自动驾驶汽车硬件系统概述

自动驾驶汽车硬件系统概述.pdf 目前绝大多数自动驾驶研发车都是改装车辆,相关传感器加装到 车顶,改变车辆的动力学模型;改装车辆的刹车和转向系统,也缺乏 不同的工况和两冬一夏的测试。图中Uber研发用车是SUV车型自身 重心就较高,车顶加装的设备进一步造成重心上移,在避让转向的过 程中转向过急过度,发生碰撞时都会比原车更容易侧翻 硬件在环 司机在环 甚于模器仿真 基于车辆执行 基于实腭道 基于必要的硬件平台 软件在环 车辆在环 自动驾驶研发仿真测试流程 所以在自动驾驶中,安全是自动驾驶技术开发的第一天条。为了 降低和避免实际道路测试中的风险,在实际道路测试前要做好充分的 仿真、台架、封闭场地的测试验证。 软件在环( Software in loop),通过软件仿真来构建自动驾驶 所需的各类场景,复现真实世界道路交通环境,从而进行自动驾驶技 术的开发测试工作。软件在环效率取决于仿真软件可复现场景的程度。 对交通环境与场景的模拟,包括复杂交通场景、真实交通流、自然天 气(雨、雪、雾、夜晚、灯光等)各种交通参与者(汽车、摩托车、 自行车、行人等)。采用软件对交通场景、道路、以及传感器模拟仿 真可以给自动驾驶的环境感知提供卡富的输入可以对算法进行验证 和测试 硬件在环(Hard- ware in1oop),各种传感器类似人的眼睛和 耳朵,作为自动驾驶系统的感知部分,该部分的性能决定了自动驾驶 车辆能否适应复杂多变的交通环境。包括,摄像头、毫米波雷达、超 声波雷达、激光雷达。针对不同的传感器,硬件在环会根据不同的传 感器和环境因素来部署。 车辆在环( Vehicle in loop),车辆执行系统向传动系统发出 执行命令来控制车辆,在自动驾驶中取代了人类的手脚。自动驾驶系 统的执行控制优劣决定了车辆是否能够安仝舒适的行驶。车辆运行在 空旷的场地上,自动驾驶系统感知系统模拟的虚拟场景,自动驾驶系 统根据虚拟的场景发出控制指令,再通过传感器将车辆的实轨迹反 馈到虚拟环境中,实珌真车与虚拟环境的融合,从而进行车辆操控的 验证 司机在环( Driver in loop),基于实时仿真技术开发,结合驾 驶员的实际行为,可以实现对车辆和自动驾驶技术开发测试做出主观 的评价。可机在环,可以一方面获得司机的主观评价,另一方面可以 验证人机共驾驶的功能。 自动驾驶系统的硬件架构 就整体而言,汽车是个全社会化管理的产品,其固有的行业特点 是相对保守的。在人工智能的大潮下,面对造车新势力和消费者需求 变化的冲击,传统汽车行业渐进式的创新方法已经面临巨大的挑战。 急需改变传统的架构和方法不断创新。自动驾驶幣体的硬件架构不光 要考虑系统本身也要考虑人的因素 腰性 酒 司 全雪 快冒 计算单元 m 感知 决策 控制 自动驾驶的硬件架构 自动驾驶系统主要包含三个部分:感知、决策、控制。从整个 硬件的架构上也要充分考虑系统感知、决策、控制的功能要求。整 体设计和生产上要符合相关车规级标准,如IS026262、AECQ-100、 TS16949等相关认证和标准。目前L1、L2、ADAS系统的硬件架构体 系和供应链相对完善符合车规级要求。 感知层:依赖大量传感器的数据,分为车辆运动、环境感知、 驾驶员检测三大类。 车辆运动传感器:速度和角度传感器提供车辆线控系统的相关横 行和纵向信息。惯性导航+全球定位系统=组合导航,提供全姿态信息 参数和高精度定位信息。 环境感知传感器:负责环境感知的传感器类似于人的视觉和听觉, 如果没有环境感知传感器的支撑,将无法实现自动驾驶功能。主要依 靠激光雷达、摄像头、亳米波雷达的数据融合提供给计算单元进行算 法处理。w2X就是周围一切能与车辆发生关的事物进行通信,包括V2V 车辆通信技术、V2Ⅰ与基础设施如红绿灯的通信技术、V2P车辆与行 人的通信。 驾驶员监测传感器:基于摄像头的非接触式和基于生物电传感器 的接触式。通过方向盘和仪表台内集成的传感器,将驾驶员的面部细 节以及心脏、脑电等部位的数据进行收集,再根据这些部位数据变化, 判断驾驶员是否处于走神和疲劳驾驶状态。 计算单元部分:各类传感器采集的数据统一到计算单元处理,为 了保证自动驾驶的实时性要求,软件响应最大延迟必须在可接受的 围内,这对计算的要求非常高。目前主流的解决方案有基于GPU、FPGA ASIC等 车辆控制:自动驾驶需要用电信号控制车辆的转向、制动、油门 系统,其中涉及到车辆地盘的线控改装,目前在具备自适应巡航、紧 急制动、白动泊车功能的车上可以直接借用原车的系统,通过CAN总 线控制而不需要过度改装 警告系统:主要是通过声音、图像、振动提醒司机注意,通过HMI 的设计有效减少司机困倦、分心的行为。 、自动驾驶的传感器 光雷詁 围憬头 毫来述 组合导 自动驾驶的传感