智驾系统架构解析
汽车智驾域软件设计总结
一段话总结
本文围绕汽车智驾域软件设计展开，详细阐述了Autosar 规范下 ADAS 功能的 VMC 分层架构，涵盖传感器数据采集融合、ADAS 应用层、ADAS 管理器层、车辆管理层和执行器层等核心层级，介绍了ACC、AEB 和 LKA 三个典型 ADAS 应用的软件架构设计，明确了各层接口标准化及数据交互规则，还涉及车辆坐标系定义、传感器信号类型等基础概念，为理解汽车智驾域软件的运行逻辑与架构设计提供了全面参考。
思维导图
详细总结
一、基本概念
- 坐标系定义
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底盘固定坐标系（FA）：原点位于前轴（FA）中间，x 轴正向为汽车前方，y 轴正向为汽车左侧，z 轴正向为汽车上方。
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重心坐标系（CoG）：原点为汽车重心，相对 FA 坐标系定位，轴方向与 FA 坐标系一致。
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运动正向规定：左转弯车身右侧倾斜为侧倾正方向，刹车车身向前倾斜为俯仰正方向，左转弯为偏航正方向；极角 ϕ 逆时针为正，方向盘向左转动为正，倾斜左高右低为正。
- 核心物理量
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道路变量：包括道路曲率、偏航角、车道中心线、左右车道边缘、偏移量等，用于描述道路状况。
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曲率请求：基于车辆期望轨迹计算，相对重心（CoG）定义，如 LKA 目标轨迹的曲率请求。
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车辆周围环境参数：ACC 中涉及纵向 / 横向相对距离、速度、加速度，目标方向 α 等，参考点遵循 ISO 8855（自身车辆）和 ISO 10392 标准。
- 传感器信号类型
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原始信号：未经预处理的传感器数据。
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预处理信号：抽象的传感器硬件数据。
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融合信号：多个传感器信号处理后生成的综合信号。
二、架构概述
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ADAS 传感器组成：包括视觉传感器（如摄像头）、雷达和激光雷达，用于监测周围环境，将原始或预处理信号发送至融合层，融合层识别环境状况后传递给 ADAS 应用层。
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四层架构体系
| 层级 | 名称 | 核心功能 |
|---|---|---|
| 1 | ADAS 应用层 | 接收驾驶辅助请求，生成运动控制请求（纵向加速度 / 减速度、曲率等），执行故障检测与状态管理 |
| 2 | ADAS 管理器（ADAS-MGR）层 | 仲裁各应用运动控制请求，整合请求保障安全舒适，向车辆管理器发送控制命令，提供状态与停止判断信息 |
| 3 | 车辆管理器（Vehicle-MGR）层 | 计算分配执行器控制信息，仲裁应用与驾驶员请求，反馈执行器状态给 ADAS-MGR |
| 4 | 域执行器 + 相关域传感器层 | 实现行驶、制动、转向等运动请求，反馈驾驶员操作（油门、制动、方向盘）和车辆状态信息 |
- 架构优势：各层接口标准化，减弱 ADAS 应用程序和执行器之间的耦合关系，ADAS 功能变更仅在 ADAS-MGR 层处理，执行器变更不影响上层逻辑。
三、架构设计细节
- ADAS 应用层关键功能
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典型应用：ACC（自适应巡航控制）、AEB（自动紧急制动）、LKA（车道保持辅助）。
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核心操作：根据用户界面请求生成运动控制请求（如 ACC 的加速度请求、LKA 的曲率请求），进行状态管理（ON/OFF/STANDBY 等）和故障诊断。
- ADAS-MGR 层核心职责
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请求仲裁：优先选择纵向加速度请求，生成目标纵向加速度，确定转向辅助扭矩上下限。
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信息交互：向应用层提供驾驶员操作信息、执行器状态、功能停止判断元素；向车辆管理器发送运动控制命令。
- Vehicle-MGR 层功能要点
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控制实现：将 ADAS-MGR 的运动控制命令转化为执行器具体控制信息，如驾驶加速度、制动加速度、横摆率。
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状态处理：解析执行器和车辆传感器状态，进行扭矩分配（动力系统和制动系统）。
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执行器功能范畴：响应驾驶员和 Vehicle-MGR 的运动请求，反馈油门踏板、制动踏板、方向盘的操作状态及车辆行驶、制动、转向、动量状态。
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通信接口规范（部分关键接口）
| 数据名称 | 输出源 | 输出目标 | 单位 | 核心说明 |
|---|---|---|---|---|
| ACC 目标加速度 | ACC | AMG | m/s² | 保障 ACC 性能的目标加速度，初始值 0 |
| AEB 目标加速度 | AEB | AMG | m/s² | 保障 AEB 性能的目标加速度，初始值 0 |
| LKA 目标曲率 | LKA | AMG | 1/m | LKA 的目标曲率，初始值 0 |
| 驾驶员驾驶操作 override | AMG | ACC/AEB/LKA | - | 0: 未定义，1: 未操作，2: 操作，初始值 0 |
| PT 系统可靠性信息 | AMG | ACC/AEB/LKA | - | 0: 初始化，1: 校准中，2: 正常，3: 保护控制中，4: 无效，5: 故障等 |
关键问题
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问题：ADAS 系统的四层架构中，各层之间如何通过接口设计实现耦合减弱？
答案：ADAS 系统的四层架构（ADAS 应用层、ADAS-MGR 层、Vehicle-MGR 层、执行器层）通过标准化接口实现耦合减弱。ADAS 应用层仅向 ADAS-MGR 层发送运动控制请求，不直接与执行器交互；ADAS-MGR 层通过标准化接口与 Vehicle-MGR 层通信，处理功能变更影响；Vehicle-MGR 层统一向执行器发送控制命令，执行器状态仅反馈给 Vehicle-MGR 层。这种分层接口设计使上层应用功能变更或底层执行器更换时，无需修改其他层级逻辑，有效降低了耦合度。
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问题：在 ACC、AEB、LKA 三个 ADAS 应用中，各自向 ADAS-MGR 层发送的核心请求参数是什么？有何单位或状态定义？
答案：- ACC 向 ADAS-MGR 层发送的核心请求参数为ACC 目标加速度（单位：m/s²，初始值 0）和ACC 停车控制请求（0: 未请求，1: 请求，初始值 0）。
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AEB 的核心请求参数为AEB 目标加速度（单位：m/s²，初始值 0）和AEB 停车控制请求（0: 未请求，1: 请求，初始值 0）。
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LKA 的核心请求参数为LKA 目标曲率（单位：1/m，初始值 0）。同时，三者均需发送请求有效性信息（0: 无效，1: 有效）和自身状态信息（如 ACC 状态：0:OFF，1:STANDBY，2:ON）。
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问题：ADAS-MGR 层在接收各应用请求后，如何保障驾驶安全与舒适？其核心仲裁逻辑是什么？
答案：ADAS-MGR 层通过请求仲裁与整合保障驾驶安全与舒适。核心仲裁逻辑包括：优先选择和排序各 ADAS 应用的纵向加速度请求，生成目标纵向加速度并补充完善；根据各应用需求确定转向辅助扭矩的上下限，确保转向操作合理。同时，ADAS-MGR 层会判断驾驶员是否进行 override 操作（驾驶、制动、转向），并结合执行器系统可靠性信息（如 PT、BRK 系统状态），将仲裁后的运动控制请求发送给 Vehicle-MGR 层，避免冲突请求导致的不安全状态，平衡各应用功能实现与驾驶体验。
（注：文档部分内容可能由 AI 生成）