潘霞　張慶余　張?zhí)K林

摘 要：中國的智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展已上升至國家戰(zhàn)略層面，在頂層設(shè)計方面，我國制定了一系列等指導性文件，從產(chǎn)業(yè)規(guī)劃、技術(shù)標準等方面推動智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展。在標準法規(guī)方面，國家發(fā)改委發(fā)布、工信部均發(fā)布響應指導性文件，指出分階段實現(xiàn)智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的目標。隨著智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)的日益成熟，合理的分層式結(jié)構(gòu)成為必然趨勢。

關(guān)鍵詞：智能網(wǎng)聯(lián)汽車;分層式結(jié)構(gòu);AUTOSAR架構(gòu)

1 引言

我國已積極開展智能網(wǎng)聯(lián)汽車共性基礎(chǔ)、關(guān)鍵技術(shù)、行業(yè)產(chǎn)業(yè)急需的標準以及相關(guān)法律法規(guī)的研究制定。國內(nèi)主要整車企業(yè)已開始在量產(chǎn)車上裝備了L2級輔助駕駛系統(tǒng)產(chǎn)品，并積極進行更高級自動駕駛技術(shù)及產(chǎn)品的開發(fā)。整車企業(yè)的列裝計劃也促進了我國自主輔助駕駛系統(tǒng)企業(yè)的快速發(fā)展。

在汽車產(chǎn)業(yè)智能化、聯(lián)網(wǎng)化不斷推進的大背景下，積極推進智能網(wǎng)聯(lián)汽車自動駕駛技術(shù)研究已成為行業(yè)當前的工作主體，當前在智能網(wǎng)聯(lián)汽車相關(guān)業(yè)務方面仍有很多關(guān)鍵性行業(yè)問題有待突破和解決。智能網(wǎng)聯(lián)汽車，在車輛動力系統(tǒng)方向?qū)②呄螂妱踊l(fā)展;底盤系統(tǒng)方向?qū)⒏幼⒅刂悄芑刂埔詽M足高級自動駕駛需求;而汽車電控及軟件架構(gòu)也將因為新的需求發(fā)生巨大的革新。汽車產(chǎn)業(yè)將迎來由傳統(tǒng)機械驅(qū)動時代（發(fā)動機、底盤、變速箱）轉(zhuǎn)移為智能驅(qū)動時代（數(shù)據(jù)、架構(gòu)、人工智能）的時代變革。伴隨著感知、融合、控制決策、高精地圖與高精定位、車聯(lián)網(wǎng)（V2X）等技術(shù)的不斷突破，自動駕駛車輛在汽車的占比將逐年增加，先在某些地區(qū)到達某個臨界點，在其他相關(guān)技術(shù)、法規(guī)政策的加持下，超前其他地區(qū)實現(xiàn)完全自動駕駛，汽車產(chǎn)業(yè)進入部分自動駕駛與完全自動駕駛共存階段。最后，隨著完全自動駕駛地區(qū)數(shù)量的不斷增加，從點到線，由線到面，最終實現(xiàn)全區(qū)域的完全自動駕駛。

基于AUTOSAR架構(gòu)設(shè)計的智能網(wǎng)聯(lián)汽車分層式結(jié)構(gòu)，形成車輛底層控制、核心自動駕駛系統(tǒng)以及上層應用的模塊化和平臺化，進一步促進核心系統(tǒng)層和底層數(shù)據(jù)接口、硬件接口，以及核心系統(tǒng)層和上層應用的數(shù)據(jù)接口和軟件接口定義的標準化，可實現(xiàn)根據(jù)不同項目、不同車型、不同功能配置和不同硬件選擇相應的軟件模塊，進行裁剪、移植和集成，從而縮短項目的軟件開發(fā)周期并降低開發(fā)成本，大幅提升車輛與系統(tǒng)的靈活適配性，進而積極推動自動駕駛車輛的大規(guī)模生產(chǎn)與應用。

2 AUTOSAR架構(gòu)簡析

AUTOSAR定義的軟件架構(gòu)，主要采用了分層式結(jié)構(gòu)，圍繞運行時環(huán)境（RTE）展開，RTE層以上是應用層部分，采用軟件組件（SWC）的形式定義。而RTE層的下方為基礎(chǔ)軟件層（BSW），其分層結(jié)構(gòu)見圖1，基礎(chǔ)軟件可分為兩個部分，分別是與硬件不相關(guān)的基礎(chǔ)軟件，包括操作系統(tǒng)、服務、通信等，以及和硬件相關(guān)的基礎(chǔ)軟件，包括微控制器抽象層MCAL和復雜驅(qū)動CDD。應用層與基礎(chǔ)軟件層的連接是通過RTE層，定義接口標準實現(xiàn)層間的數(shù)據(jù)交互。

