学习笔记14--自动驾驶域接口

本系列博客包括6个专栏，分别为：《自动驾驶技术概览》、《自动驾驶汽车平台技术基础》、《自动驾驶汽车定位技术》、《自动驾驶汽车环境感知》、《自动驾驶汽车决策与控制》、《自动驾驶系统设计及应用》。
此专栏是关于《自动驾驶系统设计及应用》书籍的笔记.

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2.自动驾驶域接口

2.1 自动驾驶系统的硬件架构

自动驾驶系统主要包括三部分：感知、决策、控制；

L1、L2、ADAS系统的硬件架构体系和供应链相对完善的符合车规级要求：

1. 感知层：依赖大量传感器的数据，分为：车辆运动、环境感知、驾驶员检测三大类；
2. 车辆运动传感器：速度和角度传感器提供车辆线控系统的相关横向和纵向信息，“惯性导航+全球定位系统=组合导航”，提供全姿态信息参数和高精度定位信息；
3. 环境感知传感器：负责环境感知的传感器类似于人的视觉和听觉，如果没有环境感知传感器的支撑，将无法实现自动驾驶功能；主要依靠激光雷达、摄像头、毫米波雷达的数据融合提供给计算单元进行算法处理；V2X是与周围一切能与车辆发生关系的事物进行通信，包括：V2V车辆通信技术、V2I车辆与基础设施如红绿灯的通信技术、V2P车辆与行人的通信等；
4. 驾驶员监测传感器：分为摄像头的非接触式和基于生物电传感器的接触式两种；通过方向盘和仪表台内集成的传感器，将驾驶员的面部细节及心脏、脑部等部位的数据进行收集，再根据这些部位数据变化，判断驾驶员是否处于走神和疲劳驾驶状态；
5. 计算单元部分：各类传感器采集的数据统一到计算单元处理，为了保证自动驾驶的实时性要求，软件响应最大延迟必须在可接受范围内，这对计算的要求非常高；目前的主要解决方案分别基于：GPU、FPGA、ASIC等；
6. 车辆控制：自动驾驶需要用电信号控制车辆的转向、制动、油门系统，其中涉及车辆底盘的线控改装，目前在具备自适应巡航、紧急制动、自动泊车功能的车上可以直接借用原车的系统，通过CAN总线控制而不需要过度改装；
7. HMI系统：车机、仪表、HUD等车内HMI的设计主要目的是与车内乘员实现交互，如：导航、接管提醒、语音交互等，且能通过声音、图像、振动提醒司机注意安全，有效减少司机困倦、分心的状态；

2.2 自动驾驶域车内接口

1. 同轴电缆

   1. 同轴电缆(Coaxial cable)是一种电线及信号传输线，一般由4层物料造成：最内是一条导电铜线，线的外面有一层塑胶(作绝缘体、电介质之用)围拢，绝缘体外面有一层薄的网状导电体(一般为铜或合金)，导电体外面是最外层的绝缘物料作为外皮；
   2. 短距离的同轴电缆一般用于家用影音器材或业余无线电设备；
   3. 长距离的同轴电缆常用作电台或电视台网络中的电视信号线；

2. 双绞线

   1. 双绞线(Twisted Pair，TP)是一种综合布线工程中最常用的传输介质，是由两根具有绝缘层的铜导线组成的；把两根绝缘的铜导线按一定密度互相绞在一起，每一根导线在传输中辐射出来的电波会被另一根线上发出的电波抵消，有效降低信号干扰的程度；

   2. 与其他传输介质相比，双绞线在传输距离、信道宽度和数据传输速度等方面均受到一定限制，但价格较为低廉；

   3. 双绞线的优点包括：

      1. 传输距离远、传输质量高；

      2. 布线方便、线缆利用率高；

      3. 抗干扰能力强；

         双绞线能有效抑制共模干扰，即使在强干扰环境下，双绞线也能传送极好的图像信号；使用一根线缆内的几对双绞线分别传送不同的信号，相互之间不会发生干扰；

      4. 可靠性高、使用方便；

         利用双绞线传输视频信号，在前端要接入专用发射机，在控制中心要接入专用接收机；这种双绞线传输设备价格便宜，使用起来简单，无须专业知识，无太多操作，一次安装，长期稳定工作；

      5. 价格便宜，取材方便；

         使用的是广泛使用的普通5类非屏蔽线缆或普通电话线，购买容易，价格便宜；

3. 其他车内接口

   1. AUX
      1. AUX是Auxiliary(辅助)的缩写，是一种额外的信号线路设计；
      2. AUX端口(Auxiliary port)为异步端口，主要用于远程配置，也可用于拨号连接，还可通过收发器与Modem进行连接；支持硬件流控制(Hardware Flow Control)；AUX端口与Console端口通常被放置在一起，因为各自所适用的配置环境不一样；
      3. AUX接口在用户与设备之间建立命令行的连接方式，为设备进行一些通常在用户模式下无法完成的操作，如初始化、恢复初始配置、修正不正常的用户模式等；
      4. 利用AUX接口，可以实现对硬件产品的远程配置，线路备份等功能；
   2. USB
      1. USB是Universal Serial Bus的缩写，含义是"通用串行总线"；
      2. USB具有传输速度快、使用方便、支持热插拔、连接灵活、独立供电等优点，可以连接鼠标、键盘、打印机、扫描仪、摄像头、闪存盘、MP3播放器、手机、数码相机、移动硬盘、外置光软驱、USB网卡、ADSL Modem、Cable Modem等几乎所有的外部设备；
      3. USB总线接口的优点：
         1. USB接口使用方便，统一的物理协议和连接器能满足多种外设需求，无须再为不同外设准备不同的接口和协议；
         2. USB接口自带电源和地线，可由总线提供5V电压和最大500mA的电流，低功耗外设无需外接电源，非常适合于便携设备；
         3. USB接口支持热插拔，无须断电即可进行设备与主机的连接和断开，操作非常方便；
         4. USB接口真正支持即插即用，可自动识别USB总线上设备的插入或卸载，无须用户重新设定端口地址和中断请求；
         5. USB接口的数据传输率比传统通信接口快几十倍甚至百倍，USB2.0最大传输带宽为480Mb/s即60MB/s，USB3.0最大传输带宽高达5.0Gb/s；
         6. USB接口单独使用自己的保留中断，无须为不同外设申请多个IRQ资源和内存I/O地址，大大节省系统资源；
         7. USB接口协议支持同步、中断、块和控制传输4种类型，可满足不同设备的数据传输要求，使其在实际应用中更具灵活性；
         8. USB协议中定义了完整的错误检测机制，可以保证高速储传输过程的可靠性；

2.3 接口存在的问题

1. 随着越来越多电子装置进驻车辆，产生的数据越来越多，这些数据必须在很短的时间内进行传输与处理，因为ADAS指令的延迟可能人命攸关；
2. 自动驾驶车辆的视讯性能非常重要，包括影像分辨率及延迟性，因为影像传输若发生问题会产生致命结果，更高的影像分辨率与接近零的延迟，都需要更高带宽；
3. 在车内15m的传输距离感觉很短，但缆线不一定是直直从A点到B点，会绕过座椅、车门等，更别说车辆的引擎及各种零部件；