智能網(wǎng)聯(lián)汽車信息物理系統(tǒng)參考架構(gòu)2.0

1、 HYPERLINK l _bookmark0 編制說明 4 HYPERLINK l _bookmark1 第一章 概述 12 HYPERLINK l _bookmark2 背景與挑戰(zhàn) 12 HYPERLINK l _bookmark3 中國智能網(wǎng)聯(lián)汽車發(fā)展背景 12 HYPERLINK l _bookmark4 信息物理系統(tǒng)發(fā)展背景 21 HYPERLINK l _bookmark5 智能網(wǎng)聯(lián)汽車信息物理系統(tǒng)研究背景 25 HYPERLINK l _bookmark6 智能網(wǎng)聯(lián)汽車信息物理系統(tǒng)研究挑戰(zhàn) 28 HYPERLINK l _bookmark7 智能網(wǎng)聯(lián)汽車信息物理系統(tǒng)參考架構(gòu)研究目

2、的與意義 32 HYPERLINK l _bookmark8 架構(gòu)研究原則與方法 37 HYPERLINK l _bookmark9 特別說明 42 HYPERLINK l _bookmark10 第二章：ICV CPS 相關(guān)核心概念定義 44 HYPERLINK l _bookmark11 信息物理系統(tǒng) 44 HYPERLINK l _bookmark12 CPS 的通用定義 44 HYPERLINK l _bookmark13 CPS 中的“C” 47 HYPERLINK l _bookmark14 CPS 中的“P” 51 HYPERLINK l _bookmark15 系統(tǒng)與相關(guān)概念

3、52 HYPERLINK l _bookmark16 架構(gòu)相關(guān)概念 63 HYPERLINK l _bookmark17 第三章：智能網(wǎng)聯(lián)汽車信息物理系統(tǒng)參考架構(gòu) 77 HYPERLINK l _bookmark18 智能網(wǎng)聯(lián)汽車信息物理系統(tǒng)分類架構(gòu) 77 HYPERLINK l _bookmark19 ICV 研發(fā)設(shè)計 CPS 83 HYPERLINK l _bookmark20 ICV 車用CPS 902 HYPERLINK l _bookmark21 ICV 運行管理 CPS 98 HYPERLINK l _bookmark22 第四章：ICV CPS 的設(shè)計與實施 105 HYPERL

4、INK l _bookmark23 智能網(wǎng)聯(lián)汽車 7S 體系架構(gòu)框架 105 HYPERLINK l _bookmark24 基于MBSE 設(shè)計方法的ICV CPS 設(shè)計流程 108 HYPERLINK l _bookmark25 數(shù)字主線技術(shù)連接四大ICV CPS 112 HYPERLINK l _bookmark26 第五章：ICV CPS 關(guān)鍵共性技術(shù)體系架構(gòu) 115 HYPERLINK l _bookmark27 ICV 研發(fā)設(shè)計 CPS 相關(guān)關(guān)鍵共性技術(shù) 115 HYPERLINK l _bookmark28 ICV 車用CPS 相關(guān)關(guān)鍵共性技術(shù) 119 HYPERLINK l _b

5、ookmark29 ICV 運行管理 CPS 相關(guān)關(guān)鍵共性技術(shù) 132 HYPERLINK l _bookmark30 第六章：總結(jié)與展望 143 HYPERLINK l _bookmark31 附錄 1：ICV 運行管理 CPS 在典型 AVP 場景的設(shè)計案例 145 HYPERLINK l _bookmark32 需求分析 147 HYPERLINK l _bookmark33 運行分析 148 HYPERLINK l _bookmark34 系統(tǒng)分析 150 HYPERLINK l _bookmark35 邏輯架構(gòu) 157 HYPERLINK l _bookmark36 附錄 2：術(shù)語表

6、 163 HYPERLINK l _bookmark37 參考文獻 1673編制說明汽車產(chǎn)業(yè)是國民經(jīng)濟重要的戰(zhàn)略性、支柱性產(chǎn)業(yè)，與人民生活密切相關(guān)。當前，在新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革的影響下，新一代信息技術(shù)與制造技術(shù)深度融合，汽車正由傳統(tǒng)的機械產(chǎn)品逐步演變?yōu)闄C電一體化、智能化和網(wǎng)聯(lián)化的高科技產(chǎn)品，呈現(xiàn)與電子、信息、交通等相關(guān)產(chǎn)業(yè)緊密相連、協(xié)同發(fā)展的趨勢。發(fā)展智能網(wǎng)聯(lián)汽車成為汽車產(chǎn)業(yè)的戰(zhàn)略發(fā)展方向。智能網(wǎng)聯(lián)汽車與智能交通緊密相關(guān)，兩者融合協(xié)同發(fā)展是未來的主要趨勢。智能網(wǎng)聯(lián)汽車通過搭載先進的車載傳感器、控制器、執(zhí)行器等裝置，融合現(xiàn)代通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實現(xiàn)車與X（人、車、路、云等）智能信息交互、共享，具

7、備復雜環(huán)境感知、智能決策、協(xié)同控制等功能，可實現(xiàn)“安全、高效、舒適、節(jié)能”行駛，進而使汽車成為智能交通網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中重要的功能結(jié)點。我國汽車產(chǎn)業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃、智能汽車創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略（征求意見稿）、車聯(lián)網(wǎng)（智能網(wǎng)聯(lián)汽車）產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動計劃、交通信息化“十三五”發(fā)展規(guī)劃、推進智慧交通發(fā)展行動計劃（2017-2020 年）、智能網(wǎng)聯(lián)汽車道路測試管理規(guī)范（試行），以及 SAE J3016標準道路機動車駕駛自動化系統(tǒng)分類與定義等指導文件和技術(shù)規(guī)范定義了自動駕駛/智能汽車等級，提出了安全、效率、可靠性、環(huán)境耐受性、容錯性、冗余性等要求，明確了智能網(wǎng)聯(lián)汽車和智能交通的發(fā)展方向。我國人口眾多、汽車保有量大、地理狀況

8、和道路環(huán)境復雜，亟需4構(gòu)建具有中國屬性、適應中國現(xiàn)狀、符合中國標準的智能網(wǎng)聯(lián)汽車 “中國方案”，從而推動我國智能網(wǎng)聯(lián)汽車和智能交通產(chǎn)業(yè)的技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)品創(chuàng)新、新產(chǎn)業(yè)生態(tài)以及相關(guān)體系的構(gòu)建。目前，智能網(wǎng)聯(lián)汽車與智能交通融合所形成的復雜大系統(tǒng)具有跨行業(yè)、跨領(lǐng)域、跨地域的高度復雜性、異構(gòu)互操作性等特性，需要解決移動多接入、多層次互操作和協(xié)同、大規(guī)模高密度實時控制、低時延高可靠計算決策等協(xié)同控制關(guān)鍵問題。同時需要明確相關(guān)產(chǎn)業(yè)中利益攸關(guān)人的視角以及關(guān)注點從而更好的理解不同立場下的需要及需求。從宏觀上更快的講智能網(wǎng)聯(lián)汽車與智能交通融合轉(zhuǎn)變成一個完整的體系，跨越目前的復雜大系統(tǒng)階段。根據(jù)國內(nèi)外理論研究和工程實

9、踐，信息物理系統(tǒng)（Cyber-Physical System）或信息物理復雜大系 統(tǒng)（Cyber-Physical System of Systems）通過信息空間（Cyber Space）和物理空間（Physical Space）各要素的映射和互操作，建立實時、動態(tài)、閉環(huán)的協(xié)同控制機制，可以有效解決智能網(wǎng)聯(lián)汽車和智能交通的協(xié)同控制問題。因此，智能網(wǎng)聯(lián)汽車相關(guān)體系的構(gòu)筑以智能網(wǎng)聯(lián)汽車信息物理系統(tǒng)理論輔以系統(tǒng)思維作為初期研究基礎(chǔ)?；诖?，設(shè)計團隊提出了智能網(wǎng)聯(lián)汽車信息物理系統(tǒng)的概念，并于 2019 年 10 月完成了智能網(wǎng)聯(lián)汽車信息物理系統(tǒng)參考架構(gòu) 1.0 的設(shè)計。旨在通過不斷發(fā)展和演進，研究成

