汽車電子數(shù)據采集、標定與回灌優(yōu)秀解決方案

以下內容來源于《汽車電子與軟件》，作者：王穎飛

一

數(shù)據采集、標定和回灌是什么？

汽車數(shù)據采集、標定和數(shù)據回灌是整車開發(fā)和測試過程中的重要步驟。下面對它們進行簡要介紹：

1、汽車數(shù)據采集：

汽車數(shù)據采集是指通過車輛搭載的傳感器、攝像頭、雷達等設備收集車輛周圍環(huán)境、車輛狀態(tài)和駕駛行為等數(shù)據。這些數(shù)據可以包括圖像、視頻、激光雷達掃描、慣性測量單元（IMU）數(shù)據、GPS位置信息等。汽車數(shù)據采集的目的是提供實時、準確的車輛和環(huán)境數(shù)據作為自動駕駛系統(tǒng)的輸入，用于感知、決策和控制。

2、汽車標定：

汽車標定是調整和優(yōu)化車輛的參數(shù)和配置，以使其在不同的環(huán)境和條件下具有良好的性能和安全性。標定主要包括標定需求，標定計劃制定，標定開發(fā)及驗證，極限環(huán)境開發(fā)及驗證，標定評審，標定發(fā)布等步驟。在汽車標定中，使用采集到的車輛數(shù)據來評估和調整整車的系統(tǒng)的感知、決策和控制算法，以適應不同的道路、天氣、交通情況等變化等。標定的參數(shù)可以包括傳感器的校準、車輛動力學參數(shù)、障礙物檢測和跟蹤算法等。

如：發(fā)動機管理系統(tǒng)標定（包括點火時機、燃油噴射量、氣門正時等參數(shù)的調整，以實現(xiàn)最佳的動力輸出、燃油經濟性和排放控制）、傳動系統(tǒng)標定（包括自動變速器的換擋邏輯、離合器的操作點、傳動比的選擇等參數(shù)的調整，以提供順暢的換擋和駕駛舒適性）、剎車系統(tǒng)標定（包括剎車盤和剎車片的材料和幾何參數(shù)的調整，以實現(xiàn)最佳的制動性能和耐用性）、懸掛系統(tǒng)標定（包括懸掛硬度、阻尼特性等參數(shù)的調整，以提供良好的懸掛舒適性和操控穩(wěn)定性）等。

3、數(shù)據回灌：

數(shù)據回灌是指將采集到的實際車輛數(shù)據再次注入到整車控制器或域控中進行仿真和測試。如通過數(shù)據回灌，可以重現(xiàn)實際駕駛場景和情況，并對自動駕駛系統(tǒng)的性能和算法進行評估和驗證?；毓嗟臄?shù)據可以包括傳感器數(shù)據、車輛狀態(tài)信息和駕駛行為數(shù)據等。數(shù)據回灌的目的是在仿真環(huán)境中進行大規(guī)模測試、驗證和優(yōu)化，以加速自動駕駛系統(tǒng)的開發(fā)和部署過程。

這些步驟在整車開發(fā)和測試中起著關鍵的作用，通過數(shù)據采集、標定和回灌，可以提高車輛整體性能、安全性和適應性，并加速其商業(yè)化進程。

二

市場背景與需求

截至2021年，汽車數(shù)據采集市場規(guī)模已經相當龐大，并且預計在未來幾年內將繼續(xù)增長。根據市場研究公司的數(shù)據， 2021年全球汽車數(shù)據采集市場規(guī)模約150億美元左右，包括車載傳感器、智能車輛平臺和數(shù)據分析解決方案等相關產品和服務。這主要受益于汽車行業(yè)數(shù)字化轉型的推動，以及對車輛數(shù)據的日益重視。

汽車數(shù)據采集市場的增長受到多個因素的推動。首先，汽車制造商和技術公司對車輛數(shù)據的收集和分析日益重視，以提供更好的駕駛體驗、車輛安全性和車輛維護。其次，新能源汽車、自動駕駛技術的興起，為數(shù)據采集和分析提供了更大的需求。此外，車輛與其他智能設備和系統(tǒng)的連接性增強，也促使了汽車數(shù)據采集市場的增長。

