如何进行车辆在环仿真

为什么需要车辆在环仿真?

Hans Christian Döring,dSPACE GmbH 自动驾驶和软件解决方案高级应用工程师

Jan Deppermann,dSPACE GmbH 实时测试和开发解决方案应用工程师

实车测试仍然是 ECU 功能优化和验证过程中的关键。它不仅涵盖整个车辆和 ECU 网络,还包括驾驶员及其在测试期间的驾驶经验。然而,为了测试 ADAS/AD(高级驾驶辅助系统/自动驾驶)功能,这些实车测试变得越来越复杂。

这是为什么呢?这些测试不仅要涵盖车辆本身,还要涵盖复杂的动态环境。在现实中创造这样的环境充其量是一项耗时且难以协调的任务。

为了减少创建此真实环境的工作量,会改用仿真环境。这是通过测量真实的车辆运动并将其馈送到实时系统仿真的虚拟克隆中来实现的。在同一个实时系统上,仿真了一个虚拟环境,该环境将由连接到真实车辆克隆的虚拟传感器探测到。然后,将探测到的传感器数据作为被测系统(SUT)传输回真实车辆。这样,SUT 就可以在闭环操作中对注入的传感器数据做出反应。

这种在仿真世界中驾驶真实车辆的方法称为车辆在环(VIL)。这就是 dSPACE 通过最先进的硬件和软件以及多年的仿真经验提供全面支持的地方。

VIL 系统的组件

dSPACE 车辆在环系统由一个专为车载使用而设计的实时系统组成,如 dSPACE SCALEXIO Autobox。利用其可配置的 I/O 模块,它充当被测 ADAS ECU(例如摄像头、雷达、激光雷达和超声波传感器)与车辆总线网络其余部分之间的总线网关。此外,在 SCALEXIO Autobox 的实时处理器上仿真自主车辆及其环境的克隆。此仿真的用途与在 HIL 用例中类似,可用作各种传感器仿真和 restbus 实现的来源。

车辆在环仿真的优势

除了已经提到的减少实车测试的时间和成本外,特别是对于测试准备,VIL 还具有以下优势:

  • 种类繁多的测试场景:

    • 个性化可配置或标准化场景(符合 EuroNCAP 标准)

    • 涵盖纵向(例如自适应巡航控制 - ACC)或横向动力学(例如车道保持)的场景

    • 以安全性(例如自动紧急制动 - AEB)或舒适性为中心的场景

    • ADAS 和 AD 功能测试

    • 仿真高风险场景,例如,预期但减轻的碰撞

    • 模型在环(MIL)、软件在环(SIL)和硬件在环(HIL)测试中的可复用场景

  • 与虚拟车辆 HIL 系统相比,集成 VIL 测试系统的时间和成本减少

  • 完整实车网络中 DUT(ECU)的测试

  • 人为因素:在环路中配备真人驾驶员优化控制器干预

在车辆在环仿真过程中,实车位置和航向数据与 ASM 仿真的车辆是同步的。

车辆在环系统的一个重要组成部分是带有集成惯性测量单元(IMU)的全球导航卫星系统传感器(GNSS),用于测量实车位置和航向并将其传输到 dSPACE 实时系统。然后,仿真的自主车辆使用这些测量值以与实车相同的方式移动。对于全局位置测量,使用最常见的系统,如 GPS、GLONASS、伽利略和北斗。对于高精度的位置测量,需要通过移动互联网连接或单独的基站来接收校正数据(Ntrip)。

dSPACE SCALEXIO 实时系统的主机 PC 集成在车辆中。它与触摸屏和附加外围设备一起,不仅可以作为 dSPACE 工具链(ControlDesk、ModelDesk、AURELION)的控制界面,还可以作为 GNSS/IMU 的控制界面使用。此外,它还向驾驶员提供有关仿真环境和当前场景的重要反馈。可视化是通过 AURELION 实现的。

为了舒适地实现系统的电气集成,dSPACE 提供了一个定制的配电箱。它用作系统和车辆之间的电源接口,为每个消费品提供保险丝输出。使用主电源开关时,VIL 系统完全关闭,以避免在系统不使用时耗尽汽车电池。

传感器仿真的设置和形式

在仿真环境和真实车辆之间闭合控制回路的关键部分是通过传感器仿真完成的。它可以通过用 SoftECU 替换完整的环境传感器 ECU 或将环境数据注入相应的真实 ECU 来实现。根据 VIL 车辆的特定用例和 ECU 架构,可以使用 dSPACE 用于仿真摄像头、雷达、激光雷达或超声波传感器的多种解决方案之一。

VIL 仿真器以下列任何形式提供传感器数据:

  • 理想的地面实况或概率对象列表: 每个传感器或作为传感器融合的结果,都会产生一个经过过滤的相关对象列表。例如,该列表包含有关对象位置、移动、尺寸和类型的信息。它利用额外的传感器类型的特定属性来充实,如雷达横截面、物体颜色或交通标志标签。该列表可以包含基于地面实况的理想数据,也可以包括(传感器类型特定的)概率效应,如测量噪声或杂波。

  • 现象目标或物理目标/探测列表: VIL 仿真器也可以提供一个探测到的目标的列表或数组,而不是实际的完整对象的列表。与对象列表相比,这些目标及其探测到的属性高度依赖于技术——例如,超声传感器的回波及其传播时间列表,激光雷达的点云及其反射率,或雷达的(集群)反射及其雷达横截面。如果必须在测试中包含对象检测算法,则使用此选项。

  • 物理信号: 这里,在传感器处理堆栈的早期阶段注入由传感元件探测到或由传感元件本身提供的实际物理信号。同样,这完全是传感器类型特定的。它可以是摄像头的像素值矩阵、雷达的信道脉冲响应,或超声波传感器的超声波。这种早期注入点允许将传感器本身的大部分包含在测试链中。

客户要求的测试范围决定了需要哪种传感器数据格式。仿真复杂性随着真实感的提高而增加。

根据所选的传感器数据格式,使用相应的 dSPACE 解决方案将这些数据注入车辆的 ECU 网络。

dSPACE 提供并使用以下技术:

  • 汽车总线(CAN、LIN、Flexray、(汽车)以太网)
  • ECU 的专有注入点
  • 标准化传感器接口,如 PSI5、MIPI CSI-2、GMSL1/2、FPD-Link III/IV
  • OTA 系统

真实测试和仿真测试的比较

如下视频显示了低速 VIL 场景的示例。VIL 测试车辆(自主)在空的停车台上行驶。为了向自主车辆的驾驶员提供参考,测试系统仿真了相同的停车场结构。但是,为了执行测试用例,我们可以通过其他车辆和道路用户丰富仿真环境。

当自主车辆行驶时,其中一辆仿真的车辆离开其停车位,进入测试车辆的车道。这是由仿真的前雷达探测到的。信息被转发到真实 ADAS 控制器,该控制器立即启动紧急制动干预,使实车停止。

这种减速由测试系统测量,并由仿真车辆镜像。避免与仿真目标的迫在眉睫的碰撞。

总结

车辆在环仿真是测试 ADAS/AD 功能传感器数据处理的复杂方法。dSPACE有全面的仿真硬件和软件产品组合,便于设置和配置测试场景。

我们经验丰富的测试工程师随时准备帮助您开始测试。请给我们打电话。

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