CN112860249B - 智能驾驶域控制器软件的模块化实现方法 - Google Patents

Abstract

一种智能驾驶域控制器软件的模块化实现方法，包括：物理接口层、虚拟接口层以及软件应用层，物理接口层转化虚拟接口层和硬件基础层之间的标准信号和物理信号，虚拟接口层共享和交换软件应用层和物理接口层之间的信息；软件应用层由一个或多个智能驾驶功能模块组成，完成智能驾驶的功能实现。本发明能够实现智能驾驶软件的模块化开发以及在不同硬件系统上快速部署移植。该软件模块化实现系统能够在将软件功能开发与底层传感器、执行系统硬件有效隔离的同时，搭建智能驾驶功能应用软件框架，有效组织不同软件功能模块，定义不同软件模块之间接口规范，实现快速集成、迭代、测试、移植和升级，缩短智能驾驶系统的软件开发部署周期并降低系统集成成本。

Description

智能驾驶域控制器软件的模块化实现方法

技术领域

本发明涉及的是一种智能驾驶领域的技术，具体是一种智能驾驶域控制器软件的模块化实现方法。

背景技术

汽车智能化给汽车引入了较多高性能传感器，使得汽车具备了从感知、定位、决策、规划以及控制部分或全部功能。在功能软件开发层面，智能驾驶功能的复杂化使得智能驾驶域控制器软件功能结构复杂、接口多样，软件功能与控制器、执行器硬件之间存在接口的高度关联和复杂调用；在智能驾驶功能软件控制器部署层面，自动驾驶复杂功能的引入使得单一控制器往往不能满足算力要求，存在功能软件在多个控制器上快速移植和部署的需求。现有智能驾驶软件开发体系中，功能软件与传感器、执行器调用高度耦合，功能软件结构复杂，缺乏部分功能的模块化移植和部署能力。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种智能驾驶域控制器软件的模块化实现方法，能够实现智能驾驶软件的模块化开发以及在不同硬件系统上快速部署移植。该软件模块化实现系统能够在将软件功能开发与底层传感器、执行系统硬件有效隔离的同时，搭建智能驾驶功能应用软件框架，有效组织不同软件功能模块，定义不同软件模块之间接口规范，实现快速集成、迭代、测试、移植和升级，缩短智能驾驶系统的软件开发部署周期并降低系统集成成本。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种智能驾驶域控制器软件的模块化实现系统，包括：物理接口层、虚拟接口层以及软件应用层，其中：物理接口层调用物理通信接口接收来自硬件基础层的传感器系统、X控制器以及执行器的物理信号，并将其转化为标准信号给虚拟接口层；同时物理接口层通过将虚拟接口层的标准信号转化为物理信号，输出至传感器系统、X控制器以及车辆执行器系统；虚拟接口层存储和保护物理接口层和软件应用层的标准信号并在软件应用层和物理接口层之间实现信息共享；软件应用层将智能驾驶功能软件按照功能需求划分为感知融合、定位、决策规划以及控制模块，建立软件模块的标准化接口，实现车辆智能驾驶功能。

技术效果

本发明整体解决了现有智能驾驶软件系统应用功能软件与传感器、执行器高度关联耦合，无法针对不同传感器、执行器进行功能软件复用，无法将智能驾驶软件的部分或全部功能在多个域控制器上快速模块化移植、部署的缺陷。与现有技术相比，本发明采用传感器、执行器以及控制器接口虚拟化技术，将不同厂家、不同型号的传感器、执行器接口标准化，统一信号输入输出，供应用功能软件调用，有效隔离软硬件；采用功能软件模块化技术，有机独立多个软件模块，并通过统一的虚拟接口进行信息交互共享，能够实现功能软件的快速拆分和模块化部署。本发明各个软件功能模块基于虚拟接口层进行信息共享和交换，保证了各模块之间的独立性和模块化；本发明可以提高开发过程中的软件复用率，这对于智能驾驶软件系统的最终质量和维护工作都有本质性的改变，极大地提高了软件开发效率；本发明能够消除应用软件与物理硬件的耦合，使得智能驾驶的功能开发独立于传感器和控制器硬件；本发明能够实现单个或多个功能模块在多个域控制器上的模块化部署，进而实现智能驾驶功能。

