關(guān)于CARMA
CARMA系統(tǒng)(CARMA: Cooperative Automation Research Mobility Applications)是美國(guó)聯(lián)邦公路管理局(FHWA)牽頭的一項(xiàng)計(jì)劃，旨在促進(jìn)協(xié)同自動(dòng)駕駛的研發(fā)。CARMA的首要目標(biāo)是通過自動(dòng)駕駛車輛和道路基礎(chǔ)設(shè)施的協(xié)同工作來提高交通運(yùn)輸?shù)男屎桶踩浴?br />
CARMA系統(tǒng)是一個(gè)開源平臺(tái)，CARMA平臺(tái)允許自動(dòng)駕駛車輛通過通信與基礎(chǔ)設(shè)施（如信號(hào)燈）和其他車輛進(jìn)行交互和協(xié)作。通過使用CARMA云實(shí)時(shí)提供道路前方的信息（例如交通事故、天氣等），CARMA平臺(tái)使自動(dòng)駕駛車輛能夠與基礎(chǔ)設(shè)施和其他車輛進(jìn)行交互和協(xié)作， 改善交通效率及出行安全性。

CARMA系統(tǒng)發(fā)展的三個(gè)階段

CARMA于2014年開始開發(fā)并進(jìn)行概念的初步驗(yàn)證，CARMA2在2018年遷移到機(jī)器人操作系統(tǒng)（ROS）架構(gòu)，CARMA3的開發(fā)于2018年8月開始。

CARMA 1 (2014-2016)：

概念的初步印證
個(gè)體應(yīng)用收集
在MicroAutobox上運(yùn)行Simulink/dSpace
演示多個(gè)應(yīng)用

1）開發(fā)列隊(duì)算法
2）改進(jìn)EAD(eco-approach and Departure)算法
3）改進(jìn)速度協(xié)調(diào)算法
4）改進(jìn)變道合并算法

CARMA 2 (2016-2018)：

SAE L1級(jí)自動(dòng)駕駛（速度控制），可進(jìn)行L2級(jí)
基于ROS
靈活性：可以安裝于各種類別的車型上
接受應(yīng)用于研究的第三方插件 (指導(dǎo)算法)
包括簡(jiǎn)單的應(yīng)用：

1）運(yùn)用ACC
2）協(xié)作式變道
3）混合隊(duì)列行駛
4）交叉口信號(hào)控制
5）速度協(xié)調(diào)

CARMA 2運(yùn)用5個(gè)插件和42000行代碼，完成了在亞伯丁測(cè)試中心24天共22000英里的封閉道路測(cè)試。通過機(jī)器人操作，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互界面（HMI）顯示相關(guān)駕駛信息。CARMA 2的ROS系統(tǒng)包括了引導(dǎo)/路徑規(guī)劃插件、車輛環(huán)境信息（V2V/V2I交通、傳感器融合等）以及設(shè)備驅(qū)動(dòng)等。作為開放源碼軟件(OSS)開發(fā)的一個(gè)平臺(tái)，用于與行業(yè)進(jìn)行協(xié)作化自動(dòng)駕駛研究。

CARMA 3 (2018-2020)：

SAE L2級(jí)自動(dòng)駕駛（速度和轉(zhuǎn)向控制），可進(jìn)行L3級(jí)
更復(fù)雜的協(xié)作列表，譬如V2V
增強(qiáng)的變道合并編排
增強(qiáng)的列隊(duì)行駛（轎車與卡車）
強(qiáng)調(diào)TSMO的基礎(chǔ)設(shè)施交互（工作區(qū)、交通事故管理、天氣等）
應(yīng)急車輛應(yīng)用與交互
CARMA3架構(gòu)（如下圖）


（圖片來源：FHWA）

CARMA 3階段主要與美國(guó)聯(lián)邦高速公路管理局、美國(guó)聯(lián)邦汽車運(yùn)輸安全管理局、智能交通系統(tǒng)聯(lián)合規(guī)劃辦公室以及Volpe國(guó)家運(yùn)輸系統(tǒng)中心合作，完成協(xié)作式自動(dòng)駕駛、交通管理、標(biāo)準(zhǔn)、合作、公共安全、貨運(yùn)以及數(shù)據(jù)等工作。

CARMA 3由3個(gè)項(xiàng)目周期、6個(gè)季度性在線研討會(huì)、7輛配備ADS的車輛以及多個(gè)合作伙伴完成。通過ROS系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互界面（HMI）顯示相關(guān)駕駛信息。運(yùn)用ROS系統(tǒng)以及LIDAR完成相應(yīng)的任務(wù)。CARMA 3作為在開放式環(huán)境下開發(fā)出來的平臺(tái)，運(yùn)用敏捷的軟件開發(fā)過程以與相關(guān)的利益團(tuán)體進(jìn)行合作。

