在知乎上看過不少大牛寫的自動駕駛技術(shù)介紹文章，大多談到的是AI, Deep Learning, Computer Vision等等感知(Perception)層面的。但在各個傳感器(雷達、攝像頭、激光雷達等)探測到目標信息及周圍環(huán)境后，車輛該如何做出反應(yīng)？自動駕駛的大腦該怎樣根據(jù)感知層的信息對車輛進行控制？

這些其實都是在自動駕駛軟件中的功能應(yīng)用層中實現(xiàn)，那么功能層還需要做些什么呢？本文試圖以最簡單的語言就以下幾方面聊聊自動駕駛中的功能開發(fā)。

• 什么是自動駕駛系統(tǒng)的功能？
• 自動駕駛中的功能要做些什么？
• 功能設(shè)計包含了哪些內(nèi)容？
• 練習(xí)一下

1 什么是自動駕駛的功能？

嚴格來說，本文并不討論“自動駕駛”這個主題。考慮量產(chǎn)的情況下，所謂的自動駕駛現(xiàn)階段只能分為高度自動駕駛(Highly Automated Driving, HAD)和部分自動駕駛(Partially Automated Driving, PAD)，所以本文出現(xiàn)的自動駕駛字樣代表的是HAD和PAD。

HAD --- L3+的功能。Audi A8的交通擁堵引導(dǎo)(Traffic Jam Pilot, TJP)算一個，盡管宣布了很久后依然沒有上市。

PAD --- L1-L2的功能。比如國外Tesla的Autopilot，Cadillac CT6的Super Cruise，國內(nèi)吉利博瑞GE的智能領(lǐng)航，長安CS55的IACC，榮威Marvel X等等，均可以歸類到此。

那什么是功能呢？

剛才HAD或PAD里舉例展現(xiàn)出來的系統(tǒng)都是由一個個功能組成的，比如Tesla的Autopilot，其實就包括了以下功能：

• 車道偏離預(yù)警 Lane Departure Warning (LDW)
• 自適應(yīng)巡航 Automated Adapt Cruise (ACC)
• 交通擁堵輔助 Traffic Jam Assist (TJA)
• 高速功能輔助 Highway Assist（可變道）(HWA)

吉利和長安的基本也包含以下幾個功能：

• 車道偏離預(yù)警 Lane Departure Warning (LDW)
• 車道偏離預(yù)防 Lane Departure Prevention (LDP)
• 自適應(yīng)巡航 Automated Adapt Cruise (ACC)
• 交通擁堵輔助 Traffic Jam Assist (TJA)
• 集成式巡航 Integrated Cruise Assist (ICA)

當(dāng)然，這些功能不同的OEM叫法都不一樣。可以看出，無論是什么級別，自動駕駛其實是由一個個小功能組成，甚至Super Cruise中的駕駛員Handsoff也可以算作一個功能。再舉例，Audi A8中的L3功能，其實也是在包含了LDW/LDP/TJA/ICA等等一系列功能的基礎(chǔ)上，再加上TJP。當(dāng)然，自動駕駛級別越高，單個的功能也會越復(fù)雜。

至于這些功能在哪實現(xiàn)，可以在傳感器中，在雷達ECU中，在攝像頭ECU中，或是在中央控制器ECU中（發(fā)展趨勢），均是可以的 。

2 自動駕駛中的功能要做些什么？

現(xiàn)在的車載ECU軟件，基本都是按照AUTOSAR架構(gòu)標準設(shè)計，如下：

功能基本都在Application Layer中實現(xiàn)，至于其它層的作用，由于相關(guān)性不高，這里就不贅述了。

參考下圖，可以把每個功能理解為一個函數(shù)，有輸入輸出，通過獲取傳感器和車身CAN的信息，經(jīng)過分析計算，輸出CAN信號對車輛進行控制和顯示。

具體來說，

輸入

• 各個傳感器識別到的感知信息，比如攝像頭識別到的車道線信息，交通燈/路標信息，雷達識別到的車輛信息，周圍物體信息等等
• 車身CAN上傳入的信號，一般又能分為幾類：
  • 車身狀態(tài)信號（車速，橫擺角速率，手力矩等等）
  • 駕駛員操作信號（功能開關(guān)，轉(zhuǎn)向燈，油門，剎車等）

