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(chē)產(chǎn)業(yè)發(fā)展

多方跨界入局智能汽車(chē)，推動(dòng)自動(dòng)駕駛快速發(fā)展?？v觀(guān)各大車(chē)企的推進(jìn)節奏，寶馬、特斯拉、大眾、福特、一汽、上汽、蔚來(lái)等，均已計劃自2021年開(kāi)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(lái)。

OEM、tier 1、測試測量公司等生態(tài)圈廠(chǎng)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(huì )上，NI資深汽車(chē)行業(yè)客戶(hù)經(jīng)理郭堉深入分析了自動(dòng)駕駛測試的挑戰，并解釋了NI如何憑借多年在汽車(chē)測試領(lǐng)域的積累及“一個(gè)平臺戰略”構建自動(dòng)駕駛測試閉環(huán)。

NI資深汽車(chē)行業(yè)客戶(hù)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

隨著(zhù)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(guò)不斷優(yōu)化ADAS的算法，更好地識別目標物，從而提升自動(dòng)駕駛汽車(chē)的安全性。自動(dòng)駕駛產(chǎn)業(yè)的發(fā)展趨勢不僅于此，為應對海量數據處理的需求，電子電氣結構也在發(fā)生變化，從原來(lái)的傳感器都有ECU，到后續都用中央域控制器進(jìn)行處理。而“軟件定義汽車(chē)”理念的普及，意味著(zhù)軟件將深度參與到汽車(chē)開(kāi)發(fā)驗證中。此外，當前的現狀是，自動(dòng)駕駛相關(guān)法規不完善，各家廠(chǎng)商的場(chǎng)景庫也不夠完善。

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

第一，由于被測件數量及集成度的增加，測試復雜度隨之增加。

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

第三，市場(chǎng)迭代加快，測試時(shí)間被壓縮。

第四，   隨著(zhù)整車(chē)功能的不斷完善，系統復雜度越來(lái)越高，測試復雜度及成本隨之增加，但整車(chē)價(jià)格卻不斷下降，倒逼整車(chē)廠(chǎng)和tier 1改變傳統的測試策略以達到預期的盈利目標。

下圖是行業(yè)通用的汽車(chē)V字型開(kāi)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，但是隨著(zhù)自動(dòng)駕駛等級向更高級別邁進(jìn)，隨之出現的軟件定義汽車(chē)、多傳感器融合等技術(shù)提高了系統的復雜度，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，在設計研發(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(chē)V字型開(kāi)發(fā)流程 左邊是設計階段，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、傳感器數據采集；數字孿生與仿真測試；硬件在環(huán)HIL。

ADAS測試流程

（一）道路數據采集的關(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據，以驗證傳感器功能并訓練在ECU上運行的自動(dòng)駕駛汽車(chē)算法。為了保證行車(chē)安全，汽車(chē)上集成了越來(lái)越多的傳感器，導致汽車(chē)上的數據傳輸速率和數據記錄量呈指數級增長(cháng)，記錄這些巨量數據需要進(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)世界完全相同的數據情況，從而便于驗證決策的準確性。

汽車(chē)中集成的傳感器

不同顏色的原點(diǎn)代表不同的傳感器，扇形代表對應傳感器的視角

郭堉表示：“提高數據記錄質(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數據記錄系統（ADAS record system），PXI的機箱背板上有一條非常精確的同步總線(xiàn)，可以實(shí)現各個(gè)儀器間的精確同步。NI的ADAS數據記錄系統能解決兩大問(wèn)題：一是不斷增多的傳感器帶來(lái)的高帶寬要求，二是不同傳感器之間的精確同步?！?/p>

NI ADAS數據記錄系統

（二）虛擬仿真測試成潮流，用數字孿生重構一個(gè)高保真度的場(chǎng)景

自動(dòng)駕駛領(lǐng)域的領(lǐng)先公司W(wǎng)aymo每天要做2000萬(wàn)英里的虛擬測試，至今為止，總共做了超過(guò)150億英里的測試，但是在真實(shí)道路上的路測只有2000萬(wàn)英里。通過(guò)數據對比可以看出，虛擬測試占比高達約99.9%。

虛擬仿真測試能夠有效對危險或不常見(jiàn)的駕駛場(chǎng)景進(jìn)行測試，由于本身的靈活性?xún)?yōu)勢，使虛擬測試在自動(dòng)駕駛技術(shù)開(kāi)發(fā)中發(fā)揮著(zhù)重要作用。正如郭堉所說(shuō)，仿真測試將成為自動(dòng)駕駛測試的新趨勢。

數字孿生技術(shù)是建立虛擬場(chǎng)景庫的利器，數字孿生指的是把真實(shí)的場(chǎng)景一比一的放在虛擬環(huán)境中，生成一個(gè)孿生系統。NI 近期收購了自動(dòng)駕駛汽車(chē)開(kāi)發(fā)的超高保真仿真軟件的領(lǐng)導者monoDrive，利用monoDrive工具進(jìn)行數字孿生，重構一個(gè)高保真度的場(chǎng)景。monoDrive可以把真實(shí)駕駛環(huán)境中的樹(shù)葉、欄桿、地面上的標志圖形完整地復現出來(lái)，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(chē)輛在實(shí)際道路上錄制的所有場(chǎng)景數據，我們可以通過(guò)monoDrive的Real-to-Virtual技術(shù)進(jìn)行數據重構和孿生。我們需要這樣一個(gè)套件，快速地創(chuàng )建駕駛場(chǎng)景，這樣才可以快速地迭代ADAS的算法?！?/p>

利用monoDrive工具進(jìn)行數據重構與孿生

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

自動(dòng)駕駛測試道路場(chǎng)景可總結為：純仿真的實(shí)驗、通過(guò)錄制下來(lái)的數據進(jìn)行開(kāi)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的統一測試平臺戰略來(lái)應對，該方案的優(yōu)勢在于基于PXI總線(xiàn)的解決方案，可以同時(shí)模擬不同類(lèi)型的傳感器信號，增加I/O的覆蓋范圍。NI統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。