L2~L4级自动驾驶及GPU嵌入式车载计算平台在自动驾驶中的应用

L2~L4级自动驾驶及GPU嵌入式车载计算平台在自动驾驶中的应用
2021年12月06日 17:41 亿欧

[亿欧导读]

宸曜GC系列嵌入式计算平台能够轻松部署在车内,与安装的传感器和激光雷达相配合,控制L2级至L4级的自动驾驶。

题图来自“外部授权”

当人们谈及“自动驾驶”时,首先浮现脑中的一定是没有驾驶员的车辆在街上行驶的画面。容易被忽略的是,在自动驾驶中有六个分级。根据工信部GB/T 40429-2021《汽车驾驶自动化分级》,汽车驾驶自动化分为0级~5级,而在这篇文章里,我们将重点关注更常见的2~4级自动驾驶。

GB/T 40429-2021《汽车驾驶自动化分级》

不同分级的自动化不仅代表自动驾驶技术的演进和革新,也是车辆自动驾驶能力的分级。不论是公交运输巴士、清洁车还是检查车辆等,根据不同的需求实现不同等级的自动驾驶应用。不仅是车辆本身的自动驾驶技术,车辆所运行的环境也是非常重要的因素。例如,如果行驶的环境可控,自动驾驶车辆就可以自由行驶,而不需要驾驶员对各种条件进行限制(如速度,行驶路线,在规划的区域内行驶等);如果行驶的环境是一个广阔范围内由路侧计算单元所组成的网络通信覆盖区域,并可在自动驾驶车辆到达前告知交通情况,那么车辆的行驶环境就能扩大,并通过对行驶中的车辆进行交通情况预测警示来减少环境的限制,实现高度或完全的自动化。

路侧计算单元网络通信覆盖

纵观自动驾驶技术的发展,首先要提到的是ADAS(Advanced Driving Assistance System)。ADAS是辅助人类驾驶员的高级驾驶辅助系统,利用传感器和摄像头检测、收集和分析车内外的环境数据,有效减少人为错误,提高车辆和道路的安全性,从而实现更好的驾驶。ADAS大多用于L2~L3的自动驾驶应用。

现今在路上最常见的自动驾驶技术是L2级组合驾驶辅助。几乎全球第一梯队和第二梯队的车辆制造商都可达到L2级组合驾驶辅助,系统提供从0至200多公里行驶速度的车道居中和自适应巡航控制。这意味着只要系统被激活,车辆可跟随前车,从静止状态(如交通阻塞)加速至200km/h行驶速度(如高速公路上行驶)。但是别误会,驾驶员仍然必须控制车辆的驾驶,而系统仅在需要时提供辅助,因此L2级组合驾驶辅助依然很大程度上被看作是“驾驶员辅助驾驶系统”。除了辅助驾驶能力,L2同样具备了驾驶员监测技术服务,例如驾驶员状态监测(疲劳驾驶,车道偏离等),以及车辆的虚拟驾驶员感知,以实现更精确的驾驶辅助操作。

L3级有条件自动驾驶能够在驾驶员尽量少的干预下进行半自动驾驶,将车辆从A点开至B点。但与L2级很相似,驾驶员必须全程保持注意力,并随时准备对车辆进行人工控制。这一级别自动驾驶经常被运用在人口密集的中央商务区短距离接驳车或清扫车上。L3级自动驾驶系统通常会被用在电动接驳车上,将乘客从A点运送至B点,不过工业环境中也能看到L3级别的自动驾驶应用,如车辆组装厂会使用L3级自动驾驶车辆来协助将重型、大型零件从A点搬运至B点,全天无休。

L2、L3和L4级自动驾驶应用

2019年底至2020年初疫情爆发,L4级自动驾驶清洁车变得广受欢迎,为尽可能减少清洁工人不必要的接触,大量的清洁车和消毒车被允许行驶到路上作业。同样的,在疫情期间,L4级自动驾驶还被普遍应用在了最后一公里配送小车上,将物资送往家中或医院里。这些L4级自动驾驶配送小车能够辨识门牌号码,并将物资送至正确的收件人。一些小车还具备机器视觉能力,人们还能远距离监控整个过程。

实现自动驾驶需要进行数据采集、数据预处理、数据训练,并最终将模型部署在自动驾驶应用中。不论是数据采集阶段,还是L2~L4的应用阶段,自动驾驶应用中的设备都需要拥有抵御严苛环境的能力,以确保持续可靠的运行。这些严苛的环境挑战包括:温度变化范围大,车辆行驶过程中的振动、频繁停车关停发动机等。

