任务4.6 MDC规控应用开发-课件

主讲老师：李锋MDC规控应用开发项目4：智能驾驶应用开发与测试任务4.6《车载计算平台技术与应用》目录任务导入AssignmentINTRO学习目标LearningobjectivesCONTENTS0102知识准备Backgroundknowledge03任务实施Assignmentimplement课堂总结Classroomsummary040605课堂小测ClassroomquizzPART01任务导入AssignmentINTRO任务导入规划控制是智能驾驶系统中核心的部分之一，MDC提供SAMM和ADSF的规控应用开发方法。两种开发模式有何异同？如何基于MDC进行规控应用的开发呢？MDC规控应用开发流程PART02学习目标Learningobjectives学习目标素质目标理解MDC规控应用开发的流程，培养学生严谨态度和逻辑思维能力；通过SAMM场景分析管理模块，培养学生科技强国的信念。能力目标能列举MDC规控应用开发的工具[A54]；能举例讲解SAMM场景分析管理模块的工作逻辑[K55]。知识目标能描述MDC规控应用开发的流程[K63]；能理解SAM场景分析模块的工作流程[K64]；能了解SMM场景管理模块的核心模块[K65]。PART03知识准备Backgroundknowledge一、规控应用开发流程MDC的规控应用开发包括ARXML配置、算法开发、工程编译、应用调试四个步骤。MDC规控应用开发流程一、规控应用开发流程在ADSF中已经提供了功能软件通信框架默认的ARXML，如果开发者不需要对接口数据流关系进行二次开发，可以直接使用ADSF框架中提供的ARXML。1.ARXML配置ARXML接口的数据结构节点收发关系通信机制一、规控应用开发流程ADSF为规控应用提供了一整套基于AdaptiveAUTOSAR的功能软件通信框架，开发者可基于ADSF框架开发上层规控应用。如果开发者需要修改接口数据流关系，则可以基于MMC工具进行ARXML进行二次开发。1.ARXML配置MMC编写/开发二次ARXMLADSF为规控应用提供快速上手的功能软件通讯框架一、规控应用开发流程在算法开发阶段，开发者可以利用ADBAPI配合ADSF框架进行开发，ADBAPI即自动驾驶加速引擎，为规控应用提供一整套标准的数据结构和常用的加速接口。2.算法开发ADBAPI一、规控应用开发流程由于大多数规控应用的工作与场景有关，SAMM即场景分析和管理算法插件，主要由场景分析和场景管理两个模块组成，开发者可以直接使用场景分析的结果和算法进行组合使用；也可以结合场景管理模块对应用节点，进行自动化的编排调度，使得程序可以在不同的场景下进行自动化的运行。2.算法开发SAMM一、规控应用开发流程MDS工具提供了ARXML的解析能力，以及算法开发、编译、远程调试的IDE（集成开发环境）。2.算法开发ADBAPI为规控应用提供一套标准数据结构和图像、点云、坐标变换等统一加速接口SAMM为规控应用（如：规划、定位）提供场景分析能力和编排调度能力MDS解析ARXML，提供开发、编译、远程调试IDE一、规控应用开发流程在应用调试阶段，开发者可以借助MViz和MCD工具进行应用关键参数的调整，规控应用效果可视化等调试操作。3.应用调试MViz显示规控应用调试所需的地图、导航路径、规控路径和关键的规控参数等MCD规控应用调试阶段的录制和回放功能等思政专栏高性能控制芯片作为控制器的“大脑”，过去也长时间被海外芯片企业垄断。2023年10月，芯驰科技宣布，搭载其车规级芯片品E3系列的悬架控制器（CDC）在奇瑞瑞虎9、星途瑶光等车型上正式量产。这也是国内首次有国产车规控制芯片应用于主动悬架系统。芯驰科技国产车规级芯片奋力逆袭思政专栏悬架控制器即CDC，是电控悬架系统的控制核心。悬架控制器可以通过对减振器和空气弹簧进行控制，有效提升车辆在道路上行驶时的舒适性和操控性。由于车辆行驶过程中路况在随时变化，悬架控制器需要较强的性能要求和功能安全要求，主动悬架系统可以根据路面条件自动调整悬架的硬度，提高车辆的操控性和稳定性。