• CN:11-2187/TH
  • ISSN:0577-6686

机械工程学报 ›› 2025, Vol. 62 ›› Issue (6): 267-291.doi: 10.3901/JME.260143

• 运载工程 • 上一篇    

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智能汽车信息物理系统分场景MBSoSE建模方法

戚笑景1, 肖雅月2, 钟薇3, 高博麟1, 王勇2, 孙棣华4, 李克强1   

  1. 1. 清华大学车辆与运载学院 北京 100084;
    2. 国汽(北京)智能网联汽车研究院有限公司 北京 100176;
    3. 清华大学智能绿色车辆与交通全国重点实验室 北京 100084;
    4. 重庆大学自动化学院 重庆 400044
  • 收稿日期:2025-04-30 修回日期:2025-12-01 发布日期:2026-05-12
  • 作者简介:戚笑景,男,2000年出生。主要研究方向为车辆轨迹规划与控制、云控系统架构设计、计算流体动力学。E-mail:komasaqi@foxmail.com
    肖雅月,女,1992年出生,硕士。主要研究方向为交通流仿真、系统工程、体系工程。E-mail:xiaoyayue@china-icv.cn
    钟薇,女,1988年出生,博士,助理研究员。主要方向为车路云一体化融合控制系统设计与协同规划控制、系统工程、多目标优化。E-mail:zhongwei@mail.tsinghua.edu.cn
    高博麟(通信作者),男,1986年出生,博士,副研究员。主要研究方向为车路云一体化融合系统动态设计与控制。E-mail:gaobolin@tsinghua.edu.cn
    王勇,男,1990年出生。主要研究方向为车路云一体化系统架构、整车电子电气信息架构等。E-mail:wangyong01@china-icv.cn
    孙棣华,男,1962年出生,博士,教授。主要研究方向为智能交通系统、交通信息工程与控制等。E-mail:d3sun@163.com
    李克强,男,1963年出生,博士,教授。主要研究方向为智能汽车与智能交通系统、混合动力电动汽车整车控制系统、车辆NVH与控制。E-mail:likq@tsinghua.edu.cn
  • 基金资助:
    国家重点研发计划资助项目(2021YFB2501000)。

Intelligent Vehicle Cyber-physical System Modeling Method Based on Scenario-oriented MBSoSE

QI Xiaojing1, XIAO Yayue2, ZHONG Wei3, GAO Bolin1, WANG Yong2, SUN Dihua4, LI Keqiang1   

  1. 1. School of Vehicle and Mobility, Tsinghua University, Beijing 100084;
    2. China Intelligent and Connected Vehicles (Beijing) Research Institute Co., Ltd., Beijing 100176;
    3. State Key Laboratory of Intelligent Green Vehicle and Mobility, Tsinghua University, Beijing 100084;
    4. College of Automation, Chongqing University, Chongqing 400044
  • Received:2025-04-30 Revised:2025-12-01 Published:2026-05-12

摘要: 智能汽车信息物理系统(Intelligent vehicle cyber-physical system, IVCPS)包含大量并行交互任务场景,是具有显著的可演进性与涌现性特征的典型复杂信息物理体系,其实现依赖可靠的架构设计。为建立可实施可验证易拓展的IVCPS体系架构,提出分场景基于模型与仿真的体系工程建模方法。首先,构建分析了IVCPS的结构特点及演进特性,及其架构建模方法需具备的特征。其次,选择统一架构框架建模语言,构建了以场景任务体系为基础、分布式搭建总体系并共同维护同一模型的流程。体系层从7视角搭建场景任务体系架构并进行仿真验证;同时维护IVCPS总体架构,并形成标准模型库以快速复用于新场景,通过多场景集成仿真确保整体良性涌现;系统层过渡到基于模型的系统工程。最后,以车云协同危化品运输作为主要场景搭建了智能网联车辆低渗透率下的第一阶段IVCPS架构示例,并对其逻辑与参数通过多种方式仿真验证。仿真证明,本方法可捕捉体系发展需求、实现设计指标从IVCPS到场景任务体系再到具体系统的过渡、发现以单场景难以捕捉的协同需求,且可快速构建新场景架构。

关键词: 体系工程, 信息物理体系, 统一架构框架, 车云协同

Abstract: The intelligent vehicle cyber-physical system (IVCPS) is a system-of-systems with evolving and emergent properties, demanding robust architectural design. To develop a feasible, verifiable, and scalable IVCPS architecture, the Scenario-oriented Model-and-Simulation-based System-of-Systems Engineering approach is proposed. This method examines IVCPS’s structure and evolution, adopting the Unified Architecture Framework Modeling Language to build a distributed framework maintaining consistent models across scenario task systems. The architecture is developed from seven viewpoints and validated via simulations. A standard model library is established to enable quick adaptation to new scenarios, while integrated multi-resolution simulations ensure positive system emergence. The system layer adopts MBSE for modeling and simulation. A case study of the demonstrates the first-stage IVCPS architecture. Simulations validate its logic and parameters, confirming the capacity to address system development needs, facilitate design transitions, identify hidden collaborative requirements, and quickly assemble new scenario architectures.

Key words: system-of-systems engineering, cyber-physical systems of systems, unified architecture framework, vehicle-cloud collaboration

中图分类号: