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如何基于A(yíng)DAS Logger和CANape搭建一個(gè)自動(dòng)駕駛路試采集系統(tǒng)

2020-08-29 00:20:01·  來(lái)源：北匯信息  作者：李進(jìn)柏  
　
實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛是一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程，工信部公示《汽車(chē)駕駛自動(dòng)化分級(jí)》標(biāo)準(zhǔn)將自動(dòng)駕駛劃分為6級(jí)：0級(jí)：應(yīng)急輔助1級(jí)：部分駕駛輔助2級(jí)：組合駕駛輔助3級(jí)：有條件
實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛是一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程，工信部公示《汽車(chē)駕駛自動(dòng)化分級(jí)》標(biāo)準(zhǔn)將自動(dòng)駕駛劃分為6級(jí)：

0級(jí)：應(yīng)急輔助
1級(jí)：部分駕駛輔助
2級(jí)：組合駕駛輔助
3級(jí)：有條件自動(dòng)駕駛
4級(jí)：高度自動(dòng)駕駛
5級(jí)：完全自動(dòng)駕駛

目前自動(dòng)駕駛技術(shù)處于第3級(jí)向第4級(jí)發(fā)展過(guò)渡時(shí)期，眾多主機(jī)廠(chǎng)已實(shí)現(xiàn)3級(jí)自動(dòng)駕駛車(chē)型量產(chǎn)。搭配自動(dòng)駕駛技術(shù)的車(chē)輛在量產(chǎn)階段，出于對(duì)自動(dòng)駕駛算法安全、性能和可靠性多方面考慮，需要對(duì)車(chē)輛進(jìn)行道路試驗(yàn)，采集路試參數(shù)進(jìn)行驗(yàn)證分析。

道路試驗(yàn)過(guò)程中，采集環(huán)境復(fù)雜，采集信號(hào)數(shù)量級(jí)高，采集周期長(zhǎng)，因此搭建的路試數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)需要具有數(shù)據(jù)傳輸帶寬高，硬件堅(jiān)固且耐久的特征。

針對(duì)實(shí)車(chē)數(shù)據(jù)采集痛點(diǎn)和難點(diǎn)，德國(guó)Vector公司提供了一套完整的ADAS Logger解決方案，北匯信息作為Vector的合作伙伴，一起為客戶(hù)提供全方位的解決方案和技術(shù)服務(wù)。

Vector的ADAS Logger方案
 
ADAS Logger方案是通用的、且經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的實(shí)車(chē)路試記錄解決方案。該方案集成了功能強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集和標(biāo)定CANape軟件，軟件配置靈活，支持市面上多種型號(hào)雷達(dá)和攝像頭傳感器，通過(guò)DHPR分布式高性能記錄功能，每秒采集并存儲(chǔ)千兆字節(jié)數(shù)據(jù)。該方案還集成了結(jié)構(gòu)堅(jiān)固，機(jī)械魯棒性能好的數(shù)據(jù)采集硬件。VX1135是高速測(cè)量和標(biāo)定系統(tǒng)硬件，通過(guò)ECU對(duì)應(yīng)的Debug接口訪(fǎng)問(wèn)ADAS ECU內(nèi)部數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)吞吐量大，傳輸速率高；VN5640是用于車(chē)載以太網(wǎng)和CAN總線(xiàn)通信的多功能網(wǎng)絡(luò)接口卡，具有多種類(lèi)型接口，能夠采集以太網(wǎng)報(bào)文、CAN/CAN FD報(bào)文和模擬/數(shù)字量；ADAS Logger是一款功能強(qiáng)大且外表堅(jiān)固的智能數(shù)據(jù)記錄儀，可并行采集CAN數(shù)據(jù)、以太網(wǎng)數(shù)據(jù)、雷達(dá)原始數(shù)據(jù)和視頻流等傳感器數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量4/8/12/16TB可選，具有多種硬件接口，支持PCIe插槽擴(kuò)展。
圖一：測(cè)量系統(tǒng)硬件框圖

北匯信息工程師基于Vector的ADAS Logger方案，借助ADAS Logger、VN5640、VX1135和Axis攝像頭等傳感器組建的數(shù)據(jù)采集硬件系統(tǒng)在車(chē)內(nèi)定制化布局安裝，搭配CANape軟件建立與硬件配套的數(shù)據(jù)采集工程能滿(mǎn)足不同主機(jī)廠(chǎng)各車(chē)型路試數(shù)據(jù)采集需求。
 
