航天軟件技術(shù)用于提高汽車安全性

航天軟件技術(shù)用于提高汽車安全性

歐空局（ESA）原本為測(cè)試飛船機(jī)載計(jì)算機(jī)對(duì)宇宙輻射的反應(yīng)而開(kāi)發(fā)的航天軟件——Xception，現(xiàn)已被應(yīng)用于提高汽車的安全性，通過(guò)對(duì)內(nèi)部計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的負(fù)荷測(cè)試，確保汽車在行駛過(guò)程中的正常運(yùn)行。

據(jù)了解，Xception是一種先進(jìn)的航天軟件技術(shù)，現(xiàn)已推廣應(yīng)用于保障汽車儀表板微型計(jì)算機(jī)及剎車等系統(tǒng)的無(wú)故障運(yùn)行，以確保汽車行駛的安全性。此外，導(dǎo)航、巡航控制系統(tǒng)、停車傳感器，以及發(fā)動(dòng)機(jī)和變速箱管理等功能都是由微型計(jì)算機(jī)驅(qū)動(dòng)的，這些系統(tǒng)的功能也將采用Xception軟件進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

▲ 歐空局的ExoMars火星探測(cè)器

安全是汽車行業(yè)首要的考慮因素。汽車擁有60多個(gè)微型處理器。這些處理器作為汽車控制的微型大腦，分布在閥門、發(fā)動(dòng)機(jī)、后視鏡、輪轂、油箱、坐墊、頭枕和保險(xiǎn)杠等各個(gè)部位，而控制每個(gè)系統(tǒng)的軟件都非常復(fù)雜。為了提高汽車的安全性，減少汽車召回的數(shù)量，確保每個(gè)處理器無(wú)故障工作是非常必要的。例如，在發(fā)生發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)熱的情況下，如果發(fā)動(dòng)機(jī)的某個(gè)傳感器發(fā)生故障，可能會(huì)發(fā)生因?yàn)槠錈o(wú)法感知故障而向儀表板及控制發(fā)動(dòng)機(jī)的計(jì)算機(jī)傳遞錯(cuò)誤信息的情況。此時(shí)，計(jì)算機(jī)就需要識(shí)別出該傳感器的故障，并打開(kāi)相應(yīng)的溫度過(guò)熱指示燈。

為保證處理器即使在傳感器等部件發(fā)生故障的情況下也能正常運(yùn)行，研究人員采用了“故障注入”技術(shù)。“故障注入”是指向軟件輸入錯(cuò)誤的信息，使其達(dá)到一個(gè)瀕臨發(fā)生故障的狀態(tài)，以監(jiān)測(cè)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)在意外情況下的反應(yīng)。這是為宇宙飛船應(yīng)用而設(shè)計(jì)的先進(jìn)技術(shù)。

ESA對(duì)質(zhì)量和可靠性要求都非常高，測(cè)試硬件和軟件的穩(wěn)定性是其日常程序性工作之一。飛船一旦離開(kāi)地球，檢測(cè)和糾正其中存在的問(wèn)題耗時(shí)長(zhǎng)、難度大，有時(shí)甚至是不可能實(shí)現(xiàn)的。因此，ESA制定了非常嚴(yán)格的程序，以確保軟件能夠在最嚴(yán)酷的條件下仍然保持正常運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)輻射透過(guò)計(jì)算機(jī)時(shí)，數(shù)據(jù)可能會(huì)被損毀，并導(dǎo)致控制軟件在瞬間出現(xiàn)故障。如果這種情況發(fā)生在處于關(guān)鍵位置的控制軟件上，就可能導(dǎo)致衛(wèi)星的功能發(fā)生紊亂，造成衛(wèi)星失效。

▲ 汽車上的微型計(jì)算機(jī)

為了模擬意外情況和監(jiān)控飛船對(duì)意外情況的反應(yīng)情況，葡萄牙關(guān)鍵軟件公司開(kāi)發(fā)了Xception軟件。從那時(shí)起，Xception軟件就在眾多衛(wèi)星上獲得了應(yīng)用，如觀測(cè)地球冰層的CryoSat衛(wèi)星和監(jiān)控地球磁場(chǎng)的Swarm衛(wèi)星，充分驗(yàn)證了其對(duì)于數(shù)據(jù)故障的容錯(cuò)及恢復(fù)功能，為衛(wèi)星的穩(wěn)定運(yùn)行提供保障。

