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ADAS域的拓扑分析
2021-05-09 13:26   作者:   来源:焉知自动驾驶    推荐人:李朔   浏览:833   我要评论

      自动驾驶功能,例如高速巡航,自动泊车,正越来越多的部署在车型的高配车上,并且正在朝着全自动驾驶发展。车辆复杂的电子电气拓扑图,如图1所示,部署了大量的功能。拓扑图中的核心是ECU,ECU由处理器、传感器、执行器组成,用于实现特定的功能。为提高整车电子电气拓扑的可扩展性、鲁棒性和可维护性,通常采用多个功能域控制器组成的电子电气架构,如图2所示,每个域控制器控制一组功能。每个功能域中还包含多个ECU,每个ECU实现一个功能或者几个功能。架构中通常采用的多功能域分配方案如下:


图1 ADAS域的功能

底盘域:负责转向,刹车,油门等功能;
动力域:负责发动机或者电机,电池等相关功能;
车身域:负责车窗,后视镜,空调,车锁等相关功能;
娱乐域:负责HUD,导航,倒车影像等相关功能;
ADAS域:负责自动驾驶相关的功能,包括数据采集,数据融合,决策等;
车辆网域:负责车辆与外部通信连接的功能,包括V2X,蜂窝网等。

图2 功能域电子电气架构

      域内的ECU通过CAN、LIN、FlexRay等总线交互,跨域交互通过中央网关实现,同时每个域内有内部的网关,用于提供通信安全功能。

      接下来我们主要聊一聊ADAS域,ADSA域主要是用来实现自动驾驶相关的功能,其功能的框图如图2所示。主要为感知,定位,融合,决策,路径规划,执行控制这几大功能。

       感知模块,收集车辆周围环境的信息,包括摄像头,雷达,超声波传感器等数据。

      融合模块,使用Bayesian滤波,对原始数据进行处理,使下一级得到更加可靠信息。
      定位模块,用于确定当前车辆的精确位置,通常结合高清地图和感知数据来确定。
      决策模块,根据感知模块输入的环境模型进行车辆动态决策,例如车道保持,变道超车等。
      路径规划模块,在考虑车辆动力和成员舒适度的情况下,执行决策模块的指令。
执行控制,路径规划模块将指令通过总线传输至ECU,ECU来执行动作,包括刹车,加速,转向等。
      ADAS域内部的架构拓扑有多种选项来实现自动驾驶的预期目标,下面通过两个极端的例子来说明一下。

传统的拓扑结构

      这个拓扑图比较传统,按照功能分不同的ECU,如图3所示,数据在不同ECU中进行处理,然后通过总线传输至中央融合ECU,该总线通常为低速总线CAN-FD。中央融合ECU用于处理fail safe,并且ECU内拥有两个ASIL-D的MCU,用于冗余。另外中央融合ECU还负责定位,决策,路径规划和执行控制,执行控制是通过中央网关将命令转发至底盘域进行动作。
     
图3 传统的拓扑
基于上述拓扑典型的系统分区如下表所示。

全新的拓扑结构

      第二种拓扑结构没有继承传统的架构,重新进行了设计,目的是为了优化整体的性能和降低成本,其功能拓扑图如图4所示,在这种拓扑图中,预融合ECU用于处理前方摄像头和雷达的数据,Surround ECU处理周边雷达,超声波传感器的数据,然后通过高速总线传输至中央融合ECU,该总线的传输速率要比第一种拓扑下的高,另外中央融合ECU中也采用了两片ASIL-D MCU,用于处理fail safe,向第一种拓扑结构一样,中央融合ECU负责定位,决策,路径规划和执行控制,并且通过中央网关将控制命令转发至底盘域。

图4 全新的拓扑结构
      这种拓扑下功能分区如下表所示。
      对比两种拓扑结构,其差异如下所示,第二种拓扑结构具有灵活性更高、ECU数量少等特定,而第一种还是基于传统的分布式架构建立的,仅仅是做增量式增加,当前的成本更低一些,但是难以承受数据量的大量增加,后续还是往第二种发展。
                                     






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