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如何基于ADAS Logger和CANape搭建一个自动驾驶路试采集系统
2020-08-29 00:20:01· 来源：北汇信息 作者：李进柏
实现自动驾驶是一个循序渐进的过程，工信部公示《汽车驾驶自动化分级》标准将自动驾驶划分为6级：0级：应急辅助1级：部分驾驶辅助2级：组合驾驶辅助3级：有条件
实现自动驾驶是一个循序渐进的过程，工信部公示《汽车驾驶自动化分级》标准将自动驾驶划分为6级：
0级：应急辅助
1级：部分驾驶辅助
2级：组合驾驶辅助
3级：有条件自动驾驶
4级：高度自动驾驶
5级：完全自动驾驶
目前自动驾驶技术处于第3级向第4级发展过渡时期，众多主机厂已实现3级自动驾驶车型量产。搭配自动驾驶技术的车辆在量产阶段，出于对自动驾驶算法安全、性能和可靠性多方面考虑，需要对车辆进行道路试验，采集路试参数进行验证分析。
道路试验过程中，采集环境复杂，采集信号数量级高，采集周期长，因此搭建的路试数据采集系统需要具有数据传输带宽高，硬件坚固且耐久的特征。
针对实车数据采集痛点和难点，德国Vector公司提供了一套完整的ADAS Logger解决方案，北汇信息作为Vector的合作伙伴，一起为客户提供全方位的解决方案和技术服务。
Vector的ADAS Logger方案
ADAS Logger方案是通用的、且经过验证的实车路试记录解决方案。该方案集成了功能强大的数据采集和标定CANape软件，软件配置灵活，支持市面上多种型号雷达和摄像头传感器，通过DHPR分布式高性能记录功能，每秒采集并存储千兆字节数据。该方案还集成了结构坚固，机械鲁棒性能好的数据采集硬件。VX1135是高速测量和标定系统硬件，通过ECU对应的Debug接口访问ADAS ECU内部数据，数据吞吐量大，传输速率高；VN5640是用于车载以太网和CAN总线通信的多功能网络接口卡，具有多种类型接口，能够采集以太网报文、CAN/CAN FD报文和模拟/数字量；ADAS Logger是一款功能强大且外表坚固的智能数据记录仪，可并行采集CAN数据、以太网数据、雷达原始数据和视频流等传感器数据。数据存储量4/8/12/16TB可选，具有多种硬件接口，支持PCIe插槽扩展。
图一：测量系统硬件框图
北汇信息工程师基于Vector的ADAS Logger方案，借助ADAS Logger、VN5640、VX1135和Axis摄像头等传感器组建的数据采集硬件系统在车内定制化布局安装，搭配CANape软件建立与硬件配套的数据采集工程能满足不同主机厂各车型路试数据采集需求。
对于采集得到的离线文件，工程师通过CANape数据挖掘功能和编写自定义脚本进行自动化分析，提取分析实车在路试过程中各场景下参数，验证目标车辆性能。
基于实际项目经验，将实车数据采集系统实施分为三个方面。
01 数据采集硬件安装
在实车上安装数据采集硬件系统，需考虑三个方面问题。
· 摄像头传感器布局安全性
外围采集摄像头安装突出，不仅破坏试验车辆外观，在车辆路试过程中由于颠簸抖动导致摄像头掉落还具有妨碍公共交通的潜在危险。
· 硬件空间布局合理性
数据采集硬件本身具有一定体积，占用车内空间，出于对实车内部完整性和美观性的考虑，须最大限度维持实车原有状态不变的情况下，合理设计数据采集硬件安装位置，规划接口线束走向。
· 硬件系统稳定性
实际路试过程中，道路结构复杂，路面情况随机多变，试验人员为了应对紧急路面情况会采取诸如紧急制动等驾驶策略。若整套硬件系统结构不稳定，试验人员实施相应驾驶动作后有硬件滑动脱落的危险，轻则引起数据采集系统故障，中断当次采集，重则损坏车辆及硬件。
工程师针对以上数据采集硬件系统问题，提出如下解决方案。
摄像头传感器隐藏
