智能汽車測控技術(shù) 課件 第二章-第2講 智能汽車開發(fā)平臺

智能汽車測控技術(shù)

該競賽融合科學(xué)性、趣味性和觀賞性為一體，以促進(jìn)智能汽車研究為目的，內(nèi)容涵蓋了機(jī)械、電氣、計(jì)算機(jī)以及控制等學(xué)科知識。從2005年起一年一屆，參賽高校眾多，培養(yǎng)學(xué)生量大。智能汽車競賽現(xiàn)場智能小車示意圖第二講

智能汽車開發(fā)平臺1.智能小車智能小車硬件平臺第二講

智能汽車開發(fā)平臺1.智能小車硬件結(jié)構(gòu)各部分功能：第二講

智能汽車開發(fā)平臺1.智能小車滾輪式小車：智能小車機(jī)械結(jié)構(gòu)的主要部分，由車身、底盤、車輪等結(jié)構(gòu)部件組成。信息采集模塊：智能小車獲取現(xiàn)場信息的“眼睛”，主要由攝像頭、電磁傳感器和線性CCD組成。控制器：主要由單片機(jī)、穩(wěn)壓電源和外圍接口電路等組成其功能和智能汽車的相似。擴(kuò)展接口：為便于調(diào)試，會在設(shè)計(jì)過程中預(yù)留一些可擴(kuò)展接口。運(yùn)動執(zhí)行模塊：完成智能小車的縱向和橫向運(yùn)動控制。通信模塊：完成智能小車和上位機(jī)的通信任務(wù)。其將智能小車的各種運(yùn)行狀態(tài)信息發(fā)送給PC機(jī)供調(diào)試和監(jiān)控使用。交互接口：用于智能小車的參數(shù)設(shè)置和小車狀態(tài)數(shù)據(jù)的顯示。輔助檢測模塊：完成小車車速、加速度和位置的檢測。7.2V電池：為智能小車提供電源。第二講

智能汽車開發(fā)平臺1.智能小車智能小車軟件平臺STC8H系列單片機(jī)使用的μVision5軟件平臺：μVision5是一款經(jīng)典的、功能強(qiáng)大的、適用寬廣的集成開發(fā)環(huán)境IDE，其將編輯器、編譯器、調(diào)試器及輔助工具集成在一起，支持匯編語言和C51語言編程。該版本引入了靈活的窗口管理界面，新的用戶界面可以更好地利用屏幕空間和更有效地組織多個窗口，提供一個整潔高效的環(huán)境來開發(fā)應(yīng)用程序。C51范例調(diào)試模式第二講

智能汽車開發(fā)平臺1.智能小車輪式機(jī)器人是以驅(qū)動輪子來帶動機(jī)器進(jìn)行運(yùn)動和工作的機(jī)器人。智能汽車屬于輪式機(jī)器人，由于其在交通運(yùn)輸中應(yīng)用很廣，加之其應(yīng)用場景無限多，因此其開發(fā)應(yīng)用難度更大。輪式機(jī)器人開發(fā)所使用的操作系統(tǒng)ROS（RobotOperatingSystem）的名稱就是機(jī)器人操作系統(tǒng)。第二講

智能汽車開發(fā)平臺2.輪式機(jī)器人（1）簡介：ROS是一個應(yīng)用廣泛的機(jī)器人系統(tǒng)軟件框架。是面向機(jī)器人開發(fā)的開源操作系統(tǒng)。提供一般計(jì)算機(jī)操作系統(tǒng)的諸多功能，如硬件抽象、底層設(shè)備控制、常用功能實(shí)現(xiàn)、進(jìn)程間消息傳遞和程序包管理等。提供相關(guān)工具和庫，用于獲取、編譯、編輯代碼以及在多個計(jì)算機(jī)之間運(yùn)行程序完成分布式計(jì)算。提供一種發(fā)布和訂閱的信息框架，便于簡捷快速地搭建分布式計(jì)算系統(tǒng)。第二講

