NI x ZF：引領(lǐng)下一代移動(dòng)出行，采埃孚HIL系統為ADAS驗證保駕護航

為實(shí)現“零”愿景目標，采埃孚重點(diǎn)打造了下一代移動(dòng)出行戰略，通過(guò)專(zhuān)業(yè)知識和產(chǎn)品組合，賦予車(chē)輛全方位感知、決策和執行能力。采埃孚將攝像頭與傳感器系統（雷達或激光雷達）互連，提供360度全景視圖（感知）。這些系統的測試驗證面臨諸多挑戰，采埃孚A(yíng)DAS驗證部門(mén)利用NI產(chǎn)品與服務(wù)來(lái)開(kāi)發(fā)和定制可擴展、靈活且高度網(wǎng)絡(luò )化的HIL測試系統，該系統可用于重復測試ADAS和AD系統的ECU，并節省大量開(kāi)發(fā)時(shí)間。

采埃孚的未來(lái)戰略重點(diǎn)是打造“下一代移動(dòng)出行”

作為全球最大的汽車(chē)一級供應商之一，采埃孚致力于實(shí)現“零”愿景，即零事故、零死亡和零排放。實(shí)現這一目標的主要方法是提高駕駛過(guò)程的安全性、效率和舒適度。

采埃孚的未來(lái)戰略重點(diǎn)是打造“下一代移動(dòng)出行”，即推出切實(shí)可行、經(jīng)濟實(shí)惠的移動(dòng)出行解決方案并囊括電動(dòng)、智能、互聯(lián)、可持續、安全、自動(dòng)駕駛等功能。

圖01采埃孚的下一代移動(dòng)出行。圖片由采埃孚集團提供

采埃孚憑借其專(zhuān)業(yè)知識和產(chǎn)品組合，賦予車(chē)輛全方位的感知、決策和執行能力，在市場(chǎng)上處于領(lǐng)先地位。其企業(yè)座右銘“感知-決策-執行(See-Think-Act)”簡(jiǎn)明扼要地概括了該企業(yè)的發(fā)展主題。例如，采埃孚將攝像頭與傳感器系統（雷達或激光雷達）互連，提供360度全景視圖（感知）。

此外，采埃孚還通過(guò)電子控制單元網(wǎng)絡(luò )或中央高性能計算平臺開(kāi)發(fā)、生成和連接車(chē)輛交換中心的數據（決策）。當然，該公司還連接了驅動(dòng)、底盤(pán)或轉向系統中的機電一體化系統，以創(chuàng )建現代化驅動(dòng)功能（執行）。這不僅增強車(chē)輛安全性，而且還提高了車(chē)輛效率。

ZF Mobility Solutions致力于開(kāi)發(fā)出富有創(chuàng )新性的高質(zhì)量測試系統

ZF Mobility Solutions(ZMS)是采埃孚集團旗下的全資子公司，總部位于德國的因戈爾施塔特。其使命是通過(guò)開(kāi)發(fā)和實(shí)施自主交通系統，提供清潔、高效、舒適且價(jià)格合理的移動(dòng)出行方式。

ZMS測試系統開(kāi)發(fā)部的愿景是開(kāi)發(fā)出富有創(chuàng )新性的高質(zhì)量測試系統，從而滿(mǎn)足復雜的ADAS和AD驗證與確認的特殊需求。該部門(mén)的任務(wù)是為采埃孚集團構建基于HIL的測試系統原型，其中包括可用于串行開(kāi)發(fā)項目的硬件、軟件和流程。

ADAS驗證：將重心從“實(shí)車(chē)里程質(zhì)量”轉變?yōu)椤按窚y的里程質(zhì)量”

ADAS需要在開(kāi)發(fā)的各個(gè)階段進(jìn)行大量驗證。必須在真實(shí)場(chǎng)景中針對高度網(wǎng)絡(luò )化的復雜功能進(jìn)行測試。但是ADAS的安全性應達到何種程度才能上路供消費者使用？實(shí)車(chē)測試需要大量時(shí)間，不但成本高昂，而且有時(shí)提供的信息價(jià)值很有限，尤其是在測試的可重復性方面。雖然仍有必要進(jìn)行實(shí)車(chē)測試，但也迫切需要將其他測試方法納入驗證過(guò)程，將重心從“實(shí)車(chē)里程質(zhì)量”轉變?yōu)椤按窚y的里程質(zhì)量”。

一個(gè)精心制定的驗證策略是成為符合ISO-26262標準或Automotive SPICE (ASPICE)等最先進(jìn)規范和法規的重要支柱。

在開(kāi)發(fā)中使用虛擬現實(shí)(VR)技術(shù)是主流趨勢之一；這有利于在實(shí)際條件下測試早期階段的系統?；?a class="contentlabel" href="http://dyxdggzs.com/news/listbylabel/label/HIL">HIL的開(kāi)環(huán)數據回放和閉環(huán)仿真測試系統特別適用于在目標硬件上驗證ADAS功能以及確定功能性和非功能性關(guān)鍵性能指標(KPI)。

