汽车信息物理系统设计的挑战

信息物理系统涉及嵌入式系统、控制理论、实时系统和软件工程之间的相互作用。信息物理系统设计的一个很好例子出现在汽车架构和软件上。现代高档车有50～100个处理器或电子控制单元（ECU），通过公共汽车的网络（例如控制器局域网和FlexRay车载网络）进行交流。在如此复杂的环境下，传统的控制理论方法开始瓦解，因为控制工程师只关心高级植入和控制器模型，在设计控制器时，执行情况如消息延迟、抖动和任务执行时间没有被充分考虑。因此，有必要采用更全面的信息物理系统设计方法。本文列举实例阐述如何实现此系统设计、目前的研究成果以及学术界和产业界所面临的挑战。

汽车车载网络由100个电子控制单元、传感器和驱动器组成，在共享资源的网络上运行大量的封闭控制循环，如发动机控制单元、车身控制子系统、底盘控制和自适应巡航控制等。通过一些分布式任务实现各种功能，并在共享的网络上交换信息。这些应用程序取决于在电子控制单元ECU上运行的操作系统。网络和物理组件紧密关联的必要性需要引入新的设计模式。

在现代汽车中，需要进行反馈控制循环设计。传统的设计方法是以一个解耦的方式执行控制器并实现平台设计，这往往会导致一个不够优化和过于保守的设计方案。本文的几个设计实例表明，整体信息物理系统设计方法更适合复杂设计。此设计方法包括两个方面：①联合控制/结构设计或协同设计；②设计过程中利用特殊属性的控制应用程序。设计实例展示了总体设计的重要改进。

Dip Goswami et al. 2012 International Conference on Embedded Computer Systems (SAMOS), Samos 16-19 July 2012.

编译：李古建