Die Entwicklungen von Fahrerassistenzsystemen (ADAS) und autonomen Fahrzeugen (AV) führen zu einem enormen Innovationsschub, vor allem im Bereich der Software. Diese Systeme müssen jedoch intensiv getestet werden, um ihre Sicherheit zu gewährleisten. Diese Tests müssen in einem sehr frühen Stadium des Entwicklungsprozesses, in großem Maßstab und in einer simulierten Umgebung (virtuelle Welt) durchgeführt werden, die der Realität so nahe wie möglich kommt.
In der virtuellen Welt stützt sich das Testen von ADAS- und AV-Funktionen auf zwei entscheidende Elemente – eine physikalisch basierte, hochleistungsfähige 3D-Simulationsplattform und computerbasierte Simulationsmodelle.
Die Simulationsplattform muss leistungsstark genug sein, um große Datenströme von mehreren Sensoren in Echtzeit zu berechnen, und die Simulationsmodelle müssen in der Lage sein, realistische Verhaltensweisen zu erzeugen, um präzise Simulationsergebnisse zu gewährleisten. Sowohl die Plattform als auch die Modelle sollten offen sein, um Anpassungen an individuelle Projekte und Anforderungen zu ermöglichen. Auch sollten sie hochgradig wiedergabetreu sein, um die größtmögliche Realität zu erreichen.
Mit diesen beiden Komponenten ist es möglich, Modelle in die Simulation zu integrieren, um realistische Simulationen des Fahrzeugverhaltens in Echtzeit zu beobachten.
dSPACE Automotive Simulation Models (ASM) – Gebrauchsfertige Simulationsmodelle für den virtuellen Test
Mit dSPACE Automotive Simulation Models (ASM) ist das virtuelle Testen schnell und komfortabel. Diese gebrauchsfertigen Standard-Simulationsmodelle ermöglichen realistisches Fahrzeugverhalten und Verkehrssimulationen in Echtzeit und schneller, von Model-in-the-Loop (MIL) über Software-in-the-Loop (SIL) bis hin zu Hardware-in-the-Loop (HIL) und Cloud. Die offene und modulare Struktur von ASM ermöglicht schnelle und präzise Anpassungen an den konkreten Anwendungsfall. Mit ASM können Entwickler Entwicklungs- und Validierungsaufgaben für eine Vielzahl von Anwendungen in Angriff nehmen. ( Anwendungsfall : Simulieren mehrerer Szenarien für autonomes Fahren.)
NVIDIA DRIVE Sim Powered by Omniverse – Realistische 3D-Umgebungen und physikalisch exakte Sensorsimulation
NVIDIA DRIVE Sim ist eine skalierbare, physikalisch genaue und offene Simulationsplattform, die auf NVIDIA Omniverse aufbaut, das die Kernsimulations- und Rendering-Engines bereitstellt. DRIVE Sim ermöglicht die Simulation eines breiten Spektrums von Anwendungsfällen, von Perzeptionstraining über die Planungs- und Steuerungssimulation bis hin zur vollständigen Validierung des AV-Stacks. DRIVE Sim kann auf einer lokalen Workstation laufen oder auf mehrere GPUs über Knoten im Rechenzentrum oder in der Cloud skaliert werden. Es unterstützt SIL- oder HIL-Konfigurationen. Für HIL-Tests im großen Maßstab kann DRIVE Sim auf NVIDIA DRIVE Constellation eingesetzt werden.
dSPACE und NVIDIA – eine komplette Werkzeugkette
Durch die Kopplung von dSPACE ASM mit NVIDIA DRIVE Sim bieten dSPACE und NVIDIA eine umfassende Werkzeugkette für den Test von ADAS/AV-Systemen. Die Werkzeugkette besteht aus einer Vielzahl unterschiedlicher Simulationsmodelle, die einfach zu parametrieren und schnell auszuführen sind und auf verschiedenen Hardware-Plattformen und Software-Simulationslösungen laufen können. Um die Vielfalt der Simulationsaspekte zu berücksichtigen, besteht die dSPACE-NVIDIA-Werkzeugkette aus den folgenden Modellen:
- Umgebungsmodelle - Erstellen einer 3D-Ansicht der Umgebung des Fahrzeugs
- Sensormodelle (z. B. Radar, Lidar, Kamera, Ultraschall, IMU, GNSS) – Evaluieren, wie das Fahrzeug seine Umgebung wahrnimmt
- Fahrzeugmodelle (auch als Fahrdynamikmodelle bezeichnet) – Beobachten das Fahrzeugs in Bewegung, indem sie einzelne Komponenten (z. B. Notbremse), Teilsysteme (z. B. Antriebsstrang) und/oder das gesamte virtuelle Fahrzeug simulieren
- Verkehrsmodelle – den realen Verkehr mit umliegenden Fahrzeugen und anderen Verkehrsteilnehmern wie Fußgängern simulieren
- Szenariomodelle - Generieren einer unbegrenzten Vielfalt an realistischen Szenarien für den Test von Funktionen für das autonome Fahren
Jedes dieser Modelle kann von dSPACE, von NVIDIA oder von Partnern des Software-Ökosystems stammen.