CARMA系統(tǒng)構(gòu)成

CARMA系統(tǒng)由四個(gè)產(chǎn)品構(gòu)成：CARMA云、CARMA平臺(tái)、CARMA通訊和CARMA道路。

CARMA 云

CARMA云于2019年秋季發(fā)布，它是一種可下載的基于云的OSS（運(yùn)營(yíng)支撐系統(tǒng)）服務(wù)，源代碼發(fā)布在GitHub平臺(tái)（https://github.com/usdot-fhwa-stol）。CARMA云提供基于云的交通系統(tǒng)管理、雙向通信、數(shù)據(jù)交換和同時(shí)管理多個(gè)遠(yuǎn)程車輛。CARMA 云支持和促進(jìn)運(yùn)輸系統(tǒng)管理和運(yùn)營(yíng)(TSMO)戰(zhàn)略的安全運(yùn)行。這項(xiàng)技術(shù)通過通信促進(jìn)車輛和道路基礎(chǔ)設(shè)施之間的合作，通過CARMA 云提供的信息(如基本出行、交通事故管理、道路天氣管理和工作區(qū)管理)，自動(dòng)駕駛車輛能夠與基礎(chǔ)設(shè)施和其他車輛進(jìn)行交互和合作，從而提高現(xiàn)有交通系統(tǒng)的通行效率。

CARMA 平臺(tái)

CARMA 平臺(tái)是一個(gè)可下載的，基于車輛的平臺(tái)。CARMA 平臺(tái)結(jié)合CARMA 云提供的實(shí)時(shí)交通運(yùn)營(yíng)規(guī)則和其他重要基礎(chǔ)設(shè)施信息，使自動(dòng)駕駛車輛能夠與其他道路要素（包括車輛、基礎(chǔ)設(shè)施和其它易受傷害的道路用戶）通過移動(dòng)設(shè)備進(jìn)行交互和協(xié)作。CARMA平臺(tái)利用了自動(dòng)軟件開發(fā)社區(qū)開發(fā)的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)（ADS）功能，使研究人員可以將更多精力放在協(xié)同工作上。

CARMA 通訊

CARMA通訊是可下載的并適用于非自動(dòng)駕駛車輛，通過車輛的應(yīng)用程序，與其他車輛進(jìn)行交流，以參與自動(dòng)駕駛。CARMA通訊通過諸如車載單元（OBU）或蜂窩網(wǎng)絡(luò)之類的設(shè)備將非自動(dòng)車輛集成到自動(dòng)駕駛車輛系統(tǒng)中，該設(shè)備將警報(bào)消息發(fā)送或共享給其他非自動(dòng)駕駛車輛。

CARMA 道路

CARMA 道路是車輛與路側(cè)基礎(chǔ)設(shè)施通訊的平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施與不同模式、用戶和車輛之間的通信，以優(yōu)化運(yùn)輸系統(tǒng)管理、運(yùn)營(yíng)和安全。

CARMA系統(tǒng)提供五個(gè)工具：仿真、建模、測(cè)試、分析和安全

1.仿真：在CARMA和城市交通模擬(SUMO)的基礎(chǔ)上構(gòu)建了開源仿真環(huán)境。

2.建模：按比例縮小自動(dòng)駕駛測(cè)試車輛，由自動(dòng)駕駛社區(qū)的開發(fā)者完成，既可以縮減測(cè)試成本，又可以擴(kuò)大測(cè)試規(guī)模。

3.測(cè)試：與全國(guó)各地的試驗(yàn)場(chǎng)地協(xié)同合作，為CARMA和協(xié)同自動(dòng)駕駛合作伙伴提供測(cè)試場(chǎng)地。

4.分析：數(shù)據(jù)管理、分析、機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能，支持協(xié)同自動(dòng)駕駛車輛和傳統(tǒng)交通數(shù)據(jù)的管理、融合和分析。

5.安全：現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試、模擬測(cè)試、駕駛員在環(huán)測(cè)試、高速公路駕駛模擬測(cè)試和CARMA系統(tǒng)都適用于自動(dòng)駕駛測(cè)試車輛、協(xié)同自動(dòng)駕駛車輛和非自動(dòng)駕駛車輛。

CARMA系統(tǒng)的協(xié)作和支持社區(qū)

