智能底盤操作系統(tǒng)白皮書

智能底盤操作系統(tǒng)白皮書2編寫委員會3指導(dǎo)專家組4567 8 9智能底盤操作系統(tǒng)是一種運行在智能汽車底盤的廣義操作系統(tǒng)，用于件等，其支持各個控制單元的實時控制功能以及底盤各系統(tǒng)的實時數(shù)據(jù)交能底盤域控制器發(fā)展。智能底盤操作系統(tǒng)面向域控制器更復(fù)雜的功能場景依托電動汽車產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟、中國汽車工程學(xué)會汽車基礎(chǔ)軟合行業(yè)力量，共同提出面向中央集中式電子電氣架構(gòu)趨勢的智能底盤操作第1章.智能底盤發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢智能底盤技術(shù)作為汽車智能化與電動化發(fā)展的關(guān)鍵支撐，正經(jīng)歷著從盤和智能化等多方面技術(shù)的發(fā)展使智能底盤各子系統(tǒng)更加深入地融合，完線控轉(zhuǎn)向摒棄了傳統(tǒng)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中方向盤與轉(zhuǎn)向輪之間的機械連接，完全通過電子信號和電氣元件來實現(xiàn)轉(zhuǎn)向操作的傳遞與控制。線控轉(zhuǎn)向技術(shù)可以根據(jù)不同的駕駛場景和車速自動或手動調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)向傳動比，同時通過電早期的線控轉(zhuǎn)向通過離合器控制轉(zhuǎn)向傳動軸的通斷實現(xiàn)方向盤與轉(zhuǎn)向后輪轉(zhuǎn)向目前在全球范圍內(nèi)正處于快速發(fā)展階段，豪華車型搭載率相線控懸架通過整合傳感器和電控系統(tǒng)，將傳統(tǒng)的彈性和減震元件升級據(jù)汽車的運動和路面狀況檢測與預(yù)瞄適時調(diào)節(jié)懸架的剛度和阻尼，在車身定桿及液壓主動懸架成本較高，其應(yīng)用尚不如空氣彈簧和連續(xù)可調(diào)阻尼控汽車懸架正在經(jīng)歷由被動懸架向主動懸架的升級。以空氣懸架和連續(xù)可調(diào)阻尼控制為主的半主動懸架成本逐年下降，已成為整車舒適性和差異內(nèi)高校及相關(guān)企業(yè)均已開展相關(guān)自主研發(fā)并取得一定成果。隨著技術(shù)持續(xù)線控驅(qū)動系統(tǒng)根據(jù)駕駛員動作和汽車各種行駛信息分析駕駛員意圖，根據(jù)數(shù)量及布置位置可分為（前/后）單電機、雙電機四驅(qū)、后雙電機、三擴大車輛控制的物理邊界提升整車價值。多電機分布式驅(qū)動系統(tǒng)逐步成為智能底盤一體化集中控制打破了傳統(tǒng)底盤各系統(tǒng)之間的界限，實現(xiàn)了），并為進一步實現(xiàn)跨域、多域融合協(xié)同控制和智能擴展奠定基礎(chǔ)。當(dāng)前底盤各個系統(tǒng)控制仍以分布式為主，部分主機廠正在嘗試將底盤矢量電機的智能扭矩分配策略使矢量電機在制動不足或者制動失靈時高效智能傳感器層激光雷達智能傳感器層激光雷達雙目攝像頭矢量驅(qū)動矢量驅(qū)動線控轉(zhuǎn)向動力底盤域控制器（決策層）線控轉(zhuǎn)向動力底盤域控制器（決策層）集成驅(qū)動、轉(zhuǎn)向、制動、懸架等功能，具備多系統(tǒng)融合感知、決策、縱橫垂三向協(xié)同控制、冗余控制、能量回收控制線控制動線