2.1 標準接口定義

AUTOSAR共定義了三種類型的接口，分別是AUTOSAR接口、標準AUTOSAR接口以及標準接口。

AUTOSAR接口一方面描述軟件組件之間獲取和提供的數(shù)據(jù)和服務，另一方面描述軟件組件與ECU抽象層、復雜驅(qū)動之間進行的獲取和提供的服務。此種接口是按照AUTOSAR接口定義規(guī)則來定義的，這些接口中的一部分已經(jīng)由AUTOSAR定義，另外一部分需要整車企業(yè)自定義，通過這些接口實現(xiàn)了軟件組件在不同的ECU上的可重用性[1]。

標準AUTOSAR接口完全由AUTOSAR標準來定義，主要包括兩種類型的接口：基礎(chǔ)軟件提供給應用程序的服務接口以及整車企業(yè)根據(jù)需要配置的標準接口。標準接口即標準API，一般由C語言定義，主要實現(xiàn)ECU內(nèi)部BSW模塊之間，以及運行時環(huán)境和操作系統(tǒng)之間的函數(shù)調(diào)用關(guān)系。

2.2 虛擬功能總線VFB及運行環(huán)境RTE

AUTOSAR將底層基礎(chǔ)軟件和網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)抽象成虛擬的功能總線，即VFB，它是各類通信機制的一個集合。運行時環(huán)境RTE是指單個ECU上對VFB接口的實現(xiàn)。由于各個軟件組件之間無法實現(xiàn)直接通信，因此，需要RTE進行相應的封裝，提供層間通信所需的API，進而使用端口等方式進行數(shù)據(jù)信息交互。也就是說，軟件組件只需向VFB發(fā)送輸出信號[2]。

運行時環(huán)境RTE類似于面向?qū)ο缶幊痰闹饕枷耄鱾€ECU和其所對應的RTE都是特定的，RTE負責各個軟件組件與基礎(chǔ)軟件之間的通信。簡單來說，RTE可以看作是VFB的接口實現(xiàn)。

2.3 基礎(chǔ)軟件層BSW

基礎(chǔ)軟件可分為兩個部分，分別是與硬件不相關(guān)的基礎(chǔ)軟件，包括操作系統(tǒng)、服務、通信等，以及和硬件相關(guān)的基礎(chǔ)軟件，包括微控制器抽象層MCAL、ECU抽象層和復雜驅(qū)動CDD。其結(jié)構(gòu)如圖2所示。其中微控制器抽象層包括硬件驅(qū)動程序，用于訪問內(nèi)存、通信等。ECU抽象層主要負責實現(xiàn)通信、內(nèi)容或者I/O的訪問，為其提供統(tǒng)一的接口。

3 智能網(wǎng)聯(lián)汽車分層式結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1 智能網(wǎng)聯(lián)汽車關(guān)鍵技術(shù)

智能網(wǎng)聯(lián)汽車代表了未來汽車產(chǎn)業(yè)技術(shù)的發(fā)展方向和戰(zhàn)略制高點，也是國際汽車產(chǎn)業(yè)未來競爭的重要陣地。為落實《中國制造2025》和《汽車產(chǎn)業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃》，國家發(fā)改委在2018年發(fā)布了《智能汽車創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略（征求意見稿）》，指出了中國標準智能汽車全面發(fā)展的六大戰(zhàn)略任務。智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)業(yè)是一個大的產(chǎn)業(yè)集群，關(guān)鍵核心技術(shù)的持續(xù)攻關(guān)是中國在智能網(wǎng)聯(lián)汽車領(lǐng)域引領(lǐng)世界汽車工業(yè)發(fā)展的重要因素。以接口引領(lǐng)自動駕駛相關(guān)標準建立、建設(shè)各級別自動駕駛產(chǎn)品準入測試流程為主線，能夠有效地向產(chǎn)業(yè)鏈上下游延伸，貫徹標準先行方針，整合行業(yè)資源，推動企業(yè)在環(huán)境感知、高精地圖與高精定位、V2X、多傳感器融合、控制決策等上下游關(guān)聯(lián)技術(shù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)突破。

