端到端車(chē)輛驗(yàn)證

簡(jiǎn)介

未來(lái)的汽車(chē)將會(huì)帶動(dòng)眾多技術(shù)的融合。電氣化、傳感器、連接性、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)和  AI，它們?cè)?a class="contentlabel" href="http://m.butianyuan.cn/news/listbylabel/label/自動(dòng)駕駛">自動(dòng)駕駛汽車(chē)、車(chē)輛與萬(wàn)物 (V2X) 通信以及信息娛樂(lè)電子設(shè)備的功能安全及其駕駛輔助功能方面都有著緊密的聯(lián)系。

此外，這些車(chē)輛是終極的系統(tǒng)體系之體系。在最低層，我們擁有單獨(dú)的傳感器和集成電路。它們?cè)谲?chē)輛的各個(gè)子系統(tǒng)中交互，而這些子系統(tǒng)則構(gòu)成了車(chē)輛本身。但整個(gè)體系并未止步于此：車(chē)輛不過(guò)是總體車(chē)載環(huán)境的一部分，該環(huán)境還包括其他車(chē)輛、行人、基礎(chǔ)設(shè)施，甚至云。

圖 1. 車(chē)輛是系統(tǒng)體系之系統(tǒng)體系。

這使得汽車(chē)系統(tǒng)的驗(yàn)證成為一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。毫不夸張地說(shuō)，需要檢驗(yàn)的場(chǎng)景數(shù)量多達(dá)數(shù)百萬(wàn)個(gè)，而且每個(gè)場(chǎng)景都有不同的變型。例如，在一個(gè)場(chǎng)景中，可能有汽車(chē)正在接近人行橫道上的行人。但這可能發(fā)生在一天中的不同時(shí)間，具有不同的天氣、不同的行人服裝和不同的種族類(lèi)型。實(shí)際上，所有這些因素共同構(gòu)成了一個(gè)憑借手動(dòng)物理方法絕對(duì)無(wú)法完成的驗(yàn)證項(xiàng)目。

在 2016 年巴黎車(chē)展上，豐田首席執(zhí)行官 Akio Toyoda 曾提醒人們，“汽車(chē)驗(yàn)證需要 142 億英里的測(cè)試”。在 2014 年的一篇文章《自主駕駛》(Autonomous Driving) 中，Roland Berger 指出，“設(shè)計(jì)驗(yàn)證即便不是成本最高的部分，也是一個(gè)非常重要的部分”。麥肯錫報(bào)告《機(jī)器人何時(shí)上路》(When Will the Robots Hit the Road) 中則告誡人們，盡管硬件創(chuàng)新將會(huì)成果卓著，但軟件仍會(huì)是一個(gè)關(guān)鍵的瓶頸”。任何人如果不能充分認(rèn)識(shí)到汽車(chē)設(shè)計(jì)的艱難卓絕，危險(xiǎn)隨時(shí)可能一觸即發(fā)。在這個(gè)行業(yè)里，只有做好充分準(zhǔn)備，才不會(huì)讓一些艱苦繁重的工作弄得措手不及。

汽車(chē)設(shè)計(jì)的復(fù)雜性本來(lái)已經(jīng)足夠高了，安全和保障問(wèn)題則讓它變得更加復(fù)雜，因?yàn)檫@是一個(gè)生命攸關(guān)的問(wèn)題。隨著 ISO 26262 等標(biāo)準(zhǔn)以及即將出臺(tái)的旨在定義測(cè)試場(chǎng)景的 SOTIF（預(yù)期功能的安全性）標(biāo)準(zhǔn)的日趨成熟，各種認(rèn)證層出不窮。在安全方面，供應(yīng)商絕對(duì)不能敷衍塞責(zé)；他們必須證明安全性。

除了上述所有需求之外，盡快將具備成本競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品推向市場(chǎng)，是另一項(xiàng)常見(jiàn)的挑戰(zhàn)。這一問(wèn)題迫切需要能夠改善此流程的可管理性的驗(yàn)證工具。要讓一輛新車(chē)能夠快速、高效地上路，必須綜合運(yùn)用現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景建模、硬件加速仿真和機(jī)電驗(yàn)證。

三個(gè)汽車(chē)組件

要讓自動(dòng)駕駛汽車(chē)行之有效，其系統(tǒng)必須執(zhí)行三項(xiàng)任務(wù)：

? 感知：車(chē)輛必須能夠感知其周邊環(huán)境。此外，為保證正確的操作，還必須感知許多內(nèi)部條件。

? 計(jì)算：必須評(píng)估這些傳感器的輸出，以便做出決策。

? 執(zhí)行：這些決策必須控制車(chē)輛的某個(gè)部分或其操作的某個(gè)方面。

任何綜合驗(yàn)證過(guò)程都需要包含上述所有三個(gè)元素。由于沒(méi)有時(shí)間使用試錯(cuò)法，通過(guò)物理樣機(jī)研究來(lái)查找問(wèn)題，因此上述要求構(gòu)成了一項(xiàng)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。而且，我們肯定無(wú)法在真實(shí)的物理車(chē)輛中進(jìn)行完備的安全和保障測(cè)試。要執(zhí)行全面的驗(yàn)證作業(yè)，我們唯一的途徑是對(duì)整個(gè)系統(tǒng)，包括環(huán)境和車(chē)輛進(jìn)行虛擬化。

這意味著我們需要工具來(lái)執(zhí)行以下任務(wù)：

? 驗(yàn)證真實(shí)的環(huán)境條件和響應(yīng)這些條件的傳感器輸出。

? 考慮到傳感器輸入，驗(yàn)證執(zhí)行決策計(jì)算的電路。

? 做出經(jīng)過(guò)計(jì)算的決策，并將其應(yīng)用于這些決策所控制的機(jī)械系統(tǒng)的虛擬化版本。

為驅(qū)動(dòng)環(huán)境建模

Siemens Tass 部門(mén)的 PreScan 工具可執(zhí)行第一項(xiàng)任務(wù)。它能廣泛地對(duì)車(chē)輛基礎(chǔ)設(shè)施（例如道路或路段、橋梁和十字路口等）、實(shí)體對(duì)象（例如樹(shù)木、建筑物和交通標(biāo)志等）、其他車(chē)輛和行人以及天氣條件進(jìn)行建模。它還擁有一個(gè)綜合的已建模傳感器庫(kù)，其中包括攝像頭、雷達(dá)、激光雷達(dá)、超聲波傳感器、紅外傳感器、V2X 通信和 GPS。

這些元素協(xié)同工作，以允許對(duì)現(xiàn)實(shí)道路條件進(jìn)行建模，并針對(duì)一天中的時(shí)間、天氣、車(chē)輛或行人服裝的顏色、行人特征及其他多種可用來(lái)測(cè)試這些場(chǎng)景的方法提供模型變型。這些虛擬場(chǎng)景共同產(chǎn)生各種車(chē)輛傳感器在對(duì)場(chǎng)景做出反應(yīng)時(shí)所生成的信號(hào)。然后可使用這些信號(hào)來(lái)測(cè)試負(fù)責(zé)響應(yīng)傳感器的集成電路。

圖 2. Siemens Tass 小組的 PreScan 工具能夠?qū)V泛的真實(shí)場(chǎng)景進(jìn)行建模。

…未完待續(xù)…

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