賽車中電子系統(tǒng)的是與非

盡管嵌入系統(tǒng)技術可以為賽車運動的幾乎各個方面提供改進，但賽車官員從公正角度考慮，經(jīng)常在比賽中禁止使用這些技術。

　　要 點

　　為確保賽車駕駛員（而不是聰明的計算機程序）贏得勝利，有時候比賽會禁止使用嵌入電子產(chǎn)品。
　　汽車比賽為高性能車輛和針對量產(chǎn)車型的安全增強系統(tǒng)提供了一個測試環(huán)境。
　　當出現(xiàn)撞車事故時，事件數(shù)據(jù)記錄器捕捉實時的傳感器信息，用于提供即時的醫(yī)療支持。
　　出于對采用嵌入系統(tǒng)公平性的考慮，有些賽車場計劃為賽車團隊提供標準化的引擎控制設備。 

    電子系統(tǒng)為各種類型賽車成功與普及起著主要作用，從基本的普通小汽車到經(jīng)過大量改裝的高速賽車或 F1 賽車，它們拓展了引擎和車身底盤設計的極限。當車迷們在賽道或電視上欣賞自己鐘愛的汽車比賽時，他們看到了嵌入系統(tǒng)技術領域的設計者們多年研究、數(shù)據(jù)搜集和精益求精成果的累積。從賽前的優(yōu)化到賽后的分析，賽車團隊越來越依賴于成堆的引擎與機械數(shù)據(jù)，對設計作精細調(diào)整，提高性能。當出現(xiàn)碰撞事故時，嵌入式記錄儀會捕捉多個數(shù)據(jù)流，以判定是機械故障還是駕駛員的失誤。但這類電子系統(tǒng)很多是有爭議的，賽車官員們必須不斷更改規(guī)則，從而在駕駛員安全、車迷們欣賞和  
競爭性之間取得平衡。

　　賽車運動已經(jīng)激勵出了許多嵌入電子創(chuàng)新，并最終會在量產(chǎn)的汽車中找到自己的位置。嵌入處理器獲取并交換信息，以控制、優(yōu)化和監(jiān)控各種功能，而在幾年前這些功能還是純機械式的。動力系統(tǒng)的計算機要實時檢查多個傳感器，調(diào)整燃料混合比、點火定時以及變速箱，以獲得最佳性能。設計者基于嵌入電路實現(xiàn)防死鎖剎車、牽引控制和穩(wěn)定控制系統(tǒng)。對于賽車應用，嵌入系統(tǒng)可以針對特定賽道調(diào)整車身結(jié)構(gòu)，改進空氣動力學特性，調(diào)整有效懸掛系統(tǒng)。有了實時通信，后勤維修人員可以監(jiān)控并調(diào)整引擎性能，而車迷們可以看到駕駛室的視圖。不過有諷刺意味的是，幾乎沒有哪種汽車比賽允許采用車隊開發(fā)和調(diào)整的很多先進電子子系統(tǒng)。官方會阻止任何能補償或輔助駕駛員動作的子系統(tǒng)，以保證競賽的趣味。

　　各個認可團體，如 NASCAR（美國賽車聯(lián)合會）、Indy 賽車聯(lián)盟或 FIA（國際汽車聯(lián)合會），都維護著自己的規(guī)則，其中詳述了對賽車運動參與者的要求。NASCAR 起源于 1948 年，自稱是吸引觀眾最多的體育運動。它在美國已升至觀眾參與最多的 20 種賽事的第 17 位，也是全球第 2 大季節(jié)性常規(guī)電視節(jié)目，被傳播至 150 多個國家。FIA 主要定位于歐洲，但在全世界舉辦比賽；F1 或 Grand Prix 比賽采用高度定制的汽車，這種汽車專門設計用于高速比賽。設計者要在多數(shù) F1 方程式賽車上充分地配置各種儀器，向比賽團隊、廣播商和觀眾提供汽車與駕駛員的實時信息流。Indy 賽車聯(lián)盟是另一個開輪式、單座賽車運動的管理團體，這種賽車名為 Indianapolis 500。