3.2 智能網(wǎng)聯(lián)汽車分層式結(jié)構(gòu)

智能網(wǎng)聯(lián)汽車分層式結(jié)構(gòu)以自動駕駛系統(tǒng)為核心中間層，系統(tǒng)層對下連接車輛底層（基礎(chǔ)層），包括車輛控制器、ECU、內(nèi)存驅(qū)動、通信驅(qū)動等，對上連接應用層，主要包括面向用戶的智能座艙、車載信息娛樂系統(tǒng)等，具體分層形式及各層所包含內(nèi)容如圖3所示。

3.2.1 基礎(chǔ)層

智能網(wǎng)聯(lián)汽車自動駕駛的執(zhí)行離不開車輛底層控制系統(tǒng)，自動駕駛的落腳點仍然是在于“駕駛”，也就是執(zhí)行機構(gòu)。在車輛具備線控的基礎(chǔ)上，通過自動駕駛系統(tǒng)層的環(huán)境感知、路徑規(guī)劃、智能控制等系列技術(shù)，輸出至車輛底層，進而執(zhí)行轉(zhuǎn)向、制動、加速等動作，實現(xiàn)真正意義上的自動駕駛。

其中自動駕駛系統(tǒng)層的第三層級——控制層，需要定義相應的接口標準，包括數(shù)據(jù)接口、軟件接口，以能夠和不同的車輛底盤進行靈活適配為目的，在盡可能少量的標定工作需求下，完成底層的對接。

3.2.2 核心系統(tǒng)層

系統(tǒng)層即對應自動駕駛系統(tǒng)，分為感知、決策、控制三層，感知層以多傳感器融合感知算法為核心，結(jié)合深度學習等先進算法，能夠?qū)崿F(xiàn)對周邊環(huán)境、障礙物、交通標識、行人等的準確識別。決策層重點在于路徑規(guī)劃算法的準確性和實時性，依托于環(huán)境感知和導航子系統(tǒng)的輸出信息，并通過一些特定約束條件（如無碰撞、安全抵達終點等），規(guī)劃出汽車的行車路徑?？刂茖又饕撠熫囕v的橫縱向精準控制[3]。

系統(tǒng)層對接上下兩層的核心在于接口定義的標準化，也就是說系統(tǒng)層和底層數(shù)據(jù)接口、硬件接口，以及系統(tǒng)層和應用層的數(shù)據(jù)接口和軟件接口定義的標準化，接口的標準化是實現(xiàn)自動駕駛系統(tǒng)快速移植的關(guān)鍵?？筛鶕?jù)不同項目、不同車型、不同功能配置和不同硬件選擇相應的軟件模塊，進行裁剪、移植和集成，大幅提升車輛與系統(tǒng)的靈活適配性，進而促進自動駕駛車輛的大規(guī)模生產(chǎn)與產(chǎn)業(yè)化落地，見圖4。

3.2.3 應用層

應用層是指通過搭載智能座艙、車載信息系統(tǒng)等應用層設(shè)施，面向用戶需求形成多場景的應用環(huán)境，此外，還包括特定場景下的自動駕駛落地運營車，如智能送餐車、智能安防巡邏車等等。其核心仍是基于自動駕駛系統(tǒng)的場景應用。

4 總結(jié)

隨著自動駕駛技術(shù)的日益完善，具備靈活適配性的自動駕駛系統(tǒng)勢必成為支撐自動駕駛升級和量產(chǎn)的必備產(chǎn)品。系統(tǒng)層對接基礎(chǔ)層與應用層數(shù)據(jù)接口、軟件接口的標準化成為制約自動駕駛技術(shù)量產(chǎn)的重要因素。因此，智能網(wǎng)聯(lián)汽車的分層式結(jié)構(gòu)定義也將成為必然發(fā)展趨勢。

參考文獻：

[1]王林，曹建華，王同景.基于AUTOSAR規(guī)范的BMS軟件開發(fā)方法.[J].上海汽車，2019（07）：3-10.

[2]曾浩.基于AUTOSAR的主動安全帶控制器軟件構(gòu)架設(shè)計. [C].中國汽車工程學會（China Society of Automotive Engineers）：中國汽車工程學會，2019：3.

[3]潘霞，張慶余，朱強.高精度地圖在自動駕駛領(lǐng)域的作用及意義解析[J].時代汽車，2019（04）：49-50+53.