不同測試方法的要求和組合對于保證駕駛員和乘客的安全并最終實(shí)現車(chē)輛的自動(dòng)駕駛至關(guān)重要。NI解決方案可構建有助于制定全面測試策略的測試系統，該策略包括真實(shí)世界的測試和基于VR的測試。

雷達HIL測試系統的5大要求

ADAS對測試系統的開(kāi)發(fā)有很高的要求，開(kāi)發(fā)這些系統時(shí)，重點(diǎn)和需求不再僅僅是高計算能力，而是比以往任何時(shí)候都更注重可擴展性、靈活性和高度網(wǎng)絡(luò )化系統運行的方方面面。待測系統(SUT)是一款采埃孚汽車(chē)級雷達傳感器，適用于自適應巡航控制、防碰撞、碰撞前安全系統或副駕駛功能等典型ADAS應用。隨著(zhù)SUT的復雜性日益增加，開(kāi)發(fā)新測試系統時(shí)必須要從平臺角度出發(fā)。

此類(lèi)測試系統的關(guān)鍵方面包括：

■ 模塊化：核心HIL和附加軟件系統組件的即插即用性

■ 可擴展性：從單個(gè)ADAS ECU驗證到高性能360°AD傳感器數據回放和閉環(huán)虛擬現實(shí)仿真

■ 可靠性：具備最高可用性要求的全天候串行HIL集群運行

■ 兼容性：將新的HIL測試系統集成到與企業(yè)IT基礎設施、現有工具和流程相關(guān)的現有生態(tài)系統中

■ 流暢的可操作性：HIL集群設置，用于遠程訪(fǎng)問(wèn)、操作和維護以及診斷各種連續驗證

一些ADAS ECU會(huì )通過(guò)試驗場(chǎng)和測試車(chē)隊獲取真實(shí)數據記錄，而此類(lèi)ADAS ECU的開(kāi)環(huán)驗證必須在復雜的通信接口上以高數據速率進(jìn)行數據再注入，同時(shí)要求實(shí)現高精度定時(shí)和同步。除記錄雷達數據外，還必須對車(chē)輛剩余總線(xiàn)通信信號進(jìn)行并行再處理，如車(chē)速信號、偏航率或其他狀態(tài)數據。對于雷達數據再注入，HIL測試系統必須提供適當的接口，并通過(guò)高I/O數據速率和邊帶通信對再注入進(jìn)行穩健精確的控制。HIL測試系統軟件平臺和接口的另一關(guān)鍵方面是在全天候運行HIL測試集群的情況下，對HIL測試運行、遠程軟件部署和HIL操作的全自動(dòng)化要求。

基于NI PXI平臺的方法

ZMS與NI合作的主要原因在于高性能的實(shí)時(shí)計算系統以及高精度的定時(shí)和同步功能。 PXI平臺極具吸引力，具有種類(lèi)繁多的接口卡和模塊，例如最新的汽車(chē)總線(xiàn)系統以及模擬和數字I/O卡。

NI的開(kāi)放式軟件平臺還支持在HIL系統開(kāi)發(fā)中生成模塊化和特定應用的軟件，尤其是在使用LabVIEW進(jìn)行實(shí)時(shí)軟件開(kāi)發(fā)以及SystemLink?軟件所涵蓋的系統操作方面。

PXI平臺支持模塊化，可在不需要重新開(kāi)發(fā)的情況下將工作從一個(gè)ADAS項目切換至另一個(gè)項目。這可以通過(guò)為每個(gè)測試用例設置新參數并依賴(lài)核心系統的現有基礎來(lái)實(shí)現，其中核心系統可重復用于為ADAS和AD系統測試功能強大的ECU，同時(shí)節省時(shí)間。此外還提供可擴展性，目前可以測試具有5到10個(gè)總線(xiàn)連接和數據接口的ECU；未來(lái)測試還會(huì )擴展至30個(gè)或更多接口。

完整的HIL模擬器開(kāi)發(fā)包括HIL試驗臺的機械和電氣設計，涵蓋了工作和產(chǎn)品安全的所有方面。

圖2.HIL實(shí)時(shí)核心仿真系統

PXI系統的配置如下：

■ PXIe-8840 Intel i7四核，8 GB RAM，320 GB硬盤(pán)

■ PXI-6683定時(shí)和同步模塊

■ 2個(gè)PXI-8512 CAN-FD總線(xiàn)接口

其他HIL系統組件：

■ 采用Ubuntu操作系統的19英寸HIL控制PC機

■ 12 V直流電源

■ 16安培電源插口

■ 外部MIPI/CSI-2和SPI再注入設備

HIL實(shí)時(shí)操作和再注入數據流的軟件架構包括：

■ ROS(C++)節點(diǎn)，用于處理記錄的雷達數據

■ LabVIEW組件，用于HIL實(shí)時(shí)操作、總線(xiàn)通信和同步

■ 腳本和其他軟件組件，用于啟用遠程控制和操作，以及連接至SystemLink服務(wù)器

憑借ZMS和采埃孚集團各自的競爭優(yōu)勢，NI協(xié)助建立了軟件流程和維護方法。這有助于構建一個(gè)功能強大的模塊化HIL軟件庫，從而為未來(lái)的HIL項目奠定基礎，并為在2022年通過(guò)“NI卓越中心”認證鋪平了道路。
ZMS的軟件開(kāi)發(fā)依賴(lài)于基于Scrum的敏捷軟件開(kāi)發(fā)以及持續的集成和部署(CI/CD)的現有流程，如下圖所示。

