Altran и NI показали полунатурное моделирование ADAS с применением Sensor Fusion

Overview

По мере того, как возможности автономного управления все больше применяются в транспортных средствах, возрастает потребность в полунатурном тестировании (HIL) для проверки и валидации функционала усовершенствованных систем помощи водителю (ADAS). Предполагается, что они будут играть основную роль в беспилотном вождении. В этом техническом документе представлен обзор системы полунатурного тестирования ADAS с использованием принципа sensor fusion, а также изложены общие выводы из первоначальных исследований и основные элементы уровня системы, используемые для решения задачи.

Содержание

  1. Что такое Sensor Fusion
  2. Когда используется Sensor fusion?
  3. Набор ADAS HIL Test Environment Suite (Набор для полунатурного тестирования систем ADAS в окружающей среде, AHTES)
  4. Обзор компонентов системы
  5. Выводы
  6. Использованные материалы

Что такое Sensor Fusion

Сегодня многие автомобили оборудованы различными системами ADAS на основе различных датчиков, таких как радиолокатор, камеры, LIDAR или ультразвуковые датчики. Так исторически сложилось, что каждый из этих датчиков выполняет определенную функцию. И только в редких случаях они обмениваются информацией друг с другом. Объем информации, которую получает водитель, пропорционален количеству используемых датчиков. Если данных с датчиков достаточно и обмен данными производится, то можно применить интеллектуальные алгоритмы и создать автономную систему.

Sensor fusion - это набор информации от различных датчиков, который обеспечивает более четкое представление об окружающей среде. Это является необходимым условием для перехода к более надежным функциям безопасности и более эффективным системам беспилотного вождения.


Рисунок 1. Общая схема пространства, окружающего автомобиль

К началу

Когда используется Sensor fusion?

Sensor fusion может быть применен для всех типов датчиков. Типовым примером является объединение информации, получаемой с фронтальной камеры и фронтального радиолокатора. Работа камеры, используемой в видимом спектре, затруднена в различных условиях, таких как дождь, густой туман, солнечные блики и отсутствие освещенности, но она обладает высокой надежностью при распознавании цвета (например, дорожной разметки). Радиолокатор, даже имеющий низкое разрешение, применяется для определения расстояния и не чувствителен к условиям окружающей среды.


Типовыми функциями ADAS, которые используют сочетание данных фронтальной камеры и радара, являются:

• Адаптивный круиз-контроль (ACC). Эта система круиз-контроля для автомобиля настраивает скорость в соответствии с условиями движения. Скорость снижается, когда расстояние до другого автомобиля впереди по ходу движения падает ниже порога безопасности. ACC увеличивает скорость автомобиля до заданного значения, когда впереди на дороге никого нет, или расстояние до ближайшего автомобиля приемлемо.

• Автономное аварийное торможение (AEB). Функция управляет тормозной системой, уменьшая скорость в случае неизбежного столкновения, либо предупреждая водителя в критических ситуациях иным образом.

К началу

Набор ADAS HIL Test Environment Suite (Набор для полунатурного тестирования систем ADAS в окружающей среде, AHTES)

Для валидации сложных систем необходимо создать соответствующую среду тестирования, которая оказывает правильное воздействие на датчики для проверки поведения транспортного средства в реальных условиях.

В комплекс полунатурного моделирования Altran Italia интегрировала инновационный имитатор объектов для радара на основе технологий NI и 3D-имитатор сценариев виртуальных дорог. В результате была создана система тестирования на основе сценариев, которая полностью синхронизирует данные камеры и радиолокатора для проверки алгоритмов Sensor fusion.

Рисунок 2. Решение для полунатурного тестирования ADAS от ALTRAN-NI

3D-сценарий основан на графическом движке Unity 3D. Это кросс-платформенный игровой движок от Unity Technologies. Он полностью настраиваем, и позволет задавать такие параметры, как количество полос движения, условия освещения и тип дороги.На рынке также существует множество других сред графического моделирования, таких как IPG Carmaker и TASS PreScan, которые можно использовать аналогичным образом.

Графический движок воспроизводит пейзаж так, будто камера установлена на лобовом стекле транспортного средства. Вид можно настроить, изменив высоту от земли и поле зрения камеры. Также возможно показать препятствие (например, транспортное средство), находящееся на заданном расстоянии от камеры и двигающееся с определенной скоростью.

Рисунок 3. Сценарий, воспроизводимый графическим движком от Unity

Для управления автомобилем в графический движок передаются положения педалей тормоза и газа, а также угол поворота руля. Система PXI получает эти данные в дополнение к сигналам с рулевого колеса и педалей (Logitech G29). В графический движок интегрирована динамическая модель автомобиля, которая обладает широкими возможностями настройки.

Рисунок 4. Стандартные маневры на дороге

По сценарию появления выбранного препятствия (некоторые примеры приведены выше) графический движок выводит скорость транспортного средства, а также информацию, необходимую Системе тестирования радиолокатора автомобиля (VRTS) для подачи радиосигнала. Обмен любыми данными с PXI происходит с использованием собственного протокола. По мере необходимости данные могут быть изменены.

