车辆中ADAS/AD功能的集成有一个目标:确保并尽可能提高所有道路使用者的安全。但是,在验证智能系统时我们需要考虑什么?对法规、测试场景、传感器和功能的考虑是否充分,或者车辆的动态行为是否也起着决定性的作用?

驾驶动力学洞见

实际上,车辆不仅是一个点质量,其动态驾驶行为对危险的行驶情况有特殊影响。举一个简单的例子,那就是在摩擦系数不同的表面上制动:

围绕自身垂直轴产生转矩时,车辆开始打滑。即使稳定系统会加以干预、防止车辆旋转,也一定要从传感器角度来评估安全性。但是,当动态驾驶效应影响成像传感器技术时,这些评估会提供什么信息呢?ADAS/AD(先进驾驶辅助系统/自动驾驶)功能又如何利用这些信息呢?

通过仿真获得我们想要的答案

幸好,我们不必在试验场进行任何复杂、危险的操作来测试车辆的动态行为。只需点击几下,仿真就能带来发人深省的见解。我们希望使用dSPACE汽车仿真模型(ASM)工具套件,结合传感器真实仿真软件AURELION来测试选定的相关情况。

车辆动力学测试场景

极限紧急制动

为分别强调车辆动力学对整体系统行为的影响,在树叶、潮湿或积雪等导致摩擦系数不同的道路上,用卡车进行极限紧急制动,并关闭电子制动系统(EBS)。

在每种情况中,自动紧急制动(AEB)系统作为ADAS的一部分,根据检测到的碰撞风险触发制动过程。

仿真带来的效果:

  • 在理想的摩擦值下全制动:卡车在静止的障碍物(公共汽车)前停稳。卡车和拖车都在各自的车道上。
  • 在摩擦系数较低的情况下全制动:摩擦系数较低、制动距离延长,完全改变了卡车和拖车的运动行为,出现了更加危险的情况。卡车驶入对向车道。

这些例子表明,只有考虑到驾驶的所有物理方面(摩擦值、卡车和拖车之间的转角),才能在仿真中真实地体现紧急制动。只有考虑到车辆动力学的影响,才能充分评估和验证ADAS的功能。整个系统的稳定性不容忽视,特别是在车辆动力学的极限紧急制动时。

考虑整个网络

此外,ASM车辆模型还考虑到了液压和气动制动系统的行为,因而,可以将ADAS/AD ECU连同其他ECU一起测试,例如与电子稳定控制系统(ESC)的交互。这样的优势在于:评估涵盖整个系统的性能,不仅验证单个组件,还验证整个系统。这为ADAS/AD开发人员扩充了更多的备选项,他们可以在早期阶段了解整个系统的行为,并在必要时调整。

制动过程中驾驶室的俯仰角

卡车刹车时,行驶方向的加速度会导致驾驶室因自由度而向底盘倾斜。安装在驾驶室内的摄像头传感器会改变其视角。所安装的ADAS/AD控制单元会补偿这一视角变化,以便正确计算与所探测到的障碍物的距离。

为了在仿真中也包含俯仰角补偿,并正确校准ECU,俯仰角必须与各种实际条件相对应。对于单个传感器的对象检测和下游传感器融合来说,这都是必不可少的。例如,驾驶室内安装的摄像头传感器必须与底盘底部安装的雷达传感器获得相同的障碍物探测结果。否则,整个系统有失灵的风险,可能带来严重后果。

根据驾驶情况,最初探测到的障碍物会从传感器的视场(FoV)中部分或甚至完全消失,尤其是在剧烈制动减速和由此产生高俯仰角的情况下。必须了解和验证ADAS/AD功能在这些特别危险的情况下的行为。

下图说明了ASM Truck如何清晰地展现这种行为,并正确集成到有关物理特性的仿真中。利用AURELION中的基于物理的传感器模型,您可以随意配置传感器的位置,特别是摄像头传感器在驾驶室内的安装位置,它具有额外的自由度:

路面上的车辙

卡车ADAS/AD控制单元的一个重要功能是主动车道保持辅助(LKA)。它们不仅要正确探测道路,还要有很强的抗外界干扰能力。例如,车辆处于车辙或车道沟内时,由于轮胎与道路的接触点不得不逆向转向,就会发生干扰。

车辙带来干扰变量,影响了车辆导引;整个车辆组合可能会离开车道。

为可靠地验证LKA系统,有必要在闭环仿真中真实地体现这些干扰变量。

有了ASM道路仿真模型,可以仿真任何路面进行仿真,并灵活地参数化。您可以采用在真实的驾驶测试中无法实现的可重现测试,测试覆盖范围非常广。

侧风会改变行驶方向。如不采取控制措施,车辆会冲出道路。

考虑侧风

对卡车而言另一个特别重要的方面是,自动车道保持要考虑到侧风。避风与强烈的侧阵风相关联,这可能导致拖车和半挂车的方向改变和不稳定。ADAS/AD控制单元必须识别这些状况并适当响应。

同样,ASM仿真支持您复制此类高变性的情况。这样,您就可以在早期阶段确保算法高度成熟。最后但同样重要的是,这些测试是验证控制单元必不可少的。

评估与全面观

囊括高精度的车辆动态系统行为,就可以仿真物理效应对ADAS/AD系统的影响,并有效地利用它们进行验证。这样一来,车辆动力学仿真对可靠的开发和验证具有重要作用,并可确保ADAS/AD ECU稳健。

如果在危险的驾驶情况中发生致命后果,不同效应的相互作用往往起着决定性作用。而仿真让这些往往无法在现实中体现的组合成为可能。采用真实的交通和车辆动力学仿真是有效的ADAS/AD系统开发方法的基础。除了开发效率外,它还增加了测试深度和广度,转而提升各个功能的质量,并因此加强网络中的交互。

免责声明:

文中展示的所有仿真都是用dSPACE多物理工具套件ASM(汽车仿真模型)进行的。用高保真3D软件AURELION对传感器仿真和动画进行了计算和渲染。

作者简介:

Michael Peperhowe

Michael Peperhowe

Lead Product Manager - Simulation, Models and Scenarios, dSPACE GmbH

《dSPACE杂志》,2022年4月出版

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