10、果可以為智能網(wǎng)聯(lián)汽車和智能交通復雜系統(tǒng)的總體設(shè)計、重構(gòu)設(shè)計和中國標準體系完善提供基礎(chǔ)支撐，同時促進智能網(wǎng)聯(lián)汽車自主技術(shù)創(chuàng)新體系和“中國方案”的智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)業(yè)鏈的完善，支持智能基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的實施，推動智能網(wǎng)5聯(lián)汽車與智能交通、智慧城市深度融合生態(tài)體系的構(gòu)建。在系統(tǒng)參考架構(gòu) 1.0 的基礎(chǔ)上，設(shè)計團隊更進一步的提出了智能網(wǎng)聯(lián)汽車體系的概念，完善了系統(tǒng)、架構(gòu)以及協(xié)同等相關(guān)基礎(chǔ)概念框架，并對與 ICV 和CPS 相關(guān)的核心概念進行了明確的定義。隨后，設(shè)計團隊明確了智能網(wǎng)聯(lián)汽車信息物理系統(tǒng)的四個階段，并對相對應的功能參考架構(gòu)、邏輯參考架構(gòu)和分級參考架構(gòu)進行了定義。同時完成了國內(nèi)首創(chuàng)的智能網(wǎng)聯(lián)汽車 7S

11、 體系架構(gòu)框架，并且全面應用基于模型的系統(tǒng)工程（MBSE）作為具體設(shè)計方法步驟，構(gòu)筑并且描述參考架構(gòu)模型。此外，設(shè)計團隊提出了應用數(shù)字主線技術(shù)連接四大 ICV CPS數(shù)字孿生體的設(shè)計流程，并明確了 ICV CPS 落地所需要的關(guān)鍵共性技術(shù)突破重點。整合了以上各個研究結(jié)果，完成了智能網(wǎng)聯(lián)汽車信息物理系統(tǒng)參考架構(gòu) 2.0（以下簡稱“參考架構(gòu) 2.0”）。參考架構(gòu) 2.0 旨在推進智能網(wǎng)聯(lián)汽車體系的構(gòu)筑以及對相關(guān)使能體系的適配，從宏觀上加速智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)業(yè)從處于復雜大系統(tǒng)階段的信息物理復雜大系統(tǒng)向協(xié)同一致的智能網(wǎng)聯(lián)汽車體系的轉(zhuǎn)化，從而在根本上為“中國方案”的智能網(wǎng)聯(lián)汽車的發(fā)展提供支持。參考架構(gòu) 2.

12、0 提出了從智能網(wǎng)聯(lián)汽車系統(tǒng)到智能網(wǎng)聯(lián)汽車信息物理復雜大系統(tǒng)再到智能網(wǎng)聯(lián)汽車體系的概念。明確了目前智能網(wǎng)聯(lián)汽車信息物理復雜大系統(tǒng)的參考架構(gòu)模型描述對減少復雜性的重要性，同時也論證了智能網(wǎng)聯(lián)體系和信息物理復雜大系統(tǒng)之間的遞進關(guān)系。定義了智能網(wǎng)聯(lián)汽車體系是在智能網(wǎng)聯(lián)汽車信息物理復雜大系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過構(gòu)筑使能體系、協(xié)調(diào)不同立場下的各方視角、統(tǒng)一車6路云三方需求以及明確產(chǎn)業(yè)定位從而完成轉(zhuǎn)化?；谙嚓P(guān)概念的相關(guān)性以及行業(yè)共識的缺失，參考架構(gòu) 2.0 提出了系統(tǒng)和架構(gòu)相關(guān)的基礎(chǔ)理論框架。明確了系統(tǒng)、復雜大系統(tǒng)與體系的遞進關(guān)系，定義了架構(gòu)、參考架構(gòu)以及架構(gòu)框架的相關(guān)特點，同時明確了在不同視角下，針對不同概

13、念級別的系統(tǒng)需要對整合、互操作以及協(xié)同的不同需要。此外，參考架構(gòu) 2.0 從智能網(wǎng)聯(lián)汽車全生命周期和主要的利益攸關(guān)者考慮，將智能網(wǎng)聯(lián)汽車信息物理系統(tǒng)按階段劃分，分成了智能網(wǎng)聯(lián)汽車研發(fā)設(shè)計信息物理系統(tǒng)（ICV D CPS）、智能網(wǎng)聯(lián)汽車生產(chǎn)制造信息物理系統(tǒng)（ICV M CPS）、智能網(wǎng)聯(lián)汽車車用信息物理系統(tǒng)（ICV V CPS）以及智能網(wǎng)聯(lián)汽車運行管理信息物理系統(tǒng)（ICV OM CPS）。為了更清晰地定義不同階段的智能網(wǎng)聯(lián)汽車信息物理系統(tǒng)，參考架構(gòu) 2.0 同時描述了其對應的功能參考架構(gòu)、邏輯參考架構(gòu)和分級參考架構(gòu)。為了加速智能網(wǎng)聯(lián)汽車體系的構(gòu)建同時完善智能網(wǎng)聯(lián)汽車信息物理復雜大系統(tǒng)的參考架構(gòu)模

14、型，參考架構(gòu) 2.0 融合了國際上流行的體系架構(gòu)框架（EAF），參考復雜體系的開發(fā)和構(gòu)筑流程，首創(chuàng)了適用于“中國方案”的智能網(wǎng)聯(lián)汽車 7S 體系架構(gòu)框架。通過定義包含 7個主視圖 47 個子視圖且可應用于智能網(wǎng)聯(lián)汽車和智能交通中不同立場的架構(gòu)框架，在三個方面助力智能網(wǎng)聯(lián)汽車體系的構(gòu)建以及智能網(wǎng)聯(lián)汽車信息物理系統(tǒng)參考架構(gòu)模型的規(guī)范化：1）通過 7 個主視圖 47個子視圖的具體細分，支持對各方立場和相關(guān)視角下不同層級不同方面的需求的深層挖掘，從而更好的明確智能網(wǎng)聯(lián)汽車體系中方方面面7的開發(fā)需求。2）通過對統(tǒng)一的整理各方對智能網(wǎng)聯(lián)汽車體系中相關(guān)方面的認識，從而支持無障礙的溝通以達到統(tǒng)一產(chǎn)業(yè)認識的目的

15、。3）通過體系架構(gòu)框架作為參考架構(gòu)模型構(gòu)建的基礎(chǔ)，規(guī)范化的對智能網(wǎng)聯(lián)汽車信息物理復雜大系統(tǒng)參考架構(gòu)模型進行搭建。在 7S 體系架構(gòu)框架內(nèi)，針對智能網(wǎng)聯(lián)汽車信息物理系統(tǒng)設(shè)計、開發(fā)、集成和運營的復雜性問題，參考架構(gòu) 2.0 全面采用已被廣泛證明適用于復雜系統(tǒng)設(shè)計開發(fā)的基于模型的系統(tǒng)工程方法（Model-Based Systems Engineering，MBSE），以提高系統(tǒng)的開發(fā)效率、保障產(chǎn)品質(zhì)量和系統(tǒng)可靠性，支持系統(tǒng)快速迭代和持續(xù)演進。除此之外，參考架構(gòu) 2.0 貫徹應用MBSE 配套的系統(tǒng)建模語言（SysML）與面向?qū)ο蟮南到y(tǒng)工程方法（OOSEM），嚴格規(guī)范的構(gòu)建了參考架構(gòu)模型樣板。具體模型

16、在參考架構(gòu) 1.0 的基礎(chǔ)上更加明確了國際上流行的 “需求-功能-邏輯-參數(shù)（RFLP）”系統(tǒng)工程框架。通過對參考架構(gòu)模型的構(gòu)建，作為樣板為產(chǎn)業(yè)共同參與搭建不同立場不同行業(yè)的系統(tǒng)參考架構(gòu)模型提供參考依據(jù)。此外，參考架構(gòu) 2.0 提出應用數(shù)字主線智能網(wǎng)聯(lián)汽車信息物理系統(tǒng)四個階段的數(shù)字孿生體連接起來，覆蓋并建立從設(shè)計到運維的全生命周期數(shù)據(jù)的連接和有效傳遞，為各業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)提供統(tǒng)一的、一致的、實時的數(shù)據(jù)，提高業(yè)務(wù)運營效率。智能網(wǎng)聯(lián)汽車和智能交通涉及的對象具有多樣性和復雜性的特點，傳統(tǒng)的設(shè)計方式難以滿足復雜系統(tǒng)工程的開發(fā)需求。系統(tǒng)參考架構(gòu)通過抽象的方法對各類對象及其相互作用建立可復用的形式化模型，支持智能

