龐仁勇,陳文慶,姚 昂,吳 凡,黃麗芳,徐 偉
(廣州汽車集團(tuán)股份有限公司 汽車工程研究院,廣東 廣州 511434)
OMS(Occupancy Monitoring System,車內(nèi)乘客監(jiān)控系統(tǒng))通過各種類型的乘員探測傳感器,采集車內(nèi)的乘員(包括人和/或有生命體征的其他活物)存在的信息,結(jié)合汽車的狀態(tài)信息(門的開閉、車速等),通過特定的算法融合,以確定是否報(bào)警或者對汽車實(shí)施限制性措施,從而確保車內(nèi)乘員的生命安全。
OMS能準(zhǔn)確監(jiān)測到主駕人員人臉的詳細(xì)信息,同時(shí)能檢測到車內(nèi)乘客的準(zhǔn)確信息,因此在自動駕駛和座艙控制領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。隨著監(jiān)測技術(shù)的發(fā)展,未來在汽車技術(shù)應(yīng)用中OMS將發(fā)揮越來越重要的作用。
由于OMS在系統(tǒng)設(shè)計(jì)和集成上的高難度,以及高昂的獨(dú)立控制器成本,導(dǎo)致該系統(tǒng)在應(yīng)用上受到很大限制。隨著域控制技術(shù)的發(fā)展,智駕、座艙等域控制器已逐漸成為了智能汽車的標(biāo)配,因此把OMS的控制算法分拆和部署到域控制器,并將其算法和各域控的算法進(jìn)行融合,不但可以解決功能安全等限制性難題,也將成為一種更為經(jīng)濟(jì)的技術(shù)方案。
OMS系統(tǒng)包含3個(gè)部分的元器件(圖1),其零部件組成及其用途說明如下。
圖1 OMS系統(tǒng)框圖
1)駕駛員監(jiān)測攝像頭:監(jiān)測駕駛員的狀態(tài)。
2)車內(nèi)前排攝像頭:監(jiān)測車內(nèi)前排的乘員。
3)車內(nèi)后排攝像頭:監(jiān)測車內(nèi)后排的乘員。
4)手勢識別攝像頭:檢測車內(nèi)前排人員的手勢。
5)車外人臉識別攝像頭:識別駕駛員或其他人員的身份。
6)紅外檢測儀:通過紅外線檢測車內(nèi)物體。
1)智駕域控制器:部分OMS檢測設(shè)備的數(shù)據(jù)采集和處理,部分OMS的算法集成,同時(shí)融入輔助駕駛/自動駕駛相關(guān)的計(jì)算和應(yīng)用。
2)座艙域控制器:部分OMS檢測設(shè)備的數(shù)據(jù)采集和處理,部分OMS的算法集成,OMS的顯示/報(bào)警,同時(shí)融入座艙域控制相關(guān)的算法集成。
3)網(wǎng)關(guān):數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)。
1)顯示屏:進(jìn)行OMS圖像/文字等的顯示、報(bào)警等。
2)揚(yáng)聲器:代表發(fā)聲裝置,進(jìn)行OMS聲音報(bào)警或提示。
3)云:擴(kuò)展進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)分析或處理,并擴(kuò)展對監(jiān)測數(shù)據(jù)的應(yīng)用。
4)方向盤:用來代表駕駛相關(guān)的輸出元件,如汽車行使、轉(zhuǎn)向、制動等相關(guān)的元件,用于支持手動/自動駕駛。
基于OMS的用戶使用場景,通過市場調(diào)查和一套特殊的場景分析方法,對每一個(gè)場景進(jìn)行解析,然后提煉出OMS的功能清單(圖2)。從場景分析到功能清單的提取過程中,需要經(jīng)過反復(fù)的提煉和可用性分析,直到所有的功能都被提取,然后再轉(zhuǎn)到下一步工作。由此提煉出的功能清單,可以進(jìn)行功能的精準(zhǔn)定義,同時(shí)避免功能的設(shè)計(jì)過度、偏離或遺漏。
圖2 OMS系統(tǒng)場景分析
對OMS功能清單進(jìn)行技術(shù)描述,并展開相應(yīng)的功能設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)中定義出每個(gè)功能從輸入、邏輯處理到輸出的鏈路,以及相互連接的接口,如圖3所示。
