УДК 629.331
ББК 39.33
П18
П18 Автономные и подключенные автомобили / пер. с англ. В. С. Яценкова. –
М.: ДМК Пресс, 2023. – 454 с.: ил.
Паре Д., Ребейн Х.
ISBN 978-5-93700-161-0
Эта книга рассказывает о разновидностях, выборе, принципах работы, свойствах
и архитектуре сетей, которые можно использовать в автономных и подключенных
транспортных средствах. Описываются датчики, связанные с автономностью
транспортного средства, системы помощи водителю, различные архитектуры
автомобильных бортовых сетей, предназначенных для управления и передачи
данных. Обсуждаются программное обеспечение и инструменты моделирования,
тестирования и диагностики, применяемые при разработке автономных
транспортных средств.
Издание предназначено для студентов, профессионалов автомобилестроения,
желающих повысить свою квалификацию, новичков в автомобильной отрасли
и просто любителей техники.
УДК 629.331
ББК 39.33
Originally published in France as:
Véhicules autonomes et connectés. Technologies, architectures et réseaux : du multiplex а l'Ethernet.
By Dominique Paret & Hassina Rebaine.
This Russian edition is translated from the English edition published by John Wiley & Sons entitled.
Autonomous and Connected Vehicles: Network Architectures from Legacy Networks to Automotive Ethernet
© 2022 with kind permission.
Все права защищены. Любая часть этой книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было
форме и какими бы то ни было средствами без письменного разрешения владельцев авторских прав.
ISBN 978-2-10078-827-9 (фр.)
ISBN 978-5-93700-161-0 (рус.)
© Dunod 2019, Malakoff
© Перевод, оформление,
издание, ДМК Пресс, 2022
Стр.5
Содержание
Предисловие от рецензента ...............................................................................10
Благодарности ......................................................................................................12
Об авторах ............................................................................................................13
Предисловие от авторов .....................................................................................14
Введение ...............................................................................................................18
Глава 1. Ключевые аспекты автономных и подключенных
транспортных средств .........................................................................................20
1.1. Тематика этой книги и ее ограничения .......................................................21
1.1.1. Архитектуры ............................................................................................21
1.1.2. Коммуникационные сети .......................................................................22
1.3. Краткая история автономного транспортного средства .............................38
1.3.1. Наши ожидания от автономного транспорта .......................................38
1.3.2. Типы двигателей и автономные транспортные средства ....................40
1.4. Влияние пандемии COVID-19 .......................................................................40
1.2. Терминология .................................................................................................22
1.2.1. Автономные и/или подключенные транспортные средства ...............22
1.2.2. Термины и определения, относящиеся к автономному транспорту .....24
Глава 2. Сопутствующие аспекты при разработке автономных
и подключенных транспортных средств ..........................................................42
2.1. Словарь ...........................................................................................................43
2.2. Нормативные аспекты и рекомендации ......................................................44
2.2.1. Текущие постановления и нормы, действующие в отношении
автономных транспортных средств ................................................................44
2.2.2. Смягчение законодательства об автономных транспортных
средствах ...........................................................................................................45
2.2.3. Автономные транспортные средства в Германии ................................47
2.2.4. Автономные транспортные средства во Франции ...............................48
2.2.5. Автономные транспортные средства в США .........................................52
2.3. Законодательный аспект – Кодексы .............................................................53
2.3.1. Статья R415-5 ..........................................................................................53
2.3.2. Статья R110-2 – остановка ......................................................................54
2.3.3. Статья Р417-10 – об остановке и стоянке ..............................................54
2.4. Нормативные аспекты ...................................................................................56
2.4.1. ISO, CEN и IEC, CENELEC .........................................................................57
2.4.2. BNA ...........................................................................................................57
2.4.3. ETSI...........................................................................................................57
Стр.6
6 | Содержание
2.4.4. ASQUER ....................................................................................................58
2.5. Правовые аспекты ..........................................................................................58
2.5.1. Международные аспекты .......................................................................58
2.5.2. Пример: национальные правовые нормы Франции ............................59
2.6. Соображения, связанные со страхованием ..................................................65
2.6.1. Гражданская ответственность ................................................................65
2.6.2. Уголовная ответственность ....................................................................66
2.6.3. Кто платит в случае аварии? ...................................................................67
2.6.4. Другие проблемы, требующие решения ................................................67
2.7. Моральные и этические аспекты, связанные с автономными
транспортными средствами ................................................................................68
2.7.1. Дилеммы, которые необходимо решить ...............................................68
2.7.2. Достижимые технические цели ..............................................................69
2.8. Безопасность ..................................................................................................69
2.8.1. Слабые звенья .........................................................................................70
2.8.2. Уровни безопасности, применяемые в транспортных средствах .......73