對(duì)于采集得到的離線(xiàn)文件，工程師通過(guò)CANape數(shù)據(jù)挖掘功能和編寫(xiě)自定義腳本進(jìn)行自動(dòng)化分析，提取分析實(shí)車(chē)在路試過(guò)程中各場(chǎng)景下參數(shù)，驗(yàn)證目標(biāo)車(chē)輛性能。

基于實(shí)際項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)，將實(shí)車(chē)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)實(shí)施分為三個(gè)方面。

01  數(shù)據(jù)采集硬件安裝

在實(shí)車(chē)上安裝數(shù)據(jù)采集硬件系統(tǒng)，需考慮三個(gè)方面問(wèn)題。
 
·  攝像頭傳感器布局安全性

外圍采集攝像頭安裝突出，不僅破壞試驗(yàn)車(chē)輛外觀(guān)，在車(chē)輛路試過(guò)程中由于顛簸抖動(dòng)導(dǎo)致攝像頭掉落還具有妨礙公共交通的潛在危險(xiǎn)。
 
·  硬件空間布局合理性

數(shù)據(jù)采集硬件本身具有一定體積，占用車(chē)內(nèi)空間，出于對(duì)實(shí)車(chē)內(nèi)部完整性和美觀(guān)性的考慮，須最大限度維持實(shí)車(chē)原有狀態(tài)不變的情況下，合理設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)采集硬件安裝位置，規(guī)劃接口線(xiàn)束走向。
 
·  硬件系統(tǒng)穩(wěn)定性

實(shí)際路試過(guò)程中，道路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，路面情況隨機(jī)多變，試驗(yàn)人員為了應(yīng)對(duì)緊急路面情況會(huì)采取諸如緊急制動(dòng)等駕駛策略。若整套硬件系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定，試驗(yàn)人員實(shí)施相應(yīng)駕駛動(dòng)作后有硬件滑動(dòng)脫落的危險(xiǎn)，輕則引起數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)故障，中斷當(dāng)次采集，重則損壞車(chē)輛及硬件。

工程師針對(duì)以上數(shù)據(jù)采集硬件系統(tǒng)問(wèn)題，提出如下解決方案。

攝像頭傳感器隱藏

選擇具有螺栓螺母結(jié)構(gòu)的Axis攝像頭，在車(chē)身外部用對(duì)應(yīng)螺母咬合Axis攝像頭固定，貼合固定的攝像頭突出部分僅2厘米左右。

硬件布局合理且穩(wěn)定

工程師根據(jù)實(shí)車(chē)后備箱實(shí)際尺寸和數(shù)據(jù)采集硬件規(guī)格定制工業(yè)金屬支架用于放置數(shù)據(jù)采集硬件，金屬支架底層安置線(xiàn)槽用于采集硬件連接線(xiàn)束及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)供電線(xiàn)束走線(xiàn)，金屬支架通過(guò)固定設(shè)備安裝在后備箱，ADAS Logger數(shù)據(jù)采集主機(jī)、VX1135、VN5640和Axis傳感器主單元盒等硬件通過(guò)工業(yè)導(dǎo)軌或L型鋁合金貼片固定在金屬支架上。

圖二：部分硬件圖

02  數(shù)據(jù)采集軟件系統(tǒng)搭建

硬件布局安裝完成之后，通過(guò)ADAS Logger中CANape軟件配置硬件設(shè)備通信通道、建立實(shí)際路試工程，添加測(cè)量信號(hào)，即可同步采集實(shí)車(chē)運(yùn)行狀態(tài)和周?chē)吩嚟h(huán)境。在實(shí)際路試采集中，大多數(shù)測(cè)量模塊至少以1Gb的以太網(wǎng)連接到ADAS Logger記錄儀，傳輸數(shù)據(jù)帶寬高達(dá)1GByte/s左右，每個(gè)工作日數(shù)據(jù)存儲(chǔ)數(shù)量級(jí)高達(dá)TB級(jí)別。以現(xiàn)有的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)，難以達(dá)到要求。

針對(duì)此問(wèn)題，工程師從以下兩個(gè)方面提出解決方案。
 
降低無(wú)效數(shù)據(jù)儲(chǔ)存量

對(duì)路試采集記錄文件分析發(fā)現(xiàn)，文件中包含重復(fù)場(chǎng)景下車(chē)輛狀態(tài)記錄信號(hào)，且這些信號(hào)在文件存儲(chǔ)量占有一定比重。工程師因此使用CANape條件觸發(fā)功能記錄文件，即當(dāng)車(chē)輛到達(dá)某一狀態(tài)時(shí)開(kāi)始記錄信號(hào)，這樣就有效地過(guò)濾無(wú)用信號(hào)，從源頭上緩解記錄壓力。根據(jù)實(shí)際記錄場(chǎng)景和觸發(fā)實(shí)現(xiàn)方式，基本可以分為兩類(lèi)。一類(lèi)是直接通過(guò)采集信號(hào)的布爾邏輯組合實(shí)現(xiàn)觸發(fā)，另一類(lèi)是借助Matlab搭建的邏輯模型對(duì)采集信號(hào)狀態(tài)進(jìn)行判斷后實(shí)現(xiàn)觸發(fā)。
圖三：算法模型

