Altran과 NI, 센서 융합과 ADAS HIL 시연

개요

차량이 자율 주행 기능을 도입함에 따라 자율 주행에서 핵심적인 역할을 할 것으로 예상되는 ADAS (첨단 운전자 보조 시스템)의 기능을 검증하고 확인하기 위한 HIL (hardware-in-loop) 테스트의 필요성이 증가하고 있습니다. 이 백서에서는 센서 융합 개념이 포함된 ADAS HIL에 대한 개요를 제공하고 초기 연구에서 얻은 주요 교훈을 공유하며 어플리케이션을 구현하는 데 사용된 주요 시스템 수준 요소를 소개합니다.

내용

센서 융합이란

오늘날 많은 자동차에는 레이더, 카메라, 라이다 또는 초음파와 같은 다양한 센서를 기반으로 하는 여러 ADAS가 포함됩니다. 역사적으로 이러한 센서는 특정 기능을 한 가지만 수행했지 서로 정보를 공유하는 경우는 드물었습니다. 운전자가 받는 정보의 양은 사용 중인 센서의 수에 비례합니다. 센서 데이터가 충분하고 서로 통신이 가능하다면 스마트 알고리즘을 사용하여 자율 시스템을 만들 수 있습니다.

센서 융합은 다양한 센서의 정보를 혼합하는 것으로, 주변 환경을 보다 명확하게 파악할 수 있게 돕습니다. 이는 보다 신뢰할 수 있는 안전성 기능과 자율주행 시스템으로 나아가기 위한 필수 조건입니다.


그림 1. 자동차를 둘러싼 환경의 "표현"

센서 융합이 사용되는 때는?

센서 융합은 모든 유형의 센서에 유용할 수 있습니다. 일반적인 예는 전면 카메라와 전면 레이더가 제공하는 정보의 융합입니다. 가시광선 스펙트럼에서 작동하는 카메라는 비, 짙은 안개, 태양 눈부심, 빛 부족과 같은 여러 조건에서 문제가 있지만 색상 (예: 도로 표시)을 인식할 때는 신뢰도가 높습니다. 레이더는 저해상도에서도 거리를 감지하는 데 유용하며 환경 조건에 민감하지 않습니다.    


전면 카메라와 레이더의 센서 융합을 사용하는 일반적인 ADAS 기능은 다음과 같습니다.

•적응형 주행 제어 (ACC)—이 차량용 주행 제어 시스템은 교통 상황에 맞게 속도를 조정합니다. 앞 차량과의 거리가 안전 임계값 아래로 떨어지면 감속됩니다. 도로가 비어 있거나 다음 차량까지의 거리가 충분하면 ACC는 차량을 설정 속도로 다시 가속합니다.

• 자율 비상 제동 (AEB)—충돌이 확실한 경우 속도를 줄이고, 그 정도는 아니지만 위험한 상황이라면 운전자에게 경고합니다.

ADAS HIL Test Environment Suite (AHTES)

복잡한 시스템의 검증을 위해서는 센서를 효과적으로 자극하여 실제 조건에서 처럼 차량의 동작을 검증할 수 있는 적절한 테스트 환경을 구성해야 합니다.

Altran Italia는 NI 기술을 기반으로 하는 혁신적인 레이더 물체 시뮬레이터와 3D 버추얼 도로 시나리오 시뮬레이터를 HIL에 통합함으로써 카메라와 레이더 데이터를 완전히 동기화하여 센서 융합 알고리즘을 검증하는 시나리오 기반 테스터를 만들었습니다.

ALTRAN-NI ADAS HIL 테스트 솔루션

그림 2. ALTRAN-NI ADAS HIL 테스트 솔루션

3D 시나리오는 Unity Technologies의 크로스 플랫폼 게임 엔진인 Unity 3D 그래픽 엔진을 기반으로 하며, 완전히 설정 가능하여 차선 개수, 조명 조건, 노면 유형과 같은 파라미터를 사용자 정의할 수 있습니다.  IPG Carmaker 및 TASS PreScan 같은 다른 그래픽 모델 환경도 다양하며 유사하게 사용할 수 있습니다.

