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                        汽車的「智能化時代」又將如何構建自己的「神經網絡」?


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                         在汽車智能化的進程中,除了車載CPU、顯示屏以及傳感器的升級外,還有一個不可或缺的組成部分:總線系統。汽車解碼之前在介紹特斯拉底盤時,曾涉及過Model S內部的總線設計。

                        本文,我們來了解下總線到底是什么?以及它為何對汽車智能化如此重要?簡單來講,如人的大腦要發號指令,需要神經系統去傳遞信息一樣,汽車也有自己的“神經網絡”。

                        ECU無處不在

                        最常見的“神經網絡”叫做CAN Bus,Bus即總線的意思。CAN總線是目前最常見,也是最普及的一種汽車內部通訊協議,它最早由博世集團制定。目前,除了一些非常低端的車型,大部分量產車都采用了CAN作為通訊標準通訊協議。

                        CAN本身并不是所謂的“神經網絡”,它只是這個網絡內部各個節點之間對話的語言,就如同兩臺遠程計算機之間,可以通過HTTP或FTP進行對話一樣。在一輛現代化的汽車上,大致有100~300個、甚至更多個ECU,即電子控制單元(Electric Control Unit),來作為“神經節點”。

                        一輛汽車能否正常運營,就要看這些ECU之間是否配合融洽;而ECU數量的多少,也代表著汽車數字化程度的高低,F在,越來越多的機械零部件,被電控零部件所取代。比較典型的例子有轉向助力:液壓助力、電子液壓助力、電子助力,再到線控轉向。ECU已經被應用到了汽車的核心功能上。

                        這數百個ECU,在汽車內部組成了一個局域網。與外網不同,局域網的信息傳輸特點是,一個ECU發出的數據包,所有的節點都會接收到,但只有承擔該數據包任務的節點,才會去執行命令。

                        舉個例子,比如剎車燈。當監控剎車踏板的ECU,監測到踏板行程有變動時,就會通知監測尾燈的ECU。此時,該ECU控制尾燈,并將其通電點亮。這一個簡單的操作,其實背后有至少2個ECU的配合。

                        此外,由于汽車模塊化設計,ECU也分為了不同模塊。比如,發動機有一個單獨的ECU體系,叫做ECM(Engine Control Module )。這個模組由多個控制發動機不同功能的ECU組成,比如節氣門的開合、燃油噴射劑量、渦輪介入時機等。

                        CAN負責組建局域網

                        要讓所有的這些ECU之間相互配合,需要一個數據傳輸協議來作為“傳令者”。CAN協議是其中之一,它的全稱叫做Controllers Area Network。該協議誕生于1983年,是全球最大汽車零部件集團博世的獨家專利。

                        CAN協議存在的意義是,它為汽車的電子化、數字化進程起到了巨大推動作用。借助CAN協議,汽車內部的數百個ECU,可以在沒有主機(也就是車載CPU)的情況下組建一個局域網。1986年,SAE(汽車工程師協會)正式發表CAN協議標準。

                        其實,CAN總線是汽車產業與計算機產業有效配合的一個成功典范:在CAN標準被公布后的第二年,也就是1987年,英特爾與飛利浦開發出了全球第一款CAN總線適用的芯片(即ECU)。1988年發布的寶馬8系,是全球第一款搭載CAN總線的量產車型。

                        CAN協議的普及,讓汽車大幅度數字化,其意義不僅體現在汽車電子化程度的提升,也對于車輛的故障檢修帶來了革命性的變化。要知道,一輛現代化的汽車正常行駛,其需要的代碼數量,要遠超于一架波音747客機所需的

                        OBD接口便是最直接的受益者,這個在1996年被美國政府強制推行的檢修接口,通過采集CAN總線的各種數據,可以對車輛的運行狀況做一個更精確的評估。甚至在逆向破解后,黑客通過CAN總線可以遠程控制車輛。

                        但是,CAN并非是唯一的車用通訊協議。為了彌補CAN協議在某些方面的不足,汽車工業還研發出了很多其他協議,比如LIN協議。相比CAN,LIN的帶寬要更小、承載的數據量更少,但同時成本也更低,適合應用于一些簡單的ECU中,比如車窗升降等。

                        隨著技術進步,汽車內部的數據量暴增。尤其是大屏幕的普及和流媒體技術的介入,讓CAN總線在某些時候“力不從心”,已無法勝任工作。于是,更高級的通訊協議問世了,比如MOST、FlexRay、以太網等。

                        這些協議標準,擁有更大的帶寬與更強的穩定性。其中,MOST是一種高速多媒體傳輸接口,專門為汽車內部的一些高碼率音頻、視頻提供傳輸。FlexRay也是一種高速協議,但不僅限于多媒體傳輸。在自動駕駛的奧迪A7中,位于后備箱的車載CPU(奧迪稱之為zFAS)模組,就是依靠FlexRay協議來讀取前置攝像頭捕捉的數據。

                        至于以太網,這本不是專用于汽車技術的,而是計算機局域網的標準協議。與上述多種協議相比,以太網的傳輸速度是最快的。按照帶寬劃分,以太網可以分為標準以太網(10Mbit/s)、快速以太網(100Mbit/s),以及10G(10Gbit/s)以太網。注意,與HTTP等超文本傳輸協議不同,以太網是物理層的標準。

                        目前總線協議最發達的車型,當屬特斯拉Model S,該車采用了CAN、LIN,以及以太網三種標準,分別處理不同級別的數據。注意,雖然特斯拉有兩個車載CPU(Nvidia Tegra處理器),但其總線依然是局域網架構。

                        除上述這些總線協議外,汽車工業使用的局域網標準,還有諸如Byteflight、D2B、DC-Bus、IEBus、SPI,以及VAN等多種。這些協議由不同機構研發,打破了博世CAN協議的壟斷。目前已經被部分汽車品牌應用到旗下車型,但都不如CAN協議普及。

                        其實,CAN協議不僅應用到汽車內部,某些外部場景也需要CAN協議的支持。最典型的就是OBD接口。通過這個接口,檢修員可以讀取到車輛的發動機運行狀況、機油余量、里程數等信息。

                        通用、沃爾沃、特斯拉等車型支持遠程控制,其原理就是手機發出的指令先到達服務器,然后被轉發到車載通訊模塊。車載通訊模塊接收到指令后,再通過CAN總線將指令傳達到各個ECU。

                        在電動車領域,充電接口其實也需要CAN總線的支持。無論是歐標還是美標的接口,其中有一項是CAN協議通訊接口。這一項的作用,是告訴充電樁電池目前有多少電,這個數據將從電池組的監控ECU上讀取。

                        隨著汽車智能化的提升,CAN總線將更多的暴露到外網中,因此汽車信息安全成為了新的課題。比如特斯拉,就不只一次被車主和黑客成功破解。此外,隱私問題也因此而升級,當車輛這個局域網接入物聯網時,你的一舉一動都受到監控。這就要求,不僅車聯網服務器提升安全級別,CAN總線也要從基本層面做好加密、認證、防偽等工作。

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