В этом стенде для получения от генератора сценария информации о целях для радара (расстояние, эффективная отражающая поверхность, угол прихода и скорость) был использован обмен данными с PXI-8512/2 по шине CAN. PXI-8512/2 - это двухпортовый высокоскоростной интерфейс CAN/CAN-FD для систем PXI, используемых для передачи и приема кадров шины CAN со скоростью 1 Мбит/с. Имитатору препятствий информация отправляется только в том случае, если между последовательными считываниями изменились данные о целевых объектах.

Помимо отправки данных в имитатор препятствий и получения данных о положении педалей и рулевого управления, PXI также моделирует сообщения CAN, отправляемые и получаемые через бортовую сеть транспортного средства с радиолокатора и камеры.

Сообщения CAN синхронизируются с виртуальным 3D сценарием и ВЧ имитатором целей, чтобы создать правильную среду для проверки данных от современных камеры и радиолокатора.

К началу

Обзор компонентов системы

Ниже приведены краткое описание каждого компонента системы и шины для передачи данных/соединения:

• Блок управления радаром (ECU). Основной задачей радиолокационного датчика является обнаружение объектов, а также измерение их скорости и положения относительно движения транспортного средства, им оснащенного. Радиолокационный датчик является моностатическим мультимодальным радаром и использует полосу частот 76 ГГц с шестью фиксированными радарными антеннами. Датчик может обнаруживать другие транспортные средства на расстоянии примерно 250 метров. Радиолокатор оснащен обогреваемой антенной, которая обеспечивает полную доступность поверхности датчика даже в плохих погодных условиях, таких как снег и лед. Относительная скорость объектов измеряется с помощью эффекта Допплера - это изменение частоты отраженного сигнала относительно передаваемого. Расстояние до объекта можно определить по временной задержке.
Объединение данных с информацией от камеры обеспечивает электронный блок управления (ЭБУ). Он также отвечает за такие функции, как ACC и AEB.

• ЭБУ камеры - Блок получает изображения окружающей среды и предоставляет дополнительные сведения, такие как расстояние от линий разметки и других объектов. Эта информация отправляется в ЭБУ радиолокатора для объединения данных, но в некоторых случаях (например, распознавание дорожных знаков и удержание на полосе), ЭБУ камеры работает самостоятельно. В этом случае он отправляет сообщения по бортовой сети CAN.

• Генерация сценария видео - это имитатор, который включает в себя систему транспортного средства, принимающую на ввод информацию от PXI-8512/2 через шину CAN, и передающую информацию об имитируемой среде. Данные радара, такие как расстояние, эффективная отражающая поверхность (RCS), угол прихода и скорость, генерируются во время моделирования и вычисляются в реальном времени на основе сценария видео. С помощью панели управления на втором экране можно управлять соединением с PXI-8521/2, изменять погодные условия, регулировать положение радара и "создавать" другое транспортное средство с определенной скоростью на определенном расстоянии.

Рисунок 5. Имитация бортовой связи

Этот имитатор был разработан с использованием графического движка Unity 3D. Это кросс-платформенный игровой движок от Unity Technologies. Используя модульный подход, видеосценарий можно легко интегрировать с любой платформой стороннего разработчика, плагином или устройством. Например, с рулем Logitech G29, показанным на предыдущем изображении.

Рисунок 6. Среда полунатурного тестирования ADAS

Имитатор объектов для радара используется в полунатурной системе для тестирования и измерений. Гибкость, модульность и расширяемость системы NI позволяет пользователям легко интегрировать ее с другими видами ввода-вывода в рамках комплексной системы полунатурного тестирования. Ее можно применять для задач проектирования и тестирования радиолокаторов, а также использовать одну и ту же систему для имитации целей и измерений характеристик радиолокационного устройства, снижая стоимость тестирования как устройства, так и всей системы.

Система способна осуществлять:

• ВЧ измерения для проверки характеристик датчика • Анализ сигналов: эффективная изотропная мощность излучения (EIRP), шум, угол раствора луча и частота • Анализ импульсов: линейность, перерегулирование, запись и маркировка • Имитатор радарных целей для верификации функционала датчика • Имитация одиночных и множественных целей • Работа с фиксированным и переменным расстоянием • Сценарии с несколькими объектами (расстояние, скорость, размер и угол прихода) • Сценарии с настраиваемыми целями

Рисунок 7. Архитектура системы, поддерживающей две цели с одинаковым углом прихода

На рисунке 7 установка с одним векторным трансивером PXIe-5840 и одной антенной миллиметрового диапазона может имитировать две цели с одинаковым углом прихода. Благодаря гибкости платформы PXI система может быть легко расширена для охвата нескольких целей с различными углами прихода. На рисунке 8 конфигурация с четырьмя устройствами PXIe-5840 и четырьмя антеннами миллиметрового диапазона может имитировать до восьми различных целей с четырьмя углами прихода.

