ALTRAN-​NI ADAS​传感器​融合​HIL​测试​解决​方案

概览

随着​汽车​逐渐​向​自动​驾驶​方向​发展,​越来越​多​的​车辆​需要​进行​硬件​在​环​(HIL)​测试,​以​对​高级​驾驶​辅助​系统​(ADAS)​进行​功能​验证,​因为​这​一​系统​预计​将​在​自动​驾驶​技术​中​发挥​着​核心​作用。 本​白皮书​概述​了​基于​传感器​融合​理念​打造​的​ADAS HIL,​分享​了​初步​研究​工作​的​主要​成果,​并​重点​介绍​了​用于​实现​该​应用​的​关键​系统​级​元件。

目录

  1. 何​为​传感器​融合
  2. ​何时​使用​传感器​融合?
  3. ADAS HIL​测试​环境​套​件​(AHTES)
  4. 组​件​级​概述
  5. 结论​
  6. 资源

何​为​传感器​融合

如今,​许多​汽车​都​配备​了​多个​高级​驾驶​辅助​系统​(ADAS),​这些​系统​基于​不同​的​传感器,​如​雷达、​摄像​头、​激光​雷达​或​超声​波。 过去,​这些​传感器​分别​执行​特定​功能,​仅​在​极​少数​情况​下​才​相互​共享​信息。 驾驶​员​收到​的​信息​量​与​使用​的​传感器​数量​成​正比。 如果​传感器​数据​充足​并且​通信​到​位,​就​可以​使用​智能​算法​来​创建​自动​驾驶​系统。

传感器​融合​是​将​来自​不同​传感器​的​信息​组合​在一起,​以​更​准确​地​反映​汽车​周围​的​环境。 为了​提高​安全​功能​和​自动​驾驶​系统​的​可靠性,​传感器​融合​是​必不可少​的​一个​环节。


图​1. 汽车​周围​环境“视图”

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​何时​使用​传感器​融合?

传感器​融合​适用​于​所有​类型​的​传感器。​ ​一个​典型​的​例子​是​将​前​置​摄像​头​和​前​置​雷达​提供​的​信息​加以​融合。 摄像​头​只能​在​可见​光谱​下​工作,​不适​用于​雨天、​浓​雾、​太阳​眩​光​和​黑暗​等​环境,​但是​在​识别​颜色​(如​道路​标记)​方面​十分​可靠。 而​雷达,​即使​在​低​分辨​率​下,​也​可​用于​探测​距离,​并且​环境​条件​对​雷达​没有​太大​影响。​


采用​前​置​摄像​头​和​雷达​的​传感器​融合​的​典型​ADAS​功能​包括:

•​自​适应​巡航​控制 (ACC) - 这​一​车辆​巡航​控制​系统​能够​根据​交通​状况​调整​车速。 当​与​前方​车辆​的​距离​低于​安全​阈​值​时,​速度​会​降低。 当​道路​畅通​或​与​下​一辆车​的​距离​在​可​接受​范围​内​时,​ACC​会​加速​回到​设定​的​速度。

• 自动​紧急制动​(AEB) - 通过​在​特定​碰撞​情况​下​降低​速度​或​在​危急​情况​下​以​其他​方式​警告​驾驶​员​来​控制​制动​系统。

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ADAS HIL​测试​环境​套​件​(AHTES)

为了​验证​复杂​的​系统,​必须​创造​一个​合适​的​测试​环境,​能够​有效​地​为​传感器​提供​激励​信号,​以​对​车辆​在​真实​条件下​的​行为​进行​验证。

Altran Italia​已​将​基于​NI​技术​的​创新​型​​​​雷达​目标​模拟​器​和​3D​虚拟​道路​场景​模拟​器​集成​到​HIL​系统​中,​以​生成​基于​场景​的​测试​程序,​该​测试​程序​可​完全​同步​摄像​机​和​雷达​数据,​以​验证​传感器​融合​算法。​

