本技术涉及复杂系统设计和基于模型的系统工程(MBSE)技术,提出了一种应用于汽车自动驾驶系统的MBSE建模方法。该方法包括:首先进行子系统级的需求分析,随后深入到具体的建模步骤。
背景技术
汽车自动驾驶系统是一个复杂且通常是架构分布式的系统。它们与其他车辆系统高度集成,处理来自车辆本身以及车辆环境的信息。自动驾驶系统设计涉及系统级、子系统级、组件级等不同层级,机械工程、控制工程、电子工程、软件工程等多个学科,以及感知、决策、控制、通信与互联、人机交互、安全与可靠性等多个领域的交叉融合,具有跨层级、多学科、多领域的特点。同时,自动驾驶系统是一种安全相关系统,其设计和运行直接关系到人身安全和财产安全,且具有人不在环路、自主性很强等特点,在设计过程中必须全面、综合地考虑到可能出现的情况。因此,如果设计过程中系统的需求不完整、需求无法追溯到对应的设计,可能会导致设计缺陷或遗漏,从而造成灾难性的后果,危害道路交通安全。
随着自动驾驶技术的迅速发展,汽车工业正经历着一场深刻的变革。传统的基于文档的设计方法已经无法应对现代自动驾驶系统开发中的复杂性和多样性挑战。基于模型的系统工程(Model-Based Systems Engineering,MBSE)方法论应运而生。MBSE通过构建系统模型,提供了从需求分析、系统设计、验证与确认以及后续阶段的全生命周期支持。有效解决了传统基于文档的方法在复杂性管理、跨学科领域协同和需求变更管理等方面的诸多问题,提高了自动驾驶系统的设计效率。
现有MBSE建模方法,通常面向某种特定的建模语言(如SysML)。然而在复杂装备系统设计过程中,单一建模语言往往难以满足复杂装备系统多领域、多层级的设计。
申请公布号CN115826452A的中国发明专利公开了一种基于SysML的智能驾驶系统建模方法、装置、设备及介质。该方法对智能驾驶系统的功能需求进行分析,得到所述智能驾驶系统的运行要素;采用自然语言描述所述智能驾驶系统的运行要素;根据自然语言描述的智能驾驶系统的运行要素,以及SysML建模语言,构建所述智能驾驶系统模型。该方法应用MBSE结合SysML建模语言标准进行智能驾驶系统设计,可以实现以模型驱动代替文档设计的方法,提高系统设计效率。但建模方法中仅涉及功能需求分析和运行分析,缺乏明确的逻辑设计步骤,可能导致功能实现过程中的逻辑不一致。并且缺乏物理实现细节,影响最终系统的实现效果。
分析上述现有汽车自动驾驶系统建模方法,可以发现目前汽车自动驾驶系统存在的待解决的问题:
(1)现有MBSE建模方法,通常面向某种特定的建模语言
现有的MBSE建模方法大多专注于某一种特定的建模语言,如SysML、UML或特定的DSML。这种单一语言的依赖性限制了方法的通用性和灵活性,当自动驾驶系统设计中面临复杂多样的需求时,单一语言可能无法全面和高效地表达所有必要的信息;此外,不同的建模语言往往需要不同的工具支持,不仅增加了学习成本,还导致模型重用困难。
(2)缺乏针对自动驾驶系统特定域的建模方法
现有的几种建模方法论,包括OPM、Harmony SE、OOSEM、MagicGrid和Arcadia,尽管提供了系统化的建模框架,但它们都是通用的方法论,并未专门针对自动驾驶系统的特定需求和特性进行优化。
实现思路