自动驾驶架构设计

Posted 2021-04-10 自动驾驶攻城狮

架构的英文是Architecture，这个词最早起源于建筑业，代表着建筑的构思、设计和施工等整体框架性风格，通常会带有一定的文化属性和艺术风格，比如哥特式、罗马式和巴洛克式。

在做架构的时候就要考虑好需要什么建材、什么尺寸、楼层、门窗、采光通风排水、逃生等等多种因素，整个构思过程能大能小，大能包含文化特色，艺术风格，小能涵盖一砖一瓦。

转换到自动驾驶的架构设计，也是异曲同工；自动驾驶的架构设计要考虑横纵向的控制层次、功能分布、冲突和仲裁解决、系统故障传递和隔离、系统失效安全等，整体的框架如下

立方体的上面是基础模型、右面是安全概念及其要素解析，本次重点说明下正面的内容：从用户端的需求出发，转化成设计概念，然后根据需求以及设计概念来搭建系统层级的开发内容，最后到系统的执行端；重头戏在于系统开发设计，往下分解包含了功能架构、技术架构和软件架构，就像建筑可以拆解到砖和瓦，自动驾驶架构可以拆分到最底层的硅基芯片。

接下来以功能架构为例，继续挖一挖，其实整体来说功能层面基本对应控制要素的三大件：感知、决策、执行

感知包含物理环境感知和融合、定位及高精地图、语义识别和世界模型构建

决策在自动驾驶业内常称作规控，即规划和控制，主要包括轨迹规划、局部避让策略（基于世界模型的感知信息），还有系统监控、诊断以及异常情况下的failsafe/function safety策略。

执行简单来说就是应对各种需求的车辆加速、减速和转向。

这里补充下感知的说法其实应该是广义的，不仅有Radar/Lidar/Sonar/Camera对环境的感知，还有V2X/HMI传递的信息，以及车辆自身G-sensor/Yaw-rate sensor/转速测量等信息。

回到物理世界

1 一副图片从Camera的imagesensor回传过来后，要对其进行感知、识别、定位，再结合Radar/Lidar回传的多普勒参数以及环境感知信息，融合后得到前方目标的模型。

2- 结合目标的三维相对位置（横纵向距离）、相对速度、加速度、轮廓、分类、置信概率，周围环境的其他交通参与者情况，来决定是应该加速跟车还是刹车拉长车距，根据全局路径规划、当前定位、是否符合变道条件or紧急横向避让等来决定方向盘动作意图。

3- 再根据车辆整体状态以及驾驶员指令综合判断车辆下一步指令数值，既要完成驾驶任务，又要防止运动突变影响舒适性，最终落实到对应的纵向加减速和横向转角控制，从而完成一个周期的车辆动态自动驾驶感知、决策和执行过程，循环往复。

 

参考文献：