附图说明

图1为本发明系统示意图；

图2为实施例自动驾驶域控制器架构中的部署和应用示意图。

具体实施方式

如图1所示，为本实施例涉及一种智能驾驶域控制器软件的模块化实现系统，包括：物理接口层、虚拟接口层以及软件应用层，其中：物理接口层调用物理通信接口接收来自硬件基础层的传感器系统、X控制器以及执行器的物理信号，并将其转化为标准信号给虚拟接口层；同时物理接口层通过将虚拟接口层的标准信号转化为物理信号，输出至传感器系统、X控制器以及车辆执行器系统；虚拟接口层存储和保护物理接口层和软件应用层的标准信号并在软件应用层和物理接口层之间实现信息共享；软件应用层将智能驾驶功能软件按照功能需求划分为感知融合、定位、决策规划以及控制模块，建立软件模块的标准化接口，实现车辆智能驾驶功能。

所述的硬件基础层，包括：分别与信息接口系统相连的传感器、执行器以及车辆控制系统控制器。

所述的传感器，包括：视觉系统、激光雷达、毫米波雷达、组合导航。

所述的执行器，包括：转向执行器、驱动执行器、制动执行器。

所述的物理接口层包括：硬件识别模块、物理信息解析模块以及标准化信息输出模块、标准化信息读取模块、物理信息打包模块，其中，硬件识别模块根据来自硬件基础层的信息特征进行硬件的识别与注册；物理信息解析模块调用解析函数对注册后得到的硬件信息进行解析并输出解析结果至标准化信息输出模块；标准化信息输出模块将解析结果标准化处理后输出至虚拟接口层；信息打包模块通过标准化信息读取模块获取来自虚拟接口层的标准化信息，并基于注册的传感器硬件将标准化信息打包输出至硬件基础层对应的硬件系统。

所述的虚拟接口层，即平台化信号接口层通过信号存储模块实现软件应用层和物理接口层的标准化信号存储。

所述的软件应用层，在面向不同的智能驾驶功能时，由于软件功能和算法的差异，软件应用层无法提供一套标准化的算法系统，软件应用层允许不同的设计人员基于所开发和掌握的智能驾驶算法建立自己的智能驾驶功能框架，划分为多个功能模块，并将其按照虚拟接口层的标准化信号接口进行模块封装，为整个系统提供标准化的功能模块接口。

本实施例涉及上述架构的信息共享和交换方法，实现了模块开发和物理硬件的解耦，具体步骤包括：

A、依据智能驾驶软件功能的独立性和接口的稳定性将智能驾驶应用层软件划分为若干功能模块(如感知融合模块、定位模块、决策规划模块、控制模块)，具体步骤包括：

1.1基于智能驾驶功能需求，梳理功能软件的物理信息输入输出；

1.2基于智能驾驶功能需求，建立智能驾驶功能算法框架，得到智能驾驶功能算法流程图，并梳理算法模块之间的信息输入输出；

1.3基于上述算法框架，结合物理信息和算法模块之间的输入输出将智能驾驶功能算法框架划分为多个子功能算法，并给出子功能算法框架间的接口输入输出关系；

B、建立各软件模块的标准输入输出接口与规范，应用层软件模块之间通过虚拟接口层进行信息共享和交互，实现各个应用模块之间的解耦，保证模块开发的独立性，具体步骤包括：

2.1基于步骤A中给出的子功能算法框架间的接口输入输出关系，给出接口的标准化定义，并建立各功能模块的输入输出接口；

2.2基于虚拟接口层实现软件功能模块输入输出接口的存储和信息交换；

C、在虚拟接口层，针对自动驾驶智能感知传感器，建立各类型传感器的标准信号规范，在物理接口层，将传感器系统的物理信号按照接口规范转换为标准信号，上层应用软件通过调用标准信号获取传感器系统信息，从而降低功能软件与底层物理硬件的耦合，具体步骤包括：

3.1梳理不同传感器的CAN和以太网接入信号特征，开发传感器识别和注册算法；

3.2针对各不同传感器开发对应的传感器信号解析算法；

3.3建立传感器识别与传感器信号解析算法之间的链接关系，实现物理接口层接入不同传感器后的解析算法调用；

3.4梳理同类传感器的算法输出，针对同类传感器建立统一的数据标准，并将3.3中解析的传感器数据标准化输出至虚拟接口层，使得应用层功能软件能够通过虚拟接口层读取标准化的传感器接口数据；

