智能汽车测控技术 课件 第二章-第2讲 智能汽车开发平台

智能汽车测控技术

该竞赛融合科学性、趣味性和观赏性为一体，以促进智能汽车研究为目的，内容涵盖了机械、电气、计算机以及控制等学科知识。从2005年起一年一届，参赛高校众多，培养学生量大。智能汽车竞赛现场智能小车示意图第二讲

智能汽车开发平台1.智能小车智能小车硬件平台第二讲

智能汽车开发平台1.智能小车硬件结构各部分功能：第二讲

智能汽车开发平台1.智能小车滚轮式小车：智能小车机械结构的主要部分，由车身、底盘、车轮等结构部件组成。信息采集模块：智能小车获取现场信息的“眼睛”，主要由摄像头、电磁传感器和线性CCD组成。控制器：主要由单片机、稳压电源和外围接口电路等组成其功能和智能汽车的相似。扩展接口：为便于调试，会在设计过程中预留一些可扩展接口。运动执行模块：完成智能小车的纵向和横向运动控制。通信模块：完成智能小车和上位机的通信任务。其将智能小车的各种运行状态信息发送给PC机供调试和监控使用。交互接口：用于智能小车的参数设置和小车状态数据的显示。辅助检测模块：完成小车车速、加速度和位置的检测。7.2V电池：为智能小车提供电源。第二讲

智能汽车开发平台1.智能小车智能小车软件平台STC8H系列单片机使用的μVision5软件平台：μVision5是一款经典的、功能强大的、适用宽广的集成开发环境IDE，其将编辑器、编译器、调试器及辅助工具集成在一起，支持汇编语言和C51语言编程。该版本引入了灵活的窗口管理界面，新的用户界面可以更好地利用屏幕空间和更有效地组织多个窗口，提供一个整洁高效的环境来开发应用程序。C51范例调试模式第二讲

智能汽车开发平台1.智能小车轮式机器人是以驱动轮子来带动机器进行运动和工作的机器人。智能汽车属于轮式机器人，由于其在交通运输中应用很广，加之其应用场景无限多，因此其开发应用难度更大。轮式机器人开发所使用的操作系统ROS（RobotOperatingSystem）的名称就是机器人操作系统。第二讲

智能汽车开发平台2.轮式机器人（1）简介：ROS是一个应用广泛的机器人系统软件框架。是面向机器人开发的开源操作系统。提供一般计算机操作系统的诸多功能，如硬件抽象、底层设备控制、常用功能实现、进程间消息传递和程序包管理等。提供相关工具和库，用于获取、编译、编辑代码以及在多个计算机之间运行程序完成分布式计算。提供一种发布和订阅的信息框架，便于简捷快速地搭建分布式计算系统。第二讲

智能汽车开发平台2.轮式机器人ROS操作系统（2）特点：点对点设计；多语言支持；精简与集成；工具包丰富；免费开源。第二讲

智能汽车开发平台2.轮式机器人（3）ROS文件系统层：第二讲

智能汽车开发平台2.轮式机器人（4）ROS计算图层：第二讲

智能汽车开发平台2.轮式机器人硬件平台：机甲大师实例S1配有6块感应装甲感知物理打击，拥有中央处理器的控制电路板、定制无刷电机、全向移动底盘和高精度云台等组件。采用模块化设计。配备31个传感器，可以感知图像、光线、声音、振动等。FPV摄像头结合机器视觉技术，能够识别多样的物体。麦克风让其可以识别声音。第二讲

