无人驾驶场景的数字孪生,达索系统投资ADAS和自动驾驶

如何才能验证无人驾驶汽车在各种场景下是安全的?在虚拟世界里面创建虚拟的城市、虚拟的道路、虚拟的天气、虚拟的汽车,让虚拟的车在虚拟的城市里面跑,消除隐患,快速迭代,最终交付安全的自动驾驶系统。

本文选译自达索系统SCANeR客户见证日Frederic Bourcier,达索系统CATIA赛博系统团队的研发副总裁和SIMULIA研发战略规划专家Stephane Tessier的演讲。

Frederic 职业生涯的大部分时间都在汽车行业度过,有机会实际领导有关自动驾驶系统开发的重大项目和解决方案。Frederic在SCANeR客户见证日介绍了达索系统在赛博系统(Cyber System)方面所做的工作,分享了AVSimulation和达索系统之间建立的合作伙伴关系的价值。

    达索系统正在为赛博系统的开发提供一整套解决方案。这套解决方案涵盖从系统规范到基于模型的设计,支持各工程学科的渐进式集成,并最终在开发结束时使用验证解决方案进行验证。整个过程都依赖于可追溯性能力来确保行业最强大的自动驾驶系统开发得到认证。

    达索系统之所以提供赛博系统产品,是因为考虑到交通和出行正在经历前所未有的转变,受到经济和社会因素的推动,这些因素需要重新定义,开发出互联、自主、共享和电气化的车辆.

车辆的设计已经从系统设计转向系统之系统的设计,以提供卓越的出行体验,目标是提供不断增强的自动驾驶体验能力。这个目标是我们在世界上看到的人类最艰难的挑战之一。

[达索系统投资ADAS和自动驾驶]

    这就是为什么达索系统决定投资并与AVSimulation公司合作,该公司正在解决这些新挑战,这些挑战正在成为系统之系统服务的一部分。

这家公司的工具就是SCANeR。可能很多自动驾驶的公司已经采用了这个工具,达索系统计划用三维体验平台解决方案对它进行实际补充,以提供完全严格的工程开发解决方案、科学能力以及虚拟和真实验证方法的组合,这将使开发成本成为负担得起的成本。

为什么?因为开发自动驾驶解决方案的工程师们面临的最大挑战之一,就是自动驾驶系统在现实世界中运行时,需要证明自动驾驶系统安全性的能力。

为了做到这一点,能够控制规划并保持整个开发成本的可负担性,我们必须依靠其他方式来进行系统验证,而大规模仿真是我们必须实现的目标之一。即我们将能够证明系统的可靠性和系统的稳健性,以及达到这一目标所必需的里程。

因此,达索系统的产品组合和CATIA SCANeR 的这种组合对于确保信息安全、功能安全和预期功能安全等多个方面的开发至关重要,车辆必须要通过严格的认证。通过进行这种组合,我们将能够为这个更大的生态系统的各个利益相关者提供实现目标的可能性。

[从SCANeR到出行的三维体验孪生]

    很多公司已经是SCANeR的用户,大家都知道SCANeR是模拟ADAS或自动驾驶系统的同类最佳解决方案之一。SCANeR 通过提供虚拟驾驶功能为行业提供帮助,它减少了用户对驾驶验证的需求,同时有助于实现传感器和算法之间的并行开发活动。

为了有效地进行验证并获得用户的认可,模拟环境必须对可能分布在多个利益相关者之间的多学科开发环境真实展现,并且该环境对于项目的成功至关重要,它必须具有可扩展性,需要解决跨多个国家和地理环境的诸多场景,横跨数百万英里,必须能够展示自动驾驶及其稳健性。

与3DExperience平台的集成,集成仿真体验来管理三个方面,第一,模型的全生命周期,连同场景和结果的全生命周期,以及与达索系统产品配置相关的模拟环境的配置,一切都与规范的可追溯性一起完成。

第二是场景创建的自动化,这将增加健壮性,并将扩展满足标准和法规标准所需的测试库,以达到覆盖将出现的新测试情况的能力。需要进一步管理一系列情况。

第三个事实是,我们将提供一种方法来利用虚拟和现实的混合,在开发生命周期中提供渐进式集成,并帮助用户根据现实驾驶的结果来分析虚拟模拟。

[价值主张|自动驾驶的连续开发、集成、验证和交付]