新能源汽車和自動駕駛技術的發(fā)展對汽車數(shù)據采集產生的顯著影響，主要體現(xiàn)在以下幾個方面：

1.數(shù)據量的增加：

新能源汽車和自動駕駛車輛的引入使得車輛產生的數(shù)據量大幅增加。電動汽車包含了大量與電池、電機、能量管理等相關的數(shù)據，而自動駕駛車輛則通過各種傳感器（如激光雷達、攝像頭和雷達）采集周圍環(huán)境信息。這些車輛產生的大規(guī)模數(shù)據需要進行采集、傳輸、存儲和分析，以支持車輛控制、性能優(yōu)化和安全保障等方面的需求。

2.多樣化的數(shù)據類型：

新能源汽車和自動駕駛技術引入了各種新的數(shù)據類型。例如，電動汽車需要采集電池的狀態(tài)和性能數(shù)據，以便進行電池管理和充電策略優(yōu)化。自動駕駛車輛需要采集環(huán)境感知數(shù)據、車輛狀態(tài)數(shù)據和行為數(shù)據等，以支持自主決策和行駛控制。因此，汽車數(shù)據采集系統(tǒng)需要能夠處理和分析多樣化的數(shù)據類型，以提供更全面的信息支持。

3.數(shù)據安全和隱私保護：

隨著汽車數(shù)據量的增加，數(shù)據安全和隱私保護成為更為重要的問題。新能源汽車和自動駕駛車輛攜帶著大量敏感信息，如車輛位置、駕駛行為和車輛性能等。因此，汽車數(shù)據采集系統(tǒng)需要采取相應的安全措施，保護數(shù)據的機密性和完整性，防止數(shù)據被非法訪問和濫用。

4.實時性要求的增加：

自動駕駛車輛對實時數(shù)據的需求更加迫切。例如，車輛需要實時采集和處理傳感器數(shù)據，以便對周圍環(huán)境進行準確感知和決策。因此，汽車數(shù)據采集系統(tǒng)需要具備快速、高效的數(shù)據采集和處理能力，以滿足實時性要求。

5.安全和駕駛輔助系統(tǒng)：

自動駕駛汽車標定需要關注安全和駕駛輔助系統(tǒng)的參數(shù)調整。這包括自動制動系統(tǒng)、自適應巡航控制、車道保持輔助等功能的標定，以確保其在不同道路和交通情況下的安全性和可靠性。

總的來說，新能源汽車和自動駕駛技術的發(fā)展促進了汽車數(shù)據采集技術的進步和應用。它們對數(shù)據量、數(shù)據類型、數(shù)據安全和實時性等方面提出了更高的要求，推動了數(shù)據采集技術的創(chuàng)新和發(fā)展。同時，也為智能交通、車輛管理和駕駛輔助等領域提供了更豐富的基礎。

三

市場現(xiàn)狀與行業(yè)痛點

隨著新能源汽車和自動駕駛技術的發(fā)展，當前汽車數(shù)據采集行業(yè)面臨一些新的痛點和挑戰(zhàn)，包括以下方面：

1.數(shù)據標準化和互操作性：由于不同汽車制造商和技術供應商采用不同的數(shù)據格式和接口標準，導致數(shù)據采集的互操作性問題。這使得數(shù)據采集和整合變得復雜，限制了數(shù)據的有效利用和共享。行業(yè)需要更廣泛的數(shù)據標準化努力，以促進數(shù)據的互通和互操作性。

2.數(shù)據安全和隱私保護：隨著車輛數(shù)據的增加和敏感性的提高，數(shù)據安全和隱私保護成為行業(yè)關注的焦點。汽車數(shù)據采集系統(tǒng)需要采取嚴格的安全措施，以保護數(shù)據免受惡意攻擊和非法訪問。同時，需要確保車主和駕駛員的個人隱私得到妥善保護，符合相關法規(guī)和政策要求。