智能汽車開發(fā)平臺2.輪式機(jī)器人ROS操作系統(tǒng)（2）特點(diǎn)：點(diǎn)對點(diǎn)設(shè)計(jì)；多語言支持；精簡與集成；工具包豐富；免費(fèi)開源。第二講

智能汽車開發(fā)平臺2.輪式機(jī)器人（3）ROS文件系統(tǒng)層：第二講

智能汽車開發(fā)平臺2.輪式機(jī)器人（4）ROS計(jì)算圖層：第二講

智能汽車開發(fā)平臺2.輪式機(jī)器人硬件平臺：機(jī)甲大師實(shí)例S1配有6塊感應(yīng)裝甲感知物理打擊，擁有中央處理器的控制電路板、定制無刷電機(jī)、全向移動底盤和高精度云臺等組件。采用模塊化設(shè)計(jì)。配備31個傳感器，可以感知圖像、光線、聲音、振動等。FPV攝像頭結(jié)合機(jī)器視覺技術(shù)，能夠識別多樣的物體。麥克風(fēng)讓其可以識別聲音。第二講

智能汽車開發(fā)平臺2.輪式機(jī)器人機(jī)甲大師S1：紅外傳感器則能讓它接收來自另一臺S1的紅外信號。S1預(yù)留了6個PWM拓展接口以及可以幫助進(jìn)階用戶為S1

開發(fā)組裝擴(kuò)展硬件。支持Python編程語言。為用戶提供了多樣編程環(huán)境，其應(yīng)用程序可在IOS、Android、Windows等多平臺下工作。第二講

智能汽車開發(fā)平臺2.輪式機(jī)器人機(jī)甲大師S1：RoboMaterEP秉承了S1的底盤結(jié)構(gòu)。新增模塊：高性能舵機(jī)、機(jī)械爪、機(jī)械臂、紅外深度傳感器、傳感器轉(zhuǎn)接模塊以及電源轉(zhuǎn)接模塊，完成物體的抓取、避障測距等任務(wù)。支持外接的第三方開源硬件：Microbit、arduino、樹莓派等。每個傳感器轉(zhuǎn)接模塊均有兩個傳感器接口及供電功能。電源轉(zhuǎn)接模塊在為第三方開源硬件供電的同時，還提供接口拓展功能。第二講

智能汽車開發(fā)平臺機(jī)甲大師EP（RoboMasterEP）：2.輪式機(jī)器人智能汽車開放式開發(fā)平臺：第二講

智能汽車開發(fā)平臺3.智能汽車

指通過公開程序編程接口（API）或函數(shù)使外部程序可以調(diào)用系統(tǒng)功能或集成系統(tǒng)功能的軟硬件結(jié)合的平臺方案。有助于汽車行業(yè)及自動駕駛領(lǐng)域的合作伙伴結(jié)合車輛和硬件系統(tǒng)，快速搭建一套屬于自己的自動駕駛系統(tǒng)。

這類平臺提供大量的開發(fā)資源，用戶可以快速進(jìn)行智能汽車的開發(fā)。最為典型的是Apollo自動駕駛開放平臺，它是一個開放、完整、安全的開發(fā)平臺。第二講

智能汽車開發(fā)平臺3.智能汽車不對外開放，只在內(nèi)部使用。其硬件平臺和開放式平臺基本相同，在部件和設(shè)備在選型和配置數(shù)量可能不同。在軟件開發(fā)平臺方面：自制式開發(fā)平臺多采用ROS操作系統(tǒng)，需要從底層開發(fā)做起，難度較大，優(yōu)點(diǎn)是自成一體，便于全面掌握整個開發(fā)過程。智能汽車自制式開發(fā)平臺：第二講

智能汽車開發(fā)平臺3.智能汽車智能汽車定制式開發(fā)平臺：通常是大型汽車制造廠家、軟件廠商和互聯(lián)網(wǎng)公司聯(lián)合建立的開發(fā)平臺。該主要用于特定車型的開發(fā)，不對外開放，只有聯(lián)盟內(nèi)部才有機(jī)會使用。其原理和開放式平臺相同。Apollo開放平臺發(fā)展歷程2017年7月，百度正式開源Apollo1.0自動駕駛平臺。2018年1月8日，百度發(fā)布了Apollo2.0版本，增加了很多功能。2018年7月，百度在AI開發(fā)者大會上正式發(fā)布了Apollo3.0版本。2019年1月，百度在CES大會上正式發(fā)布ApolloEnterprise和Apollo3.5版本。Apollo技術(shù)框架第二講

