面向驾驶辅助技术融合算法的日志系统设计与实现

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作为新一代驾驶辅助技术的核心,融合算法借助感知传感器和控制器实现了车外目标的精确定位和分类。这些目标信息帮助整车控制系统实现了车辆的安全行驶。融合算法作为一款嵌入式算法软件,在测试阶段通常使用硬件在环(Hardware In The Loop)(简称HIL)测试对它的功能进行验证和评估。传统的HIL测试使用昂贵的软硬件来模拟各种路况,这些路况最终被转化为传感器的电气信号用以模拟实际的感知数据并与控制器内的融合算法软件进行交互。基于开发成本的考虑,企业需要在没有HIL设备情况下构建一个轻量化、低成本的路况仿真环境用以测试融合算法。因此,本文设计了一款利用车况日志数据搭建虚拟路况的日志系统。论文的主要工作如下:首先,通过分析融合算法使用HIL设备时遇到的设备成本高、无法模拟复杂路况的问题,本文提出利用真实路况环境下车况日志数据构建虚拟路况的设计方案。车况日志数据指的是融合算法所使用的车内外传感器采集的真实路况数据。在此基础上根据融合算法所在系统的软硬件资源,提出了系统架构。日志系统采用上下位机架构,下位机软件与融合算法软件处于同一个控制器中,它负责采集、注入日志数据;上位机软件处于PC机端,它负责保存、发送日志数据和控制下位机。随后,通过研究主流融合算法硬件配置,定义了最小硬件系统。上位机使用VECTOR以太网数据收发器(VN5610)和PC,下位机以支持多核和MAC的英飞凌TC397微控处理器为核心,经由NXP的TJA1100HN车载以太网PHY收发器和SJA1105PEL交换机进行数据交互,用以解决日志数据传输时的带宽瓶颈问题。上位机软件使用CANoe平台进行设计开发,该平台与数据收发器(VN5610)无缝对接,能够方便进行以太网报文的收发;下位机软件遵照汽车开放系统架构(Automotive Open System Architecture)(简称AUTOSAR),使用VECTOR公司的Davinci工具进行设计,有利于软件模块的开发和移植。之后,对整个系统进行了详细设计,其中包括下位机与融合算法软件的交互接口,主要涉及到车况、雷达探测点、跟踪片段和融合后数据的采集和注入方法;日志数据采集和注入时间点的同步;上下位机之间的日志数据传输,本文在用户数据报协议(User Datagram Protocol)(简称UDP)基础上增加了应答和重发机制实现了以太网报文的可靠传输;通过使用变化量压缩算法和行程长度压缩算法(Run Length Encoding)(简称RLE)对日志数据压缩以减少报文传输时间。除此之外,为了提高系统的实时性和安全性,本文基于AUTOSAR架构的嵌入式多核操作系统,实现了融合算法软件与下位机软件的并行化运行,在此基础上利用核间通信(Spinlock)解决了共享数据一致性问题。本文最后通过比较融合算法在实车路试和日志系统搭建的虚拟路况下所得到的输出结果,验证了日志系统的功能,证明了日志系统可以生成出拟真度较高的仿真环境(虚拟路况)。使用日志系统可以提高融合算法测试和开发人员分析问题,解决问题的效率。该系统能够适应未来汽车行业对融合算法测试的高要求。
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