Eine Millionen Gründe für virtuelle Testfahrten

Ein autonom fahrendes Prototypfahrzeug muss hunderte Millionen Testkilometer hinter sich bringen, um die schier endlose Anzahl möglicher Anforderungen und Verkehrsszenarien abzufahren. Der Versuch, diese Tests auf der Straße durchzuführen, ist nicht nur unrealistisch, es gibt auch eine bessere Lösung dafür.

Sie können Fahrerassistenzsysteme und Anwendungen für hochgradig automatisiertes Fahren durch virtuelle Testfahrten absichern, wenn Algorithmen und Modelle für die Nachbildung der Fahrszenarien eingesetzt werden. Reale Fahrten werden durch virtuelle Fahrten ersetzt, um wertvolle Testergebnisse und Daten zu erhalten, die die Funktionen für ADAS und Anwendungen für autonomes Fahren absichern.

dSPACE bietet eine vollständige Lösung für das Erstellen virtueller Testfahrten.

Mit der Toolsuite ASM ist es möglich, komplexe virtuelle Szenarien mit einer unbegrenzten Anzahl erkennbarer Objekte zu erstellen. Elemente aus der Umgebung wie Straßen, Kreuzungen, Gebäude, Verkehrsschilder, Baustellen, Fahrzeuge, Fußgänger und Bedingungen wie Wetter und Straßenbelag werden virtuell nachgebildet, um eine umfassende und sehr realistische Testumgebung zu schaffen.

Erstellen einer virtuellen Testumgebung

Am Anfang einer virtuellen Testumgebung steht die Modellierung. Die dSPACE ASM-Modelle sind offene Simulink®-Modelle, mit denen zahlreiche Simulationen möglich sind – angefangen bei einzelnen Fahrzeugkomponenten und Systemen über Straßennetze, Verkehrsobjekte und Sensoren bis hin zu kompletten virtuellen Verkehrsszenarien.

Die Modelle können für Model-in-the-Loop (MIL)-, Software-in-the-Loop (SIL)- und Hardware-in-the-Loop (HIL)-Plattformen eingesetzt werden.

„Die ASM-Modelle sind im gesamten modellbasierten Entwicklungsprozess, für die Cluster-Simulation und für die Echtzeitsimulation hochgradig flexibel und intuitiv einsetzbar, zudem offen und anpassbar“, so Torsten Kluge, Gruppenleiter Engineering, dSPACE GmbH.

Erstellen virtueller Straßen

Straßenbeschreibungen können sehr komplex sein. Um die Anforderungen an das Testen zu erfüllen, ist es entscheidend, dass den Straßenbeschreibungen reale Daten zugrunde liegen. In der dSPACE Werkzeugkette können Sie mit dem Road Generator in ModelDesk und den ASM-Modellen künstliche oder virtuelle Straßen erstellen, zum Beispiel Straßennetze und Verkehrsobjekte.

Mit diesen Werkzeugen können Sie Fahrspuren, Spurbreiten, Höhen und Oberflächenbeschaffenheiten, Kurven, Steigungen, Leitplanken, Spurerkennungslinien usw. sehr detailliert definieren, so dass Fahrerassistenzsysteme wie Spurhalteassistenten getestet werden können.

Um reale Daten bei der Erstellung Ihrer Straßennetze zu berücksichtigen, können Sie Daten aus Koordinatenmessungen von Quellen wie Google Earth, OpenStreetMap und dem globalen Navigationssatellitensystem (GNSS) importieren und exportieren.

Sobald Sie Ihr Straßennetz in ModelDesk angelegt haben, wird es mit MotionDesk synchronisiert, um eine realistische und genaue 3D-Ansicht Ihrer simulierten Straßen zu generieren.

Hinzufügen von Fahrzeugen zu den Straßen

Nach dem Anlegen der Straßenmodelle ist der nächste Schritt die Definition von Testfahrzeug und weiteren fahrenden und parkenden Fahrzeugen, um festzustellen wo und wie sie sich um andere Fahrzeuge und Objekte herum bewegen. Die Manöver können einfach oder sehr komplex sein, je nach eingestellten Bedingungen und Triggern, zum Beispiel das Einfahren in eine Kreuzung oder das Wechseln einer Spur.

Des Weiteren können Manöver auch Daten wie Beschleunigung, Geschwindigkeit, Lenkeinschlag, Pedalbetätigung usw. in Abhängigkeit von Zeit oder Wegstrecke enthalten.

Hinzufügen von Verkehrsobjekten und Sensoren

Neben Fahrzeugen müssen auch Verkehrsobjekte und Sensoren in die virtuelle Testumgebung einbezogen werden, um ein möglichst realistisches Verkehrsszenario zu ermöglichen.

Mit dem Traffic Editor in ModelDesk können Sie erkennbare und dynamische Objekte wie Fußgänger, Gebäude, Straßenschilder, Ampeln, Fußgängerübergänge, Bäume und dergleichen importieren. Detaillierte Objekte lassen sich detailliert definieren, einschließlich Bewegungseigenschaften wie Position, Geschwindigkeit, Spurwahl etc., um die Modelle für die Tests zu erweitern.