2.8.3. Криптография .........................................................................................74
2.8.4. Уязвимости подключенных транспортных средств .............................76
2.8.5. Уровни безопасности в обычных и автономных транспортных
средствах ...........................................................................................................76
2.9. Аспекты кибербезопасности .........................................................................76
2.9.1. Общие положения ...................................................................................77
2.9.2. Безопасность личных автомобилей .......................................................78
2.9.3. Проблема с парками транспортных средств .........................................78
2.9.4. Что нам делать? .......................................................................................78
2.9.5. Кибербезопасность и страхование ........................................................79
2.10. Социальные аспекты и GDPR ......................................................................80
2.10.1. Положение об индивидуальных и общественных свободах ..............80
2.10.2. Закон Франции об информации и свободах .......................................81
2.10.3. Мандат 436 .............................................................................................83
2.10.4. Общий регламент по защите данных ..................................................84
2.11. Аспекты, касающиеся охраны здоровья .....................................................89
2.12. Аспекты, связанные с экологическими нормами ......................................90
2.12.1. Переработка компонентов ...................................................................90
2.12.2. Переработка электронных отходов ......................................................90
2.13. Аспекты, связанные с общественной приемлемостью .............................91
2.13.1. Человеческий фактор ............................................................................91
2.14. Аккумуляторные технологии в электрических и автономных
транспортных средствах ......................................................................................94
2.14.1. Электрический и автономный… но на каком расстоянии? ...............94
2.14.2. Принцип работы электрической батареи............................................95
2.14.3. Настоящее и будущее аккумуляторных технологий ...........................97
2.15.2. Испытания ...............................................................................................104
2.15.3. Валидация ............................................................................................104
2.15. Прочие термины и понятия ......................................................................103
2.15.1. Тестирование .......................................................................................103
Стр.7
Содержание | 7
2.15.4. Омологация .........................................................................................105
2.15.5. Сертификация .....................................................................................108
2.16. Прогноз развития автономных транспортных средств ..........................108
Глава 3. Переход от DAS, ADAS и HADAS к L3, L4, L5 .....................................110
3.1. Функции, которые необходимо обеспечить ...............................................110
3.2. Датчики и технологии, применяемые в беспилотных автомобилях .......117
3.2.1. Общие положения .................................................................................117
3.2.2. Зрение ....................................................................................................118
3.2.3. Камеры ...................................................................................................118
3.2.4. Радар ......................................................................................................131
3.2.5. Лидар ......................................................................................................135
3.2.6. Ультразвуковые датчики (сонары) .......................................................152
3.2.7. Позиционирование транспортного средства ......................................153
3.2.8. Измерение динамики движения автомобиля .....................................155
3.2.9. Промежуточные итоги ..........................................................................155
3.2.10. Примеры применения систем автономного вождения ...................159
3.3. ADAS и компания .........................................................................................164
3.3.1. DA – помощь водителю .........................................................................164
3.3.2. ADAS – передовые системы помощи водителю ..................................165
3.3.3. HADAS – высокоуровневые передовые системы помощи
водителю .........................................................................................................165
3.3.4. ADAS – дополнительная информация .................................................165
3.3.5. Неполный перечень примеров некоторых систем ADAS ...................169
Глава 4. Сети и архитектура ..............................................................................183
4.1. Различные сетевые решения.......................................................................183
4.1.1. Управление силовой установкой .........................................................184
4.1.2. Управление шасси .................................................................................185
4.1.3. Управление кузовом автомобиля ........................................................185
4.1.4. Управление коммуникациями .............................................................188
4.1.5. Управление безопасностью и ADAS .....................................................188
4.1.6. Контролируемое и организованное управление комплексом
систем ..............................................................................................................188
4.3. Автономные транспортные средства: объединение данных,
искусственный интеллект и смежные технологии ...........................................199
4.3.1. Объединение данных датчиков ...........................................................201
4.3.2. Искусственный интеллект, машинное обучение и глубокое
обучение ..........................................................................................................207
4.3.3. Подробнее о машинном и глубоком обучении ...................................209
4.2. Подключенный автомобиль ........................................................................188
4.2.1. Большие данные – новое золото автомобильной индустрии ............188