智能汽车开发平台2.轮式机器人机甲大师S1：红外传感器则能让它接收来自另一台S1的红外信号。S1预留了6个PWM拓展接口以及可以帮助进阶用户为S1

开发组装扩展硬件。支持Python编程语言。为用户提供了多样编程环境，其应用程序可在IOS、Android、Windows等多平台下工作。第二讲

智能汽车开发平台2.轮式机器人机甲大师S1：RoboMaterEP秉承了S1的底盘结构。新增模块：高性能舵机、机械爪、机械臂、红外深度传感器、传感器转接模块以及电源转接模块，完成物体的抓取、避障测距等任务。支持外接的第三方开源硬件：Microbit、arduino、树莓派等。每个传感器转接模块均有两个传感器接口及供电功能。电源转接模块在为第三方开源硬件供电的同时，还提供接口拓展功能。第二讲

智能汽车开发平台机甲大师EP（RoboMasterEP）：2.轮式机器人智能汽车开放式开发平台：第二讲

智能汽车开发平台3.智能汽车

指通过公开程序编程接口（API）或函数使外部程序可以调用系统功能或集成系统功能的软硬件结合的平台方案。有助于汽车行业及自动驾驶领域的合作伙伴结合车辆和硬件系统，快速搭建一套属于自己的自动驾驶系统。

这类平台提供大量的开发资源，用户可以快速进行智能汽车的开发。最为典型的是Apollo自动驾驶开放平台，它是一个开放、完整、安全的开发平台。第二讲

智能汽车开发平台3.智能汽车不对外开放，只在内部使用。其硬件平台和开放式平台基本相同，在部件和设备在选型和配置数量可能不同。在软件开发平台方面：自制式开发平台多采用ROS操作系统，需要从底层开发做起，难度较大，优点是自成一体，便于全面掌握整个开发过程。智能汽车自制式开发平台：第二讲

智能汽车开发平台3.智能汽车智能汽车定制式开发平台：通常是大型汽车制造厂家、软件厂商和互联网公司联合建立的开发平台。该主要用于特定车型的开发，不对外开放，只有联盟内部才有机会使用。其原理和开放式平台相同。Apollo开放平台发展历程2017年7月，百度正式开源Apollo1.0自动驾驶平台。2018年1月8日，百度发布了Apollo2.0版本，增加了很多功能。2018年7月，百度在AI开发者大会上正式发布了Apollo3.0版本。2019年1月，百度在CES大会上正式发布ApolloEnterprise和Apollo3.5版本。Apollo技术框架第二讲

智能汽车开发平台4.Apollo自动驾驶Apollo硬件平台及数据流程图硬件平台直接决定了系统的感知能力、运算能力、功耗强度、可靠性等，是自动驾驶必不可少的部分。第二讲

智能汽车开发平台4.Apollo自动驾驶Apollo软件平台软件平台构成感知平台地图引擎定位模块规划模块车辆控制端到端解决方案第二讲

智能汽车开发平台4.Apollo自动驾驶（1）感知平台：线上感知模块提供基于深度学习的点云动态障碍物的检测、分割和基于运动的跟踪。线下标定服务平台提供云端的跨平台标定服务。第二讲

智能汽车开发平台4.Apollo自动驾驶感知平台线上感知模块障碍物检测识别红绿灯检测识别线下标定服务平台（1）感知平台：下图为Apollo3.5感知框架。第二讲

智能汽车开发平台4.Apollo自动驾驶（2）地图引擎：第二讲

智能汽车开发平台4.Apollo自动驾驶是车载终端的高精地图数据管理服务。它封装了地图数据的组织管理机制，屏蔽底层数据细节，对应用层模块提供统一数据查询接口。包含元素检查、空间检索、格式适配、缓存管理等核心能力。并提供了模块化、层次化、可高度定制化、灵活高效的编程接口。（3）定位模块：第二讲

智能汽车开发平台4.Apollo自动驾驶

GNSS主要依靠卫星定位，但其信号容易受到干扰，所以GNSS定位精度大概在米级别；建立实时动态（Real-TimeKinematic，RTK）基站，可提高GNSS的精确度到10cm左右；惯性导航单元（InertialMeasurementUnit，IMU）可以根据车辆的位置和各种速度的叠加做积分，预算出车辆的行径位置，提高车辆定位的精确度；当遇到桥洞或隧道时，需要用点云或视觉定位。第二讲

