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解析自动驾驶解决方案优劣和功能安全需求

智车科技 2018-12-04 09:14 次阅读

一、目前市场上主流的ADAS解决方案大体分为两种:

1.以Mobileye为首的使用采用Smart Sensor的解决方案,即在Sensor ECU给出识别对象信息,给到ADAS ECU做决策与执行机构控制。

2.以Aptiv等Tier1为主导的域控制器方案,摄像头激光雷达直接传递Raw Data给到域控制器,域控制器进行决策并控制执行机构。

方案一:

在整车电子电器架构的设计上相比方案二较为简单,传感器供应商可以直接通过CAN通讯给出车辆执行机构所需要的信息,以传统摄像头模组搭配CAN通讯的组合可以很轻松的达到ASIL B的等级,但由于单一传感器在探测能力上面的局限性,对于Level3以上的功能如高速公路自动驾驶、城镇自动驾驶等复杂场景来讲本方案在乘用车上难以落地。

方案二:

以域控制器为自动驾驶大脑的解决方案在奥迪新款zFAS平台上大放异彩,作为全球第一款量产Level3车型,TTTech & Mobileye & Aptiv对该域控制器做出了大量贡献。同时该产品的面世也证明了域控制器将为高阶自动驾驶功能的实现提供技术支持和安全保障。在此膜拜Aptiv!

这里补充一个对于CAN通讯的解释,在Ethernet通讯如此火热的今天为什么还要在ADAS系统上继续选择CAN通讯?CAN FD是否将被使用?

答:对于ASIL B以上的安全要求,在架构上传统的Ethernet不足以符合要求,目前各大厂家采用的传感器通讯解决方案大多为Maxim的GMSL或传统CAN。CAN FD将会在下一代量产车型中被使用。根据CiA(CAN in Automation)主席Holger Zeltwanger先生的预测,CAN FD的商用将于2022年初步实现。

二、域控制器解决方案功能安全分析

ISO26262-4 5 6分别对系统、软件、硬件做出了详细的设计与验证规范,下面将以这三个维度对域控制器方案做进一步分析。

系统方面:

在系统架构上,域控制器作为整车电子电器中的一员,与其他ECU在安全等级上ASIL D的要求并无二致,在量产车的解决方案上对上承接Conti,Dephi,Bosch,Sony等大厂冗余的传感器,对下与Bosch ESP EPB EPS等全家桶紧密结合,加之Baidu,四维图新等厂的高精度地图信息加持, 基本可满足全部Level2的功能需求与部分Level3的功能需求。对于系统ASIL D的设计来说,冗余是一种途径,Safe Stop则是最终的结果。对于冗余的解释为:域控制器内部冗余和除Lidar外的传感器均采用传感器及其通讯冗余策略以达到ASIL B的标准,即多传感器多路通讯;对于Safe Stop的解释为:对于任何一种系统失效(硬件、软件)的发生,系统都可以完成对驾驶员的警示和路权交接或安全停车以保证驾驶员的安全。

软件方面:

在软件架构方面,对于标准软件:Vector的PREEvision、VectorCAST等大礼包负责Classical AUTOSAR BSW中RTE、RTOS、Mem、ECU Abstraction、Diag、Communication Protocal等下层服务,Mathwork的大礼包用于应用层服务,BSP则由芯片厂商提供。这种约定俗成的定制方案可以解决大部分MISRA需求,但对于神经网络的存在目前并无低成本的、可靠的、复用性强的方案出现。这部分黑盒的存在引入了SOTIF的概念并导致了Validation策略和框架对比传统ECU的变化。

这里马克一下RTE和SOTIF,目前绝大多数厂商的Demo都是基于ROS的框架搭配Unix系统实现,个人的理解为缺点是不能量产、安全等级低,优点是低硬件依赖度、更适应快速迭代开发的过程。SOTIF目前还未推出正式版本,在当前版本的SOTIF中,系统需求,场景分析和测试都被重点提及,测试方面会后续说明。

硬件方面:

对于域控制器的硬件方案来说,ASIL D是必备的,目前各家半导体厂商均给出了自家的拳头产品,其中较为出色的就是Nvidia的Drive PX、Pegasus系列,Renesas的R-Car系列,NXP的Blue Box系列。对于硬件来说“概念林志玲,量产罗玉凤”的情况不大可能出现,而且域控制器中并不一定所有的SoC都需要ASIL D,在SoC的选择上ASIL D的SoC通常用于执行机构的控制和诊断,其他QM、ASIL A、ASIL B的SoC则负责感知和计算,SoC间互相监控冗余,也可以做到ASIL D的效果。在实际项目中往往其最大的风险来自于量产的时间。

