虛擬仿真技術(shù)助力自動(dòng)駕駛測試降本增效，加速智能汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展

多方跨界入局智能汽車，推動(dòng)自動(dòng)駕駛快速發(fā)展?？v觀各大車企的推進(jìn)節(jié)奏，寶馬、特斯拉、大眾、福特、一汽、上汽、蔚來等，均已計(jì)劃自2021年開始布局L3及以上高階自動(dòng)駕駛，L3級自動(dòng)駕駛升級的元年已經(jīng)到來。

OEM、tier 1、測試測量公司等生態(tài)圈廠商布局逐漸完善，在EEVIA第九屆年度中國電子ICT媒體論壇暨2021產(chǎn)業(yè)和技術(shù)展望研討會上，NI資深汽車行業(yè)客戶經(jīng)理郭堉深入分析了自動(dòng)駕駛測試的挑戰(zhàn)，并解釋了NI如何憑借多年在汽車測試領(lǐng)域的積累及“一個(gè)平臺戰(zhàn)略”構(gòu)建自動(dòng)駕駛測試閉環(huán)。

NI資深汽車行業(yè)客戶經(jīng)理郭堉 

自動(dòng)駕駛的發(fā)展趨勢對測試提出的四大挑戰(zhàn)

隨著自動(dòng)駕駛邁進(jìn)更高階等級，自動(dòng)駕駛平臺將接替人的大腦進(jìn)行駕駛決策，對算法和AI的能力要求明顯提升，通過不斷優(yōu)化ADAS的算法，更好地識別目標(biāo)物，從而提升自動(dòng)駕駛汽車的安全性。自動(dòng)駕駛產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢不僅于此，為應(yīng)對海量數(shù)據(jù)處理的需求，電子電氣結(jié)構(gòu)也在發(fā)生變化，從原來的傳感器都有ECU，到后續(xù)都用中央域控制器進(jìn)行處理。而“軟件定義汽車”理念的普及，意味著軟件將深度參與到汽車開發(fā)驗(yàn)證中。此外，當(dāng)前的現(xiàn)狀是，自動(dòng)駕駛相關(guān)法規(guī)不完善，各家廠商的場景庫也不夠完善。

自動(dòng)駕駛產(chǎn)業(yè)的這些趨勢對汽車測試的影響體現(xiàn)在四個(gè)方面：

第一，   由于被測件數(shù)量及集成度的增加，測試復(fù)雜度隨之增加。

第二，   隨著毫米波、5G等新技術(shù)的不斷引入，傳感器數(shù)量的不斷增加，對測試系統(tǒng)的開放性和靈活性有更高的要求。

第三，   市場迭代加快，測試時(shí)間被壓縮。

第四，   隨著整車功能的不斷完善，系統(tǒng)復(fù)雜度越來越高，測試復(fù)雜度及成本隨之增加，但整車價(jià)格卻不斷下降，倒逼整車廠和tier 1改變傳統(tǒng)的測試策略以達(dá)到預(yù)期的盈利目標(biāo)。

下圖是行業(yè)通用的汽車V字型開發(fā)流程，郭堉分析道，越靠近右邊即產(chǎn)品階段的測試，測試成本越高。以前的測試策略是把更多精力投入到右邊的測試環(huán)節(jié)，但是隨著自動(dòng)駕駛等級向更高級別邁進(jìn)，隨之出現(xiàn)的軟件定義汽車、多傳感器融合等技術(shù)提高了系統(tǒng)的復(fù)雜度，均促進(jìn)研發(fā)者改變測試策略，更需要的是測試重心向左移，在設(shè)計(jì)研發(fā)的初始階段比如軟件階段就需要進(jìn)行大量的測試。

汽車V字型開發(fā)流程

左邊是設(shè)計(jì)階段，右邊是測試階段

monoDrive助力搭建仿真測試階梯，為自動(dòng)駕駛測試降本增效

自動(dòng)駕駛測試大致可以分為三大部分：道路信息、傳感器數(shù)據(jù)采集；數(shù)字孿生與仿真測試；硬件在環(huán)HIL。

ADAS測試流程

（一）道路數(shù)據(jù)采集的關(guān)鍵在于同步

ADAS測試工程師需要在路測期間記錄原始傳感器數(shù)據(jù)，以驗(yàn)證傳感器功能并訓(xùn)練在ECU上運(yùn)行的自動(dòng)駕駛汽車算法。為了保證行車安全，汽車上集成了越來越多的傳感器，導(dǎo)致汽車上的數(shù)據(jù)傳輸速率和數(shù)據(jù)記錄量呈指數(shù)級增長，記錄這些巨量數(shù)據(jù)需要進(jìn)行精確的同步，這樣再回放的時(shí)候才能讓ECU得到跟真實(shí)世界完全相同的數(shù)據(jù)情況，從而便于驗(yàn)證決策的準(zhǔn)確性。

