[首發(fā)于智駕最前沿微信公眾號]自動駕駛技術(shù)的發(fā)展，不僅依賴于感知算法的精度和決策規(guī)劃的智能，還深深植根于系統(tǒng)內(nèi)部對“時序”這一概念的精準(zhǔn)把控。所謂時序，簡單來講，就是系統(tǒng)在不同模塊之間、不同傳感器之間以及傳感器與執(zhí)行單元之間，按照嚴(yán)格的時間順序和頻率進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、處理與響應(yīng)的能力。對于自動駕駛系統(tǒng)而言，時序不僅是保障精度和性能的基石，更是確保安全和可靠性的基礎(chǔ)。只有在嚴(yán)格的時序框架下，各個子系統(tǒng)才能協(xié)同工作，實現(xiàn)對外部環(huán)境的快速感知、合理預(yù)測、有效規(guī)劃和及時控制，從而在復(fù)雜多變的道路場景中做到“未雨綢繆、穩(wěn)扎穩(wěn)打”。

在自動駕駛系統(tǒng)中，“時序”一詞最直接的體現(xiàn)便是傳感器數(shù)據(jù)采集的時間戳管理。激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、車載攝像頭、超聲波等多種傳感器同時在車輛周圍不斷地掃描環(huán)境，每一次掃描位置和時間都必須被精確記錄。若某一幀激光雷達(dá)點云與攝像頭圖像在時間上錯位，即便算法再智能，也難以進(jìn)行準(zhǔn)確的空間映射和融合。為此，系統(tǒng)內(nèi)部通常會采用統(tǒng)一的時間基準(zhǔn)，通過硬件觸發(fā)或軟件時間同步機(jī)制，讓每個傳感器在嚴(yán)格規(guī)定的時間點完成采樣，并打上準(zhǔn)確的時間戳。這樣一來，上層的感知算法就能夠根據(jù)時間戳將各傳感器數(shù)據(jù)對齊，實現(xiàn)多源信息的高精度融合。

在感知層面，時序的管理不僅關(guān)乎數(shù)據(jù)對齊，還直接影響到目標(biāo)檢測和跟蹤的連續(xù)性。假設(shè)車載攝像頭以每秒30幀的頻率采集圖像，而激光雷達(dá)以每秒10次掃描輸出點云，那么系統(tǒng)需要按照這兩種不同頻率的節(jié)奏，制定合理的插幀或降采策略，以保證感知模塊每一次決策都建立在最新且一致的數(shù)據(jù)集之上。如果某一次融合因為時間戳錯位導(dǎo)致圖像中的行人位置與點云中的反射點不匹配，那么檢測算法就可能產(chǎn)生誤判或漏檢，進(jìn)而影響后續(xù)的規(guī)劃和控制。

進(jìn)入預(yù)測與規(guī)劃階段，時序的要求同樣不容忽視。自動駕駛系統(tǒng)通常會在一個固定的周期內(nèi)，依據(jù)當(dāng)前感知的數(shù)據(jù)展開對周邊動態(tài)目標(biāo)的軌跡預(yù)測，并在預(yù)測結(jié)果的基礎(chǔ)上進(jìn)行路徑規(guī)劃。這里的“周期”往往以毫秒為單位，例如每隔50毫秒進(jìn)行一次預(yù)測，然后在下一次50毫秒周期內(nèi)完成軌跡規(guī)劃并輸出給控制模塊。如果預(yù)測與規(guī)劃的時間窗口處理不當(dāng)，如規(guī)劃算法運(yùn)行過慢超出時限，系統(tǒng)就不得不使用上一次的規(guī)劃結(jié)果，這對于高速行駛的車輛而言，可能導(dǎo)致反應(yīng)滯后，增加安全風(fēng)險。因此，合理的時序設(shè)計必須確保在規(guī)定周期內(nèi)，所有的算法都能完成計算并輸出結(jié)果，否則就要采取多線程并行或硬實時調(diào)度的方式來保證時延在可控范圍之內(nèi)。

控制與執(zhí)行模塊對時序的依賴更為直接。車輛的縱向和橫向控制命令需要以極高的頻率發(fā)送到執(zhí)行機(jī)構(gòu)，如每隔10毫秒就要更新一次油門、制動或轉(zhuǎn)向控制指令，這樣才能保證車輛運(yùn)動狀態(tài)與規(guī)劃軌跡的緊密貼合。一旦控制命令的下發(fā)時序紊亂，就會導(dǎo)致車輛在執(zhí)行階段出現(xiàn)抖動、過度修正或遲滯，從而破壞行車的平順性和安全性。此外，制動系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)本身也具備固有的響應(yīng)延遲，這就要求控制模塊在給出指令時充分考慮執(zhí)行延遲，并在時序上提前做出相應(yīng)補(bǔ)償，以確保實際車速和車道偏離度滿足預(yù)期要求。