4.2.2. Связь ......................................................................................................190
4.4. Аппаратная архитектура транспортных средств .......................................216
4.4.1. Разновидности топологии коммуникационной сети .........................217
4.4.2. Архитектуры автомобильного оборудования .....................................220
Стр.8
8 | Содержание
4.5. Типы сетей и описание протоколов, используемых в автономных
транспортных средствах ....................................................................................228
4.5.1. LIN ..........................................................................................................229
4.5.2. SENT .......................................................................................................229
4.5.3. CAN .........................................................................................................233
4.5.4. FlexRay ...................................................................................................271
4.5.5. MOST ......................................................................................................276
4.5.6. LVDS .......................................................................................................279
4.5.7. Обзор сетей автомобильного наследия ...............................................280
Глава5. Ethernet и автомобили .........................................................................282
5.1. Промышленный Ethernet ............................................................................284
5.1.1. Немного истории ..................................................................................284
5.1.2. Общие принципы ..................................................................................285
5.1.3. Кадр Ethernet в IEEE 802.3 ....................................................................285
5.1.4. Распространенные варианты Ethernet ................................................288
5.1.5. Варианты физического уровня промышленного Ethernet ................291
5.2. Парадигмы физических уровней Ethernet и автомобили .........................300
5.2.1. Введение ................................................................................................300
5.2.2. Узкое место автомобильного Ethernet = стоимость +
электромагнитная совместимость ................................................................302
5.2.3. Выбор физического уровня в автомобилях .........................................303
5.3. Варианты уровня Ethernet PHY, используемые в автомобилях ................328
5.3.1. Ethernet 100 Мбит/с в автомобилях .....................................................328
5.3.2. Автомобильный Ethernet на скорости 1 Гбит/с ..................................335
5.3.3. Multi-Giga Ethernet в автомобилях ......................................................338
5.3.4. Автомобильный Ethernet на скорости 10 Мбит/с ...............................339
5.3.5. Питание через Ethernet – PoE IEEE 802.3bu .........................................341
5.3.6. Общий обзор Ethernet в автомобилях .................................................341
5.3.7. OPEN Alliance .........................................................................................342
5.3.8. Электронные компоненты для автомобильного Ethernet .................343
5.4. Детерминированный Ethernet, работающий в реальном времени,
и автомобильный Ethernet .................................................................................350
5.4.1. Детерминированный Ethernet и Ethernet реального времени,
или TSN............................................................................................................350
5.4.2. TSN .........................................................................................................352
5.4.3. Сводный обзор применяемых стандартов ..........................................361
Глава 6. Моделирование, приложения и архитектура программного
обеспечения для автомобилей ........................................................................363
6.1. Программное моделирование автономного транспортного средства
и его окружения ..................................................................................................363
6.1.1. Моделирование .....................................................................................364
6.1.2. Синхронный сбор данных при высоких скоростях передачи ............366
6.1.3. Программное решение для измерения и калибровки .......................367
6.1.4. Аппаратное решение для высокоскоростного сбора данных ............368
Стр.9
Содержание | 9
6.1.5. Решение для регистрации данных со скоростью 1 Гбит/с .................369
6.1.6. Решения для транспортировки терабайтных объемов
записанных данных ........................................................................................371
6.1.7. Три подхода к моделированию ............................................................372
6.1.8. Физическое моделирование и моделирование окружающей
среды ...............................................................................................................372
6.1.9. Моделирование – промежуточный итог .............................................379
6.2. Эволюция аппаратной и программной архитектуры автомобиля ..........380
6.2.1. Эволюция архитектуры электрических и электронных систем .......380
6.2.2. Эволюция архитектуры программного обеспечения
в автомобилях .................................................................................................385
6.2.3. Автомобильный Ethernet ......................................................................393
6.3. Функции ........................................................................................................398
6.3.1. Модель автомобильных коммутаций ..................................................398
6.3.2. XCP в сети Ethernet ...............................................................................400
6.3.3. DoIP – диагностика по IP ......................................................................402
6.3.4. AVB – аудио/видеомост (IEEE 802.1) ....................................................406
6.3.5. Сервисно-ориентированная связь SOME/IP .......................................414
6.4. Инструменты тестирования и анализа .......................................................427
6.4.1. Инструменты, необходимые для новых архитектур ..........................427
6.4.2. Эволюция средств разработки .............................................................428
6.5. Выводы ..........................................................................................................450
Предметный указатель .....................................................................................452
Стр.10