加速互联与自动驾驶

从 2007 年以来，世界各地的研究人员一直在开发机器人操作系统 (ROS)。它的起源可追溯到斯坦福人工智能实验室 (Stanford Artificial Intelligence Laboratory)，该实验室现在归开源机器人基金会 (OSRF) 管理。“机器人操作系统”这个名字很容易让人望文生义：严格来说，ROS 并非一个独立的操作系统，而是基于 Linux 或 Windows 等操作系统、介于硬软件之间的中间件。ROS 还提供了大量设备驱动程序，可将新的传感器和执行器轻松集成到现有系统中。另外，ROS 还是研究和应用驱动自动化的“软件工具箱”。

保时捷工程集团从 2019 年开始使用 ROS，我们的工程师与保时捷 ADAS 工程师一道，自主开发了许多复杂的软件接口，将 ROS 层与量产车辆的总线系统连接起来。这样就可以将新功能无缝集成到现有车辆中，使其成为名副其实的“软件功能集合体”。保时捷工程集团将这种方法用于 JUPITER（联合用户个性化集成测试和工程资源）试验车。为了实现自动驾驶功能，它们可以配备多种传感器，包括立体摄像头和激光雷达。保时捷工程集团驾驶辅助系统开发工程师兼 JUPITER 项目负责人马塞尔·佩尔泽 (Marcel Pelzer) 表示：“多亏有了 ROS，在一周内就完成了激光雷达传感器的安装和集成工作；经过一天的调试，我们就能立即开始记录测试数据。而在此之前，我们往往需要花费数日甚至数周来进行集成和调试。”

ROS 应用由一个个相互通信的“节点”组成。ROS还为此提供了许多软件库，包括用于标准化数据交换、数据可视化和调试的软件库。“这样一来，新节点可以立即使用其他节点的数据。”佩尔泽解释道。“测试人员不需要一开始就必须知道某个节点应该与哪个节点通信。此外，标准化信息还有助于使算法适应各种传感器。”

除了制造机器人外，ROS 也有助于开发新的自动驾驶或互联驾驶功能，因为新软件和传感器需要在原型车中快速投入使用。节点不仅能够轻松集成新硬件，还具备一个决定性的优势：ADAS（高级驾驶员辅助系统）功能可作为新节点灵活实现，并可在标准化平台上测试其交互性。

他又举了一个例子，提到了高级停车功能在原型车上的实现：“在量产开发过程中，通常需要几个月的时间才能提供车辆中可以使用的驾驶辅助功能的供应商解决方案。而在 JUPITER 试验车上，我们仅靠一名开发人员，就实现了支持自动识别路面人员的倒车辅助功能，比平时节省了一半的时间。”

除了快速安装新的传感器和功能外，JUPITER试验车还为开发人员带来了更多便利：在各种可能的量产位置上安装传感器，以便评估安装位置对算法的影响。另外还可以访问它们的原始数据，以及访问车辆总线和所有执行器。

通过使用 ROS，开发人员可以随时将新的驾驶功能作为 ROS 中的节点加以实现，而无需花费大量人力和物力。JUPITER 试验车中总共有 50 至 60个节点，用于执行各种功能和子功能，同时支持在运行期间通过增加节点来动态扩展系统的范围。此外，ROS 的源代码是开源的，ROS 支持 C++ 和Python 等多种编程语言，还拥有一个庞大的社区，其中的社区成员能够交流灵感、互帮互助。这就使得保时捷工程集团的技术人员能够将主要精力放在功能开发上。

新版本 ROS 2 脱胎于 ROS 的经验。其通信基础设施还通过了 DDS 标准（数据分发服务）的汽车应用认证，这表明 ROS 2 理论上可用于批量生产的汽车。DDS 的最大优势是可以根据数据源配置属性（服务质量）、传输机制和访问权限，从而实现硬件资源的最佳利用。“事实证明，ROS 是测试新技术和向客户提供尖端技术的绝佳平台。”佩尔泽总结说，“它帮助我们快速演示用例，并大大缩短客户的交付时间。这正是我们自豪所在，因为以智能化的方式加快复杂任务解决方案的交付和提供时间，是我们流程和方法优化措施的重要组成部分。此外，ROS 还能统一分析 ADAS、V2X、人工智能和仿真等多个技术领域之间的互动。这有助于我们在开发未来互联和智能汽车时，充分发挥各项协同作用，从而占据先机。”