„Die Definition von Fahrzeugen und Verkehrsobjekten kann komplex und zeitaufwendig sein“, erklärt Kluge. „Daher, und auch für eine leichte Wiederverwendung, definieren wir zusammen mit OEMs und Zulieferern das OpenSCENARIO©-Format. dSPACE ASM und ModelDesk werden es in Kürze unterstützen.“

Neben den Verkehrsobjekten müssen auch Sensormodelle in das Testfahrzeug integriert werden.

Modelle für alle im Bereich ADAS und autonomes Fahren üblichen Arten von Sensoren wie Fahrspurerkennungssensoren, Kameras und Radarsensoren können zum Testen in die Simulationsumgebung eingebracht und die Sensormodelle parametriert werden. Zum Beispiel können Sie die Erkennung anderer vordefinierter Objekte, zum Beispiel von Fahrzeugen und Verkehrsschildern, in einem definierten Bereich testen.

Sensormodelle lassen sich entweder direkt auf dem Hauptprozessor oder auf der Grafikkarte ausführen. Die Simulation auf der Grafikkarte erlaubt eine sehr detaillierte Simulation von Kamera-, Radar- und Lasersensoren, einschließlich physikalischer Effekte. Die Sensormodelle auf dem Hauptprozessor werden als Ground-Truth-Sensoren bezeichnet, da sie genau die Informationen der Simulation liefern, ohne dass es zu Störungen und dergleichen kommt.

Die Ground-Truth-Sensormodelle von dSPACE nutzen einen geometrischen Ansatz, um Sensoren wie Radar, Lidar und Kamera zu unterstützen. Zu den unterstützten Sensoren gehören Verkehrsschildsensoren, 2D-Sensoren, 3D-Sensoren und ein anpassbares Sensormodell für zukünftige Sensorarten.

Simulieren des Verkehrsflusses

Um den Verkehrsfluss in einer virtuellen Testumgebung realistisch zu simulieren, werden Verkehrssituationen für einfache und komplexe Szenarien anhand von Merkmalen wie Fahrzeugbewegung, Fahren auf einer Spur, Spurwechsel, Kreuzungen und Gegenverkehr erstellt. Definiert werden diese Merkmale durch Datendetails wie Geschwindigkeit, Beschleunigung, den (relativen) Abstand zu anderen Fahrzeugen sowie den Abstand zur Straßenmitte.

Modelle können mit Verkehrsflusssimulationsprogrammen von Drittanbietern wie Simulation of Urban Mobility (SUMO, ein Open-Source-Produkt) und PTV Vissim® verbunden werden, um den Verkehrsfluss für beliebig viele Fahrzeuge realistisch zu simulieren. Die Informationen zum Verkehrsfluss dieser Quellen können mit ASM zum Testen von ADAS-Funktionen eingesetzt werden.

Einbinden echter Unfalldaten

Abschließend müssen Daten realer Unfälle importiert werden, um Szenarien in ASM nachzustellen. Mit diesen Daten können Tests durchgeführt werden, um herauszufinden, wie der Unfall durch den Einsatz von Notfallsteuerungen hätte vermieden werden können.

So dokumentiert beispielsweise die Datenbank GIDAS (German In-Depth Accident Study) Unfälle detailliert, um sie in einem Simulationsprogramm nachvollziehen zu können. Variablen wie Bremsverzögerung, Startgeschwindigkeit, Kollisionsgeschwindigkeit und Winkeländerungen sind in codierten Parametern enthalten.

Cluster-Simulation

Nachdem Sie die Modellierung Ihrer virtuellen Testumgebung, einschließlich Fahrzeugen, Fahrzeugmanövern, statischer und beweglicher Objekte, Sensoren, Umgebung, Verkehrsszenarien usw. abgeschlossen haben, können Sie die Funktionalitäten testen und das Systemverhalten in Ihrer simulierten Umgebung beobachten.

Um die erforderlichen Tausende von Tests durchzuführen, bietet dSPACE die Cluster-Simulation. Die mit der Toolsuite ASM erstellten Modelle werden zusammen mit der Simulationsplattform dSPACE VEOS eingesetzt, um Software in virtuellen Testfahrten direkt auf einem PC anstatt auf einer realen Straße automatisiert zu testen.

Mit der PC-basierten Simulation und VEOS lassen sich Tests schneller als in Echtzeit ausführen. Dadurch wird es möglich, täglich Millionen von Testkilometern abzufahren. Und jede fehlgeschlagene Testfahrt kann im Detail reproduziert und auf Fehler durchsucht werden. Noch vor den HIL-Tests oder realen Testfahrten werden in mehreren Entwicklungsstufen umfangreiche Tests für Funktionen für automatisiertes Fahren durchgeführt. Verkehrsszenarien lassen sich leicht ändern und sofort simulieren, so dass erneut getestet werden kann, ohne neuen Code generieren zu müssen.

Mit all den verfügbaren Optionen in einer simulierten Testumgebung ist es nicht notwendig, Hunderte an Millionen von Kilometern auf einer realen Straße zu absolvieren, um die Tests autonomer Fahrzeuge abzuschließen. Stattdessen können Sie Tausende virtueller Testfahrten direkt an Ihrem Schreibtisch oder in sicherer Laborumgebung absolvieren.