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3.3 车辆平台

控制平台由电子控制单元(Electronic Control Unit, ECU)与通信总线两大部分组成。ECU主要实现控制算法,通信总线主要实现ECU及机械部件间的通信功能。控制平台是无人车的核心部件,集成着车辆的各种控制系统,主要包括汽车防抱死制动系统(ABS)、汽车驱动防滑系统(ASR)、汽车电子稳定程序(ESP)、电子感应制动控制系统(SBC)、电子制动力分配(EBD)、辅助制动系统(BAS)、安全气囊(SRS)和汽车雷达防碰撞系统、电控自动变速器(EAT)、无级变速器(CVT)、巡航控制系统(CCS)、电子控制悬架(ECS)、电控动力转向系统(EPS)等的控制功能。

电子控制单元又称“车载计算机”,如图3-4所示。发动机工作时,ECU采集各传感器的信号并进行运算,将运算结果转变为控制信号,控制被控对象。在发动机工作时,不断地与采集来的各传感器的信号进行比较和计算,再利用比较和计算后的结果完成对发动机的点火、怠速、废气再循环等多项参数的控制。它还有故障自诊断和保护功能。ECU的存储器也会不停地记录行驶中的数据,成为ECU的学习依据,为适应驾驶员的驾驶习惯提供最佳的控制状态,这称为自适应程序。

图3-4 汽车电子控制单元(ECU)

中央计算单元(CPU)是ECU的核心部分,它具有运算和控制的功能。在发动机运行时,它对采集的各传感器的信号进行运算,并将运算的结果转变为控制信号。它还能够对存储器(ROM、RAM)、输入/输出接口(I/O)和其他外部电路进行控制。

随着自动驾驶的来临,其所涉及的感知、控制、决策系统的复杂性更高,与车身其他系统的信息交互和控制也越来越多,此时,专门用于自动驾驶的域控制器应运而生。自动驾驶的域控制器需具备多传感器融合、定位、路径规划、决策控制、无线通信、高速通信等能力。通常需要外接多个摄像头、毫米波雷达、激光雷达以及IMU等设备,实现包含图像识别、数据处理等功能。由于要完成大量运算,域控制器一般都要匹配运算能力强大的处理器,能够为自动驾驶提供不同级别算力的支持。

应用域控制器可实现模块化开发,将功能划分为单独的域有众多优势,车辆域控制器架构如图3-5所示。这能满足各个子系统的功能安全和网络安全需求,简化自动化算法的开发和部署,方便在各个子系统中扩展功能。

图3-5 车辆域控制器架构

下面分别介绍国内外厂商推出的域控制器产品特性。

1.国外厂商

(1)德尔福

以典型的zFAS为例(图3-6),这款基于德尔福提供的域控制器设计的产品,内部集成了NVIDIA Tegra K1处理器、Mobileye的EyeQ3芯片以及Altera的Cyclone 5 FPGA芯片,分别用于处理不同的模块。Tegra K1用于4路环视图像处理,Cyclone 5 FPGA负责障碍物识别、地图融合及各种传感器的预处理工作,EyeQ3负责前向图像信息的识别处理。

图3-6 德尔福zFAS域控制器

(2)麦格纳

2017年8月底,麦格纳在德国首次公布了最新研发的MAX4自动驾驶域控制器。整个解决方案融合了摄像头、高清雷达、激光雷达和超声波传感器等在内的传感器系统,以及域控制器处理系统和软件系统。作为一个高度集成的自动驾驶传感器和计算平台,MAX4具有定制化和高扩展性的特点,可实现L4级别的自动驾驶,同时适用于城市道路和高速公路路况。

(3)采埃孚

采埃孚的ProAI域控制器采用了8核CPU架构的Xavier芯片,拥有70亿个晶体管以及相应的数据处理能力。采埃孚ProAI域控制器如图3-7所示。

图3-7 采埃孚ProAI域控制器

该处理芯片每秒可管理高达30万亿次操作,且功耗仅为30W。凭借其开放的架构,ProAI具有高扩展性的硬件部件、互联网化的传感器,评估软件和功能模块可以根据所需的用途和自动驾驶等级进行调整。