圖03 軟件開(kāi)發(fā)流程

圖04 軟件開(kāi)發(fā)流程

圖04概述了HIL測試系統設置中數據流和通信之間的依賴(lài)關(guān)系。

結果：節約時(shí)間實(shí)現可擴展性

隨著(zhù)HIL系統原型的開(kāi)發(fā)并可復制至HIL集群中運行的多個(gè)HIL系統中，實(shí)現了在全自動(dòng)化HIL運行中通過(guò)大量雷達軟件測試輪完成了雷達系統驗證。這不僅賦予了在目標ECU平臺上即時(shí)測試新軟件版本更大的靈活性，而且還擴大了測試覆蓋范圍。在整個(gè)雷達系統的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，HIL集群成功再處理了相當于600余天試驗場(chǎng)測試操作的數據。

下圖描述了將各種HIL測試系統作為一個(gè)HIL集群集成至系統開(kāi)發(fā)和驗證過(guò)程的流程。

圖05 系統開(kāi)發(fā)和驗證流程

將HIL原型開(kāi)發(fā)擴展至全天候HIL集群時(shí)，SystemLink的遠程HIL實(shí)時(shí)軟件部署、系統操作和維護功能就有了用武之處。NI的解決方案可幫助采埃孚節省時(shí)間并實(shí)現可擴展性。這意味著(zhù)采埃孚的測試計劃可以與自身的創(chuàng )新時(shí)間表保持一致。

在雷達HIL開(kāi)發(fā)項目中，ZMS的測試系統開(kāi)發(fā)部門(mén)獲得“NI卓越中心”認證是其中的一項顯著(zhù)成就。該團隊具有出色的工程技術(shù)水平，提供了省時(shí)的軟件開(kāi)發(fā)流程、可擴展和擴充的軟件設計和架構，并持續開(kāi)展了培訓、指導和學(xué)習。

我們的戰略合作伙伴關(guān)系會(huì )支持我們在未來(lái)能夠成功地將安全可靠的ADAS和AD系統推向市場(chǎng)。

采埃孚團隊影響力

“我的團隊十分出色，每位成員的工作積極性都很高，而且在專(zhuān)業(yè)領(lǐng)域頗有造詣，同時(shí)能夠全身心地投入到我們的項目和采埃孚的戰略實(shí)施中。因為擁有NI這樣的戰略合作伙伴，我們才能成功地將想法付諸實(shí)踐?！薄猅homas Herpel博士，測試系統開(kāi)發(fā)高級經(jīng)理，負責為采埃孚戰略推向市場(chǎng)創(chuàng )造條件

“我們與ZMS的同事合作，成功地使用NI組件開(kāi)發(fā)出滿(mǎn)足我們要求的HIL系統。HIL系統是雷達傳感器驗證策略的重要支柱?！薄狿hilipp Strempel，采埃孚A(yíng)DAS驗證部門(mén)工程師兼雷達HIL開(kāi)發(fā)部門(mén)項目負責人

“我們的團隊由采埃孚的雷達和HIL專(zhuān)家以及技術(shù)合作伙伴ZMS組成，他們與NI合作開(kāi)發(fā)了一款雷達HIL，該產(chǎn)品與現有高度自動(dòng)化的ZF驗證工具鏈完美契合，進(jìn)一步加速了我們的測試和開(kāi)發(fā)流程?！薄狹ichael Vogt，采埃孚A(yíng)DAS驗證部工程主管，負責采埃孚A(yíng)DAS的HIL開(kāi)發(fā)

我們需要明確的LabVIEW開(kāi)發(fā)流程、必須精確理解工作內容，同時(shí)盡可能實(shí)現更高程度的自動(dòng)化。獲得卓越中心認證有助于我們減少測試工作，并通過(guò)節省時(shí)間、提高效率和改進(jìn)軟件來(lái)優(yōu)化我們的日常工作。我為這次出色的合作由衷感到自豪?！薄狾leg Scherling，HIL LabVIEW架構開(kāi)發(fā)人員和幫助ZMS成為“NI卓越中心”的推動(dòng)者

本文作者

Thomas Herpel博士，ZF Mobility Solutions測試系統開(kāi)發(fā)高級經(jīng)理，德國因戈爾施塔特

Michael Vogt，ZF Active Safety GmbH HIL開(kāi)發(fā)工程主管，德國科布倫茨

Brenda Vargas，NI交通運輸/ADAS和AD測試事業(yè)部高級營(yíng)銷(xiāo)經(jīng)理