自动驾驶高可用体系解耦设计

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　　摘要：近十年以来，自动驾驶汽车成为一个热门领域。在未来，因为自动驾驶的优越性，它将完全代替人的驾驶。实现自动驾驶，就必须有一套完整的、可靠的自动驾驶平台用以控制汽车。自动驾驶平台能够在基于复杂的驾驶场景规划，然后进行导航。关键词：自动驾驶；平台设计；解耦设计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 结合车辆和硬件系统。，例如住宅区和市区。该车现在具有360度可视性，以及升级的感知算法，以应对城市道路的变化，使汽车更安全和更清楚。包括无保护的转弯和通常在住宅区和带有停车标志的道路中发现的狭窄街道。平台架构首先是底层的车辆认证平台，主要包括两块，第一是符合标准的线控车辆的需求，第二是满足线控标准的车辆。往上是硬件开发平台，硬件开发平台是做自动驾驶相关的硬件，这些蓝色的模块中有些是新增的硬件类型，有些是更新的硬件型号。再往上是软件开放平台，开源代码大部分是在软件层面。在定位、感知、规划、还有Cyber RT以及V2X的适配器等模块有变化。最上层的云端服务主要是仿真以及V2X的路侧服务。1、车辆认证平台开放车辆认证计划为无人车驾驶开发者提供了更多车辆选择，在标准化的接口下，开发者只需要做簡单的配置就可以将同一套代码快速部署到与平台兼容的多重开放车辆上。2、硬件开发平台自动驾驶的硬件系统，可以粗略地分为感知、决策、控制三部分（还有定位、地图、预测等模块）。自动驾驶不能仅仅考虑系统，还要考虑到人的因素。车辆的运动包括车的行驶速度、行驶方向、车的转向角度以及俯角和仰角等方面。自动驾驶车辆在行驶的时候需要进行对周围环境的感知，目前感知的设备有雷达、摄像头、以及V2X技术。主要应用的雷达有激光雷达和毫米波雷达；摄像头和生物电传感器（构建于方向盘内）主要监测驾驶员的状态；车与周围的信息的无死角交换可以通过V2X来实现。2.1 车载计算单元包含CPU、GPU、总线等部分。激光雷达、毫米波雷达、摄像头产生的数据将传送到本单元，然后计算单元对数据进行一定要求和模式下的计算，相当于PC的CPU部分。2.2 定位处理与环境感知GPS和IMU两者呈现相辅相成的关系.，GPS相对更新频率低，但因为不储存前件数据，故不存在误差的累积。IMU相对更新频率高，但存在随着更新次数而产生误差累积，因为位置信息以及姿态信息是通过积分求得的。目前较为广泛的使用办法是依靠GPS来进行长时间定位，在GPS两次位置更新中间采取IMU定位，从而使得定位数据更加准确可信。雷达系统的目的是感知周围环境。主要采用激光雷达和毫米波雷达。激光雷达安装在车顶，有两个功能。首先可以360度旋转，能够提供周围完整的车辆信息。其次激光雷达除还能与辅助GPS，用来定位和绘制高精度的地图。毫米波雷达和激光雷达类似，通过发射一束电磁波，然后观察回波和射入波的差异来计算距离和速度，二者主要分24G和77G技术，安装在保险杠上面是被广泛采用的举措。驾驶员的外在肢体状态和精神状态也是必须要监控的部分。此监测有摄像头和安装在车内的生物传感器来判断。生物传感器可以根据生理状态判断驾驶员的实时精神状态，列入是否使疲劳或者酒驾。2.3 黑匣子黑匣子用来记录车辆的运行状态。它有高度的杠损坏性，能在事故发生之后进行事故原因的调查及分析。2.4 V2X虽然有雷达系统能感知环境，但是不能发现超越传感器的探知范围的信息。V2X设备能使车辆与外界进行完全的互联，进行信息的交换。V2X包括Vehicle-To-Network、Vehicle-To-Vehicle、Vehicle-To-Infrastructure、Vehicle-To-Pedestrian，是自动驾驶的基础和关键技术。3、开源软件平台最核心的层，分为 3 个部分。1、实时 RTOS 系统，要求保证实时反应；2、运行时计算框架；3、定位模块和控制模块以及 HMI 人机交互模块。这三块构成了本期开放的封闭场地循迹自动驾驶软件体系；3.1 RTOSRTOS是一个在解耦过程中构建的实时操作系统，以超乎寻常的速度来快速处理外界产生的信息数据。RTOS最大的特点就是实时性，它在快速处理数据之后，又能在规定的时间内做出对应的响应，使实时任务能在规定时间内协调一致的运行。3.2 框架组成模块自动驾驶系统包括了多个软件控制模块（规避障碍、定位导航、实时路径规划、交通信号灯判断等）和多个硬件模块（环境感知、数据计算、车辆行驶控制等）。要有一个性能优越、高效稳定的框架来协调和管理硬件和软件模块。地图引擎：运行高精地图；定位模块：通过GPS、V-SLAM、L-SLAM、里程计等多种定位源融合，结合高精地图，实现精准定位；感知：通过激光雷达、毫米波雷达、摄像头，精确感知车辆周围的环境路况，包括车辆、行人、交通标志等等；规划：主要包括路径规划、运动障碍物的预测等；控制：实现控制车辆的转向、油门、刹车等操作；端对端：基于深度学习的横向和纵向驾驶模型；HMI：人机交互模块。4、云服务平台车在路上跑需要和云端有一定的交互，云端计算出模型再把它下发到车上。所以云端包含这些服务：高精度的Map；路况模拟仿真，帮助我们理解路况；此外还有，数据平台、安全等。结论自动驾驶目前还处在发展的阶段，但是该行业未来具有非常大的潜力。实现无人驾驶，需要有一个安全可靠的自动驾驶平台。自动驾驶平台包含软件和硬件部分，是两大核心。硬件通过雷达、摄像头等对周围环境进行感知和信息收集，并将数据传输到计算单元进行数据处理；软件平台通过操作系统的运行框架对信息处理，从而操控汽车。自动驾驶平台的构建十分复杂，要实现真正的自动驾驶，还要继续进行完善。参考文献[1]Huang X，Wang P，Cheng X，et al.The ApolloScape Open Dataset for Autonomous Driving and its Application[J].2018.[2]石竖，卓斌.自动驾驶汽车的仿真[J].汽车工程，2000，22（2）：97-99.
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