控制動懸架傳感器主動懸架驅(qū)動傳感器…動力底盤域傳感器層懸架傳感器主動懸架驅(qū)動傳感器…制動傳感器轉(zhuǎn)向傳感器越來越多的主機廠及供應(yīng)商投身于動力底盤融合控制的研究，并在新?lián)煌鸟{駛場景和路況信息智能調(diào)整車身姿態(tài)和動力輸出，為駕駛者提國內(nèi)外已經(jīng)有多家主機廠通過智駕域與座艙域的融合逐步實現(xiàn)中央計如何實現(xiàn)復(fù)雜軟件系統(tǒng)開發(fā)與驗證，以及對整車成本的控制也是主機廠重滑板底盤作為一種創(chuàng)新的設(shè)計概念，其核心在于底盤與車身及座艙的隨著智能駕駛技術(shù)的不斷成熟及商業(yè)化落地，滑板底盤受到整車廠及市場上，也有基于滑板底盤研發(fā)的純電物流車、Rob滑板底盤通過集中控制實現(xiàn)底盤與動力功能融合，操作系統(tǒng)需要支撐1.4智能化軟件技術(shù)制軟件開發(fā)提供靈活架構(gòu)以應(yīng)對復(fù)雜的硬件環(huán)境，并通過模塊化設(shè)計支持用于支持汽車行業(yè)中邊緣計算和實時處理的開放架構(gòu)和開源參考實現(xiàn)，適合復(fù)雜的底盤控制系統(tǒng)，在需要大規(guī)模處理數(shù)據(jù)的情況下仍能保持高性能是一個實時的發(fā)布-訂閱通信中間件，提供了高度可靠的低延遲數(shù)據(jù)傳輸能力，支持車輛傳感器、執(zhí)行器和控制單元之間的高速數(shù)據(jù)交換。SOME/IPSOA架構(gòu)和跨域通信技術(shù)的應(yīng)用，使底盤的儲及管理海量單車及車隊數(shù)據(jù)，通過數(shù)據(jù)湖與數(shù)據(jù)倉庫實現(xiàn)高效查詢和分優(yōu)化后的底盤控制參數(shù)如在云端需傳輸回車內(nèi)，車輛運行效果作為新的數(shù)據(jù)反饋回云端，形成閉環(huán)控制，進一步提升模全球汽車產(chǎn)業(yè)正在經(jīng)歷百年未有之大變局，作為汽車電動化與智能化智能底盤操作系統(tǒng)要能夠接收來自智能駕駛系統(tǒng)的指令或通過計算實現(xiàn)簡開發(fā)流程重塑。傳統(tǒng)底盤操作系統(tǒng)的開發(fā)是在硬件基本確定之后進行智能底盤操作系統(tǒng)重塑需要更廣泛的定義支撐智能底盤與智能駕駛及智能座艙向融合演進，同時也需要創(chuàng)新架構(gòu)為智能底盤軟硬件技術(shù)協(xié)同發(fā)第2章.智能底盤操作系統(tǒng)架構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)2.1智能底盤軟件演進是通過軟件和電子控制器來提高汽車底盤性能，安全性成為這一階段的關(guān)底盤軟件進入融合發(fā)展初期。智能底盤操作系統(tǒng)需滿足新一代硬件和應(yīng)用制信息以實現(xiàn)安全保底功能。智能底盤需要構(gòu)建集中統(tǒng)一的軟件架構(gòu)滿足2.2智能底盤操作系統(tǒng)架構(gòu)智能底盤操作系統(tǒng)架構(gòu)是指面向底盤域控、中央計算及車云一體三級智能計算架構(gòu)的廣義操作系統(tǒng)參考架構(gòu)。核心目標是為企業(yè)提供全面的智能底盤操作系統(tǒng)邏輯架構(gòu)，企業(yè)可根據(jù)不同電子電器架構(gòu)靈活規(guī)劃及部署智能底盤可以與智能駕駛、智能座艙等域廣義操作系統(tǒng)融合成為整車全域智能底盤操作系統(tǒng)參考架構(gòu)采用分層設(shè)計，支持軟硬件解耦和操作系雜的功能及應(yīng)用提供安全實時穩(wěn)定的基礎(chǔ)支撐；通過接口驅(qū)動實現(xiàn)對計算功能軟件分為框架層和服務(wù)層。