这种技术特性对于提高驾驶的安全性和舒适性非常有帮助。主动空气悬架国产车规级芯片奋力逆袭二、SAMM场景分析管理算法插件SAMM包含SAM（SenarioAnalysisModule）场景分析模块和SMM（SenarioManagementModule）场景管理模块两个子模块。SAMMSAM场景分析模块SMM场景管理模块二、SAMM场景分析管理算法插件SAM场景分析子模块基于定位、视觉、高精度地图、MDC健康状态等特征，进行场景特征识别。如图，根据输入的源数据分析当前的道路特征为隧道口，光照特征为白天，SAM模块会将这些场景特征发送给SMM场景管理模块。1.SAM场景分析模块场景分析样例二、SAMM场景分析管理算法插件场景分析模块接收传感器数据、感知数据、规控数据和FM数据（监视MDC健康状态的服务数据），SAM将这些数据进行特征分析，特征分析的算法可以是提供的预定义API接口，也可以是开发者开发的自定义特征分析算法。1.SAM场景分析模块（1）SAM场景分析流程SAM场景分析流程二、SAMM场景分析管理算法插件场景特征的配置将分析算法获得的特征信息会写入到yaml特征配置文件，如图所示。featureCategory_1表示一类特征类型，如道路特征；catDescription表示该特征类型的描述；item_1、item_2表示该特征的特征元素，每一个特征元素由特征元素的ID、名称、描述组成。1.SAM场景分析模块（2）场景特征配置feature_info.yaml特征配置文件二、SAMM场景分析管理算法插件1)已有特征类别新增特征元素例如在RoadType下新增HIGH_WAY特征元素，在上一个item项下增加，并填写如下特征值：1.SAM场景分析模块（2）场景特征配置新增特征元素二、SAMM场景分析管理算法插件2)新增特征类型例如新增TrafficType特征类型，新增featureCategory项，并填写如下特征值，如图：1.SAM场景分析模块（2）场景特征配置新增特征类型二、SAMM场景分析管理算法插件SMM场景管理模块分为编排管理和调度管理两个子模块。2.SMM场景管理模块SMM场景管理模块二、SAMM场景分析管理算法插件编排管理模块接收SAM场景分析模块分析出来的场景特征数据，将其组合成一个具体的场景，并编排该场景对应所需要执行的任务列表。如图为白天进入隧道的场景，通过配置文件中指定场景和任务列表的映射关系，编排当前所执行的算法模块，比如轨迹规划、横向控制、纵向控制等，并制定任务列表。2.SMM场景管理模块（1）编排管理模块场景分析样例二、SAMM场景分析管理算法插件1) 场景配置从场景分析模块中获取场景的特征，奖场景特征进行组合，得到具体的场景。feature中保存了当前场景包含的特征值，如道路特征维度，MDC状态维度，光照特征。2.SMM场景管理模块（1）编排管理模块路口场景配置文件sence_intersection.yaml二、SAMM场景分析管理算法插件2) 安全规则配置主要包括规控的阈值设置，比如从一次场景切换后，控制的油门、刹车、方向盘超过一定阈值，说明场景切换可能存在一定安全风险；特征互斥配置，比如道路特征维度中的“2”和“69”是互斥的。2.SMM场景管理模块（1）编排管理模块安全规则配置文件safty_check.yaml二、SAMM场景分析管理算法插件各场景特征对应的具体数值如表。2.SMM场景管理模块（1）编排管理模块序号道路特征MDC状态特征光照特征1LANE_KEEPING车道线保持NORMALMDC正常DAY白天，光线充足2CAR_FOLLOWING跟车导航MDC_WARNINGMDC告警EVENING傍晚，光线昏暗3PROTECTED_INTERSECTION有保护红绿灯路口，包括单行道红绿灯SENSOR_FAILURE传感器异常状态NIGHT夜晚4UNPROTECTED_LEFT_TURN无保护路口左转，红绿灯无左右指示MAD_FAILUREMDC状态异常

