航天軟件技術用于提高汽車安全性

航天軟件技術用于提高汽車安全性

歐空局（ESA）原本為測試飛船機載計算機對宇宙輻射的反應而開發的航天軟件——Xception，現已被應用于提高汽車的安全性，通過對內部計算機系統的負荷測試，確保汽車在行駛過程中的正常運行。

據了解，Xception是一種先進的航天軟件技術，現已推廣應用于保障汽車儀表板微型計算機及剎車等系統的無故障運行，以確保汽車行駛的安全性。此外，導航、巡航控制系統、停車傳感器，以及發動機和變速箱管理等功能都是由微型計算機驅動的，這些系統的功能也將采用Xception軟件進行監測。

▲ 歐空局的ExoMars火星探測器

安全是汽車行業首要的考慮因素。汽車擁有60多個微型處理器。這些處理器作為汽車控制的微型大腦，分布在閥門、發動機、后視鏡、輪轂、油箱、坐墊、頭枕和保險杠等各個部位，而控制每個系統的軟件都非常復雜。為了提高汽車的安全性，減少汽車召回的數量，確保每個處理器無故障工作是非常必要的。例如，在發生發動機過熱的情況下，如果發動機的某個傳感器發生故障，可能會發生因為其無法感知故障而向儀表板及控制發動機的計算機傳遞錯誤信息的情況。此時，計算機就需要識別出該傳感器的故障，并打開相應的溫度過熱指示燈。

為保證處理器即使在傳感器等部件發生故障的情況下也能正常運行，研究人員采用了“故障注入”技術。“故障注入”是指向軟件輸入錯誤的信息，使其達到一個瀕臨發生故障的狀態，以監測計算機系統在意外情況下的反應。這是為宇宙飛船應用而設計的先進技術。

ESA對質量和可靠性要求都非常高，測試硬件和軟件的穩定性是其日常程序性工作之一。飛船一旦離開地球，檢測和糾正其中存在的問題耗時長、難度大，有時甚至是不可能實現的。因此，ESA制定了非常嚴格的程序，以確保軟件能夠在最嚴酷的條件下仍然保持正常運轉。當輻射透過計算機時，數據可能會被損毀，并導致控制軟件在瞬間出現故障。如果這種情況發生在處于關鍵位置的控制軟件上，就可能導致衛星的功能發生紊亂，造成衛星失效。

▲ 汽車上的微型計算機

為了模擬意外情況和監控飛船對意外情況的反應情況，葡萄牙關鍵軟件公司開發了Xception軟件。從那時起，Xception軟件就在眾多衛星上獲得了應用，如觀測地球冰層的CryoSat衛星和監控地球磁場的Swarm衛星，充分驗證了其對于數據故障的容錯及恢復功能，為衛星的穩定運行提供保障。

在ESA資助的葡萄牙國家技術轉移計劃、佩德羅努涅斯學院（IPN）和葡萄牙科技基金會的支持下，該公司進一步優化了“故障注入”技術，用其對汽車零部件進行測試。

ESA技術轉移項目網絡在歐洲各國設有經紀人機構，支持工業界利用為航天項目開發的技術來改善地球上的應用。IPN就是ESA技術轉移項目網絡設在葡萄牙的經紀人機構。IPN的專家稱，關鍵軟件公司與ESA的合作對Xception軟件的推廣應用來說至關重要，起到了催化劑的作用。航天項目對計算機、軟件等相關系統安全性和可靠性具有很高的要求，其質量標準高、技術穩定性要求高，因此，可直接轉移應用于地球上，以解決地面應用中存在的安全挑戰。

關鍵軟件公司還開發了新的“XLuna”軟件，用于監測ESA的ExoMars火星探測器的驗證模型。該軟件允許安全性和非安全性軟件在同一個處理器中運行，而不是為每項功能單獨配備一臺微型計算機。ExoMars是一項由ESA和美國國家航空航天局（NASA）聯合進行的非載人火星探測任務，將發射一個探測器，主要用于尋找過去或現在火星上的生物跡象，確定火星表面下淺層水的分布模式，研究火星環境，以預測未來載人火星任務的危險性。該探測器攜帶了多種軟件，包括一些用于控制科學研究的軟件和一些用于管理探測器基本操作的軟件等。其中，拍照軟件與控制探測器的軟件互不干擾是非常重要的。通過分離功能，這些軟件可以在同一個處理器上共存，減少了探測器機載微型計算機的數量，降低了發射成本。

該軟件在民用領域的成功應用也是航天技術向汽車產業技術轉移的又一項范例。關鍵軟件公司將對Xluna軟件進行適應性改進，使其可以應用于汽車。以歐盟（EU）的eCall計劃為例。其目標是到2018年在所有新車上配備無線設備，使汽車在發生事故時可以自動向緊急服務機構發送求救信號，縮短應急響應時間，挽救生命。Xluna軟件將使eCall軟件能夠與娛樂系統共享硬件，而不降低eCall軟件的安全性。展望未來，這種為火星探測器開發的軟件還將出現在無人駕駛汽車上。

（唐甜）

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