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6ES7416-3FR05-0AB0西門子CPU

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SIMATIC S7-400，cpu416f-3 PN / DP的*處理單元：11.2 MB的工作記憶（5.6 MB KB代碼，5.6 MB的數(shù)據(jù)），接口：1。如果MPI / DP 12 Mbit／s，2。如果以太網(wǎng)PROFINET，3。如果ifm-modules插拔適用W軟件S7分布式安全> = V5.4

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打造數(shù)字化汽車

一個由西門子牽頭的研發(fā)聯(lián)合體，計劃用某種操作系統(tǒng)來取代汽車內(nèi)部雜亂無章的電子系統(tǒng)，這將為線控轉向、制動，及即插即用式更新開啟大門。目前*輛基于這種新架構的汽車正在研發(fā)和測試中。

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*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(tǒng)

這輛由德國電動汽車制造商StreetScooter公司生產(chǎn)的客貨兩用車，是2012年發(fā)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(huán)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(lián)邦經(jīng)濟和能源部出資，這個項目有8個來自研究和行業(yè)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(yè)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(shù)字化汽車。

RACE旨在用某種汽車操作系統(tǒng)來取代傳統(tǒng)的分布式電子系統(tǒng)，在這個汽車操作系統(tǒng)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(tǒng)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(fā)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(zhàn)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(fā)動機蓋下方或車身鑲板后方，可以看到不計其數(shù)的線纜，以及超過70個面向各種系統(tǒng)的電子控制裝置，如防抱死系統(tǒng)（ABS）和汽車風擋雨刮器等，此外，還有數(shù)十個必須彼此協(xié)調的傳感器。不僅如此，這些系統(tǒng)上運行著數(shù)百個進行數(shù)據(jù)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(jīng)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(tǒng)和汽車現(xiàn)有的電子裝置。

裝配的StreetScooter電動汽車核心處的控制處理器原型（網(wǎng)關和*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(tǒng)的優(yōu)點。2012年至2014年期間，參與RACE項目的工程師開發(fā)了這個新架構?；谶@個新架構的StreetScooter送貨車，是朝在大批量生產(chǎn)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(jié)傳動系統(tǒng)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(tǒng)可以被集成到采用傳統(tǒng)系統(tǒng)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(fā)

但是，這個系統(tǒng)的研發(fā)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(shù)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(nèi)燃機汽車，還是電動汽車。zui終，將僅由幾臺計算機來執(zhí)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(tǒng)，到加強立體聲系統(tǒng)低音效果的應用程序，這樣的功能不勝枚舉。

西門子研發(fā)部門正與合作伙伴共同開發(fā)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zui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(xiàn)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(tǒng)安裝新的執(zhí)行器。所有這些系統(tǒng)都將通過標準總線系統(tǒng)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(fā)周期也會縮短。StreetScooter公司*執(zhí)行官兼亞琛工業(yè)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(fā)周期縮短一半，同時大幅降低研發(fā)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(fā)周期縮短一半，同時大幅降低研發(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——Roding Roadster電動汽車——來展示未來zui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(fā)企業(yè)制造的試驗性電動跑車，現(xiàn)在，它正停放在一間工廠內(nèi)的西門子試驗臺旁邊。在這輛汽車中，RACE操作系統(tǒng)不僅統(tǒng)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(tǒng)。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(tǒng)。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(jù)這些信息，向制動裝置和電機發(fā)送適當?shù)臄?shù)字指令。此外，轉向輪并非經(jīng)由轉向柱來控制Roding的輪胎，而是通過受數(shù)字信號操縱的執(zhí)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、*的組合縮短了研發(fā)周期，提高了生產(chǎn)率。

這輛汽車*實現(xiàn)了Roding上的全部創(chuàng)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(nèi)。另一個創(chuàng)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(chǎn)汽車像Roding這樣擁有這種創(chuàng)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(chǎn)，因為它只是RACE技術的試驗平臺。

面向汽車的防火墻

但如果黑客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(xiàn)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(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，并為車載系統(tǒng)開發(fā)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(lián)的不同控制裝置。不僅如此，這些控制裝置上運行著數(shù)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(tǒng)。

汽車的數(shù)字化程度越來越高，RACE技術正被無縫集成到汽車行業(yè)的更多未來創(chuàng)新中。自主駕駛便是一個例子，面向巡航控制、防撞報警、車道識別和自動停車等的輔助系統(tǒng)，正為此奠定基礎。RACE也能很好地適應“汽車互聯(lián)網(wǎng)”，今后幾年，將全面部署“汽車互聯(lián)網(wǎng)”，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(yè)，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(tǒng)。