百度Apollo自動(dòng)駕駛開(kāi)發(fā)套件是全球首款自動(dòng)駕駛開(kāi)發(fā)套件，也是國(guó)內(nèi)首個(gè)適配Apollo整套硬件傳感器的自動(dòng)駕駛硬件集成平臺(tái)。

結(jié)合百度Apollo的自動(dòng)駕駛框架和軟件算法模塊，套件可為自動(dòng)駕駛開(kāi)發(fā)者提供一套包括“硬件+軟件算法”在內(nèi)的一站式研發(fā)驗(yàn)證解決方案。

希望通過(guò)自動(dòng)駕駛技術(shù)實(shí)現(xiàn)一個(gè)愿景，即通過(guò)自動(dòng)駕駛及智能交通讓城市更智能，還路于民、人車(chē)分離，讓生活更美好。但是實(shí)現(xiàn)這樣一個(gè)愿景，其實(shí)是非常難的，是一個(gè)極其復(fù)雜的工程。

自動(dòng)駕駛部署的整體硬件架構(gòu)

這是自動(dòng)駕駛部署的整體硬件架構(gòu)，基本上分為三大模塊：感知、決策和控制。這些模塊除了算法軟件上的迭代，更主要的還會(huì)通過(guò)車(chē)輛部署的硬件去完成。以感知為例，包含通過(guò)慣性導(dǎo)航、定位系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)輛運(yùn)動(dòng)的監(jiān)控，激光雷達(dá)、攝像頭感知以及V2X等完成對(duì)環(huán)境的感知。這些傳感器和執(zhí)行都通過(guò)計(jì)算單元的進(jìn)行決策，決策結(jié)果下發(fā)到控制機(jī)構(gòu)，由車(chē)輛的控制機(jī)構(gòu)去完成自動(dòng)轉(zhuǎn)向、油門(mén)驅(qū)動(dòng)、制動(dòng)等動(dòng)作。

典型的L4自動(dòng)駕駛傳感器配置如下圖所示，包括激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、攝像頭和組合導(dǎo)航，最后都需要做傳感器之間的標(biāo)定和融合。

典型L4自動(dòng)駕駛傳感器

下面簡(jiǎn)要介紹主要硬件的工作原理。

激光雷達(dá)

激光雷達(dá)使用的技術(shù)是飛行時(shí)間法（Time of Flight），根據(jù)光線遇到障礙物的折返時(shí)間計(jì)算距離。為了覆蓋一定角度范圍需要進(jìn)行角度掃描，從而出現(xiàn)了各種掃描原理。主要分為：同軸旋轉(zhuǎn)、棱鏡旋轉(zhuǎn)、MEMS掃描、相位式、閃爍式。激光雷達(dá)不光用于感知也應(yīng)用于高精度地圖的測(cè)繪和定位，是L4級(jí)別自動(dòng)駕駛公認(rèn)的必不可少的傳感器。

攝像頭主要用于車(chē)道線、交通標(biāo)示牌、紅綠燈以及車(chē)輛、行人檢測(cè)，有檢測(cè)信息全面、價(jià)格便宜的特點(diǎn)，但會(huì)受到雨雪天氣影響。由鏡頭、鏡頭模組、濾光片、CMOS／CCD ISP、數(shù)據(jù)傳輸組成。光線經(jīng)過(guò)光學(xué)鏡頭和濾光片后聚焦到傳感器上，通過(guò)CMOS或CCD集成電路把光信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再經(jīng)過(guò)圖像處理器（ISP）轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的RAW，RGB或YUV等格式的數(shù)字圖像信號(hào)，通過(guò)數(shù)據(jù)傳輸接口傳到計(jì)算機(jī)端。

用于自動(dòng)駕駛的雙目攝像頭是通過(guò)對(duì)兩幅圖像視差的計(jì)算，直接對(duì)圖像拍攝范圍內(nèi)的前方景物進(jìn)行距離測(cè)量，而無(wú)需判斷障礙物類(lèi)型。所以對(duì)于任意類(lèi)型的障礙物，都能根據(jù)距離信息的變化進(jìn)行必要的預(yù)警或制動(dòng)。

GNSS板卡通過(guò)天線接收所有可見(jiàn)GPS衛(wèi)星和RTK的信號(hào)后進(jìn)行解譯和計(jì)算得到自身的空間位置。當(dāng)車(chē)輛通過(guò)遂道或行駛在高聳的樓群間的街道時(shí)，這種信號(hào)盲區(qū)由于信號(hào)受遮擋而不能實(shí)施導(dǎo)航的風(fēng)險(xiǎn)。就需要融合慣性導(dǎo)航系統(tǒng) 的信息，慣性導(dǎo)航具有全天候、完全自主、不受外界干擾、可以提供全導(dǎo)航參數(shù)（位置、速度、姿態(tài)）等優(yōu)點(diǎn)，兩者組合之后能達(dá)到比兩個(gè)獨(dú)立運(yùn)行的最好性能還要好的定位測(cè)姿性能。