Die dSPACE-NVIDIA-Simulationslösung ermöglicht einen tieferen Einblick in den Test autonomer Systeme. Wenn zum Beispiel Fahrzeugmodelle in die Testschleife integriert werden, kann das Sichtfeld des Perzeptionssensors validiert werden, indem realistische Bewegungen der montierten Sensoren unter Verwendung von Nick-, Roll- und Gierwinkeln erzeugt werden. Es ist auch möglich, die Bewegungssteuerungsschnittstellen des AV-Controllers zum Fahrzeug zu berücksichtigen, um die Auswirkungen des AV-Algorithmus auf den Antriebsstrang, die Bremsen und die Lenkung besser zu verstehen.
Außerdem kann der gesamte AV-Software-Stack in der virtuellen Welt getestet werden. Die Entwickler können beliebig viele anspruchsvolle Szenarien erstellen, um Systeme zu bewerten und Verbesserungsmöglichkeiten zu ermitteln. Die Szenarien können leicht reproduziert werden, um geringfügige Anpassungen vorzunehmen und eine Variation desselben Szenarios neu zu bewerten (z. B. Hinzufügen eines entgegenkommenden Fahrzeugs, Änderung eines Verkehrsobjekts, Änderung der Geschwindigkeit usw.). Die Simulationen können abgespielt, verändert, wiedergegeben und gemeinsam genutzt werden.
Von SIL zu HIL
dSPACE ASM und NVIDIA DRIVE Sim arbeiten nicht nur für SIL-Anwendungsfälle, sondern auch in HIL-Simulationsumgebungen zusammen. Für die HIL-Simulation läuft ASM auf dSPACE SCALEXIO-Simulatoren, während DRIVE Sim auf der Plattform NVIDIA DRIVE Constellation eingesetzt wird. Die Anbindung von DRIVE Constellation an dSPACE SCALEXIO HIL-Simulatoren bietet ADAS/AV-Entwicklern Zugang zu einer breiten Palette von Funktionalitäten .
Der Anwendungsbereich von DRIVE Constellation ist das HIL-Testen des AV-Steuergeräts. Die Verbindung von DRIVE Constellation mit dSPACE SCALEXIO erweitert diese Möglichkeiten durch die Integration anderer Steuergeräte, Restbussimulation und/oder Failure Injection Units in das HIL-System (Bild 2). Zu den Hauptmerkmalen von SCALEXIO gehören die Skalierbarkeit für beliebige Berechnungs- und I/O-Anforderungen, eine erstklassige Closed-Loop-Performance, umfassende, präzise und schnelle I/O-Fähigkeiten auf Basis der FPGA-Technologie sowie die Offenheit für verschiedene Simulationsumgebungen von Drittanbietern durch Unterstützung des Functional Mock-up Interface (FMI).
Mercedes-Benz hat kürzlich sowohl NVIDIA als auch dSPACE als Lieferanten für seine AV-HIL-Simulationsplattform ausgewählt. Die HIL-Plattform wurde kundenspezifisch entwickelt und besteht aus verschiedenen Hardware- und Software-Komponenten von dSPACE SCALEXIO und NVIDIA DRIVE Constellation / DRIVE Sim.
Für Kunden wie Mercedes-Benz sind die Möglichkeiten zur Simulation und Validierung von AVs mit der kombinierten Leistung von dSPACEs High-Fidelity-ASM und NVIDIAs umfangreicher 3D-Umgebung und physikalisch genauen Sensormodellen für virtuelle Tests grenzenlos. Vom Test einzelner oder mehrerer Steuergeräte bis hin zu groß angelegten Simulationstests für ganze Fahrzeuge können Ingenieure mit Lösungen von dSPACE und NVIDIA Validierungsaufgaben zuverlässig nebeneinander durchführen.
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NVIDIA GPU Technology Conference ( GTC ): Weitere Informationen zu dSPACE finden Sie in der Präsentation von Christopher Wiegand, Product Manager: “ A Holistic View on AV Validation Based on High-Fidelity Simulation ”
von Alicia Garrison, Michael Peperhowe, Christian Woerdehoff, Holger Krumm (alle dSPACE), Carène Kamel (NVIDIA), Martijn Tideman (NVIDIA)
dSPACE MAGAZIN, VERÖFFENTLICHT März 2022