17、網(wǎng)聯(lián)汽車和智能交通系統(tǒng)的協(xié)同開發(fā)、仿真測試以及工8程體系建設(shè)，推動構(gòu)建標準化、可演進的研發(fā)平臺和生態(tài)環(huán)境。為了向產(chǎn)業(yè)參與者和利益相關(guān)方呈現(xiàn)科學、完備的智能網(wǎng)聯(lián)汽車 7S 體系架構(gòu)框架、智能網(wǎng)聯(lián)汽車信息物理復雜大系統(tǒng)參考架構(gòu)模型、確保各方對相關(guān)概念形成一致理解，參考架構(gòu) 2.0 遵循國際標準化組織系統(tǒng)和軟件工程架構(gòu)描述標準（ISO 42010/20/30），系統(tǒng)全生命周期（ISO 15288），復雜大系統(tǒng)（ISO 21839/40/41）以及國際系統(tǒng)工程師協(xié)會發(fā)布的系統(tǒng)工程手冊與系統(tǒng)工程知識體指南。為了充分發(fā)揮國家智能網(wǎng)聯(lián)汽車創(chuàng)新中心對行業(yè)的引領(lǐng)和支撐作用，設(shè)計團隊基于團隊成員對汽車、交通、通信

18、、公安等行業(yè)信息化發(fā)展的深刻理解，聚焦國內(nèi)外汽車業(yè)、交通業(yè)和信息通信業(yè)關(guān)注的智能網(wǎng)聯(lián)汽車關(guān)鍵問題，通過基于模型的系統(tǒng)工程方法和工具設(shè)計并首創(chuàng)了智能網(wǎng)聯(lián)汽車 7S 體系架構(gòu)框架與參考架構(gòu)模型，以構(gòu)建技術(shù)中立的平臺，推動建立標準化體系，有效促進產(chǎn)業(yè)的溝通與融合。智能網(wǎng)聯(lián)汽車信息物理系統(tǒng)參考架構(gòu) 2.0 由國家智能網(wǎng)聯(lián)汽車創(chuàng)新中心牽頭，清華大學、中國信息通信研究院、中國電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究院、交通運輸部公路科學研究院、公安部交通管理科學研究所、中國第一汽車股份有限公司、北京汽車研究總院有限公司、東風汽車集團有限公司、中移（上海）產(chǎn)業(yè)研究院、華為技術(shù)有限公司、大唐高鴻數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)股份有限公司、北京四維

19、圖新科技股份有限公司、北京北斗星通導航技術(shù)股份有限公司、啟迪云控（北京）科技有限公司、北京地平線機器人技術(shù)研發(fā)有限公司、黑芝麻智能科技(上海)有限公司、東軟睿馳汽車技術(shù)（上海）有限公司、麒麟軟件有限9公司、普華基礎(chǔ)軟件股份有限公司參與設(shè)計。參考架構(gòu)模型的搭建遵循以下原則：支持多領(lǐng)域多層次系統(tǒng)的深度協(xié)同控制。支持異構(gòu)系統(tǒng)互操作，兼顧技術(shù)中立性和系統(tǒng)兼容性。充分考慮汽車工業(yè)和交通行業(yè)標準的安全性、防護性和標準體系要求。支持面向業(yè)務(wù)、可靈活定制、可持續(xù)發(fā)展的系統(tǒng)優(yōu)化機制，支持創(chuàng)新、開放、可持續(xù)發(fā)展、可持續(xù)優(yōu)化的平臺運營機制。支持用戶應用平面和控制平面的解耦，控制平面涉及設(shè)備控制、平臺控制、交通控制、

20、車輛控制等，支持傳感、執(zhí)行和運動控制的虛擬化、邊緣化和軟件定義。支持基于MBSE 方法實現(xiàn)需求管理、產(chǎn)品管理、開發(fā)管理、運營管理和全生命周期管理，構(gòu)建仿真、測試、驗證和優(yōu)化的平臺。建立開源的平臺開發(fā)環(huán)境和支持知識共享的模型庫與場景庫體系。參考架構(gòu)2.0 在1.0 的基礎(chǔ)上通過抽象和歸納出智能網(wǎng)聯(lián)汽車信息物理復雜大系統(tǒng)的概念模型和系統(tǒng)特征，依據(jù)智能網(wǎng)聯(lián)汽車 7S 體系架構(gòu)框架搭建屬于戰(zhàn)略視圖、利益攸關(guān)方視圖、服務(wù)視圖、系統(tǒng)視圖、安全視圖、防護視圖以及標準化視圖的 7 類系統(tǒng)參考架構(gòu)模型視圖。參考架構(gòu) 2.0 是智能網(wǎng)聯(lián)汽車信息物理復雜大系統(tǒng)參考架構(gòu)的10第二步方案。設(shè)計團隊將以參考架構(gòu) 2.0

21、為基礎(chǔ)，進一步開展基于 MBSE 的模型和方案庫建設(shè)、仿真測試驗證、模型系統(tǒng)開發(fā)、示范工程建設(shè)以及標準化推動工作。感謝主管部門領(lǐng)導、業(yè)界專家以及參與設(shè)計單位對智能網(wǎng)聯(lián)汽車信息物理系統(tǒng)參考架構(gòu)設(shè)計工作給予的大力支持。限于時間和研究水平，參考架構(gòu) 2.0 仍存在有待改進之處，需要不斷修訂和完善，歡迎領(lǐng)導、專家以及業(yè)界同仁提出指導意見和建議，也歡迎相關(guān)單位加入智能網(wǎng)聯(lián)汽車體系架構(gòu)以及智能網(wǎng)聯(lián)汽車信息物理復雜大系統(tǒng)參考架構(gòu)的研究工作。設(shè)計單位將根據(jù)各方面的反饋意見，結(jié)合智能網(wǎng)聯(lián)汽車系統(tǒng)工程體系建設(shè)效果和國內(nèi)外技術(shù)發(fā)展情況，對參考架構(gòu)進行持續(xù)修訂和更新。11第一章 概述1.1 背景與挑戰(zhàn)汽車產(chǎn)業(yè)是中國國

22、民經(jīng)濟重要的戰(zhàn)略性、支柱性產(chǎn)業(yè)，與人民群眾生活密切相關(guān)。本世紀以來，我國汽車產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，產(chǎn)業(yè)規(guī)模穩(wěn)居世界首位，綜合實力顯著增強。隨著汽車普及程度不斷提高，我國已快速進入汽車社會。當前，新一輪科技革命和產(chǎn)業(yè)變革蓬勃興起，智能汽車已成為汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略方向。發(fā)展智能汽車不僅是解決汽車社會面臨的交通安全、道路擁堵、能源消耗、環(huán)境污染等問題的重要手段，更是深化供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革、實施創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略、建成現(xiàn)代化強國的重要支撐，對不斷滿足人民日益增長的美好生活需要具有十分重要的意義。隨著智能化、網(wǎng)聯(lián)化等技術(shù)取得長足進步，智能網(wǎng)聯(lián)汽車已經(jīng)成為中國智能汽車明確的發(fā)展方向。中國智能網(wǎng)聯(lián)汽車發(fā)展背景中國汽車工

23、業(yè)發(fā)展背景汽車工業(yè)發(fā)展從 18 世紀后期第一輛汽車誕生至今，經(jīng)歷了工業(yè)1.0 階段的機械化、工業(yè) 2.0 階段的電氣化、工業(yè) 3.0 的信息化和機電一體化，汽車從最初的純機械產(chǎn)品，一路進化至目前工業(yè) 4.0 的信息物理系統(tǒng)產(chǎn)品。這一發(fā)展歷程如圖 1-1 所示。12圖 1-1 汽車發(fā)展與趨勢每一次工業(yè)轉(zhuǎn)型都給汽車產(chǎn)業(yè)和汽車交通系統(tǒng)帶來了深刻的變革，有理由判斷在以信息物理系統(tǒng)為標志的工業(yè) 4.0 時代，基于網(wǎng)絡(luò)一體化的新型智能汽車智能網(wǎng)聯(lián)汽車也將在未來的10 到15 年給中國的汽車工業(yè)和交通系統(tǒng)帶來全面的革新。根據(jù) 2020 年2 月24 日我國國家發(fā)改委等 11 部委聯(lián)合印發(fā)的智能汽車創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)