北方地区冬天常常达到-20℃,南方地区的夏天地面温度可高达60℃,具备良好的散热设计,能够在宽温环境下稳定运行是成为强固可靠的车载工业计算平台的必备条件。Neousys宸曜科技GC系列嵌入式计算平台采用整片散热鳍片和独特的风流设计,确保CPU和GPU在-25℃至60℃宽温工作范围始终能保有100%负载的运算效能。

车辆在行驶过程中会产生各种振动,可能造成扩展卡松动或毁坏,或连接线缆、电源线松脱,导致系统突然无法正常运行。Neousys宸曜科技GC系列嵌入式计算平台提供专门的阻尼支架,有效吸收高/低频振动,以减少振动经由连接件而传递至计算平台,并通过GPU卡固定器(card holder)增加机身及图形卡之间的强固性,将图形卡有效固定在适当位置。同时,连接端口带有锁紧螺丝,可以确保连接强固性,不会因车辆行驶中产生的振动而导致线缆的松脱。

自动驾驶训练车在行驶过程中可能会遇到各种突发状况,不得不停车熄火,例如停车加油、接受交通检查、中途休息等。而频繁地关停发动机、启动发动机,会间接地关闭和重启车内电瓶,导致车载计算平台频繁上电和下电;而车辆发动时也会造成车上电压的大幅波动。Neousys宸曜科技GC系列嵌入式计算平台在电源设计时提供完善的输入保护,如过电压保护、过电流保护、浪涌保护等,让计算平台不因输入电源而有所损伤,同时宸曜研发团队详细验证了在不同环境温度、不同输入电压等严苛条件下的高负载运行,以确保产品的稳定及安全。

Neousys宸曜科技嵌入式计算平台

宸曜GC系列嵌入式计算平台能够轻松部署在车内,与安装的传感器和激光雷达相配合,控制L2级至L4级的自动驾驶。L2级自动驾驶通常具备车道保持辅助功能,为驾驶员提供一个更轻松的驾驶环境,避免长时间驾驶而产生睡意。L3和L4级自动驾驶是有条件自动驾驶和高度自动驾驶,十分适用于乘客接驳(如从A点到B点的接驳车/小巴),搬运工厂中大型物品/材料,在医院中为病人送去药物/补给品,或作为规划好路线的清扫车或特定区域最后一公里配送小车。L2至L4级的车辆都有采用宸曜GC系列嵌入式计算平台的自动驾驶车,并且随着技术的不断进步,L3和L4级的应用越来越多。

其中,广为人知的应用案例是百度Apollo开放平台生态和自动驾驶开发套件(D-KIT),搭载了Neousys宸曜科技的GPU嵌入式车载计算平台。百度Apollo已经迈入第五个年头,Neousys宸曜科技的Nuvo-6108GC和Nuvo-8108GC已连续成为百度Apollo 开放平台生态和自动驾驶开发套件(D-KIT)的指定车载计算平台,它们拥有十分可靠的散热能力,能够在极端条件下提供强大的CPU/ GPU运算效能。

目前,在全球各个细分领域都能找到自动驾驶车辆搭载Neousys宸曜科技GPU嵌入式计算平台的案例,包括在A点至B点间运行、搭载了监控系统的自动驾驶公交巴士,用于道路清扫的小型化自动驾驶清扫车,为医院或居民提供最后一公里配送的自动驾驶配送小车,甚至是在驶入和驶离站台时可探测轨道交通的自动驾驶火车/地铁中,Neousys也能提供具备M12接口、符合EN 50155铁道车载认证、并支持Tesla T4的无风扇嵌入式计算平台SEMIL系列,其IP67防护等级同样也适用于高温高湿高腐蚀环境的无人船应用。

Neousys宸曜科技不仅提供基于X86架构的解决方案,同时也提供基于ARM架构的解决方案,如GMSL自动驾驶域控制器NRU-110V和智能视频分析计算平台NRU-120S都支持Nvidia® Jetson AGX Xavier™系统模块(SOM),可通过不到30W的低功耗提供相当于主流120W的GPU图像加速计算效能;不久的将来,随着NVIDIA DRIVE Orin™ SoC(系统级芯片)的量产,宸曜科技也将推出支持Orin™的计算平台解决方案。Neousys宸曜科技也将不断创新,继续研发车载以太网和车规级的车载域控制器和车载计算平台。

如今,只要敢想,无论是飞机、汽车、火车还是船舶,都已经有了一定程度的自动驾驶功能。或许,任务专用机器人终有一天将得以实现:一个具有良好的手眼协调感知能力的人形机器人可作为专门的驾驶员。而在此之前,自动驾驶的解决方案仍将是通过一个控制器扮演中枢神经系统的角色来控制驾驶车辆所需的所有基本机制。

参考文献:

[1]GB/T 40429-2021, 汽车驾驶自动化分级[S].

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