智能网联汽车中国方案升级“工具书”四大亮点应对问题和痛点

2021-08-03 09:21:24

5月25日,在第八届国际智能网联汽车技术年会(CICV 2021)上,中国汽车工程学会常务理事、清华大学教授、国家智能网联汽车创新中心首席科学家李克强代表项目组,发布《智能网联汽车信息物理系统参考架构2.0》(以下简称《架构2.0》)。

据了解,与两年前面世的《智能网联汽车信息物理系统参考架构1.0》(以下简称《架构1.0》)相比,《架构2.0》在原有基础上进行了革命性升级,聚焦于智能网联汽车发展过程中的新问题与新挑战,提出了更贴近国内产业、行业实际的理论及工具链,堪称智能网联汽车及相关行业中国方案的“认识论”与“方法论”。此次成果发布的参与单位包括国家智能网联汽车创新中心、清华大学、公安部、交通运输部、部分整车与ICT企业,整个过程历时近一年半。

♦复杂系统离不开架构与设计

“在‘工业1.0’时代发展至‘工业3.0’的漫长实践中,汽车行业发生了从机械化、到电气化,再到机电一体化的重大变革。在以信息物理系统为标志的‘工业4.0’时代,汽车交通系统未来10~20年将迎来革命性的变化。”李克强指出,“智能网联汽车是汽车、交通、信息和通信系统深度融合的典型复杂信息物理系统,相对应的组织体系和生态体系与过去仅考虑单车时有天壤之别。”

“汽车智能化、网联化的发展,一方面催促传统汽车产业加快转型升级;另一方面推动电子信息、网络通信、交通基础设施等领域加速融合,产业链面临重构,产业之间的边界开始逐渐模糊。”国家智能网联汽车创新中心总经理助理兼前沿共性技术事业部/工程应用事业部部长王博在接受《中国汽车报》记者采访时表示,“这些新特征可以说爆发性涌现,而汽车行业的现状是漫长积累形成的,业界相对缺乏对复杂系统的架构构建与整体设计能力。”

与此同时,智能网联汽车正在成为智慧交通、智慧城市的有机组成部分。在这样一个巨大的复杂系统中,汽车企业、驾驶者、其他交通参与者、交通管理者、道路建设方、能源供给方乃至城市执法者的不同需求错综复杂,既相互依存,又有各自的关切。因此,从顶层设计开始,应用一套行之有效的理论、方法工具,搭建良好、有序的架构显得至关重要。

“信息物理系统的概念在21世纪正式进入学术界,代表了最前沿的控制、通信、数字化和系统专业的技术发展方向。美国、德国等国家先后提出了基于自己理解的信息物理系统的阐述。”李克强介绍称,《架构2.0》充分研究了国内外复杂系统的理论方法、工具、支撑关键技术,“《架构1.0》发布后,随着行业的发展,我们发现还存在传统研究没有解决的问题与痛点,例如基础理论体系的缺乏、方法论的模糊、架构模型的非标准化、受众较窄以及与中国方案关联性较低等问题。可以说,以科学、系统化的方法对成果进行升级迭代的时候到了。”

♦四大亮点应对问题和痛点

据悉,《架构2.0》的目标就是形成智能网联汽车信息物理系统(ICV CPS)中国方案的总体方法论,为中国智能网联汽车和智能交通系统的总体设计、重构设计和中国标准体系完善提供基础支撑。

王博告诉记者:“《架构1.0》初步构建了支持车路云协同控制、面向业务可灵活定制、技术中立可持续演进的设计方法和参考框架,从产业、功能、物理和通信四个视图描述架构,初步形成了基于参考架构的模型、模型库以及设计工具等的研究思路和关键技术总结。《架构2.0》在继承的基础上,充分参考了国际标准和国内外军工领域在复杂大系统研究中的理论和方法,在CPS与ICV结合应用研究的理论、方法、工具等方面有所突破,比较全面地论证了作为复杂大系统的智能网联汽车信息物理系统从体系到系统、从框架到架构等不同层级、不同视角、不同范围的理论和方法,做到了自身理论体系的严谨性和完备性,为后续进一步的产业应用和落地实施构建起了扎实的理论根基。”

在王博看来,《架构2.0》比较突出的亮点有四个方面:首先,明确了智能网联汽车技术体系的总体发展方向,定义了复杂系统背景下的ICV CPS的系统形式、分类、分级,依托国际和军工成熟的复杂系统研究标准和方法论,从体系到系统、从框架到架构给出了适合ICV CPS研究的严谨和完备的理论体系;第二,明确了ICV CPS的四种形式,包括ICV D CPS(智能网联汽车研发设计信息物理系统)、ICV M CPS(智能网联汽车生产制造信息物理系统)、ICV V CPS(智能网联汽车车用信息物理系统)、ICV OM CPS(智能网联汽车运行管理信息物理系统),并就每种类型的ICV CPS在功能架构、逻辑架构、分级架构方面详细阐述了其各自的功能、逻辑和分级内容;第三,详细论述了ICV CPS设计与实施的支撑方法论和应用范式,包括7S体系架构框架、基于模型的系统工程方法(MBSE)和数字主线技术;第四,针对ICV CPS的落地所需要的关键技术体系架构进行了介绍,分别针对不同ICV CPS类型给出了各自关注的关键技术。

♦加快使《架构2.0》更好服务行业

理论的意义在于指导实践。据了解,《架构2.0》包含系统及架构基础理论、体系架构框架、智能网联汽车信息物理系统研发设计范式、研发设计工具链。其中,智能网联汽车信息物理系统参考架构旨在提供统一的架构框架和参考架构,支撑汽车交通产业对高抽象级别的架构进行实例化,形成具体产品架构、产品系统;提出新的认知,根据全生命周期不同阶段与利益攸关者,定义各类别车型在研发设计、生产制造、运行维护等阶段的通用CPS参考架构。

“北京高级别自动驾驶示范区应用了《架构2.0》相关成果。我们面向基于示范区的协同智能交通信息物理系统定义相关的信息物理参考架构,随后开展设计和应用工作,实现了真正意义上的智能网联汽车信息物理系统落地。”李克强表示,“未来,希望通过这样的实施路径实现大范围的转化——首先完善智能网联汽车的参考架构,开发智能网联汽车信息物理系统的平台,再根据具体需求、重大示范工程推进企业产品系统开发的需求进行相关应用。”

“《架构2.0》已应用于指导我们AVP(自动代客泊车)产品的开发工作。”王博介绍道,“由于采用了更为先进的参考架构,AVP产品能有效降低对单车自动驾驶等级的严格要求,更早推进AVP的落地可商用。”他还补充说,指导具体产品开发,仅仅是出台《架构2.0》意义的一个方面,未来希望能与各行业标准委员会加强协同,共同推出行业标准,为不同行业更好地在智能网联汽车领域实现融合,提供通用的语言、工具和思维方法。

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