24、略中的定義，智能汽車是指通過搭載先進傳感器等裝置，運用人工智能等新技術(shù)，具有自動駕駛功能，逐步成為智能移動空間和應用終端的新一代汽車。在中國，智能汽車的未來發(fā)展目標明確是智能網(wǎng)聯(lián)汽車，從而更好、更安全的實現(xiàn)自動駕駛。智能汽車已成為汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略方向。從技術(shù)層面看，汽車始終是新技術(shù)應用的重要載體，隨著信息通信、互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等新技術(shù)在汽車領(lǐng)域廣泛應用，汽車正由人工操控的機械產(chǎn)品加速向智能化系統(tǒng)控制的智能產(chǎn)品轉(zhuǎn)變，智能汽車已成為產(chǎn)業(yè)技術(shù)的戰(zhàn)略制高點。從產(chǎn)業(yè)層面看，智能汽車已成為產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展的重點，傳統(tǒng)汽車企業(yè)快速轉(zhuǎn)型，電子信息、網(wǎng)絡(luò)通信等企業(yè)加速滲透，汽車與相關(guān)產(chǎn)業(yè)全面融合，

25、產(chǎn)業(yè)鏈面臨重構(gòu)，價值鏈不斷延伸，13產(chǎn)業(yè)邊界日趨模糊，呈現(xiàn)智能化、網(wǎng)絡(luò)化、平臺化發(fā)展特征。從應用層面看，汽車產(chǎn)品功能和使用方式正在發(fā)生深刻變化，由單純的交通運輸工具逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄芤苿涌臻g，兼有移動辦公、移動家居、娛樂休閑、數(shù)字消費、公共服務(wù)等功能，推動 車聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)服務(wù)、共享出行等生產(chǎn)生活新模式加快發(fā)展。從競爭層面看，智能汽車已成為新一輪產(chǎn)業(yè)布局必爭之地，一些傳統(tǒng)行業(yè)巨頭和新興創(chuàng)新企業(yè)強強聯(lián)合、優(yōu)勢互補，率先開展產(chǎn)業(yè)布局，在競爭中占據(jù)主動，主要發(fā)達國家通過制定國家戰(zhàn)略、強化技術(shù)優(yōu)勢、完善標準法規(guī)、營造市場環(huán)境，形成了智能汽車先發(fā)優(yōu)勢。智能網(wǎng)聯(lián)汽車發(fā)展背景對于面向自動駕駛以及其他高等級服務(wù)的智能汽

26、車，目前國際上主要有兩種技術(shù)發(fā)展路徑，一是智能化，二是網(wǎng)聯(lián)化。其中自主式智能主要依賴車載傳感器來感知信息，并輔之以高精度地圖和高精度定位技術(shù)。在智能化交通基礎(chǔ)設(shè)施尚未普及，V2X 車用通信技術(shù)也不夠成熟的情況下，自主式技術(shù)路線是當前智能駕駛發(fā)展的主流路線。然而，隨著智能駕駛向更高級別發(fā)展，自主式智能由于依賴于傳統(tǒng)的汽車軟硬件技術(shù)架構(gòu)，因此對車載計算芯片、傳感器的要求愈發(fā)嚴苛。從單個汽車來看，這無疑帶來了成本控制、功耗控制等多方面的巨大壓力和問題，也將影響和制約規(guī)?；a(chǎn)，同時安全性和可靠性也有待檢驗；從整個交通系統(tǒng)來看，節(jié)點間信息交互的滯后降低了單節(jié)點高度智能化的效能。網(wǎng)聯(lián)式發(fā)展路徑以車內(nèi)網(wǎng)、

27、車際網(wǎng)和車載移動互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，按14照約定的通信協(xié)議和數(shù)據(jù)交互標準，在車-路-云-網(wǎng)之間，進行無線通訊和信息交換。隨著公路等基礎(chǔ)設(shè)施的網(wǎng)聯(lián)化程度提升，以及V2X車用通信技術(shù)的快速產(chǎn)業(yè)化應用，局部交通道路信息感知、高精度定位等均可依賴外部通信提供，不僅可以大幅降低車輛的成本，以及車輛對車載軟硬件的依賴和要求，亦可提升車輛可靠性。結(jié)合當前我國國情、汽車產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)和總體工業(yè)發(fā)展背景來看，需要結(jié)合這兩條技術(shù)發(fā)展路徑，融合自主式智能和網(wǎng)聯(lián)式智能，取長補短，構(gòu)建具有中國特色的智能網(wǎng)聯(lián)汽車。智能網(wǎng)聯(lián)汽車的發(fā)展路徑已經(jīng)經(jīng)過充分的論證。然而，這條技術(shù)路線的前方?jīng)]有國際成功經(jīng)驗和既定道路可以借鑒，必須立足高新技術(shù)與

28、產(chǎn)業(yè)發(fā)展要求，并結(jié)合國情，打造智能網(wǎng)聯(lián)汽車創(chuàng)新發(fā)展的中國方案。具體而言，需要通過建立中國方案的智能網(wǎng)聯(lián)汽車信息物理系統(tǒng)，充分融合智能化與網(wǎng)聯(lián)化發(fā)展特征，以五大基礎(chǔ)平臺（包括云控基礎(chǔ)平臺、高精度動態(tài)地圖基礎(chǔ)平臺、車載終端基礎(chǔ)平臺、計算基礎(chǔ)平臺、信息安全基礎(chǔ)平臺）為載體，實現(xiàn)“人-車-路-云”一體化的智能網(wǎng)聯(lián)汽車系統(tǒng)。本地屬性概述智能網(wǎng)聯(lián)汽車是自動駕駛汽車發(fā)展的新階段，也是單車智能與網(wǎng)聯(lián)式汽車融為一體的新產(chǎn)品，其必將帶來新模式與新生態(tài)。與常規(guī)汽車相比，智能網(wǎng)聯(lián)汽車具備兩大重要特征：一是多技術(shù)交叉、跨產(chǎn)業(yè)融合。常規(guī)汽車是機電一體化產(chǎn)品，而智能網(wǎng)聯(lián)汽車是信息物理系統(tǒng)產(chǎn)品，需要汽車、交通設(shè)施、信息通信基

29、礎(chǔ)設(shè)施（包含 4G/5G、地圖15與定位、數(shù)據(jù)平臺）、數(shù)字設(shè)施等多個產(chǎn)業(yè)跨界融合。二是區(qū)域?qū)傩耘c社會屬性增加。智能網(wǎng)聯(lián)汽車在行駛過程中需要具有高度本地屬性的通信、地圖、數(shù)據(jù)平臺等的支撐與相應的安全管理，每個國家都有自己的使用標準規(guī)范，加之各國的交通基礎(chǔ)設(shè)施、各國人民的總體駕駛行為不一樣，所以產(chǎn)品也會不一樣。因此智能網(wǎng)聯(lián)汽車開發(fā)和使用具有強烈的本地屬性。中國具有較為復雜的交通環(huán)境以及與西方國家不同的駕駛行為特點，國外標準下的智能網(wǎng)聯(lián)系統(tǒng)經(jīng)常會出現(xiàn)不適應中國交通環(huán)境和駕駛行為特點的情況。近幾年我國在 C-V2X、5G 通信、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)以及智能交通系統(tǒng)等領(lǐng)域發(fā)展迅速，同時中國具有強大的 ICT、互

30、聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)和創(chuàng)新能力。汽車產(chǎn)業(yè)與優(yōu)勢的 ICT、互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)深度融合，是中國智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的必然趨勢。中國具有不同于西方國家的政府治理機制，必須要匹配適合中國治理機制的智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展標準和路線。同時，智能網(wǎng)聯(lián)汽車更關(guān)乎到國家信息安全、產(chǎn)業(yè)安全等戰(zhàn)略安全層面，更需要發(fā)展中國標準下的智能網(wǎng)聯(lián)汽車。所謂中國標準智能網(wǎng)聯(lián)汽車，是指符合中國一系列智能化、網(wǎng)聯(lián)化產(chǎn)業(yè)標準體系的汽車產(chǎn)品，從而使其能夠適應中國獨特的交通與駕駛環(huán)境，充分發(fā)揮中國產(chǎn)業(yè)“兩化融合”的發(fā)展特色與體制優(yōu)勢，在保障國家信息安全的同時開創(chuàng)智能網(wǎng)聯(lián)汽車發(fā)展的新路徑，加速中國汽車產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型超越，在全球范圍內(nèi)構(gòu)筑競爭優(yōu)勢，實現(xiàn)智能網(wǎng)聯(lián)汽

