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news 2025/8/9 15:59:52

AUTOSAR 乘员与行人安全系统详解

基于AUTOSAR标准的乘员与行人安全系统架构、组件和接口

引言
- 1.1 文档目的
- 1.2 术语和缩写
- 1.3 乘员与行人安全领域简介
OPS系统概念
- 2.1 OPS阶段与事件时间线
- 2.2 参考坐标系统
- 2.3 座位位置命名约定
架构概述
- 3.1 系统整体架构
- 3.2 传感器池与执行器池详细设计
软件组件详解
- 4.1 传感器池 (SWCo 001 SP)
- 4.2 执行器池 (SWCo 002 AP)
- 4.3 碰撞状态 (SWCo 003 CS)
- 4.4 安全带提醒 (SWCo 102 SBR)
- 4.5 车辆碰撞检测 (SWCo 301 VCD)
- 4.6 翻滚和俯仰碰撞检测 (SWCo 302 ROD, 303 POD)
- 4.7 乘员约束系统激活 (SWCo 304 ORA)
- 4.8 行人保护碰撞检测 (SWCo 305 PCD)
- 4.9 行人保护系统激活 (SWCo 306 PPA)
- 4.10 乘员检测 (SWCo 101 OD)
接口详情
- 5.1 传感器池接口详解
- 5.2 执行器池接口详解
总结

1. 引言

1.1 文档目的

本文档提供了基于AUTOSAR标准的乘员与行人安全(OPS, Occupant and Pedestrian Safety)系统的背景信息，包括导致应用接口定义标准化的设计决策。文档详细介绍了AUTOSAR乘员与行人安全领域的架构、组件、接口和实现细节。

1.2 术语和缩写

以下是本文档中使用的主要术语和缩写：

OPS: Occupant and Pedestrian Safety，乘员与行人安全
SWCo: Software Composition，软件组合
SWC: Software Component，软件组件
SP: Sensor Pool，传感器池
AP: Actuator Pool，执行器池
CS: Crash Status，碰撞状态
VCD: Vehicle Crash Detection，车辆碰撞检测
ROD: Rollover Crash Detection，翻滚碰撞检测
POD: Pitchover Crash Detection，俯仰碰撞检测
ORA: Occupant Restraint Activation，乘员约束系统激活
PCD: Pedestrian Crash Detection，行人碰撞检测
PPA: Pedestrian Protection Actuator Activation，行人保护系统激活
SBR: Seat Belt Reminder，安全带提醒
OD: Occupant Detection，乘员检测
AB: Airbag，安全气囊
eCall: Emergency Call，紧急呼叫系统

1.3 乘员与行人安全领域简介

乘员与行人安全(OPS)领域是AUTOSAR框架中负责管理和控制车辆安全系统的重要组成部分。该领域涵盖了从碰撞前预防到碰撞后救援的全过程安全保障机制，主要包括以下方面：

车辆碰撞检测与响应
乘员保护系统的控制与激活
行人保护系统的控制与激活
安全带状态监控与提醒
乘员位置和状态的检测
碰撞后数据记录和紧急服务

OPS系统通过集成各种传感器数据，如加速度计、陀螺仪、压力传感器等，实时监测车辆状态，并在必要时激活相应的安全系统，如安全气囊、安全带预紧器和行人保护装置，以最大限度地减少乘员和行人在事故中的伤害。

2. OPS系统概念

2.1 OPS阶段与事件时间线

OPS系统运行过程可分为多个阶段，从正常驾驶到碰撞后救援，每个阶段都有特定的系统行为和触发条件。下图展示了OPS事件时间线：

在这里插入图片描述

OPS阶段说明：

正常驾驶阶段：
- 系统持续监控乘员状态和安全带佩戴情况
- 安全带提醒系统(SBR)根据车速和乘员情况提供提醒
- 乘员检测系统(OD)实时检测座位占用状态
碰撞前阶段：
- 系统检测到潜在碰撞风险
- 预碰撞系统可能激活，如安全带预紧等
- 乘员保护系统准备就绪
碰撞阶段：
- 碰撞检测系统检测到实际碰撞并触发相应系统
- 乘员约束系统(如安全气囊)根据碰撞类型和乘员情况激活
- 行人保护系统在检测到行人碰撞时激活
碰撞后阶段：
- 系统记录碰撞数据
- 激活救援系统，如eCall自动紧急呼叫
- 提供碰撞状态信息

