ADAS e test di veicoli autonomi con acquisizione dati con Velodyne Lidar

Sincronizzazione del rilevatore Lidar con altre fonti di dati

Le aziende che producono veicoli elettrici a motore con sistemi avanzati di assistenza alla guida (ADAS) e veicoli autonomi (AV) devono eseguire alcuni test come:

• Frenata di emergenza automatica

• Regolatore elettronico della velocità adattivo (ACC)

• Avviso di collisione frontale (FCW) per avvisare il conducente

• Prevenzione delle collisioni

• Rilevamento di punti ciechi

• Sistema di avviso di deviazione dalla corsia

• Sistema di assistenza alla corsia

• ecc.

Per eseguire tali test, una casa automobilistica richiede apparecchiature convalidate di alta precisione e rapida risposta per garantire che i sistemi di sicurezza funzionino correttamente sia in situazioni standard che in situazioni critiche.

In questi casi, i sistemi lidar (Light Detection and Ranging) vengono utilizzati per rilevare oggetti e mappare le loro distanze. Lidars può calcolare queste distanze in tempo reale. Ci riescono utilizzando una luce laser e misurando quanto tempo impiega la luce per colpire un oggetto o una superficie e riflettersi sul sensore. Successivamente, realizzano rappresentazioni 3D degli oggetti.

In molti casi, i sensori Lidar vengono utilizzati insieme ad altri sensori come radar e telecamere. I dati lidar solitamente devono essere acquisiti insieme ai dati di altri tipi di sensori e sorgenti dati (sensori analogici, bus CAN, ecc.) La sfida per i produttori è sincronizzare e ottimizzare la qualità di tutti i dati acquisiti da diverse fonti di dati.

Il modo ottimale per evitare l'incompatibilità o risultati potenzialmente fuorvianti a causa di problemi di sincronizzazione è utilizzare una soluzione DAQ in grado di offrire l'acquisizione sincronizzata di tutte le sorgenti dei dati. Ma è davvero possibile tutto ciò?

Soluzione multifunzionale

Abbiamo sviluppato un modulo DewesoftX Velodyne Lidar semplice, ma allo stesso tempo potente che soddisfa i requisiti di misura necessari per i veicoli automatizzati. Fornisce una soluzione di misura flessibile per sincronizzare i dati dai sensori lidar Velodyne con altri dati acquisiti nel software DewesoftX.

Il modulo DewesoftX Velodyne supporta l'intera famiglia lidar Velodyne. Velodyne è un'azienda della California, Stati Uniti, che produce sensori Lidar all'avanguardia per varie applicazioni. La comunicazione e il collegamento di uno o più dispositivi lidar avvengono tramite il protocollo Ethernet.

I Lidar Velodyne sono associati ad altri dispositivi GNSS (DS-IMU, DS-VGPS-HS,…) sincronizzati con un segnale GPS PPS, dove il ricevitore GNSS è la sorgente dei messaggi NMEA GNSS per il sensore LIDAR. Per ottenere la sincronizzazione PPS per Velodyne Lidar, è necessario che sia fisicamente connesso al dispositivo GNSS e correttamente selezionato nel software DAQ DewesoftX.

I Lidar Velodyne sono sincronizzati tramite segnale GPS PPS con messaggi NMEA GNSS che sono anche disponibili nel software DAQ DewesoftX come canali di navigazione standard.

L'unità di misura inerziale DS-IMU combina più sensori quali:

• giroscopio, 

• accelerometro, 

• magnetometro, 

• sensore di pressione 

• ricevitore GNSS.

I dispositivi DS-IMU sono completamente compatibili e possono collegati e sincronizzati con il lidar Velodyne tramite il segnale GPS PPS.

I dispositivi DS-IMU possono anche essere collegati in una configurazione di sincronizzazione soft. Lo stato e l'impostazione RPM del Lidar possono essere effettuati direttamente all'interno del software DewesoftX. Per eseguire misure con il sensore Lidar non è necessario nessun altro software.

Il sensore Velodyne Lidar fornisce due canali principali: distanza e intensità dei punti. La visualizzazione della nuvola di punti è gestita dal widget di visualizzazione della mappa in cui, le mappe stradali aperte o i livelli dell'immagine satellitare, sono sovrapposti alla nuvola di punti. Tutti i layer della mappa possono essere scaricati all'interno di DewesoftX e, nel caso in cui non ci sia una connessione Internet effettiva sul campo di misura, riutilizzatati in modalità offline. Analogamente ai livelli mappa, è possibile importare anche una mappa a scelta.

Con il software di acquisizione dati DewesoftX, il sistema DAQ combina dati come:

• dati del sensore Velodyne Lidar, 

• dati del bus CAN del veicolo,

• dati e orientamenti GNSS,

• calcoli dello spazio di frenata,

• giuda dei dati del robot,

• videocamere.

Insieme ad sistema DAQ, il software DewesoftX garantisce sincronizzazione, visualizzazione, archiviazione e confronto dei dati senza alcun problema.

Setup di misura

L'obiettivo della nostra configurazione di misura era testare:

• La reattività dei dati Lidar all'interno del software DewesoftX.