功能軟件根據(jù)智能底盤功能的核心共安全體系是指智能底盤全生命周期所需的安全流程及工具等，包括功工具鏈及管理為智能底盤操作系統(tǒng)及應(yīng)用的高效開發(fā)迭代提供支撐，和對多傳感器及執(zhí)行器的數(shù)據(jù)抽象處理，支撐智能底盤四項多自由度融合別自動駕駛落地及電子電氣架構(gòu)中央集中趨勢，定義智能底盤操作系統(tǒng)總體架構(gòu)。該架構(gòu)在兼容AUTOSARCP/AP標準基礎(chǔ)上，對智能化共性服務(wù)異構(gòu)融合。智能底盤操作系統(tǒng)架構(gòu)支持并包含多層級的異構(gòu)單元及其高實時和高安全。智能底盤操作系統(tǒng)架構(gòu)滿足底盤控制系統(tǒng)對高實時性和高安全性的要求。高效實時的內(nèi)核及實時框架可以支持復(fù)雜控制算法應(yīng)用方面，企業(yè)可以根據(jù)不同系統(tǒng)及物理架構(gòu)對智能底盤操作系統(tǒng)參2.3智能底盤操作系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)系統(tǒng)軟件是運行智能底盤應(yīng)用和功能的復(fù)雜大規(guī)模嵌入式底層軟件，安全實時內(nèi)核是智能底盤操作系統(tǒng)的核心部分，負責(zé)處理系統(tǒng)中所有實時任務(wù)，并確保任務(wù)能夠在嚴格的時間限制內(nèi)完成。其關(guān)鍵技術(shù)包括實實時調(diào)度器負責(zé)管理系統(tǒng)中所有實時任務(wù)的執(zhí)行順序。常見的調(diào)度算區(qū)技術(shù)通過將系統(tǒng)的時間劃分為多個分區(qū)，每個分區(qū)分配給不同的任務(wù)或防止惡意代碼或故障任務(wù)訪問或修改其他任務(wù)的內(nèi)存區(qū)域。這通常根據(jù)具冗余設(shè)計提高系統(tǒng)可靠性和安全性。實時內(nèi)核還可能采用冗余任務(wù)執(zhí)行和代碼量控制在一定范圍，為功能拓展帶來的代碼增加內(nèi)存安全性和線程安全性可以確保在復(fù)雜的實時控制場景下，程序不會出虛擬化技術(shù)是汽車電子電氣架構(gòu)由分散式向域融合、中央集中式架構(gòu)演進的關(guān)鍵組件，可支持資源可靠隔離、資源高效復(fù)用、兼容異構(gòu)操作系系統(tǒng)可運行于一個SoC，滿足不同功能安構(gòu)向上演進集成更多功能，也有可能是基于SoC架構(gòu)向下演進覆蓋現(xiàn)有接口驅(qū)動是連接硬件層和內(nèi)核層的橋梁，負責(zé)管理和控制各種硬件設(shè)備的工作狀態(tài)，并提供統(tǒng)一的接口供上層軟件調(diào)用。關(guān)鍵技術(shù)包括模塊化模塊化驅(qū)動架構(gòu)是將驅(qū)動程序設(shè)計為獨立的模塊，可以根據(jù)需要動態(tài)一設(shè)備模型是一種抽象層，它為操作系統(tǒng)中的所有設(shè)備提供了統(tǒng)一的接口中間件層通常包含通信中間件、管理中間件和SOA框架。行器數(shù)據(jù)及不同域之間的數(shù)據(jù)流和指令傳輸無縫銜接。通信中間件關(guān)鍵技消息傳遞機制是通信中間件的基礎(chǔ)，它允許系統(tǒng)中的各個組件通過消息隊列或主題訂閱等方式進行數(shù)據(jù)傳輸?？