3.數(shù)據質量和準確性：汽車數(shù)據采集過程中可能面臨數(shù)據質量和準確性的挑戰(zhàn)。傳感器的誤差、噪聲和故障可能導致數(shù)據不準確或不完整。數(shù)據采集系統(tǒng)需要具備高精度和可靠性，以確保采集到的數(shù)據質量達到要求。

4.處理和存儲的挑戰(zhàn)：隨著數(shù)據量的增加，對數(shù)據的處理和存儲也帶來了挑戰(zhàn)。大規(guī)模的數(shù)據處理需要高性能的計算和存儲資源，以支持實時分析和決策。此外，對于長期存儲和管理大量數(shù)據也需要解決數(shù)據存儲和備份的問題。

5.法規(guī)和合規(guī)要求：汽車數(shù)據采集涉及到一系列法規(guī)和合規(guī)要求，包括數(shù)據隱私、數(shù)據安全、數(shù)據使用和共享等方面。行業(yè)需要遵守相關法規(guī)和政策，并確保數(shù)據采集和處理過程符合法律和道德的要求。

解決這些痛點和挑戰(zhàn)需要行業(yè)各方的合作和努力，包括制定更統(tǒng)一的數(shù)據標準、加強數(shù)據安全和隱私保護、改進數(shù)據質量和準確性、提供高效的數(shù)據處理和存儲解決方案，以及遵守相關法規(guī)和合規(guī)要求。

同時，在新能源汽車和自動駕駛的發(fā)展過程中，標定也同樣面臨一些困難，包括以下方面，

1.復雜性增加：

新能源汽車和自動駕駛系統(tǒng)的復雜性比傳統(tǒng)汽車更高，涉及到多個子系統(tǒng)、傳感器和算法的集成。解決方案是建立全面的標定策略和流程，確保各個子系統(tǒng)和組件的相互配合和最佳性能。

2.大規(guī)模數(shù)據處理

新能源汽車和自動駕駛系統(tǒng)產生的數(shù)據量巨大，包括傳感器數(shù)據、高精度地圖數(shù)據、車輛狀態(tài)數(shù)據等。處理這些大規(guī)模數(shù)據需要強大的計算和存儲能力，解決方案是采用高性能的計算平臺和云計算技術，以加快數(shù)據處理和分析的速度。

3.多樣化的工況和環(huán)境：

新能源汽車和自動駕駛系統(tǒng)在不同的工況和環(huán)境下工作，如不同的天氣條件、路面狀況、交通情況等。解決方案是進行大量的實地測試和仿真，在各種工況和環(huán)境下收集數(shù)據，并進行標定和優(yōu)化，以確保系統(tǒng)在各種條件下的穩(wěn)定性和可靠性。

4.安全性和可靠性要求：

新能源汽車和自動駕駛系統(tǒng)對安全性和可靠性要求非常高，任何錯誤或不準確的標定都可能導致嚴重的后果。解決方案是建立完善的安全測試和驗證流程，包括模擬測試、實地測試和驗證，以確保系統(tǒng)在各種情況下的安全性和可靠性。

5.快速迭代和更新：

新能源汽車和自動駕駛技術發(fā)展迅速，要求標定工作能夠快速適應新的技術和算法。解決方案是建立靈活的標定流程和工具鏈，以便快速調整參數(shù)和算法，實現(xiàn)快速迭代和更新。

總體而言，面對新能源汽車和自動駕駛的發(fā)展，標定困難的解決方案主要包括建立全面的標定策略和流程、采用高性能計算平臺和云計算技術、進行大規(guī)模數(shù)據處理和分析、進行多樣化的實地測試和仿真、建立完善的安全測試和驗證流程，以及建立靈活的標定流程和工具鏈。

