基于功能架構(gòu)的OMS域控制集成研究

OMS是汽車內(nèi)的乘客監(jiān)控系統(tǒng)的統(tǒng)稱，它利用在車內(nèi)裝配的各種乘員探測(cè)傳感器的檢測(cè)數(shù)據(jù)，通過一系列特定的算法，分析出乘員的存在和安全狀況，以實(shí)施報(bào)警或輔助駕駛等行為，從而達(dá)到車內(nèi)安全監(jiān)控的目的。文章提供一種集成OMS的域控制架構(gòu)設(shè)計(jì)方案，在算法實(shí)現(xiàn)上用域控制器取代OMS控制器，以解決當(dāng)前設(shè)計(jì)上的限制性難題，同時(shí)兼顧經(jīng)濟(jì)性。1、前言O(shè)MS（OccupancyMonitoringSystem，車內(nèi)乘客監(jiān)控系統(tǒng)）通過各種類型的乘員探測(cè)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(duì)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(cè)到主駕人員人臉的詳細(xì)信息，同時(shí)能檢測(cè)到車內(nèi)乘客的準(zhǔn)確信息，因此在自動(dòng)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(cè)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。2系統(tǒng)組成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1OMS系統(tǒng)框圖2.1乘員檢測(cè)裝置1）駕駛員監(jiān)測(cè)攝像頭：監(jiān)測(cè)駕駛員的狀態(tài)。2）車內(nèi)前排攝像頭：監(jiān)測(cè)車內(nèi)前排的乘員。3）車內(nèi)后排攝像頭：監(jiān)測(cè)車內(nèi)后排的乘員。4）手勢(shì)識(shí)別攝像頭：檢測(cè)車內(nèi)前排人員的手勢(shì)。5）車外人臉識(shí)別攝像頭：識(shí)別駕駛員或其他人員的身份。6）紅外檢測(cè)儀：通過紅外線檢測(cè)車內(nèi)物體。2.2控制器1）智駕域控制器：部分OMS檢測(cè)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(dòng)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(cè)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)。2.3附屬支持設(shè)備或平臺(tái)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(duì)監(jiān)測(cè)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(dòng)等相關(guān)的元件，用于支持手動(dòng)/自動(dòng)駕駛。3設(shè)計(jì)過程3.1步驟1基于OMS的用戶使用場(chǎng)景，通過市場(chǎng)調(diào)查和一套特殊的場(chǎng)景分析方法，對(duì)每一個(gè)場(chǎng)景進(jìn)行解析，然后提煉出OMS的功能清單（圖2）。從場(chǎng)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2OMS系統(tǒng)場(chǎng)景分析3.2步驟2對(duì)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3OMS系統(tǒng)功能鏈路從功能層級(jí)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(jí)分離。3.3步驟3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(duì)各功能硬件的算力、存儲(chǔ)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4OMS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(duì)單個(gè)硬件接口、算力、內(nèi)存以及安全等要求。3.4步驟4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5OMS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(chǔ)、硬件接口和總線通信帶寬等資源，同時(shí)考慮功能需求對(duì)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(cè)、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(duì)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?jìng)骱退惴ㄕ{(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。、3.5步驟5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(cè)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。4結(jié)束語采用基于功能架構(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