[整车] 车控操作系统

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我是穿拖鞋的汉子,魔都中坚持长期主义的汽车电子工程师。
老规矩,分享一段喜欢的文字,避免自己成为高知识低文化的工程师:
“屏蔽力是信息过载时代一个人的特殊竞争力,任何消耗你的人和事,多看一眼都是你的不对。非必要不费力证明自己,无利益不试图说服别人,是精神上的节能减排。 无人问津也好,技不如人也罢,你都要试着安静下来,去做自己该做的事.而不是让内心的烦躁、焦虑、毁掉你本就不多的热情和定力。"

时间不知不觉中,快要来到春末的五月。清晨起来,抬望眼处那份嫩绿,还是能让人心生欢喜。
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本文主要内容如下:
1、车控操作系统的发展历程
2、车控操作系统的特点
3、车控操作系统发展现状

一、车控操作系统的发展历程
车控操作系统是指用于控制汽车各种功能的软件系统。它的发展历程可以大致分为以下几个阶段:
1、早期的机械控制阶段,汽车最初的控制系统由机械元件实现,如油门、刹车、离合器等。这些机械元件的设计和制造需要耗费大量的人力和物力,而且容易出现故障;
2、电子控制阶段,随着电子技术的发展,汽车控制系统开始采用电子元件,如传感器、执行器等。该方式能够提高控制精度和可靠性,但仍然需要人工进行调整和维护;
3、网络化控制阶段,随着互联网技术的普及,汽车控制系统进一步实现网络化,车控操作系统也出现了 AUTOSAR(Automotive Open System Architecture) 等标准通信中间件。该方式实现车辆与外部环境的信息交换和数据共享,提高了驾驶体验和安全性;
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4、自主控制阶段,近年来,人工智能技术的兴起使得汽车控制系统开始向自主控制方向发展。自主控制系统能够学习和适应不同的驾驶环境和驾驶者行为,实现更加智能化的驾驶体验。
总之,随着技术的不断发展,汽车控制系统不断创新和升级,为驾驶者提供更加安全、便捷和智能的驾驶体验。
AUTOSAR是一种基于开放标准的汽车软件架构,它旨在促进汽车电子系统的开发和集成。AUTOSAR软件的发展历史可以大致分为以下几个阶段:在初期阶段(2003-2006年), AUTOSAR最初于2003年成立,由欧洲汽车制造商协会(ACEA)和汽车电子工程师协会(SAE)共同发起。在这一阶段,AUTOSAR主要关注汽车电子系统的标准化和模块化设计,推出了第一个版本的AUTOSAR标准。标准化阶段(2006-2010年), AUTOSAR在2006年发布了第二个版本的标准,并开始向全球范围内推广。在这一阶段, AUTOSAR不断完善标准规范和工具链,以支持更多的汽车制造商和供应商使用AUTOSAR。标准实施及应用阶段(2010-2015年):在AUTOSAR标准得到广泛应用的同时, AUTOSAR开始关注基于标准的实际应用。 AUTOSAR推出了一系列的应用指南和最佳实践,帮助汽车制造商和供应商更好地应用AUTOSAR标准。 开放平台阶段(2015年至今):随着汽车电子系统的不断发展和互联网技术的普及, AUTOSAR开始向开放平台方向发展。
AUTOSAR推出了一系列开放平台标准和工具,支持更加灵活和高效的汽车软件开发和集成。总之, AUTOSAR标准是汽车电子系统开发和集成的重要标准之一,它经历了从标准化到应用再到开放平台的发展过程。随着汽车电子系统的不断创新和发展,AUTOSAR标准也在不断升级和完善,以应对日益复杂的汽车电子系统需求。
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车用Linux操作系统是指基于Linux内核的汽车软件操作系统,它具有开放性、灵活性和可定制性等特点,是汽车电子系统中的重要组成部分。最初,车用Linux操作系统主要用于嵌入式系统和网络设备等领域。在这一阶段,Linux内核被移植到了汽车电子系统中,但仅仅是作为一个实验性质的项目。在 2005 年左右,Linux开始在汽车电子系统中得到更广泛的应用。
一些汽车制造商和供应商开始将 Linux 作为车载娱乐系统、导航系统等应用的操作系统。在这一阶段, Linux开始逐渐成为车用操作系统的标准之一。随着汽车电子系统的不断发展和互联网技术的普及,车用Linux操作系统开始向开放平台方向发展。在这一阶段,Linux开始支持更多的汽车应用,如自动驾驶、车联网等。同时,开源社区也在不断改进和完善Linux内核,以支持更广泛的汽车应用。总之,车用Linux操作系统是汽车电子系统中的一个重要组成部分,它经历了从实验性质到标准化再到开放平台的发展过程。随着汽车电子系统的不断创新和发展,车用 Linux 操作系统也在不断升级和完善,以应对日益复杂的汽车电子系统需求。


