标签: ADAS Logger

随着 智能汽车发展 战略制定及百度无人驾驶出租车、滴滴无人驾驶网约车 的 落地应用，自动驾驶技术 支 持越来越 得 到主机厂和供应商的重视。 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。针对实车数据采集的痛点和难点，德国Vector公司提供了一套完整A DAS 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 A DAS L ogger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C AN ape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D HPR 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。V X1135 是高速测量和标定系统硬件，通过 ECU对应的Debug接口 访问A DAS ECU 内部数据，数据吞吐量大，传输速率高；V N5640 是用于车载以太网和C AN 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、C AN/CAN FD 报文和模拟/数字量；A DAS L ogger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C AN 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/ 1 6TB 可选 ，具有多种硬件接口，支持P CI e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A DAS L ogger、V N5640 、V X1135 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C AN ape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C AN ape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。 1、数据采集硬件系统安装； 2、数据采集软件系统搭建； 3、数据采集离线文件分析。 一、数据采集硬件系统安装 在实车上安装数据采集硬件系统，需考虑三个方面问题。 1、 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。 2、 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 以及可靠性的 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。 3、 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3厘米左右。 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，A DAS L ogger数据采集主机、V X1135 、V N5640 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 二、数据采集软件系统搭建 硬件布局安装完成之后，通过A DAS L ogger中C AN ape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1 G b的以太网连接到A DAS L ogger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T B 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。 1、降低无效数据存储量。2、提供可更换的记录硬盘。 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2 S 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 CAN ape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 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。 通过 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。 三、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 如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和功能验证。 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 Uni t》 Axis