　　賽前優(yōu)化

　　遠在賽車真正開上賽道以前，賽車團隊就要做很多比賽決策和調(diào)整。例如，Penske 技術集團與賽車團隊合作在賽事前預測車輛的性能。Pensake 提供一種計算機控制的振動臺及分析服務，它采用 MathWorks 的軟件來確定對車輛阻尼特性的最佳調(diào)整（圖1）。振動平臺配有七個液壓制動器，其中四個用于道路模擬，三個直接連接到車身上，模擬側(cè)傾、轉(zhuǎn)彎和風阻。賽車團隊使用在賽道上預先記錄的數(shù)據(jù)通過調(diào)整彈簧和振動參數(shù)，精細地調(diào)整車輛的動力學特性。Penske 還使用 MathWorks 的 Simulink 仿真工具建立空氣動力學負荷模型，為制動器確定適當?shù)南螺d力。





　　當賽車以超過 200mph 的速度飛馳時，互相之間僅有數(shù)英寸距離，碰撞事故是難以避免的，并且會經(jīng)常發(fā)生。但是，只有在2001年賽車傳奇人物 Dale Earnhardt死后，NASCAR才開始用 Independent Witness 的事件數(shù)據(jù)嵌入式電子記錄儀來收集實時的碰撞數(shù)據(jù)。NASCAR官方在駕駛員座椅的旁邊安裝Witness，它擁有能維持兩年的電池，是一個自動工作的設備。該設備監(jiān)控著車輛的運動，當出現(xiàn)碰撞事件時，它會記錄下日期、時間、方向、撞擊及嚴重程度，以及一個三維加速度數(shù)據(jù)曲線。同樣，Indy 賽車聯(lián)盟也要求所有汽車都裝有 Delphi ADR3 事故數(shù)據(jù)記錄儀（圖 2）。ADR3 可以在事故前、期間和事故后，以 1k 采樣/秒的速率檢測并記錄下車輛的多個參數(shù)。被監(jiān)控的參數(shù)包括車輪速度、節(jié)氣門位置、轉(zhuǎn)向角度、胎壓、加速度和安全帶負載。駕駛員帶有一個耳塞式傳感器，其中的嵌入式加速度計在碰撞時立即發(fā)出 G 加速度數(shù)據(jù)?，F(xiàn)場醫(yī)療人員可以快速獲得并分析碰撞數(shù)據(jù)，幫助確定駕駛者可能遭受哪種傷害，以準備恰當?shù)尼t(yī)治手段。多次事故的數(shù)據(jù)推動在車輛中整合更多的安全功能，如對抗沖撞力的頭、頸約束等。





　　在一個采納嵌入電路的好處并維護公正性的措施中，F(xiàn)IA 為所有 F1方程式賽車團隊規(guī)定了 2008 年起用的一種標準化 ECU（引擎控制設備）。ECU 將監(jiān)控傳動系統(tǒng)的各個部分，從每輛車上的 100 多個傳感器收集數(shù)據(jù)，并向駕駛者顯示關鍵信息。一只 ECU 每秒要產(chǎn)生多達 500k 字節(jié)數(shù)據(jù)，一次 Grand Prix 賽車期間，從傳感器獲得的數(shù)據(jù)可以超過 1G 字節(jié)。高速無線遙測鏈路不斷將這種數(shù)據(jù)送回到位于每個 F1 比賽團隊修理間的系統(tǒng)中，供進一步分析。FIA 選擇 McLaren Electronic Systems 和微軟公司作為 F1 賽車 ECU 及相關軟件的正式供應商。 

