CARMA平台

CARMA平台的目标
美国联邦公路管理局(FHWA)开发了CARMA平台和CARMA云，以支持协同驾驶自动化(CDA)的研究和开发(R&D)，并使新的运输系统管理和运营(TSMO)战略能够安全运行。CARMA平台是一个开源软件(OSS)平台，由FHWA发起，用于测试和评估协作自动化概念，以提高安全性和提高基础设施效率。该平台为车辆提供自动化所需的功能，并促进新TSMO战略的开发，同时确定TSMO场景将受益于CDA。
CARMA平台是一个自动驾驶系统（ADS），它允许自动车辆（AV）通过通信与基础设施（例如停车灯）和其他车辆进行交互和协作。通过使用CARMA云实时提供道路前方的信息（例如工作区，交通事故，天气等），CARMA平台使AV能够与基础设施和其他车辆进行交互和协作，从而实现更安全，更多的安全货物和服务的有效流动。
协同运输研究
GitHub上提供了最新版本的CARMA平台开放合作。该体系结构被设计为可扩展和可重用，可用于多种研究目的，以促进创新并实现车辆之间的通信。道路使用者，例如行人，自行车和踏板车；和能够通信的基础设施设备。该平台鼓励运输工程师和研究人员之间的协作，以加快CDA的开发，测试和评估，同时提高安全性，安全性，数据以及在自动驾驶技术中使用人工智能的水平。
CARMA于2014年开始开发和实施概念的初步证明，现在称为CARMA平台或 CARMA1。接下来，  CARMA2在2018年迁移到机器人操作系统（ROS）架构，并且也可以在GitHub上使用。CARMA3的开发  于2018年8月开始，目前正在使用敏捷软件开发进行公开开发。
资料来源：FHWA。
缩写：开源软件（OSS），汽车工程师协会（SAE），运输系统管理和运营（TSMO），交通事件管理（TIM）。
图1. CARMA演进。
CARMA3
一个使用敏捷软件开发流程公开开发的平台，可与利益相关者社区进行协作。
CARMA3软件版本是使用敏捷的软件开发流程与利益相关者社区进行协作而公开开发的。CARMA的最新版本是可重复使用且可扩展的车辆平台，可用于多辆车辆。
CARMA平台当前包含以下功能：
  • 建立在ROS之上：鼓励模块化设计，以便可以轻松地将组件换出以尝试不同的组合。
  • 行程规划插件应用程序编程接口（API）：允许用户安装用于车辆行为和轨迹的战略规划或战术规划的插件（例如软件应用程序），以执行特定的算法和协作交互。
  • 控制器插件API：允许用户安装用于初级行程规划算法的新插件。
  • 硬件驱动程序API：只要安装了连接到各种车辆传感器和控制器设备的驱动程序，就可以将平台安装在任何适当装备的车辆上。
  • 车对所有（V2X）通信消息传递：具有内置功能，可以以SAE J2735格式编写/发送和接收/解析V2X消息，并且可以与任何无线电设备一起使用。
CARMA3具有四个计划级别：
  • 路线计划：定义任务。
  • 机动计划：定义行为。
  • 轨迹规划：定义精确的路径。
  • 指挥计划：定义动作。
来源：FHWA
使用的缩写：全球定位系统（GPS），惯性测量单元（IMU），车载单元（OBU），平台致动和控制模块（PACMOD），车对所有东西（V2X），光检测和测距（LiDAR） ）。
图2. CARMA3架构图。
CARMA云
CARMA云将于2019年秋季发布，它是一种可下载的，基于云的OSS服务，可提供支持和启用CDA的信息。它将促进云服务和车辆之间的通信；道路使用者，例如行人、骑自行车的人和踏板车；和能够通信的基础设施设备。CARMA Cloud将提供支持CDA研究的仿真功能，包括建立类似于运输管理中心（TMC）的仿真，以与支持CARMA的车辆进行交互。
CARMA2
一个作为OSS开发的平台，用于与业界合作开发协作自动化。
资料来源：FHWA
图3. CARMA公路合作车辆测试。
CARMA2在车辆内部的Linux计算机上运行，并且计算机通过车辆的控制器局域网（CAN总线）与车辆的设备和微控制器进行交互。该计算机还与车载单元（OBU）连接，该单元用作双向无线电，用于与其他车辆和基础设施的专用短距离通信（DSRC）。此外，计算机与诸如雷达之类的售后传感器进行交互。DSRC专为运动中的车辆而设计，因为它建立连接的时间很短，并且可以快速交换来自车辆对车辆（V2V）或车辆对基础设施（V2I）的消息。
CARMA平台管理以下交互：
  • 提供CAN总线消息以使车辆加速或减速。
  • 收集来自连接的传感器的数据，以更好地了解宿主车辆的环境。
  • 发送OBU消息以传输到其他车辆，以便其他车辆知道本车。
  • 处理来自其他车辆和基础设施的传入消息，以便该车辆可以与其他车辆配合。
来源：FHWA
使用的缩写：车辆对车辆（V2V），车辆对基础设施（V2I），全球定位卫星（GPS）和人机界面（HMI）
图4. CARMA2架构图。
创建CARMA2平台以在ROS上运行。CARMA是模块化的；可以更换CARMA的各个组件，并可以自定义功能。中央ROS组件是指南，该指南提供了应用程序编程接口（API），使CARMA用户可以安装除CARMA云软件包中预先配置的插件以外的任何数量的插件。插件是一种向系统添加自定义路径计划和协作逻辑的方法。指导组件还负责确定要使用哪个插件以及管理插件交互。此外，CARMA平台还内置有自适应巡航控制（ACC）作为低级制导功能。
CARMA2平台当前具有支持以下合作驾驶策略的插件：
  • 巡航—识别并遵守速度限制。
  • 让出—减速车辆以避免碰撞。
  • 车道变更和合并—在左侧或右侧的车道中与车辆协调，以留出空间合并和变更车道。
  • 排队—启用单车道近距离车辆之间的协作，以节省燃油并减少道路使用量。
  • 速度协调—遵循来自云服务器的动态速度命令，该服务器正在测量流量并确定上游速度，以最大程度地减少流量拥塞并限制后端拥塞。
由于CARMA2平台当前正在运行，所有插件都需要用Java编写（以jar文件形式安装）。这些插件严格在CARMA2上运行。
CARMA1
一个开发了概念验证软件包，以使多辆车辆能够通信并协调其纵向运动。
资料来源：FHWA
图5. CARMA协作车辆测试。

CARMA1开发了FHWA的第一个合作自动化车队，以演示5辆车合作自适应巡航控制的概念证明。道路测试的目标是将速度协调与联网的自动化技术相结合，如在有管理的车道上排化和合作合并。通过这个测试，团队评估了这些场景下的系统性能，方法是让车辆并行行驶，并允许一辆车在排后合并。该排有变速限制由道路操作员决定。速度协调应用程序与基础设施和道路传感器通信，不断向车辆发送速度指南。

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