1 介绍（Introduction）
本文档是 AUTOSAR应用接口（Application Interfaces）的一部分，描述了可在 AUTOSAR 项目中使用的应用设计模式。这些模式描述了处理常见汽车应用问题的可重用解决方案，例如传感器读取、设定值仲裁、信号转发等。
1.1 文档约定（Document conventions）
本文档遵循"四人帮"（Gang of Four，GoF）模式描述格式：
- 问题（Problem）：描述要解决的问题；
- 适用性（Applicability）：描述何时应用此模式；
- 解决方案（Solution）：详细描述模式结构；
- 命名（Naming）：约定使用的端口/数据类型名称；
- 示例（Example）：具体的应用场景；
- 已知用法（Known Uses）：业界已知的应用；
- 相关模式（Related Patterns）：与其他模式的关系。
1.2 需求追溯（Requirements Tracing）
本文档不包含独立的需求，但每种模式都隐含了对应用接口建模的需求。
2 关于模式（About Patterns）
2.1 模式类型（Types of Pattern）
本文档涵盖两类模式：
- 架构模式（Architectural Patterns）：描述系统结构；
- 设计模式（Design Patterns）：描述特定问题的解决方案。
2.2 模式描述（Describing Patterns）
每个模式使用统一的描述模板，包括：
- 模式名称和目标；
- 使用场景；
- 解决方案（UML 图 + 端口/数据类型定义）；
- 实施注意事项。
3 传感器与执行器模式（Sensor and Actuator Pattern）
3.1 问题（Problem）
汽车 ECU 需要与各种传感器和执行器交互。这些传感器/执行器通常由硬件抽象层处理，但应用软件需要一致的方式来：
- 读取物理量（如温度、压力）；
- 控制执行器（如电机、阀门）；
- 处理故障和诊断。
3.2 又称（Also Known As）
此模式也称为"传感器/执行器抽象模式"或"硬件抽象模式"。
3.3 适用性（Applicability）
适用于所有需要访问物理量或控制物理设备的 SW-C。
3.4 解决方案（Solution）
传感器与执行器模式定义了一组标准端口接口，用于 SW-C 与物理设备交互：
图：传感器/执行器模式结构应用 SW-C │ │ (通过标准化端口) ▼ [传感器/执行器 SW-C] │ ▼ 硬件抽象层 → 硬件
关键设计要点：
- 提供方（Provider）：传感器 SW-C 提供物理量的值；
- 消费方（Consumer）：应用 SW-C 消费传感器值；
- 控制接口：执行器 SW-C 提供执行器控制接口；
- 错误接口：可选地提供错误状态接口。
3.5 命名（Naming）
标准化的端口与数据类型命名约定：
- 提供物理量的 SW-C 名称：
<PhysicalQuantity>_Provider； - 消费物理量的 SW-C 名称：
<PhysicalQuantity>_Consumer； - 数据类型：
<PhysicalQuantity>_T（如EngineSpeed_T）； - 单位属性：
<PhysicalQuantity>_Unit（如rpm、kPa）。
3.6 示例（Example）
3.6.1 节气门（Throttle Valve）
典型电控节气门系统：
- 输入：加速踏板位置；
- 控制逻辑：发动机控制 SW-C；
- 输出：节气门开度；
- 反馈：节气门实际位置传感器。
3.6.2 涡轮增压器（Turbo Charger）
单级涡轮增压控制：
- 输入：发动机转速、增压压力；
- 输出：涡轮增压器控制信号（占空比）；
- 约束：最大增压压力限制。
3.6.3 多级/多组涡轮增压器（Turbo Charger with Stages and Banks）
高级涡轮增压系统，包含多个涡轮和级数。
3.6.4 无反馈环执行器（Actuator without Feedback Loop）
开环控制（如简单加热元件）。
3.6.5 标准传感器（Standard Sensor）
典型物理量传感器：
- 模拟传感器：连续值；
- 数字传感器：离散值；
- 智能传感器：内置信号处理。
3.6.6 环境温度标准传感器（Standard Sensor for Environment Temperature）
环境温度测量：
- 传感器位置：多个候选位置；
- 数据选择：取中值或平均值；
- 故障处理：坏值过滤。
3.6.7 分发设备抽象（Distributing Device Abstraction）
将单个物理设备的访问分发到多个软件客户端。
3.7 示例代码与模型（Sample Code and Model）
本节提供示例 AUTOSAR XML 模型片段和 C 代码，演示传感器/执行器模式的应用。