一、背景 随着自动驾驶功能的不断发展，自动驾驶传感器和控制器的数据越来越多。OEM和系统供应商需要配备高端数据记录器的测试车辆来采集自动驾驶相关数据，例如摄像头、雷达、激光雷达、车辆总线、GNSS以及传感器、控制器的原始数据。这些数据可以用于在实验室中精确地模拟某些交通状况，测试ADAS感知算法和控制逻辑，从而节省了大量的测试和验证的时间。 在数据采集的试验过程中，试验环境复杂，需要采集的信号数量多、时间同步要求高，采集周期长，因此搭建的路试数据采集系统需要具有高带宽、精确的时间同步、硬件坚固且耐久的特征。 针对自动驾驶数据采集的难点，德国 Vector 公司提供了一套完整的ADASLogger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。 二、概述 ADAS Logger 是强大的自动驾驶数据采集、分析、处理，生成报告的平台，可以同步采集自动驾驶中所有传感器及控制器的相关数据。如激光雷达、毫米波雷达、参考摄像头、车载摄像头（FPD-Link III/GMSL2）、XCP/CCP、诊断信号、模拟量数字量信号、GPS/IMU信号、整车网络信号（CAN/CAN FD/LIN/MOST/FlexRay/ETH等）。同时ADAS Logger是一个成熟的、高鲁棒性的、可灵活配置的平台，可以根据用户的不同需求选择不同的配置，便于扩展 。 图一 自动驾驶数据类型 三、 系统 组成 ADAS Logger 主要由数据采集主机、数据采集接口设备、数据采集和分析软件以及传感器附件等四部分组成。系统拓补图如下： 图二 ADASLogger 系统拓扑图 1 、数据采集主机 Vector提供VP7000和VP6000两个系列的数据采集主机。VP7000系列是针对汽车应用环境设计的高性能、高鲁棒性的硬件平台，用于总线数据、视频流、雷达原始数据、XCP on Ethernet数据的并行同步记录，拥有极高的写入带宽（1GByte/s）以及可替换的大容量硬盘，使得VP7000系列非常适合ADAS数据采集和测试的相关应用，存储硬盘有4T、8T、16T可选。VP6000系列是VP7000系列的低配版本，适用于数据量相对较少的场景。 VP系列数据采集主机采用主动风冷的冷却方式，工作温度范围工作温度 -25°C 到 +70°C。另外，VP系列主机内置GPS接收器，支持GPS授时并通过PTP协议对其他设备进行时间同步。 图三 VP7000系列和VP6000系列数据采集主机 2 、数据采集设备（根据需求配置） （1）VX1000系列——传感器和控制器原始数据采集设备 VX1000系列设备是专为高性能数据采集和标定而开发的硬件设备，具有灵活的可扩展性，配合数据采集和分析工具CANape，可满足车载及实验室等应用场景下的传感器和控制器原始数据采集工作要求。其中VX1161是专为自动驾驶数据采集开发的模块化的、可配置的并行测量标定模组，适用于ADAS系统的数据采集和开发。VX1161配合相应的ECU接口，可以实现多个高分辨率雷达的原始数据和XCP数据的采集，ADAS融合ECU的XCP数据采集以及摄像头原始视频流（FPD-Link III/GMSL2）采集。 VX1161 由框架式支架、底板、供电板卡、数据上传板卡和六个可替换的板卡插槽构成。6个可替换插槽可任意搭配总线接口卡、POD接口卡以及视频接口卡等。 图四 VX1161多功能高速采集设备 （2）VN5000系列——以太网采集设备 VN5000系列适用于以太网与其他总线系统的同步采集和监控。此外，VN5000系列还可以为残余总线模拟提供最佳的网络接入，并可用于测试期间的网络节点仿真、负载和故障模拟。具有坚固的外壳，工作温度-40 °C到+65 °C，工作电压范围8 V到32 V。 VN5000 系列的不同型号分别提供不同数量的车载以太网和传统以太网通道，用户可以根据实际需求选择型号。 图五 VN5000系列 （3）VN7572 PCIe扩展卡 VN7572 是一款可以集成在VP系列数据采集主机上的PCIe扩展卡，提供最多8路的CAN/CANFD接口，其中4路固定的CAN/CAN FD通道，另外4路通道可以配置为CAN/LIN通道。VN7572还可以集成I/O的Piggy，最多支持8路数字量或4路模拟量数据采集；满足智能驾驶数据采集的要求。 图六 VN7572 PCIe扩展卡 （4）VN1530 PCIe 扩展卡 VN1530是一款可以集成在VP系列数据采集主机上的PCIe扩展卡，可以提供最多6路的CAN/CANFD接口，其中4路固定的CAN/CAN FD通道，另外2路通道可以配置为 CAN/LIN通道 ； 满足智能驾驶数据采集的要求。 图七 VN1530PCIe扩展卡 （5）VN1600系列——CAN/LIN采集设备 VN1600 系列接口设备适用于CAN/LIN以及少量IO数据的采集，优点是体积小，便于携带。VN1610/VN1611有两路通道，具有良好的轻便性；四通道的VN1630A/VN1640A更具灵活性并支持I/O接口。 图八 VN1600系列CAN/LIN采集设备 3、 数据采集和分析处理软件——CANape +OptionDA CANape+Option Driver Assistance被广泛的运用于智能驾驶开发测试工作中。