NI x ZF：引領(lǐng)下一代移動(dòng)出行，采埃孚HIL系統(tǒng)為ADAS驗(yàn)證保駕護(hù)航

為實(shí)現(xiàn)“零”愿景目標(biāo)，采埃孚重點(diǎn)打造了下一代移動(dòng)出行戰(zhàn)略，通過專業(yè)知識和產(chǎn)品組合，賦予車輛全方位感知、決策和執(zhí)行能力。采埃孚將攝像頭與傳感器系統(tǒng)（雷達(dá)或激光雷達(dá)）互連，提供360度全景視圖（感知）。這些系統(tǒng)的測試驗(yàn)證面臨諸多挑戰(zhàn)，采埃孚ADAS驗(yàn)證部門利用NI產(chǎn)品與服務(wù)來開發(fā)和定制可擴(kuò)展、靈活且高度網(wǎng)絡(luò)化的HIL測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)可用于重復(fù)測試ADAS和AD系統(tǒng)的ECU，并節(jié)省大量開發(fā)時(shí)間。

采埃孚的未來戰(zhàn)略重點(diǎn)是打造“下一代移動(dòng)出行”

作為全球最大的汽車一級供應(yīng)商之一，采埃孚致力于實(shí)現(xiàn)“零”愿景，即零事故、零死亡和零排放。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的主要方法是提高駕駛過程的安全性、效率和舒適度。

采埃孚的未來戰(zhàn)略重點(diǎn)是打造“下一代移動(dòng)出行”，即推出切實(shí)可行、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠的移動(dòng)出行解決方案并囊括電動(dòng)、智能、互聯(lián)、可持續(xù)、安全、自動(dòng)駕駛等功能。

圖01采埃孚的下一代移動(dòng)出行。圖片由采埃孚集團(tuán)提供

采埃孚憑借其專業(yè)知識和產(chǎn)品組合，賦予車輛全方位的感知、決策和執(zhí)行能力，在市場上處于領(lǐng)先地位。其企業(yè)座右銘“感知-決策-執(zhí)行(See-Think-Act)”簡明扼要地概括了該企業(yè)的發(fā)展主題。例如，采埃孚將攝像頭與傳感器系統(tǒng)（雷達(dá)或激光雷達(dá)）互連，提供360度全景視圖（感知）。

此外，采埃孚還通過電子控制單元網(wǎng)絡(luò)或中央高性能計(jì)算平臺開發(fā)、生成和連接車輛交換中心的數(shù)據(jù)（決策）。當(dāng)然，該公司還連接了驅(qū)動(dòng)、底盤或轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的機(jī)電一體化系統(tǒng)，以創(chuàng)建現(xiàn)代化驅(qū)動(dòng)功能（執(zhí)行）。這不僅增強(qiáng)車輛安全性，而且還提高了車輛效率。

ZF Mobility Solutions致力于開發(fā)出富有創(chuàng)新性的高質(zhì)量測試系統(tǒng)

ZF Mobility Solutions(ZMS)是采埃孚集團(tuán)旗下的全資子公司，總部位于德國的因戈?duì)柺┧?。其使命是通過開發(fā)和實(shí)施自主交通系統(tǒng)，提供清潔、高效、舒適且價(jià)格合理的移動(dòng)出行方式。

ZMS測試系統(tǒng)開發(fā)部的愿景是開發(fā)出富有創(chuàng)新性的高質(zhì)量測試系統(tǒng)，從而滿足復(fù)雜的ADAS和AD驗(yàn)證與確認(rèn)的特殊需求。該部門的任務(wù)是為采埃孚集團(tuán)構(gòu)建基于HIL的測試系統(tǒng)原型，其中包括可用于串行開發(fā)項(xiàng)目的硬件、軟件和流程。

ADAS驗(yàn)證：將重心從“實(shí)車?yán)锍藤|(zhì)量”轉(zhuǎn)變?yōu)椤按窚y的里程質(zhì)量”