图​2. ALTRAN-​NI ADAS HIL​测试​解决​方案

3D​场景​基于​Unity Technologies​开发​的​一​款​跨​平台​游戏​引擎​——​Unity 3D​图形​引擎,​可​完全​针对​各种​车道、​照明​条件​和​轨道​类型​等​参数​进行​自​定义​配置。 此外,​市面上​还有​多种​其他​图形​模型​环境​(如​IPG Carmaker​和​TASS PreScan),​用途​类似。

图形​引擎​从​置​于​车辆​挡​风​玻璃​上​的​摄像​头​的​视角​再现​场景。 而且​场景​可以​根据​距离​地面​的​高度​和​摄像​头​的​视​场​进行​修改。 此外,​该​引擎​还​可以​在​指定​速度​下,​显示​与​摄像​头​距离​设定​距离​的​障碍​物​(如​一辆车)。

图​3. Unity​图形​引擎​场景

对于​车辆​控制,​图形​引擎​除了​接收​转向​角​信息​外,​还​接收​制动​踏板​和​油​门​的​位置​数据。 除了​这些​数据,​PXI​系统​也​从​方向​盘​和​踏板​获取​信号​(Logitech G29)。 动态​车辆​模型​集成​在​图形​引擎​中,​并且​高度​可​配置。

图​4. 标准​测试​场景

根据​所​选​的​障碍​场景​(以上​面​的​一些​示例​为​起点),​图形​引擎​会​输出​车辆​速度​以及​VRTS​生成​射频​信号​所需​的​信息。 所有​输入/​输出​信息​都​通过​专用​协议​与​PXI​进行​交换,​并​可​根据​需要​进行​更改。

在此​系统​中,​我们​通过​与​PXI-8512/2​的​CAN​通信,​从​场景​生成​器​检索​关于​雷达​目标​(距离、​雷达​截面、​到达​角​和​速度)​的​信息。 PXI-8512/2​是​PXI​系统​的​一个​双​端​口​高速​CAN/​CAN-​FD​接口,​以​1Mbit/​秒​的​速度​传输​和​接收​CAN​总​线​帧。 只有​在​连续​读​数​时,​目标​相关​信息​发生​变化,​系统​才​会​将​信息​发送​到​障碍​生成​器。

除了​向​障碍​模拟​器​发送​数据​并​获取​踏板​和​转向​信号​外,​PXI​还​会​模拟​通过​专用​车​载​网络​收​发​雷达​和​摄像​头​的​CAN​消息。

CAN​消息​会​与​3D​虚拟​场景​和​RF​目标​生成​器​进行​同步,​从而​生成​正确​的​环境​来​验证​现代​摄像​头​和​雷达​数据。

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组​件​级​概述

下面​简要​介绍​了​各个​系统​组​件​以及​通信​连接/​总​线:

• 雷达​引擎​控制​装置​(ECU) - 雷达​传感器​的​主要​任务​是​探测​目标,​以及​测量​其​相​对于​雷达​主机​所在​车辆​的​移动​速度​和​位置。 雷达​传感器​是​一种​单​站​多​通道​雷达,​采用​76 GHz​频​段,​并​配备​6​根​固定​雷达​天线。 该​传感器​可以​探测​到​大约​250​米​外​的​其他​车辆。 雷达​配备​有​加热​镜头,​可​确保​即便​在​下雪​和​结​冰​等​恶劣​天气​条件下,​传感器​也可以​正常​使用。 目标​相对​速度​的​测量​主要是​利用​多普勒​效应​(反射​信号​和​发射​信号​之间​的​频率​变化),​而且​可以​通过​时​滞​确定​与​目标​的​距离。
ECU​根据​摄像​头​提供​的​信息​进行​传感器​融合,​负责​控制​ACC​和​AEB​等​功能。

• 摄像​头​ECU - 摄像​头​ECU​会​获取​周围​环境​的​图像,​并​会​提供​多​条​信息​(如​与​车道​线​和​其他​目标​的​距离)。 这些​信息​会​发送​到​雷达​ECU​进行​传感器​融合,​但在​某些​情况​下​(如​存在​道路​标志​及​需要​保持​车道​时),​摄像​头​ECU​会​单独​工作。 在​这些​情况​下,​ECU​会​通过​车​载​CAN​发送​CAN​消息。