(4)大陆集团

大陆集团也推出了类似的域控制器辅助及自动驾驶控制单元(ADCU),如图3-8所示。ADCU提供了一个多用途的处理计算平台,非常适合实现高度自动驾驶系统中的各种应用。

通过集成精选的硬件和软件,ADCU可以实时监控车辆运动轨迹并规划路径。而且,ADCU还可以执行基于车载环境传感器和其他信号输入的环境模型,涵盖了从路径规划算法到决定最佳路径,再到协调多执行器(如制动、悬架控制等)协同工作等功能。其接口涵盖底盘、动力总成、驾驶辅助所需的多种通信方式(FlexRay、LIN等),并且支持AU-TOSAR架构。这是一个模块化分级式处理平台,支持中央域模式的车辆拓扑结构。主机厂可以针对环境识别或驾驶功能进行模块化选择和部署,扩展软件还可以根据每台车不同的基础设施和计算功能进行优化调配。

图3-8 大陆推出的自动驾驶控制单元(ADCU)

(5)伟世通

伟世通推出的自动驾驶域控制器DriveCore是一款专门针对自动驾驶研发的、安全可靠的域控制器。该平台的亮点在于灵活、模块化、可定制。DriveCore可以整合一系列来自不同厂家的软、硬件平台,如摄像头、激光雷达等传感器的数据,支持全数字仪表、先进车载显示屏技术、驾驶员监测、抬头显示,以及伟世通的软件开发工具,以满足不同自动驾驶技术研发的需求,特别是L3及L3+的自动驾驶技术开发。DriveCore与伟世通此前推出的座舱域控制器SmartCore类似。DriveCore支持汽车制造商自由选择不同的硬件、软件和算法,快速开发出自动驾驶解决方案及产品,加快新技术或产品的上市速度。

2.国内厂商

(1)东软睿驰

面向L3和L4的高级别自动驾驶技术,东软睿驰推出了基于NXP自动驾驶芯片S32V的自动驾驶中央域控制器,可以满足当前整车厂对于自动驾驶的计算及控制需求。在硬件方面,该控制器的安全性较高,可支持多路高清摄像头、多路激光雷达、毫米波雷达、超声波传感器的同时接入。在软件方面,该控制器定制性较强,便于整车厂后期的个性化定制开发。该控制器套件不仅提供基础软件,还提供了环境感知、传感器融合、决策控制套件,并提供传感器接口,支持第三方嵌入自己的应用,可实现典型场景下的自动驾驶。该控制器支持前方160m车辆检测,100m行人、摩托车、自行车检测及车道线检测,移动障碍物检测,能够识别美国、欧洲、日本、中国等多个国家和地区的限速标识。

(2)新悦智行

新悦智行自主开发的一款基于NVIDIA GPU的低成本WiseADCU,对标NVIDIA DrivePX2,集成12路GSML视频输入接口、12路CAN-FD通信接口、2路AVB车载以太网通信接口,2+2路USB2.0/3.0,搭载2颗Tegra Parker SoC、2颗Pascal GPU、2颗Cortex-R5 MCU。除了与整车接口外,还可以实现与HD摄像头、激光雷达、毫米波雷达、RTK/IMU定位系统、LTE通信模块的无缝对接。

(3)武汉环宇智行

武汉环宇智行开发的名为TITAN-Ⅲ的自动驾驶车辆控制器,是基于NVIDIA的Jetson TX2设计的,运行Ubuntu操作系统。支持FPDLINK Ⅲ接口摄像头接入,支持USB. CAN、RS-485/232、Ethernet、I/O等多种硬件接口接入,支持SATA硬盘存储,内置4G通信模块、高精度定位模块、V2X模块。计算性能和端口配置基本满足现阶段车辆自动驾驶的传感器接入、感知融合、规划决策等功能需要,具有体积小、功耗低、易部署等特点。TITAN-Ⅲ满足同时接入12个摄像头、6个激光雷达和5个毫米波雷达的计算需求,整机功耗在60W左右。 nF6n+pjxODyvQRgYmK2XGIcEwfFkUfgsh93QzmCGeJyea4W+ZXIo/zYUlfrspKaQ

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