Рисунок 8. Архитектура системы, поддерживающей восемь целей с четырьмя углами прихода

Шасси имитатора объектов для радара могут быть интегрированы со стандартной автомобильной шиной передачи данных (CAN или LIN) и другими видами протоколов промышленной передачи данных, необходимых для системы полунатурного моделирования (HIL). Модульность решения позволяет автопроизводителям проводить тестирование по сложным реальным сценариям с возможностью обработки нескольких углов прихода целей. Стандартные маневры на дороге, предусмотренные рекомендациями Программы оценки новых автомобилей (NCAP), могут быть протестированы автоматически, что позволяет сократить время и трудозатраты.

К началу

Выводы

Altran продемонстрировала современные возможности валидации таких систем, как радиолокатор и камеры, работающих отдельно или в составе интегрированного комплекса, в условиях лаборатории.

Возможность тестировать оба этих устройства в лаборатории до проведения натурных тестов на транспортных средствах является ключевым моментом, потому что они являются критически важными для безопасности.

При валидации данным способом появляются следующие преимущества:

Возможность произвести валидацию на этапе, предшествующем созданию транспортного средства. Это допускает корректировку, невозможную на более поздних этапах
• Поскольку тестирование может быть начато до того, как будет доступен автомобиль, значительно сокращается общее время разработки
• За счет наличия системы, которая может работать 24 часа в сутки, семь дней в неделю, сокращаются затраты на разработку
• Нерегрессивное тестирование можно проводить за значительно меньшее время и со значительно меньшими затратами по сравнению с использованием собранного автомобиля

Использование Набора для полунатурного тестирования ADAS не ограничивается этими областями, хотя он и был создан Altran на основе ПО и оборудования NI для валидации и верификации; он также может быть использован для получения параметров тестирования транспортных средств с помощью калибровки ЭКБ.

ADAS может быть полностью интегрирован с другим оборудованием NI для полунатурного тестирования, такими как устройства Согласования сигналов переключаемой нагрузки (SLSC). Это позволяет стандартизировать и маршрутизировать сигналы, переключаемые нагрузки, а также осуществлять согласование сигнала. С помощью программного обеспечения VeriStand каждый компонент может быть интегрирован в инфраструктуру, которая может взаимодействовать с системами полунатурного тестирования реального времени.

Рисунок 9. Подключение SLSC к системе полунатурного тестирования

Кроме того, NI дополнила свою платформу экосистемой ведущих в отрасли партнеров по "подключенным" автомобилям и пространству передовых автомобильных технологий. Это и тестирование информационно-развлекательного оборудования, и тестирование системы управления батареями, и связь V2X, и анализ виброакустики автомобиля.

Рисунок 10. V2X, Lidar и глобальная спутниковая навигационная система (GNSS)для "подключенного" автомобиля

Авторы
Марио Аморузо (Mario Amoruso, National Instruments)
Стефано Кайола (Stefano Caiola, National Instruments)
Джузеппе Доронзо (Giuseppe Doronzo, Altran Italia)
Марино Дифино (Marino Difino, Altran Italia)

Рецензенты
Рам Мирвани (Ram Mirwani, National Instruments)
Маттео Мориотти (Matteo Moriotti, Altran Italia)
Давиде Паланделла (Davide Palandella, National Instruments)

К началу

Использованные материалы

NI Demonstrates ADAS Test Solution for 76–81 GHz Automotive Radar

Altran Group

Using the SLSC Architecture to Add Additional Elements to the Signal Path of a Test System

Информация об Altran

Являясь мировым лидером в области инженерных исследований и разработок (ER & D), разрабатывая продукты и услуги завтрашнего дня, Altran предлагает своим клиентам новый способ изобретения новинок. Altran работает совместно со своими клиентами на каждом этапе цикла создания их проекта, от концепта до перевода в серийное производство.​

Более 30 лет группа предоставляла свой опыт ключевым игрокам в аэрокосмической, автомобильной, оборонной, энергетической, финансовой, естественнонаучной, железнодорожной и телекоммуникационной отраслях.​

В 2016 году группа
Altran получила выручку в размере 2,120 млрд. Евро. Компания Altran насчитывает более 30 000 сотрудников в более чем 20 странах.​

Altran присутствует в Италии с 1996 года. В настоящее время в этом ее подразделении работает около 2800 человек. Ее штаб-квартира находится в Риме, а подразделения - в большей части страны: Генуя, Турин, Милан, Триест, Верона, Падуя, Болонья, Модена, Пиза, Флоренция, Неаполь, Помильяно и Бриндизи. В 2015 году объем продаж составил 208 млн. евро.
altran.com и altran.it

Информация об NI

NI (ni.com) предоставляет инженерам и ученым платформу на основе программного обеспечения, которая включает модульное оборудование и обширную экосистему. Этот проверенный подход позволяет пользователям твердо определять, что им нужно для ускорения разработки своей системы, предназначенной для тестирования, измерения или управления. Решение NI помогает создавать высокопроизводительные системы, которые превосходят требования, быстро адаптируются к изменениям и в конечном итоге улучшают мир.

 

К началу