• La compatibilità della sincronizzazione con altre fonti di dati come CAN, GPS e video.

• La facilità di configurazione DAQ per acquisire dati da Velodyne Lidar, DS-IMU2 e dati CAN bus dal veicolo passeggeri.

La videocamera è stata aggiunta al sistema di acquisizione dati per una migliore anteprima dei dintorni di guida. È una funzione molto utile durante l'analisi del file dati che può essere aggiunta gratuitamente a qualsiasi sistema DAQ Dewesoft.

Strumentazione utilizzata per l'acquisizione dati

Sistema di acquisizione dati:

• Velodyne VLP-16 Lidar

• Dispositivo Dewesoft DS-IMU2 - Unità di misura inerziale e ricevitore GNSS con supporto GPS/GLONASS e precisione di posizione di 2 cm con opzione RTK

• Video camera

• Dewesoft DS-CAN2 - Interfaccia CAN USB a 2 canali per acquisizione dati OBD-II o SAE J1939 del veicolo

Software

• Software di acquisizione dati DewesoftX

• Velodyne Lidar module (con velocità di rotazione 1200 RPM)

Schema setup di installazione

Il sistema configurato ha ottenuto la sincronizzazione GPS PPS su tutti i dispositivi. Il DS-IMU2 è stato posizionato sulla parte superiore del tetto del veicolo, mentre il sensore lidar Velodyne è stato posizionato sul cofano. La videocamera è stata posta sopra il sensore Lidar. Il dispositivo Dewesoft DS-CAN2 è stato collegato alla porta OBD-II del veicolo.

Analisi dei dati

La visualizzazione in DewesoftX ha fornito una bella anteprima dell'ambiente circostante. Per la visualizzazione lidar, normalmente utilizziamo il widget mappa. Questo widget offre una visualizzazione senza soluzione di continuità dei dati LIDAR, dove la colorazione rappresenta l'intensità del laser e le linee di visualizzazione che rappresentano i punti laser di diversi oggetti. Sono stati utilizzati due widget Mappa per mostrare:

• Mappa a sinistra: localizzazione e visualizzazione della traccia dal dispositivo DS-IMU2 con scala di colori relativa alla velocità

• Mappa a destra: visualizzazione della nuvola di punti lidar con colorazione dell'intensità lidar applicata

L'intensità lidar indica i rendimenti di intensità del laser raccolti (potenza restituita/potenza emessa) che sono influenzati principalmente dalla distanza e dalla riflettività del target, mentre la distanza lidar viene applicata visivamente come distanza reale dalla posizione Lidar predefinita.

I dati sulla distanza Lidar vengono emessi come matrice di dati puntuali per ciascun laser Lidar. Possono inoltre essere utilizzati per fornire feedback al veicolo o analizzare le relazioni di distanza del veicolo e degli oggetti circostanti. Vengono utilizzati per classificare le scene di traffico, rilevare e identificare gli oggetti, ecc.

Per l'applicazione abbiamo utilizzato la velocità di rotazione di 1200 RPM del sensore lidar. L'acquisizione dei dati di intensità e distanza Lidar all’interno del software DewesoftX è risultata visivamente molto reattiva. I dati Lidar e GNSS vengono sincronizzati dal DS-IMU2,campione per campione, il che dimostra la compatibilità complessiva della sincronizzazione.

Inoltre, abbiamo utilizzato una semplice webcam collegata al widget videocamera che mostra l'ambiente di guida attraverso un'immagine sincronizzata della videocamera. Un widget registratore viene utilizzato per visualizzare qualsiasi canale dati di misura scelto. Nel nostro caso, abbiamo utilizzato due registratori digitali che mostrano la velocità di guida corrente e il numero di satelliti GNSS visibili al nostro ricevitore GNSS.

Tutti i parametri, anche quelli non visualizzati in questa particolare interfaccia, vengono salvati all'interno del file dati di Dewesoft. Possono essere aggiunti alla schermata di analisi o esportati in vari formati per ulteriori calcoli e simulazioni di sviluppo.

Conclusioni

I sensori Lidar svolgono un ruolo importante nella fase di sviluppo e nell'uso dei veicoli a guida autonoma nel mondo reale. I sensori Lidar sono importanti per i test ADAS e per le applicazioni non automobilistiche. Il numero di aziende che utilizzano sensori lidar sta aumentando rapidamente. Ecco perché l'acquisizione e il test dei parametri Lidar e la loro sincronizzazione complessiva sono molto importanti.

Dewesoft ora supporta le misure lidar con il modulo Velodyne Lidar. L'integrazione e la configurazione di tutti i sensori nel software DewesoftX è stata piuttosto semplice. Ci sono voluti circa 15 minuti per connetterci e configurare l'intero sistema di acquisizione dati.

Dewesoft fornisce una soluzione semplice e flessibile per diversi tipi di misura su tutti i tipi di veicoli. I dati provenienti da vari sensori e sorgenti di dati possono essere combinati, sincronizzati e visualizzati in un'unica configurazione di facile utilizzo.