2.2 参考坐标系统

为了统一车辆内各种传感器和执行器的数据描述，OPS系统定义了标准化的车辆参考坐标系统：

在这里插入图片描述

坐标系详解：

坐标系原点：位于车辆重心
X轴：
- 正向指向车辆前方
- 负向指向车辆后方
- 用于前后加速度测量
Y轴：
- 正向指向车辆右侧
- 负向指向车辆左侧
- 用于侧向加速度测量
Z轴：
- 正向指向车辆上方
- 负向指向车辆下方
- 用于垂直加速度测量
旋转角度：
- Roll角：车辆沿X轴的旋转，用于翻滚碰撞检测
- Pitch角：车辆沿Y轴的旋转，用于俯仰碰撞检测
- Yaw角：车辆沿Z轴的旋转，用于横向碰撞检测

所有传感器数据都会根据其安装位置转换到这个统一的参考坐标系，以确保不同系统之间的数据一致性和可比性。

2.3 座位位置命名约定

为了统一表示车内不同座位位置，OPS系统采用了标准化的座位位置命名约定：

在这里插入图片描述

座位命名规则说明：

命名格式：使用"R{排号}P{位置号}"表示座位位置
排号®：
- R1：第一排（前排）
- R2：第二排
- R3：第三排（如果存在）
位置号§：
- P1：左侧位置
- P2：中间位置（或仅有两个座位时的右侧位置）
- P3：右侧位置（三个座位情况下）
常见示例：
- R1P1：驾驶员座位
- R1P2：前排乘客座位（副驾驶）
- R2P2：第二排中间座位

这种命名约定在OPS系统中用于统一描述传感器数据来源、乘员位置和安全系统激活目标，确保系统能够准确识别和保护每个座位位置的乘员。

3. 架构概述

3.1 系统整体架构

OPS系统架构采用分层设计，明确区分传感器层、处理层和执行层，以下是系统的整体架构图：

在这里插入图片描述

架构层次说明：

传感器层：
- 传感器池(SP)：集中管理和处理所有传感器数据
- 将原始传感器数据转换为标准化格式
- 提供统一接口给处理层组件
处理层：
- 碰撞状态(CS)：维护车辆当前的碰撞状态信息
- 车辆碰撞检测(VCD)：分析加速度数据识别碰撞
- 翻滚碰撞检测(ROD)：分析角速度数据识别翻滚碰撞
- 俯仰碰撞检测(POD)：分析角速度数据识别俯仰碰撞
- 行人碰撞检测(PCD)：分析碰撞传感器数据识别行人碰撞
- 乘员检测(OD)：处理座椅传感器数据识别乘员状态
- 安全带提醒(SBR)：监控安全带状态并提供提醒功能
执行层：
- 乘员约束系统激活(ORA)：控制乘员保护系统激活
- 行人保护系统激活(PPA)：控制行人保护系统激活
- 执行器池(AP)：集中管理和控制所有执行器动作

这种分层设计提供了清晰的功能分隔，使系统能够更好地适应不同车型和配置的需求，同时保持接口的一致性和标准化。

3.2 传感器池与执行器池详细设计

传感器池和执行器池是OPS系统的关键组件，它们分别负责数据采集和执行动作，下图展示了它们的详细设计：

在这里插入图片描述

传感器池与执行器池设计解释：

传感器池(SWCo 001 SP)：
- 功能：集中管理所有传感器数据，提供标准化接口
- 关键接口：
  - SensorData：通用传感器数据接口
  - AccData：加速度传感器数据接口
  - GyroData：陀螺仪传感器数据接口
  - SeatData：座椅传感器数据接口
  - BeltData：安全带状态数据接口
  - CrashData：碰撞传感器数据接口
- 实现特点：
  - 对底层传感器硬件进行抽象
  - 提供统一的数据格式和接口
  - 支持多种传感器配置和冗余策略
执行器池(SWCo 002 AP)：
- 功能：集中管理所有安全系统执行器，提供标准化控制接口
- 关键接口：
  - OccupantRestraint：乘员约束系统控制接口
  - PedestrianProtection：行人保护系统控制接口
  - WarningControl：警告系统控制接口
- 实现特点：
  - 对底层执行器硬件进行抽象
  - 提供统一的控制命令格式
  - 支持多种执行器配置和激活策略
接口设计原则：
- 清晰定义数据流向，确保单向流动
- 模块间松耦合，接口高内聚
- 支持不同车型和配置的可配置性
- 符合AUTOSAR标准的接口定义