31、車強國的發(fā)展目標。具體來說，中國標準智能網(wǎng)聯(lián)汽車應符合中國智能基礎(chǔ)設(shè)施標16準，包括道路基礎(chǔ)設(shè)施、地圖數(shù)據(jù)標準、V2X 通信標準以及中國交通法規(guī)等；要符合中國聯(lián)網(wǎng)運營標準，包括智能網(wǎng)聯(lián)汽車準入機制、網(wǎng)聯(lián)運營監(jiān)管等相關(guān)標準；要符合中國汽車新型架構(gòu)條件下的產(chǎn)品標準，包括中國標準的智能終端、通信系統(tǒng)、云平臺、網(wǎng)關(guān)、駕駛輔助系統(tǒng)以及自動駕駛系統(tǒng)等；要符合中國信息安全管理標準，遵循我國信息安全監(jiān)管、數(shù)據(jù)隱私保護等規(guī)范。相關(guān)總體成果智能網(wǎng)聯(lián)汽車發(fā)展至今，各部委及地方政府陸續(xù)出臺了相應的政策法規(guī)來推動和助力自動駕駛汽車的應用示范。表 1-1 列出至 2021年 4 月，中國智能網(wǎng)聯(lián)汽車行業(yè)發(fā)展相應成果。表

32、1-1 中國智能網(wǎng)聯(lián)汽車行業(yè)發(fā)展相關(guān)成果相關(guān)政策發(fā)布時間國家車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)標準體系建設(shè)指南（指南交通相關(guān)）2021 年 3 月交通運輸部關(guān)于服務(wù)構(gòu)建新發(fā)展格局的指導意見2021 年 1 月交通運輸部關(guān)于促進道路交通自動駕駛技術(shù)發(fā)展和應用的指導意見2020 年12 月中國智能網(wǎng)聯(lián)汽車 7S 體系架構(gòu)框架2020 年11 月智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)路線圖 2.02020 年11 月關(guān)于推動交通運輸領(lǐng)域新型基礎(chǔ)建設(shè)的指導意見2020 年 8 月2020 年智能網(wǎng)聯(lián)汽車標準化工作要點2020 年 4 月關(guān)于推動 5G 加快發(fā)展的通知2020 年 3 月智能汽車創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略2020 年 2 月推進綜合交通運輸大數(shù)據(jù)

33、發(fā)展行動綱要（2020-2025 年）2019 年12 月交通強國建設(shè)綱要2019 年 9 月車聯(lián)網(wǎng)（指南網(wǎng)聯(lián)汽車）產(chǎn)業(yè)發(fā)展行動計劃2018 年12 月國家車聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)標準體系建設(shè)指南2018 年 6 月智能網(wǎng)聯(lián)汽車道路測試管理規(guī)范2018 年 4 月關(guān)于加快推進新一代國家交通控制網(wǎng)和智慧公路試點的通知2018 年 2 月智慧交通讓出行更便捷行動方案（2017-2020 年）2017 年 9 月新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃2017 年 7 月智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)路線圖 1.02016 年10 月車聯(lián)網(wǎng)發(fā)展創(chuàng)新行動計劃（2015-2020 年）2015 年12 月中國制造 20252015 年 5 月17中

34、國制造 2025指出到 2020 年我國將掌握智能輔助駕駛總體技術(shù)和各項關(guān)鍵技術(shù)，初步建立智能網(wǎng)聯(lián)汽車自主研發(fā)體系和生產(chǎn)配套體系，到 2025 年掌握自動駕駛總體技術(shù)和各項關(guān)鍵技術(shù)，建立完善的智能網(wǎng)聯(lián)汽車自主研發(fā)體系，生產(chǎn)配套及產(chǎn)業(yè)群，基本完成汽車產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級。2020 年 2 月，由國家發(fā)改委等 11 部委聯(lián)合發(fā)布的智能汽車創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略指出到 2025 年，中國標準智能汽車的技術(shù)創(chuàng)新、產(chǎn)業(yè)生態(tài)、基礎(chǔ)設(shè)施、標準法規(guī)、產(chǎn)品監(jiān)管和網(wǎng)絡(luò)安全體系基本形成。實現(xiàn)有條件自動駕駛的智能汽車道道規(guī)范化生產(chǎn)，智能交通系統(tǒng)和智慧相關(guān)設(shè)施建設(shè)取得積極進展。展望 2035-2050 年，中國標準智能汽車體系全面建成

35、、更加完善。安全、高效、綠色、文明的智能汽車強國愿景逐步實現(xiàn)，智能汽車充分滿足人民日益增長的美好生活需要。2019 年由清華大學教授，國家智能網(wǎng)聯(lián)汽車創(chuàng)新中心首席科學家李克強教授提出智能網(wǎng)聯(lián)汽車發(fā)展需要本地屬性的產(chǎn)品，例如車載終端基礎(chǔ)平臺、高精度動態(tài)地圖基礎(chǔ)平臺等五大基礎(chǔ)平臺的支撐，而這些基礎(chǔ)平臺要從國家戰(zhàn)略層面做好頂層設(shè)計。2020 年 12 月，交通運輸部發(fā)布關(guān)于促進道路交通自動駕駛技術(shù)發(fā)展和應用的指導意見提出支持開展自動駕駛載貨運輸服務(wù)，鼓勵港口，機場，物流場站等開展自動駕駛載貨示范應用。穩(wěn)步推動自動駕駛客運出行服務(wù)。支持自動駕駛公交出行示范應用。鼓勵自動駕駛新業(yè)態(tài)發(fā)展，鼓勵開展自動駕駛

36、車輛共享、擺渡接駁、智能泊車等試運行及商業(yè)運營服務(wù)18智能網(wǎng)聯(lián)汽車目前面臨的問題目前智能網(wǎng)聯(lián)汽車面臨著一些挑戰(zhàn)，如相關(guān)技術(shù)離散度高、五大平臺相對獨立，智能網(wǎng)聯(lián)汽車示范難度大、產(chǎn)品設(shè)計研發(fā)方法論不清晰、缺少國產(chǎn)自主工具鏈等。相關(guān)技術(shù)離散度高智能網(wǎng)聯(lián)汽車具有多學科多專業(yè)高度參與的特點，因此多種多樣的相關(guān)技術(shù)均需要進行發(fā)展與突破，但是在智能網(wǎng)聯(lián)汽車方興未艾的當下，各種技術(shù)的蓬勃發(fā)展也帶來了技術(shù)之間離散度高，協(xié)同性低，缺乏頂層設(shè)計的問題。同時，亟需建立中國方案的智能網(wǎng)聯(lián)汽車信息物理系統(tǒng)參考架構(gòu)，通過充分融合智能化與網(wǎng)聯(lián)化發(fā)展特征，以五大基礎(chǔ)平臺為載體，實現(xiàn)“人-車-路-云”一體化的智能網(wǎng)聯(lián)汽車系統(tǒng)。然

37、而五大平臺間的關(guān)系目前相對對立，未能很好地形成協(xié)同。需加強統(tǒng)籌規(guī)劃、統(tǒng)一標準、提高各平臺能力和整體能力。需加強多領(lǐng)域融合發(fā)展中國方案的智能網(wǎng)聯(lián)汽車需建立跨界協(xié)同的技術(shù)創(chuàng)新體系，形成世界一流的創(chuàng)新能力。在新一輪科技變革的形勢下，亟需抓住汽車電動化、智能化、網(wǎng)聯(lián)化發(fā)展的機遇，實現(xiàn)整車及關(guān)鍵零部件核心技術(shù)的自主突破，形成中國在智能網(wǎng)聯(lián)汽車領(lǐng)域技術(shù)的總體領(lǐng)先優(yōu)勢。示范難度大，不同技術(shù)路線沒有融合。當前階段，尚未統(tǒng)一最優(yōu)的自動駕駛汽車技術(shù)路線，多種技術(shù)路19線共同發(fā)展，這給自動駕駛汽車的示范應用帶來了難度，難以保證各路線間的兼容性和一致性。誠然，在現(xiàn)階段多種技術(shù)路線之間存在“百家爭鳴”是有相應的好處，但

38、是亟需完善智能網(wǎng)聯(lián)汽車總體的頂層設(shè)計，從而集中國家和社會資源，以示范帶動整體智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。智能網(wǎng)聯(lián)汽車研發(fā)方法論不清晰當前的智能網(wǎng)聯(lián)汽車研發(fā)仍遵循傳統(tǒng)汽車開發(fā)的經(jīng)驗方法與流程，而智能網(wǎng)聯(lián)汽車作為包含“車”、“路”、“云”、“網(wǎng)”的 System of Systems (SoS)，需要更具針對性且創(chuàng)新的方法論指導。根據(jù)其他領(lǐng)域，例如航空航天國防軍事領(lǐng)域的相關(guān)經(jīng)驗，智能網(wǎng)聯(lián)汽車這種高復雜度、總體高投入、社會影響極大的系統(tǒng)開發(fā)需要明確架構(gòu)開發(fā)的方法論，同時搭配例如基于模型的系統(tǒng)工程（ Model-Based System Engineering，MBSE）的復雜大系統(tǒng)研發(fā)方法論與相應范式的

