在半空中旋轉。因此，其呼呼飛轉的電機并未使這輛汽車(chē)向前移動(dòng)一絲一毫。

在位于慕尼黑東南部的西門(mén)子中央研究院研究中心，這輛客貨兩用車(chē)安裝在一架試驗臺上。在擋風(fēng)玻璃前方，Klein看到的是投影在屏幕上的城市影像。當他加速或轉向時(shí)，連接至車(chē)軸的外部電機將做出響應，從而幫助模擬各種各樣的行車(chē)情形。

汽車(chē)操作系統

這輛由德國電動(dòng)汽車(chē)制造商StreetScooter公司生產(chǎn)的客貨兩用車(chē)，是2012年發(fā)起、西門(mén)子牽頭的“面向未來(lái)電動(dòng)汽車(chē)的強健、可靠的汽車(chē)計算環(huán)境（Robust and Reliable Automotive Computing Environment for Future eCars，簡(jiǎn)稱(chēng)RACE）”研究項目的關(guān)鍵組成部分。由德國聯(lián)邦經(jīng)濟和能源部出資，這個(gè)項目有8個(gè)來(lái)自研究和行業(yè)領(lǐng)域的合作伙伴。除西門(mén)子和StreetScooter之外，項目合作伙伴還包括慕尼黑理工大學(xué)fortiss研究所和亞琛工業(yè)大學(xué)。它們的目標就是要掀起一場(chǎng)汽車(chē)技術(shù)革命，打造不折不扣的數字化汽車(chē)。

RACE旨在用某種汽車(chē)操作系統來(lái)取代傳統的分布式電子系統，在這個(gè)汽車(chē)操作系統上，可以安裝新的應用程序，就像在智能手機上那樣。此外，汽車(chē)的轉向、加速和制動(dòng)等系統將不再由機械桿、鋼索和軸等控制，而是由RACE控制電機來(lái)控制。RACE項目經(jīng)理Klein說(shuō)：“還記得20世紀80年代的記憶打字機嗎？臺式機的問(wèn)世，令這項技術(shù)從市場(chǎng)上銷(xiāo)聲匿跡。RACE或許將觸發(fā)類(lèi)似的變化。”

即插即用式汽車(chē)

盡管打造綜合軟件平臺聽(tīng)起來(lái)或許并不特別具有挑戰性，但對于汽車(chē)而言，這是一個(gè)大難題。在如今的中型汽車(chē)的發(fā)動(dòng)機蓋下方或車(chē)身鑲板后方，可以看到不計其數的線(xiàn)纜，以及超過(guò)70個(gè)面向各種系統的電子控制裝置，如防抱死系統（ABS）和汽車(chē)風(fēng)擋雨刮器等，此外，還有數十個(gè)必須彼此協(xié)調的傳感器。不僅如此，這些系統上運行著(zhù)數百個(gè)進(jìn)行數據交換的子功能。為已出廠(chǎng)的汽車(chē)改裝新的功能是極其困難的，并且往往非常不經(jīng)濟。技術(shù)人員不僅不得不安裝許多新的線(xiàn)纜，而且還要更新顯示系統和汽車(chē)現有的電子裝置。

裝配的StreetScooter電動(dòng)汽車(chē)核心處的控制處理器原型（網(wǎng)關(guān)和中央控制處理器）

與之形成鮮明對比的是，RACE是一個(gè)計算機架構，為了控制汽車(chē)，它兼具集中式和分布式系統的優(yōu)點(diǎn)。2012年至2014年期間，參與RACE項目的工程師開(kāi)發(fā)了這個(gè)新架構?；谶@個(gè)新架構的StreetScooter送貨車(chē)，是朝在大批量生產(chǎn)的汽車(chē)中使用這種新方法所邁出的*步。與來(lái)自StreetScooter的同事一道，這個(gè)項目的工程師首先用專(zhuān)門(mén)的RACE控制裝置取代了汽車(chē)的標準控制裝置，用以調節傳動(dòng)系統及能量回收過(guò)程。盡管這個(gè)新的軟件平臺尚不完備，但它證明，這樣的系統可以被集成到采用傳統系統架構的汽車(chē)中。確認了這個(gè)事實(shí)之后，項目參與者將這輛StreetScooter電動(dòng)汽車(chē)命名為“Evolution（進(jìn)化）。”

加快研發(fā)

但是，這個(gè)系統的研發(fā)顯然不會(huì )止步于此。到2016年，工程師打算減少StreetScooter電動(dòng)汽車(chē)中的電子控制裝置數量。隨著(zhù)時(shí)間的推移，其他汽車(chē)也將做到這一點(diǎn)，不論它們是內燃機汽車(chē)，還是電動(dòng)汽車(chē)。終，將僅由幾臺計算機來(lái)執行控制裝置的任務(wù)。然而，出于安全方面的考慮，這些計算機將配備冗余備件。RACE的標準軟件平臺允許工程師按照即插即用原則，為汽車(chē)加載各式各樣的功能。從更高效的電池控制系統，到加強立體聲系統低音效果的應用程序，這樣的功能不勝枚舉。

