CN110572307A - 一种自动驾驶车辆传感器数据采集测试平台 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种自动驾驶车辆传感器数据采集测试平台，包括快速原型设备(5)、网关(3)和工控机(6)，所述快速原型设备(5)与网关(3)之间为CAN通信，所述快速原型设备(5)与工控机(6)之间为以太网通信，传感器信息通过网关(3)集成于第一CAN总线，所述快速原型设备(5)实现第一CAN总线通信和以太网通信之间的转换，所述工控机(6)接收、存储并分析快速原型设备(5)传递的传感器信息。与现有技术相比，本发明结构简单，便于信息的集成、处理和存储；测试环境搭建快速；支持实时监控和调试，易于维护；扩展性好，还支持后期传感器信息融合和自动驾驶车辆控制算法的开发和验证。
Description
技术领域
本发明涉及自动驾驶领域，尤其是涉及一种自动驾驶车辆传感器数据采集测试平台。
背景技术
自动驾驶技术已成为如今汽车发展的一项重要技术，其中无论是已经实现的驾驶辅助系统还是正在研究的各级别自动驾驶系统，在很大程度上都依靠传感器来实现，现在正在使用的传感器包括摄像头、超声波、毫米波以及激光雷达等多种传感器，只有把多种传感器信息融合起来，才是实现自动驾驶的关键。
在自动驾驶技术中，环境感知是一个很重要组成部分，车辆所处的环境往往十分复杂，周围的车辆、行人和其他障碍物，道路标识、车道线都是车辆控制的重要因素，为了更好的探测环境，需要实时采集安装于车辆不同位置的传感器感知信息。为了支持自动驾驶控制软件算法的开发，特别是信息融合算法的开发，需要搭建一种传感器数据采集的试验环境。这种试验环境需要完成以下功能：采集多个传感器的目标探测信号和与自动驾驶相关的车辆信息，同时实时记录这些信息，能够在之后可以回放这些数据，用于后期的信息融合算法和车辆控制算法开发，同时也可以将开发后算法植入这套环境，在实车上验证算法，用于算法的快速迭代。
自动驾驶算法的开发过程往往比较复杂，传感器采集的信息繁多，现有车辆上传感器布置主要使用“5R1V”方案，即1个前雷达，1个前置摄像头，四个角雷达，传感器厂商采用CAN总线接口将目标数据送出，传感器还需要得到诸如本车车速、横摆角速度等车辆状态的信息。所以整个采集系统需要完成如下几个任务：
1.多路CAN总线的数据采集，包括六个传感器和至少一路车辆总线信号；
2.将传感器所需的车辆总线信号分发给传感器，使得传感器正常工作；
3.同步实时记录存储传感器和车辆状态信号；
4.可以嵌入自动驾驶控制算法，可以直接运行控制算法用于车辆控制。
要想实现以上几个任务，存在的技术问题如下：
1.总线信号数据量较大，需要进行数据解析，数据解析工作量较大，逐个编写程序解析需要耗费大量时间，频繁更改不易维护，且容易出错；
2.多路数据综合同时记录存储，不同通道的数据采集同步记录数据量大，采样周期和数据记录准确性决定采集数据的完整性；
3.有合适的硬件平台支持控制算法的原型仿真，前期的算法开发往往不具备有合适的硬件资源支持，硬件设计考虑因素较多，设计和版本升级周期长，同时考虑算法后期的通用性，需要有可行的硬件平台支持。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种自动驾驶车辆传感器数据采集测试平台。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种自动驾驶车辆传感器数据采集测试平台，包括快速原型设备、网关和工控机，所述快速原型设备与网关之间为CAN通信，所述快速原型设备与工控机之间为以太网通信，传感器信息通过网关集成于第一CAN总线，所述快速原型设备实现第一CAN总线通信和以太网通信之间的转换，所述工控机接收、存储并分析快速原型设备传递的传感器信息。
