Simulationsumgebungen, die autonome Fahrsituationen abbilden, sind wie ein virtueller Planet, auf dem ein Fahrzeug unzählige Verkehrssituationen meistert. dSPACE bietet mit der Software SIMPHERA eine solche digitale Welt und stellt sich damit noch breiter für Simulation und Validierung auf.

Es ist Dienstagmorgen. Die Funktionsentwicklerin Belle Fisher startet ihren Computer und greift per Webbrowser auf die Simulationsumgebung ihres Unternehmens zu. In der Simulationsumgebung findet sie das geplante neue Testszenario, das ihr Kollege Yang Yu aus China bereits vorbereitet hat. Das Szenario ist optimal für die Evaluierung des Algorithmus für hochautomatisiertes Fahren geeignet, an dem sie und ihr Team derzeit arbeiten. Daher integriert sie es in ihre Simulation, testet damit den Algorithmus und optimiert ihn aufgrund der Erkenntnisse aus der automatisierten Validierung. Als Ergebnis steht eine abgesicherte neue Version des Algorithmus zur Verfügung.
Später am Tag integriert der Sensorspezialist Roni Cohen aus Israel das Modell eines neuen Radarsensors in die Simulationsumgebung. Der Sensor wurde aufgrund der Herstellerangaben als Alternative gewählt, um das Verhalten der Fahrsteuerung in bestimmten Grenzsituationen (Corner Cases) zu verbessern. Sofort kann Belle ihr virtuelles Testfahrzeug mit dem Sensormodell ausstatten und die relevanten Corner Cases als Testfälle auswählen, um per Simulation zu überprüfen, ob die gewünschte Verbesserung erreicht wurde.

Das Ergebnis überzeugt.

Beim Teammeeting am nächsten Morgen bittet der Projektleiter der Fahrsteuerung darum, mit einem Integrationstest das Verhalten des Fahrzeugs samt den neuen Sensoren zu überprüfen. Dazu startet Belle eine Simulation mit über 1.000 Testfällen, die per automatischer Parametervariation erzeugt werden. Dank Multiinstanz-Simulation in der Cloud stehen dem Entwicklungs-team die Resultate schon nach der Mittagspause zur Verfügung. Diese lassen sich nun mit den Ergebnissen vorangegangener Simulationen vergleichen, um Änderungen ausfindig zu machen.
Mit den erzielten Verbesserungen werden die zuvor definierten Anforderungen an die Fahrsteuerung erreicht. Eine frisch validierte Version der Fahrsteuerung steht zur Verfügung. Nach der erfolgreichen Validierung mittels Software-in-the-Loop (SIL)-Testmethodik möchte das Team den nächsten Validierungsschritt angehen und herausfinden, wie sich die Fahrsteuerung unter Echtzeitbedingungen und mit realer Hardware verhält. Dazu arbeitet es mit einem Dienstleister zusammen, der die Software auf dem parallel entwickelten Steuer­gerät implementiert. Für die Tests des Steuergeräts unter Echtzeitbedingungen nutzt der Dienstleister dieselbe Simulationsumgebung und greift auf dieselben Testsuiten des Entwicklerteams zu, aus denen er geeignete Testszenarien wählt. Für die Testausführung wählt er in SIMPHERA einen Hardware-in-the-Loop (HIL)-Simulator als Testplattform aus. Diese Durchgängigkeit mit direkt wiederverwendbaren Testartefakten ermöglicht einen effizienten und zuverlässigen Validierungsprozess. Wenn Sie einen oder alle skizzierten Fälle spannend finden, dann ist unsere neue cloudbasierte Lösung für die Simulation und Validierung genau das Richtige für Sie. Lesen Sie weiter und erfahren Sie, was SIMPHERA für Ihre Aufgaben bietet.

Was ist SIMPHERA?