偩€架構(gòu)通過建立一個統(tǒng)一的數(shù)通信協(xié)議確保智能底盤操作系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)募皶r性和可靠性，如CAN、Ethernet等，這些實時通信協(xié)議確保了系統(tǒng)中的關(guān)鍵控制信息能夠在嚴格化技術(shù)能夠減少數(shù)據(jù)傳輸?shù)捏w積，提升通信效率，如ProtocolBuffers、架構(gòu)通過將計算和控制任務(wù)分散到多個節(jié)點上，增強了系統(tǒng)的可擴展性和資源管理與調(diào)度是確保系統(tǒng)高效運行的核心功能。管理中間件通過動發(fā)者和運維人員快速定位問題，并通過歷史數(shù)據(jù)分析識別潛在的性能瓶頸系統(tǒng)能夠靈活地進行功能組合和擴展，關(guān)鍵技術(shù)包括服務(wù)注冊與發(fā)現(xiàn)、服功能軟件是智能底盤應(yīng)用高效開發(fā)集成及功能擴展所需的硬件抽象、接口抽象及數(shù)據(jù)處理技術(shù)是框架層中確保系統(tǒng)內(nèi)部和外部設(shè)備之間高接口標準化通過定義統(tǒng)一的接口協(xié)議和數(shù)據(jù)格式，確保不同模塊之間會影響到應(yīng)用軟件。數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換技術(shù)能夠?qū)⑦@些異構(gòu)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為統(tǒng)一格確保關(guān)鍵數(shù)據(jù)能夠在最短時間內(nèi)傳遞到相應(yīng)的模塊。優(yōu)化技術(shù)還包括數(shù)據(jù)實時框架支持有高確定性和高實時性的服務(wù)運行，確保智能底盤應(yīng)用及服務(wù)能夠在嚴格的時間限制下執(zhí)行任務(wù)，保障底盤控制的核心要求。實安全框架包括冗余備份設(shè)計、對整體系統(tǒng)以及對各個模塊或服務(wù)的監(jiān)控，并通過全局仲裁機制、平滑切換及保底機制等滿足智能底盤操作系統(tǒng)監(jiān)控包含系統(tǒng)級監(jiān)控和監(jiān)控服務(wù)，系統(tǒng)級監(jiān)控是在框架層內(nèi)部實現(xiàn)模過切換到備用或啟動冗余方案保障正常工作；保底是在系統(tǒng)失效后通過功隨著模型算力的需求提升如實時數(shù)據(jù)分析及大模型，協(xié)同計算是將部），任務(wù)緊急程度和可用資源動態(tài)分配計算任務(wù)。車云協(xié)同框架需要處理大量基礎(chǔ)模型的可插擴，大模型安全，及大模型跨的基礎(chǔ)模塊被調(diào)度使用，為整車運動控制的相關(guān)上層應(yīng)用功能的開發(fā)提供動力學(xué)服務(wù)提供包含整車和執(zhí)行器信息的相關(guān)服務(wù)。整車信息可以包系統(tǒng)的后輪轉(zhuǎn)角等，制動相關(guān)的動力學(xué)服務(wù)可以提供原始或經(jīng)過處理的輪架高度傳感器、輪端垂向加速度傳感器信息）、主動/半主動懸架的控制量狀態(tài)估算服務(wù)可包含車輛動力學(xué)建模，為上層應(yīng)用和其他服務(wù)提供統(tǒng)一的指令執(zhí)行服務(wù)負責(zé)車輛運動控制相關(guān)的指令執(zhí)行，主要可以包含兩個能源管理模塊由于具備智能底盤必備的通用功能，作為軟達的感知以及智駕二次規(guī)劃服務(wù)。