使用ROS機器人技術和SOA(面向服務架構)推進ADAS原型設計

汽車設計的創(chuàng)新是一種持續(xù)的驅動力，每代汽車都會出現(xiàn)新的特性和性能。在不斷發(fā)展的汽車技術環(huán)境中，雷諾率先采用面向服務架構 （SOA） 來滿足現(xiàn)代車輛系統(tǒng)的需求。這種架構方法代表了從傳統(tǒng)框架到模塊化、靈活設計的根本轉變。靈活性對于集成自動駕駛等復雜功能至關重要。SOA 允許將汽車系統(tǒng)分解為通過網(wǎng)絡進行通信的單個服務，從而實現(xiàn)更具可擴展性和可重用的組件。這一點尤為重要，因為車輛變得越來越像“輪子上的計算機”，需要快速的開發(fā)周期和更大的靈活性來納入新技術或更新，而無需徹底改造整個系統(tǒng)?，F(xiàn)代汽車系統(tǒng)日益復雜，擁有眾多必須協(xié)同運行的傳感器和執(zhí)行器，這推動了雷諾向 SOA 的轉型。采用 SOA 允許雷諾獨立開發(fā)和測試不同的車輛部件，同時仍確保它們無縫協(xié)作。

從 SWU 到車輛 SOA 應用：該應用程序包含一個或多個 SWU 和客戶端呼叫者。▼

汽車設計機器人工具

為了促進這一轉變，雷諾開發(fā)了一個系統(tǒng)，可以在硬件上實現(xiàn)任何東西之前進行快速、獨立的測試和原型設計。Simulink 產(chǎn)品幫助雷諾簡化了其與軟件部門的工作并將其組合成完整的應用程序，同時考慮轉向基于 SOA 的未來。雷諾采用 ROS Toolbox 和 Simulink 等集成先進開發(fā)工具來滿足這一工程需求。機器人操作系統(tǒng) （ROS） 傳統(tǒng)上與機器人技術相關，它提供了一個支持自動駕駛汽車開發(fā)的強大框架，包括允許各種軟件組件之間進行有效通信的中間件功能。這種集成可以實現(xiàn)高效的原型設計，尤其是在高級駕駛輔助系統(tǒng) （ADAS） 測試程序中。Simulink 是雷諾工作流程中至關重要的集成工具，將基于軟件的設計與基于模型的設計連接起來。ROS Toolbox 與 Simulink 的使用使雷諾能夠將 ROS 作為高效原型設計的中間件，特別是在增強其 ADAS 測試程序方面。

由 Pierre Muratory 領導的集成團隊專注于將 Simulink 模型部署到各種目標上，包括基于 ROS 的原型平臺和生產(chǎn) AUTOSAR 平臺，后者是車輛軟件架構的全球標準。團隊進行持續(xù)集成和持續(xù)開發(fā) （CI/CD），每當做出更改時就會自動更新每個目標的管道。Muratory 表示：“對于開發(fā)人員來說，使用 Simulink 的優(yōu)勢在于它完全不受平臺和目標的影響。我們使用 Simulink 作為跨平臺工具，將 Simulink 模型中的相同代碼源部署到不同的平臺上。”這種由 Simulink、軟件工廠、CI/CD 管道和自動跨平臺 ROS 代碼生成支持的集成流程使雷諾能夠從開發(fā)人員的模型發(fā)布快速過渡到運行用于車輛原型設計和測試的集成代碼。Muratory 表示：“使用 Simulink 和 ROS Toolbox 的持續(xù)集成流程使我們能夠在不到一個小時的時間內(nèi)從開發(fā)人員的發(fā)布到原型設計并在真實目標上進行部署。”將周期時間從幾天或幾周顯著縮短至僅僅一小時，對于雷諾的 ADAS 原型設計和早期功能驗證工作來說具有重大改變。這一加速過程由 Muratory 集成團隊自動生成的代碼實現(xiàn)，使工程師能夠快速啟動 ROS 節(jié)點，以便在生產(chǎn)推出之前測試尖端功能。Pascal Bedouet 領導的團隊充分利用了這種靈活性，專注于利用 ROS 基礎設施實現(xiàn)高級通信和 ADAS 原型設計。

