基于功能架构的OMS域控制集成研究

原创 智能汽车设计 2024-01-31 08:39

OMS是汽车内的乘客监控系统的统称,它利用在车内装配的各种乘员探测传感器的检测数据,通过一系列特定的算法,分析出乘员的存在和安全状况,以实施报警或辅助驾驶等行为,从而达到车内安全监控的目的。文章提供一种集成OMS的域控制架构设计方案,在算法实现上用域控制器取代OMS控制器,以解决当前设计上的限制性难题,同时兼顾经济性。

1 前言

OMS(Occupancy Monitoring System,车内乘客监控系统)通过各种类型的乘员探测传感器,采集车内的乘员(包括人和/或有生命体征的其他活物)存在的信息,结合汽车的状态信息(门的开闭、车速等),通过特定的算法融合,以确定是否报警或者对汽车实施限制性措施,从而确保车内乘员的生命安全。

OMS能准确监测到主驾人员人脸的详细信息,同时能检测到车内乘客的准确信息,因此在自动驾驶和座舱控制领域有着广泛的应用前景。随着监测技术的发展,未来在汽车技术应用中OMS将发挥越来越重要的作用。

由于OMS在系统设计和集成上的高难度,以及高昂的独立控制器成本,导致该系统在应用上受到很大限制。随着域控制技术的发展,智驾、座舱等域控制器已逐渐成为了智能汽车的标配,因此把OMS的控制算法分拆和部署到域控制器,并将其算法和各域控的算法进行融合,不但可以解决功能安全等限制性难题,也将成为一种更为经济的技术方案。

2 系统组成

OMS系统包含3个部分的元器件(图1),其零部件组成及其用途说明如下。

图1 OMS系统框图

2.1 乘员检测装置


1)驾驶员监测摄像头:监测驾驶员的状态。


2)车内前排摄像头:监测车内前排的乘员。


3)车内后排摄像头:监测车内后排的乘员。


4)手势识别摄像头:检测车内前排人员的手势。


5)车外人脸识别摄像头:识别驾驶员或其他人员的身份。


6)红外检测仪:通过红外线检测车内物体。


2.2 控制器


1)智驾域控制器:部分OMS检测设备的数据采集和处理,部分OMS的算法集成,同时融入辅助驾驶/自动驾驶相关的计算和应用。


2)座舱域控制器:部分OMS检测设备的数据采集和处理,部分OMS的算法集成,OMS的显示/报警,同时融入座舱域控制相关的算法集成。


3)网关:数据中转。


2.3 附属支持设备或平台


1)显示屏:进行OMS图像/文字等的显示、报警等。


2)扬声器:代表发声装置,进行OMS声音报警或提示。


3)云:扩展进行远程数据分析或处理,并扩展对监测数据的应用。


4)方向盘:用来代表驾驶相关的输出元件,如汽车行使、转向、制动等相关的元件,用于支持手动/自动驾驶。


3 设计过程


3.1 步骤1


基于OMS的用户使用场景,通过市场调查和一套特殊的场景分析方法,对每一个场景进行解析,然后提炼出OMS的功能清单(图2)。从场景分析到功能清单的提取过程中,需要经过反复的提炼和可用性分析,直到所有的功能都被提取,然后再转到下一步工作。由此提炼出的功能清单,可以进行功能的精准定义,同时避免功能的设计过度、偏离或遗漏。


图2 OMS系统场景分析

3.2 步骤2


对OMS功能清单进行技术描述,并展开相应的功能设计,设计中定义出每个功能从输入、逻辑处理到输出的链路,以及相互连接的接口,如图3所示。


图3 OMS系统功能链路

从功能层级设计出OMS的工作逻辑,可以实现功能的全局设计,并方便功能的增加、变更和完善,而不影响下游的方案设计和产品开发,实现设计的层级分离。

3.3 步骤3

根据功能的属性和技术领域的划分,结合现有硬件资源,展开功能的分配(图4)。在对各功能硬件的算力、存储等需求分析后,结合功能分配的原则性要求,决策各功能具体应该部署在哪里。

图4 OMS系统功能部署

这种基于控制器硬件资源的OMS功能分配方法,可以避免用一个控制器实施带来的昂贵控制器开发,即通过分散硬件接口的方式降低其对单个硬件接口、算力、内存以及安全等要求。

3.4 步骤4

根据功能的部署要求、技术特性和实现要求,结合OMS的实体元件,设计出技术方案。该方案需要结合OMS系统、智驾系统和座舱系统本身的技术特性和实现要求,反复论证其技术可行性。同时在此过程中不断优化设计,满足经济性要求,直到最终设计出安全可靠而又性价比高的大系统(含OMS、智驾、座舱)方案,如图5所示。

图5 OMS系统技术方案

在设计过程中,需要充分考虑智驾域控制器和座舱域控制的算力、存储、硬件接口和总线通信带宽等资源,同时考虑功能需求对算法的依存度,分别将相应的功能模块分配到算法依赖度高和调用频度高的域控制器中,节约总线通信带宽。部分涉及智能驾驶的功能模块,如疲劳监测、驾驶员在环等,涉及功能安全,需要在软硬件的设计上考虑冗余或备份。图5的设计方案中,在硬件上可以使用驾驶员监控摄像头和车内前排摄像头以及对应的域控制器进行备份,软件算法在智驾域控制器上也可以兼顾,不用增加额外的开发资源或成本。

根据功能分配的结果,智驾域和座舱域对OMS系统进行了切割,相互之间通过数据透传和算法调用的方式,来实现OMS的系统融合。而在产品实现层面则通过总线(Ethernet+CAN/CANFD)数据传输来实现。这种方法可以平衡现有硬件资源的使用,并可优化资源,降低技术开发难度和节约成本。、

3.5 步骤5

将系统设计的需求和技术要求,分解到系统内的各个元件,并展开产品的软硬件开发。开发完成后,通过系统集成测试验证,来检验系统设计的合理性、可用性和可靠性。

4 结束语


采用基于功能架构的设计方法,结合现有域控制器硬件资源的分配,来实现OMS系统的控制集成,是一种兼顾控制需求和硬件资源能力的平衡方法。它从场景分析开始,提炼出功能清单,然后对功能进行设计和分配,部署到合适的控制器中。通过利用现有域控制器硬件资源来进行OMS设计的方案,不但可以实现控制需求的合理分配,还能节约成本,确保了经济性。


参考文献:


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