智能底盤擁有多數(shù)據(jù)獲取渠道和多執(zhí)行智駕二次規(guī)劃，高階智能駕駛和底盤輔助駕駛在部分極限場景可實現(xiàn)有效完成二次規(guī)劃功能。底盤控制系統(tǒng)掌握整車控制的物理邊界且控制閉環(huán)周期較短，可根據(jù)整車的物理運動模型來保障整車能夠在最大的物理邊界內(nèi)跨域功能指智能底盤域基于其他智能車域的輸入或服務(wù)輸出，如駕駛遠程接管和V2X主要包含車輛與車輛V2V、車輛與基礎(chǔ)設(shè)施V并通過控制算法避免不穩(wěn)定工況。V2X可以在車輛基礎(chǔ)服務(wù)為智能底盤操作系統(tǒng)提供了關(guān)鍵的支持功能，確保系統(tǒng)的穩(wěn)數(shù)據(jù)服務(wù)包括數(shù)據(jù)閉環(huán)與數(shù)據(jù)安全。車輛在運行過程中會產(chǎn)生大量的身份認證與訪問控制技術(shù)需要系統(tǒng)通過多種方式驗證用戶和設(shè)備的身健康管理是提供智能底盤各服務(wù)和應(yīng)用的外部檢測與診斷接口，并融隨著整車電子電器架構(gòu)的升級，汽車底盤控制器逐步由分布式控制單智能底盤控制器應(yīng)具備高可靠性與安全性（例如使的算力與接口能力。當(dāng)前域控芯片發(fā)展逐步由單核MCU走向多核MCU/SoC架構(gòu)，具備豐富的外設(shè)接口，典型的配置如符合AEC-Q100為進一步滿足域控與區(qū)域控制的需求，底盤控制芯片的集成度也會進一步進入到中央計算階段，底盤域控制芯片的物理形態(tài)會逐步演變成為中央計算單元的一部分，如底盤控制單元的電路與其他域控單元集成在同一成式芯片設(shè)計架構(gòu)，在片內(nèi)同時集成看門狗模塊，輸入過壓/欠壓檢測，輸?shù)?章.智能底盤應(yīng)用開發(fā)基于智能底盤操作系統(tǒng)的智能底盤應(yīng)用開發(fā)是一項復(fù)雜而關(guān)鍵的工程，3.1軟件開發(fā)工具工具鏈在智能底盤應(yīng)用的開發(fā)迭代的進程中發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。也可為開發(fā)者在云平臺上一定程度模擬不同的硬件配置和運行條件，從而AUTOSAR作為開放標準，中國企業(yè)在標準的理解和應(yīng)用上不斷加深，通過研發(fā)具備靈活配置能力的工具和代碼生成器，能夠支持國內(nèi)企業(yè)根據(jù)需供應(yīng)用開發(fā)人員習(xí)慣的開發(fā)界面，部分應(yīng)用可提供少代碼無代碼的全圖形3.2軟件開發(fā)流程在智能汽車技術(shù)的快速發(fā)展背景下，中國汽車行業(yè)正面臨著從傳統(tǒng)的逆向工程和粗放式增長模式向創(chuàng)新驅(qū)動和精細化管理的轉(zhuǎn)型。隨著車輛電子電氣架構(gòu)的集中化和域融合技術(shù)的深入，智能底盤研發(fā)管理體系通過組織架構(gòu)的優(yōu)化、開發(fā)流程的標準化和自動化以及人才培養(yǎng)實現(xiàn)與技術(shù)演進智能底盤的技術(shù)演進促進研發(fā)組織變革。