ADAS需要在開發(fā)的各個(gè)階段進(jìn)行大量驗(yàn)證。必須在真實(shí)場景中針對高度網(wǎng)絡(luò)化的復(fù)雜功能進(jìn)行測試。但是ADAS的安全性應(yīng)達(dá)到何種程度才能上路供消費(fèi)者使用？實(shí)車測試需要大量時(shí)間，不但成本高昂，而且有時(shí)提供的信息價(jià)值很有限，尤其是在測試的可重復(fù)性方面。雖然仍有必要進(jìn)行實(shí)車測試，但也迫切需要將其他測試方法納入驗(yàn)證過程，將重心從“實(shí)車?yán)锍藤|(zhì)量”轉(zhuǎn)變?yōu)椤按窚y的里程質(zhì)量”。

一個(gè)精心制定的驗(yàn)證策略是成為符合ISO-26262標(biāo)準(zhǔn)或Automotive SPICE (ASPICE)等最先進(jìn)規(guī)范和法規(guī)的重要支柱。

在開發(fā)中使用虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)技術(shù)是主流趨勢之一；這有利于在實(shí)際條件下測試早期階段的系統(tǒng)。基于HIL的開環(huán)數(shù)據(jù)回放和閉環(huán)仿真測試系統(tǒng)特別適用于在目標(biāo)硬件上驗(yàn)證ADAS功能以及確定功能性和非功能性關(guān)鍵性能指標(biāo)(KPI)。

不同測試方法的要求和組合對于保證駕駛員和乘客的安全并最終實(shí)現(xiàn)車輛的自動(dòng)駕駛至關(guān)重要。NI解決方案可構(gòu)建有助于制定全面測試策略的測試系統(tǒng)，該策略包括真實(shí)世界的測試和基于VR的測試。

雷達(dá)HIL測試系統(tǒng)的5大要求

ADAS對測試系統(tǒng)的開發(fā)有很高的要求，開發(fā)這些系統(tǒng)時(shí)，重點(diǎn)和需求不再僅僅是高計(jì)算能力，而是比以往任何時(shí)候都更注重可擴(kuò)展性、靈活性和高度網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)運(yùn)行的方方面面。待測系統(tǒng)(SUT)是一款采埃孚汽車級雷達(dá)傳感器，適用于自適應(yīng)巡航控制、防碰撞、碰撞前安全系統(tǒng)或副駕駛功能等典型ADAS應(yīng)用。隨著SUT的復(fù)雜性日益增加，開發(fā)新測試系統(tǒng)時(shí)必須要從平臺角度出發(fā)。

此類測試系統(tǒng)的關(guān)鍵方面包括：

■ 模塊化：核心HIL和附加軟件系統(tǒng)組件的即插即用性

■ 可擴(kuò)展性：從單個(gè)ADAS ECU驗(yàn)證到高性能360°AD傳感器數(shù)據(jù)回放和閉環(huán)虛擬現(xiàn)實(shí)仿真

■ 可靠性：具備最高可用性要求的全天候串行HIL集群運(yùn)行

■ 兼容性：將新的HIL測試系統(tǒng)集成到與企業(yè)IT基礎(chǔ)設(shè)施、現(xiàn)有工具和流程相關(guān)的現(xiàn)有生態(tài)系統(tǒng)中

■ 流暢的可操作性：HIL集群設(shè)置，用于遠(yuǎn)程訪問、操作和維護(hù)以及診斷各種連續(xù)驗(yàn)證

一些ADAS ECU會(huì)通過試驗(yàn)場和測試車隊(duì)獲取真實(shí)數(shù)據(jù)記錄，而此類ADAS ECU的開環(huán)驗(yàn)證必須在復(fù)雜的通信接口上以高數(shù)據(jù)速率進(jìn)行數(shù)據(jù)再注入，同時(shí)要求實(shí)現(xiàn)高精度定時(shí)和同步。除記錄雷達(dá)數(shù)據(jù)外，還必須對車輛剩余總線通信信號進(jìn)行并行再處理，如車速信號、偏航率或其他狀態(tài)數(shù)據(jù)。對于雷達(dá)數(shù)據(jù)再注入，HIL測試系統(tǒng)必須提供適當(dāng)?shù)慕涌冢⑼ㄟ^高I/O數(shù)據(jù)速率和邊帶通信對再注入進(jìn)行穩(wěn)健精確的控制。HIL測試系統(tǒng)軟件平臺和接口的另一關(guān)鍵方面是在全天候運(yùn)行HIL測試集群的情況下，對HIL測試運(yùn)行、遠(yuǎn)程軟件部署和HIL操作的全自動(dòng)化要求。

