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        福瑞泰克智能系統沈駿強:ADAS軟件架構的設計和演進

        2021第二屆軟件定義汽車高峰論壇暨AUTOSAR中國日在上海成功舉辦,本次論壇也是第十九屆上海國際汽車工業展覽會的同期活動。本次會議邀請到了福瑞泰克智能系統首席技術官沈駿強博士進行題為《ADAS軟件架構的設計和演進》的主題演講,以下是他本次演講的主要內容:

        軟件定義汽車,福瑞泰克

        福瑞泰克智能系統首席技術官 沈駿強博士

        大家早上好,今天我給大家分享的題目是ADAS軟件架構的設計和演進。福瑞泰克是ADAS和自動駕駛完整解決方案的Tier1供應商。我們有強大的本地工程能力與服務能力。公司產品開發包括,第一代攝像頭FVC1在2019年7月已經實現前裝量產。第二代FVC2在今年7月能實現前裝量產,進入國內主流的主機廠。毫米波雷達CVR10在去年11月已經前裝量產,域控制器在今年年底前實現前裝量產,自動泊車系統DCU在今年年底之前實現前裝量產。

        今天跟大家探討一下關于軟件定義汽車的一些觀點,我們公司在這方面的思考以及做法。直觀理解,用軟件實現的功能比硬件更經濟,這是SDV最基本的價值。第二個是增值服務,用OTA升級的方法,即使在售后也能獲得增值服務。

        協同價值方面,軟件的靈活性可以在不同產品平臺上進行移植,增加了軟件的靈活性、高效率,實現OEM和不同供應商之間的有效協同。軟件能力成為OEM和Tier1供應商成功的關鍵因素,所以今后軟件能力以及軟件在ADAS和自動駕駛領域的重要性變得越來越大。對于SDV的思考:

        第一個是如何快速落地,基于SDV的開發跟傳統的開發相比是比較顛覆性,存在新的開發方法和大量legacy軟件系統之間如何共存的問題。我們認為軟件定義汽車的進程還需要一定的開發節奏,實現平穩的從傳統開發方法到軟件定義汽車這樣的一個過渡。

        第二個關于商業化的模式。有了軟件定義汽車之后,把產品加服務作為我們今后產品商業化的思考重點,所以服務在今后整個產品開發和銷售進程當中會起到越來越重要的作用。

        第三個是產品定義的視角,原先定義一輛汽車的功能更多是主機廠或者供應商從功能本身以及性能角度定義的,今后隨著SDV概念的落地,產品定義的視角更多會從用戶體驗以及用戶需求角度來做。從用戶體驗和用戶需求角度來看,不同的用戶群有不同的需求,對某些功能的體驗也會有所不同。

        有這樣一個需求存在,要滿足不同用戶的需求以及他們對功能的體驗,就要求我們的產品能夠做到適應不同的客戶群,從原先的千人一面變成千人千面這樣產品開發方法。

        第四個是研發流程,這個流程也會發生一些變化,傳統的開發流程是軟件和硬件緊密關聯在一起的,在SDV背景下,硬件開發和軟件開發相對會獨立, 軟件能夠在不同的平臺上運行,獨立于硬件平臺。

        第五個是供給關系,軟件定義汽車的概念出現后,傳統的主機廠、Tier1的垂直關系會變成主機廠以及合作伙伴之間相互交叉,協同和合作的關系,形成一個開發的生態群,大家一起協同把產品做好。

        第六個是差異化新功能的迭代,隨著我們對用戶群體需求的研究,通過OTA軟件升級來提高對車輛,對用戶各種需求的滿足,這樣,車輛功能以及對應的價值也會不斷地增加。

        我簡單介紹一下福瑞泰克在智能駕駛方面對軟件定義汽車的理解以及做法。我們認為軟件定義汽車的核心是架構的定義,需要有一個好的架構,這個架構包括系統架構,功能架構,軟件架構,硬件架構等等,對于產品架構定義是分層來進行的。

        最頂層是統一的功能架構,在功能架構之下有子系統與功能模塊的定義,再分成硬件平臺化,軟件模塊化,再底層支撐的就是功能安全的平臺化以及開發工具的平臺化。除了產品本身,我們的開發工具以及開發環境也需要做到平臺化。