有了這些輸入信息后，就可以通過功能的內(nèi)部運算來進行輸出，輸出以下信息：

輸出

• 車輛控制信息
  • 發(fā)送給EPS的車輛轉(zhuǎn)向扭矩角度等
  • 發(fā)送給EMS/ESP的車輛加減速信息
• HMI信息提示
  • 當(dāng)前功能的狀態(tài)
  • 駕駛員的提示信息等

那么重點來了，功能的內(nèi)部運算如何實現(xiàn)？我們這里就介紹下功能設(shè)計所包含的內(nèi)容。

3 功能設(shè)計包含了哪些內(nèi)容

功能層設(shè)計中主要包含了以下幾個方面：

• 狀態(tài)機 State Machine
• 人機交互 HMI
• 控制器 Controller

分別設(shè)計實現(xiàn)以上幾個方面，就能相對完善地做出一個功能。這里以車道保持輔助( Lane Keeping Assist, LKA) 功能設(shè)計為例，看看要做些什么。

LKA指的是通過攝像頭識別車道線，檢測本車在自車道中的位置，經(jīng)過實時計算，連續(xù)輸出扭矩請求信號至執(zhí)行器電子助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)EPS，以控制車輛隨時保持在車道中間行駛，如下圖：

好了，那現(xiàn)在我們要在一輛車上實現(xiàn)車道保持，在感知層已經(jīng)開發(fā)好的基礎(chǔ)上，功能層該怎么做呢？

• 狀態(tài)機 State Machine

第一步，是需要設(shè)計一個狀態(tài)機。這是功能開發(fā)中最復(fù)雜也最重要的一部分，因為無論HMI的輸出還是控制信號的輸出都需要基于狀態(tài)機。狀態(tài)機指的就是LKA功能當(dāng)前處于哪種狀態(tài)下，這些狀態(tài)之間在何種條件下如何轉(zhuǎn)換。

在ISO 11270 Intelligent transport systems — Lane keeping assistance systems (LKAS) — Performance requirements and test procedures中，為我們展示了一個狀態(tài)機，如下圖：

可以看出，其將LKAS分為了OFF和ON兩個主狀態(tài)，ON中又分為了standby和active兩個子狀態(tài)，這樣設(shè)計是最佳的么？其實不一定，這里展示的僅僅是一個最基本的狀態(tài)機，根據(jù)OEM需求的不一樣，對于HMI顯示的不同要求，是可以將這個狀態(tài)機擴展開來的。

比如主狀態(tài)，其實除了ON和OFF，是否需要額外表示ERROR狀態(tài)，ERROR又可以分為Permanent Error和Temporary Error，那在這些狀態(tài)之間，如何切換呢？

OFF -> ON：這個比較直觀，駕駛員按下開關(guān)，軟件讀取到功能開啟的信號后

ON -> OFF：同理，駕駛員將功能關(guān)閉

那么如果此時功能是OFF，這時候功能出現(xiàn)故障，比如傳感器出現(xiàn)故障，或所需要接收的車速等重要信息報文丟失，此時的狀態(tài)是繼續(xù)保持OFF還是轉(zhuǎn)為ERROR呢？這些就是狀態(tài)機里需要定義的了。

此時功能狀態(tài)是ON，這時候出現(xiàn)故障， 狀態(tài)應(yīng)該跳到ERROR，但之后，故障自動消失，比如之前丟失的報文又重新正常發(fā)送，那此時功能是回到ON還是回到OFF(讓駕駛員手動重新開啟)？這里，一樣是取決于功能定義策略，沒有哪種一定好或一定不好。

那LKA在ON的狀態(tài)下，有active和standby兩種狀態(tài)。active顧名思義，功能正在激活，方向盤此時依據(jù)軟件計算發(fā)出的請求扭矩進行自動調(diào)整，但出現(xiàn)了一定抑制，比如車速過低，一般而言，LKA只在車速60以上才可以使用，那如果功能開啟，但車速在60以下，此時就是standby了。那僅僅standby和active兩個狀態(tài)就夠了么？其實也不一定。

這里需要引出抑制條件的概念，這也是LKA功能設(shè)計中比較重要的一環(huán)，LKA功能設(shè)計的初衷是輔助駕駛員打方向盤，使其開車時更加舒適，那么如果駕駛員想要變道，此時如果還發(fā)出扭矩牢牢控制住方向盤把車維持在中間，是不是就有問題了？如果車輛處于一些極端工況下，這時候LKA還在正常激活，是否會對駕駛員的操作進行干擾？同樣的，如果激活過程中突然丟失了車道線，LKA也應(yīng)該進入抑制狀態(tài)。