CANape软件配合硬件采集设备，可以实现所有自动驾驶相关数据的采集，包括摄像头原始视频流、雷达和控制器原始数据、激光雷达点云数据、整车网络数据等。CANape还提供数据在线监测、离线回放、数据分析的功能。能够实时或者离线查看视频、信号、报文、点云等数据；同时CANape还提供CASL编程语言和大量的数据分析函数。用户可以使用函数库或者自定义函数对数据进行分析和处理。 Option DA 是CANape的扩展功能，该扩展功能将ADAS传感器采集到的目标信息显示到同步采集的视频图像上。基于ECU计算的目标数据，以几何图形或者位图叠加到图像的指定位置，通过比较ECU识别的对象以及真实环境中的对象，快速验证ECU的目标识别算法。 图九 CANape数据采集和分析界面 4 、附件 自动驾驶数据采集设备除了以上主要部件外，还需要摄像头、GPS/IMU、激光雷达、显示器、支架、线束等附件来构成一个完整的系统。 四、系统特性 1、 精确的时间同步 自动驾驶中用到的传感器，如相机、激光雷达、惯导等多种传感器设备都是各自独立运行的。如何才能将这些传感器数据关联起来，这就需要精确的时间同步系统来完成。 ADAS Logger 整个数据采集系统中使用同一个时钟，并支持使用以下同步协议实现精确的时间同步： ▲IEEE 1588-PTP时间同步协议 ▲Vector硬线时间同步 ▲Vector软件同步 ▲UTC（coordinated universal time）时间同步 图十 时间同步 2、 灵活的场景标记 在自动驾驶测试过程中，实际产生的数据量是十分庞大的，为了减少数据分析的难度,提高数据的质量，ADAS Logger平台支持在数据记录的过程中通过面板、键盘或其他I/O接口输入一些信息给数据添加标记。例如天气条件、交通密度、道路类型等，这些标记可以与测量数据一起保存为注释或变量，以便以后进行数据挖掘和数据分析。 图十一 场景标记案例 3、 强大的设备状态监测功能 CANape软件提供了访问本地设备状态的选项，激活该选项后，本地设备的系统、软件、工程、时间等信息可以作为信号被实时查看并记录下来；例如可以设置磁盘空间达到设定值时提醒工程师更换存储硬盘，避免数据丢失。 图十二 可监测的设备状态信号 4、 目标可视化验证 ADAS Logger平台支持目标对象的可视化验证功能。支持将ADAS传感器识别到的目标信息叠加显示到视频图像上。也可以基于ECU融合的目标数据，以几何图形或者位图叠加到图像的指定位置，通过比较ECU识别的对象和真实环境中的对象，快速验证ECU的目标识别算法。 对于图像识别算法的验证，可以将其以动态链接库的方式加载到CANape软件中，进行在线或离线验证。同时，GPS窗口也可以显示关联的位置数据，以辅助验证。激活软件的全局光标功能，可以让视频、报文、GPS等所有数据处于同一个时间点，方便进行数据分析。 图十三 目标信息可视化验证 5、 数据挖掘和场景提取 在数据记录阶段得到了大量的测试数据，如何对这些数据进行管理和使用也是一个大的挑战。CANape软件提供的数据挖掘功能可以在海量的文件当中找到满足我们条件的数据，并将关键数据（如满足条件的时间点，对应的信号值，文件名等）提取出来，重新生成一个数据表格；也可以根据数据挖掘的结果，将数据文件进行批量的切割和分类。 此外，CANape软件还集成了大量的数据分析函数，可以非常方便的进行数据分析；如果集成的数据函数库不能满足数据分析的需求，CANape还提供了函数和脚本的编辑功能，用户可以自定义函数和脚本来进行数据挖掘、分析和生成报告 。 五、案例 数采需求： ▲ 4路千兆车载以太网数据采集 ▲ 1路前雷达原始数据 ▲ 1路摄像头原始数据 ▲ 1路摄像头FPD-LinkIII数据 ▲ 1路GPS/IMU数据 ▲ 4路参考摄像头数据 ▲ 8路CAN/CAN FD数据 配置： VP7440 作为数据采集主机运行数据采集软件CANape进行数据采集和存储；VN5620作为CAN/ETH采集设备采集4路千兆车载以太网数据；VX1161作为多功能采集设备采集摄像头和毫米波雷达的原始数据以及摄像头FPD-LinkIII数据，同时提供多个 CAN/ CAN FD采集通道；GPS/IMU通过以太网连接到数据采集主机；F44视频盒采集四路参考摄像头的数据。 图十四 ADAS Logger案例 北汇信息不仅提供完整的路试数据采集硬件和软件，也可以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数据采集和分析。 北汇信息作为Vector中国的合作伙伴，不仅提供完整的自动驾驶数据采集硬件和软件，也可以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以及数据挖掘和数据分析脚本开发，为用户提供“交钥匙”式解决方案。 部分图片来源于Vector 参考文档 《ADAS Measurement Data Postprocess and Applications》Vector 《Smart logger for ADAS_2021》Vector 《CANape_Option_DriverAssistance_ProductInformation》 Vector