數(shù)字孿生為什么這么火?

我們來看看走在自動駕駛領域前沿的公司都是如何做測試的。Waymo每天要做2000萬英里虛擬測試,至今為止,已經(jīng)做了超過150億英里測試,但是在真實道路上的路測只有2000萬英里。通過數(shù)據(jù)對比可以看出,虛擬測試占比高達約99．9%。因此,仿真測試數(shù)據(jù)可靠性非常重要,如何保證數(shù)據(jù)是真實的,可以跟真實道路匹配,且給傳感器一個真實的反饋,這是一個挑戰(zhàn)。

Waymo一天內(nèi)獲得100多年經(jīng)驗

首先,通過激光雷達、毫米波雷達、攝像頭、IMU和GPS等采集道路數(shù)據(jù)。將采集到的數(shù)據(jù)進行融合。這個過程的難點在于數(shù)據(jù)同步。NI基于PXI的采集系統(tǒng),一個傳感器對應一個板卡,可確保數(shù)據(jù)同步。測試系統(tǒng)的集成度高,可擴展性強,還能滿足未來車上安裝更多傳感器、攝像頭的測試需求。

下一步是數(shù)字孿生與仿真測試。數(shù)字孿生技術是建立虛擬場景庫的利器,旨在解決前面提到的建立場景庫的問題。數(shù)字孿生指的是將真實的場景一比一地放在虛擬環(huán)境中,生成一個孿生系統(tǒng)。

monoDrive實到虛流水線

monoDrive是NI今年收購的公司,monoDrive的數(shù)據(jù)有助于實現(xiàn)數(shù)據(jù)重構和孿生。有一段視頻可以看到孿生的效果,上面是在美國奧斯汀實際錄制的場景,下面是monoDrive的數(shù)字孿生,它重構了一個非常高保真度的場景,對面來車等都可以還原出來,比手工費時費力創(chuàng)建這樣的場景提高了效率,而且效果非常真實。monoDrive可以把樹葉、欄桿、地面上的標志圖形完整地復現(xiàn)出來,還原度非常高。這一點,目前只有monoDrive軟件可以做到。

數(shù)字孿生與仿真測試需要關注的核心要素包括:對傳感器和環(huán)境的高精度仿真基于真實道路場景構建數(shù)字孿生場景;對汽車動力學模型的仿真;基于云的測試方法滿足高數(shù)據(jù)量的測試環(huán)境。

具體講,不僅是道路狀態(tài),天氣環(huán)境也可以仿真出來,包括影響傳感器反射條件的路面積水狀況、路燈、垃圾筒表面的參數(shù)、反射系數(shù)的實時表現(xiàn),甚至日落黃昏都可以快速創(chuàng)建出本地場景,以便驗證和快速迭代ADAS算法。

記錄道路信息只是仿真還不夠,還要用軟件平臺采集道路實時數(shù)據(jù),這是實車錄制情況下需要用的。目前特斯拉都是用攝像頭,但現(xiàn)在絕大部分主機廠會有毫米波雷達、激光雷達、超聲波雷達等傳感器,目前算力可以支持12路攝像頭,甚至是高清攝像頭,所以對錄制會有很多挑戰(zhàn),其中包括很多硬件接口。

AV的更多傳感器和計算系統(tǒng)

只有這些數(shù)據(jù)都被同步記錄下來,才是真實有效的。由于數(shù)據(jù)量非常大,NI提供了PXI平臺,可以把所有數(shù)據(jù)保存下來,且支持大量數(shù)據(jù)上云端,也可以上到微軟云等。

ADAS和AD數(shù)據(jù)記錄的挑戰(zhàn)

在硬件方面,該平臺提供了豐富的接口,不僅是攝像頭接口,還有車載以太網(wǎng)等接口。PXI平臺已發(fā)展了很多年,該平臺就是把所有傳感器數(shù)據(jù)無損地保存下來;利用完整的軟件工具鏈還能夠壓縮數(shù)據(jù),可以做數(shù)據(jù)管理和數(shù)據(jù)回放。

這里要科普一下PXI(面向儀器系統(tǒng)的PCI擴展),它是一種由PXI聯(lián)盟發(fā)布的基于PC的堅固的測量和自動化平臺。PXI結(jié)合了PCI的電氣總線特性與CompactPCI的堅固性、模塊化及Eurocard機械封裝的特性,已發(fā)展成適合于試驗、測量與數(shù)據(jù)采集場合應用的機械、電氣和軟件規(guī)范。制訂PXI規(guī)范的目的是為了將臺式PC的性能價格比優(yōu)勢與PCI總線面向儀器領域的必要擴展完美結(jié)合起來,形成一種主流的虛擬儀器測試平臺。

在汽車應用中,恰恰需要PXI這種高性能、低成本的測量運載平臺。用基于一個PXI平臺的測試系統(tǒng)可以滿足純仿真實驗、錄制數(shù)據(jù)開環(huán)回放、硬件在環(huán)仿真及道路測試四種道路場景,節(jié)省測試成本,保證數(shù)據(jù)同步。

基于PXI平臺的車載ADAS記錄

硬件在環(huán)仿真優(yōu)化開發(fā)

什么是HIL?通常要測的對象都是ECU的控制部分或ECU中的算法,因此需要模擬外圍設備,讓ECU以為連接的是真實的電機。比如用軟件導入模型,這些模型是用數(shù)學方式表達的。

在硬件在環(huán)仿真階段,可以使用NI PXI實時控制器運行仿真模型來模擬受控對象的運行狀態(tài),配合NI FPGA模塊可適應更高動態(tài)特性及更高精度的模型應用需求。NI硬件在環(huán)測試平臺具有開放的軟硬件技術架構,可以減少工程師的開發(fā)時間、成本和風險。

NI提供的硬件包括FPGA板卡,可以提供納秒級運算,實現(xiàn)電機模型非�？斓捻憫�。如果編輯到系統(tǒng)中運算可以達到毫秒級,運行車輛動力學模型,真實反饋車輛在虛擬場景中的運轉(zhuǎn)狀態(tài)。然后連到DUT(在測設備),這樣就用AI完整鏈路和平臺軟件實現(xiàn)了一個框架。

HIL測試:DUT的虛擬現(xiàn)實

開放平臺助自動駕駛落地

NI產(chǎn)品框架包括模塊化硬件,也就是PXI平臺,提供豐富的接口,包括攝像頭接口、射頻I/O板卡。工程師不需要了解各廠商的不同接口,學習各廠商的硬件平臺怎么操作,學習新軟件的使用方法。用NI的應用軟件結(jié)合硬件就可以用同樣的工具鏈實現(xiàn)從研發(fā)到最后生產(chǎn)的部署流程。

VeriStand中的模型集成

郭堉指出:“自動駕駛測試不是一家測試公司能獨立完成的工作,而是需要生態(tài)圈內(nèi)很多廠商的協(xié)作。NI開放的平臺,使得NI能夠作為一個連接者的角色,連接合作伙伴,共同推動自動駕駛落地。”