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汽车 CPS 原理介绍

一．CPS 介绍

信息物理系统（CPS ， Cyber Physical Systems）是一个综合计算、网络和物理环

境的多维复杂系统，通过 3C（Computation、Communication、Control）技术的有机融合

与深度协作,实现大型工程系统的实时感知、动态控制和信息服务.CPS 实现计算、通信与物

理系统的一体化设计，可使系统更加可靠、高效、实时协同，具有重要而广泛的应用前景。

CPS 应用于环境感知、嵌入式计算、网络通信和网络控制等系统工程,使物理系统具有计算、

通信、精确控制、远程协作和自治功能。它注重计算资源与物理资源的紧密结合与协调.

CPS 是可能是一个分布式异构系统，他不仅包含了许多功能不同的子系统，而且这些

子系统之间结构和功能各异，而且分布在不同的地理范围内.各个子系统之间要通过有线或

无线的通信方式相互协调工作。

CPS 具有自适应性、自主性、高效性、功能性、可靠性、安全性等特点和要求CPS 是

一个智能的有自主行为的系统，CPS 能够从环境中获取数据，进行数据融合，提取有效信

息，并且根据系统规则通过效应器作用于环境.

CPS 的意义在于将物理设备联网，特别是连接到互联网上，使得物理设备具有计算、

通信、精确控制、远程协调和自治等五大功能.CPS 本质上是一个具有控制属性的网络,但它

又有别于现有的控制系统。CPS 则把通信放在与计算和控制同等地位上,这是因为 CPS 强

调的分布式应用系统中物理设备之间的协调是离不开通信的。CPS 对网络内部设备的远程

协调能力、自治能力、控制对象的种类和数量，特别是网络规模上远远超过现有的工控网络。

美国国家科学基金会(NSF）认为，CPS 将让整个世界互联起来。如同互联网改变了人与人

的互动一样，CPS 将会改变我们与物理世界的互动。

二．汽车 CPS 原理介绍

汽车 CPS,简单来说是指把 CPS 技术应用在汽车上，以使汽车更易于驾驶，更安全。

汽车产业经过近百年的发展，随着全球经济社会发生的巨大变化，特别是由于油价高

涨与温室气体排放引发的建立低碳经济的讨论、科技的发展使得 IT 技术在汽车上的大量使

用、全球城市化趋势加快。使得各国政府积极发展城市交通。随着用户对汽车本身不断提出

新功能的要求，使得汽车越来越多的采用电子控制单元（ECU)实现整车的高安全可靠性、

环保节能性和驾驶舒适性。而随着 ECU 功能的复杂化，ECU 软件也越来越复杂,同时多个

ECU 单元信息的处理产生的数据将达到海量。同时城市交通需要发展智能交通系统

（Intelligent Transport System ，ITS）。这使得汽车 CPS 有重大的发展前途.

人类对汽车性能要求的提高以及智能交通系统的建设，物理设备(比如 ECU）和信息系

统（比如 ITS 中的信息电子系统）的深度融合，海量数据的处理，多维度复杂开放系统的

建立等,使得汽车 CPS 的研究与发展成为汽车电子中物理设备系统发展的必然趋势.汽车从

基于力学、化学的纯物理系统变成了更复杂的嵌入电子元件和控制系统，以提高性能和安全

的 CPS (Cyber Physical System）。

汽车 CPS 是指用带微处理器的实时输入传感器和分布在汽车的不同部件上的提供输

出的制动器等控制单元，收集本车的实时信息或其他车辆的信息,通过一个统一的网络如控

制局域网（Controller Area Network, CAN ）来完成信息的交互，计算，并根据信息的反

馈来完成对汽车的控制，使得汽车更易于驾驶,响应更快,更安全，更智能。

汽车 CPS 要用到物联网技术、嵌入式的技术、混成系统等技术。汽车 CPS 不仅要关

注本车的情况，如发动机温度、排气管状态等情况，然后由本车网络来完成信息的交流，然

后反馈给汽车 ,还要关注与其他汽车的距离 ,所在位置的路况信息等情况 ,甚至每个汽车的

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