    现在让我们举一个实际的例子,来看看CATIA SCANeR 是如何与达索系统的其余部分一起使用的。两者的组合能够提供开发全生命周期的完整连续性。

我们从出行任务的规范开始,然后创建将要被测试的自动驾驶系统,该系统将从其功能架构开始,然后通过一系列并行活动进行计算,包括定义模型、控制器的实现和开发、车辆的设计、传感器,从这个阶段开始,我们将使用CATIA SCANeR,以便能够生成虚拟场景,构建测试,对目标系统进行大规模的虚拟仿真,并通过检查真实环境中的测试与预期结果是否匹配,最终验证并连接到现实,贯穿具备可追溯性的整个生命周期,以证明系统的安全性。安全性作为流程要求的合规性,并参与车辆的实际法规遵循,同时反馈到开发循环。大量的模拟和协助共同提供了一套解决方案,这些解决方案将为每位工程师提供参与这一旅程所需的能力。

由达索系统开发的行业流程一直代表着这个开发生命周期能够提供的出行体验,并且在开发的每个阶段都部署了特定的角色来响应需求。

[价值主张| 1.定义出行任务]

    工程师从定义出行任务的规格开始。这些需求以传统方式进行编辑,但也可以导入正式规范,这有助于分析需求的具体含义和语义以检查是否需求有不一致的情况,而且还能够从一开始就启动模拟以验证为自动驾驶汽车定义的操作设计域被正确定义。

[价值主张| 2. 创建出行功能架构]

    第二步是自动驾驶系统设计。该系统设计将完全在可追溯性功能下进行,以确保架构设计的需求和各种元素实际上与测试和验证计划相匹配。

这将依赖于使用sysML 语言与另一种解决方案CATIA Magic 一起作为,通过该工具提供的模拟功能进行第一级验证。

[价值主张| 3.定义车辆场地模型]

    在此之前,为了建立能够测试控制器本身所必需的场地模型,我们依赖于与3DEXPERIENCE 平台一起提供的多种角色,包括系统仿真设计师(System Simulation Designer)和系统仿真分析师(System Simulation Analyst),这两个角色有助于运行场景并进行这些验证。

[价值主张| 4. 定义和实现车辆控制器]

    最终控制器的实现将根据汽车的标准规范来完成,包括基于AutoSAR的自适应解决方案,提供在软件级别使用魔力软件架构师(Magic Software Architect)角色来定义架构,并参与开发。在进行编译之前,使用嵌入式软件生产者(Embedded Software Producer)角色来保证软件本身将在仿真环境中可用。

[价值主张| 5. 在虚拟车辆中置放传感器]

    结合车辆运行状态,汽车本身的设计中,传感器的位置对于自动驾驶任务的成功至关重要,因为视野传感器、其他每个不同特征的传感器,在理解场景时能够将传感和感知相结合,需要提供所需的鲁棒性以满足任务的安全要求。

为此,需要依靠设计整车的机械工程师角色,以及用于优化和设计规则的模板,以放置和定位传感器,以及了解如何通过CST 提供传感器电磁模拟,也就是说,将雷达波和雷达的传感能力作为传感器和车辆传感器的一部分进行模拟,工程师将能够完成对系统整体传感和感知的理解。这些角色适用于各种类型的传感器,从相机到激光雷达,再到其他传感器。

[价值主张| 6. 定义场景元素:地形、道路、路标、建筑物]

    是时候进入自动驾驶系统在其环境中模拟的时刻了,系统将揭示它是否能够满足我们的需求,以在环境中表现得真实的时刻,我们确实依赖于3DEXPERIENCE 平台的功能,使AVSimulations 和CATIA SCANeR 协同工作。驾驶体验工程师(Driving Experience Engineer)将成为能够通过首先定义场景元素来提供这种体验的单元,包括地形、道路、道路标志和建筑物依赖于系统中的现成场景,也能够扩展到其他感兴趣的任何类型的场景环境,根据用户需求,必须实现的目标来证明自动驾驶系统的安全性。

[价值主张| 7. 构建测试计划:场景、交通和V2X]

