手把手教你学AUTOSAR(15.5)--基于AUTOSAR的自动驾驶交通标志识别系统(TSR)
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项目实例:基于AUTOSAR的自动驾驶交通标志识别系统(TSR)
项目背景
项目目标
技术选型
项目实施步骤
1. 系统需求分析
2. 系统架构设计
3. 模块开发
4. 系统集成
5. 测试与验证
示例代码
交通标志检测模块
交通标志识别模块
车辆行为调整模块
总结
基于AUTOSAR的自动驾驶系统开发项目实例。这次我们将重点放在一个具体的子系统——自动驾驶的交通标志识别系统(Traffic Sign Recognition, TSR)。这个系统通过摄像头检测并识别道路上的交通标志,然后根据识别结果调整车辆的行为,如减速、停车等。
项目实例:基于AUTOSAR的自动驾驶交通标志识别系统(TSR)
项目背景
交通标志识别系统(TSR)是自动驾驶技术中的一个重要功能,它通过摄像头检测并识别道路上的交通标志,然后根据识别结果调整车辆的行为,如减速、停车等。本项目的目标是使用AUTOSAR框架设计和开发一个交通标志识别系统,确保车辆在行驶过程中能够及时响应交通标志,提高驾驶安全性和合规性。
项目目标
- 交通标志检测 :通过摄像头检测道路上的交通标志。
- 交通标志识别 :识别交通标志的类型和内容。
- 车辆行为调整 :根据识别结果调整车辆的行为,如减速、停车等。
- 用户界面 :提供人机交互界面,显示交通标志识别结果和警告信息。
- 标准化开发 :遵循AUTOSAR标准,实现模块化和可重用的设计。
- 性能优化 :确保系统的实时性和可靠性。
技术选型
- 开发工具 :MATLAB/Simulink、Vector CANoe、ETAS ASCET
- AUTOSAR工具 :EB tresos、Vector DaVinci Developer
- 硬件平台 :汽车ECU(Electronic Control Unit)
- 操作系统 :AUTOSAR OS
- 通信协议 :CAN、LIN、FlexRay、Ethernet
项目实施步骤
1. 系统需求分析
需求 :
- 交通标志检测 :通过摄像头检测道路上的交通标志。
- 交通标志识别 :识别交通标志的类型和内容。
- 车辆行为调整 :根据识别结果调整车辆的行为,如减速、停车等。
- 用户界面 :提供人机交互界面,显示交通标志识别结果和警告信息。
- 安全机制 :实现故障检测和安全降级机制。
2. 系统架构设计
模块划分 :
- 交通标志检测模块 :负责处理摄像头数据,检测道路上的交通标志。
- 交通标志识别模块 :负责识别交通标志的类型和内容。
- 车辆行为调整模块 :负责根据识别结果调整车辆的行为。
- 用户界面模块 :负责人机交互,显示交通标志识别结果和警告信息。
- 通信模块 :负责与其他ECU的通信,如获取车辆状态信息。
AUTOSAR组件 :
- 软件组件(SWC) :每个模块对应一个或多个SWC。
- 运行实体(RTE) :实现SWC之间的通信。
- ECU抽象层(ECU Abstraction Layer) :提供硬件访问接口。
- 微控制器抽象层(MCAL) :提供底层硬件驱动。
3. 模块开发
交通标志检测模块 :
- SWC :TrafficSignDetection_SWC
- 功能 :
- 摄像头处理 :处理摄像头数据,检测道路上的交通标志。
- 预处理 :对摄像头数据进行预处理,如灰度化、去噪等。
- 实现 :
- 使用计算机视觉库(如OpenCV)处理摄像头数据。
- 使用图像处理算法(如边缘检测、轮廓提取)检测交通标志。
- 通过AUTOSAR RTE接口与交通标志识别模块通信。
交通标志识别模块 :
- SWC :TrafficSignRecognition_SWC
- 功能 :
- 特征提取 :提取交通标志的特征。
- 分类识别 :识别交通标志的类型和内容。
- 实现 :
- 使用机器学习算法(如SVM、CNN)进行交通标志分类。
- 通过AUTOSAR RTE接口与车辆行为调整模块通信。
车辆行为调整模块 :
- SWC :VehicleBehaviorAdjustment_SWC
- 功能 :
- 行为决策 :根据识别结果决定车辆的行为,如减速、停车等。
- 控制命令生成 :生成相应的控制命令,如发送给制动系统或转向系统。
- 实现 :
- 使用决策树或规则引擎进行行为决策。
- 通过AUTOSAR RTE接口与交通标志识别模块通信。
用户界面模块 :
- SWC :UI_SWC
- 功能 :
- 状态显示 :显示交通标志识别结果和警告信息。
- 用户交互 :提供触摸屏和语音交互界面。
- 实现 :
- 使用图形用户界面库(如Qt for Automotive)。
- 通过AUTOSAR RTE接口与交通标志检测模块、交通标志识别模块和车辆行为调整模块通信。
通信模块 :
- SWC :Communication_SWC
- 功能 :
- CAN通信 :与其他ECU通信,获取车辆状态信息。
- Ethernet通信 :连接互联网,获取地图和交通信息。
- 实现 :
- 使用AUTOSAR通信栈(如CAN Stack、Ethernet Stack)。
4. 系统集成
步骤 :
- 软件集成 :使用AUTOSAR工具(如EB tresos、Vector DaVinci Developer)将各个模块的软件集成到一个完整的系统中。
