中國 ADAS 冗余系統(tǒng)戰(zhàn)略回顧

ADAS 冗余系統(tǒng)定義框架發(fā)展

對于自動駕駛汽車，安全是首要前提。只有當(dāng) ADAS 完全冗余時(shí)，才能確保真正的安全。目前，大多數(shù)主機(jī)廠、Tier 1供應(yīng)商和L4級自動駕駛公司的冗余設(shè)計(jì)主要是軟硬件備份：

軟件：算法冗余，例如廣汽集團(tuán)最新的ADiGO PILOT智能駕駛系統(tǒng)采用了AEB功能算法，視覺+雷達(dá)融合算法和視覺算法實(shí)時(shí)冗余驗(yàn)證策略，最大限度地提高了AEB的可靠性。

硬件：體現(xiàn)在不同的功能位置。感知端、決策端、執(zhí)行端、電源端等均采用雙冗余或多冗余設(shè)計(jì)，確保當(dāng)其中一個(gè)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，另一個(gè)具有相同功能的系統(tǒng)能夠正常工作。

執(zhí)行冗余：制動和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的完全冗余設(shè)計(jì)

執(zhí)行冗余和決策冗余是核心部分，直接決定車輛在關(guān)鍵時(shí)刻能否做出正確的響應(yīng)。執(zhí)行冗余通常放置在制動和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中，通常設(shè)計(jì)為兩個(gè)具有相同功能的獨(dú)立系統(tǒng)。決策冗余是在大腦方面。在車輛 EEA 中，中央計(jì)算平臺配備了兩套核心計(jì)算單元，在車輛架構(gòu)層、功能定義層、系統(tǒng)層等采用冗余架構(gòu)設(shè)計(jì)理念。

從制動冗余的角度來看，其特點(diǎn)和趨勢如下：

目前，關(guān)鍵產(chǎn)品是電液制動系統(tǒng)（EHB），常見的冗余方案是機(jī)械冗余+電子冗余雙故障安全模式，并增加輔助制動模塊;線控制動系統(tǒng)是未來的趨勢，因?yàn)闄C(jī)電制動系統(tǒng) （EMB） 完全放棄了傳統(tǒng)制動系統(tǒng)的制動液、液壓管路等部件，通過電動機(jī)驅(qū)動產(chǎn)生制動力，提高了響應(yīng)速度，簡化了結(jié)構(gòu)布局，并實(shí)現(xiàn)了固有的冗余能力。但是，它具有極高的可靠性要求，短期內(nèi)難以大規(guī)模生產(chǎn)和安裝在車輛上。

在轉(zhuǎn)向冗余方面，其特點(diǎn)和趨勢如下：

目前電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)（EPS）主要采用雙電機(jī)、雙電源、雙繞組的雙EPS轉(zhuǎn)向冗余方案，相當(dāng)于兩套完全獨(dú)立的EPS硬件，相互獨(dú)立、相互支持，整體成本相對較高；轉(zhuǎn)向系統(tǒng)正在從電動模式發(fā)展為有線控制模式。線控轉(zhuǎn)向 （SBW） 系統(tǒng)由方向盤總成、轉(zhuǎn)向執(zhí)行器總成和 ECU 三個(gè)主要部分以及自動故障安全系統(tǒng)和電源等輔助系統(tǒng)組成。它具有響應(yīng)速度快、安裝方法靈活、重量輕、碰撞安全性高等優(yōu)點(diǎn)。因此，SBW 系統(tǒng)需要對核心組件進(jìn)行冗余備份。

NIO NT 3.0 平臺線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)冗余設(shè)計(jì)

線控轉(zhuǎn)向系統(tǒng)用于傳輸和控制方向盤和車輪之間的電信號。方向盤的角度和阻力扭矩可以自由設(shè)計(jì)，延遲更低，控制更精確，傳動效率更高，布局更靈活。

全冗余設(shè)計(jì)，雙電源、雙通信、雙硬件和雙軟件。雖然沒有機(jī)械轉(zhuǎn)向柱來連接方向盤和車輪，但其可靠性比普通電動助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)高 2.2 倍。

2024 年 12 月，首款基于 NT 3.0 平臺的車型蔚來 ET9 獲得工信部線控轉(zhuǎn)向技術(shù)量產(chǎn)許可，成為中國首款搭載線控轉(zhuǎn)向技術(shù)的車型。

用于中央計(jì)算架構(gòu)的集成冗余設(shè)計(jì)