Kurz gesagt, eine komplett neu konzipierte und webbasierte Software-Lösung in der Cloud, um Anwendungen für das autonome Fahren zu simulieren und zu validieren. 
SIMPHERA ist konsequent darauf ausgelegt, Ihre Innovationen für das autonome Fahren schneller auf die Straße zu bringen. Dazu macht es diese frühzeitig erfahrbar, analysierbar und in ihrer Komplexität beherrschbar. Dies gelingt, indem es leistungsfähige Funktionen wie Fahrdynamik- und Verkehrssimulationen auf einfache Weise bereithält, um autonome Fahrzeuge zu virtualisieren und beispielsweise neue Algorithmen für die Fahrsteuerung in einer virtuellen Welt – simpliCity – zu erproben. Für diese Erprobung können Entwickler mit einem virtuellen Fahrzeug in einer virtuellen Umgebung reproduzierbare, deterministische Testfahrten durchführen. Fahrzeug, Umgebung und die Tests – im Kontext Verkehrs­szenarien genannt – lassen sich frei definieren bzw. importieren. Die virtuelle Welt von simpliCity ist so vielseitig, dass sich beliebige Grenzfälle (Corner Cases) abbilden lassen und somit eine breite Testabdeckung gewährleistet ist. Deren einfache Parametrierbarkeit erzeugt neue Varianten, um die Testtiefe zu erhöhen. Im Anschluss an die Simulation erhalten die Anwender eine detaillierte und aufschlussreiche Analyse der Fahrzeugführung. So lässt sich beispielsweise ermitteln, bei welchen Geschwindigkeiten eine Notbremsung zur Kollision führt.

Drei Pfeiler für mehr Effizienz

SIMPHERA ermöglicht die einfache Erstellung, Durchführung und Auswertung von hochrealistischen, deterministischen Simulationen auf intuitive Weise. Die Benutzeroberfläche von SIMPHERA bietet dafür eine rollenbasierte Benutzerführung: 

•  Prepare: Fahrzeuge definieren, Szenarien anlegen und die zu testenden Funktionen verwalten
• Simulate: Interaktive Simulation des Fahrzeugs mit ausgewählten Szenarien und der zu testenden Fahrfunktion
• Validate: Testsuiten anlegen und via Parametervariationen große Mengen an konkreten Testfällen ausführen sowie deren Ergebnisse analysieren

Dieses strukturierte Vorgehen ermöglicht einen geführten Workflow, der Fehler vermeidet und die Effizienz erhöht. Hinzu kommt, dass in der hochintegrierten Lösung durchgängig mit derselben Datenbasis gearbeitet wird, so dass beim Wechseln zwischen den Bereichen keine „Reibungsverluste“ entstehen. Sie ist außerdem transparent und bietet allen Beteiligten Einblick in die jeweiligen Arbeitsprodukte. 

Immer im Zugriff: Weltweite kollaborative Nutzung

SIMPHERA ist da, wo die Anwender und die IT-Infrastruktur sind: als web­basierte Lösung in der Cloud oder auf dem Server-Cluster Ihres Unternehmens, und so immer im direkten Zugriff. Für jeden Anwender passend und damit ideal für den weltweiten gemeinsamen Einsatz. Und das sofort ohne langwierige Installationen für den Nutzer, sondern mit der Lizenz zum Loslegen. So lassen sich dezentrale Teams aufbauen und effiziente Ab­läufe sowie eine kollaborative Nutzung realisieren.

Szenariobasiertes Testen

Szenariobasiertes Testen bedeutet, dass bestimmte Fahrsituationen automatisch generiert werden können, in denen die Fahrfunktion durch besondere Verkehrskonstellationen oder sich unge­wöhnlich verhaltende Verkehrsteilnehmer an ihre Grenzen gebracht wird. Diese Situationen werden in der virtuellen Testumgebung nachgebildet und können immer wieder gefahrlos zum Testen der Fahrfunktion genutzt werden.
Werden diese Szenarien dann auch noch abstrahiert und damit parametrisierbar gemacht, kann aus dem einen „logischen“ Szenario durch Variation dieser Parameter eine Vielzahl „konkreter“ Szenarien erzeugt werden, um die Testabdeckung weiter zu erhöhen. SIMPHERA verfügt über eine Bibliothek mit relevanten Fahrsitua­tionen (EuroNCAP, ALKS etc.) und kann beliebig erweitert werden. 