回灌的驗證過程同樣重要，在汽車標定數(shù)據回灌的過程中，存在的一些常見的痛點和挑戰(zhàn)有：

1.數(shù)據質量和一致性：回灌過程中使用的數(shù)據質量和一致性是一個關鍵問題。確?；毓嗟臄?shù)據準確、完整且一致，對于正確的標定和系統(tǒng)優(yōu)化至關重要。數(shù)據采集設備和方法的選擇、數(shù)據處理和校正的準確性都會對數(shù)據質量產生影響。

2.數(shù)據處理和存儲容量：汽車系統(tǒng)產生的數(shù)據量龐大，需要進行有效的數(shù)據處理和存儲。處理和分析大量的回灌數(shù)據可能需要高性能的計算和存儲設備，以確保數(shù)據的及時性和準確性。同時，需要考慮數(shù)據存儲的可靠性和安全性。

3.數(shù)據回灌時機和頻率：確定數(shù)據回灌的時機和頻率是一個重要的問題。過于頻繁的回灌可能會對系統(tǒng)的性能產生負面影響，而過于稀疏的回灌可能無法捕捉到系統(tǒng)的動態(tài)特性。因此，需要合理選擇回灌的時機和頻率，以平衡系統(tǒng)性能和數(shù)據采集的成本。

4.標定和回灌的自動化：標定和數(shù)據回灌過程通常需要手動操作和人工干預，這可能導致效率低下和錯誤的風險。實現(xiàn)標定和回灌的自動化是一個挑戰(zhàn)，需要開發(fā)相應的算法和工具，以減少人工操作和提高效率。

四

數(shù)據采集、標定與回灌優(yōu)秀解決方案與產品介紹

前文已充分介紹了隨著新能源汽車和自動駕駛技術的發(fā)展，當前汽車數(shù)據采集、標定與回灌行業(yè)面臨一些新的痛點和挑戰(zhàn)，下面著重介紹下針對這些困難而涌現(xiàn)出的解決方案與產品：

1.標定軟件的產生：

隨著標定工作的日趨復雜，為提高汽車開發(fā)效率，有許多專門設計的標定軟件可用于新能源汽車和自動駕駛系統(tǒng)的參數(shù)調整和優(yōu)化。這些軟件提供直觀的用戶界面，允許工程師輕松配置和調整系統(tǒng)參數(shù)，同時提供實時數(shù)據監(jiān)測和可視化，以幫助分析和評估標定效果，諸如ETAS公司的INCA、INCA FLOW與VECTOR的CANape等，下面以INCA為例對當前先進的標定工具進行展開介紹。

ETAS INCA：

ETAS INCA是ETAS公司旗下一款汽車標定測量診斷工具，支持各種汽車控制單元的參數(shù)調整和優(yōu)化，具備強大的功能與優(yōu)秀的易用性、兼容性，能夠極大地提高標定效率，被廣泛應用在各主機廠、Tier1的ECU項目開發(fā)過程中。目前全球有超過5萬名用戶在日常工作中使用。INCA不僅可以應用在傳統(tǒng)的發(fā)動機電控開發(fā)領域，也可以應用在新能源整車、電機電池控制和處理器標定領域，并且在新的版本中增加了專門針對新能源車的功能。

INCA基礎軟件和各種插件

INCA性能特征

?集成數(shù)據監(jiān)控/記錄及標定更改等功能于一體，是集成化的標定開發(fā)工具；

?支持CAN通訊及CCP協(xié)議；

?可靈活定義所需監(jiān)控及記錄的參數(shù)；

?可靈活制作工作界面支持Copy&paste功能；

?支持很多專用數(shù)據采集設備，如ES590等，使用靈活；

?標定文件的比較/切換等功能，輸入輸出不同格式的標定數(shù)據等功能；

?標定參數(shù)的查找/更改/圖形化功能；

?可按標定功能定制標定參數(shù)模塊；

?可整體輸入/輸出不同配置的工程文件，利于團體協(xié)作；

?數(shù)據回放及數(shù)據后處理功能；

INCA界面展示及名詞簡介

?DBC為CAN的數(shù)據庫文件；

?Experiment文件是各類數(shù)據的記錄/顯示配置，是一個預先設置好的窗口，里邊包含為實現(xiàn)測量和標定任務所需要的變量和匹配值；

?Project,即項目包含了所有的匹配值和數(shù)據，這些匹配值和數(shù)據反映了一定版本的代碼和匹配值。項目包含兩個文件.a2l和.hex(或.s19)；

