AUTOSAR图解==＞AUTOSAR_EXP_AIADASAndVMC

最新推荐文章于 2025-06-18 07:00:00 发布
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分类专栏： 图解AUTOSAR_CP_R18-10 文章标签： AUTOSAR 嵌入式 汽车 单片机
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AUTOSAR高级驾驶辅助系统与车辆运动控制接口详解

基于AUTOSAR R22-11标准的ADAS与VMC接口规范解析

目录

1. 引言

本文档解释了车辆运动控制接口的架构模式及其软件组件，以及导致在底盘域中更新应用接口的设计决策，如图1.1所示。

本文档所涵盖的车辆控制功能范围仅限于"ADAS需求的实现"。文档将重点关注ADAS功能（特别是ACC、AEB和LKA功能）的推荐信号级联架构，为此将创建新的软件组件。对于其他底盘组件，包括车辆稳定控制（ABS/TCS等），请参考[AUTOSAR_EXP_AIChassis]。

在本文档中定义架构（功能结构、接口）的目的是通过实现功能更新/更改的简易性、设计和验证的简易性以及相互理解的简易性，来提高客户在功能开发方面的便利性和非竞争领域的开发效率。

2. 术语和概念说明

2.1 坐标系统

底盘域使用的标准坐标系参考国际标准[ISO 8855]。是否使用固定几何点（例如，靠近一种车型所有变型的平均重心(CoG)）作为基本重心的参考点，需要在项目级别上决定。

本文档是对底盘域应用接口的统一表述，特别是在高级驾驶辅助系统(ADAS)的特定模式实现框架内，带有特定的车辆运动控制接口。底盘域的结果应与其他域（如车身、动力总成、乘员和行人安全）保持一致。应用接口表是这种一致性对齐和冲突检测的良好基础。

2.2 定义

2.2.1 乘用车重心

车辆底盘固定坐标系统的原点位于前轴(FA)的中间，如图2.1所示。车辆重心被定义为底盘自由坐标系统的原点，该系统相对于FA坐标系统定位。这两个坐标系统的轴的方向定义如下：

当车辆向前行驶时：

  • x轴正方向朝向车辆前方
  • y轴正方向朝向车辆左侧
  • z轴正方向朝向车辆顶部
  • 偏航角在左转弯时为正
  • 侧倾角在左转弯时为正，当车身向右侧倾斜时
  • 俯仰角在车辆制动时为正，当车身向前倾斜时
2.2.2 极坐标系统

极坐标系统定义如下：

  • 当车辆向前行驶时，φ在逆时针方向为正
2.2.3 车辆加速度/推进力方向

减速度表示为负值。

2.2.4 倾斜方向
2.2.5 方向盘角度
2.2.6 道路变量
2.2.7 曲率请求
2.2.8 车辆周围环境定义

2.3 缩写和术语

本文档使用以下缩写和术语：

  • ACC: 自适应巡航控制 (Adaptive Cruise Control)
  • ADAS: 高级驾驶辅助系统 (Advanced Driver Assistance Systems)
  • AEB: 自动紧急制动 (Autonomous Emergency Braking)
  • AMG: ADAS管理器 (ADAS Manager)
  • CoG: 重心 (Center of Gravity)
  • LKA: 车道保持辅助 (Lane Keeping Assist)
  • VMC: 车辆运动控制 (Vehicle Motion Control)
  • VMG: 车辆管理器 (Vehicle Manager)

2.4 一般说明

2.4.1 限制

本文档描述的架构主要针对ADAS功能实现，不涵盖其他底盘控制系统的完整架构。

2.4.2 传感器信号

ADAS功能依赖多种传感器信号，包括但不限于摄像头、雷达、激光雷达等。本文档不详细规定传感器配置，但描述了传感器数据如何流经ADAS架构。

2.4.3 功能安全

本文档不详细描述功能安全要求，实际实现时应遵循相关安全标准。

2.4.4 ADAS应用假设

假设ADAS应用遵循AUTOSAR标准接口，能够提供标准化的控制请求。

3. 相关文档

  • [1] AUTOSAR_EXP_AIChassis - AUTOSAR底盘领域应用接口规范
  • [2] ISO 8855 - 道路车辆-车辆动力学和道路保持能力-词汇