3.8 已知用法（Known Uses）
该模式已在多家 OEM 的发动机控制、变速箱控制、车身控制系统中应用。
3.9 相关模式（Related Patterns）
与以下模式相关：
- 仲裁模式（见第 4 章）；
- 分发设备抽象模式。
3.10 应注意的反模式（Anti-Patterns One Should be Aware of）
常见反模式：
- 绕过硬件抽象层直接访问硬件；
- 在多个 SW-C 中重复物理量处理逻辑；
- 忽略单位转换；
- 缺乏故障检测机制。
3.11 进一步阅读（Further Readings）
- AUTOSAR 应用接口用户指南（
AUTOSAR_EXP_AIUserGuide）； - AUTOSAR 测量、标定与诊断文档（
AUTOSAR_TR_AIMeasurementCalibrationDiagnostics）。
4 多个请求者或提供者之间的仲裁（Arbitration between several requesters or providers）
4.1 问题（Problem）
当多个请求者对同一执行器发出不同设定值请求，或多个提供者提供不同估计值时，需要确定采用哪一个值。
典型场景：
- 多个 SW-C 请求不同的发动机扭矩（自适应巡航、牵引力控制）；
- 多个传感器提供同一物理量的估计值（如多个温度传感器）。
4.2 适用性（Applicability）
适用于任何需要协调多个请求者或多个提供者的场景。
4.3 解决方案（Solution）
引入仲裁器 SW-C（Arbitrator SW-C），作为所有请求者和执行器之间的中介：
图：仲裁模式结构
多个 Requester SW-C
│ (Request)
▼
[Arbitrator SW-C]
│ (Consolidated Request)
▼
Actuator SW-C
或
多个 Provider SW-C
│ (Estimate)
▼
[Arbitrator SW-C]
│ (Consolidated Estimate)
▼
Consumer SW-C
仲裁策略包括：
- 最小值（Min）：取所有请求中的最小值（保守策略）；
- 最大值（Max）：取所有请求中的最大值；
- 优先级（Priority）：基于优先级的抢占；
- 平均值（Average）：取所有值的算术平均；
- 中值（Median）：取所有值的中值；
- 加权平均（Weighted Average）：基于权重的加权平均。
4.4 示例（Example）
4.4.1 多个设定值请求者（Several Setpoint Requesters）
多个功能请求不同的发动机扭矩：
- 自适应巡航控制（ACC）：请求基于前车距离的扭矩；
- 牵引力控制（TC）：请求基于车轮打滑的扭矩限制；
- 驾驶员加速请求：基于踏板位置的扭矩。
仲裁器根据优先级（通常 ACC > TC > Driver）和最小值策略输出最终扭矩请求。
4.4.2 多个合并值的提供者（Several Providers of Consolidated Values）
多个子系统提供车辆状态信息：
- ESC（电子稳定控制）提供车辆横摆角速度；
- ADAS（高级驾驶辅助）提供预测的横摆角速度；
- 传感器融合提供校准的横摆角速度。
仲裁器选择最可靠的值。
4.4.3 多个估计值的提供者（Several Providers of Estimated Values）
多个算法估计同一物理量：
- 不同滤波算法估计车速；
- 基于 GPS 的车速估计；
- 基于轮速的车速估计。
仲裁器选择最可信的估计。
4.5 示例代码与模型（Sample Code and Model）
本节提供仲裁器的示例 XML 模型与 C 代码。
4.6 已知用法（Known Uses）
该模式已在多家 OEM 的扭矩管理、车辆状态估计等系统中应用。
4.7 相关模式（Related Patterns）
与传感器/执行器模式（见第 3 章）配合使用。
A 变更历史（Change History）
A.1 AUTOSAR R4.3.0 变更历史
- 添加约束；
- 变更约束；
- 删除约束；
- 添加规范项；
- 变更规范项；
- 删除规范项。
具体内容详见原文第 41 页。
A.2 AUTOSAR R4.2.2 变更历史
包括：通用化仲裁模式（三个示例：多个设定值请求者、多个估计值提供者、多个合并值提供者）、对信号定义的重新考量、为智能执行器和无反馈环执行器定制模式等。
A.3 AUTOSAR R4.2.1 变更历史
首次发布本文档。涵盖的模式：
- 传感器与执行器模式；
- 多个设定值请求者仲裁模式。
B 引用类表（Mentioned Class Tables）
附录提供了本模式使用的元模型类的定义，包括 ApplicationDataType、SenderReceiverInterface、ClientServerInterface 等。具体详见原文第 43 页。