39、支撐。而目前，我國的汽車工業(yè)對新型研發(fā)方法論和范式的接受度還未到適當?shù)某潭?，這一定程度上是因為作為龐大的工業(yè)領(lǐng)域，汽車工業(yè)的研發(fā)方法論和范式具有很大的慣性。為了實現(xiàn)引入新型研發(fā)方法論和范式，亟需結(jié)合中國汽車工業(yè)現(xiàn)狀，有針對性地開發(fā)創(chuàng)新方法論和范式，同時以應用案例作為支撐，加速我國智能網(wǎng)聯(lián)汽車的研發(fā)方法論的形成。發(fā)展國產(chǎn)自主工具鏈中國發(fā)展智能網(wǎng)聯(lián)汽車，必然在未來實現(xiàn)對國際傳統(tǒng)汽車工業(yè)國家的追趕甚至反超，但是最近幾年，西方一些國家對中國的某些高精20尖工業(yè)領(lǐng)域?qū)嵤┝隋e誤的封鎖政策，這無疑給中國的汽車工業(yè)敲響了警鐘。智能網(wǎng)聯(lián)汽車的研發(fā)、生產(chǎn)制造、車用操作系統(tǒng)的開發(fā)以及運行管理系統(tǒng)的開發(fā)都離不開工業(yè)軟

40、件工具鏈。目前，絕大大多數(shù)的相關(guān)工業(yè)軟件均來自國外。這無疑是中國智能網(wǎng)聯(lián)汽車發(fā)展的“達摩克里斯之劍”。因此，中國的智能網(wǎng)聯(lián)汽車乃至汽車工業(yè)的發(fā)展不但應該建成全球頂級的中國品牌整車企業(yè)和世界頂級的自主品牌零部件企業(yè)，也應該培育出全周期工具鏈供應商。在汽車信息化、電子化發(fā)展的今天，還應該培育出全球標桿性的 IT 企業(yè)巨頭對智能網(wǎng)聯(lián)汽車進行賦能?？傊?，就是需要打造一批中國汽車行業(yè)的“航空母艦戰(zhàn)斗群”，形成中國汽車產(chǎn)業(yè)在全球?qū)用娴挠绊懥透偁巸?yōu)勢。信息物理系統(tǒng)發(fā)展背景信息物理系統(tǒng)發(fā)展背景信息物理系統(tǒng)（Cyber-Physical Systems，CPS）這一名詞，最早由美國國家航空航天局（NASA）在

41、 1992 年提出。2006 年，美國國家科學基金會（NSF）的海倫吉爾（Helen Gill）在第一次信息物理系統(tǒng)國際研討會（NSF Workshop on Cyber-Physical Systems）上將這一術(shù)語進行了詳細的描述。事實上，Cyber-Physical Systems 的術(shù)語來源可以追溯到更早時期，圖 1-2 展示了 CPS 術(shù)語來源歷程。1948 年，諾伯特維納創(chuàng)造了“Cybernetics”這個單詞。1954 年，我國著名學者錢學森在其所著的Engineering Cybernetics一書中，第一次在實際的工程21設(shè)計和實驗應用中使用這一名詞。1958 年，其中文版工

42、程控制論發(fā)布，“Cybernetics”被翻譯為“控制論”。此后，“Cyber”經(jīng)常被用作為與自動控制、計算機、信息技術(shù)及互聯(lián)網(wǎng)等相關(guān)事物的前綴。目前 Cyber-Physical Systems 譯名并不統(tǒng)一，國內(nèi)的專家學者將其翻譯成“信息物理融合系統(tǒng)”、“賽博物理系統(tǒng)”、“網(wǎng)絡(luò)實體系統(tǒng)”、“賽博實體融合系統(tǒng)”等相關(guān)譯名，本研究報告中將其統(tǒng)一翻譯為“信息物理系統(tǒng)”，具體原因?qū)⒃谙挛倪M行解釋。隨著各種產(chǎn)業(yè)發(fā)展的信息化和工業(yè)化，傳統(tǒng)嵌入式系統(tǒng)所采用的單點解決方案已不能完全適應新一代生產(chǎn)裝備信息化和網(wǎng)絡(luò)化的需求。產(chǎn)業(yè)信息化和工業(yè)化的結(jié)合，促使計算、感知、通信、控制等前沿技術(shù)需要進行更為深度的融合。

43、因此，在云計算、通信、新型傳感、智能控制等新一代信息技術(shù)的迅速發(fā)展與推動下，作為控制系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)的擴展與延伸，信息物理系統(tǒng)順勢出現(xiàn)。22圖 1-2 CPS 術(shù)語來源歷程面對產(chǎn)能過剩、供需矛盾、成本上升等諸多問題，當前我國工業(yè)生產(chǎn)所采用的較為傳統(tǒng)的研發(fā)設(shè)計、生產(chǎn)制造、應用服務(wù)、經(jīng)營管理等方式已經(jīng)不能滿足不斷涌現(xiàn)的新消費需求與使用需求。為了提高對資源的配置利用效率，制造業(yè)的數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級迫在眉睫。為了使生產(chǎn)系統(tǒng)向柔性化、個性化、定制化方向發(fā)展，制造業(yè)企業(yè)亟需應用新的數(shù)字技術(shù)。在這一背景下，對應美國的工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)和德國的工業(yè)4.0 等前沿概念和技術(shù)發(fā)展方向，中國制造 2025的兩化深度融合戰(zhàn)略正式

44、提出了應用 CPS 實現(xiàn)個性化定制、極少量生產(chǎn)、服務(wù)型制造和云制造等新的生產(chǎn)模式的關(guān)鍵技術(shù)。在大量新需求的拉動下，CPS的出現(xiàn)，為實現(xiàn)制造業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型升級提供了一種有效途徑。當前國際重要研究成果2006 年，美國 NSF 發(fā)布了NSF 對信息物理系統(tǒng)的認識（NSF Perspective and Status on Cyber-Physical Systems），指出 CPS未來研究方向旨在解決信息系統(tǒng)和物理系統(tǒng)的融合問題。2008 年，美國 CPS 研究指導小組發(fā)布了信息物理系統(tǒng)概要，把 CPS 應用于交通、農(nóng)業(yè)、醫(yī)療、能源、國防等方面。2010 年，德國工程院啟動了 agendaCPS 項

45、目， 并發(fā)布了信息物理系統(tǒng)綜合研究報告（Integrierte Forschungsagenda Cyber-Physical Systems）。在這個報告中，德國首次提出了“CPS+制造業(yè)=工業(yè) 4.0”的觀點，并在 2012 年繼續(xù)開展了工業(yè) 4.0 有關(guān)于CPS 的研究，并于 2013 年發(fā)布了德國工業(yè) 4.0 未來項目實施建議（Umsetzungsempfehlungen fr23das Zukunftsprojekt Industrie 4.0）。2016 年，美國國家標準與技術(shù)研究院（NIST）發(fā)表了信息物理系統(tǒng)框架，提出了 CPS 的兩層域架構(gòu)模型。同年，美國科學、工程研究院發(fā)布

46、了美國信息物理系統(tǒng)教育規(guī)劃報告（ A 21st Century Cyber-Physical Systems Education），揭示了美國的 CPS 體系基本形成，并正式進入 CPS 的應用階段。為了促進我國CPS 發(fā)展，推動制造業(yè)與信息產(chǎn)業(yè)融合，2017 年，中國電子技術(shù)標準化研究院聯(lián)合 CPS 發(fā)展論壇成員單位，共同研究、編撰形成了信息物理系統(tǒng)白皮書（2017），從“為什么”、“是什么”、“怎么干”、“怎么建”、“怎么用”和“怎么發(fā)展”等六個方面對面向制造業(yè)的 CPS 展開了論述，并在業(yè)界達成 CPS“一個總體定位、連接兩大空間、作用三個層次、打通四個環(huán)節(jié)、四大技術(shù)要素以及六大典型特征