智能汽車開發(fā)平臺4.Apollo自動駕駛Apollo硬件平臺及數(shù)據(jù)流程圖硬件平臺直接決定了系統(tǒng)的感知能力、運(yùn)算能力、功耗強(qiáng)度、可靠性等，是自動駕駛必不可少的部分。第二講

智能汽車開發(fā)平臺4.Apollo自動駕駛Apollo軟件平臺軟件平臺構(gòu)成感知平臺地圖引擎定位模塊規(guī)劃模塊車輛控制端到端解決方案第二講

智能汽車開發(fā)平臺4.Apollo自動駕駛（1）感知平臺：線上感知模塊提供基于深度學(xué)習(xí)的點(diǎn)云動態(tài)障礙物的檢測、分割和基于運(yùn)動的跟蹤。線下標(biāo)定服務(wù)平臺提供云端的跨平臺標(biāo)定服務(wù)。第二講

智能汽車開發(fā)平臺4.Apollo自動駕駛感知平臺線上感知模塊障礙物檢測識別紅綠燈檢測識別線下標(biāo)定服務(wù)平臺（1）感知平臺：下圖為Apollo3.5感知框架。第二講

智能汽車開發(fā)平臺4.Apollo自動駕駛（2）地圖引擎：第二講

智能汽車開發(fā)平臺4.Apollo自動駕駛是車載終端的高精地圖數(shù)據(jù)管理服務(wù)。它封裝了地圖數(shù)據(jù)的組織管理機(jī)制，屏蔽底層數(shù)據(jù)細(xì)節(jié)，對應(yīng)用層模塊提供統(tǒng)一數(shù)據(jù)查詢接口。包含元素檢查、空間檢索、格式適配、緩存管理等核心能力。并提供了模塊化、層次化、可高度定制化、靈活高效的編程接口。（3）定位模塊：第二講

智能汽車開發(fā)平臺4.Apollo自動駕駛

GNSS主要依靠衛(wèi)星定位，但其信號容易受到干擾，所以GNSS定位精度大概在米級別；建立實(shí)時動態(tài)（Real-TimeKinematic，RTK）基站，可提高GNSS的精確度到10cm左右；慣性導(dǎo)航單元（InertialMeasurementUnit，IMU）可以根據(jù)車輛的位置和各種速度的疊加做積分，預(yù)算出車輛的行徑位置，提高車輛定位的精確度；當(dāng)遇到橋洞或隧道時，需要用點(diǎn)云或視覺定位。第二講

智能汽車開發(fā)平臺4.Apollo自動駕駛（3）定位模塊：下圖為Apollo2.0多傳感器融合定位模塊框架。第二講

智能汽車開發(fā)平臺4.Apollo自動駕駛（4）規(guī)劃模塊：當(dāng)車輛裝備了綜合預(yù)測、決策與規(guī)劃系統(tǒng)，自動駕駛汽車能夠根據(jù)實(shí)時路況、道路限速等情況做出相應(yīng)的軌跡預(yù)測和智能規(guī)劃，同時兼顧安全性和舒適性，提高行駛效率。下圖為Apollo規(guī)劃整體架構(gòu)。第二講

智能汽車開發(fā)平臺4.Apollo自動駕駛（5）車輛控制：車輛控制將GNSS和慣性導(dǎo)航單元（InertialMeasurementUnit，IMU）提供的信息作為輸入，處理后生成規(guī)劃信息（包括路徑和信息），提供給控制模塊使用，然后來實(shí)現(xiàn)車輛控制。（6）端到端解決方案：端到端自動駕駛解決方案有成本低、工程復(fù)雜度低等優(yōu)勢。通過使用地圖采集車采集的大量真實(shí)道路數(shù)據(jù)，完全基于深度學(xué)習(xí)構(gòu)造橫向和縱向駕駛模型，快速地在真車上進(jìn)行了實(shí)踐。云服務(wù)平臺第二講