在更底層的系統(tǒng)層面，自動駕駛通常采用精準(zhǔn)的系統(tǒng)時鐘與同步機(jī)制來支撐整個時序架構(gòu)。像工業(yè)以太網(wǎng)中的精確時鐘同步協(xié)議（PTP，Precision Time Protocol），或是基于GPS的時間戳同步方式，都可以為各傳感器和計算單元提供納秒級的時間基準(zhǔn)。此外，一些自動駕駛平臺還會使用專用的硬件觸發(fā)接口，將激光雷達(dá)、攝像頭與主控單元通過硬件線纜連接，當(dāng)主控單元發(fā)出觸發(fā)信號時，各傳感器同時開始采樣，形成硬件層面的時序鎖定。這樣的設(shè)計一方面減少了軟件調(diào)度的不確定性，另一方面也提高了整個系統(tǒng)的時間一致性，奠定了高精度、多傳感器融合的基礎(chǔ)。

實時性和延遲管理是時序設(shè)計中的重要課題。自動駕駛系統(tǒng)需要滿足嚴(yán)格的實時性要求，通常要在毫秒級別內(nèi)完成感知—預(yù)測—規(guī)劃—控制的全流程閉環(huán)。為此需對各個模塊進(jìn)行最壞情況執(zhí)行時間（Worst-Case Execution Time, WCET）評估，并設(shè)置合理的調(diào)度優(yōu)先級。在多核計算平臺上，不同任務(wù)會被分配到優(yōu)先級隊列中，確保延遲敏感的感知任務(wù)和控制任務(wù)優(yōu)先獲得計算資源，而相對不那么緊急的地圖更新或日志記錄等后臺任務(wù)，則可以在空閑時段執(zhí)行。通過這樣的任務(wù)級時序調(diào)度，能最大限度地降低關(guān)鍵路徑上的延遲，提高系統(tǒng)的可靠性。

從功能安全的角度來看，《道路車輛功能安全》ISO 26262等汽車安全標(biāo)準(zhǔn)也對系統(tǒng)時序提出了具體要求。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了ASIL等級對應(yīng)的時序冗余和時延檢測機(jī)制。例如在高級別自動駕駛（Level 3及以上）的應(yīng)用中，系統(tǒng)必須具備自檢與診斷功能，能夠?qū)崟r監(jiān)控各個模塊的運(yùn)行時延，一旦發(fā)現(xiàn)超時或錯序就要立即采取如安全?？炕蚯袚Q到備用系統(tǒng)等安全措施。此外，還要通過硬件隔離和雙核鎖步等手段，實現(xiàn)對關(guān)鍵時序路徑的雙重保障，防止單點故障導(dǎo)致時序異常，從而危及行車安全。

在實際工程中，為了進(jìn)一步優(yōu)化時序性能，自動駕駛系統(tǒng)往往要結(jié)合多種技術(shù)手段。首先是流水線并行處理，不同級別的感知任務(wù)可以在不同核或不同硬件單元中并行完成；其次是時間截斷與優(yōu)先級搶占，通過將長時計算拆分為多個短時任務(wù)，并根據(jù)任務(wù)緊急程度動態(tài)調(diào)整優(yōu)先級，既保證了關(guān)鍵任務(wù)的及時響應(yīng)，也提高了整體計算效率；再者，采用硬件加速器（如GPU、FPGA或ASIC）來完成頻繁使用的計算密集型算法，使得感知與預(yù)測的時延大幅降低。在這些優(yōu)化手段的共同作用下，自動駕駛系統(tǒng)在保證高精度的同時，能更好地滿足實時性的苛刻要求。

隨著芯片性能的提升、算法模型的輕量化以及分布式計算框架的發(fā)展，時序管理的粒度和精度都將進(jìn)一步提高。未來可能會在更復(fù)雜的場景中引入更高頻率的閉環(huán)控制，例如毫米級定位系統(tǒng)與高頻慣性測量單元的深度融合，實時控制率達(dá)到每秒數(shù)百次甚至更多。同時，在多車協(xié)同和車路協(xié)同（V2X）場景中，對時序的要求將更加嚴(yán)格，需要實現(xiàn)車與車、車與路、車與云端的統(tǒng)一時鐘和超低延遲通信，進(jìn)而支撐更為安全高效的智慧交通系統(tǒng)。

簡而言之，時序是自動駕駛系統(tǒng)的大腦中的“心跳”和“節(jié)拍器”，它負(fù)責(zé)為感知、預(yù)測、規(guī)劃和控制等各個關(guān)鍵環(huán)節(jié)提供穩(wěn)定且可靠的時間保障。在保證數(shù)據(jù)一致性、提升系統(tǒng)實時性、滿足功能安全要求的同時，時序優(yōu)化也推動了整體性能的提升。

審核編輯 黃宇