?A2L文件，變量地址文件（變量名+地址），用來描述測量變量和標定參數(shù)；

?Hex文件，包含了由數(shù)據和代碼組成的ECU控制程序，可以直接下載到ECU中運行；

?硬件配置，可以選擇硬件設備及硬件參數(shù)

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2.數(shù)據采集系統(tǒng)：

數(shù)據采集系統(tǒng)用于收集車輛和環(huán)境數(shù)據，以支持標定過程。這些系統(tǒng)通常包括傳感器、數(shù)據記錄設備和相關軟件。工程師可以使用這些系統(tǒng)采集車輛傳感器數(shù)據、高精度地圖數(shù)據等，并將其用于標定和驗證過程中的仿真和實驗室測試。為解決待采信號種類多、數(shù)據量大、占用算力等問題，數(shù)據采集系統(tǒng)也進行了升級，下面對當前使用較廣泛的ETAS數(shù)采產品做簡要介紹。

ETK/FETK/XETK

ETK產品家族是一系列安裝在ECU里面或外面的小型的、可靠的、高性能的硬件設備，使得軟件開發(fā)和標定工程師可以直接訪問ECU來控制

使用ETK的優(yōu)勢:

?開發(fā)軟件與產品軟件結合緊密，可與標定軟件INCA?等協(xié)同使用，提高標定效率

?ETK具有非常高的運行時效性?

?一個接口可以在整個開發(fā)周期中使用

?ETK速度和數(shù)據吞吐量遠超XCP，可解決海量數(shù)據采集傳輸速率跟不上及占用ECU算力等問題

?ETK幫助工程師減少開發(fā)和標定的工作時間和工作量

ECU和總線接口模塊：

多信號多系列可解決待采設備多樣化、通訊信號多樣化與通訊協(xié)議多樣化的問題，提高數(shù)據采集效率。

3.數(shù)據回灌系統(tǒng)：

將采集到的實際車輛數(shù)據通過算法處理，再次注入到自動駕駛系統(tǒng)中進行仿真和測試，對算法進行驗證，或一些場景、狀態(tài)的再現(xiàn)對開發(fā)同樣重要：通過數(shù)據回灌，可以重現(xiàn)實際駕駛場景和情況，并對自動駕駛系統(tǒng)的性能和算法進行評估和驗證?；毓嗟臄?shù)據可以包括傳感器數(shù)據、車輛狀態(tài)信息和駕駛行為數(shù)據等，數(shù)據量龐大且復雜，回灌驗證的難度比采集的難度更大。因此，強大的數(shù)據回灌軟件是開發(fā)過程中必不可少的重要工具。

下面，以ETAS的ADAS數(shù)據回灌解決方案為例，對數(shù)據回灌做實際解決方案的解讀。

上圖為ETAS基于PC的高性能回灌解決方案，具有可擴展性和高帶寬的特性。為應對ADAS相關傳感器數(shù)量不斷增加的場景，該回灌系統(tǒng)可支持多達16個攝像頭、12個雷達和4個激光雷達的輸入，以及多總線接口（以太網、CAN、FlexRay）的同步采集和回灌，基于記錄的數(shù)據，回放定義的場景，來執(zhí)行批量測試。這種解決方案可通過使用車輛采集回的數(shù)據，回灌到ADAS ECU上，用以驗證逐次修改迭代的ADAS算法。