所述的快速原型设备通过第二CAN总线与车辆总线连接，所述快速原型设备实现第一CAN总线通信和第二CAN总线通信之间的转换，同时实现第二CAN总线通信和以太网通信之间的转换，所述工控机接收、存储并分析快速原型设备传递的车辆状态信息。
所述的车辆状态信息包括车速和横摆角速度。
所述的传感器包括前摄像头、前雷达、左前雷达、左后雷达、右前雷达和右后雷达。
所述的第一CAN总线通信采用dbc文件格式。
还包括显示屏，所述显示屏与工控机连接。
还包括数据监控计算机，所述数据监控计算机通过以太网与快速原型设备通信，所述数据监控计算机将可执行文件写入快速原型设备，同时监控可执行文件的变量。
所述的快速原型设备为MicroAutoBox。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
(1)结构简单，仅需各设备的简单连接；
(2)传感器信息通过网关集成于第一CAN总线，信息管理清晰，便于信息的集成、处理和存储。
(2)测试平台搭建快速，方便在整车上实现测试过程。
(3)设有数据监控计算机，支持平台运行的实时监控和调试，易于平台维护。
(4)扩展性好，除实现数据采集外，还支持后期传感器信息融合和自动驾驶车辆控制算法的开发和验证。
(5)设有显示屏，更好地显示测试过程中传感器信息。
(6)第一CAN总线通信采用dbc文件格式，dbc文件格式具有简洁的优点。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
附图标记：
3为网关；4为车辆总线；5为快速原型设备；6为工控机；7为数据监控计算机；8为显示屏。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
实施例
本实施例提出的技术方案，是通过选用现有比较成熟和可靠的软件工具和硬件工具，在较短时间内搭建出可以用于自动驾驶车辆的测试平台。
为了达到测试传感器数据采集的目的，设计了该测试平台，需要解决下面问题：
1.通过简单维护总线数据库的方式实现传感器信息和车辆总线状态信息的解析；
2.将所需信息通过集中转发的方式统一记录并存储相关数据；
3.使用算法快速原型设备5实现信息分发、算法集成调试与变量监控，便于算法快速迭代和后期正式产品开发的重复使用。
测试平台结构示意图如图1所示：
在结构示意图中，不同传感器通过不同CAN接口安装在测试车辆上，同时通过网关3将传感器连接在同一路CAN总线上，便于直接读取采集。dSpace MicroAutoBox是车辆控制器开发中常用的工具，利用其模块接口和算法模型完成与平台中其他组件的信息解析和交换。工控机6带有操作系统，主要接收来自传感器和车辆总线4的信息，记录和存储测试过程的实时数据，同时也可以进行数据分析。通过工控机6连接的显示屏8和与dSpaceMicroAutoBox通信的数据监控计算机7，可以实时监控整个平台的运行状态。
下面详细介绍平台中各个设备的承担的功能和信息的处理过程：
1.网关3:传感器包括前摄像头、前雷达和四个角雷达，即前摄像头、前雷达、左前雷达、左后雷达、右前雷达和右后雷达，已提前在测试车辆上进行安装，通过一个网关3已将传感器的信息集成在同一路CAN总线上，在这路CAN总线上，有唯一的信息数据库文件(dbc格式)，其中包含了用于自动驾驶算法开发的传感器信息(如目标位置、属性等)；
2.dSpace MicroAutoBox：是整个采集平台的核心部件，相当于车辆的自动驾驶控制器。在网络结构中，处于核心部分，它连接了传感器的第一CAN总线，连接了车辆总线4的一路或多路CAN总线通信，以及与工控机6通过以太网连接。Matlab/Simulink是汽车开发中常用的软件，dSpace提供了相关的CAN总线与以太网(TCP/UDP协议)的通信模块，并且可以直接生成代码载入硬件中，涉及到CAN总线通信时只需维护信息数据库文件(本实施例方案中包括传感器和车辆总线4的dbc文件)就可实现信息的接收与发送，该设备可以将车辆总线4中包含的状态信息(车速和横摆角速度等)转发给传感器，同时可将传感器信息和车辆中包含的状态信息通过以太网转发给工控机6进行分析与存储。此外，在后期开发中，可以将Matlab/Simulink算法生成代码下载到硬件，实现车辆控制和自动驾驶算法验证；