        目前福瑞泰克正在開發以及今后兩三年會量產的智能駕駛的產品,涵蓋從L2.5到L3.0的功能演進。L2.5以HWA功能作為代表性功能,系統配置包括1V5R+HD Map,目前OEM已經有不少量產車輛具備了這樣的功能。中間的是Super HWA(L2.9),可脫手,低速可脫眼,典型配置包括6V5R1D+HD Map+環視。目前有一部分量產車型存在,包括國產長安UNI-T,我們福瑞泰克也參與到了UNI-T系統開發當中。右邊是HWP(L3),這是完手脫眼,典型配置是1L6V5R1D+HD Map+環視,量產車型目前還比較少,但是大家都在加緊研發,爭取今后兩三年能夠推出。

        這個是福瑞泰克的DCU產品路線圖對應前面三個不同階段功能的產品。第一代域控制器DCU1在今年11月會SOP量產,中間是DCU2在明年4季度會SOP,右邊的是在2023年Q2 SOP的DCU3,能提供L3功能。針對前面提到三個不同階段的功能,我們福瑞泰克有相對應的域控制器的產品以及所配套的傳感器組成完整系統解決方案提供給OEM主機廠。

        下面我針對DCU3的架構簡單給大家介紹一下。首先看一下DCU3的EE架構,包括中間ADAS控制器以及以太網Switch。處理器具備在故障情況下的主備份冗余,在正常情況下是負荷分擔。

        再看一下系統功能架構,主備份冗余的ADAS控制器1和2,在每一個控制器里面對功能的分配做了比較細致的劃分。有些重要的功能是有主備份冗余的,也有好大一部分是做了負荷分擔。

        每一個傳感器所對應的接口,包括攝像頭,雷達和激光雷達,分別通過LVDS、以太網及CAN-FD來接入到域控制器。在域控制器里面除了兩個相互冗余的ADAS控制器1和ADAS控制器2之外,還配備了一個MCU來承擔控制功能以及對整個系統的診斷和對外通訊功能,我們對功能安全也做了更加細致的考慮, 對于系統失效的安全途徑做了一個很細致的分析。大家知道L3系統里有不同的處理器和傳感器,包含了很多部件。系統失效并不是說同一時間,某一個備份的所有部件都失效了,而是需要考慮前雷達失效了怎么辦,前攝像頭失效了怎么辦,側邊雷達失效了怎么辦?所以我們針對各種不同的零部件失效做了一個失效安全途徑的分析。

        L3功能在不同失效模式下會有不同的功能降級,在某些情況下,L3可能會降級到L2,某些情況下可能會完全退出,這依賴于我們對于系統失效模式的分析以及安全途徑的確定。

        域控制器功能軟件框架,從大的層面來講我們的劃分跟業界其他公司做得大同小異。如果看得更仔細的話,我們對每一個功能劃分和模塊化設計做了更細致的工作。ADAS智能駕駛分為感知子系統,融合子系統,決策子系統,控制子系統,安全子系統,通訊子系統。每一個子系統可以再進一步劃分,比如感知子系統里面我們針對攝像頭,雷達,激光雷達,超聲波雷達等軟件功能進行劃分。有了這樣一個軟件功能的框架,這個架構就能夠比較好地支持算法,能夠增加軟件相對于硬件的獨立性,來增加軟件的一致性以及今后功能升級和迭代。

        EE架構里面包括SOC和MCU,我們針對MCU軟件架構做了進一步定義。從AUTOSAR到上層各種應用。上層應用中包含安全、融合、數據分析以及數據存儲、決策和控制,在每一個子模塊里面又進一步細分下一層子功能,MCU是基于AUTOSAR框架來做的。

        SOC軟件架構包括OS以及所對應的各種驅動以及中間件,中間件上面是各種APP的應用。中間件所承擔的角色是底層和上層之間數據交換的接口,同時也承擔了各種功能安全和診斷服務。

        我們再看一下中間件的框架,在底層構建了Classical AUTOSAR,Adaptive AUTOSAR以及其他平臺。針對服務,針對數據處理以及針對通訊系統也定義了各種連接底層和上層應用的子模塊。

        概括一下,這里面給大家展示的關于福瑞泰克在如何支持軟件定義汽車這方面,我們認為架構的定義是最關鍵的一步,所以我們在定義平臺化的架構上面做了非常多的工作,從而來提高我們對域控制器開發效率,提高我們對域控制器產品開發的質量和性能。