基于NI PXI平臺的方法

ZMS與NI合作的主要原因在于高性能的實(shí)時(shí)計(jì)算系統(tǒng)以及高精度的定時(shí)和同步功能。 PXI平臺極具吸引力，具有種類繁多的接口卡和模塊，例如最新的汽車總線系統(tǒng)以及模擬和數(shù)字I/O卡。

NI的開放式軟件平臺還支持在HIL系統(tǒng)開發(fā)中生成模塊化和特定應(yīng)用的軟件，尤其是在使用LabVIEW進(jìn)行實(shí)時(shí)軟件開發(fā)以及SystemLink?軟件所涵蓋的系統(tǒng)操作方面。

PXI平臺支持模塊化，可在不需要重新開發(fā)的情況下將工作從一個(gè)ADAS項(xiàng)目切換至另一個(gè)項(xiàng)目。這可以通過為每個(gè)測試用例設(shè)置新參數(shù)并依賴核心系統(tǒng)的現(xiàn)有基礎(chǔ)來實(shí)現(xiàn)，其中核心系統(tǒng)可重復(fù)用于為ADAS和AD系統(tǒng)測試功能強(qiáng)大的ECU，同時(shí)節(jié)省時(shí)間。此外還提供可擴(kuò)展性，目前可以測試具有5到10個(gè)總線連接和數(shù)據(jù)接口的ECU；未來測試還會(huì)擴(kuò)展至30個(gè)或更多接口。

完整的HIL模擬器開發(fā)包括HIL試驗(yàn)臺的機(jī)械和電氣設(shè)計(jì)，涵蓋了工作和產(chǎn)品安全的所有方面。

圖2.HIL實(shí)時(shí)核心仿真系統(tǒng)

PXI系統(tǒng)的配置如下：

■ PXIe-8840 Intel i7四核，8 GB RAM，320 GB硬盤

■ PXI-6683定時(shí)和同步模塊

■ 2個(gè)PXI-8512 CAN-FD總線接口

其他HIL系統(tǒng)組件：

■ 采用Ubuntu操作系統(tǒng)的19英寸HIL控制PC機(jī)

■ 12 V直流電源

■ 16安培電源插口

■ 外部MIPI/CSI-2和SPI再注入設(shè)備

HIL實(shí)時(shí)操作和再注入數(shù)據(jù)流的軟件架構(gòu)包括：

■ ROS(C++)節(jié)點(diǎn)，用于處理記錄的雷達(dá)數(shù)據(jù)

■ LabVIEW組件，用于HIL實(shí)時(shí)操作、總線通信和同步

■ 腳本和其他軟件組件，用于啟用遠(yuǎn)程控制和操作，以及連接至SystemLink服務(wù)器

憑借ZMS和采埃孚集團(tuán)各自的競爭優(yōu)勢，NI協(xié)助建立了軟件流程和維護(hù)方法。這有助于構(gòu)建一個(gè)功能強(qiáng)大的模塊化HIL軟件庫，從而為未來的HIL項(xiàng)目奠定基礎(chǔ)，并為在2022年通過“NI卓越中心”認(rèn)證鋪平了道路。
ZMS的軟件開發(fā)依賴于基于Scrum的敏捷軟件開發(fā)以及持續(xù)的集成和部署(CI/CD)的現(xiàn)有流程，如下圖所示。

圖03 軟件開發(fā)流程

圖04 軟件開發(fā)流程

圖04概述了HIL測試系統(tǒng)設(shè)置中數(shù)據(jù)流和通信之間的依賴關(guān)系。

結(jié)果：節(jié)約時(shí)間實(shí)現(xiàn)可擴(kuò)展性

隨著HIL系統(tǒng)原型的開發(fā)并可復(fù)制至HIL集群中運(yùn)行的多個(gè)HIL系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)了在全自動(dòng)化HIL運(yùn)行中通過大量雷達(dá)軟件測試輪完成了雷達(dá)系統(tǒng)驗(yàn)證。這不僅賦予了在目標(biāo)ECU平臺上即時(shí)測試新軟件版本更大的靈活性，而且還擴(kuò)大了測試覆蓋范圍。在整個(gè)雷達(dá)系統(tǒng)的開發(fā)過程中，HIL集群成功再處理了相當(dāng)于600余天試驗(yàn)場測試操作的數(shù)據(jù)。