在这种高冗余的设计模式下,自动驾驶系统可以完成理论上ASIL D的实现。但ASIL D并不代表绝对的安全,功能安全是一种艺术。在自动驾驶系统开发的过程中,被所有人质疑的神经网络模型将使用新的Validation策略和框架予以验证。

个人认为Validation是在自动驾驶量产过程中非常大的难题,对于如此特殊的系统来说,好的软件开发决定了基础,而好的验证则决定了客户及市场的满意度。

Validation方面:

自动驾驶的验证在内容上不再局限于单元测试,集成测试,软件测试,系统测试,系统集成测试,整车测试等几块V Cycle的定义。由于在SOTIF中Simulation Scenario的提出,Validation被赋予了更重要的意义,对于黑盒系统,新形式系统测试和整车测试不但可以增加产品置信度,更可以加速产品迭代效率,增加黑盒可靠性。一般来说系统测试及之后的测试内容会分为三块,功能测试,系统测试,和整车测试,对于三块不同的测试内容,ASPICE中对于测试覆盖度和测试深度对于同的安全目标有着详细的定义,ISO26262中也针对不同的安全等级做出了不同的推荐。最后,各大欧洲主机厂的量产方案大多以“脱离比例”为Software Release指标,这点在各大Safety Report上也可见一斑。

三、个人感想

自动驾驶的系统设计最终很可能偏离传统的汽车电子路线,Adaptive AUTOSAR和SOTIF等新标准的出现证明了这一点,但无论如何,ISO26262的意义不仅针对最终的产品,更存在于每个汽车电子工程师点滴的产品开发生涯中,产品手中过,安全心中留。

原文标题:自动驾驶系统应如何设计以满足功能安全 ISO26262 的要求?

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TCAN1044-Q1 汽车类高速 CAN 收发器

TCAN1044V-Q1 汽车类高速 CAN 收发器

TCAN1044x-Q1器件均为高速控制器局域网(CAN)收发器,满足ISO 11898-2:2016高速CAN规范的物理层要求,可提供CAN总线和CAN协议控制器之间的接口.TCAN1044x-Q1器件支持传统CAN和CAN FD网络,具有最高5Mbps的数据速率。部件号中带有“V”后缀的器件具有通过V IO 端子实现的内部逻辑电平转换功能,允许直接连接到1.8V,3.3V或5V控制器。这些器件具有低功耗待机模式,可通过ISO 11898-2:2016定义的唤醒模式( WUP)实现远程唤醒.TCAN1044x-Q1器件具有许多保护和诊断特性,包括热关断(TSD),驱动器显性超时(TXD DTO)和高达±42V的总线故障保护。 特性 AEC Q100:符合汽车类 应用标准器件温度等级 1:–40°C 至 125°C TA符合 ISO 11898-2:2016 和 ISO 11898-5:2007 物理层标准的要求高达 5Mbps 的传统 CAN 和 CAN FD 支持较短的对称传播延迟时间和快速循环次数增加时序余量在有负载 CAN 网络中实现更快的数据速率I/O 电压范围:1.8V 至 5V优化了未上电时的性能总线和逻辑终端为高阻抗(运行总线或应用上无负载) 支持热插拔:总线和 RXD 输出端加电/断电时的无毛...
发表于 01-08 17:49 111次 阅读
TCAN1044V-Q1 汽车类高速 CAN 收发器

TLIN2441-Q1 具有集成电压稳压器和看门狗的汽车本地互联网络收发器

TLIN2441-Q1是一款LocalInterconnect网络(LIN)物理层收发器,具有集成的低压差稳压器,唤醒和保护功能,符合LIN 2.0标准,LIN 2.1,LIN 2.2,LIN2.2A和ISO /DIS17987-4.2标准.TLIN2441-Q1集成了基于窗口或超时的看门狗监控器,可通过PIN或SPI进行配置和控制。 TLIN2441-Q1看门狗由PIN捆扎或SPI控制,具体取决于上电时引脚9的状态。 LIN是一种单线双向总线,通常用于低速车载网络,数据速率高达20 kbps。 LIN接收器支持高达100 kbps的数据速率,用于行结束编程。 TLIN2441-Q1使用限流波形整形驱动器将TXD输入上的LIN协议数据流转换为LIN总线信号,从而减少电磁辐射(EME)。接收器将数据流转换为逻辑电平信号,通过开漏RXDpin发送到微处理器。 使用休眠模式可以实现超低电流消耗,允许通过LIN总线或引脚唤醒。 LIN总线有两种状态:显性状态(接近电压)和隐性状态(电池附近的电压)。在隐性状态下,LIN总线通过内部上拉电阻(45kΩ)和串联二极管拉高。从应用程序不需要外部上拉组件。主应用需要一个外部上拉电阻(1kΩ)和LIN规范的串联二极管。 特性 AEC Q...
发表于 01-08 17:48 81次 阅读
TLIN2441-Q1 具有集成电压稳压器和看门狗的汽车本地互联网络收发器