感知位置-組合導(dǎo)航

自動(dòng)駕駛需要根據(jù)傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，實(shí)現(xiàn)控制和決策。Apollo計(jì)算選用的載體通常是IPC即工業(yè)個(gè)人計(jì)算機(jī)（Industrial Personal Computer─IPC）是一種加固的增強(qiáng)型個(gè)人計(jì)算機(jī)，它可以作為一個(gè)工業(yè)控制器在工業(yè)環(huán)境中可靠運(yùn)行。

實(shí)際上，現(xiàn)在Apollo平臺(tái)推薦工控機(jī)的規(guī)格和參數(shù)，推薦配置是1080的顯卡和E3或E5的CPU。當(dāng)然，目前這種集中式的架構(gòu)，將所有的計(jì)算工作統(tǒng)一放到一個(gè)工控機(jī)中，整體體積較大，功耗高，采用的CPU+GPU的框架也不滿足車(chē)規(guī)級(jí)的要求，不適用于未來(lái)的量產(chǎn)。但這種架構(gòu)非常方便算法迭代不需要過(guò)度考慮硬件的整體設(shè)計(jì)，用傳統(tǒng)的X86架構(gòu)就可以非常快捷的搭建出計(jì)算平臺(tái)，卡槽設(shè)計(jì)也方便硬件的更新和算力的拓展。

自動(dòng)駕駛大腦-計(jì)算單元

自動(dòng)駕駛主要分為感知，決策，控制三部分，控制層是自動(dòng)駕駛落地的基礎(chǔ)。感知定位如同司機(jī)的眼睛，決策規(guī)劃如同大腦，執(zhí)行控制就好比手和腳。做好自動(dòng)駕駛的決策規(guī)劃也必須懂得執(zhí)行控制，為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛執(zhí)行機(jī)構(gòu)的線控化是必然趨勢(shì)，其中包括線控制動(dòng)、線控轉(zhuǎn)向、線控油門(mén)。

自動(dòng)駕駛執(zhí)行機(jī)構(gòu)的線控化

面向量產(chǎn)的自動(dòng)駕駛汽車(chē)必須對(duì)車(chē)輛的傳統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)進(jìn)行電子化改造，升級(jí)為具有外部控制協(xié)議接口的線控執(zhí)行部件系統(tǒng)?！捌?chē)的底層線控系統(tǒng)一般都是封閉的，整車(chē)廠和Tier1（一級(jí)供應(yīng)商，產(chǎn)品直接供應(yīng)整車(chē)廠的汽車(chē)零部件供應(yīng)商）不會(huì)輕易對(duì)外部開(kāi)放?！?/p>

從上面的描述可以看出，自動(dòng)駕駛一個(gè)極其復(fù)雜的工程。對(duì)于自動(dòng)駕駛開(kāi)發(fā)者來(lái)說(shuō)門(mén)檻還比較高。目前，百度和國(guó)內(nèi)多家高校發(fā)起籌建新工科智能駕駛工委會(huì)，以自動(dòng)駕駛的專(zhuān)業(yè)方向來(lái)看，需要國(guó)內(nèi)高校分別跨專(zhuān)業(yè)跨學(xué)科一起建設(shè)，才能把自動(dòng)駕駛做得更好。

自動(dòng)駕駛開(kāi)發(fā)工程

為了能夠給廣大自動(dòng)駕駛開(kāi)發(fā)者、從業(yè)者提供更多的便利，推動(dòng)自動(dòng)駕駛的快速發(fā)展，降低門(mén)檻。百度從2012年、2013年就開(kāi)始對(duì)自動(dòng)駕駛技術(shù)進(jìn)行積累，在2017年開(kāi)放開(kāi)源，是希望Apollo平臺(tái)能夠降低整個(gè)自動(dòng)駕駛行業(yè)的門(mén)檻，讓大家更便捷地獲取自動(dòng)駕駛的一些能力。

通常，大家先對(duì)自動(dòng)駕駛技術(shù)進(jìn)行離線開(kāi)發(fā)，如果要達(dá)到實(shí)車(chē)有幾個(gè)選擇。一個(gè)就是我們剛才介紹的林肯的MKZ的乘用車(chē)改造，最大的問(wèn)題就是成本很高，動(dòng)輒整車(chē)改造下來(lái)基本上要上百萬(wàn)左右，并且國(guó)家對(duì)于自動(dòng)駕駛的測(cè)試法規(guī)的完善及要求，除非有專(zhuān)用的測(cè)試廠，基本上很難有環(huán)境去很好地完成自動(dòng)駕駛的測(cè)試。