        針對OTS升級能力,我們對產品在開發階段以及在產品售后也有不同的規劃。在開發階段,我們采集數據,通過算法的迭代來提高性能,增加高速脫手巡航以及有限場景的泊車,低速場景的L3等功能和性能。隨著后續數據的積累以及對算法不斷的迭代,我們會升級到HWP允許40Km/h下脫眼,這就需要采集一定數量的高精地圖以及眾包高精度地圖,通過這些車輛投放到市場以后采集海量的數據來迭代我們產品的性能,這樣的話系統能力會逐漸提升,功能和性能的定義也會越來越清晰。到了那個階段就可以做到L3級,所以在不增加傳感器能力的前提下面,通過提高算法的能力,通過大量眾包數據的采集逐漸定義我們的系統能力,來發掘足夠多的Corner Cases,最終達到ODD限定內的脫手脫眼駕駛體驗。

        針對ADAS市場前景,這是我們福瑞泰克的一個構想,這里跟大家分享一下。目前,L2  ADAS系統毫無疑問是最大的市場。初級L2+(HWA)在成本可控前提下能提高體驗。

        體驗式的L3(包括低成本AVP)增加了HDMap,DMS等額外輸入,提供了更高級別的功能。但系統安全性無法完全由車輛系統保障,需要用戶隨時介入,體驗有限。體驗式L3是在其他條件還不是太成熟的情況下,在判定駕駛員是車輛駕駛責任主體的前提下,給大家提供L3的功能體驗。

        L3/L2.9系統可以在ODD范圍內長期脫手脫眼,但傳感器配置和成本會有所增加。需要對成本和系統性能之間做一個平衡。

        軟件定義汽車,福瑞泰克

        最后有幾個關于量產化的問題拿出來跟大家探討一下。

        1、 L2-L4是否需要統一架構?從大的層面來看,L2和L4肯定需要有統一架構的,但從更加細化的架構定義看,如果從成本和性價比角度,我們還是需要針對L2,L3及L4架構在下一層架構定義上有所區別的。我提出這個問題的背景主要想跟大家探討,關于L4的架構的降維設計來滿足L2的功能需求,提供給目前規模最大的L2市場。單純從技術上來講是完全可行的,但是如果考慮商業化的話,L4降維不一定是最優化的架構設計考慮的設計起點。

        2、 做加法還是做減法?是向上演進還是向下演進呢?我們認為做自動駕駛需要從低級別到高級別逐漸往上演進的,在這個過程中,去優化和演進我們的架構設計,并且不斷實現產品的商業化落地。從另一方面看,L4架構對高階傳感器和計算平臺的算力的依賴度比較高,做減法并不容易,如果裁剪掉其中的一些傳感器和處理模塊的配置,可能會使得一些主要的模塊進行重新設計。

        3、如何做到硬件預埋和造車成本的最優化?這也需要綜合考慮,主要看用戶對功能以及性能的需求。大家知道一個車壽命10年左右,如何把握這10年左右的生命周期來確定初始硬件預埋的成本以及后續軟件升級所對算力和傳感器的需求。

        4、OTA最主要的初衷是什么?第一,是對軟件版本的迭代,對當前版本某些不盡如人意的功能以及性能上的迭代。第二,是對新的功能的增加。OEM在車輛SOP時,需要已經具備主要的功能。 我認為OTA升級規模以及迭代的頻次,這也是需要我們大家一起來思考的。即使預埋了各種算力和各種傳感器,在產品最初賣出去的時候還是需要具備最基礎的功能,如果缺乏這些最基礎的功能,后續產品升級可能會存在一定的問題。

        5、智能駕駛的軟件增值功能的價值及時間點在哪里?車輛10年生命周期對軟件增值的需求到底要考慮多少年。車輛本身是10年左右的生命周期,但是它的價值是在逐年遞減的,同時,智能駕駛軟件通過OTA增值功能來提升車輛價值,這兩條曲線之間交點到底具體在哪一點,也就是考慮多少年之后的軟件升級功能,這也關聯到最初硬件需要預埋是關聯在一起的。

        這些問題沒有明確的答案,拋出來跟大家探討,也分享了我們福瑞泰克對這些問題的基本思考。

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