ETAS數(shù)據回灌解決方案解決了在實際開發(fā)中，ADAS軟件的發(fā)布和回歸測試需要采集成百上千的車輛行駛里程的題，提高了虛擬測試系統(tǒng)、硬件開環(huán)（HoL）系統(tǒng)執(zhí)行發(fā)布和回歸測試效率，也解決了在車輛上進行特定的邊緣案例測試非常耗時且昂貴的問題。

五

數(shù)據采集與標定未來展望

數(shù)據采集、標定和數(shù)據回灌在汽車行業(yè)中扮演著越來越重要的角色，并且在未來將繼續(xù)發(fā)展和演進。

以下是數(shù)據采集、標定和數(shù)據回灌的一些未來展望：

1.數(shù)據采集的多樣化：

隨著汽車技術的發(fā)展，數(shù)據采集的多樣性將成為一個重要趨勢。除了傳統(tǒng)的車輛傳感器數(shù)據，還會涉及到更多的外部數(shù)據源，如車聯(lián)網數(shù)據、高精度地圖數(shù)據、交通數(shù)據等。這將為標定工作提供更豐富和全面的數(shù)據來源，以更好地優(yōu)化和調整車輛性能和行為，甚至可用于優(yōu)化交通流，解決交通擁堵等方面。

2.自動化標定：

隨著自動駕駛技術的成熟，自動化標定將成為一個重要的發(fā)展方向。自動化標定利用機器學習和人工智能等技術，通過對大量數(shù)據的分析和模型訓練，實現(xiàn)自動調整和優(yōu)化車輛參數(shù)。這將大大減少人工干預和時間成本，并提高標定的精度和效率。

3.實時標定和在線更新：

隨著車輛變得越來越智能化和互聯(lián)化，實時標定和在線更新將變得更加重要。車輛可以通過與云端系統(tǒng)的連接，實時獲取最新的標定參數(shù)和優(yōu)化策略，以適應不同的駕駛環(huán)境和路況。這將使車輛具備更高的自適應性和性能，并能夠快速應對不斷變化的需求和挑戰(zhàn)。

4.數(shù)據隱私和安全：

隨著數(shù)據采集的增加，數(shù)據隱私和安全問題也將變得更加重要。采集的數(shù)據可能涉及用戶的隱私信息，因此需要采取相應的安全措施，確保數(shù)據的安全傳輸、存儲和使用。同時，標定過程中的數(shù)據安全也需要得到保障，以防止數(shù)據被篡改或惡意使用。

5.標定標準和規(guī)范：

隨著數(shù)據采集和標定的普及，標定標準和規(guī)范的制定將成為一個重要的發(fā)展方向。制定統(tǒng)一的標定標準和規(guī)范，有助于確保標定的一致性和可比性，提高整個行業(yè)的效率和質量水平。這將促進數(shù)據共享和合作，推動標定技術的進一步發(fā)展。

6.回灌數(shù)據智能化和自適應性：

數(shù)據回灌將成為實現(xiàn)智能化和自適應性的重要手段。通過將實際運行數(shù)據回灌到車輛系統(tǒng)中，系統(tǒng)可以不斷學習和優(yōu)化，適應不同的駕駛環(huán)境和駕駛者行為，提供更加智能和個性化的駕駛體驗。

7.回灌實現(xiàn)個性化駕駛體驗：

通過數(shù)據回灌，車輛可以根據駕駛者的個性化偏好和習慣進行優(yōu)化。例如，根據駕駛者的駕駛風格和喜好，車輛可以調整座椅、音響系統(tǒng)等各種設置，提供更加舒適和個性化的駕駛體驗。

8.回灌實現(xiàn)系統(tǒng)優(yōu)化和故障診斷：

通過數(shù)據回灌，車輛制造商和技術提供商可以分析和評估車輛系統(tǒng)的性能，并發(fā)現(xiàn)潛在的問題和故障。這將幫助改進系統(tǒng)設計和開發(fā)，并提供更有效的故障診斷和維護策略，提高車輛的可靠性和可維護性。

編輯：黃飛

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