西門(mén)子研發(fā)部門(mén)正與合作伙伴共同開(kāi)發(fā)面向未來(lái)電動(dòng)汽車(chē)的信息通信技術(shù)。

化繁為簡(jiǎn)：當今中型汽車(chē)的電子架構（左圖）比之RACE技術(shù)（右圖）。

對于在汽車(chē)中安裝RACE架構，動(dòng)力總成的啟動(dòng)是一個(gè)重要步驟。

在試驗臺上，西門(mén)子研究人員正逐步在終控制裝置上集成和測試軟件功能，如同安裝在汽車(chē)中那樣。

此外，這個(gè)平臺允許技術(shù)人員輕松改裝傳感器，以實(shí)現諸如倒車(chē)攝像頭等特性，以及為諸如電機、車(chē)燈和顯示屏等系統安裝新的執行器。所有這些系統都將通過(guò)標準總線(xiàn)系統連接至汽車(chē)的RACE計算機。這樣一來(lái)，僅需完成簡(jiǎn)單的測試，便能又快又廉價(jià)地對汽車(chē)進(jìn)行更新。汽車(chē)研發(fā)周期也會(huì )縮短。StreetScooter公司*執行官兼亞琛工業(yè)大學(xué)電動(dòng)汽車(chē)組件工藝設計系主任Achim Kampker教授表示，“我們認為，我們汽車(chē)的模塊化設計結合RACE技術(shù)，能夠將新車(chē)型研發(fā)周期縮短一半，同時(shí)大幅降低研發(fā)成本。”

“我們認為，RACE技術(shù)結合我們汽車(chē)的模塊化設計，能夠將新車(chē)型研發(fā)周期縮短一半，同時(shí)大幅降低研發(fā)成本”

參與RACE項目的研究人員使用了一輛不同尋常的研發(fā)用汽車(chē)——Roding Roadster電動(dòng)汽車(chē)——來(lái)展示未來(lái)終或許會(huì )成為什么樣子。這輛汽車(chē)是巴伐利亞的一家汽車(chē)研發(fā)企業(yè)制造的試驗性電動(dòng)跑車(chē)，現在，它正停放在一間工廠(chǎng)內的西門(mén)子試驗臺旁邊。在這輛汽車(chē)中，RACE操作系統不僅統一了電子裝置，而且無(wú)需在轉向輪、腳剎、油門(mén)與電機、輪胎之間安裝任何機械系統。這種裝置被稱(chēng)為“線(xiàn)控”，它類(lèi)似于飛機上采用的電傳計算機控制系統。腳剎和油門(mén)上的壓力傳感器可測量其承受的壓力。計算機根據這些信息，向制動(dòng)裝置和電機發(fā)送適當的數字指令。此外，轉向輪并非經(jīng)由轉向柱來(lái)控制Roding的輪胎，而是通過(guò)受數字信號操縱的執行器來(lái)控制。

在Neuperlach，來(lái)自西門(mén)子的專(zhuān)家正在一架試驗臺上測試Streetscooter電動(dòng)送貨車(chē)的行駛性能。在這里，他們將建模、模擬和試驗等功能合并到一輛真實(shí)的汽車(chē)上。這種新的、的、*的組合縮短了研發(fā)周期，提高了生產(chǎn)率。

這輛汽車(chē)*實(shí)現了Roding上的全部創(chuàng )新特性。譬如，這輛汽車(chē)在后橋上以輪轂驅動(dòng)器的形式，將電機直接集成到車(chē)輪內。另一個(gè)創(chuàng )新特性是這輛汽車(chē)的電池組充電時(shí)并不需要電源插座。這是因為當這輛汽車(chē)停放在車(chē)庫地面的充電板上方時(shí)，它可以利用電感耦合來(lái)進(jìn)行無(wú)線(xiàn)充電。目前，沒(méi)有任何量產(chǎn)汽車(chē)像Roding這樣擁有這種創(chuàng )新組合。因此，無(wú)怪乎它被命名為“Revolution（革命）。”然而，Roding不會(huì )投入量產(chǎn)，因為它只是RACE技術(shù)的試驗平臺。

面向汽車(chē)的防火墻

但如果利用被病毒感染的更新來(lái)凍結車(chē)載計算機，或者突然命令緊急制動(dòng)操縱，會(huì )出現什么情況？慕尼黑理工大學(xué)的Manfred Broy教授是RACE項目的軟件安全專(zhuān)家，他并不太擔心這種場(chǎng)景。他說(shuō)：“原則上，我們已經(jīng)知道如何設計安全軟件更新。我們需要安裝防火墻，引入明確的安全要求，并為車(chē)載系統開(kāi)發(fā)一個(gè)總體安全概念。”

如今的汽車(chē)可能包含超過(guò)70個(gè)彼此互聯(lián)的不同控制裝置。不僅如此，這些控制裝置上運行著(zhù)數以千計的子功能。

在RACE項目中，汽車(chē)由集中式計算架構控制，這類(lèi)似于當今的飛機所采用的電傳飛行控制系統。

汽車(chē)的數字化程度越來(lái)越高，RACE技術(shù)正被無(wú)縫集成到汽車(chē)行業(yè)的更多未來(lái)創(chuàng )新中。自主駕駛便是一個(gè)例子，面向巡航控制、車(chē)道識別和自動(dòng)停車(chē)等的輔助系統，正為此奠定基礎。RACE也能很好地適應“汽車(chē)互聯(lián)網(wǎng)”，今后幾年，將全面部署“汽車(chē)互聯(lián)網(wǎng)”，以促進(jìn)汽車(chē)與諸如路邊電子告示牌等基礎設施之間的通信。然而，RACE項目的范圍并不局限于汽車(chē)行業(yè)，因為其相關(guān)技術(shù)，將有助于簡(jiǎn)化諸如軌道車(chē)輛等復雜機器的控制系統。

自這個(gè)研究項目于去年結束以來(lái)，工作重點(diǎn)一直是持續將RACE架構集成到StreetScooter中，用少數幾臺計算機和線(xiàn)控技術(shù)來(lái)取代復雜的機械轉向和制動(dòng)系統。Klein說(shuō)：“如果一切按計劃進(jìn)行——我們對此十分樂(lè )觀(guān)——那么，*輛RACE控制的StreetScooter汽車(chē)早將于2016年走下生產(chǎn)線(xiàn)。”