二、车控操作系统的特点
车控操作系统是指用于控制汽车电子系统的软件操作系统,它是汽车电子系统中的重要组成部分。车控操作系统采用纵向分区、横向分层式架构,并在逻辑层次上包含系统软件和功能软件框架,是车载智能计算基础平台安全、实时、高效的核心和基础。系统软件创建复杂嵌入式系统运行环境,可以实现与Classic和Adaptive两个平台的兼容和交互。
功能软件根据国内智能网联汽车应用特点,以及各类辅助驾驶/自动驾驶功能的核心共性需求,明确定义和实现各共性子模块,并进行通用模块定义和实现。 车控操作系统主要负责处理和控制汽车各个部件的信号和数据,如发动机、变速器、制动系统、安全气囊等,以实现汽车的正常行驶和安全性能
车控操作系统具有以下几个特点:
1、实时性
车控操作系统需要保证对汽车各个部件的控制是实时的,以确保汽车的正常行驶和安全性能。实时性是车控操作系统最基本且至关重要的特点。由于汽车行驶过程中需要不断地对各个部件进行监控和调整,如发动机转速、刹车系统、转向系统等,车控操作系统必须能够快速响应并实时处理这些数据。实时性确保了汽车能够在各种路况和驾驶条件下保持稳定和安全的行驶。
2、高可靠性
车控操作系统需要具备高可靠性,以确保汽车的稳定性和安全性。车控操作系统的可靠性直接关系到汽车的安全性和稳定性。由于车控系统涉及车辆的众多关键部件和功能,任何系统故障都可能导致严重的后果。因此,车控操作系统必须具备高度的可靠性,能够长时间稳定运行,减少故障发生的概率,并在故障发生时能够采取适当的措施,防止对车辆和乘客造成损害。
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3、高安全性
车控操作系统需要具备高安全性,以应对各种潜在的安全威胁,如黑客攻击、恶意软件等。随着汽车智能化和网络化的发展,车控操作系统面临着越来越多的安全威胁。黑客攻击、恶意软件等都可能对车控系统造成破坏,影响汽车的正常运行。因此,车控操作系统必须具备强大的安全防护能力,能够抵御各种安全威胁,保护车辆和乘客的安全。这包括采用加密技术保护数据传输、设置访问控制防止未授权访问、定期更新安全补丁等措施。
4、可扩展性
车控操作系统需要具备良好的可扩展性,以支持不同类型和不同品牌的汽车电子系统。随着汽车技术的不断发展,新的电子系统和功能不断被引入到汽车中。因此,车控操作系统需要具备良好的可扩展性,以适应未来可能出现的新型汽车电子系统。可扩展性意味着车控操作系统能够方便地集成新的功能模块,支持不同类型和不同品牌的汽车电子系统,从而满足汽车厂商和消费者的多样化需求。
目前,市场上主要的车控操作系统包括 AUTOSAR、车用Linux操作系统、车用QNX操作系统等。这些车控操作系统都具备高实时性、高可靠性和高安全性等特点,并且支持不同类型和不同品牌的汽车电子系统,以满足汽车行业的不断发展和创新需求。