- 硬件集成 :将各个ECU集成到车辆中,确保它们之间的物理连接和通信。
- 配置管理 :使用AUTOSAR配置管理工具(如Vector CANoe)进行系统配置和管理。
- 测试验证 :进行全面的系统测试,验证系统的功能和性能。
5. 测试与验证
测试内容 :
- 功能测试 :验证交通标志检测、交通标志识别和车辆行为调整功能是否正常工作。
- 性能测试 :评估系统的实时性和能效。
- 兼容性测试 :验证系统与其他ECU的兼容性。
- 安全性测试 :评估系统的安全性和可靠性。
测试工具 :
- 功能测试工具 :使用AUTOSAR测试工具(如Vector CANoe)进行功能测试。
- 性能测试工具 :使用性能测试工具(如Profiling Tools)评估系统性能。
- 兼容性测试工具 :使用兼容性测试工具(如ISO 11898-1)验证通信协议的兼容性。
- 安全性测试工具 :使用安全性测试工具(如Penetration Testing Tools)评估系统安全性。
示例代码
以下是部分模块的MATLAB代码示例:
交通标志检测模块
matlab
深色版本
% 创建SWC
trafficSignDetection_SWC = createSWC('TrafficSignDetection_SWC');
% 添加端口
addPort(trafficSignDetection_SWC, 'CameraData', 'in');
addPort(trafficSignDetection_SWC, 'DetectedSigns', 'out');
% 添加行为
addBehavior(trafficSignDetection_SWC, 'onCameraData', 'detectTrafficSigns');
% 实现行为
function detectTrafficSigns(cameraData)
% 处理摄像头数据,检测道路上的交通标志
fprintf('Detecting traffic signs...\n');
detectedSigns = processImage(cameraData);
sendToPort(trafficSignDetection_SWC, 'DetectedSigns', detectedSigns);
end
% 辅助函数:处理摄像头数据
function signs = processImage(cameraData)
% 使用OpenCV处理摄像头数据
image = cameraData.Image;
grayImage = rgb2gray(image);
edges = edge(grayImage, 'Canny');
contours = findContours(edges);
signs = [];
for i = 1:length(contours)
sign = extractSign(contours(i), image);
if isTrafficSign(sign)
signs = [signs; sign];
end
end
end
% 辅助函数:提取交通标志
function sign = extractSign(contour, image)
% 提取交通标志区域
boundingBox = boundingRect(contour);
sign = image(boundingBox.y:boundingBox.y+boundingBox.height, boundingBox.x:boundingBox.x+boundingBox.width);
end
% 辅助函数:判断是否为交通标志
function isSign = isTrafficSign(sign)
% 使用特征匹配或模板匹配判断是否为交通标志
isSign = false;
% 示例:假设有一个已知的交通标志模板
template = loadTrafficSignTemplate();
matchScore = matchTemplate(sign, template);
if matchScore > threshold
isSign = true;
end
end
交通标志识别模块
matlab
深色版本
% 创建SWC
trafficSignRecognition_SWC = createSWC('TrafficSignRecognition_SWC');
% 添加端口
addPort(trafficSignRecognition_SWC, 'DetectedSigns', 'in');
addPort(trafficSignRecognition_SWC, 'RecognizedSigns', 'out');
% 添加行为
addBehavior(trafficSignRecognition_SWC, 'onDetectedSigns', 'recognizeTrafficSigns');
% 实现行为
function recognizeTrafficSigns(detectedSigns)
% 识别交通标志的类型和内容
fprintf('Recognizing traffic signs...\n');
recognizedSigns = classifyTrafficSigns(detectedSigns);
sendToPort(trafficSignRecognition_SWC, 'RecognizedSigns', recognizedSigns);