그래픽 엔진은 차량 앞 유리에 장착된 카메라의 시점에서 장면을 재현합니다. 지면으로부터의 높이와 카메라의 시야에 따라 장면은 수정될 수 있습니다. 또한 지정한 속도에서, 카메라와 지정한 거리만큼 떨어져 있는 장애물 (예: 차량)을 보여줄 수도 있습니다.

Unity 그래픽 엔진 시나리오Unity 그래픽 엔진 시나리오

그림 3. Unity 그래픽 엔진 시나리오

차량 제어를 위해 그래픽 엔진은 조향 각도 외에도 브레이크 페달과 스로틀의 위치를 수신합니다. PXI 시스템은 핸들과 페달 (Logitech G29)의 신호와 함께 이 데이터를 수집합니다. 동적 차량 모델은 그래픽 엔진에 통합되어 있으며 고도로 맞춤화 가능합니다.

표준 기동

그림 4. 표준 기동

선택된 장애물 시나리오 (위의 몇 가지 예를 시작점으로 함)에 따라 그래픽 엔진은 차량 속도와 VRTS가 RF 신호를 생성하는 데 필요한 정보를 출력합니다. 모든 입출력 정보는 독점 프로토콜을 통해 PXI와 교환되며 필요에 따라 변경될 수 있습니다.

이 구성에서는 PXI-8512/2와의 CAN 통신을 사용하여 시나리오 생성기에서 레이더 표적 (거리, 레이더 단면, 도달 각도 및 속도)에 대한 정보를 얻었습니다. PXI-8512/2는 1Mbit/s에서 CAN 버스 프레임을 송수신하는 데 사용되는 PXI 시스템용 2포트 고속 CAN/CAN-FD 인터페이스입니다. 타겟에 대한 정보가 연속적인 판독 사이에 변경되는 경우에만 정보가 장애물 생성기로 전송되었습니다.

데이터를 장애물 시뮬레이터로 전송하고 페달 및 조향 신호를 수집하는 것 외에도 PXI는 비공개 차량 네트워크를 통해 레이더와 카메라에서 송수신되는 CAN 메시지를 에뮬레이션합니다.

CAN 메시지는 3D 버추얼 시나리오 및 RF 타겟 생성기와 동기화되어 최신 카메라 및 레이더 데이터 검증에 맞는 환경을 생성합니다.

구성요소 레벨 개요

다음은 각 시스템 구성요소 및 통신 연결/버스에 대한 간략한 설명입니다.

• 레이더 엔진 제어 장치 (ECU)―레이더 센서의 주요 임무는 물체를 감지하고 레이더가 장착된 차량의 움직임에 상대적인 속도와 위치를 측정하는 것입니다. 레이더 센서는 모노스태틱 다중 모드 레이더이며 6개의 고정 레이더 안테나와 함께 76GHz 주파수 대역을 사용합니다. 이는 대략 250미터에서 다른 차량을 감지할 수 있습니다. 레이더에는 눈과 얼음과 같은 악천후 조건에서도 완전한 센서 가용성을 보장하는 열선 렌즈가 장착되어 있습니다. 물체의 상대 속도는 도플러 효과 (반사된 신호와 전송된 신호 사이의 주파수 차이)를 사용하여 측정되며 물체까지의 거리는 지연 시간에 의해 계산됩니다.
ECU는 카메라의 정보로 센서 융합을 처리하며 ACC와 AEB 같은 기능을 담당합니다.

• 카메라 ECU―카메라 ECU는 주변 환경의 이미지를 수집하고 차선, 기타 물체로부터의 거리와 같은 여러 정보를 제공합니다. 이 정보는 센서 융합을 위해 레이더 ECU로 보내지지만 경우에 따라 (예: 도로 표지판 및 차선 유지) 카메라 ECU가 단독으로 작동할 때도 있습니다. 이 경우, 차량 CAN에 CAN 메시지를 보냅니다.