• 视频​场景​生成​器​-​视频​场景​生成​器​是​一个​仿真​器,​其中​包含​一个​车辆​系统,​可​通过​CAN​通信​接收​来自​PXI-8512/2​的​输入​并​发送​关于​仿真​环境​的​信息。 在​仿真​过程​中,​该​仿真​器​会​生成​距离、​雷达​横​截面​(RCS)、​到达​角、​速度​等​雷达​数据,​并​根据​视频​场景​进行​实​时​计算。 通过​第二个​屏幕​的​控制​面板,​仿真​器​可以​处理​与​PXI-8521/2​的​连接、​更改​天气​条件、​调整​雷达​位置​以及​更换​为​具有​指定​速度​和​距离​的​新​车辆。

图​5. 车辆​通信​模拟

此​模拟​器​是​使用​Unity 3D​图形​引擎​开发​的,​Unity 3D​图形​引擎​是​Unity Technologies​开发​的​一​款​跨​平台​游戏​引擎。 该​引擎​采用​模​块​化​方法,​可以​轻松​地​将​视频​场景​与​每​个​第三​方​平台、​插​件​或​设备​(如上​图​中​显示​的​Logitech G29)​相​集成。

图​6.​ ADAS HIL​测试​环境​

在​HIL​系统​中​使用​雷达​目标​模拟​器​进行​测试​和​测量。 NI​系统​具备​灵活​性、​模​块​化​特性​和​可​扩展​性,​用户​可以​轻松​地​将​其​与​其他​I/​O​集成,​作为​完整​HIL​测试​系统​的​一部分​来​满足​雷达​设计​和​测试​应用​的​需求,​而且​也​可​使用​同​一个​系统​进行​目标​模拟​和​雷达​设备​测量,​从而​降低​设备​和​系统​测试​的​成本。

该​系统​具备​以下​功能:

• 通过​射频​测量​来​验证​传感器​性能
• 信号​分析:​等效​全​向​辐射​功率​(EIRP)、​噪声、​波束​宽度​和​频率
• Chirp​分析:​线性​分析、​过​冲​分析、​记录​和​标记
• 通过​雷达​目标​模拟​器​进行​传感器​功能​验证
• 单​个​和​多个​目标
• 定​距​和​变距
• 多个​目标​场景​(距离、​速度、​大小​和​到达​角)
• 可​自​定义​的​目标​场景

图​7. 包含​两​个​目标​和​一个​到达​角​的​系统​架构

图​7​的​系统​由​一个​PXIe-5840​矢量​信号​收​发​仪​和​一个​mmWave​射频​头​组成,​可以​生成​两​个​具有​相同​到达​角​的​目标。 得益​于​PXI​平台​的​灵活​性,​我们​可以​轻松​地​扩展​系统,​以​模拟​具有​多个​到达​角​的​多个​目标。​ 图​8​的​配置​具有​四​个​PXIe-5840​设备​和​四​个​mmWave​射频​头,​最多​可以​模拟​具有​四​个​到达​角​的​八个​不同​目标。

图​8. 包含​八个​目标​和​四​个​到达​角​的​系统​架构

雷达​目标​模拟​器​机​箱​不仅​可与​标准​汽车​总​线​通信​(CAN​或​LIN)​集成,​也​可与​HIL​系统​所需​的​其他​类型​的​工业​通信​相​集成。 该​解决​方案​的​模​块​化​特性​使​汽车​制造​商​能够​测试​具有​多个​到达​角​的​复杂​真实​场景。 此外,​该​解决​方案​还​可​自动​测试​新​车​评价​规程​(NCAP)​规定​的​标准​场景,​从而​节省​了​测试​时间​和​工作​量。

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结论​

Altran​演示​了​其​现在​已经​能够​对​雷达​及​摄像​头等​独立​或​配合​工作​的​系统​进行​实验​室​验证。

这​两​个​组​件​在​确保​汽车​安全​的​重要性​日益​增加,​因此​能够​在​实际​车辆​测试​之前​先​进行​实验​室​测试​的​能力​至​关​重要。

这种​验证​方法​具有​以下​优点:

• 在​样​车​试制​之前​先​进行​验证,​以及​时​采取​纠正​措施
• 由于​可以​提前​进行​测试,​因此​会​大大​缩短​总体​开发​时间
• 系统​可​全天候​运行,​从而​降低​了​开发​成本
• 与​使用​组​装​车​相比,​可以​在​更​短​的​时间​内​以​最小​的​成本​执行​非​回归​测试

虽然​ADAS H​IL​测试​环境​套​件​是​Altran​基于​NI​软件​和​硬件​开发​出来​用于​验证​和​确认​目的​的,​但​其​用途​并不​局​限于​这些​范畴;​实际​上,​该​套​件​也​可用​来​校准​ECU​以​探索​汽车​测试​所需​的​参数。

ADAS​可与​开关​负载​信号​调节​(SLSC)​硬件​等​其他​NI HIL​硬件​产品​完全​集成,​用于​标准​化​和​路​由​信号、​切换​负载​和​信号​调理。 利用​VeriStand​实​时​测试​软件,​每​个​组​件​都可以​集成​到​一个​可以​与​实​时​HIL​系统​交互​的​框架​中。

图​9. SLSC​如何​融入​HIL​系统

在​网​联​汽车​和​高级​汽车​技术​领域,​如​信息​娱乐​测试、​电池​管理​系统​测试、​V2X​通信、​车辆​噪声​和​振动​分析​等​领域,​NI​拥有​众多​行业​领先​的​合作​伙伴,​并​基于​与​这些​伙伴​的​合作​关系,​不断​扩展​其​平台​的​功能。

图​10. 联​网​汽车​的​VX2、​激光​雷达​和​GNSS


AuthorsMario Amoruso (National Instr
uments)Stefano Caiola (National Instr
uments)Giuseppe Doronzo (Altran
Italia)Marino Difino (Altran


Italia)ReviewersRam Mirwani (Natio
nal Instruments)Matteo Moriotti
(Altran Italia)Davide Palandella (National Instruments)

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资源

NI​演示​了​76​-​81 GHz​汽车​雷达​的​ADAS​测试​解决​方案

Altran​集团

使用​SLSC​架构​将​其他​元件​添加​到​测试​系统​的​信号​路径

关于​Altran

作为​工程​和​研发​(ER&D)​服务​的​全球​领导​者,​Altran​通过​开发​面向​未来​的​产品​和​服务​为​客户​提供​了​一种​全新​的​创新​方式。 从​概念​形成​到​工业​生产,​Altran​始终​与​客户​并肩​奋斗,​确保​项目​价值​链​中​每​个​环节​的​成功。

30​多年​来,​该​集团​一直​为​航空​航天、​汽车、​国防、​能源、​金融、​生命​科学、​铁路、​电信​等​领域​的​重量​级​企业​提供​专业​服务。

2016​年,​Altran​集团​实现​2.12​万​亿​欧元​的​营​收。 Altran​的​员工​总数​超过​3​万人,​遍布​20​多个​国家/​地区。

自​1996​年以来,​Altran​一直在​意大利​发展,​目前​约​有​2800​名​员工。 公司​总部​设在​罗马,​且​运营​点​遍布​该​国​的​大部分​地区:​热那亚、​都​灵、​米兰、​里​雅​斯​特、​维​罗​纳、​帕​多​瓦、​博​洛​尼亚、​摩​德​纳、​比萨、​佛​罗​伦​萨、​那不勒斯、​波​米​利亚​诺​和布​林​迪​西。 2015​年,​它​创造​了​2.08​亿​欧元​的​销售​额。
altran.com
altran.it

关于​NI​

NI​以​软件​为​中心​的​平台​集成​了​模​块​化​硬件​和​庞大​的​生态​系统,​助力​工程​师​和​科学​家​应对​各种​挑战。 这​一久​经验​证​的​方法​可​让​用户​完全​自主​地​定义​所需​的​一切​来​加速​测试​测量​和​控制​应用​的​系统​设计。 NI​解决​方案​可​帮助​用户​构​建​超出​预期​的​高性能​系统,​快速​适应​需求​的​变化,​最终​改善​人类​的​生活。

 

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