ADAS驗(yàn)證的關(guān)鍵技術(shù)：HIL測試系統(tǒng)概述

案例分析要點(diǎn)

借助NI開放式、數(shù)據(jù)驅(qū)動型、軟件互連的生態(tài)系統(tǒng)以及PXI功能，采埃孚能夠開發(fā)可擴(kuò)展的ADAS HIL系統(tǒng)，在滿足未來需求的同時(shí)與測試項(xiàng)目的步伐保持一致。

采埃孚的ADAS HIL測試系統(tǒng)原型已復(fù)制至HIL集群的多個系統(tǒng)中，在多個軟件測試周期中構(gòu)建了全自動化驗(yàn)證系統(tǒng)。

憑借出色的專業(yè)能力，采埃孚的團(tuán)隊(duì)開發(fā)了功能強(qiáng)大的模塊化HIL軟件庫，為未來項(xiàng)目奠定了基礎(chǔ)，同時(shí)為成為“NI卓越中心”鋪平了道路。

挑戰(zhàn)

ADAS硬件在環(huán)（HIL）測試系統(tǒng)必須滿足自動駕駛車輛中高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）和自動駕駛（AD）復(fù)雜功能方面日新月異的驗(yàn)證和確認(rèn)要求，為人類提供所需的安全保障。

解決方案

采埃孚（ZF） ADAS驗(yàn)證部門利用NI產(chǎn)品與服務(wù)來開發(fā)和定制可擴(kuò)展、靈活且高度網(wǎng)絡(luò)化的HIL測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)可用于重復(fù)測試ADAS和AD系統(tǒng)的ECU，并節(jié)省大量開發(fā)時(shí)間。

采埃孚的下一代移動性能

作為全球最大的汽車一級供應(yīng)商之一，采埃孚致力于實(shí)現(xiàn)“零愿景”，即零事故、零死亡和零排放。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)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(diǎn)是打造“下一代移動出行”，即推出切實(shí)可行、經(jīng)濟(jì)實(shí)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。

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(lǐng)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(dá)或激光雷達(dá)）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(luò)或中央高性能計(jì)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(dāng)然，該公司還連接了驅(qū)動、底盤或轉(zhuǎn)向系統(tǒng)中的機(jī)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(qiáng)車輛安全性，而且還提高了車輛效率。

ZF Mobility Solutions測試系統(tǒng)開發(fā)

作為全球最大的汽車一級供應(yīng)商之一，采埃孚致力于實(shí)現(xiàn)“零愿景”，即零事故、零死亡和零排放。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的主要方法是提高駕駛過程的安全性、效率和舒適度。

ZF Mobility Solutions（ZMS）是采埃孚集團(tuán)旗下的全資子公司，總部位于德國的因戈?duì)柺┧?。其使命是通過開發(fā)和實(shí)施自主交通系統(tǒng)，提供清潔、高效、舒適且價(jià)格合理的出行方式。

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)，以滿足復(fù)雜的ADAS和AD驗(yàn)證與確認(rèn)的特定需求。

該任務(wù)是為采埃孚公司構(gòu)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(xiàng)目的硬件、軟件和流程。

ADAS驗(yàn)證挑戰(zhàn)

ADAS需要在開發(fā)的各個階段進(jìn)行大量驗(yàn)證。必須在真實(shí)場景中針對高度網(wǎng)絡(luò)化的復(fù)雜功能進(jìn)行測試。但是ADAS的安全性應(yīng)達(dá)到何種程度才能上路供消費(fèi)者使用？實(shí)車測試需要大量時(shí)間，不但成本高昂，而且有時(shí)提供的信息價(jià)值很有限，尤其是在測試的可重復(fù)性方面。雖然仍有必要進(jìn)行實(shí)車測試，但也迫切需要將其他測試方法納入驗(yàn)證過程，從“行駛里程”轉(zhuǎn)變?yōu)椤按窚y的里程質(zhì)量”。 這個精心制定的驗(yàn)證策略率先成為符合ISO-26262標(biāo)準(zhǔn)或Automotive SPICE （ASPICE）等最先進(jìn)規(guī)范和法規(guī)的重要支柱。 在開發(fā)中使用虛擬現(xiàn)實(shí)（VR）技術(shù)是主流趨勢之一；這有利于在實(shí)際條件下測試早期階段的系統(tǒng)?；贖IL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(biāo)硬件上驗(yàn)證ADAS功能以及確定功能性和非功能性關(guān)鍵性能指標(biāo)（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(shí)現(xiàn)車輛的自動駕駛至關(guān)重要。NI解決方案可構(gòu)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(shí)世界的測試和基于VR的測試。

雷達(dá)HIL測試系統(tǒng)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(shí)，重點(diǎn)和需求不再僅僅是高計(jì)算能力，而是比以往任何時(shí)候都更注重可擴(kuò)展性、靈活性和高度網(wǎng)絡(luò)化系統(tǒng)運(yùn)行的方方面面。待測系統(tǒng)（SUT）是一款采埃孚汽車級雷達(dá)傳感器，適用于自適應(yīng)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(yīng)用。隨著SUT的復(fù)雜性日益增加，開發(fā)新測試系統(tǒng)時(shí)必須要從平臺角度出發(fā)。