圖3 OMS系統(tǒng)功能鏈路
從功能層級設(shè)計(jì)出OMS的工作邏輯,可以實(shí)現(xiàn)功能的全局設(shè)計(jì),并方便功能的增加、變更和完善,而不影響下游的方案設(shè)計(jì)和產(chǎn)品開發(fā),實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)的層級分離。
根據(jù)功能的屬性和技術(shù)領(lǐng)域的劃分,結(jié)合現(xiàn)有硬件資源,展開功能的分配(圖4)。在對各功能硬件的算力、存儲等需求分析后,結(jié)合功能分配的原則性要求,決策各功能具體應(yīng)該部署在哪里。
圖4 OMS系統(tǒng)功能部署
這種基于控制器硬件資源的OMS功能分配方法,可以避免用一個(gè)控制器實(shí)施帶來的昂貴控制器開發(fā),即通過分散硬件接口的方式降低其對單個(gè)硬件接口、算力、內(nèi)存以及安全等要求。
根據(jù)功能的部署要求、技術(shù)特性和實(shí)現(xiàn)要求,結(jié)合OMS的實(shí)體元件,設(shè)計(jì)出技術(shù)方案。該方案需要結(jié)合OMS系統(tǒng)、智駕系統(tǒng)和座艙系統(tǒng)本身的技術(shù)特性和實(shí)現(xiàn)要求,反復(fù)論證其技術(shù)可行性。同時(shí)在此過程中不斷優(yōu)化設(shè)計(jì),滿足經(jīng)濟(jì)性要求,直到最終設(shè)計(jì)出安全可靠而又性價(jià)比高的大系統(tǒng)(含OMS、智駕、座艙)方案,如圖5所示。
圖5 OMS系統(tǒng)技術(shù)方案
在設(shè)計(jì)過程中,需要充分考慮智駕域控制器和座艙域控制的算力、存儲、硬件接口和總線通信帶寬等資源,同時(shí)考慮功能需求對算法的依存度,分別將相應(yīng)的功能模塊分配到算法依賴度高和調(diào)用頻度高的域控制器中,節(jié)約總線通信帶寬。部分涉及智能駕駛的功能模塊,如疲勞監(jiān)測、駕駛員在環(huán)等,涉及功能安全,需要在軟硬件的設(shè)計(jì)上考慮冗余或備份。圖5的設(shè)計(jì)方案中,在硬件上可以使用駕駛員監(jiān)控?cái)z像頭和車內(nèi)前排攝像頭以及對應(yīng)的域控制器進(jìn)行備份,軟件算法在智駕域控制器上也可以兼顧,不用增加額外的開發(fā)資源或成本。
根據(jù)功能分配的結(jié)果,智駕域和座艙域?qū)MS系統(tǒng)進(jìn)行了切割,相互之間通過數(shù)據(jù)透傳和算法調(diào)用的方式,來實(shí)現(xiàn)OMS的系統(tǒng)融合。而在產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)層面則通過總線(Ethernet+CAN/CANFD)數(shù)據(jù)傳輸來實(shí)現(xiàn)。這種方法可以平衡現(xiàn)有硬件資源的使用,并可優(yōu)化資源,降低技術(shù)開發(fā)難度和節(jié)約成本。
將系統(tǒng)設(shè)計(jì)的需求和技術(shù)要求,分解到系統(tǒng)內(nèi)的各個(gè)元件,并展開產(chǎn)品的軟硬件開發(fā)。開發(fā)完成后,通過系統(tǒng)集成測試驗(yàn)證,來檢驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性、可用性和可靠性。
采用基于功能架構(gòu)的設(shè)計(jì)方法,結(jié)合現(xiàn)有域控制器硬件資源的分配,來實(shí)現(xiàn)OMS系統(tǒng)的控制集成,是一種兼顧控制需求和硬件資源能力的平衡方法。它從場景分析開始,提煉出功能清單,然后對功能進(jìn)行設(shè)計(jì)和分配,部署到合適的控制器中。通過利用現(xiàn)有域控制器硬件資源來進(jìn)行OMS設(shè)計(jì)的方案,不但可以實(shí)現(xiàn)控制需求的合理分配,還能節(jié)約成本,確保了經(jīng)濟(jì)性。