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如何优化智能网联汽车系统架构?

智能网联汽车从汽车的演进开始,从汽车1.0到2.0到信息机电一体化的3.0,汽车智能网联发展经历了机械化、电气化到现在的智能网联化,涉及到很重要标志。有观点提到智能网联汽车时代已经属于一个以信息物理系统为标准的4.0时代,这将使未来的智能网联汽车以及未来智能网联交通系统发生革命性的变化。

如何优化智能网联汽车系统架构?

未来的智能网联汽车是汽车交通信息以及通讯系统深度融合的一个典型的复杂的信息物理系统。我们所说的智能网联汽车的信息物理系统,不单纯是指智能网联汽车本身内部的信息物理架构,而是把整个汽车放在未来智慧城市,以及未来智慧交通一个整体的环境下来考虑。

重视体系架构 加大投入力度

为什么我们这么重视智能网联汽车未来整体性架构,架构设计的必要性是什么?

第一是多领域、多层次的协同控制。我们传统的车辆控制大部分以车载软件嵌入式系统作为控制,比如说像传统的ABS、TCS、AEB等。到了智能网联汽车时代,会以一种车路协同的方式对车辆进行控制,其中涉及到深层次多角度的融合控制。

第二是保证架构高安全性、高可靠性。智能网联汽车上路的前提,毋庸置疑,一定是安全。若无法保证安全,则离真正落地恐怕还要很久。

第三是支持虚拟化软件定义,在传统车辆的设计过程中,一旦硬件定型后,想要在生产、制造过程中改变就会很难,而智能网联汽车阶段可以通过软件方式来改变未来汽车设计。

第四是面向未来的业务,可拓展、可更新、可灵活地进行裁减。

第五个就是整个架构设计到技术的完备,包括未来架构的持续演进。最后一个就是系统的可规模化扩展。

那么,我们为什么要投入这么大力度,去构建未来智能网联汽车复杂系统呢?

第一,架构设计可以为规划者提供顶层建议,这个主要指国家层面或者行业层面,提供整体的战略规划以及建设设计提供参考性框架;第二,可以按照梳理产业利益相关方的要求,定义系统建设过程中的角色和定位,从而达成共识,促进智能网联汽车产业发展;第三,可以促进行业敏捷开发,协同创新,提供可运营的系统设计方案。

放眼国际,物联网国际化标准组织在架构方面也在紧张有序地做出努力。它主要研究支持物联网相关业务层的标准体系、技术重点或者功能特点。

欧盟地平线2020研究计划项目C-Mobile旨在设计协作式智能交通系统(C-ITS)参考架构,并帮助地方当局部署C-ITS服务。在计划中主要提出上层、中层,下层三层参考架构。

美国交通部在2017年就已经发布了ARC-IT8.0版参考架构,这是美国交通部提出的参考性的架构。到了今年7月份更新为8.3版,该版本在原有的美国智能交通系统架构上进行了整合。基于此版本,美国在各地集中部署了一部分车联网,同时开展了一部分车联网应用。

遵循国际标准 符合跨界需求

智能网联汽车在每个国家都有自己的解决方案,网联式自动驾驶是“中国方案”智能网联汽车体系架构的关键特色。

中国方案的智能网联汽车满足以下几个标准:第一,符合中国基础设施标准。即符合中国的道路基础设施标准、地图数据标准、V2X通信标准、交通法规等。第二,符合中国联网运营标准。即符合中国要求的智能网联汽车准入、联网运营监管、信息安全等相关标准。第三,符合中国新体系架构汽车产品标准。即符合中国标准的车内电子电气架构、通信系统、智能终端、驾驶辅助和自动驾驶系统、云平台等新架构汽车产品标准。

我们在做整个架构设计的过程当中,采用了一种开放合作、兼容并包的策略。在整个设计过程中,我们联合了国内的高校、各部委事业单位,进行整体架构设计,到今年10月份,已经完成了整个信息物理系统架构的1.0版本设计。

为了更好地与国际行业对话,智能网联汽车信息物理系统参考架构的设计主要基于国际标准ISO42010“系统和软件工程-架构描述”,采用基于模型的系统工程方法(MBSE)进行开发。我们使用系统工程的标准建模语言SysML,将智能网联汽车信息物理系统研发设计、生产制造、部署运维等全生命周期过程的利益相关方、关注点/需求、逻辑关系和操作过程等模型化,最终从多个视角、分视图对架构进行呈现和描述。

当然,我们在研究过程中,也充分借鉴了国内研究成果。如交通部公路院于2004发布的中国智能交通体系框架(第二版)、中国软件评测中心发布的《车载智能计算平台白皮书(2018)》《车载智能计算基础平台参考架构1.0(2019年)》、中国汽车工程学会国家智能网联汽车创新中心发布的《中国智能网联汽车产业发展报告》等。整个工作历经了四个阶段,分别为理论方法研究,需求抽象分析,产业、功能、物理,通信多维视图设计,参考架构1.0版。

智能网联汽车信息物理系统架构是综合解决方案的关键,为整个复杂系统设计、重构以及周围标准完善提供一个基础支撑,符合跨界顶层设计需求。

国家智能网联汽车创新中心联合汽车、交通、通信、公安等行业内有代表性的企业和机构,已达成高度共识,共同完成架构研究和制定。参考架构1.0版本基于信息物理系统构建一套支持车路云协同控制,面向业务可灵活定制,技术中立并保持持续演进的参考架构,为整个的规划、研发、测试以及集成示范应用提供一个基础模型库与架构。

未来的参考架构将持续更新和优化,进一步协同行业完善我们的模型库和设计工具,共同推进智能网联汽车基础设施建设,推进产业的转型升级,为建设中国特色的智能网联汽车生态体系发挥重要作用。

【本文根据国汽(北京)智能网联汽车研究院有限公司前沿共性技术事业部副部长王博在2019世界智能网联汽车大会的演讲速记整理,有删减,未经本人审阅。】

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