    下一步将是构建测试计划,包括与环境和V2X 交互的可能性,以及一般驾驶体验。能够完成这些场景以解决更复杂的功能、扩展到系统之系统,测试车辆与环境之间的关系。为此,我们依赖CATIA SCANeR,它将能够为用户提供这种体验并运行这种场景。

[价值主张|8. 模型在环/ 软件在环/ 硬件在环仿真]

    最后,随着CATIA SCANeR 仿真的推出,模拟和运行硬件在环仿真的时刻到来了,平台中的仿真将执行测试计划,并有助于在驾驶场景的背景下验证ADAS 系统之前的设置。

[价值主张|9.大规模模拟探索多种场景替代方案]

    到了证明自动驾驶安全性的时候,要考虑的场景不限于此,还需要考虑负载均衡能力,才能跑海量的模拟,跑几百万次的算力来证明自动驾驶级别所需的安全确定性。虚拟驾驶测试工程师(Virtual Driving Test Engineer)角色将被提议用于解决大规模模拟问题,并探索能够证明安全性的多种场景替代方案。

上面已经介绍了开发自动驾驶系统的几个步骤,从设计到实施,到测试的澄清和测试的执行,我们向行业提供的承诺是提供全面的连续性。但这种连续性只有在我们能够实际获取实时运行数据并使用单一事实来源将数据从应用程序传送到应用程序时才有效,而这正是我们开发和集成CATIA SCANeR 与3DEXPERIENCE 平台的方式。你会在下面的视频中看到,团队已经能够在3DEXPERIENCE平台的上下文中使用CATIA SCANeR 生成的数据,在3DEXPERIENCE 平台中重放并探知实时运行数据的每个方面,从集成的三个方面到场景再到结果,以使其可供分析。接下来请观看将CATIA SCANeR 与3DEXPERIENCE平台集成的短视频演示。

    该视频演示了在CATIA系统工程控制构建(Control Build)应用程序中描述的自动紧急制动系统,然后通过具备ADAS仿真的SCANeR Studio进行仿真,并在三维体验平台上回放仿真结果。CATIA 系统控制构建应用程序允许构建和设计这个由不同组件构成的紧急制动系统,用于感知、决策和驱动。

这个系统让我们可以从中检查输入和输出变量,可以作为联合仿真的FMU(功能模型单元)导出。

现在FMU 文件已打开到SCANeR studio,您可以检查它并管理FMU 输入和输出以及与SCANeR 源之间的映射。在SCANeR studio 中打开感兴趣的场景时,我们只需将这个FMU 添加到场景中即可。此版本已准备好运行。第一辆车在前面行驶,在第二个位置是一个皮卡,我们可以添加一辆宝马作为被测车辆,第一辆粗暴地停车,第二位置的皮卡车会突然变道,然后被测车辆发现停下的第一辆车。在SCANeR 中分析这种情况的结果。在这种情况下,测试失败,发生了碰撞。为了保存和检查结果进行分析,SCANeR 用户决定连接到3DExperience 平台,第一次需要登陆账号信息,SCANeR 分析创建场景,相关结果则保存在三维体验平台上。

作为一个MSR仿真项目,MSR(Model-Scenario-Result)代表模型、场景、结果,当用户现在访问3D 仪表板时,也就是在三维体验平台上的Web 门户时,他可以立即访问SCANeR 模拟及其状态,以及其他3DEXPERIENCE平台上的信息,以便快速查看和轻松协作。现在可以在Web 3D 查看器中重放SCANeR 模拟结果,显示感兴趣的KPI,绘制3D 动画,其中有多个摄像机设置,允许在重放期间修改视角。

[价值主张| 10. 分析模拟结果并评估合规性]

    最后,我们价值主张的第10 步将返回到3DExperience 平台,在该平台上可以分析模拟结果并评估对内部目标的遵守情况。

现在用到的角色是多学科优化工程师(Multi Disciplinary Optimization Engineer),他从大规模模拟中收集结果,并帮助推动分析并确定哪些是最佳场景,哪些可能用于传感器优化,哪些是有助于实现设定目标的角色和操作。这里提供了3DEXPERIENCE 平台和CATIA赛博系统组合以及AVSimulation CATIA SCANeR 的组合,我们相信这是一个市场上独特的价值方案,通过组合来提供所有必要的步骤,以便能够设计和证明自动驾驶系统以及驾驶员辅助系统的能力。

本文来源:升华洞察

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