TLIN1441-Q1 具有集成电压稳压器和看门狗的汽车本地互联网络收发器

TLIN1441-Q1是一款LocalInterconnect网络(LIN)物理层收发器,具有集成的低压差稳压器,唤醒和保护功能,符合LIN 2.0标准,LIN 2.1,LIN 2.2,LIN2.2A和ISO /DIS17987-4.2标准.TLIN1441-Q1集成了一个基于窗口或超时的看门狗监控器,可通过PIN或SPI进行配置和控制。 TLIN1441-Q1看门狗由PIN捆扎或SPI控制,具体取决于上电时引脚9的状态。 LIN是一种单线双向总线,通常用于低速车载网络,数据速率高达20 kbps。 LIN接收器支持高达100 kbps的数据速率,用于行结束编程。 TLIN1441-Q1使用限流波形整形驱动器将TXD输入上的LIN协议数据流转换为LIN总线信号,从而减少电磁辐射(EME)。接收器将数据流转换为逻辑电平信号,通过开漏RXDpin发送到微处理器。 使用休眠模式可以实现超低电流消耗,允许通过LIN总线或引脚唤醒。 LIN总线有两种状态:显性状态(接近电压)和隐性状态(电池附近的电压)。在隐性状态下,LIN总线通过内部上拉电阻(45kΩ)和串联二极管拉高。从应用程序不需要外部上拉组件。主应用需要一个外部上拉电阻(1kΩ)和LIN规范的串联二极管。 特性 AEC...
发表于 01-08 17:48 92次 阅读
TLIN1441-Q1 具有集成电压稳压器和看门狗的汽车本地互联网络收发器

SN65LBC031 高速控制器局域网 (CAN) 收发器

SN75LBC031是一个CAN收发器,用作CAN控制器和物理总线之间的接口,用于高达500 kBaud的高速应用。该器件为差分总线提供传输能力,并为控制器提供差分接收功能。发送器输出(CANH和CANL)具有内部转换调节功能,可提供受控对称性,从而实现低EMI辐射。两个变送器输出都可以完全防止电池短路和总线上可能发生的瞬态电压。在器件功耗过大的情况下,热关断电路会在大约160°C的结温下禁用输出驱动器。在发送器输入端包含内部上拉电阻可确保在上电和协议控制器复位期间定义输出。对于500 kBaud的正常操作,ASC端子打开或连接到GND。对于125 kBaud的低速运行,可以通过将ASC端子连接到V CC 来增加总线输出转换时间以降低EMI。接收器包括一个集成滤波器,可将信号抑制成小于30 ns的脉冲。 SN75LBC031的工作温度范围为-40°C至85°C。 SN65LBC031的工作温度范围为-40°C至125°C。 SN65LBC031Q的特点是可在-40°C至125°C的汽车温度范围内工作。 特性 SN75LBC031符合标准ISO /DIS 11898(最高500 k波特) 50 mA时的驱动器输出能力 宽输入/输出总输入/输出总线电压范围 总线输出短路保...
发表于 10-16 10:08 94次 阅读
SN65LBC031 高速控制器局域网 (CAN) 收发器

SN65HVD233 具有待机模式和环回功能的 3.3V CAN 收发器

SN65HVD233,SN65HVD234和SN65HVD235用于采用符合ISO 11898标准的控制器局域网(CAN)串行通信物理层的应用中。作为CAN收发器,每个都在差分CAN总线和CAN控制器之间提供发送和接收功能,信号速率高达1 Mbps。 设计用于特别恶劣的环境,设备具有交叉线保护,高达±36 V的过压保护,接地保护丢失,过热(热关断)保护以及±100 V的共模瞬变保护。这些器件可在7 V至12 V的宽共模范围内工作。这些收发器是微处理器上的主机CAN控制器与工业,楼宇自动化,运输和汽车应用中使用的差分CAN总线之间的接口。 模式: R < SN65HVD233,SN65HVD234和SN65HVD235的sub> S 引脚(引脚8)提供三种工作模式:高速,斜率控制和低功耗待机模式。通过将引脚8直接连接到地来选择高速工作模式,允许驱动器输出晶体管尽可能快地接通和断开,而不限制上升和下降斜率。可以通过在R S 引脚和地之间连接一个电阻来调整上升和下降斜率。斜率将与引脚的输出电流成比例。电阻值为10kΩ时,器件驱动器的压摆率约为15 V /μs,值为100kΩ时,器件的压摆率约为2.0 V /μs。有关斜率控制的更多信息,请参阅功能描述。 SN65HVD23...
发表于 10-16 10:08 234次 阅读
SN65HVD233 具有待机模式和环回功能的 3.3V CAN 收发器