47、”的基礎(chǔ)理論共識。為了進一步推動 CPS 的發(fā)展由理論共識轉(zhuǎn)向工程實踐，2020 年，中國電子技術(shù)標準化研究院聯(lián)合制造業(yè)相關(guān)企業(yè)共同研究、編撰形成了信息物理系統(tǒng)建設(shè)指南（2020）。該指南提出了 CPS 建設(shè)的“一個核心認識、一個價值體系、三個要素和四個建設(shè)模式”，明確了 CPS 技術(shù)體系和安全支撐，并給出了五大典型行業(yè)的 CPS 建設(shè)實踐。2021 年 4 月 30 日，國家市場監(jiān)督管理總局、國家標準化管理委員會批準了信息物理系統(tǒng) 參考架構(gòu)和信息物理系統(tǒng) 術(shù)語兩項國家標準的正式發(fā)布。作為我國首次發(fā)布的 CPS 基礎(chǔ)性標準，信息物理系統(tǒng) 參考架構(gòu)和信息物理系統(tǒng) 術(shù)語對于指導 CPS 設(shè)計24開

48、發(fā)、測試驗證、實施應用，以及統(tǒng)一認識具有重要意義和作用。CPS 應用范疇隨著產(chǎn)業(yè)信息化和工業(yè)化的深度融合，系統(tǒng)復雜度的提升，CPS的重要性與被重視程度逐漸上升。過去十年，CPS 的發(fā)展得到了許多國家的政府和組織的大力支持，CPS 也被逐步應用于各種具有復雜場景的行業(yè)中。圖 1-3 展示了CPS 廣泛的應用領(lǐng)域，其中包括了通信、消費、能源、基礎(chǔ)設(shè)施、制造、衛(wèi)生保健、機器人、軍事、物理安全、智慧建筑以及交通運輸?shù)刃袠I(yè)。CPS 可以支撐前沿技術(shù)的深度融合，幫助企業(yè)和國家應對生產(chǎn)裝備信息化和網(wǎng)絡(luò)化的新需求，并進一步提升資源配置的利用效率。圖 1-3 CPS 應用范疇智能網(wǎng)聯(lián)汽車信息物理系統(tǒng)研究背景1.

49、 智能網(wǎng)聯(lián)汽車信息物理系統(tǒng)的研究背景25當前，新一代人工智能、大數(shù)據(jù)與云計算技術(shù)帶來革命性變化，智能網(wǎng)聯(lián)汽車以及智能交通系統(tǒng)正在推動交通系統(tǒng)的變革。傳統(tǒng)智能交通系統(tǒng)經(jīng)多年發(fā)展積累了大量創(chuàng)新，但距離完全滿足新的車輛交通特點和出行需求還有一定的距離。V2X 信息交互提升了安全和效率，但能否滿足汽車運動控制對安全性、實時性、可靠性和精確性的嚴格要求，還需要進行系統(tǒng)性評估。汽車、通信、交通、信息等行業(yè)的協(xié)同研發(fā)、部署和運營，也亟需建立行業(yè)認同的體系架構(gòu)。隨著信息通信、互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、人工智能等新技術(shù)在智能網(wǎng)聯(lián)汽車中得到廣泛應用，汽車將由人工操作的機械產(chǎn)品加速向智能化系統(tǒng)控制的智能產(chǎn)品轉(zhuǎn)變；傳統(tǒng)

50、汽車企業(yè)爭相發(fā)布智能網(wǎng)聯(lián)汽車發(fā)展規(guī)劃，加快智能化和網(wǎng)聯(lián)化轉(zhuǎn)型與布局，互聯(lián)網(wǎng)公司/科技公司利用智能算法/芯片等技術(shù)優(yōu)勢加快智能網(wǎng)聯(lián)汽車布局，成為智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)業(yè)鏈重構(gòu)的重要參與者，汽車產(chǎn)業(yè)的邊界日趨模糊，與交通、能源環(huán)保、生活服務(wù)等聯(lián)系更加緊密，智能網(wǎng)聯(lián)汽車呈現(xiàn)智能化、網(wǎng)絡(luò)化、平臺化發(fā)展特征；與此同時，汽車產(chǎn)品功能和使用方式將由單純的交通運輸工具逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)橹悄芤苿涌臻g，兼有移動辦公、移動家居、娛樂休閑、數(shù)字消費、共享出行、公共服務(wù)等功能，生產(chǎn)生活的新模式加速涌現(xiàn)。基于智能網(wǎng)聯(lián)汽車、智能交通和信息物理系統(tǒng)的概念和發(fā)展情況，智能網(wǎng)聯(lián)汽車信息物理系統(tǒng)是指智能網(wǎng)聯(lián)汽車與交通系統(tǒng)、信息系統(tǒng)和通信系統(tǒng)在數(shù)字

51、化大背景下有機融合的多維復雜SoS。通過汽車、交通、通信、信息等行業(yè)產(chǎn)品和系統(tǒng)間的一體化設(shè)計、研發(fā)、仿26真、驗證、部署和運營，實現(xiàn)異構(gòu)信息系統(tǒng)（廣義）和物理系統(tǒng)間的安全可靠的協(xié)同與互操作，支持智能網(wǎng)聯(lián)汽車可靠、高效、實時的感知與決策控制，提高駕乘舒適度和便捷性，提升交通安全和效率水平。4. 智能網(wǎng)聯(lián)汽車信息物理系統(tǒng)的前期研究成果總結(jié)2019 年 10 月 22 日在 2019 SAECCE 全體大會上，由國家智能網(wǎng)聯(lián)汽車創(chuàng)新中心首席科學家李克強教授隆重發(fā)布由國家智能網(wǎng)聯(lián)汽車創(chuàng)新中心牽頭，聯(lián)合清華大學、中國信息通信研究院、中國電子信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究院、交通運輸部公路科學研究院、公安部交通管理科學

52、研究所、中國第一汽車股份有限公司、北京汽車研究總院有限公司、聯(lián)通智網(wǎng)科技有限公司、華為技術(shù)有限公司、大唐高鴻數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)股份有限公司、北京四維圖新科技股份有限公司、北京北斗星通導航技術(shù)股份有限公司、啟迪云控（北京）科技有限公司共同研究和編寫的智能網(wǎng)聯(lián)汽車信息物理系統(tǒng)參考架構(gòu) 1.0。為支持智能網(wǎng)聯(lián)汽車中國方案的構(gòu)建，為復雜系統(tǒng)的總體設(shè)計、重構(gòu)設(shè)計和中國標準體系完善提供基礎(chǔ)支撐，推動汽車、交通和信息技術(shù)鏈和產(chǎn)業(yè)鏈的轉(zhuǎn)型升級，國家智能網(wǎng)聯(lián)汽車創(chuàng)新中心組織開展智能網(wǎng)聯(lián)汽車信息物理系統(tǒng)架構(gòu)研究。智能網(wǎng)聯(lián)汽車信息物理系統(tǒng)參考架構(gòu) 1.0作為階段性成果，構(gòu)建了支持車路云協(xié)同控制、面向業(yè)務(wù)可靈活定制、技術(shù)中

53、立可持續(xù)演進的設(shè)計方法和參考框架，從產(chǎn)業(yè)、功能、物理和通信四個視圖描述架構(gòu)，形成基于參考架構(gòu)的模型、模型庫以及設(shè)計工具。智能網(wǎng)聯(lián)汽車信息物理系統(tǒng)參考架構(gòu) 1.0的描述遵循 ISO2742010“系統(tǒng)和軟件工程架構(gòu)描述”標準，向產(chǎn)業(yè)參與者和利益相關(guān)方呈現(xiàn)科學、完備的智能網(wǎng)聯(lián)汽車信息物理系統(tǒng)參考架構(gòu)，確保各方對系統(tǒng)參考架構(gòu)形成一致理解。針對設(shè)計、開發(fā)、集成和運營的復雜性問題，參考架構(gòu)設(shè)計基于模型的系統(tǒng)工程方法提高系統(tǒng)的開發(fā)效率，保障產(chǎn)品質(zhì)量和系統(tǒng)可靠性，支持系統(tǒng)快速迭代和持續(xù)演進。智能網(wǎng)聯(lián)汽車信息物理系統(tǒng)參考架構(gòu) 1.0將為國家和地方智能網(wǎng)聯(lián)汽車和智能交通系統(tǒng)規(guī)劃與建設(shè)提供參考性框架，支撐相關(guān)技術(shù)

