NI x ZF：引領下一代移動出行，采埃孚HIL系統(tǒng)為ADAS驗證保駕護航

為實現(xiàn)“零”愿景目標，采埃孚重點打造了下一代移動出行戰(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)（雷達或激光雷達）互連，提供360度全景視圖（感知）。這些系統(tǒng)的測試驗證面臨諸多挑戰(zhàn)，采埃孚ADAS驗證部門利用NI產(chǎn)品與服務來開發(fā)和定制可擴展、靈活且高度網(wǎng)絡化的HIL測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)可用于重復測試ADAS和AD系統(tǒng)的ECU，并節(jié)省大量開發(fā)時間。

采埃孚的未來戰(zhàn)略重點是打造“下一代移動出行”

作為全球最大的汽車一級供應商之一，采埃孚致力于實現(xiàn)“零”愿景，即零事故、零死亡和零排放。實現(xiàn)這一目標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)略重點是打造“下一代移動出行”，即推出切實可行、經(jīng)濟實惠的移動出行解決方案并囊括電動、智能、互聯(lián)、可持續(xù)、安全、自動駕駛等功能。

圖01采埃孚的下一代移動出行。圖片由采埃孚集團提供

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)（雷達或激光雷達）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)絡或中央高性能計算平臺開發(fā)、生成和連接車輛交換中心的數(shù)據(jù)（決策）。當然，該公司還連接了驅(qū)動、底盤或轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的機電一體化系統(tǒng)，以創(chuàng)建現(xiàn)代化驅(qū)動功能（執(zhí)行）。這不僅增強車輛安全性，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)是采埃孚集團旗下的全資子公司，總部位于德國的因戈爾施塔特。其使命是通過開發(fā)和實施自主交通系統(tǒng)，提供清潔、高效、舒適且價格合理的移動出行方式。

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)，從而滿足復雜的ADAS和AD驗證與確認的特殊需求。該部門的任務是為采埃孚集團構建基于HIL的測試系統(tǒng)原型，其中包括可用于串行開發(fā)項目的硬件、軟件和流程。

ADAS驗證：將重心從“實車里程質(zhì)量”轉(zhuǎn)變?yōu)椤按窚y的里程質(zhì)量”

ADAS需要在開發(fā)的各個階段進行大量驗證。必須在真實場景中針對高度網(wǎng)絡化的復雜功能進行測試。但是ADAS的安全性應達到何種程度才能上路供消費者使用？實車測試需要大量時間，不但成本高昂，而且有時提供的信息價值很有限，尤其是在測試的可重復性方面。雖然仍有必要進行實車測試，但也迫切需要將其他測試方法納入驗證過程，將重心從“實車里程質(zhì)量”轉(zhuǎn)變?yōu)椤按窚y的里程質(zhì)量”。

一個精心制定的驗證策略是成為符合ISO-26262標準或Automotive SPICE (ASPICE)等最先進規(guī)范和法規(guī)的重要支柱。

在開發(fā)中使用虛擬現(xiàn)實(VR)技術是主流趨勢之一；這有利于在實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)特別適用于在目標硬件上驗證ADAS功能以及確定功能性和非功能性關鍵性能指標(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現(xiàn)車輛的自動駕駛至關重要。NI解決方案可構建有助于制定全面測試策略的測試系統(tǒng)，該策略包括真實世界的測試和基于VR的測試。

雷達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，重點和需求不再僅僅是高計算能力，而是比以往任何時候都更注重可擴展性、靈活性和高度網(wǎng)絡化系統(tǒng)運行的方方面面。待測系統(tǒng)(SUT)是一款采埃孚汽車級雷達傳感器，適用于自適應巡航控制、防碰撞、碰撞前安全系統(tǒng)或副駕駛功能等典型ADAS應用。隨著SUT的復雜性日益增加，開發(fā)新測試系統(tǒng)時必須要從平臺角度出發(fā)。