• 영상 시나리오 생성—영상 시나리오 생성은 CAN 통신을 통해 PXI-8512/2에서 입력을 수신하고 시뮬레이션 환경에 대한 정보를 전송하는 차량 시스템을 포함하는 시뮬레이터입니다. 거리, 레이더 단면 (RCS), 도달각, 속도와 같은 레이더 데이터가 시뮬레이션 중에 생성되며 영상 시나리오를 기반으로 실시간으로 계산됩니다. 두 번째 화면의 제어 패널을 사용하면 PXI-8521/2와의 연결을 제어하고, 기상 조건을 변경하고, 레이더 위치를 조정하고, 정의된 속도와 거리로 새 차량을 생성할 수 있습니다.

차량 통신 에뮬레이션

그림 5. 차량 통신 에뮬레이션

이 시뮬레이터는 Unity Technologies의 크로스 플랫폼 게임 엔진인 Unity 3D 그래픽 엔진을 사용하여 개발되었습니다. 모듈화된 접근법 사용한 덕분에, 영상 시나리오는 앞의 이미지에 표시된 Logitech G29를 포함하여 모든 타사 플랫폼, 플러그인 또는 장치와 쉽게 통합될 수 있습니다.

ADAS HIL 테스트 환경

그림 6. ADAS HIL 테스트 환경

레이더 물체 시뮬레이터는 테스트 및 측정을 위해 HIL 시스템에서 사용됩니다. NI 시스템은 유연성, 모듈성 및 확장성을 갖추고 있어, 다른 I/O와 통합하여 레이더 설계 및 테스트 어플리케이션을 위한 종합적인 HIL 테스터의 구성 요소로 사용하기 쉽고, 타겟 에뮬레이션 및 레이더 디바이스 측정에 모두 동일 시스템을 사용할 수 있으므로 디바이스 및 시스템 테스트 비용이 절감됩니다.

시스템은 다음과 같은 작업을 수행할 수 있습니다.

• 센서 성능 검증을 위한 RF 측정
• 신호 분석: 등가 등방성 방사 전력 (EIRP), 노이즈, 빔 폭 및 주파수
• 처프 분석: 선형성, 오버슛, 기록 및 태깅
• 센서 기능 검증을 위한 레이더 타겟 시뮬레이터
• 단일 및 다중 타겟
• 고정 및 가변 거리
• 여러 물체 시나리오 (거리, 속도, 크기, 도착각)
• 사용자 정의 가능한 타겟 시나리오

이중 타겟, 단일 각 시스템 아키텍처

그림 7. 이중 타겟, 단일 각 시스템 아키텍처

그림 7의 단일 PXIe-5840 벡터 신호 트랜시버와 단일 mmWave 헤드가 있는 구성은 동일한 도달각으로 두 개의 타겟을 생성할 수 있습니다. PXI 플랫폼의 유연성 덕분에 시스템은 다양한 도달각으로 여러 타겟을 커버하도록 쉽게 확장될 수 있습니다. 4개의 PXIe-5840 디바이스와 4개의 mmWave 헤드가 있는 그림 8의 구성은 4개의 도달각으로 최대 8개의 서로 다른 타겟을 시뮬레이션할 수 있습니다.

8-타겟, 4-각 시스템 아키텍처

그림 8. 8-타겟, 4-각 시스템 아키텍처

레이더 물체 시뮬레이터 섀시는 표준 자동차 버스 통신 (CAN 또는 LIN) 및 HIL 시스템에 필요한 다른 유형의 산업용 통신과 통합될 수 있습니다. 솔루션의 모듈화를 통해 자동차 제조업체는 다양한 도달각을 처리할 수 있어 복잡한 실제 시나리오를 테스트할 수 있습니다. 새 자동차 평가 프로그램 (NCAP) 가이드라인에 의해 제공되는 표준 기동을 자동으로 테스트하여 테스트 시간과 노력을 절약할 수 있습니다.

