清华大学-自动驾驶系统设计及应用第三章

自动驾驶系统设计及应用

（第六册）

自动驾驶技术丛书（第六册）自动驾驶系统设计及应用本书思维导图主要呈现了设计自动驾驶系统需要的5个关键点：概述、安全、通信、测试以及应用Chapter3

车辆总线及通信技术

Outline3.1车辆电子电气架构技术3.2自动驾驶域接口3.3整车总线及线控技术3.4V2X技术

3.1车辆电子电气架构技术汽车电子电气技术汽车电子电气架构车载以太网未来架构的一些特点3.1.1汽车电子电气技术汽车电气技术：组成：电源，用电设备，配电装置等；特点：低压，直流，单线制，负极搭铁；汽车导线、线束及插线器如图。汽车导线、线束及插接器示意图电气设备示意图3.1.1汽车电子电气技术汽车电子控制技术：分类：（1）发动机电控系统；（2）底盘综控系统；（3）车身安全系统；（4）信息通讯系统；发展趋势：集成化，智能化，网络化。3.1.2汽车电子电气架构汽车电子电气架构EEA（Electronic&ElectricalArchitecture）属于车辆电子电气系统的顶层设计；目标：在特定约束条件下，综合对功能、性能、成本和装配等方面的具体分析，得到最优的电子电气系统技术方案。3.1.2汽车电子电气架构汽车电子电气架构分类可分为集成式或分布式：（1）单元分布式电子电气架构（2）域中央式电子电气架构（3）整车中央式电子电气架构汽车电子电气架构发展趋势：架构上：垂直融合将取代分布协同算力上：汽车中央处理集中，云端集中代表：特斯拉（Tesla）——model3汽车电子电气架构图3.1.3车载以太网以太网：1973年被发明；不仅用于局域网应用，还可以应用到城域网（MAN）和广域网（WAN）的领域；技术成熟、高度标准化、带宽高以及成本低；3.1.3车载以太网车载以太网一种用以太网连接车内电子单元的新型局域网技术；应满足汽车行业对高可靠性、低电磁辐射、低功耗、带宽分配、低延迟以及同步实时性等要求；主要技术：（1）物理层PHY（2）一对数据线供电PoDL（3）先进电缆诊断ACD（4）高能效以太网（5）时间同步（6）时间触发以太网（7）音视频桥接AVB3.1.3车载以太网车载以太网优势：全双工（Full-Duplex）的运行方式包交换技术基于地址的Message简单的BroadR-Reach交换机网络单对双绞线以太网技术3.1.3车载以太网车载以太网标准化：AUTOSARAVnuIEEEOPEN3.1.4未来架构的一些特点大处理与集中控制；可重构设计；在“云”端。当前汽车电子电器架构&未来汽车电子电器架构3.2自动驾驶域接口2018到2020年，带宽需求预计提高大约25倍，扩张在线数据容量必不可少。3.2.1自动驾驶系统的硬件架构车辆运动传感器；环境感知传感器；驾驶员监测传感器；计算单元部分；车辆控制；HMI系统。3.2.2自动驾驶域车内接口同轴电缆；双绞线；其它车内接口：Aux：额外的讯号线路设计USB：传输速度快，使用方便，支持热插拔，连接灵活，独立供电同轴电缆双绞线3.2.3接口存在的问题传感器产生大量数据，需大带宽的传输接口；针对以上问题，自动驾驶域数据传输接口仍存在较大发展空间：短的时间内数据的传输与处理接近零的延迟的视讯分辨率传输受缆线长度影响3.3整车总线及线控技术3.3.1汽车总线技术3.3.2汽车线控技术3.3.1汽车总线技术汽车总线是指汽车内部导线采用总线控制的一种技术，通常称为汽车总线或汽车总线技术。LIN总线CAN总线CANFD总线MOST总线3.3.1汽车总线技术LIN总线特点：（1）可靠传输（2）低成本可应用于方向盘相关部件、汽车座椅控制、车门控制系统和车载传感器等。3.3.1汽车总线技术CAN总线各节点的CAN总线均可以实现互相自由通信；特点：（1）没有主从之分（2）优先级高的先通信，低的及时避让，通信线路不会拥堵；（3）CAN总线是两根导线铰接链接，可以避免信号干扰（4）发生错误时，节点通信能够自动离开总线的功能；（5）适用于大数据量短距离通信或者长距离小数据量通信。3.3.1汽车总线技术CANFD总线缩短时间提高位速率；加长数据场长度减少报文数量降低总线负载率；提高CAN总线带宽，改善错误帧漏检率。CANFD数据帧3.3.1汽车总线技术MOST总线将符合地址的信息传送到某一接收器上；特点：（1）传输速度快；（2）声音、图像的实时处理；（3）可以多种网络连接；（4）允许采用多种拓扑结构。MOST系统采用环形拓扑结构3.3.2汽车线控技术线控技术主要指车辆底盘的线控执行，包括线控制动、转向和油门。在技术实现上线控制动是最难的部分，也是最为关键的部分，主因是线控制动需要车辆底盘多各系统联合动作来实现，当前主要方案有ABS、ESP、线控液压制动器（EHB）和电子机械制动（EMB）方案。无人驾驶应用：利用车辆底盘本身自带的器件和接口实现转向，油门和制动；关键技术：环境感知技术，容错控制技术，总线技术。3.4V2X技术车用无线通信技术（Vehicle-to-Everything,V2X）是将车辆与一切事物相连接的新一代信息通信技术。V2X效果示意图3.4.1V2X概述V2V（Vehicle-to-Vehicle）：指通过车载终端进行车辆间的通信。V2I（Vehicle-to-Infrastructure）：指车载设备与路侧基础设施进行通信，路侧基础设施也可以发布各种实时车辆信息。V2P（Vehicle-to-Pedestrian）：通过手机、智能穿戴设备等实现车与行人信号交互。V2N(Vehicle-to-Network)：在车辆和V2X管理系统以及V2X应用服务器之间进行广播和单播通信。

V2I样例图

V2X示意图3.4.2通信机制V2X通信技术目前有专用短程通信（Dedicatedshortrangecommunications，DSRC）与基于LTE车联网无线技术两大路线。V2X通信机制3.4.2通信机制专用短程通信DSRC可实现在特定区域内（通常为数十米）对高速运动下的移动目标的识别和双向通信；特点：（1）通信距离：10m~30m；（2）工作频段：ISM5.8GHz、915MHz、2.45GHz；（3）通信速率：500kbps/250kbps，；（4）完善的加密通信机制；（5）应用领域宽广；（6）具备统一的国家标准；（7）具备丰富的技术支持。3.4.2通信机制LTE-V（1）集中式：利用基站作为集中式的控制中心和数据信息转发中心，由基站完成集中式调度、拥塞控制和干扰协调。（2）直通方式：车与车间直接通信，针对道路安全业务的低时延高可靠传输要求、节点高速运动、隐藏终端等挑战，进行了资源分配机制增强。LTE-V通信形式3.4.2通信机制LTE-V与DSRC（IEEE802.11p）的比较：（1）更好的远距离数据传输可达性（2）更高的非视距（NLOS）传输可靠性（3）网络建设和维护的优势3.4.3我国V2X发展基础与现