丰田L2自动驾驶TAD系统

前不久，丰田携手Woven Core基于丰田的Mobility Teammate Concept理念——努力实现人与汽车协调的自动驾驶技术，以使安全、舒适、有趣的驾驶， 开发了一种新的L2自动驾驶系统——Teammate Advanced Drive，简称TAD。该系统可实现自适应巡航、自动变道、自动超车等功能。

该系统由专用传感器、ECU、显示器、执行器、LSS+A以及其他高级驾驶员辅助系统的常见组件上的电源组成，如图1所示。传感器方面由5个雷达，1个激光雷达，8个摄像头组成，ECU方面最值得一提的是ADSECU、ADXECU，如图2所示，其中ADSECU是主控制器，而ADXECU为冗余控制器，当ADSECU出现问题时，切换至ADXECU运行，除了ECU有备份，在传感器和电源都采用了冗余设计，因此该系统后续完全可以通过软件升级达到L3以上。

图1 TAD的组件配置

组件	功能
ADAS控制器(ADSECU)	定位 决策制定 控制
ADAS冗余控制器(ADXECU)	基于图像传感器的AI图像识别
空间信息服务ECU(SISECU)	定位器包括IMU(惯性测量单元)和HD-Map(高清地图)数据构造器
驾驶员监控系统(DMCECU)	驾驶员状态评估
前置激光雷达	目标检测以及点云输出
电子制动控制单元(ECB)	带有冗余电源电路，车载通讯，信号处理和执行装置的制动/转向系统
电动助力转向系统(EPS)
多媒体扩展单元(MEU)	主动引导司机到达目的地

表1 TAD系统组件简介

图 2TAD系统部分组件

系统技术特点

下面从五个方面来看看TAD系统的技术特点。

感知：该系统具有覆盖整个周边的360°的多模态传感器。在传统的LSS+A系统中，在前端的监控方面，毫米波雷达和立体摄像机互为冗余。在新的系统中，增加了前置激光雷达和景深摄像头。通过结合毫米波雷达、摄像头和激光雷达三种不同传感器的数据，形成一个高可靠性的识别系统，以支持未来系统的扩展，图3展示了各传感器的识别区域，表2展示了新增传感器的规格。

图3 TAD系统中各传感器的识别区域

		前置激光雷达	Locator摄像头	景深摄像头
范围[m]		205	120	250
有效范围[deg]	水平	110	53	36
	垂直	2.5	31	18
分辨率		51x3	1280x960	2880x1860
检测周期[ms]		100	100	100

表2 新增传感器的参数

智能：在智能方面，该系统采用了先进的Soc实现板载深度学习功能，其中CPU的性能指标达DMIPS为107424，SPECint2006为21，GPU性能指标TOPS为35.9。另外对传感器的数据处理可以以毫秒为单位。

交互：车辆采用HMI (Human Machine Interface)人机界面，实现驾驶员与车辆之间的相互通信。一个高度自动化的驾驶支持系统需要以一种易于理解的方式提供车辆观察到的或正在尝试做的事情，这有助于司机在各个方面都不要过度信任。同时，车辆系统应了解驾驶员的意图和驾驶员在驾驶任务中的投入程度。对于前者，我们采用了一个宽约600mm、高约150mm(24英寸)的大平视显示器(HUD)，以及一个12.3英寸的大显示器，为驾驶员提供一个易于观看的显示器。在图4的显示示例中，显示了周围车辆、前方道路形态、自我车辆的目标轨迹以及未来的行驶计划。对于后者，我们采用了驾驶员监控摄像头(图5)。除了驾驶员的面部角度和眼睛的睁开/闭上，我们增加了注视检测，以确保对驾驶任务的可靠监控。

图4 HUD显示示例

图5 驾驶员监控系统

可靠：为了安全运行，该系统采用了高级别冗余。传统的系统认为司机可以在任何需要的时候立即做出反应。此外，在SAE Level 2 Hands OFF系统中，如图6所示，实验测得在驾驶员分心情况下，人类驾驶员响应驾驶操作过渡请求的时间不超过4秒。因此，我们开发了一种大规模的冗余结构，涉及识别、控制计算、执行器、通信和电源，以便在发生部件故障或系统限制时防止功能故障持续4秒。图7显示了冗余系统配置。

实际TAD系统测试中，车辆以125km/h速度行驶，在距离目标物140m左右处，TAD检测到车道前方有一辆静止车辆，开始以3.5m/s2的减速度进行减速，在距离目标物50m处，以6m/s2或更高的减速度减速，避免碰撞，数据如图8所示。

图6 试验测得驾驶员的反应时间

图7 系统中的冗余设计

图8 紧急制动数据

软件升级：OTA (Over the Air)软件更新可以增强性能和增加新功能。在过去，一辆车的软件和硬件通常是不变的，除非换车。但是目前客户总是要求更换最新的硬件或者软件，以获得更强的性能和更新颖的功能。软件的发展要比硬件快得多。像便携式设备一样以无线方式重写软件可以让客户在不更新硬件的情况下接触到最新的功能。此外，使用OTA方案使汽车制造商能够收集数据，以了解客户如何使用车辆和系统在市场上的行为。

TAD系统中ADSECU、ADXECU、SISECU、Meter ECU以及HUD控制单元都可以实现OTA软件更新。

总结

自动驾驶刚开始是新势力宣传重点，而传统车企前几年一直没有啥大的动作。但是今年可以说是吹响了自动驾驶落地的号角，不仅是传统车企纷纷发布自家的自动驾驶技术，还有一批头部互联网公司纷纷加入造车行列。从今年的上海车展就可以深深体会到。

说回丰田的这套系统，虽然当前发布的仅仅是L2级别，但是从整体的系统冗余设计来看，充分的考虑的后续的L3+的扩展，比看到的其他家的冗余都做的充分。

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参考：网络文献，侵删。