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备战自动驾驶操作系统“野蛮生长”

发布日期 :2020-12-31 04:14

  自动驾驶汽车是有史以来最复杂的移动机器人之一。和其他复杂的机器人一样,要让它们达到能够解决你想要解决的问题的程度,需要做大量的工作。

  关于自动驾驶,有趣的问题在于感知和决策,十年前,行业尝试使用开源软件框架来解决这个问题,该框架管理硬件和软件的集成和通信,同时还为常见的功能提供库、驱动程序和软件包。

  这些停留于Demo测试阶段的目标是让研究人员可以专注于解决技术可行性问题,当然在这个阶段ROS已经非常成功,早期大多数自动驾驶汽车公司将其用于研究和开发。

  不过,一旦进入量产开发阶段,ROS还不能满足严格的汽车行业要求,比如ISO26262。

  几年前,一家名为Apex.AI的初创公司,利用ROS的所有优点,增加了可靠性、稳定性和安全性,这是将ROS作为商用自动驾驶汽车的软件框架所必需的。

  而此前,使用ROS进行的大部分开发都是为了研究,在这种环境中,安全性不是很重要,如果您的系统不时崩溃,也没关系。ROS可以成为这样一个开发加速器,许多公司似乎接受了这些限制,但是当你开始考虑商业可行性时,这是一个主要的问题。

  此外,ROS本身并不打算用于这类对安全要求极高的商业化部署,而且缺少许多可能需要的功能,比如可验证的实时操作。但Apex.AI采用了ROS2的早期框架,并在其基础上构建了一个系统,汽车公司就可以在此基础上开发量产系统。

  ROS2的第一个完整版本于2018年1月发布。ROS2现在通过采用更简洁的体系结构,创建更小和更优化的代码库,最重要的是,通过采用已建立和标准化的中间件体系结构,将机器人开源软件提升到一个新的水平。

  ApexOS可以很容易地使用许多不同种类的硬件,如果你想使用自己的感知或决策软件,也可以使用不同的软件。而且,这样做并不会危及整个系统的完整性。操作系统确保所有的安全关键的东西继续运行,这样如果感知软件堆栈崩溃,汽车仍然可以刹车。

  对于为什么坚持选择ROS作为自动驾驶操作系统,Apex.AI负责人表示,ROS是事实上的标准机器人SDK,因为它解决了普通和反复出现的挑战:包括多个传感器产生大量的数据,需要转移到多核计算机进行处理,然后发送到多个控制器。

  此外,几乎所有的学术界,以及到目前为止的大多数汽车公司,都使用ROS进行研发。ROS提供了一个完整的工具生态系统,比如可视化、模拟、构建工具,最重要的是,还有一个大型社区。这对于汽车制造商的后续迭代开发有一定的优势。

  接下来,Apex.AI做的工作是,从ROS2到ApexOS的一系列改进,包括,产品代码质量(在软件堆栈的所有级别上进行彻底的测试)、硬实时支持、进程级别的安全性、支持汽车ECU和传感器以及最重要的功能安全认证。

  近日,沃尔沃集团旗下风险投资基金宣布了对Apex.AI的新一轮投资,目标是加快该公司自动驾驶操作系统的车规级系统安全验证,并协助加快量产;一同参与此轮投资的还有海拉和两家公司。而去年底,这家公司刚刚拿到了1550万美元的A轮融资(丰田AI基金参与)。

  “大多数公司都有构建消费级系统的能力,但在安全关键应用方面并没有太多的经验、资源。所以我们建立了一个框架,让没有经验的开发人员可以构建安全可靠的系统。”Apex.AI创始人表示。

  按照进度,Apex.AI将通过提供更安全可靠的ROS版本,并根据ISO26262功能安全标准进行认证,接着最快于2020年初投放到汽车市场,随后扩展到其他安全关键的自主系统,如工业机器人和航空航天。

  一直以来,困扰开发人员的一大问题是,如何确保驾驶自动驾驶汽车(AV)的软件不会在路上“崩溃”或失败?消费者如何才能确信机器人符合最高的安全、安全和可靠性标准?这些都是自主系统必须回答的关键问题,才能成功并安全地逃离实验室。

  关于他们的系统,一个有趣的事情是,Apex.AI声称“软件不是为最高性能而设计的——它是为永不失败而设计的。”这家公司在系统设计中加入了冗余,以确保单个故障不会导致整个系统的崩溃。

  这家公司的两款产品分别是,ApexOS,一个元操作系统,是ROS操作系统的汽车级版本。它允许软件开发人员编写基于ROS2api的安全应用程序,基于汽车功能安全标准ISO26262的上下文无关的安全要素(SEooC)设计概念以及直到ASILD的安全等级,并通过HSM支持,过程级安全,加密,认证来确保系统安全。

