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汽车智驾域软件设计
 
作者:袁木pencil
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 2025-2-18
 
编辑推荐:
本文主要介绍了汽车智驾域方面基本概念、架构概述及架构设计相关内容。 希望对您的学习有所帮助。
本文来自于微信公众号袁木汽车软件,由火龙果软件Linda编辑、推荐。

Autosar规范对ADAS功能的架构设计,采用分层的VMC车辆运动控制架构,涉及传感器原始数据采集和融合、ADAS 应用层、ADAS管层)、车辆管理层和执行器层,并介绍了三个 ADAS 应用(ACC、AEB 和 LKA)下的智驾域软件架构设计。

壹 基本概念

车辆重心CoG

汽车底盘的固定坐标系的原点位于前轴(FA)中间,而汽车的重心位于不受底盘约束的坐标系原点,该坐标系相对于 FA 坐标系定位。

这两个坐标系的轴的方向定义如下:当汽车向前行驶时,x 轴正方向为汽车前方;y 轴正方向为汽车左侧;z 轴正方向为汽车上方,在左转弯中汽车车身向右侧倾斜为侧倾正方向;当汽车刹车且车身向前倾斜为俯仰正方向;左转弯时为偏航正方向。

极坐标系

车辆前进时,极角 ϕ 在逆时针方向为正。

车辆加速度 / 推进力方向

纵向和横向加速度方向与笛卡尔坐标系方向相同,减速表示为负值。

倾斜方向

正向表示左高右低的倾斜。

方向盘角度

正向表示方向盘向左转动。

道路变量

包括道路曲率、偏航角、车道中心线、左右车道边缘等,用于描述道路状况。

曲率请求

根据车辆位置的期望轨迹计算相应的曲率请求,路径曲率请求相对于固定点(默认是重心 CoG)的轨迹定义。

车辆周围环境定义

下图详细描述了自适应巡航控制(ACC)和路径预测中的关键概念,包括目标和自身车辆的相对位置、方向和运动,通过这些标注,可以更好地理解 ACC 系统如何计算和控制车辆与前方目标之间的距离和速度。

传感器信号

包括原始信号(未经预处理的传感器数据)、预处理信号(抽象的传感器硬件数据)和融合信号(多个传感器信号处理后生成)。

贰 架构概述

ADAS 传感器包括视觉传感器(如摄像头)、雷达和激光雷达,用于监测车辆周围环境并将原始信号(原始数据)或预处理信号发送到融合层,融合层融合来自每个传感器的信号以识别周围状况,识别结果被发送到 ADAS 应用层。

ADAS 车辆控制功能的四层架构,包括 ADAS 应用层、ADAS 管理器(ADAS - MGR)层、车辆管理器(Vehicle - MGR)层和域执行器(+ 相关域传感器)层。

架构为ADAS 应用和车辆执行器构建了管理 层,各层之间的接口标准化,减弱 了ADAS 应用程序和执行器之间的耦合关系,ADAS功能的变更不会影响车辆底层组件的功能。例如,ADAS 系统添加或更改功能的影响在 ADAS-MGR 层被处理,ADAS-MGR 可通过标准化接口与 Vehicle-MGR 通信,添加和更改执行器也不会影响上层逻辑。

ADAS应用

通过开关或传感器信息等用户界面发出的驾驶辅助请求,相应的ADAS应用程序会请求单独的运动控制(纵向加速度 / 减速度、曲率请求等),每个 ADAS 应用程序会执行故障检测和功能停止判断,并管理内部状态,根据内部状态确定执行动作,每个 ADAS 应用程序也会处理ADAS 管理器(ADAS-MGR)的信息。

ADAS管理器ADAS-MGR

ADAS-MGR 对来自各个 ADAS 应用程序请求的运动控制进行仲裁,整合 ADAS 运动控制请求以确保驾驶安全和舒适,ADAS-MGR 向车辆管理器请求运动控制命令。ADAS-MGR 根据车辆状态判断加速 / 制动 / 转向操作的运动控制,并将运动控制请求的仲裁结果和选定的 ADAS 应用程序通知给每个 ADAS 应用程序。

ADAS-MGR 为 ADAS 应用程序提供其状态管理的判断信息,各种导致功能停止的传感器和执行器的信息(例如座椅传感器信息、发动机可靠性信息等)被抽象为信息元素,并传达给 ADAS 应用程序。

车辆管理器Vehicle-MGR

计算并分配给执行器具体的控制信息,以实现 ADAS-MGR所要求的运动控制命令,Vehicle-MGR 针对来自ADAS应用的运动请求和驾驶员的操作请求之间的仲裁结果,向执行器发出控制请求,Vehicle-MGR 将执行器的状态信息告知 ADAS-MGR。

执行器

执行器系统可以实现驾驶员的行驶、制动、转向等操作的车辆运动请求,也实现来自车辆管理器(Vehicle-MGR)的车辆运动请求,执行器系统向车辆管理器(Vehicle-MGR)通知有关驾驶员操作(油门踏板、制动踏板、握住方向盘)的开 / 关信息和车辆行驶、制动、转向、车辆动量的状态信息。

叁 架构设计

ADAS应用在 ADAS 系统出现异常情况,或乘客无法安全使用 ADAS 功能等情况下,需要停止或退化其功能,由于不同的 ADAS 应用的停止判断条件和停止时机各不相同, ADAS 应用的停止判断功能位于每个 ADAS 应用中,而作为停止判断依据的信息由 ADAS-MGR 层提供。

下面这个图显示了ADAS系统的分层结构和层之间的通信接口设计,由ADAS应用层执行ADAS功能逻辑,ADAS管理层仲裁各个ADAS应用的请求并向车辆管理层发出控制请求,由车辆管理层控制动力、转向、制动灯执行器,最终完成车辆的控制。

下面的图展示了部分通信接口信息,作为各层之间的信息交互元素,实现各层间的通信和控制。

 

   
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