遙測的麻煩

　　由于其特性，賽車中的實時遙測數(shù)據(jù)也存在著爭議。通過正確的設置，車隊人員甚至廠方專家都可以監(jiān)控比賽中的車輛傳感器，準備進站加油、策劃其它的節(jié)油策略，甚至判斷和排除引擎或機械故障。一般的遙測測量包括多軸加速度、溫度、轉(zhuǎn)速和機械偏移。通過雙向遙測方式，專家可以在比賽中實時調(diào)整引擎的性能或空氣動力學特性。管理組織現(xiàn)在對許可的遙測數(shù)據(jù)類型和數(shù)量作了標準化，大多數(shù)禁止雙向遙測。

　　嵌入式電子系統(tǒng)和軟件在賽車中發(fā)展最快的一個方面是向車迷們送交實時賽車信息，渠道可以是電視畫面或通過互聯(lián)網(wǎng)。嵌入系統(tǒng)設計者與廣播商、賽車官員合作，設計出一些捕捉和顯示實時統(tǒng)計數(shù)據(jù)的概念。這類系統(tǒng)多數(shù)都需要對每輛車的精確定位信息（見附文“實時跟蹤：我的車在哪里？”）。NASCAR 已經(jīng)在基于訂閱的信息系統(tǒng)中處于領先地位，它可以使車迷們使用互聯(lián)網(wǎng)上的定制視圖，近距離地追蹤賽車動向。例如，NASCAR PitCommand 訂閱服務是一種基于 Java 的在線多媒體功能，車迷們可以在自己的計算機上跟蹤任何一輛賽車或所有賽車的位置、速度和引擎轉(zhuǎn)速，這些實時數(shù)據(jù)直接來自于每輛車上的遙測盒（圖 3）。RaceView 是另一個 NASCAR 車迷數(shù)據(jù)提交的創(chuàng)新，它提供一種計算機應用程序，采用類似于流行賽車游戲中的三維動畫方式（圖 4）。車迷們可以選擇一位駕駛者，或在現(xiàn)場所有駕駛者之間切換，跟蹤他們通過賽道和修理站、警告標志、領跑交換，并觀看駕駛者數(shù)據(jù)，如落后于領先者的實際位置、速度和時間。每個駕駛者有三種賽車視圖，包括顯示駕駛者前方以及被追逐車輛的 Lead View；顯示上方空中視圖的 Flyover View；以及從后方顯示車輛以及駕駛者前面視野的 Draft View。PitCommand 和 RaceView 是 NASCAR 優(yōu)惠訂閱服務的一部分，每名賽車車迷的月費是 12.95 美元。





　　雖然嵌入系統(tǒng)技術可能還存在爭議，有些賽道還部分禁止使用，但也有一些比賽不僅允許使用電子系統(tǒng)，而且競賽結(jié)果還只依賴于其性能。例如，通過一場資格賽的前20個團隊將競爭于今年11月舉辦的 DRAPA（國防部先進技術研究計劃署）城市挑戰(zhàn)賽，第一名可獲得200萬美元現(xiàn)金獎，第二名為100萬美元，第三名為50萬美元。無駕駛員的機器人汽車將在位于加州Victorville軍隊訓練基地的一個城市道路網(wǎng)上完成模擬的供給任務。車輛必須完全自動化，只能用 GPS（全球定位系統(tǒng)）和其自身傳感器探測的信息。另外，車輛必須采用普通型號，或有已存檔的安全記錄，并遵守加州的駕駛法。DARPA 將在比賽開始前 24 小時提供道路網(wǎng)絡，并在比賽開始前 5 分鐘為每個團隊提供一個文件，其中詳細描述道路情況。


　　機器人 SUV





　　卡內(nèi)基梅隆大學（匹茲堡）的 Tartan Racing 是參加城市挑戰(zhàn)賽的團隊代表。它的參賽者名為 Boss，是一輛 Chevy Tahoe SUV，它有超過 30 萬行代碼用于城市和道路上的自動導航（圖 5）。Boss 使用感知、計劃和行為軟件推理出交通情況，并采取適當?shù)膭幼鏖_向目的地。汽車裝有十幾臺激光、攝像頭和雷達，用于查看周圍情況。軟件與傳感器技術使汽車能夠遠距離探測并跟蹤其它車輛、在停車場尋找一個位置并停好車、遵守十字路口優(yōu)先通過的規(guī)定、以一個安全距離跟隨其它車輛，以及對動態(tài)情況做出反應，如道路堵塞或路面壞車。







　　全球太陽能挑戰(zhàn)賽（World Solar Challenge）是另一項有趣的比賽，它極大地依賴于嵌入電子系統(tǒng)。該比賽要設計并建造一輛只用太陽光作能源而跨越澳大利亞的汽車。2005 年最后一場比賽中，獲勝汽車穿越了從 Darwin 和 Adelaide 之間 3021 km 的距離，用時 29 小時 11 分鐘，平均速度約 103 km/hr。這輛車名為 Nuna3，它采用高效率、三層砷化鎵太陽能電池，這種電池一般用于為地球衛(wèi)星提供電能（圖 6）。來自荷蘭 Delft 技術大學不同學科的 11 名學生設計并建造了這輛車。2007 年的比賽于10月舉行，將采用新的規(guī)則以提高競爭性。官方將參加者的太陽能采集板限制在 6m2，駕駛者的進出不得起輔助作用，座椅位置必須垂直。另外還有很多新的安全要求。此外，競賽者在穿越某一部分路線時必須遵守 130 km/hr 的新速度限制。
盡管賽車并未準備好接受最新的嵌入電子技術，但它為車輛性能和安全增強系統(tǒng)提供了一個出色的測試平臺。設計者用嵌入設備來改善車輛發(fā)電機、傳動裝置、空氣動力學、燃油經(jīng)濟性和安全系統(tǒng)的工作情況。無論是為了賽道上的競賽測速、穿越沙漠的可靠性或率先開到下一個交通信號燈的得意心情，賽車迷們都會繼續(xù)依賴于電子技術保持領先。 


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　　附文：實時跟蹤：我的車在哪里？

　　Sportvision 的 Racef/x 系統(tǒng)包含了高速數(shù)據(jù)通信、全球定位技術以及實時攝像頭控制，為賽車實況電視覆蓋提供了圖形化的增強方法。該系統(tǒng)使廣播員能夠用屏幕上的指針，識別所選擇的比賽汽車，它還有一個可選的虛擬儀表板，用來顯示關鍵統(tǒng)計數(shù)據(jù)，如實時速度和位置。系統(tǒng)采用一種板載遙測系統(tǒng)，將傳感器和 GPS（全球定位系統(tǒng)）數(shù)據(jù)發(fā)送給賽道旁邊座席上的接收機網(wǎng)絡。差分 GPS 技術可以將衛(wèi)星位置信號與已知的固定位置作比較，確定每輛車的位置。一些廣播攝像頭帶有遙控平掃和高低功能，可以自動跟隨選定車輛的位置數(shù)據(jù)  
。定制軟件每秒可更新數(shù)次，同步傳輸，并收集賽道上以 200 mph 速度飛馳的多達 55 輛車統(tǒng)計數(shù)據(jù)。Sportvision 在 2006 年 Indy 賽車季時推出了自己的 Racef/x 系統(tǒng)，NASCAR（美國賽車聯(lián)合會）也在 2007 Busch 系列賽季中使用這個系統(tǒng)。這種類型的跟蹤系統(tǒng)使贊助商能夠獲得更好的收益，因為它通過互聯(lián)網(wǎng)提交基于訂閱的數(shù)據(jù)，用戶可以追蹤自己喜愛的賽手。 
linux操作系統(tǒng)文章專題:linux操作系統(tǒng)詳解（linux不再難懂）