5UNPROTECTED_RIGHT_TURN无保护路口右转，红绿灯无左右指示

二、SAMM场景分析管理算法插件各场景特征对应的具体数值如表。2.SMM场景管理模块（1）编排管理模块序号道路特征MDC状态特征光照特征6BACK_IN_PARK倒车入库

7PARALLEL_PARK侧方位停车

8EMERGENCY_BRAKING紧急制动

9THREE_POINT_TURN窄路掉头

10PARK_AND_RIDE临时上下课

11BARE_INTERSECTION无交通灯路口

二、SAMM场景分析管理算法插件3) 场景任务列表配置根据组合的场景编排出任务列表，需要对应的场景配置文件中的TaskList一栏中制定任务列表，需要执行的任务列表是Task1，Task3，每一个Task由若干个Job（具体的子任务）组成。2.SMM场景管理模块（1）编排管理模块场景任务列表配置二、SAMM场景分析管理算法插件4) 加入场景列表将定义好的场景放入到场景管理的配置文件中，定义配置文件的路径以及该场景包含的场景列表。2.SMM场景管理模块（1）编排管理模块场景管理配置文件二、SAMM场景分析管理算法插件调度管理模块对编排管理模块返回的任务列表进行调度，每个场景会对应一个任务列表，其中所有任务列表执行完毕则该场景执行完毕。任务列表中采用代码分块的模式，每个任务自上而下分为三个等级：Module、Task、Job。2.SMM场景管理模块（2）调度管理模块代码分块二、SAMM场景分析管理算法插件调度管理模块的具体开发流程如下:1) 定义job.cpp开发者将需要运行的算法写入到job.cpp中的Exec执行接口（被SMM调度并执行）。2.SMM场景管理模块（2）调度管理模块定义job.cpp二、SAMM场景分析管理算法插件2) 定义task.cpp创建当前task任务，实现JobContext数据流的初始化，用于job之间的数据通信。2.SMM场景管理模块（2）调度管理模块定义task.cpp二、SAMM场景分析管理算法插件3) 创建create_job.cppcreate_job用于创建定义好的Job的实例，配置job的拉起策略（配置job前后的触发时间、运行的硬件资源等）。2.SMM场景管理模块（2）调度管理模块create_job.cpp二、SAMM场景分析管理算法插件4) 创建create_task.cppcreate_task用于创建定义好的Task的实例，将task关联的job注册到该Task上。2.SMM场景管理模块（2）调度管理模块create_task.cpp二、SAMM场景分析管理算法插件5) 创建module.cpp将Task实例注册到module调度模块上。2.SMM场景管理模块（2）调度管理模块module.cpp二、SAMM场景分析管理算法插件6) 触发module编排module的触发模式，如流水线触发运行，则编写多次进行触发运行的代码即可。2.SMM场景管理模块（2）调度管理模块触发module二、SAMM场景分析管理算法插件除了编排管理和调度管理模块外，SMM还提供场景切换安全的功能，包括：2.SMM场景管理模块（3）其他功能特征互斥、场景互斥车控变化率阈值校验输入稳定性校验三、基于ADSF开发规控应用MDC平台提供了一整套标准的数据结构和数据流，开发者只需要根据该框架就可以进行上层应用的开发，ADSF对外提供了自动驾驶领域常用的应用框架，包括感知、融合、规控等。ADSF框架规控模块主要包含导航模块、定位模块、规划模块、控制模块、场景分析与管理模块。三、基于ADSF开发规控应用导航模块接收Location模块发来的定位信息，另外MViz的接口从上位机中接收用户选择的终点信息，根据当前的定位信息和终点信息进行导航，规划出起点到终点的路径。1.导航模块MVIZ上位机Location模块Navigation模块TCP：“TopicEndPoint”AP输出导航结果MDC300导航框架三、基于ADSF开发规控应用定位模块分为两个模块：Location模块和Mapping模块。