自動駕駛高可用體系解耦設計

孫偉 吳澤毓 胡若軒

摘要：近十年以來，自動駕駛汽車成為一個熱門領域。在未來，因為自動駕駛的優越性，它將完全代替人的駕駛。實現自動駕駛，就必須有一套完整的、可靠的自動駕駛平臺用以控制汽車。自動駕駛平臺能夠在基于復雜的駕駛場景規劃，然后進行導航。關鍵詞：自動駕駛；平臺設計；解耦設計Autopilot high availability system decoupling designAbstract： In the past decade，autonomous vehicles have become a door.In the future，because of the superiority of autonomous driving，it will completely replace human driving.To achieve automatic driving，you must have a complete and reliable autonomous driving platform to control the car.The autopilot platform is able to plan and then navigate based on complex driving scenarios.Keywords： automatic driving； platform design； decoupling design 結合車輛和硬件系統。，例如住宅區和市區。該車現在具有360度可視性，以及升級的感知算法，以應對城市道路的變化，使汽車更安全和更清楚。包括無保護的轉彎和通常在住宅區和帶有停車標志的道路中發現的狹窄街道。平臺架構首先是底層的車輛認證平臺，主要包括兩塊，第一是符合標準的線控車輛的需求，第二是滿足線控標準的車輛。往上是硬件開發平臺，硬件開發平臺是做自動駕駛相關的硬件，這些藍色的模塊中有些是新增的硬件類型，有些是更新的硬件型號。再往上是軟件開放平臺，開源代碼大部分是在軟件層面。在定位、感知、規劃、還有Cyber RT以及V2X的適配器等模塊有變化。最上層的云端服務主要是仿真以及V2X的路側服務。1、車輛認證平臺開放車輛認證計劃為無人車駕駛開發者提供了更多車輛選擇，在標準化的接口下，開發者只需要做簡單的配置就可以將同一套代碼快速部署到與平臺兼容的多重開放車輛上。2、硬件開發平臺自動駕駛的硬件系統，可以粗略地分為感知、決策、控制三部分（還有定位、地圖、預測等模塊）。自動駕駛不能僅僅考慮系統，還要考慮到人的因素。車輛的運動包括車的行駛速度、行駛方向、車的轉向角度以及俯角和仰角等方面。自動駕駛車輛在行駛的時候需要進行對周圍環境的感知，目前感知的設備有雷達、攝像頭、以及V2X技術。主要應用的雷達有激光雷達和毫米波雷達；攝像頭和生物電傳感器（構建于方向盤內）主要監測駕駛員的狀態；車與周圍的信息的無死角交換可以通過V2X來實現。2.1 車載計算單元包含CPU、GPU、總線等部分。激光雷達、毫米波雷達、攝像頭產生的數據將傳送到本單元，然后計算單元對數據進行一定要求和模式下的計算，相當于PC的CPU部分。2.2 定位處理與環境感知GPS和IMU兩者呈現相輔相成的關系.，GPS相對更新頻率低，但因為不儲存前件數據，故不存在誤差的累積。IMU相對更新頻率高，但存在隨著更新次數而產生誤差累積，因為位置信息以及姿態信息是通過積分求得的。目前較為廣泛的使用辦法是依靠GPS來進行長時間定位，在GPS兩次位置更新中間采取IMU定位，從而使得定位數據更加準確可信。雷達系統的目的是感知周圍環境。主要采用激光雷達和毫米波雷達。激光雷達安裝在車頂，有兩個功能。首先可以360度旋轉，能夠提供周圍完整的車輛信息。其次激光雷達除還能與輔助GPS，用來定位和繪制高精度的地圖。毫米波雷達和激光雷達類似，通過發射一束電磁波，然后觀察回波和射入波的差異來計算距離和速度，二者主要分24G和77G技術，安裝在保險杠上面是被廣泛采用的舉措。駕駛員的外在肢體狀態和精神狀態也是必須要監控的部分。此監測有攝像頭和安裝在車內的生物傳感器來判斷。生物傳感器可以根據生理狀態判斷駕駛員的實時精神狀態，列入是否使疲勞或者酒駕。2.3 黑匣子黑匣子用來記錄車輛的運行狀態。它有高度的杠損壞性，能在事故發生之后進行事故原因的調查及分析。2.4 V2X雖然有雷達系統能感知環境，但是不能發現超越傳感器的探知范圍的信息。V2X設備能使車輛與外界進行完全的互聯，進行信息的交換。V2X包括Vehicle-To-Network、Vehicle-To-Vehicle、Vehicle-To-Infrastructure、Vehicle-To-Pedestrian，是自動駕駛的基礎和關鍵技術。3、開源軟件平臺最核心的層，分為 3 個部分。1、實時 RTOS 系統，要求保證實時反應；2、運行時計算框架；3、定位模塊和控制模塊以及 HMI 人機交互模塊。這三塊構成了本期開放的封閉場地循跡自動駕駛軟件體系；3.1 RTOSRTOS是一個在解耦過程中構建的實時操作系統，以超乎尋常的速度來快速處理外界產生的信息數據。RTOS最大的特點就是實時性，它在快速處理數據之后，又能在規定的時間內做出對應的響應，使實時任務能在規定時間內協調一致的運行。3.2 框架組成模塊自動駕駛系統包括了多個軟件控制模塊（規避障礙、定位導航、實時路徑規劃、交通信號燈判斷等）和多個硬件模塊（環境感知、數據計算、車輛行駛控制等）。要有一個性能優越、高效穩定的框架來協調和管理硬件和軟件模塊。地圖引擎：運行高精地圖；定位模塊：通過GPS、V-SLAM、L-SLAM、里程計等多種定位源融合，結合高精地圖，實現精準定位；感知：通過激光雷達、毫米波雷達、攝像頭，精確感知車輛周圍的環境路況，包括車輛、行人、交通標志等等；規劃：主要包括路徑規劃、運動障礙物的預測等；控制：實現控制車輛的轉向、油門、剎車等操作；端對端：基于深度學習的橫向和縱向駕駛模型；HMI：人機交互模塊。4、云服務平臺車在路上跑需要和云端有一定的交互，云端計算出模型再把它下發到車上。所以云端包含這些服務：高精度的Map；路況模擬仿真，幫助我們理解路況；此外還有，數據平臺、安全等。結論自動駕駛目前還處在發展的階段，但是該行業未來具有非常大的潛力。實現無人駕駛，需要有一個安全可靠的自動駕駛平臺。自動駕駛平臺包含軟件和硬件部分，是兩大核心。硬件通過雷達、攝像頭等對周圍環境進行感知和信息收集，并將數據傳輸到計算單元進行數據處理；軟件平臺通過操作系統的運行框架對信息處理，從而操控汽車。自動駕駛平臺的構建十分復雜，要實現真正的自動駕駛，還要繼續進行完善。參考文獻[1]Huang X，Wang P，Cheng X，et al.The ApolloScape Open Dataset for Autonomous Driving and its Application[J].2018.[2]石豎，卓斌.自動駕駛汽車的仿真[J].汽車工程，2000，22（2）：97-99.