丰田自动驾驶系统TAD的技术细节

mizhongquan

丰田联合其投资Woven Core公司推出的L2级自动驾驶TAD系统(全称为:Teammate Advanced Drive)，该系统可实现自适应巡航、自动变道、自动超车等功能，如图1所示。



图1 TAD系统功能
01.
TAD系统配置简介
该系统由专用传感器、控制器、显示器、执行器和电源组成，该系统可容纳五个毫米波雷达、四个激光雷达和八个摄像，覆盖360度整个外围，如图2所示。



图2 TAD系统的组成

相比之前展示的TAD系统，新的系统中采用了前置激光雷达和长焦摄像头，图3展示了前置激光雷达的安装位置。



图3 前置激光雷达的安装位置

前激光雷达的功能主要为检测道路前方很远的车辆，检测近距离切入的车辆，以及检测道路沿线的路边标志。为了满足这三个要求，选择了大视场的机械扫描系统。

此外除了之前的四个角雷达，新的系统中在左右前挡泥板和后保险杠增加了Flash 激光雷达，如图4所示。

侧面激光雷达需要精确检测相邻车道中车辆的位置和移动，以帮助避免侧面碰撞，侧面/后部激光雷达需要精确检测车辆附近的自由空间，以便换道和汇入到小空间中。为了尽量减少其尺寸，还需要保持安装位置的空间限制。为了达到要求，TAD系统采用了最先进的宽角度高密度闪光激光雷达，将探测范围限制在短距离内，并消除了机械部件以减小设备的尺寸。这两种激光雷达的独特特性还将用于开发增强的安全驾驶功能，并通过OTA将其部署给客户。

通过结合这三种不同的传感技术，即雷达、摄像头和激光雷达，我们成功地构建了一个高可靠性的识别系统，以支持系统未来的扩展和演变。



图4 后置和侧边的Flash激光雷达

另外其中几个主要控制器的功能简介如图5所示。


图5 TAD系统主要ECU简介

02.
冗余架构
对于L2 Hand Off系统，通过驾驶模拟器试验得出结论无论驾驶员是否分心，人类驾驶员响应驾驶操作转换请求的时间都不超过4s，因此TAD系统中引入了一套用于识别、控制计算、执行器、通信和电源的大规模冗余结构，以防止在部件故障或系统异常导致系统在四秒钟内立即失控。

整个冗余系统配置如图6所示，包括供电冗余、功能冗余、执行冗余等，例如其中ADSECU是主控制器，而ADXECU为冗余控制器，当ADSECU出现问题时，切换至ADXECU运行。



图6 TAD的冗余系统
在电源冗余方面，除了制动电子控制单元和转向电子控制单元外，负责执行识别、决策和控制等基本功能的自动驾驶ECU也都连接至主电源和备份电源。即使主电源系统出现故障，这些ECU依然可以正常工作。
在前置传感器方面，为了保证数据输入的安全，雷达和广角摄像头连接到主电源，而激光雷达和长焦摄像头连接到备份电源，保证前方的传感器覆盖。
在通信冗余方面，数据通信不仅在自动驾驶ECU内部建立，还通过CAN和ETH与其他ECU进行数据通信。另外自动驾驶、制动和转向电子控制单元之间的通信线路也是冗余构建的。这允许制动和转向电子控制单元在检测到来自自动驾驶电子控制单元的一些通信中断时，切换到从另一个通信路径获取的数据，以保持车辆受控。在ECU冗余方面，TAD系统中采用了Soc+ MCU的组合，其中Soc负责识别和决策，MCU负责控制。除了硬件的自我监视功能以及SoC和MCU中的计算操作故障外，还通过MCU监视SoC的操作输出数据的有效性来增强系统可靠性。软件架构03.
软件架构
自动驾驶ECU为车辆控制提供必要的外围识别、高精度地图信息处理、车辆位置估计、行为规划、轨迹及其速度规划的生成、生成规划的跟踪控制、系统状态管理等功能。图7显示了主要软件功能组件的分配及其处理流程。系统芯片负责包括DNN的图像识别、传感器融合的外围对象识别、用于识别车辆位置的定位以及用于行为决策和轨迹生成的规划器等功能，另外OTA管理器被部署在SoC。


图7 自动驾驶ECU功能分配MCU负责车辆速度控制、跟踪计划轨迹，以及备份控制功能。该系统还具有系统状态管理功能，包括紧急情况下的碰撞避免和异常监视功能。另外用于冗余的子MCU的功能与主MCU中的功能相同。
04.
TAD的OTA进化功能OTA可以让主机厂快速部署新功能，让客户体验最新的性能和功能，而无需更新硬件。此外，使用OTA方案使汽车制造商能够收集数据，了解客户如何使用汽车以及TAD系统在市场中的行为。

图8 OTA功能的作用
OTA软件更新流程

TAD系统中采用两种类型的软件软件更新策略，更新地图数据时采用自动分发策略，无需征得用户同意，而在更新车辆控制相关功能时，需要征得用户同意才能更新。下面主要介绍车辆控制相关功能的更新流程，如图9所示。



图9 车辆控制功能的OTA更新流程
1. OTA数据中心收集了市场上车辆的车辆识别号（VIN）和车载ECU软件版本号。如果数据中心有车辆更新应用程序，则会在后台自动开始下载。

2. 在中控显示屏上显示更新信息并通知用户，在用户确认的条件下，开始更新软件。

3. 完成软件更新后，新软件不立即生效，需要在下次上电的时候才生效。