另外一種思路是圖最右側(cè)介紹的一些模型車(chē)。模型車(chē)就像樂(lè)高機(jī)器人一樣，很好上手，但是它的問(wèn)題是真實(shí)性會(huì)太差，在這樣小車(chē)上驗(yàn)證的方案，無(wú)論是控制、感知都很難復(fù)用到真實(shí)的汽車(chē)自動(dòng)駕駛上的。

更合適的自動(dòng)駕駛開(kāi)發(fā)套件

因此，百度選擇了一個(gè)低速微型車(chē)來(lái)做Apollo驗(yàn)證。因?yàn)锳pollo所有的技術(shù)積累都是來(lái)源于早期乘用車(chē)、轎車(chē)的自動(dòng)駕駛，所以它是必須對(duì)標(biāo)這類(lèi)車(chē)輛平臺(tái)才能去做。另外，能夠在短期以?xún)?nèi)規(guī)模化應(yīng)用還是以低速的小型車(chē)輛為主?；谶@樣的理念，設(shè)計(jì)了一款「更適合」的自動(dòng)駕駛開(kāi)發(fā)套件。

Apollo D-Kit線控底盤(pán)

該開(kāi)發(fā)套件采用純電線控底盤(pán)，懸架形式采用了整體橋+拖曳臂的形式，在能夠完全適配Apollo線控標(biāo)準(zhǔn)的情況下，我們能夠基于它生成車(chē)輛適配代碼及標(biāo)定參數(shù)，降低標(biāo)定的工作難度。

此外，為了便于自動(dòng)駕駛調(diào)度或者測(cè)試接管以及保障安全，選擇了用搖控器進(jìn)行調(diào)度、接管，底層傳感器還支持碰撞即停的安全功能。Apollo 開(kāi)發(fā)套件有一個(gè)很有趣的設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)換電方案，打開(kāi)艙門(mén)把電池取出來(lái)，再插上新的電池，又可以做下一輪新的研發(fā)。

上裝結(jié)構(gòu)平臺(tái)采用輕量化桁架結(jié)構(gòu)，預(yù)留了傳感器擴(kuò)展孔位。從設(shè)計(jì)角度來(lái)看，美觀程度可能不如說(shuō)很多自動(dòng)駕駛小車(chē)。這么做的目的是為了讓它更適合開(kāi)發(fā)，總體設(shè)計(jì)思路是希望它能夠便于調(diào)試應(yīng)用。

上裝傳感器結(jié)構(gòu)平臺(tái)

該開(kāi)發(fā)套件本身來(lái)說(shuō)，完善程度沒(méi)有那么高。但是它目前的配置能夠完成基礎(chǔ)的L4級(jí)別自動(dòng)駕駛認(rèn)證。更為重要的是，它的上裝設(shè)計(jì)能夠持續(xù)優(yōu)化硬件。例如，對(duì)于二次開(kāi)發(fā)來(lái)說(shuō)，基于這個(gè)開(kāi)發(fā)平臺(tái)，開(kāi)發(fā)者能夠在拓展性上去做一些二次開(kāi)發(fā)，一些更新的技術(shù)方案可以很快應(yīng)用到開(kāi)發(fā)套件上進(jìn)行驗(yàn)證。

具備二次開(kāi)發(fā)拓展性的上裝設(shè)計(jì)

另外除了選型上的拓展，該套件能在結(jié)構(gòu)上做一些拓展。左下角是同一個(gè)底盤(pán)，在標(biāo)準(zhǔn)套間所采用的桁架設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，如果有足夠的集成能力和結(jié)構(gòu)化能力，也可以做成左下角用于物流配送的上裝結(jié)構(gòu)。包括增加例如人機(jī)交互、機(jī)械控制等前沿方向的功能。

Apollo社區(qū)內(nèi)的自動(dòng)駕駛應(yīng)用

在整個(gè)Apollo社區(qū)里，已經(jīng)持續(xù)涌現(xiàn)出一些自動(dòng)駕駛應(yīng)用，像復(fù)旦大學(xué)的校園配送車(chē)，海南大學(xué)的校園接駁車(chē)，新石器的新零售車(chē)等。我們想做的事是希望能夠持續(xù)地降低Apollo自動(dòng)駕駛開(kāi)發(fā)平臺(tái)門(mén)檻，打造一個(gè)都能夠?qū)崿F(xiàn)的自動(dòng)駕駛平臺(tái)，在這個(gè)基礎(chǔ)上，歡迎大家基于我們的開(kāi)發(fā)套件，能夠持續(xù)拓展，并給Apollo開(kāi)源社區(qū)貢獻(xiàn)一些更新的東西。