因此，在駕駛員主動超越或車身狀態(tài)不適合LKA或周圍環(huán)境不支持LKA時，功能需要被抑制。常見的抑制條件如下：

• 轉(zhuǎn)向燈開啟
• 作用在方向盤上的手力矩過大
• 方向盤轉(zhuǎn)角速率過大
• 猛踩剎車
• ABS/ESP激活
• 等等

那么，那以上這幾種情況下，既可以讓功能進入standby，也可以增加一個新的狀態(tài)機override等等，可以將抑制分為幾類，不同抑制產(chǎn)生時對應(yīng)不同的狀態(tài)。這樣做的目的是什么呢？是為了讓駕駛員更加了解自身所處在的環(huán)境情況，根據(jù)這個功能當(dāng)前處于哪種狀態(tài)，更清晰地了解該系統(tǒng)。

• 人機交互 HMI

由狀態(tài)機中得知，HMI中最基本的就是我們需要知道這功能什么時候是開啟的，什么時候是關(guān)閉的，也就是說需要接收該功能的開關(guān)信號。可以是駕駛員方向盤邊上的硬開關(guān)，也可以是中控大屏里的軟開關(guān)，這個不重要，但重要的是功能需要接收駕駛員是否開啟功能的信號。

此外，作為駕駛員，我需要知道功能開啟后給我的反饋，該功能是否開啟，是否可以工作，是否激活，是否有故障等等。這些輸入的基礎(chǔ)就是狀態(tài)機了，功能將自身的狀態(tài)發(fā)出給儀表，作出不同的顯示，這部分就是HMI要做的內(nèi)容。

這一塊也是不同OEM區(qū)別最大的部分，有的可以做的很酷炫，比如特斯拉，可以將攝像頭識別到的車道線信息顯示出來，是直道還是彎道，且彎道能隨道路半徑的不一樣而變化，實線還是虛線等等。這些信息就是通過HMI直接輸出到CAN上，儀表以此作為輸入進行顯示的。

Tesla Autopilot

所以，一定要理清楚該功能的輸入輸出是什么？有哪些需要駕駛員輸入的信息，有哪些信息需要提供給駕駛員。

• 控制器 Controller

車輛控制里大致分為開環(huán)控制和閉環(huán)控制。

以LKA為例，比較常用的就是PID控制了。

圖片來源：Unified Tuning of PID Load Frequency Controller for Multi Area Power Systems via IMC - File Exchange - MATLAB Central

知乎上關(guān)于PID控制的介紹有很多，感興趣的可以看看。

推薦一個Youtube上的視頻，有條件的小伙伴可以看看:

Controlling Self Driving Car: https://www.youtube.com/watch?v=4Y7zG48uHRo

視頻就幾分鐘，可以很直觀的理解PID中各環(huán)節(jié)在LKA中的應(yīng)用。

開環(huán)里的前饋控制，look up table也是使用頻率比較高的。

但既然用在量產(chǎn)的LKA中，實際車輛上的情況還是非常復(fù)雜的，實際應(yīng)用控制算法會基于這些基礎(chǔ)版的開環(huán)控制和閉環(huán)控制有很多改進，這部分比較涉及核心，就不細說了。

4 舉個栗子考慮下該怎么設(shè)計脫手檢測功能

對于一個功能來說，在完成以上幾點后，相當(dāng)于就有了輸入輸出，有了內(nèi)部的狀態(tài)遷移，根據(jù)這些狀態(tài)遷移可以反映出不同的功能狀態(tài)信息提示駕駛員。對于整車來說，儀表顯示交互就完成了，再加上控制算法控制車輛行駛，基本上一個功能就形成了。

這里，大家可以想想如何設(shè)計一個脫手檢測功能。

圖片來源于網(wǎng)絡(luò)

輸入：方向盤上的手力矩信號 or 電容傳感器

輸出：提醒駕駛員接管信號

要求：在檢測到駕駛員脫手駕駛后發(fā)出接管提醒，可以分級發(fā)送，在儀表上作出不同的提示，在駕駛員始終脫手并沒有接管后，將車輛安全剎停。

怎么實現(xiàn)這個功能呢？

一樣可以從HMI 狀態(tài)機 控制器來思考，當(dāng)然這里涉及的車輛控制部分不多，主要是前兩種。大家可以思考下如何從這幾方面來設(shè)計~

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寫的可能有點亂，希望能對大家有點幫助，以后慢慢改進~~

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的ssm中怎么用location.href跳到controller层_聊聊自动驾驶中的功能开发的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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