智能底盤算法上移使整零關(guān)巨大的軟件開發(fā)投入促使各研發(fā)組織構(gòu)建異步開發(fā)平臺，將技術(shù)開發(fā)和產(chǎn)術(shù)棧向高內(nèi)聚低耦合演進，整車企業(yè)通過組織架構(gòu)重組將底盤域和動力域向的橫向協(xié)同發(fā)展，保證組織在更長的產(chǎn)品全生命周期中研產(chǎn)供銷運各環(huán)A技術(shù)的引入使智能底盤操作系統(tǒng)可以在整個產(chǎn)品生命周期中持續(xù)更新與優(yōu)各個環(huán)節(jié)，從開發(fā)、測試到部署與運維，貫穿了產(chǎn)品的全生命3.3軟件開發(fā)安全要求智能底盤作為實現(xiàn)汽車行駛功能的關(guān)鍵部件，對其有著最全面最高等除在智能底盤域控內(nèi)安全功能模塊外，安全體系也包含覆蓋全生命周期的預(yù)期功能安全。預(yù)期功能安全則處理由于系統(tǒng)設(shè)計不足或未能按預(yù)期漏洞和隱蔽后門的未知網(wǎng)絡(luò)攻擊風(fēng)險等信息和數(shù)據(jù)安全挑戰(zhàn)，在安全管理和工具方面，需要優(yōu)化完善智能底盤操作系統(tǒng)和應(yīng)用的信息安全應(yīng)急響應(yīng)第4章.未來展望和發(fā)展建議智能底盤操作系統(tǒng)是智能底盤發(fā)展關(guān)鍵支撐技術(shù)之一，其實時安全內(nèi)明確智能底盤發(fā)展的戰(zhàn)略和產(chǎn)業(yè)意義，梳理智能底盤操作系統(tǒng)的應(yīng)用成行業(yè)共識和產(chǎn)業(yè)頂層設(shè)計。重點就智能底盤操作系統(tǒng)參考架構(gòu)形成廣泛不斷提升我國智能底盤操作系統(tǒng)核心技術(shù)的自主創(chuàng)新能力與推動開源項目產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用部署，形成開源共建的行業(yè)共識，構(gòu)建創(chuàng)新-應(yīng)用的融合更為整個產(chǎn)業(yè)鏈的轉(zhuǎn)型升級與生態(tài)構(gòu)建注入了新的活力。建議制定引導(dǎo)國產(chǎn)智能底盤操作系統(tǒng)的攻關(guān)及產(chǎn)品示范，以智能底盤應(yīng)用創(chuàng)新領(lǐng)先更多企業(yè)正在在智能底盤操作系統(tǒng)領(lǐng)域展開布局。域控技術(shù)的不斷演進使主機廠能夠?qū)Φ妆P系統(tǒng)進行更加集中的控制和管理，同時也帶動了產(chǎn)主機廠致力于打造具有差異化競爭優(yōu)勢的智能底盤系統(tǒng)，通過自主研發(fā)應(yīng)更好地滿足市場需求。軟件企業(yè)不斷完善內(nèi)核和中間件以適應(yīng)更復(fù)雜的軟隨著智能底盤產(chǎn)業(yè)鏈逐步完善，企業(yè)圍繞智能底盤軟件積極探索并展開相關(guān)產(chǎn)品布局，從產(chǎn)業(yè)鏈各環(huán)節(jié)推動智能底盤操作系統(tǒng)架構(gòu)及技術(shù)應(yīng)用線控轉(zhuǎn)向以及后輪轉(zhuǎn)向的控制軟件集成于域控中，域控系統(tǒng)通過對信號的紅旗智能線控底盤域控軟件平臺產(chǎn)品是面向智能輔助駕駛/高階自動駕駛的橫縱垂一體化動態(tài)性能與運動控制軟件平臺，通過在整車層面對全輪控軟件提供對不同智能執(zhí)行器配置的模塊化剪裁，并支整車層面持深度個控制。紅旗智能線控底盤域控軟件平臺以標準化交互接口統(tǒng)一處理上層智駕參考軌跡需求，并調(diào)用核心動力學(xué)與運動控制系統(tǒng)實現(xiàn)精確軌跡跟蹤與經(jīng)緯恒潤自主研發(fā)智能底盤域控制器及操作系統(tǒng)。服務(wù)層集減震器阻高水平底盤協(xié)調(diào)控制與車輛運動軌跡控制。操作系統(tǒng)包括系統(tǒng)軟件和