4. 架构概述

4.1 功能结构

AUTOSAR ADAS和车辆运动控制(VMC)架构采用分层设计，清晰地分离不同功能关注点，使系统更易于开发、测试和维护。该架构由以下核心组件组成，从传感器数据处理到最终的物理控制执行形成完整的信息流。

在这里插入图片描述

图4.1: AUTOSAR ADAS和VMC架构总览

如图4.1所示，ADAS和VMC架构由以下几个主要层次组成：

  1. 传感器层：提供环境感知能力，包括环境传感器和传感器数据融合
  2. ADAS应用层：实现具体的ADAS功能，如ACC、AEB和LKA
  3. ADAS管理层：由ADAS管理器(AMG)组成，负责协调不同ADAS功能
  4. 车辆管理层：由车辆管理器(VMG)组成，负责处理来自ADAS的请求并协调车辆运动控制
  5. 执行器层：执行物理控制操作并提供反馈信息

各层次间通过标准化接口进行通信，形成从环境感知到物理控制的完整闭环系统。这种分层设计使得各功能模块可以独立开发和测试，同时确保它们能够无缝集成。

4.1.1 ADAS应用

ADAS应用是实现具体高级驾驶辅助功能的软件组件，包括但不限于自适应巡航控制(ACC)、自动紧急制动(AEB)和车道保持辅助(LKA)。这些应用负责处理来自传感器的数据，执行算法计算，并生成适当的车辆控制请求。

在这里插入图片描述

图4.2: ADAS功能模块组件类图

如图4.2所示，ADAS应用层包含以下主要功能组件：

  1. 自适应巡航控制(ACC)

    • 设定车速和跟车距离
    • 监控跟车状态
    • 计算加速度/减速度控制请求

  2. 自动紧急制动(AEB)

    • 评估碰撞风险
    • 计算制动请求
    • 执行预警控制

  3. 车道保持辅助(LKA)

    • 检测车道偏离
    • 计算转向控制请求
    • 监控车道保持状态

这些ADAS功能通过标准化的接口向ADAS管理器提供控制请求，包括加速度请求、减速度请求和曲率请求。系统状态反馈则通过ADAS管理器回传到各功能模块。

4.1.2 ADAS管理器

ADAS管理器(ADAS-MGR或AMG)是连接ADAS应用和车辆管理器的中间层，负责协调和管理来自不同ADAS功能的控制请求。它根据预定义的优先级和规则处理可能的功能冲突，确保向车辆管理器发送一致、安全的控制请求。

ADAS管理器的主要职责包括：

  • 协调不同ADAS功能的请求
  • 处理优先级决策
  • 确保控制请求的一致性
  • 提供统一接口给车辆管理器
  • 管理ADAS功能的状态转换

在这里插入图片描述

图4.3: ADAS功能状态转换图

如图4.3所示，ADAS功能遵循明确的状态转换流程：

  1. 关闭状态：ADAS功能完全关闭，无任何控制干预
  2. 初始化：系统自检与参数配置，传感器检测与连接
  3. 待机：功能就绪但未激活，等待驾驶员请求
  4. 运行中：ADAS功能激活并运行，包含多种子状态：
    • ACC模式：自适应巡航控制激活
    • LKA模式：车道保持辅助激活
    • AEB模式：紧急制动系统介入
  5. 错误状态：系统检测到错误，执行安全降级服务
  6. 恢复：从错误中恢复，执行恢复策略

ADAS管理器负责监控和控制这些状态转换，确保系统在任何情况下都能安全、可靠地运行。

4.1.3 车辆管理器

车辆管理器(Vehicle-MGR或VMG)接收来自ADAS管理器的控制请求，并将其转换为适合执行器执行的控制命令。它负责协调车辆的整体动态控制，确保车辆按照ADAS功能的意图行驶，同时维持车辆稳定性和安全性。

车辆管理器的主要职责包括：

  • 处理来自ADAS管理器的控制请求
  • 协调纵向和横向控制
  • 生成适合执行器的控制命令
  • 监控执行器状态和车辆状态
  • 向ADAS管理器提供状态反馈
4.1.4 执行器