D、基于虚拟接口层中对底层执行系统的标准化接口定义，将控制器标准控制接口通过物理接口层与底层执行系统有机连接，实现软件功能与底层控制系统功能的解耦，具体步骤包括：

4.1将步骤A中的执行器控制输入输出在虚拟接口层的输入输出接口进行标准化，并完成执行器接口定义；

4.2在物理接口层完成对底层执行器的信号接收和发送接口函数的开发，同时将物理接口层对虚拟接口层的底层执行器的输出、输入信号进行标准化接口开发；

E、当应用层软件功能在多个控制器上进行模块化部署的过程中，通过物理接口层将平台化信息中的标准信号进行物理信号化和反物理信号化，实现单个或多个功能模块在不同功能域控制器模块中的部署，具体步骤包括：

5.1在上述功能进行多控制器部署时，首先通过将步骤A中的各子功能算法框架划分为不同子功能模块集合，得出各功能模块集合之间的接口；

5.2针对各功能模块集，通过在物理接口层开发功能模块集的物理信号输出和物理信号接收接口，完成各功能模块集之间的输入输出接口开发；

5.3将隶属不同功能模块集的应用层软件功能模块以及相应的输入输出接口部署到不同的控制器。

如图2所示，为本发明系统部署在智能驾驶域中，该智能驾驶域通过车域网与底盘控制域和车身控制域进行执行器的信号交流，获取车辆自身状态信息，并发送执行器控制信号，从而实现自动驾驶功能。经过在Linux系统下的具体实际实验，本系统完成自动驾驶循迹、紧急制动以及自适应巡航系统的开发。针对德尔福ESR毫米波雷达、Mobileye视觉系统、导航系统以及试验车底层执行系统完成了硬件接口层开发，进行了传感器和执行器信号自动识别和接入测试，通过硬件接口层信号在虚拟接口层的标准化输出，完成了应用层功能的模块化开发和测试，开发的智能驾驶系统能够有效隔离功能软件和底层执行器。基于上述软件模块化系统，通过改变单一模块算法，完成了软件功能从循迹，到循迹和紧急制动，再到循迹和自适应巡航功能的继承式开发、部署和测试。

与现有技术相比，本发明通过物理接口层和虚拟接口层的开发，实现了智能驾驶传感器、执行器硬件与功能软件的有效隔离，功能软件只需通过调用虚拟接口层的统一接口即可完成硬件系统调用，无需针对硬件系统进行功能开发；虚拟接口层的标准化软件模块接口能够通过物理接口层进行物理信号化和反物理信号化，实现部分或全部软件功能模块在多个控制器上的快速移植和部署。

上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (4)

1.一种基于智能驾驶域控制器软件的模块化实现系统的信息共享和交换方法，其特征在于，包括以下步骤：

A、依据智能驾驶软件功能的独立性和接口的稳定性将智能驾驶应用层软件划分为若干功能模块，具体包括：

1.1基于智能驾驶功能需求，梳理功能软件的物理信息输入输出；

1.2基于智能驾驶功能需求，建立智能驾驶功能算法框架，得到智能驾驶功能算法流程图，并梳理算法模块之间的信息输入输出；

1.3基于上述算法框架，结合物理信息和算法模块之间的输入输出将智能驾驶功能算法框架划分为多个子功能算法，并给出子功能算法框架间的接口输入输出关系；

B、建立各软件模块的标准输入输出接口与规范，应用层软件模块之间通过虚拟接口层进行信息共享和交互，实现各个应用模块之间的解耦，保证模块开发的独立性，具体包括：

2.1基于步骤A中给出的子功能算法框架间的接口输入输出关系，给出接口的标准化定义，并建立各功能模块的输入输出接口；

2.2基于虚拟接口层实现软件功能模块输入输出接口的存储和信息交换；

C、在虚拟接口层，针对自动驾驶智能感知传感器，建立各类型传感器的标准信号规范，在物理接口层，将传感器系统的物理信号按照接口规范转换为标准信号，上层应用软件通过调用标准信号获取传感器系统信息，从而降低功能软件与底层物理硬件的耦合，具体包括：