下圖描述了將各種HIL測試系統(tǒng)作為一個(gè)HIL集群集成至系統(tǒng)開發(fā)和驗(yàn)證過程的流程。

圖05 系統(tǒng)開發(fā)和驗(yàn)證流程

將HIL原型開發(fā)擴(kuò)展至全天候HIL集群時(shí)，SystemLink的遠(yuǎn)程HIL實(shí)時(shí)軟件部署、系統(tǒng)操作和維護(hù)功能就有了用武之處。NI的解決方案可幫助采埃孚節(jié)省時(shí)間并實(shí)現(xiàn)可擴(kuò)展性。這意味著采埃孚的測試計(jì)劃可以與自身的創(chuàng)新時(shí)間表保持一致。

在雷達(dá)HIL開發(fā)項(xiàng)目中，ZMS的測試系統(tǒng)開發(fā)部門獲得“NI卓越中心”認(rèn)證是其中的一項(xiàng)顯著成就。該團(tuán)隊(duì)具有出色的工程技術(shù)水平，提供了省時(shí)的軟件開發(fā)流程、可擴(kuò)展和擴(kuò)充的軟件設(shè)計(jì)和架構(gòu)，并持續(xù)開展了培訓(xùn)、指導(dǎo)和學(xué)習(xí)。

我們的戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)系會(huì)支持我們在未來能夠成功地將安全可靠的ADAS和AD系統(tǒng)推向市場。

采埃孚團(tuán)隊(duì)影響力

“我的團(tuán)隊(duì)十分出色，每位成員的工作積極性都很高，而且在專業(yè)領(lǐng)域頗有造詣，同時(shí)能夠全身心地投入到我們的項(xiàng)目和采埃孚的戰(zhàn)略實(shí)施中。因?yàn)閾碛蠳I這樣的戰(zhàn)略合作伙伴，我們才能成功地將想法付諸實(shí)踐?！薄猅homas Herpel博士，測試系統(tǒng)開發(fā)高級經(jīng)理，負(fù)責(zé)為采埃孚戰(zhàn)略推向市場創(chuàng)造條件

“我們與ZMS的同事合作，成功地使用NI組件開發(fā)出滿足我們要求的HIL系統(tǒng)。HIL系統(tǒng)是雷達(dá)傳感器驗(yàn)證策略的重要支柱?！薄狿hilipp Strempel，采埃孚ADAS驗(yàn)證部門工程師兼雷達(dá)HIL開發(fā)部門項(xiàng)目負(fù)責(zé)人

“我們的團(tuán)隊(duì)由采埃孚的雷達(dá)和HIL專家以及技術(shù)合作伙伴ZMS組成，他們與NI合作開發(fā)了一款雷達(dá)HIL，該產(chǎn)品與現(xiàn)有高度自動(dòng)化的ZF驗(yàn)證工具鏈完美契合，進(jìn)一步加速了我們的測試和開發(fā)流程。”——Michael Vogt，采埃孚ADAS驗(yàn)證部工程主管，負(fù)責(zé)采埃孚ADAS的HIL開發(fā)

我們需要明確的LabVIEW開發(fā)流程、必須精確理解工作內(nèi)容，同時(shí)盡可能實(shí)現(xiàn)更高程度的自動(dòng)化。獲得卓越中心認(rèn)證有助于我們減少測試工作，并通過節(jié)省時(shí)間、提高效率和改進(jìn)軟件來優(yōu)化我們的日常工作。我為這次出色的合作由衷感到自豪?！薄狾leg Scherling，HIL LabVIEW架構(gòu)開發(fā)人員和幫助ZMS成為“NI卓越中心”的推動(dòng)者

本文作者

Thomas Herpel博士，ZF Mobility Solutions測試系統(tǒng)開發(fā)高級經(jīng)理，德國因戈?duì)柺┧?/p>

Michael Vogt，ZF Active Safety GmbH HIL開發(fā)工程主管，德國科布倫茨

Brenda Vargas，NI交通運(yùn)輸/ADAS和AD測試事業(yè)部高級營銷經(jīng)理