  另一款产品是,Apex.Autonomy,为开发人员提供自动驾驶系统的感知、定位、规划构建块。它具有定义好的接口,便于与任何现有的堆栈集成。这套系统用c++编写,可以在Linux、LinuxRT、QNX、Windows、OSX上运行和测试。

  此外,在设计时同样考虑了车规级量产和ISO26262认证,并且在x86_64和amd64架构上绑定了CPU,此前已经完成了各种激光雷达传感器的集成和测试。

  此外,Apex.AI也参与了另一个汽车开源项目Autoware,后者是一种位于ROS之上的自动驾驶软件栈,支持者包括丰田高级开发研究院(TRI-AD)、ARM和Intel等。

  之所以选择这条路,也源于这家公司的两位创始人,他们此前是博世的工程师,并参与了相关自动驾驶项目的开发。不过,起初的软件设计初衷是帮助研究人员快速启动和运行项目,而不是用于后期的商业应用。

  不过,由于持续的投资人加入,该公司的商业模式也进行了调整,目标是出售其改进版的操作系统,并收取支持服务费用(该公司预计可以帮助汽车制造商节省四五十名开发人员)。

  这种做法与红帽公司如出一辙,后者在上世纪90年代采用了开源的Linux操作系统,IBM在去年以340亿美元的价格收购。

  很明显,大多数使用ROS的公司没有量产解决方案。Apex.AI认为这是一个市场机会,并且这家公司也拿到了美国加州的自动驾驶路测牌照。

  加速这一进程的是今年5月份新加入公司董事会的一位汽车行业资深高管,前欧宝首席执行官卡尔-托马斯·诺伊曼,其曾领导欧洲业务、大众汽车中国业务,并担任过德国汽车零部件供应商ContinentalAG的首席执行官。

  对于不断加入Apex.AI股东行列的汽车产业链巨头来说,制造自动驾驶汽车是一项挑战,而选择一个稳定、可靠的汽车操作系统是一件大事,因为它需要控制汽车的核心功能,同时保证乘客和驾驶环境的安全。

  不过,在操作系统领域,竞争对手也非常强大,不管是基础实时操作系统还是中间件平台。

  QNX是公认的自动驾驶汽车操作系统平台的领导者。其中的QNXNeutrino是一个实时操作系统,汽车制造商使用它来运行所有的过程和行动,在成功和安全执行所需的时间范围内。

  过去几年,黑莓在自动驾驶操作系统、新的安全保障系统以及V2V、V2I通信技术方面投入了大量资金。目前,QNXNeutrino已经与大约40家汽车制造商合作,包括福特大众宝马奥迪。今年新增的合作伙伴还包括现代汽车、安波福等数家行业巨头。

  风河公司的VxWorks是另一个知名的实时操作系统,符合ISO 26262安全标准。该公司的合作伙伴包括东芝、博世、宝马福特大众等。

  GreenHills公司的INTEGRITY®实时操作系统,是该公司ADAS平台的一部分,是构建安全、高性能和可伸缩的ADAS系统软件组件的完整解决方案。

  已经被西门子收购的Mentor公司,旗下有一款名为Nucleus®的实时操作系统,如何破ag真人百家,此外,该公司还推出了DRS360自动驾驶平台,该平台提供自动驾驶车辆所需的低延迟、高精度传感。

  新进入者还包括:英伟达的DRIVE™OS操作系统,虽然该公司此前在汽车操作系统市场还是新军,但我们不能低估芯片制造商的作用。

  2016年,英伟达推出了自动驾驶汽车操作系统DriveWorksAlpha1,尽管在汽车领域没有引起太大的轰动,但这个可伸缩的自动驾驶AI平台框架几乎每个月都会更新版本。

  目前,DriveWorks已经被全球370家汽车制造商、一级供应商、开发者和研究人员使用,包括特斯拉大众奔驰奥迪、Veoneer和博世。

  基于linux开发的AutomotiveGradeLinux(AGL),是另一个不可忽视的对手,这个拥有数十家全球汽车制造商巨头(包括丰田大众)的开源平台组织,除了已经推出信息娱乐操作系统,还在逐步向ADAS及更高级别自动驾驶安全关键领域延伸。

  不过,考虑到大规模量产自动驾驶汽车的时代尚未到来,因此汽车制造商仍有时间选择最合理的方法来开发汽车操作系统。通常,这个问题归结为专有与开源两个选择。

  第一种选择会带来一些复杂的问题,比如与许多操作系统的兼容性、接口协议和标准化。随着非汽车行业的企业继续向汽车行业扩张,情况可能会变得更加可怕。他们肯定会响应市场对更多功能导入的需求,而且保持快速的迭代能力。

  第二种选择似乎更可行,尤其是对于汽车制造商来说,因为独自开发自己的操作系统对资金投入和研发团队要求极高,并且不利于产生规模效应。

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