选择具有螺栓螺母结构的Axis摄像头，在车身外部用对应螺母咬合Axis摄像头固定，贴合固定的摄像头突出部分仅2厘米左右。
硬件布局合理且稳定
工程师根据实车后备箱实际尺寸和数据采集硬件规格定制工业金属支架用于放置数据采集硬件，金属支架底层安置线槽用于采集硬件连接线束及数据采集系统供电线束走线，金属支架通过固定设备安装在后备箱，ADAS Logger数据采集主机、VX1135、VN5640和Axis传感器主单元盒等硬件通过工业导轨或L型铝合金贴片固定在金属支架上。
图二：部分硬件图
02 数据采集软件系统搭建
硬件布局安装完成之后，通过ADAS Logger中CANape软件配置硬件设备通信通道、建立实际路试工程，添加测量信号，即可同步采集实车运行状态和周围路试环境。在实际路试采集中，大多数测量模块至少以1Gb的以太网连接到ADAS Logger记录仪，传输数据带宽高达1GByte/s左右，每个工作日数据存储数量级高达TB级别。以现有的数据存储技术，难以达到要求。
针对此问题，工程师从以下两个方面提出解决方案。
降低无效数据储存量
对路试采集记录文件分析发现，文件中包含重复场景下车辆状态记录信号，且这些信号在文件存储量占有一定比重。工程师因此使用CANape条件触发功能记录文件，即当车辆到达某一状态时开始记录信号，这样就有效地过滤无用信号，从源头上缓解记录压力。根据实际记录场景和触发实现方式，基本可以分为两类。一类是直接通过采集信号的布尔逻辑组合实现触发，另一类是借助Matlab搭建的逻辑模型对采集信号状态进行判断后实现触发。
图三：算法模型
如采集分析发动机转速大于1500RPM且持续2S条件下整车状态信号。使用MATLAB搭建算法模型确定发动机状态，当发动机转速大于1500RPM且时间超过2S时，算法模型输出为1，否则输出为0。将模型封装为dll文件，加载到CANape数据采集工程中，并设置工程中判断条件为1时触发记录，即可实现需求。
图四：dll文件关联信号
提供可更换的记录硬盘
在实车路试过程中，由于实时存储的数据量巨大（~1GByte/s），通过无线网络直接传输到计算中心的构想不现实，因此当固态硬盘数据存满文件之后，需要替代硬盘记录。实车携带可供更换的固态硬盘，当前工作固态硬盘存储满状态后，将该硬盘取下换上新替代硬盘，然后将换下来的固态硬盘运送计算中心。
03 数据采集离线文件分析
固态硬盘中存储的*MF4格式离线文件，若采用手动分析，无异于大海捞针。CANape提供数据挖掘功能和脚本编写功能，基于CANape语言Calculation And script Language(CASL)提供函数功能和具体实现逻辑编写相应脚本，工程师可以实现对离线文件自动分析。整个分析流程可以完全的实现自动化，减轻信号分析提取工作量，提高离线分析效率。
图五：离线分析
eg：分析实车在路试时进入自动驾驶状态总时长和总里程，首先读取所有离线文件，找到离线文件中进入自动驾驶状态信号光标位置，读取该位置时间轴和纵轴上自动驾驶里程，找到离线文件中退出自动驾驶状态信号光标位置，读取该位置时间轴和纵轴上自动驾驶里程，将两次读到的数据相减即可得到自动驾驶总时长和总里程，避免手动加载离线文件和人为分析带来的时间成本和统计误差。
图六：分析时间和里程
北汇信息不仅提供完整的路试数据采集硬件和软件，也可根据用户需求提供专业化的工程服务，包括硬件定制化配置安装，路试采集软件工程调试开发，为用户提供“交钥匙”式解决方案，方便用户进行后续的自动驾驶算法验证。
部分图片来源于Vector
参考文献：
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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