賽車中電子系統的是與非

盡管嵌入系統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品。
　　汽車比賽為高性能車輛和針對量產車型的安全增強系統提供了一個測試環境。
　　當出現撞車事故時，事件數據記錄器捕捉實時的傳感器信息，用于提供即時的醫療支持。
　　出于對采用嵌入系統公平性的考慮，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技術領域的設計者們多年研究、數據搜集和精益求精成果的累積。從賽前的優化到賽后的分析，賽車團隊越來越依賴于成堆的引擎與機械數據，對設計作精細調整，提高性能。當出現碰撞事故時，嵌入式記錄儀會捕捉多個數據流，以判定是機械故障還是駕駛員的失誤。但這類電子系統很多是有爭議的，賽車官員們必須不斷更改規則，從而在駕駛員安全、車迷們欣賞和  
競爭性之間取得平衡。

　　賽車運動已經激勵出了許多嵌入電子創新，并最終會在量產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、優化和監控各種功能，而在幾年前這些功能還是純機械式的。動力系統的計算機要實時檢查多個傳感器，調整燃料混合比、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防死鎖剎車、牽引控制和穩定控制系統。對于賽車應用，嵌入系統可以針對特定賽道調整車身結構，改進空氣動力學特性，調整有效懸掛系統。有了實時通信，后勤維修人員可以監控并調整引擎性能，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和調整的很多先進電子子系統。官方會阻止任何能補償或輔助駕駛員動作的子系統，以保證競賽的趣味。

　　各個認可團體，如 NASCAR（美國賽車聯合會）、Indy 賽車聯盟或 FIA（國際汽車聯合會），都維護著自己的規則，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 大季節性常規電視節目，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 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，模擬側傾、轉彎和風阻。賽車團隊使用在賽道上預先記錄的數據通過調整彈簧和振動參數，精細地調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，為制動器確定適當的下載力。





　　當賽車以超過 200mph 的速度飛馳時，互相之間僅有數英寸距離，碰撞事故是難以避免的，并且會經常發生。但是，只有在2001年賽車傳奇人物 Dale Earnhardt死后，NASCAR才開始用 Independent Witness 的事件數據嵌入式電子記錄儀來收集實時的碰撞數據。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。該設備監控著車輛的運動，當出現碰撞事件時，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據曲線。同樣，Indy 賽車聯盟也要求所有汽車都裝有 Delphi ADR3 事故數據記錄儀（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。被監控的參數包括車輪速度、節氣門位置、轉向角度、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出 G 加速度數據。現場醫療人員可以快速獲得并分析碰撞數據，幫助確定駕駛者可能遭受哪種傷害，以準備恰當的醫治手段。多次事故的數據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，FIA 為所有 F1方程式賽車團隊規定了 2008 年起用的一種標準化 ECU（引擎控制設備）。ECU 將監控傳動系統的各個部分，從每輛車上的 100 多個傳感器收集數據，并向駕駛者顯示關鍵信息。一只 ECU 每秒要產生多達 500k 字節數據，一次 Grand Prix 賽車期間，從傳感器獲得的數據可以超過 1G 字節。高速無線遙測鏈路不斷將這種數據送回到位于每個 F1 比賽團隊修理間的系統中，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據也存在著爭議。通過正確的設置，車隊人員甚至廠方專家都可以監控比賽中的車輛傳感器，準備進站加油、策劃其它的節油策略，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整引擎的性能或空氣動力學特性。管理組織現在對許可的遙測數據類型和數量作了標準化，大多數禁止雙向遙測。

　　嵌入式電子系統和軟件在賽車中發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網。嵌入系統設計者與廣播商、賽車官員合作，設計出一些捕捉和顯示實時統計數據的概念。這類系統多數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 已經在基于訂閱的信息系統中處于領先地位，它可以使車迷們使用互聯網上的定制視圖，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、速度和引擎轉速，這些實時數據直接來自于每輛車上的遙測盒（圖 3）。RaceView 是另一個 NASCAR 車迷數據提交的創新，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，并觀看駕駛者數據，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，而且競賽結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）城市挑戰賽，第一名可獲得200萬美元現金獎，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）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





　　卡內基梅隆大學（匹茲堡）的 Tartan Racing 是參加城市挑戰賽的團隊代表。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，并采取適當的動作開向目的地。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、遵守十字路口優先通過的規定、以一個安全距離跟隨其它車輛，以及對動態情況做出反應，如道路堵塞或路面壞車。







　　全球太陽能挑戰賽（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。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電機、傳動裝置、空氣動力學、燃油經濟性和安全系統的工作情況。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 系統包含了高速數據通信、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，用來顯示關鍵統計數據，如實時速度和位置。系統采用一種板載遙測系統，將傳感器和 GPS（全球定位系統）數據發送給賽道旁邊座席上的接收機網絡。差分 GPS 技術可以將衛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據  
。定制軟件每秒可更新數次，同步傳輸，并收集賽道上以 200 mph 速度飛馳的多達 55 輛車統計數據。Sportvision 在 2006 年 Indy 賽車季時推出了自己的 Racef/x 系統，NASCAR（美國賽車聯合會）也在 2007 Busch 系列賽季中使用這個系統。這種類型的跟蹤系統使贊助商能夠獲得更好的收益，因為它通過互聯網提交基于訂閱的數據，用戶可以追蹤自己喜愛的賽手。 
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