汽車中集成的傳感器

不同顏色的原點(diǎn)代表不同的傳感器，扇形代表對應(yīng)傳感器的視角

郭堉表示：“提高數(shù)據(jù)記錄質(zhì)量是降低整個(gè)測試成本的關(guān)鍵抓手，NI推出了基于PXI平臺的ADAS數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)（ADAS record system），PXI的機(jī)箱背板上有一條非常精確的同步總線，可以實(shí)現(xiàn)各個(gè)儀器間的精確同步。NI的ADAS數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)能解決兩大問題：一是不斷增多的傳感器帶來的高帶寬要求，二是不同傳感器之間的精確同步?！?/p>

NI ADAS數(shù)據(jù)記錄系統(tǒng)

 （二）虛擬仿真測試成潮流，用數(shù)字孿生重構(gòu)一個(gè)高保真度的場景

自動(dòng)駕駛領(lǐng)域的領(lǐng)先公司W(wǎng)aymo每天要做2000萬英里的虛擬測試，至今為止，總共做了超過150億英里的測試，但是在真實(shí)道路上的路測只有2000萬英里。通過數(shù)據(jù)對比可以看出，虛擬測試占比高達(dá)約99.9%。

虛擬仿真測試能夠有效對危險(xiǎn)或不常見的駕駛場景進(jìn)行測試，由于本身的靈活性優(yōu)勢，使虛擬測試在自動(dòng)駕駛技術(shù)開發(fā)中發(fā)揮著重要作用。正如郭堉所說，仿真測試將成為自動(dòng)駕駛測試的新趨勢。

數(shù)字孿生技術(shù)是建立虛擬場景庫的利器，數(shù)字孿生指的是把真實(shí)的場景一比一的放在虛擬環(huán)境中，生成一個(gè)孿生系統(tǒng)。NI 近期收購了自動(dòng)駕駛汽車開發(fā)的超高保真仿真軟件的領(lǐng)導(dǎo)者monoDrive，利用monoDrive工具進(jìn)行數(shù)字孿生，重構(gòu)一個(gè)高保真度的場景。monoDrive可以把真實(shí)駕駛環(huán)境中的樹葉、欄桿、地面上的標(biāo)志圖形完整地復(fù)現(xiàn)出來，甚至包括天氣和路面積水情況，還原度非常高。

郭堉指出：“對于車輛在實(shí)際道路上錄制的所有場景數(shù)據(jù)，我們可以通過monoDrive的Real-to-Virtual技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)重構(gòu)和孿生。我們需要這樣一個(gè)套件，快速地創(chuàng)建駕駛場景，這樣才可以快速地迭代ADAS的算法。”

利用monoDrive工具進(jìn)行數(shù)據(jù)重構(gòu)與孿生

 （三）硬件在環(huán)HIL進(jìn)一步加持

硬件在環(huán)HIL仿真技術(shù)可以使用NI PXI實(shí)時(shí)控制器運(yùn)行仿真模型來模擬受控對象的運(yùn)行狀態(tài)，配合NI FPGA模塊可適應(yīng)更高動(dòng)態(tài)特性及更高精度的模型應(yīng)用需求。NI硬件在環(huán)測試平臺具有開放的軟硬件技術(shù)架構(gòu)，可以減少工程師的開發(fā)時(shí)間、成本和風(fēng)險(xiǎn)。

自動(dòng)駕駛測試道路場景可總結(jié)為：純仿真的實(shí)驗(yàn)、通過錄制下來的數(shù)據(jù)進(jìn)行開環(huán)的回放、硬件在環(huán)的仿真、道路測試。這些都可以用基于PXI的統(tǒng)一測試平臺戰(zhàn)略來應(yīng)對，該方案的優(yōu)勢在于基于PXI總線的解決方案，可以同時(shí)模擬不同類型的傳感器信號，增加I/O的覆蓋范圍。NI統(tǒng)一的平臺化方案將大大提高自動(dòng)駕駛測試迭代的速度和降低升級換代成本。

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