3.1梳理不同传感器的CAN和以太网接入信号特征，开发传感器识别和注册算法；

3.2针对各不同传感器开发对应的传感器信号解析算法；

3.3建立传感器识别与传感器信号解析算法之间的链接关系，实现物理接口层接入不同传感器后的解析算法调用；

3.4梳理同类传感器的算法输出，针对同类传感器建立统一的数据标准，并将3.3中解析的传感器数据标准化输出至虚拟接口层，使得应用层功能软件能够通过虚拟接口层读取标准化的传感器接口数据；

D、基于虚拟接口层中对底层执行系统的标准化接口定义，将控制器标准控制接口通过物理接口层与底层执行系统有机连接，实现软件功能与底层控制系统功能的解耦，具体包括：

4.1将步骤A中的执行器控制输入输出在虚拟接口层的输入输出接口进行标准化，并完成执行器接口定义；

4.2在物理接口层完成对底层执行器的信号接收和发送接口函数的开发，同时将物理接口层对虚拟接口层的底层执行器的输出、输入信号进行标准化接口开发；

E、当应用层软件功能在多个控制器上进行模块化部署的过程中，通过物理接口层将平台化信息中的标准信号进行物理信号化和反物理信号化，实现单个或多个功能模块在不同功能域控制器模块中的部署，具体包括：

5.1在上述功能进行多控制器部署时，首先通过将步骤A中的各子功能算法框架划分为不同子功能模块集合，得出各功能模块集合之间的接口；

5.2针对各功能模块集，通过在物理接口层开发功能模块集的物理信号输出和物理信号接收接口，完成各功能模块集之间的输入输出接口开发；

5.3将隶属不同功能模块集的应用层软件功能模块以及相应的输入输出接口部署到不同的控制器；

所述的实现系统包括：物理接口层、虚拟接口层以及软件应用层，其中：物理接口层调用物理通信接口接收来自硬件基础层的传感器系统、X控制器以及执行器的物理信号，并将其转化为标准信号给虚拟接口层；同时物理接口层通过将虚拟接口层的标准信号转化为物理信号，输出至传感器系统、X控制器以及车辆执行器系统；虚拟接口层存储和保护物理接口层和软件应用层的标准信号并在软件应用层和物理接口层之间实现信息共享；软件应用层将智能驾驶功能软件按照功能需求划分为感知融合、定位、决策规划以及控制模块，建立软件模块的标准化接口，实现车辆智能驾驶功能。

2.根据权利要求1所述的信息共享和交换方法，其特征是，所述的硬件基础层，包括：分别与信息接口系统相连的传感器、执行器以及车辆控制系统控制器；

所述的传感器，包括：视觉系统、激光雷达、毫米波雷达、组合导航；

所述的执行器，包括：转向执行器、驱动执行器、制动执行器。

3.根据权利要求1所述的信息共享和交换方法，其特征是，所述的物理接口层包括：硬件识别模块、物理信息解析模块以及标准化信息输出模块、标准化信息读取模块、物理信息打包模块，其中，硬件识别模块根据来自硬件基础层的信息特征进行硬件的识别与注册；物理信息解析模块调用解析函数对注册后得到的硬件信息进行解析并输出解析结果至标准化信息输出模块；标准化信息输出模块将解析结果标准化处理后输出至虚拟接口层；信息打包模块通过标准化信息读取模块获取来自虚拟接口层的标准化信息，并基于注册的传感器硬件将标准化信息打包输出至硬件基础层对应的硬件系统。

4.根据权利要求1或3所述的信息共享和交换方法，其特征是，所述的虚拟接口层，即平台化信号接口层通过信号存储模块实现软件应用层和物理接口层的标准化信号存储；

所述的软件应用层，在面向不同的智能驾驶功能时，由于软件功能和算法的差异，软件应用层无法提供一套标准化的算法系统，软件应用层允许不同的设计人员基于所开发和掌握的智能驾驶算法建立自己的智能驾驶功能框架，划分为多个功能模块，并将其按照虚拟接口层的标准化信号接口进行模块封装，为整个系统提供标准化的功能模块接口。

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