2.定位模块组合定位MDC300IMUGNSS里程计Camera定位框架Location模块接收组合定位、GNSS、IMU、里程计、Camera等数据，计算自车的实时位置。Mapping模块接收Location模块的初始定位结果，结合高精度地图对定位信息进行修正，然后修正后的定位结果发送给Location模块进行融合。Location模块Mapping模块APAP高精度地图道路特征AP输出定位结果三、基于ADSF开发规控应用规划框架接收定位、线控、全局导航、感知融合的障碍物的信息，结合高精地图进行规划生成目标轨迹，发送轨迹数据到控制模块。开发者可以基于MViz工具对规划的关键信息进行可视化显示。3.规划模块locationMDC300chassisroutingobjectsplanning模块TrajectoryAPAP高精度地图location线控navigation感知融合规划框架三、基于ADSF开发规控应用Control控制框架接收四个框架发送的数据，分别是：Planning框架发送的规划轨迹；Location框架发送的车辆位置；BodyReport框架发送的车辆状态；ChassisReport框架发送的底盘状态，进过控制算法处理后，Control框架发送两类控制指令数据：车身控制指令和底盘控制指令。4.控制模块轨迹规划MDC300车辆位置车身状态底盘状态Control框架AP消息AP消息车身与底盘控制指令（控制算法）控制模块四、仿真验证在MDC中支持多种仿真测试软件进行仿真测试，以Carla（虚拟驾驶测试系统）为例。通过仿真软件获取各种传感器的报文，转换成ADSF格式的数据结构，再通过功能算法进行处理，然后将执行完的控制信号发送给仿真软件，完成软件上的在环仿真测试。在环仿真测试流程四、仿真验证仿真软件中的接口分为上行接口和下发接口，分别用于获取环境、车辆信息以及车辆控制。具体接口内容如表。接口名称类型接口主要内容VehicleState上行车辆的位置、姿态、加速度等ObjectArray障碍物的位置、速度、大小等VehicleReport车辆的速度、转向灯信号灯VehicleCommond下发车辆的控制指令，包括加速度、方向盘转角等PART04Assignmentimplement任务实施一、Carla虚拟仿真规控1.概述本实训任务的将基于python语言（版本须为3.7）在Carla虚拟驾驶测试系统中实现规划控制，通过输入仿真车辆的终点坐标、步长等信息，还原现实场景。python一、Carla虚拟仿真规控2.实验环境准备本次实验环境包括电源线，配备NVIDIA显卡的PC机一台，最低配置为GTX1050。每套实验环境适用于4~12名学生同时上机操作。（1）设备检查设备名称数量备注电源线1组所有实验组共用笔记本或台式机每组1台台式机要有无线网卡一、Carla虚拟仿真规控2.实验环境准备Carla虚拟仿真项目文件：CARLA_0.9.11文件夹，其主要使用的文件。Python37虚拟环境：carla-py37（2）项目描述项目文件一、Carla虚拟仿真规控3.打开仿真软件打开项目文件夹CARLA_0.9.11>WindowsNoEditor，双击CarlaUE4.exe图标，打开carla仿真软件。carla仿真软件一、Carla虚拟仿真规控4.打开终端框打开文件夹PythonAPI>user，在文件夹空白处右键鼠标选择打开终端框。打开终端框一、Carla虚拟仿真规控5.进入虚拟环境在终端框中输入以下命令，进入配置好的虚拟环境“carla-py37”。进入虚拟环境一、Carla虚拟仿真规控6.启动运行脚本接着输入以下命令，运行规控仿真脚本。启动运行脚本一、Carla虚拟仿真规控6.启动运行脚本carla仿真软件界面如图所示，可通过键盘“W、S、A、D”调整