此類測試系統(tǒng)的關鍵方面包括：

■ 模塊化：核心HIL和附加軟件系統(tǒng)組件的即插即用性

■ 可擴展性：從單個ADAS ECU驗證到高性能360°AD傳感器數(shù)據(jù)回放和閉環(huán)虛擬現(xiàn)實仿真

■ 可靠性：具備最高可用性要求的全天候串行HIL集群運行

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

■ 流暢的可操作性：HIL集群設置，用于遠程訪問、操作和維護以及診斷各種連續(xù)驗證

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

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時計算系統(tǒng)以及高精度的定時和同步功能。 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用的軟件，尤其是在使用LabVIEW進行實時軟件開發(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ADAS項目切換至另一個項目。這可以通過為每個測試用例設置新參數(shù)并依賴核心系統(tǒng)的現(xiàn)有基礎來實現(xiàn)，其中核心系統(tǒng)可重復用于為ADAS和AD系統(tǒng)測試功能強大的ECU，同時節(jié)省時間。此外還提供可擴展性，目前可以測試具有5到10個總線連接和數(shù)據(jù)接口的ECU；未來測試還會擴展至30個或更多接口。

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

圖2.HIL實時核心仿真系統(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定時和同步模塊

■ 2個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

■ 12 V直流電源

■ 16安培電源插口

■ 外部MIPI/CSI-2和SPI再注入設備

HIL實時操作和再注入數(shù)據(jù)流的軟件架構包括：

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

■ LabVIEW組件，用于HIL實時操作、總線通信和同步

■ 腳本和其他軟件組件，用于啟用遠程控制和操作，以及連接至SystemLink服務器

憑借ZMS和采埃孚集團各自的競爭優(yōu)勢，NI協(xié)助建立了軟件流程和維護方法。這有助于構建一個功能強大的模塊化HIL軟件庫，從而為未來的HIL項目奠定基礎，并為在2022年通過“NI卓越中心”認證鋪平了道路。
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)設置中數(shù)據(jù)流和通信之間的依賴關系。

結(jié)果：節(jié)約時間實現(xiàn)可擴展性

隨著HIL系統(tǒng)原型的開發(fā)并可復制至HIL集群中運行的多個HIL系統(tǒng)中，實現(xiàn)了在全自動化HIL運行中通過大量雷達軟件測試輪完成了雷達系統(tǒng)驗證。這不僅賦予了在目標ECU平臺上即時測試新軟件版本更大的靈活性，而且還擴大了測試覆蓋范圍。在整個雷達系統(tǒng)的開發(fā)過程中，HIL集群成功再處理了相當于600余天試驗場測試操作的數(shù)據(jù)。

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

圖05 系統(tǒng)開發(fā)和驗證流程

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

在雷達HIL開發(fā)項目中，ZMS的測試系統(tǒng)開發(fā)部門獲得“NI卓越中心”認證是其中的一項顯著成就。該團隊具有出色的工程技術水平，提供了省時的軟件開發(fā)流程、可擴展和擴充的軟件設計和架構，并持續(xù)開展了培訓、指導和學習。

我們的戰(zhàn)略合作伙伴關系會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。

采埃孚團隊影響力

“我的團隊十分出色，每位成員的工作積極性都很高，而且在專業(yè)領域頗有造詣，同時能夠全身心地投入到我們的項目和采埃孚的戰(zhàn)略實施中。因為擁有NI這樣的戰(zhàn)略合作伙伴，我們才能成功地將想法付諸實踐。”——Thomas Herpel博士，測試系統(tǒng)開發(fā)高級經(jīng)理，負責為采埃孚戰(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)是雷達傳感器驗證策略的重要支柱。”——Philipp Strempel，采埃孚ADAS驗證部門工程師兼雷達HIL開發(fā)部門項目負責人

“我們的團隊由采埃孚的雷達和HIL專家以及技術合作伙伴ZMS組成，他們與NI合作開發(fā)了一款雷達HIL，該產(chǎn)品與現(xiàn)有高度自動化的ZF驗證工具鏈完美契合，進一步加速了我們的測試和開發(fā)流程。”——Michael Vogt，采埃孚ADAS驗證部工程主管，負責采埃孚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，同時盡可能實現(xiàn)更高程度的自動化。獲得卓越中心認證有助于我們減少測試工作，并通過節(jié)省時間、提高效率和改進軟件來優(yōu)化我們的日常工作。我為這次出色的合作由衷感到自豪。”——Oleg Scherling，HIL LabVIEW架構開發(fā)人員和幫助ZMS成為“NI卓越中心”的推動者

本文作者

Thomas Herpel博士，ZF Mobility Solutions測試系統(tǒng)開發(fā)高級經(jīng)理，德國因戈爾施塔特

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

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