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三、车控操作系统发展现状
安全车控操作系统国外发展较早,目前已经开展了一系列的标准化工作,国内目前主要处于跟随状态。2003年,宝马、博世、大陆、戴姆勒、通用、福特、标志雪铁龙、丰田、大众等9家企业作为核心成员,成立了一个汽车开放系统架构组织(简称 AUTOSAR 组织),致力于建立一个标准化平台,以减少汽车软件设计的复杂度,提高灵活性和开发效率。
AUTOSAR以OSEK/VDX为基础,但涉及的范围更广。车控操作系统多基于经典AUTOSAR,适用于控制类和安全性较高的应用场景。
AUTOSAR组织发展至今,得到了越来越多的行业认可,目前已有超过180家的车、零部件、软件、电子等领域的成员。 AUTOSAR 标准平台由于采用开放式架构和代码开源方式,目前已经成为国际主流的标准软件架构,它不仅提高了开发效率,降低开放成本,同时保障了车辆的安全性与一致性。目前基于 AUTOSAR 标准平台,拥有完整的汽车软件解决方案的企业主要有 Vector、KPIT、ETAS、DS以及被大陆收购的伊莱比特和被西门子收购的MentorGraphics。此外,宝马、沃尔沃等汽车厂商都相继推出了基于AUTOSAR标准平台的车型。
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智能驾驶操作系统将会成为自动驾驶汽车发展的核心竞争力之一,由于安全车控操作系统相对成熟,且智能驾驶操作系统部分包含安全车控操作系统,所以本文提到的车控操作系统主要是指智能驾驶操作系统。AUTOSAR组织为应对自动驾驶技术的发展推出了Adaptive AUTOSAR架构。
目前普遍采用的车控操作系统底层内核主要有Linux、QNX。
Linux最初是作为通用操作系统而设计开发的,但提供了一些实时处理支持,这包括大部分POSIX标准中的实时功能,支持多任务、多线程,具有丰富的通信机制等。
Linux也提供了符合POSIX标准的调度策略。
QNX是一种商用的遵从POSIX规范的类Unix实时操作系统,其主要特点是符合分布式、嵌入式、可规模扩展的硬实时操作系统。
QNX遵循POSIX.1(程序接口)和POSIX.2 (Shell和工具)、部分遵循POSIX.1b(实时扩展)。 QNX的微内核结构是它区别于其它操作系统的显著特点。
Classic AUTOSAR R22.11
Classic AUTOSAR 标准平台是为硬实时和安全要求严格的嵌入式系统的提出的AUTOSAR解决方案。
Classic AUTOSAR 将微控制器上的软件抽象为三个软件层:应用程序、运行时环境(RTE)和基本软件(BSW)。其中 BSW 分为三个主要层:服务层、 ECU 抽象层和微控制器抽象层。应用与应用之间,以及应用于 BSW 之间的通信都是经过RTE完成数据交换,因此做到了应用与硬件的完全独立。
Adaptive AUTOSAR R22.11
Adaptive AUTOSAR 标准平台是为高性能计算的ECU提出的解决办法,用于自动驾驶等。 Adaptive AUTOSAR平台为AUTOSAR应用实现了运行环境ARA。使用两种接口完成数据交换:服务和API。平台由功能集群组成,这些集群按服务和自适应AUTOSAR基础进行分组。
Adaptive AUTOSAR解决了新一代汽车高性能需求、连接性和持续软件无线(OTA)更新带来的新市场需求,它作为多个供应商的软件集成平台,解决 Classic AUTOSAR经典架构的局限性,其为灵活性而设计的,以便在运行时支持软件更改。Adaptive AUTOSAR构建在POSIX 操作系统之上,由不同的功能模块组成,这些模块被划分在服务模块和基础模块上,它的的通信是面向服务类型的,会将网络绑定到 DDS或者SOME/IP使用以太网与其它ECU通信。
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