智能汽车开发平台4.Apollo自动驾驶（3）定位模块：下图为Apollo2.0多传感器融合定位模块框架。第二讲

智能汽车开发平台4.Apollo自动驾驶（4）规划模块：当车辆装备了综合预测、决策与规划系统，自动驾驶汽车能够根据实时路况、道路限速等情况做出相应的轨迹预测和智能规划，同时兼顾安全性和舒适性，提高行驶效率。下图为Apollo规划整体架构。第二讲

智能汽车开发平台4.Apollo自动驾驶（5）车辆控制：车辆控制将GNSS和惯性导航单元（InertialMeasurementUnit，IMU）提供的信息作为输入，处理后生成规划信息（包括路径和信息），提供给控制模块使用，然后来实现车辆控制。（6）端到端解决方案：端到端自动驾驶解决方案有成本低、工程复杂度低等优势。通过使用地图采集车采集的大量真实道路数据，完全基于深度学习构造横向和纵向驾驶模型，快速地在真车上进行了实践。云服务平台第二讲

智能汽车开发平台4.Apollo自动驾驶高精地图仿真数据平台安全平台人机交互接口云服务平台构成第二讲

智能汽车开发平台4.Apollo自动驾驶（1）高精地图：也称为自动驾驶地图，是Apollo的必备环节。与普通地图不同，高精地图主要服务于自动驾驶车辆，通过一套独特的导航体系，帮助自动驾驶解决系统性能问题，扩展传感器检测边界。关于Apollo高精地图的具体内容见第七章。第二讲

智能汽车开发平台4.Apollo自动驾驶（2）仿真：通过开放的仿真服务，Apollo的合作伙伴可以接入海量的自动驾驶场景，快速完成测试、验证和模型优化等一系列工作，场景覆盖全面且安全高效。

Apollo仿真平台的功能：内置高精地图的仿真场景；场景上传调试；智能场景通过判别系统；三维展示功能。第二讲

智能汽车开发平台4.Apollo自动驾驶（3）数据平台：下图为Apollo数据开放平台。第二讲

智能汽车开发平台4.Apollo自动驾驶（3）数据平台：包括三个部分：仿真场景数据：包括人工编辑以及真实采集的场景，覆盖多种道路类型、障碍物类型以及道路环境；标注数据：主要包括激光点云障碍物分类、红绿灯检测、roadhackers、基于图像的障碍物检测分类、障碍物轨迹预测、场景解析等；演示数据：包括车载系统演示数据、标定演示数据、端到端数据、自定位模块演示数据等。第二讲

智能汽车开发平台4.Apollo自动驾驶（4）安全平台：包括三个部分：汽车信息安全解决方案：是Apollo在基于隔离和可信的安全体系下提供了完善的安全框架及系统组件，免受网络入侵。Apollo汽车黑匣子：在Apollo平台中作为智能汽车的数据记录软硬件产品。ApolloPilot安全报告：是Apollo平台的自动驾驶量产解决方案的总称，对于推动行业统一标准的建立提供了理论支持。第二讲

智能汽车开发平台4.Apollo自动驾驶（5）人机交互接口：Apollo的人机交互接口的几种产品：适用于Android车辆的CarLife：一款智能手机集成解决方案。CarLifeVehicleLib：一个基于C++语言的跨平台动态库，实现了HUCarLife中的通道建立、数据发送和接收、协议解析和打包的功能。DuerOS启动器：是Android终端的第一个用户图形交互界面。本章小结

智能汽车涉及多学科知识和专业技术，掌握其总体架构有助于“会当凌绝顶，一览众山小”。智能汽车系统构成有三种表达方式：部件构成、软体构成和驾驶脑。三种方式强调的侧重点各有不同，驾驶脑兼