TLIN2024-Q1 四路 LIN 收发器

TLIN2024-Q1器件是一款四路局域互连网络(LIN)物理层收发器,集成了唤醒和保护特性,符合LIN 2.0 ,LIN 2.1,LIN 2.2,LIN 2.2A和ISO /DIS 17987-4.2标准.LIN是一根单线制双向总线,通常用于低速车载网络,数据传输速率高达20kbps.LIN接收器支持数据传输速率高达100kbps的内联编程应用.TLIN2024-Q1具有两个独立的双路LIN收发器模块.V SUP1 /2 可控制独立的双路收发器模块.TLIN2024-Q1使用一个可降低电磁辐射(EME)的限流波形整形驱动器将TXD输入上的LIN协议数据流转化为LIN总线信号。接收器将数据流转化为逻辑电平信号,此信号通过开漏RXD引脚发送到微处理器。休眠模式可实现超低电流消耗,该模式允许通过LIN总线或EN引脚实现唤醒。集成电阻器,静电放电(ESD)保护和故障保护功能有助于设计人员节约应用的布板空间 特性 符合汽车类标准 具有符合AEC Q100标准的下列结果: 器件环境温度:-40°C至125°C 器件HBM ESD分类等级:±6kV 器件CDM ESD分类等级:±1.5kV 符合LIN 2.0,LIN 2.1,LIN 2.2,LIN 2.2A和ISO /DIS 17987-4.2标...
发表于 10-16 10:08 81次 阅读
TLIN2024-Q1 四路 LIN 收发器

SN75LBC031 收发器

SN75LBC031是一个CAN收发器,用作CAN控制器和物理总线之间的接口,用于高达500 kBaud的高速应用。该器件为差分总线提供传输能力,并为控制器提供差分接收功能。发送器输出(CANH和CANL)具有内部转换调节功能,可提供受控对称性,从而实现低EMI辐射。两个变送器输出都可以完全防止电池短路和总线上可能发生的瞬态电压。在器件功耗过大的情况下,热关断电路会在大约160°C的结温下禁用输出驱动器。在发送器输入端包含内部上拉电阻可确保在上电和协议控制器复位期间定义输出。对于500 kBaud的正常操作,ASC端子打开或连接到GND。对于125 kBaud的低速运行,可以通过将ASC端子连接到V CC 来增加总线输出转换时间以降低EMI。接收器包括一个集成滤波器,可将信号抑制成小于30 ns的脉冲。 SN75LBC031的工作温度范围为-40°C至85°C。 SN65LBC031的工作温度范围为-40°C至125°C。 SN65LBC031Q的特点是可在-40°C至125°C的汽车温度范围内工作。 特性 SN75LBC031符合标准ISO /DIS 11898(最高500 k波特) 50 mA时的驱动器输出能力 宽输入/输出总输入/输出总线电压范围 总线输出短路保...
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SN75LBC031 收发器

SN65LBC031Q 高速控制器局域网 (CAN) 收发器

SN75LBC031是一个CAN收发器,用作CAN控制器和物理总线之间的接口,用于高达500 kBaud的高速应用。该器件为差分总线提供传输能力,并为控制器提供差分接收功能。发送器输出(CANH和CANL)具有内部转换调节功能,可提供受控对称性,从而实现低EMI辐射。两个变送器输出都可以完全防止电池短路和总线上可能发生的瞬态电压。在器件功耗过大的情况下,热关断电路会在大约160°C的结温下禁用输出驱动器。在发送器输入端包含内部上拉电阻可确保在上电和协议控制器复位期间定义输出。对于500 kBaud的正常操作,ASC端子打开或连接到GND。对于125 kBaud的低速运行,可以通过将ASC端子连接到V CC 来增加总线输出转换时间以降低EMI。接收器包括一个集成滤波器,可将信号抑制成小于30 ns的脉冲。 SN75LBC031的工作温度范围为-40°C至85°C。 SN65LBC031的工作温度范围为-40°C至125°C。 SN65LBC031Q的特点是可在-40°C至125°C的汽车温度范围内工作。 特性 SN75LBC031符合标准ISO /DIS 11898(最高500 k波特) 50 mA时的驱动器输出能力 宽输入/输出总输入/输出总线电压范围 总线输出短路保...
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SN65LBC031Q 高速控制器局域网 (CAN) 收发器