隨著智能網(wǎng)聯(lián)和自動駕駛技術(shù)的深入應(yīng)用，車輛制動和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)正朝著一體化的方向發(fā)展。一些主機(jī)廠和供應(yīng)商推出的中央 EEA 和集成底盤將制動系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、驅(qū)動系統(tǒng)等組合在一起，采用集成化、全冗余的設(shè)計(jì)理念。

寧德時(shí)代（上海）智能科技有限公司 寧德時(shí)代智能底盤 （CIIC）

寧德時(shí)代（上海）智能科技有限公司推出的CIIC（寧德時(shí)代集成智能底盤）是一款高度智能化的滑板底盤，具有“上下解耦、高集成、開放”的核心特點(diǎn)。中實(shí)集團(tuán)將車輛驅(qū)動系統(tǒng)、制動系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、懸架系統(tǒng)等高度集成到物理底盤中，平臺化設(shè)計(jì)使軟硬件可擴(kuò)展;CIIC-M（中臺）采用全線控技術(shù)，省去了制動踏板與ECU的機(jī)械連接，上下車身完全解耦;同時(shí)，它增加了軟件冗余策略、安全監(jiān)控和故障處理機(jī)制，以確保系統(tǒng)的安全性和健壯性。

比亞迪 e4 平臺

比亞迪的 e4 平臺取消了轉(zhuǎn)向柱和制動鉗，采用駕駛-制動-轉(zhuǎn)向三合一技術(shù)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向和制動，從而實(shí)現(xiàn)車輛級的安全冗余能力。配備四臺 220-240kW 大型電機(jī)，通過精確的電機(jī)扭矩和速度控制，實(shí)現(xiàn)最大 1g 的制動減速度，再加上動力葉片電池、新型碳化硅電機(jī)控制器和先進(jìn)的熱管理技術(shù);差速轉(zhuǎn)向技術(shù)用于縱車輛。左右車輪接收不同的扭矩以偏轉(zhuǎn)，從而完成轉(zhuǎn)向。最小轉(zhuǎn)彎直徑為 12 米，在 18m 掛架賽道激流回旋測試中，最高速度為 60 公里/小時(shí)。

e4 平臺采用分布式驅(qū)動形式，帶有四個(gè)獨(dú)立驅(qū)動的電機(jī)，即使只有一個(gè)電機(jī)工作，也能實(shí)現(xiàn)基本的驅(qū)動能力。此外，e4 平臺的創(chuàng)新技術(shù)可以在現(xiàn)有制動和轉(zhuǎn)向的基礎(chǔ)上提供制動和轉(zhuǎn)向雙重冗余備份。

控制冗余：未來多ECU冗余仍是主流方案

將向單芯片冗余發(fā)展，控制系統(tǒng)必須滿足故障運(yùn)行要求，才能實(shí)現(xiàn)L3及以上的自動駕駛功能，即在某個(gè)傳感器發(fā)生故障后，車輛仍能執(zhí)行相應(yīng)功能，安全完成駕駛。為此，控制系統(tǒng)會使用兩個(gè)或三個(gè) ECU，并在一些傳感器上植入一些冗余的安全措施，或者通過在域控制器中增加芯片來實(shí)現(xiàn)控制冗余。

多 ECU 冗余解決方案 – 比亞迪玄機(jī)智能架構(gòu)雙計(jì)算平臺

天軒跨域計(jì)算平臺作為主計(jì)算平臺，集成了電源域、車身域和底盤域，采用多PCB設(shè)計(jì)方案，對電源域、車身域和底盤域進(jìn)行協(xié)同控制;新增備份計(jì)算平臺 Tianji 作為備份冗余。它通過雙千兆以太網(wǎng)連接到前后控制域，以備不時(shí)之需。

單芯片冗余布局 – 基于瑞薩電子多域融合 SoC R-Car X5

瑞薩電子最新一代汽車多域融合SoC（采用ARM Cortex-A720AE內(nèi)核，滿足ASIL-B至ASIL-D功能安全要求;32核設(shè)計(jì)，CPU計(jì)算能力高達(dá)1000kDMIPS），支持不同功能安全等級要求的多個(gè)域的安全隔離，并采用基于硬件的“Freedom From Interference （FFI）”技術(shù)。

這種硬件設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵安全功能（如線控制動）與非關(guān)鍵功能的隔離，并且被認(rèn)為與安全相關(guān)的關(guān)鍵功能可以分配給它們自己獨(dú)立的冗余域。每個(gè)域都有自己獨(dú)立的 CPU 內(nèi)核、內(nèi)存和接口，從而防止不同域中的硬件或軟件發(fā)生故障時(shí)車輛中潛在的災(zāi)難性故障。