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汽车CPS原理介绍

一．CPS介绍

信息物理系统（CPS,CyberPhysicalSystems）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

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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(IntelligentTransportSystem,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(CyberPhysicalSystem)。

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

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络如控制局域网(ControllerAreaNetwork,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CPS