ADAS域的拓扑分析

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。