如采集分析發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速大于1500RPM且持續(xù)2S條件下整車(chē)狀態(tài)信號(hào)。使用MATLAB搭建算法模型確定發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速大于1500RPM且時(shí)間超過(guò)2S時(shí)，算法模型輸出為1，否則輸出為0。將模型封裝為dll文件，加載到CANape數(shù)據(jù)采集工程中，并設(shè)置工程中判斷條件為1時(shí)觸發(fā)記錄，即可實(shí)現(xiàn)需求。
 
圖四：dll文件關(guān)聯(lián)信號(hào)
 
提供可更換的記錄硬盤(pán)

在實(shí)車(chē)路試過(guò)程中，由于實(shí)時(shí)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)量巨大（~1GByte/s），通過(guò)無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)直接傳輸?shù)接?jì)算中心的構(gòu)想不現(xiàn)實(shí)，因此當(dāng)固態(tài)硬盤(pán)數(shù)據(jù)存滿(mǎn)文件之后，需要替代硬盤(pán)記錄。實(shí)車(chē)攜帶可供更換的固態(tài)硬盤(pán)，當(dāng)前工作固態(tài)硬盤(pán)存儲(chǔ)滿(mǎn)狀態(tài)后，將該硬盤(pán)取下?lián)Q上新替代硬盤(pán)，然后將換下來(lái)的固態(tài)硬盤(pán)運(yùn)送計(jì)算中心。

03  數(shù)據(jù)采集離線(xiàn)文件分析

固態(tài)硬盤(pán)中存儲(chǔ)的*MF4格式離線(xiàn)文件，若采用手動(dòng)分析，無(wú)異于大海撈針。CANape提供數(shù)據(jù)挖掘功能和腳本編寫(xiě)功能，基于CANape語(yǔ)言Calculation And script Language(CASL)提供函數(shù)功能和具體實(shí)現(xiàn)邏輯編寫(xiě)相應(yīng)腳本，工程師可以實(shí)現(xiàn)對(duì)離線(xiàn)文件自動(dòng)分析。整個(gè)分析流程可以完全的實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，減輕信號(hào)分析提取工作量，提高離線(xiàn)分析效率。
 
圖五：離線(xiàn)分析
 
eg：分析實(shí)車(chē)在路試時(shí)進(jìn)入自動(dòng)駕駛狀態(tài)總時(shí)長(zhǎng)和總里程，首先讀取所有離線(xiàn)文件，找到離線(xiàn)文件中進(jìn)入自動(dòng)駕駛狀態(tài)信號(hào)光標(biāo)位置，讀取該位置時(shí)間軸和縱軸上自動(dòng)駕駛里程，找到離線(xiàn)文件中退出自動(dòng)駕駛狀態(tài)信號(hào)光標(biāo)位置，讀取該位置時(shí)間軸和縱軸上自動(dòng)駕駛里程，將兩次讀到的數(shù)據(jù)相減即可得到自動(dòng)駕駛總時(shí)長(zhǎng)和總里程，避免手動(dòng)加載離線(xiàn)文件和人為分析帶來(lái)的時(shí)間成本和統(tǒng)計(jì)誤差。
 
圖六：分析時(shí)間和里程
 
北匯信息不僅提供完整的路試數(shù)據(jù)采集硬件和軟件，也可根據(jù)用戶(hù)需求提供專(zhuān)業(yè)化的工程服務(wù)，包括硬件定制化配置安裝，路試采集軟件工程調(diào)試開(kāi)發(fā)，為用戶(hù)提供“交鑰匙”式解決方案，方便用戶(hù)進(jìn)行后續(xù)的自動(dòng)駕駛算法驗(yàn)證。
部分圖片來(lái)源于Vector
 
參考文獻(xiàn)：
1.《CANape 18.0 New Features》 Vector
2.《VN5000 Manual》 Vector
3.《VX1000 System Manual》 Vector
4.《AXIS F44 Dual Audio Input Main Unit》 Axis
 
 
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