在ESA資助的葡萄牙國(guó)家技術(shù)轉(zhuǎn)移計(jì)劃、佩德羅努涅斯學(xué)院（IPN）和葡萄牙科技基金會(huì)的支持下，該公司進(jìn)一步優(yōu)化了“故障注入”技術(shù)，用其對(duì)汽車零部件進(jìn)行測(cè)試。

ESA技術(shù)轉(zhuǎn)移項(xiàng)目網(wǎng)絡(luò)在歐洲各國(guó)設(shè)有經(jīng)紀(jì)人機(jī)構(gòu)，支持工業(yè)界利用為航天項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的技術(shù)來(lái)改善地球上的應(yīng)用。IPN就是ESA技術(shù)轉(zhuǎn)移項(xiàng)目網(wǎng)絡(luò)設(shè)在葡萄牙的經(jīng)紀(jì)人機(jī)構(gòu)。IPN的專家稱，關(guān)鍵軟件公司與ESA的合作對(duì)Xception軟件的推廣應(yīng)用來(lái)說(shuō)至關(guān)重要，起到了催化劑的作用。航天項(xiàng)目對(duì)計(jì)算機(jī)、軟件等相關(guān)系統(tǒng)安全性和可靠性具有很高的要求，其質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)高、技術(shù)穩(wěn)定性要求高，因此，可直接轉(zhuǎn)移應(yīng)用于地球上，以解決地面應(yīng)用中存在的安全挑戰(zhàn)。

關(guān)鍵軟件公司還開(kāi)發(fā)了新的“XLuna”軟件，用于監(jiān)測(cè)ESA的ExoMars火星探測(cè)器的驗(yàn)證模型。該軟件允許安全性和非安全性軟件在同一個(gè)處理器中運(yùn)行，而不是為每項(xiàng)功能單獨(dú)配備一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)。ExoMars是一項(xiàng)由ESA和美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）聯(lián)合進(jìn)行的非載人火星探測(cè)任務(wù)，將發(fā)射一個(gè)探測(cè)器，主要用于尋找過(guò)去或現(xiàn)在火星上的生物跡象，確定火星表面下淺層水的分布模式，研究火星環(huán)境，以預(yù)測(cè)未來(lái)載人火星任務(wù)的危險(xiǎn)性。該探測(cè)器攜帶了多種軟件，包括一些用于控制科學(xué)研究的軟件和一些用于管理探測(cè)器基本操作的軟件等。其中，拍照軟件與控制探測(cè)器的軟件互不干擾是非常重要的。通過(guò)分離功能，這些軟件可以在同一個(gè)處理器上共存，減少了探測(cè)器機(jī)載微型計(jì)算機(jī)的數(shù)量，降低了發(fā)射成本。

該軟件在民用領(lǐng)域的成功應(yīng)用也是航天技術(shù)向汽車產(chǎn)業(yè)技術(shù)轉(zhuǎn)移的又一項(xiàng)范例。關(guān)鍵軟件公司將對(duì)Xluna軟件進(jìn)行適應(yīng)性改進(jìn)，使其可以應(yīng)用于汽車。以歐盟（EU）的eCall計(jì)劃為例。其目標(biāo)是到2018年在所有新車上配備無(wú)線設(shè)備，使汽車在發(fā)生事故時(shí)可以自動(dòng)向緊急服務(wù)機(jī)構(gòu)發(fā)送求救信號(hào)，縮短應(yīng)急響應(yīng)時(shí)間，挽救生命。Xluna軟件將使eCall軟件能夠與娛樂(lè)系統(tǒng)共享硬件，而不降低eCall軟件的安全性。展望未來(lái)，這種為火星探測(cè)器開(kāi)發(fā)的軟件還將出現(xiàn)在無(wú)人駕駛汽車上。

（唐甜）

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