결론

Altran은 독립 또는 통합 작동하는 레이더와 카메라 같은 시스템의 실험실 검증이 이제 어떻게 가능한지 보여주었습니다.

두 구성요소 모두 안전성이 필수적이므로 차량 테스트를 수행하기 전에 실험실에서 하는 테스트는 매우 중요한 단계입니다.

이러한 방식으로 검증하면 다음과 같은 이점이 있습니다.

• 실제 차량을 사용할 수 있기 전 단계에서 검증을 예상하여 너무 늦지 않게 수정할 수 있음
• 차량을 사용할 수 있기 전에 테스트를 시작할 수 있기 때문에 전체 개발 시간이 크게 단축됨
• 연중무휴 작동할 수 있는 시스템으로 개발 비용을 절감
• 실제 차량을 사용할 때에 비해 회귀 테스트에 드는 시간과 비용을 크게 절감 가능

ADAS HIL Test Environment Suite는 검증 및 확인용 NI 소프트웨어 및 하드웨어를 기반으로 Altran이 개발했지만, 사용은 이러한 분야에 국한되지 않으며, 실제로 ECU를 조정하여 차량 테스트 파라미터를 찾는 데 사용할 수 있습니다.

ADAS는 신호의 표준화 및 라우팅, 로드 스위칭 및 신호 컨디셔닝을 위한 SLSC (스위치 로드 신호 컨디셔닝) 하드웨어와 같은 기타 HIL용 NI 하드웨어 제품과 완전히 통합될 수 있습니다. VeriStand 리얼타임 테스트 소프트웨어를 사용하면 각 구성요소를 리얼타임 HIL 시스템과 상호작용할 수 있는 프레임워크에 통합할 수 있습니다.

HIL 시스템에서의 SLSC의 역할

그림 9. HIL 시스템에서의 SLSC의 역할

또한 NI는 인포테인먼트 테스트, 배터리 관리 시스템 테스트, V2X 통신, 차량 노이즈 및 진동 분석과 같은 커넥티드 카 및 고급 자동차 기술 분야에서 업계를 선도하는 여러 파트너사와 협력하여 생태계를 구축함으로써 플랫폼을 확장했습니다.

커넥티드 카용 VX2, 라이다 및 GNSS

그림 10. 커넥티드 카용 VX2, 라이다 및 GNSS

저자
Mario Amoruso (National Instruments)
Stefano Caiola (National Instruments)
Giuseppe Doronzo (Altran Italia)
Marino Difino (Altran Italia)

검토자
Ram Mirwani (National Instruments)
Matteo Moriotti (Altran Italia)
Davide Palandella (National Instruments)

관련 자료

Altran Group

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Altran 정보

엔지니어링 및 R&D (ER&D) 서비스의 글로벌 리더로서, Altran은 미래 제품과 서비스를 개발하여 고객에게 새로운 혁신 방법을 제공합니다. Altran은 아이디어의 탄생부터 산업화에 이르기까지 프로젝트 가치 사슬의 모든 연결부에서 고객과 함께합니다.

30년이 넘는 동안 그룹은 항공우주, 자동차, 방위, 에너지, 금융, 생명과학, 철도, 통신 분야의 주요 업체에 전문 지식을 제공했습니다.

2016년에 Altran 그룹은 2조 1,200억 유로의 수익을 창출했습니다. 30,000명 이상의 직원을 갖춘 Altran은 20개국이 넘는 곳에서 활약하고 있습니다.

Altran은 1996년부터 이탈리아에 있었으며 현재 약 2,800명의 직원을 고용하고 있습니다. 본사는 로마에 있으며 제노바, 토리노, 밀라노, 트리에스테, 베로나, 파도바, 볼로냐, 모데나, 피사, 피렌체, 나폴리, 포밀리아노, 브린디시 등 대부분의 도시에 지사가 있습니다. 2015에는, 2억 8백만 유로의 매출을 올렸습니다.
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