采用 ROS 允許開發(fā)人員輕松地將開發(fā)人員 Simulink 模型與測試車輛集成。ROS 架構也與 SOA 原則非常契合，這使得雷諾能夠在進行生產(chǎn)部署之前在 ROS 上測試未來面向服務的軟件設計。在 ROS 框架上進行的測試可以確保其基于分布式服務的架構將在即將推出的 SOA 車輛平臺上按預期運行。

利用 ROS 增強溝通

雷諾也采用了 ROS 2。它是 ROS 的升級版本，支持 ROS 的非營利組織 Open Robotics 計劃在不久的將來停止對其的支持。ROS 2 為汽車設計提供了顯著的優(yōu)勢。它支持對于自動駕駛功能至關重要的實時操作，并包含先進的中間件功能，有助于在車輛的互連系統(tǒng)之間實現(xiàn)更可靠的數(shù)據(jù)分發(fā)，這是早期版本的 ROS 無法實現(xiàn)的。Bedouet 表示：“現(xiàn)在有了 ROS 2 和 DDS（數(shù)據(jù)分發(fā)服務）等新中間件，我們今天就能夠達到并滿足實時性能?！?a href="http://wenjunhu.com/tags/mathworks/" target="_blank">MathWorks 為雷諾的轉型提供了支持，包括與工程團隊密切合作，將工具箱中的功能整合到 SOA 中。其中包括為系統(tǒng)的不同組件創(chuàng)建更多自定義消息、設計 Simulink ROS 2 服務器塊以及滿足雷諾的特定實時要求。通過與 MathWorks 的密切合作，雷諾克服了這些挑戰(zhàn)，并且沒有造成重大延誤。Muratory 表示：“采用 SOA 對雷諾來說是一項戰(zhàn)略舉措，而 Simulink 對 ROS 2 服務服務器的關鍵支持對于推進我們的 SOA 應用起到了重要作用。”雷諾的反饋有助于指導 MathWorks 對 ROS Toolbox 的更新，這將使其他客戶受益。MathWorks 機器人產(chǎn)品經(jīng)理 YJ Lim 表示，這一點尤為重要，因為越來越多的汽車公司開始使用 ROS 2 進行 ADAS 開發(fā)。

具有發(fā)布者、訂閱者和服務的 SOA 系統(tǒng)，用于使用 ROS 2 測試 ADAS 系統(tǒng)。（圖片所有權：雷諾）Lim 說道：“這不僅僅是雷諾的問題。這確實會幫助其他汽車團隊。

使用 ROS Toolbox 簡化開發(fā)

Simulink 與 ROS Toolbox 結合使用的一個核心優(yōu)勢是開發(fā)人員可以專注于他們的算法，而不必處理集成細節(jié)或 ROS 框架的細節(jié)。通過雷諾集成團隊使用 MATLAB 和 Simulink 設置的持續(xù)集成工作流程，包含其設計的 Simulink 模型會自動轉換為不同目標的可部署代碼。雷諾的尖端汽車軟件考慮到所涉及的規(guī)模和復雜性，經(jīng)常突破模擬的極限，一些模型每 10 毫秒更新一次超過 300，000 個 Simulink 信號。當遇到工具限制或性能瓶頸時，與 MathWorks 產(chǎn)品工程師建立直接的工作關系的能力對于找到解決方案至關重要。Bedouet 表示：“我們確實正在開發(fā)一款大型應用程序。如果它對我們有用，那么它應該對世界上幾乎所有人都有效?！奔傻?Simulink-ROS 解決方案還將使雷諾實現(xiàn)更高的汽車安全完整性等級 （ASIL），這是針對汽車功能安全的嚴格安全認證。Bedouet 設想未來與 MathWorks 合作滿足這一需求以及其他不斷發(fā)展的行業(yè)需求，包括 ASIL 認證。Bedouet 表示：“獲得 ASIL 等安全認證將會非常棒，如果沒有經(jīng)過認證的中間件，我們就無法做到這一點?！蓖ㄟ^率先將 SOA 原則與 ROS 框架以及使用Simulink 的基于模型的設計相結合，雷諾正在成為未來智能汽車模塊化、可更新、功能豐富且經(jīng)過安全認證的汽車軟件系統(tǒng)的行業(yè)領導者。Bedouet 表示：“MathWorks 團隊的支持對我們提前部署和測試下一代 ADAS 功能起到了重要作用。這種靈活性是我們成功為車輛引入新功能的基石?！?/p>