[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，按照嚴格的時間順序和頻率進行數(shù)據(jù)采集、處理與響應的能力。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。只有在嚴格的時序框架下，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、合理預測、有效規(guī)劃和及時控制，從而在復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、毫米波雷達、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，也難以進行準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，通過硬件觸發(fā)或軟件時間同步機制，讓每個傳感器在嚴格規(guī)定的時間點完成采樣，并打上準確的時間戳。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，還直接影響到目標檢測和跟蹤的連續(xù)性。假設車載攝像頭以每秒30幀的頻率采集圖像，而激光雷達以每秒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，進而影響后續(xù)的規(guī)劃和控制。

進入預測與規(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)當前感知的數(shù)據(jù)展開對周邊動態(tài)目標的軌跡預測，并在預測結(jié)果的基礎上進行路徑規(guī)劃。這里的“周期”往往以毫秒為單位，例如每隔50毫秒進行一次預測，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。如果預測與規(guī)劃的時間窗口處理不當，如規(guī)劃算法運行過慢超出時限，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，可能導致反應滯后，增加安全風險。因此，合理的時序設計必須確保在規(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)向機構(gòu)本身也具備固有的響應延遲，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補償，以確保實際車速和車道偏離度滿足預期要求。

在更底層的系統(tǒng)層面，自動駕駛通常采用精準的系統(tǒng)時鐘與同步機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。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、攝像頭與主控單元通過硬件線纜連接，當主控單元發(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。

實時性和延遲管理是時序設計中的重要課題。自動駕駛系統(tǒng)需要滿足嚴格的實時性要求，通常要在毫秒級別內(nèi)完成感知—預測—規(guī)劃—控制的全流程閉環(huán)。為此需對各個模塊進行最壞情況執(zhí)行時間（Worst-Case Execution Time, WCET）評估，并設置合理的調(diào)度優(yōu)先級。在多核計算平臺上，不同任務會被分配到優(yōu)先級隊列中，確保延遲敏感的感知任務和控制任務優(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，則可以在空閑時段執(zhí)行。通過這樣的任務級時序調(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等汽車安全標準也對系統(tǒng)時序提出了具體要求。標準規(guī)定了ASIL等級對應的時序冗余和時延檢測機制。例如在高級別自動駕駛（Level 3及以上）的應用中，系統(tǒng)必須具備自檢與診斷功能，能夠?qū)崟r監(jiān)控各個模塊的運行時延，一旦發(fā)現(xiàn)超時或錯序就要立即采取如安全停靠或切換到備用系統(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，防止單點故障導致時序異常，從而危及行車安全。

在實際工程中，為了進一步優(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，并根據(jù)任務緊急程度動態(tài)調(diào)整優(yōu)先級，既保證了關(guān)鍵任務的及時響應，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一步提高。未來可能會在更復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”，它負責為感知、預測、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