此類測試系統(tǒng)的關(guān)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(kuò)展性：從單個ADAS ECU驗(yàn)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(shí)仿真

可靠性：具備最高可用性要求的全天候串行HIL集群運(yùn)行

兼容性：將新的HIL測試系統(tǒng)集成到與企業(yè)IT基礎(chǔ)設(shè)施、現(xiàn)有工具和流程相關(guān)的現(xiàn)有生態(tài)系統(tǒng)中

流暢的可操作性：HIL集群設(shè)置，用于遠(yuǎn)程訪問、操作和維護(hù)以及診斷各種串行驗(yàn)證

方法

ZMS與NI合作的主要原因在于高性能的實(shí)時(shí)計(jì)算系統(tǒng)以及高精度的定時(shí)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(yīng)用的軟件，尤其是在使用LabVIEW進(jìn)行實(shí)時(shí)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，可在不重設(shè)車輪的情況下，將工作從一個ADAS項(xiàng)目切換至另一個項(xiàng)目。這可以通過為每個測試用例設(shè)置新參數(shù)并依賴核心系統(tǒng)的現(xiàn)有基礎(chǔ)來實(shí)現(xiàn)，其中核心系統(tǒng)可重復(fù)用于為ADAS和AD系統(tǒng)測試功能強(qiáng)大的ECU，同時(shí)節(jié)省時(shí)間。此外還提供可擴(kuò)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(kuò)展至30個或更多接口。 完整的HIL模擬器開發(fā)包括HIL試驗(yàn)臺的機(jī)械和電氣設(shè)計(jì)，涵蓋了工作和產(chǎn)品安全的所有方面。

PXI系統(tǒng)的配置如下：

PXIe-1082機(jī)箱

PXIe-8840 Intel i7四核，8 GB RAM，320 GB硬盤

PXI-6683定時(shí)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(jī)

12 V直流電源

16安培電源插口

外部MIPI/CSI-2和SPI再注入設(shè)備

HIL實(shí)時(shí)操作和再注入數(shù)據(jù)流的軟件架構(gòu)包括：

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

LabVIEW組件，用于HIL實(shí)時(shí)操作、總線通信和同步

腳本和其他軟件組件，用于啟用遠(yuǎn)程控制和操作，以及連接至SystemLink服務(wù)器

憑借ZMS和采埃孚公司各自的競爭優(yōu)勢，NI協(xié)助建立了軟件流程和維護(hù)。這有助于構(gòu)建一個功能強(qiáng)大的模塊化HIL軟件庫，從而為未來的HIL項(xiàng)目奠定基礎(chǔ)，并為2022年成為“NI卓越中心”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4：軟件開發(fā)流程

下圖概述了HIL測試系統(tǒng)設(shè)置中數(shù)據(jù)流和通信之間的依賴關(guān)系。

圖5：軟件開發(fā)流程

結(jié)果

隨著HIL系統(tǒng)原型的開發(fā)并可復(fù)制至HIL集群中運(yùn)行的多個HIL系統(tǒng)中，可以在全自動化HIL運(yùn)行中通過大量的雷達(dá)軟件測試周期實(shí)現(xiàn)雷達(dá)系統(tǒng)驗(yàn)證。這不僅賦予了在目標(biāo)ECU平臺上即時(shí)測試新軟件版本更大的靈活性，而且還擴(kuò)大了測試覆蓋范圍。 在雷達(dá)系統(tǒng)的開發(fā)過程中，相當(dāng)于在HIL集群成功地再處理了600余天試驗(yàn)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(yàn)證過程的流程。

圖6：系統(tǒng)開發(fā)和驗(yàn)證流程

將HIL原型開發(fā)擴(kuò)展至全天候HIL集群時(shí)，SystemLink的遠(yuǎn)程HIL實(shí)時(shí)軟件部署、系統(tǒng)操作和維護(hù)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(shí)間并實(shí)現(xiàn)可擴(kuò)展性。這意味著采埃孚的測試計(jì)劃可以與自身的創(chuàng)新時(shí)間表保持一致。

在雷達(dá)HIL開發(fā)項(xiàng)目中，ZMS的測試系統(tǒng)開發(fā)部門獲得“NI卓越中心”認(rèn)證是其中的一項(xiàng)顯著成就。該團(tuán)隊(duì)具有出色的工程技術(shù)水平，并提供了省時(shí)的軟件開發(fā)流程、可擴(kuò)展和擴(kuò)充的軟件設(shè)計(jì)和架構(gòu)，以及持續(xù)開展培訓(xùn)、指導(dǎo)和學(xué)習(xí)。

我們的戰(zhàn)略合作伙伴關(guān)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。

“AD和ADAS需要結(jié)合不同的測試方法，這雖然很有挑戰(zhàn)性，但對于保證駕駛員和乘客的安全并最終實(shí)現(xiàn)自動駕駛汽車至關(guān)重要。借助NI解決方案，我們可以構(gòu)建系統(tǒng)，并朝著實(shí)現(xiàn)真實(shí)和虛擬測試相結(jié)合的全面測試策略邁進(jìn)一步?！?/p>

審核編輯：劉清