54、產(chǎn)業(yè)發(fā)展和創(chuàng)新；通過梳理產(chǎn)業(yè)關(guān)鍵利益相關(guān)方，定義系統(tǒng)建設(shè)過程中角色和依賴關(guān)系，推進達成行業(yè)共識，促進智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展；通過構(gòu)建支持智能網(wǎng)聯(lián)汽車和智能交通項目開發(fā)的工具集和模型庫，為系統(tǒng)集成和部署提供技術(shù)框架和指南；通過系統(tǒng)化建模、仿真測試和項目示范，為智能網(wǎng)聯(lián)汽車與智能交通融合發(fā)展提供具有示范作用的成熟解決方案。智能網(wǎng)聯(lián)汽車信息物理系統(tǒng)參考架構(gòu)將持續(xù)更新優(yōu)化，協(xié)同各行業(yè)進一步完善模型庫和設(shè)計工具，共同推動智能網(wǎng)聯(lián)駕駛基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，推進產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，建立中國特色的智能網(wǎng)聯(lián)汽車生態(tài)體系。智能網(wǎng)聯(lián)汽車信息物理系統(tǒng)研究挑戰(zhàn)目前，智能網(wǎng)聯(lián)汽車信息物理系統(tǒng)的研究面臨如下挑戰(zhàn)：基礎(chǔ)概念定義需更清晰

55、智能網(wǎng)聯(lián)汽車信息物理系統(tǒng)的相關(guān)基礎(chǔ)概念（如信息物理系統(tǒng)，架構(gòu)框架、參考架構(gòu)、架構(gòu)等）不清晰，仍未達成共識，且尚無對智28能網(wǎng)聯(lián)汽車信息物理系統(tǒng)進行清晰的分類分級，不利于行業(yè)技術(shù)人員運用和智能網(wǎng)聯(lián)汽車信息物理系統(tǒng)的應用落地。架構(gòu)描述標準化從智能網(wǎng)聯(lián)汽車的整體現(xiàn)狀分析來看，目前智能網(wǎng)聯(lián)汽車信息物理系統(tǒng)正處于復雜大系統(tǒng)階段（具體概念在后文給出），各成員系統(tǒng)間通過互操作來提高各個獨立系統(tǒng)間的“合作”。但隨著復雜度的不斷提升，僅從技術(shù)或解決方案入手會造成“管中窺豹”的現(xiàn)象，因此需要一套由統(tǒng)一語言描述的無歧義的架構(gòu)來指導智能網(wǎng)聯(lián)汽車的發(fā)展，實現(xiàn)自上而下，自抽象至具體地對問題進行抽絲剝繭。這一過程需要整個產(chǎn)

56、業(yè)對系統(tǒng)、復雜大系統(tǒng)以及體系的概念與相互關(guān)系有正確的認識并且達成共識，同時需要明確架構(gòu)框架，參考架構(gòu)，架構(gòu)等相關(guān)概念在這一過程中的重要地位。通過架構(gòu)研究支持的頂層設(shè)計來加速智能網(wǎng)聯(lián)汽車體系的形成，同時面向產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需要，明確體系架構(gòu)并且構(gòu)建相關(guān)的參考架構(gòu)，從而支持實現(xiàn)多領(lǐng)域、多類型的信息系統(tǒng)和物理系統(tǒng)的互操作，建立跨領(lǐng)域研發(fā)、跨行業(yè)合作、跨產(chǎn)業(yè)可持續(xù)運營的協(xié)同發(fā)展模式。多維架構(gòu)的統(tǒng)一框架智能網(wǎng)聯(lián)汽車信息物理系統(tǒng)涉及到汽車，交通，通信，地圖等多領(lǐng)域，各領(lǐng)域的信息物理系統(tǒng)應遵循統(tǒng)一的架構(gòu)框架。一是頂層設(shè)計不健全，對于智能網(wǎng)聯(lián)汽車這樣的跨多領(lǐng)域的復雜系統(tǒng)，目前尚難以全面考慮，系統(tǒng)功能難確定。當前智能

57、網(wǎng)聯(lián)汽車發(fā)展路徑多樣，我國尚未形成一套具備行業(yè)共識的戰(zhàn)略路線和產(chǎn)業(yè)頂層29設(shè)計方案。二是架構(gòu)缺乏一致性，不同設(shè)計者有不同的方法，架構(gòu)層級不一致，構(gòu)造系統(tǒng)時所用的概念不一樣；從而導致產(chǎn)業(yè)間定位不明確，企業(yè)間立場也不一致。行業(yè)缺乏有效協(xié)同研發(fā)機制，產(chǎn)業(yè)融合度不高。三是缺乏可演進性，面對快速發(fā)展的技術(shù)和產(chǎn)品，目前架構(gòu)粒度拓展性不強，怎樣能夠保證系統(tǒng)的可用性和可更新性。ICV CPS 的研發(fā)設(shè)計工具鏈首先，對于智能網(wǎng)聯(lián)汽車信息物理系統(tǒng)這樣的復雜系統(tǒng)，目前汽車產(chǎn)業(yè)尚沒有專門應用于復雜系統(tǒng)的設(shè)計工具，健全的工具鏈對于設(shè)計開發(fā)智能網(wǎng)聯(lián)汽車至關(guān)重要。另外正如上文所論述，我國正加快推動由汽車大國向汽車強國轉(zhuǎn)變，

58、工業(yè)軟件對于推動汽車產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級具有重要的戰(zhàn)略意義。在軟件定義汽車已經(jīng)成為整個產(chǎn)業(yè)的共識趨勢下，軟件在整車成本中的比重日漸增大。作為汽車軟件的重要組成部分，基礎(chǔ)軟件對于汽車電子包括各個域控制器、計算平臺的研發(fā)與應用的重要性不言而喻。基礎(chǔ)軟件的架構(gòu)與性能將對上層應用的開發(fā)效率與質(zhì)量產(chǎn)生直接影響。目前，基礎(chǔ)軟件處于被國外企業(yè)壟斷的尷尬局面，中國本土的基礎(chǔ)軟件供應商仍處于努力追趕國際領(lǐng)先水平的競爭對手的階段。國內(nèi)汽車廠商在這一領(lǐng)域缺乏核心技術(shù)的后果便是使得自主品牌的生產(chǎn)成本居高不下，即便是購買外資品牌的產(chǎn)也無法與其他設(shè)計完美融合。由歐洲汽車企業(yè)與核心供應商組成的 AUTOSAR 汽車電子軟件標準聯(lián)盟

59、將絕大多數(shù)中國車企與供應商拒之門外。發(fā)展國產(chǎn)自主的 ICV-CPS 研發(fā)30設(shè)計工具鏈對于發(fā)展中國方案智能網(wǎng)聯(lián)汽車而言不可或缺。關(guān)鍵共性技術(shù)體系不明確智能網(wǎng)聯(lián)汽車信息物理系統(tǒng)通過集成是可支撐汽車產(chǎn)業(yè)智能化和網(wǎng)聯(lián)化深度融合的一套綜合技術(shù)體系。智能網(wǎng)聯(lián)汽車信息物理系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)體系包含將智能網(wǎng)聯(lián)汽車信息物理系統(tǒng)總體技術(shù)如架構(gòu)技術(shù)，安全技術(shù)、實驗驗證技術(shù)等；智能網(wǎng)聯(lián)汽車信息物理系統(tǒng)支持技術(shù)，包含感知技術(shù)，云計算，邊緣計算等，智能網(wǎng)聯(lián)汽車信息物理系統(tǒng)核心技術(shù)包含數(shù)字孿生、數(shù)字主線技術(shù)等。這套綜合技術(shù)體系包含智能網(wǎng)聯(lián)汽車所需要的軟硬件等一系列信息通信和控制技術(shù)，可構(gòu)建起一個能夠?qū)⑽锢韺嶓w和環(huán)境精準映射到信

60、息空間并進行實時反饋的智能系統(tǒng)，并最終作用于產(chǎn)品的從研發(fā)設(shè)計、生產(chǎn)制造到運行管理的全過程、全產(chǎn)業(yè)鏈、全生命周期，并從根本上助力自動駕駛汽車的發(fā)展，但目前對智能網(wǎng)聯(lián)汽車信息物理系統(tǒng)技術(shù)體系和關(guān)鍵技術(shù)尚缺乏沒有明確的描述。落地應用尚未普及目前智能網(wǎng)聯(lián)汽車信息物理系統(tǒng)的落地難度很大，且落地實現(xiàn)的路徑尚待探索，需要更多的科研層面的最小系統(tǒng)構(gòu)建以及大范圍的示范來進行測試、驗證與確認。產(chǎn)業(yè)潛在影響智能網(wǎng)聯(lián)汽車信息物理系統(tǒng)作為前沿研究領(lǐng)域，對中國的汽車工業(yè)和生產(chǎn)范式將有如下兩個維度的潛在影響，需要提前對應對方案景行部署。首先，ICV CPS 作為前沿技術(shù)體系以及最新的系統(tǒng)形式，因31為其涉及得產(chǎn)業(yè)范疇要遠大