执行器层是ADAS和VMC架构的最底层，直接与车辆的物理系统交互。它接收来自车辆管理器的控制命令，并将其转换为物理动作，如油门、制动和转向操作。执行器还负责提供状态反馈，使上层组件了解控制命令的执行情况。

执行器的主要职责包括：

  • 执行来自车辆管理器的控制命令
  • 操作车辆的物理系统（油门、制动、转向等）
  • 提供执行状态和传感器反馈
  • 执行基本的安全检查

4.2 接口

ADAS和VMC架构中的各组件通过标准化接口进行通信，确保系统各部分能够无缝协作。这些接口定义了数据流和控制流的标准模式，使不同供应商的组件能够集成到同一系统中。

在这里插入图片描述

图4.4: ADAS系统交互序列图

如图4.4所示，ADAS系统的交互流程包括以下主要阶段：

  1. 系统初始化

    • 驾驶员启动ADAS功能
    • ADAS应用初始化
    • 系统状态查询和返回
    • ADAS进入待机状态

  2. ACC功能激活与运行

    • 驾驶员设置巡航速度并激活ACC
    • 传感器提供环境数据
    • ADAS应用计算控制请求
    • ADAS管理器处理请求并转发给车辆管理器
    • 车辆管理器生成控制命令并发送给执行器
    • 状态反馈沿着相反方向流动

  3. 紧急情况处理

    • 传感器检测到障碍物
    • ADAS应用评估碰撞风险并触发AEB
    • 紧急制动请求以高优先级处理
    • 执行紧急制动操作
    • 向驾驶员提供紧急制动警告

  4. 系统关闭

    • 驾驶员关闭ADAS功能
    • 系统停止控制并恢复手动控制
    • 控制权转移完成

主要接口类型包括：

  • 环境数据接口：从传感器层到ADAS应用
  • 控制请求接口：从ADAS应用到ADAS管理器
  • 统一控制接口：从ADAS管理器到车辆管理器
  • 控制命令接口：从车辆管理器到执行器
  • 状态反馈接口：沿控制流的相反方向流动

这些接口的详细规范在附录B中提供。

4.3 可扩展性

ADAS和VMC架构设计具有高度可扩展性，能够适应不同级别的ADAS功能实现，从基本功能到高级自动驾驶功能。

4.3.1 自适应巡航控制(ACC)

ACC功能可以实现多种级别的控制，从基本的定速巡航到完全停走功能：

  • 基本ACC：维持设定车速，简单的跟车功能
  • 增强ACC：支持车辆完全停止和再起步
  • 高级ACC：结合车道保持功能，实现更高级别的辅助驾驶
4.3.2 自动紧急制动(AEB)

AEB系统可以根据需求实现不同级别的功能：

  • 基本AEB：紧急情况下的制动辅助
  • 增强AEB：检测行人和骑行者，提供更全面的保护
  • 高级AEB：支持复杂场景下的碰撞避免
4.3.3 车道保持辅助(LKA)

LKA功能同样可以实现多种级别：

  • 基本LKA：简单的车道偏离警告
  • 增强LKA：主动干预转向，保持车辆在车道内
  • 高级LKA：支持车道变换辅助和复杂道路情况

5. 底盘域软件组成与车辆运动控制架构实现

5.1 车辆运动控制架构作为新软件组件

车辆运动控制(VMC)架构作为新的软件组件集成到AUTOSAR底盘域中，与现有底盘控制系统（如ABS/ESP）协同工作。VMC组件采用标准化的AUTOSAR接口，确保与其他域和组件的无缝集成。

VMC架构实现的关键特点包括：

  • 采用标准化的AUTOSAR软件组件(SWC)结构
  • 明确定义的组件间通信接口
  • 支持可配置性和可扩展性
  • 与底盘域其他组件的协同工作机制

6. 附录

6.1 附录A: ADAS应用中断

ADAS应用可能因多种原因发生中断或功能降级。本节提供了ADAS应用中断情况的分类和处理策略。

6.2 附录B: 接口列表

本节提供了ADAS和VMC架构中所使用的所有接口的详细规范，包括信号名称、数据类型、范围、分辨率和单位。这些接口规范为实现标准化的ADAS和VMC系统提供了基础。

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