Skalierbare Tests in der Cloud

Oft explodiert die Menge der Tests, die durchgeführt werden müssen, um sicherzustellen, dass die entwickelten Fahrfunktionen in jeder Situation, die auf der Straße auftreten kann, sicher funktionieren. Auch wenn die Anzahl der Testfälle und Varianten gegen unendlich geht, ist bei SIMPHERA noch lange nicht Schluss. So können Tests beispielsweise durch parallele Ausführung in der Cloud skaliert werden. Die Zeitplanung von Projekten läuft auch dann nicht aus dem Ruder, wenn sich Aufwände für Testabdeckung und Test­tiefe erhöhen.

Mit SIMPHERA sind Qualität und Vollständigkeit der Absicherung immer gewährleistet, und damit die Zuverlässigkeit der Algorithmen und letztendlich die Sicherheit der Fahrzeuge.
 

Automatische Erstellung, Durchführung und Auswertung von Tests in der Cloud

Einmal administriert, bleibt das Vorgehen einfach, so dass auch nicht Cloud-affine Funktionsentwickler SIMPHERA immer für schnelle Tests ihrer Algorithmen nutzen können. Das Orchestrieren der einzelnen Linux-Docker läuft automatisch im Hintergrund via Kubernetes (System zur Automatisierung der Bereitstellung, Skalierung und Verwaltung von Container-Anwendungen). Danach werden die einzelnen Simulationsjobs automatisch den Ausführungsknoten zugewiesen. Der Anwender muss sich darum nicht kümmern. Sind die Jobs abgearbeitet, stehen die Ergebnisse anschaulich aufbereitet in SIMPHERA zur Verfügung. 

Nahtlose Tests auf SIL- und HIL-Plattformen

Die Absicherung von Steuergeräte-Software reicht von frühen Software-in-the-Loop (SIL)-Tests bis hin zu Hardware-in-the-Loop (HIL)-Tests, bei denen das Verhalten der Steuergeräte und Fahrzeuge unter Echtzeitbedingungen geprüft und validiert wird. SIMPHERA ermöglicht den Zugang zu beiden Testplattformen. Daraus leitet sich ein elementarer Nutzen ab: Die Wiederverwendung von Testartefakten für SIL und HIL – ohne Konvertierung zwischen unterschiedlichen Plattformen. Das reduziert Fehler und spart Zeit und Kosten. Es ist ebenfalls eine elementare Voraussetzung für die Rückverfolgbarkeit und Homologation. Nicht zuletzt erhöht der Einsatz einer durch­gängigen Umgebung für alle Validierungsaktivitäten die Entwicklungseffizienz. Damit ist SIMPHERA eine End-to-End-Lösung für die Simulation und Validierung von Steuergeräte-Software und Steuergeräten. 

Vollständiges, offenes Framework für maximale Testabdeckung

Die Philosophie von SIMPHERA ist es, eine abdeckungsorientierte Validierung mit messbarer Sicherheit zu gewährleisten. Dafür bietet es die notwendigen Features wie Massenabsicherungen und Robustheitsprüfungen. Die industrieerprobten Technologien in SIMPHERA, wie die validierten Simulationsmodelle und etablierten Simulationsplattformen, bieten ein hohes Maß an Zuverlässigkeit, gerade auch in Bezug auf die Absicherung der funktionalen Sicherheit der zu testenden Software. SIMPHERA ist aber auch nach offenen Web-Standards konzipiert, um beispielsweise Drittanbieterkomponenten anzubinden. Maßgebliche Schnittstelle dafür ist die Representational State Transfer (REST)-API, die Zugriff auf alle Daten innerhalb von SIMPHERA ermöglicht.  

SIMPHERA – Die nächsten Schritte

Die Entwicklung von SIMPHERA wird in enger Kooperation mit Pilotkunden vorangetrieben. Dadurch ist sichergestellt, dass es genau über die Features verfügt, die in der Industrie bei der Absicherung von Funktionen für Fahrerassistenzsysteme und autonomes Fahren dringend benötigt werden. Die Agenda für weitere Funktionen ist schon gefüllt. Zu den nächsten Themen gehören die tiefe Integration der sensorrealistischen Simulation sowie die Ergänzung um weitere Testmethodiken. dSPACE lädt Sie gerne ein, die agile Entwicklung von SIMPHERA als Kunde entscheidend mitzugestalten, um Ihre Anforderungen und Wünsche ideal abzudecken.