end
% 辅助函数:分类识别交通标志
function signs = classifyTrafficSigns(detectedSigns)
% 使用机器学习算法(如SVM、CNN)进行交通标志分类
signs = [];
for i = 1:length(detectedSigns)
sign = detectedSigns(i);
features = extractFeatures(sign);
classification = classify(features);
signs = [signs; struct('Image', sign, 'Type', classification)];
end
end
% 辅助函数:提取特征
function features = extractFeatures(sign)
% 提取交通标志的特征
features = [];
% 示例:使用HOG特征
hogFeatures = hog(sign);
features = [features; hogFeatures];
end
% 辅助函数:分类
function type = classify(features)
% 使用训练好的模型进行分类
model = loadTrafficSignModel();
type = predict(model, features);
end
车辆行为调整模块
matlab
深色版本
% 创建SWC
vehicleBehaviorAdjustment_SWC = createSWC('VehicleBehaviorAdjustment_SWC');
% 添加端口
addPort(vehicleBehaviorAdjustment_SWC, 'RecognizedSigns', 'in');
addPort(vehicleBehaviorAdjustment_SWC, 'VehicleState', 'in');
addPort(vehicleBehaviorAdjustment_SWC, 'ControlCommand', 'out');
% 添加行为
addBehavior(vehicleBehaviorAdjustment_SWC, 'onRecognizedSigns', 'adjustVehicleBehavior');
% 实现行为
function adjustVehicleBehavior(recognizedSigns, vehicleState)
% 根据识别结果调整车辆的行为
fprintf('Adjusting vehicle behavior...\n');
controlCommand = generateControlCommand(recognizedSigns, vehicleState);
sendToPort(vehicleBehaviorAdjustment_SWC, 'ControlCommand', controlCommand);
end
% 辅助函数:生成控制命令
function command = generateControlCommand(recognizedSigns, vehicleState)
% 使用决策树或规则引擎进行行为决策
command = [];
for i = 1:length(recognizedSigns)
sign = recognizedSigns(i);
action = decideAction(sign.Type, vehicleState);
command = [command; action];
end
end
% 辅助函数:决定行动
function action = decideAction(signType, vehicleState)
% 根据交通标志类型和车辆状态决定行动
action = [];
switch signType
case 'Stop'
action = struct('Type', 'Brake', 'Strength', 1.0);
case 'SpeedLimit'
speedLimit = getSpeedLimit(signType);
if vehicleState.Speed > speedLimit
action = struct('Type', 'Throttle', 'Strength', 0.5);
end
otherwise
action = struct('Type', 'None', 'Strength', 0.0);
end
end
% 辅助函数:获取速度限制
function speedLimit = getSpeedLimit(signType)
% 获取交通标志的速度限制
speedLimit = 0;
% 示例:假设有一个已知的速度限制表
speedLimitTable = loadSpeedLimitTable();
speedLimit = speedLimitTable(signType);
end
总结
通过上述项目实例,我们成功地使用AUTOSAR框架设计和开发了一个自动驾驶交通标志识别系统(TSR),涵盖了交通标志检测、交通标志识别、车辆行为调整和用户界面等多个方面。这个项目展示了从系统需求分析、架构设计到模块开发和系统集成的完整流程。AUTOSAR的模块化和标准化特性使得系统的开发更加高效和可靠。
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