3.工控机6：由于传送给工控机6信息包括了传感器和车辆状态信息，数据量较大，所以采用以太网进行连接，在工控机6上运行的是Linux操作平台，在该操作平台下可以进行编程完成数据的接收和处理，将数据存储于工控机6内的大容量硬盘进行后期数据分析，同时也可以进行图形化编程，对传感器探测目标物进行实时显示，在后期开发中，也可以采用C或者C++等语言进行数据融合算法的开发，通过以太网将融合后的信息发送给MicroAutoBox，用于自动驾驶算法验证；
4.数据监控计算机7：该计算机主要搭载dSpace提供的专用软件，通过专用的以太网接口与MicroAutoBox连接，主要作用是将提前编译好的可执行文件直接写入到MicroAutoBox，同时可以在线监控算法模型变量和总线数据录制，方便对平台进行调试和监控，在后期的算法开发过程中，可以起到快速迭代调试的作用；
5.显示屏8：由于工控机6与普通计算机类似，连接显示屏8可以实时输出传感器信息，实际采集过程中可以移除。
本实施例的制定考虑最多的是可实现性、快速性和后续的扩展等性能，综上所述，本实施例提到的自动驾驶车辆传感器数据采集的测试平台具有如下技术效果：
1.结构简单，传感器和车辆状态信息管理清晰，便于信息的集成、处理和存储；
2.测试平台搭建快速，利用现有的开发工具和软件，方便在整车上实现各个信息的接收和发送；
3.支持平台运行的实时监控和调试，易于平台维护；
4.扩展性好，除实现数据采集外，还支持后期传感器信息融合和自动驾驶车辆控制算法的开发和验证。
Claims (8)
1.一种自动驾驶车辆传感器数据采集测试平台，其特征在于，包括快速原型设备(5)、网关(3)和工控机(6)，所述快速原型设备(5)与网关(3)之间为CAN通信，所述快速原型设备(5)与工控机(6)之间为以太网通信，传感器信息通过网关(3)集成于第一CAN总线，所述快速原型设备(5)实现第一CAN总线通信和以太网通信之间的转换，所述工控机(6)接收、存储并分析快速原型设备(5)传递的传感器信息。
2.根据权利要求1所述的一种自动驾驶车辆传感器数据采集测试平台，其特征在于，所述的快速原型设备(5)通过第二CAN总线与车辆总线(4)连接，所述快速原型设备(5)实现第一CAN总线通信和第二CAN总线通信之间的转换，同时实现第二CAN总线通信和以太网通信之间的转换，所述工控机(6)接收、存储并分析快速原型设备(5)传递的车辆状态信息。
3.根据权利要求2所述的一种自动驾驶车辆传感器数据采集测试平台，其特征在于，所述的车辆状态信息包括车速和横摆角速度。
4.根据权利要求1所述的一种自动驾驶车辆传感器数据采集测试平台，其特征在于，所述的传感器包括前摄像头、前雷达、左前雷达、左后雷达、右前雷达和右后雷达。
5.根据权利要求1所述的一种自动驾驶车辆传感器数据采集测试平台，其特征在于，所述的第一CAN总线通信采用dbc文件格式。
6.根据权利要求1所述的一种自动驾驶车辆传感器数据采集测试平台，其特征在于，还包括显示屏(8)，所述显示屏(8)与工控机(6)连接。
7.根据权利要求1所述的一种自动驾驶车辆传感器数据采集测试平台，其特征在于，还包括数据监控计算机(7)，所述数据监控计算机(7)通过以太网与快速原型设备(5)通信，所述数据监控计算机(7)将可执行文件写入快速原型设备(5)，同时监控可执行文件的变量。
8.根据权利要求1所述的一种自动驾驶车辆传感器数据采集测试平台，其特征在于，所述的快速原型设备(5)为MicroAutoBox。
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