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Cornel Klein是西門子的軟件工程師，他駕駛著一輛黃色緊湊型客貨兩用車在城市中穿行。一個左轉后，他在紅綠燈前停了下來，然后小心翼翼地駛過一個巨大水坑。盡管人們可能認為這是簡單的日常場景，但其實根本不是那樣，因為Klein駕駛的汽車實際高出地面一米。事實上，這輛客貨兩用車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向前移動一絲一毫。

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

汽車操作系統

這輛由德國電動汽車制造商StreetScooter公司生產的客貨兩用車，是2012年發起、西門子牽頭的“面向未來電動汽車的強健、可靠的汽車計算環境（Robust and Reliable Automotive Computing Environment for Future eCars，簡稱RACE）”研究項目的關鍵組成部分。由德國聯邦經濟和能源部出資，這個項目有8個來自研究和行業領域的合作伙伴。除西門子和StreetScooter之外，項目合作伙伴還包括慕尼黑理工大學fortiss研究所和亞琛工業大學。它們的目標就是要掀起一場汽車技術革命，打造不折不扣的數字化汽車。

RACE旨在用某種汽車操作系統來取代傳統的分布式電子系統，在這個汽車操作系統上，可以安裝新的應用程序，就像在智能手機上那樣。此外，汽車的轉向、加速和制動等系統將不再由機械桿、鋼索和軸等控制，而是由RACE控制電機來控制。RACE項目經理Klein說：“還記得20世紀80年代的記憶打字機嗎？臺式機的問世，令這項技術從市場上銷聲匿跡。RACE或許將觸發類似的變化。”

即插即用式汽車

盡管打造綜合軟件平臺聽起來或許并不特別具有挑戰性，但對于汽車而言，這是一個大難題。在如今的中型汽車的發動機蓋下方或車身鑲板后方，可以看到不計其數的線纜，以及超過70個面向各種系統的電子控制裝置，如防抱死系統（ABS）和汽車風擋雨刮器等，此外，還有數十個必須彼此協調的傳感器。不僅如此，這些系統上運行著數百個進行數據交換的子功能。為已出廠的汽車改裝新的功能是極其困難的，并且往往非常不經濟。技術人員不僅不得不安裝許多新的線纜，而且還要更新顯示系統和汽車現有的電子裝置。

新裝配的StreetScooter電動汽車核心處的控制處理器原型（網關和中央控制處理器）

與之形成鮮明對比的是，RACE是一個計算機架構，為了控制汽車，它兼具集中式和分布式系統的優點。2012年至2014年期間，參與RACE項目的工程師開發了這個新架構。基于這個新架構的StreetScooter送貨車，是朝在大批量生產的汽車中使用這種新方法所邁出的*步。與來自StreetScooter的同事一道，這個項目的工程師首先用專門的RACE控制裝置取代了汽車的標準控制裝置，用以調節傳動系統及能量回收過程。盡管這個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中。確認了這個事實之后，項目參與者將這輛StreetScooter電動汽車命名為“Evolution（進化）。”

加快研發

但是，這個系統的研發顯然不會止步于此。到2016年，工程師打算減少StreetScooter電動汽車中的電子控制裝置數量。隨著時間的推移，其他汽車也將做到這一點，不論它們是內燃機汽車，還是電動汽車。最終，將僅由幾臺計算機來執行控制裝置的任務。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。

西門子全球研發部門正與合作伙伴共同開發面向未來電動汽車的信息通信技術。

化繁為簡：當今中型汽車的電子架構（左圖）比之RACE技術（右圖）。

對于在汽車中安裝RACE架構，動力總成的啟動是一個重要步驟。

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

此外，這個平臺允許技術人員輕松改裝傳感器，以實現諸如倒車攝像頭等特性，以及為諸如電機、車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標準總線系統連接至汽車的RACE計算機。這樣一來，僅需完成簡單的測試，便能又快又廉價地對汽車進行更新。汽車研發周期也會縮短。StreetScooter公司*執行官兼亞琛工業大學電動汽車組件工藝設計系主任Achim Kampker教授表示，“我們認為，我們汽車的模塊化設計結合RACE技術，能夠將新車型研發周期縮短一半，同時大幅降低研發成本。”

“我們認為，RACE技術結合我們汽車的模塊化設計，能夠將新車型研發周期縮短一半，同時大幅降低研發成本”

參與RACE項目的研究人員使用了一輛不同尋常的研發用汽車——Roding Roadster電動汽車——來展示未來最終或許會成為什么樣子。這輛汽車是巴伐利亞的一家汽車研發企業制造的試驗性電動跑車，現在，它正停放在一間工廠內的西門子試驗臺旁邊。在這輛汽車中，RACE操作系統不僅統一了電子裝置，而且無需在轉向輪、腳剎、油門與電機、輪胎之間安裝任何機械系統。這種裝置被稱為“線控”，它類似于飛機上采用的電傳計算機控制系統。腳剎和油門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，向制動裝置和電機發送適當的數字指令。此外，轉向輪并非經由轉向柱來控制Roding的輪胎，而是通過受數字信號操縱的執行器來控制。

在Neuperlach，來自西門子的專家正在一架試驗臺上測試Streetscooter電動送貨車的行駛性能。在這里，他們將建模、模擬和試驗等功能合并到一輛真實的汽車上。這種新的、*的組合縮短了研發周期，提高了生產率。

這輛汽車*實現了Roding上的全部創新特性。譬如，這輛汽車在后橋上以輪轂驅動器的形式，將電機直接集成到車輪內。另一個創新特性是這輛汽車的電池組充電時并不需要電源插座。這是因為當這輛汽車停放在車庫地面的充電板上方時，它可以利用電感耦合來進行無線充電。目前，沒有任何量產汽車像Roding這樣擁有這種創新組合。因此，無怪乎它被命名為“Revolution（革命）。”然而，Roding不會投入量產，因為它只是RACE技術的試驗平臺。

面向汽車的防火墻

但如果利用被病毒感染的更新來凍結車載計算機，或者突然命令緊急制動操縱，會出現什么情況？慕尼黑理工大學的Manfred Broy教授是RACE項目的軟件安全專家，他并不太擔心這種場景。他說：“原則上，我們已經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，并為車載系統開發一個總體安全概念。”

如今的汽車可能包含超過70個彼此互聯的不同控制裝置。不僅如此，這些控制裝置上運行著數以千計的子功能。

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

汽車的數字化程度越來越高，RACE技術正被無縫集成到汽車行業的更多未來創新中。自主駕駛便是一個例子，面向巡航控制、防撞報警、自動停車等的輔助系統，正為此奠定基礎。RACE也能很好地適應“汽車互聯網”，今后幾年，將全面部署“汽車互聯網”，以促進汽車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行業，因為其相關技術，將有助于簡化諸如軌道車輛等復雜機器的控制系統。

自這個研究項目于去年結束以來，工作重點一直是持續將RACE架構集成到StreetScooter中，用少數幾臺計算機和線控技術來取代復雜的機械轉向和制動系統。Klein說：“如果一切按計劃進行——我們對此十分樂觀——那么，*輛RACE控制的StreetScooter汽車最早將于2016年走下生產線。”