1.協(xié)作：該項(xiàng)目與學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)合作進(jìn)行研究和測(cè)試，同時(shí)提供一個(gè)活躍的用戶社區(qū)推進(jìn)協(xié)同自動(dòng)駕駛。CARMA協(xié)作組織開展了許多宣傳活動(dòng)，以提高相關(guān)單位的參與意識(shí)和參與度，包括線上會(huì)議，線下活動(dòng)和推廣宣傳（網(wǎng)站、出版物、社交媒體和多媒體）。

2.支持：為CARMA所有級(jí)別的用戶提供支持服務(wù)，包括來自專家的技術(shù)支持，而且無需用戶額外付費(fèi)。提供的服務(wù)包括：

（1）CARMA軟件故障排除；
（2）CARMA系統(tǒng)架構(gòu)；
（3）CARMA開發(fā)的消息集；
（4）開放標(biāo)準(zhǔn)；
（5）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)（即機(jī)器人操作系統(tǒng)[ROS]包）；
（6）現(xiàn)有文檔、工具和聯(lián)系方式；
（7）技術(shù)遠(yuǎn)程和現(xiàn)場(chǎng)協(xié)助，用于模塊開發(fā)或測(cè)試；
（8）有關(guān)CARMA應(yīng)用的培訓(xùn)和演示。

1.Vanden Plas （2021年3月啟動(dòng)）
主要用例：核心功能
產(chǎn)品：CARMA平臺(tái)
功能：
自動(dòng)駕駛控制 ：CARMA 平臺(tái)能夠控制車輛的速度和軌跡。
自動(dòng)駕駛感知 ：CARMA 平臺(tái)能夠識(shí)別現(xiàn)實(shí)世界中的物體。
自動(dòng)駕駛規(guī)劃：CARMA 平臺(tái)能夠規(guī)劃路線和駕駛操作。

2. Elise （2021年4月啟動(dòng)）
主要用例：ROS2遷移的準(zhǔn)備
產(chǎn)品：CARMA平臺(tái)，CARMA 通訊
功能 ：
Ubuntu 18
ROS1 Noetic

3. Zephyr（2021年4月啟動(dòng)）
主要用例：天氣，事件管理
產(chǎn)品：CARMA平臺(tái)，CARMA云，CARMA通訊
功能：
CTM，緊急挪移規(guī)則
CTM，地理圍欄Geofence間隙控制
CLC，協(xié)作車道合并
云世界模型，車道封閉

4.Yenko（2021年5月啟動(dòng)）
主要用例：基本行程
產(chǎn)品：CARMA平臺(tái)，CARMA云，CARMA街道
功能：
自動(dòng)駕駛換道
車道內(nèi)避讓（CAC）
協(xié)作車道變更、擁堵車道并入（CLC）
協(xié)作交通監(jiān)控（CTM）
協(xié)作車道跟隨（CLF）

5.A1（2021年6月啟動(dòng)）
主要用例：ROS2組件
產(chǎn)品：CARMA平臺(tái)，CARMA云，CARMA街道
功能：
協(xié)同交通信號(hào)（CTS），固定信號(hào)傳輸
云世界模型
路權(quán)協(xié)同
協(xié)同交通信號(hào)（CTS），感應(yīng)信號(hào)傳輸

6.Battista / Fiesta（2021年7月啟動(dòng)）
主要用例：TSMO Adaptive Signals (Fiesta), Port Drayage (Battista)
產(chǎn)品：CARMA平臺(tái)，CARMA云，CARMA街道
功能：
CTS，自適應(yīng)信號(hào)傳輸
協(xié)作規(guī)劃、停止和等待
協(xié)作規(guī)劃、路線選擇

7.Cabin（2021年10月啟動(dòng)）
主要用例：TSMO動(dòng)態(tài)車道分配，IHP2
產(chǎn)品：CARMA平臺(tái)，CARMA云，CARMA街道
功能：
CTM，動(dòng)態(tài)車道分配
CLF，模式、操作、解除

8. Divo（2021年12月啟動(dòng)）
主要用例：無（ROS2遷移）
產(chǎn)品：CARMA平臺(tái)，CARMA Messenger
功能：
ROS2支持

參考文獻(xiàn)：
1、CARMA網(wǎng)站
2、CARMA Cloud and CARMA Streets,Taylor Lochrane, FHWA, November 10, 2020
3、CARMA平臺(tái) ，智能交通前沿科技
4、美國(guó)交通部：協(xié)作式自動(dòng)駕駛系統(tǒng)研究，佐思汽研