智能汽車開發(fā)平臺4.Apollo自動駕駛高精地圖仿真數(shù)據(jù)平臺安全平臺人機(jī)交互接口云服務(wù)平臺構(gòu)成第二講

智能汽車開發(fā)平臺4.Apollo自動駕駛（1）高精地圖：也稱為自動駕駛地圖，是Apollo的必備環(huán)節(jié)。與普通地圖不同，高精地圖主要服務(wù)于自動駕駛車輛，通過一套獨(dú)特的導(dǎo)航體系，幫助自動駕駛解決系統(tǒng)性能問題，擴(kuò)展傳感器檢測邊界。關(guān)于Apollo高精地圖的具體內(nèi)容見第七章。第二講

智能汽車開發(fā)平臺4.Apollo自動駕駛（2）仿真：通過開放的仿真服務(wù)，Apollo的合作伙伴可以接入海量的自動駕駛場景，快速完成測試、驗(yàn)證和模型優(yōu)化等一系列工作，場景覆蓋全面且安全高效。

Apollo仿真平臺的功能：內(nèi)置高精地圖的仿真場景；場景上傳調(diào)試；智能場景通過判別系統(tǒng)；三維展示功能。第二講

智能汽車開發(fā)平臺4.Apollo自動駕駛（3）數(shù)據(jù)平臺：下圖為Apollo數(shù)據(jù)開放平臺。第二講

智能汽車開發(fā)平臺4.Apollo自動駕駛（3）數(shù)據(jù)平臺：包括三個部分：仿真場景數(shù)據(jù)：包括人工編輯以及真實(shí)采集的場景，覆蓋多種道路類型、障礙物類型以及道路環(huán)境；標(biāo)注數(shù)據(jù)：主要包括激光點(diǎn)云障礙物分類、紅綠燈檢測、roadhackers、基于圖像的障礙物檢測分類、障礙物軌跡預(yù)測、場景解析等；演示數(shù)據(jù)：包括車載系統(tǒng)演示數(shù)據(jù)、標(biāo)定演示數(shù)據(jù)、端到端數(shù)據(jù)、自定位模塊演示數(shù)據(jù)等。第二講

智能汽車開發(fā)平臺4.Apollo自動駕駛（4）安全平臺：包括三個部分：汽車信息安全解決方案：是Apollo在基于隔離和可信的安全體系下提供了完善的安全框架及系統(tǒng)組件，免受網(wǎng)絡(luò)入侵。Apollo汽車黑匣子：在Apollo平臺中作為智能汽車的數(shù)據(jù)記錄軟硬件產(chǎn)品。ApolloPilot安全報(bào)告：是Apollo平臺的自動駕駛量產(chǎn)解決方案的總稱，對于推動行業(yè)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的建立提供了理論支持。第二講

智能汽車開發(fā)平臺4.Apollo自動駕駛（5）人機(jī)交互接口：Apollo的人機(jī)交互接口的幾種產(chǎn)品：適用于Android車輛的CarLife：一款智能手機(jī)集成解決方案。CarLifeVehicleLib：一個基于C++語言的跨平臺動態(tài)庫，實(shí)現(xiàn)了HUCarLife中的通道建立、數(shù)據(jù)發(fā)送和接收、協(xié)議解析和打包的功能。DuerOS啟動器：是Android終端的第一個用戶圖形交互界面。本章小結(jié)

智能汽車涉及多學(xué)科知識和專業(yè)技術(shù)，掌握其總體架構(gòu)有助于“會當(dāng)凌絕頂，一覽眾山小”。智能汽車系統(tǒng)構(gòu)成有三種表達(dá)方式：部件構(gòu)成、軟體構(gòu)成和駕駛腦。三種方式強(qiáng)調(diào)的側(cè)重點(diǎn)各有不同，駕駛腦兼