文章轉(zhuǎn)載自《數(shù)字化工業(yè)軟件技術(shù)期刊》，作者梁致豪

西門子推出Simcenter Prescan360，為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的大規(guī)模虛擬驗(yàn)證提供了高度可控的，基于集群計(jì)算的仿真解決方案。

在接下來(lái)的幾十年中，新興及傳統(tǒng)汽車制造廠商，共享出行服務(wù)商，以及相關(guān)的供應(yīng)鏈將會(huì)在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域產(chǎn)生數(shù)萬(wàn)億美元的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)。這場(chǎng)快速向前的自動(dòng)駕駛汽車革命同時(shí)也將會(huì)對(duì)汽車的設(shè)計(jì)，制造和銷售方式帶來(lái)巨大影響。

西門子工業(yè)軟件的產(chǎn)品組合可以為客戶在整個(gè)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)開(kāi)發(fā)流程中提供全面的，可追溯的仿真驗(yàn)證方案。致力于通過(guò)高度集成的數(shù)字化開(kāi)發(fā)環(huán)境和先進(jìn)的芯片技術(shù)實(shí)現(xiàn)整車仿真，西門子可以在滿足時(shí)間及成本控制的前提下，幫助汽車制造廠商及其供應(yīng)商制造出安全并且具有商業(yè)價(jià)值的自動(dòng)駕駛汽車。

對(duì)于汽車公司來(lái)說(shuō)，進(jìn)入自動(dòng)駕駛領(lǐng)域的首要任務(wù)是保障乘員安全。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，OEM廠商的ADAS/AD系統(tǒng)必須要在足夠保真度的前提下完成海量的仿真測(cè)試驗(yàn)證。為了能在十年內(nèi)實(shí)現(xiàn)高級(jí)別的自動(dòng)駕駛，需要被投入做系統(tǒng)仿真驗(yàn)證的測(cè)試用例規(guī)模將是千萬(wàn)量級(jí)的。

大規(guī)模的虛擬驗(yàn)證
為了幫助客戶克服這一前所未有的挑戰(zhàn)，西門子開(kāi)發(fā)了一款具有集群和云計(jì)算能力的虛擬仿真驗(yàn)證平臺(tái)，Simcenter Prescan 360。

該平臺(tái)可以基于有限的測(cè)試工況生成大量的虛擬測(cè)試用例，這些測(cè)試工況包含了環(huán)境模型，車輛模型以及連接兩者的傳感器模型。

CAE工程團(tuán)隊(duì)可以使用Simcenter Prescan360和Simcenter Amesim來(lái)建模自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，完成整車評(píng)價(jià)。作為Prescan360的一部分，Prescan是環(huán)境，場(chǎng)景，傳感器，以及控制器仿真的核心引擎，它會(huì)考慮到毫米波雷達(dá)，攝像頭，激光雷達(dá)以及超聲波雷達(dá)等傳感器的反射特性。通過(guò)傳感器模型提供的真值到物理級(jí)別的感知數(shù)據(jù)，使用者可以對(duì)傳感器方案進(jìn)行評(píng)價(jià)分析。

虛擬場(chǎng)景可以通過(guò)手動(dòng)拖放或腳本編輯的方式實(shí)現(xiàn)，也可以通過(guò)導(dǎo)入外部場(chǎng)景數(shù)據(jù)來(lái)完成，如導(dǎo)入GIDAS和CIDAS數(shù)據(jù)（德國(guó)和中國(guó)的交通事故數(shù)據(jù)）。另外，許多OEM廠商及一級(jí)供應(yīng)商有自己儲(chǔ)備的路采數(shù)據(jù)，他們可以將這些數(shù)據(jù)制作成OpenScenario格式的場(chǎng)景數(shù)據(jù)文件，這樣的數(shù)據(jù)Prescan360也是支持導(dǎo)入的。

HEEDS 是Prescan 360的協(xié)調(diào)器，旨在通過(guò)模型在環(huán)或軟件在環(huán)的方式來(lái)檢查需求。HEEDS產(chǎn)品本身也在向著大規(guī)模仿真協(xié)調(diào)器的方向演進(jìn)，并且更加專注于ADAS和自動(dòng)駕駛領(lǐng)域的虛擬驗(yàn)證。它具有過(guò)程自動(dòng)化，分布式計(jì)算以及生成結(jié)果報(bào)告等功能，可以對(duì)大量仿真測(cè)試結(jié)果進(jìn)行廣泛的分析。

仿真結(jié)果分析


一個(gè)工況通過(guò)修改參數(shù)可以衍生出多個(gè)測(cè)試用例，在上圖中用點(diǎn)表示。

藍(lán)色點(diǎn)：AEB系統(tǒng)未觸發(fā)，未發(fā)生碰撞；
紅色圓形：AEB系統(tǒng)未觸發(fā)，發(fā)生碰撞；圓形大小表示碰撞速度
綠色菱形：AEB系統(tǒng)觸發(fā)，避免碰撞；菱形大小表示TTC
深綠色菱形：AEB系統(tǒng)觸發(fā)，緩解了碰撞；
粉色圓形：AEB系統(tǒng)誤觸發(fā)；圓形大小表示TTC
黃色三角形：AEB系統(tǒng)觸發(fā)，碰撞發(fā)生

HEEDS 也可以通過(guò)分析測(cè)試工況的參數(shù)空間來(lái)獲得更有價(jià)值的仿真結(jié)果，對(duì)ADAS/AD系統(tǒng)開(kāi)發(fā)中可能出現(xiàn)的失效模式提出更深層次的分析。



定義概率分布。這些分布方案可以被用于做設(shè)計(jì)或場(chǎng)景的參數(shù)采樣，以及做運(yùn)行次數(shù)的預(yù)設(shè)置。還有其他的采樣方法可供選擇，如全因子采樣，DOE篩選采樣，拉丁超立方采樣等等，或是直接導(dǎo)入測(cè)試設(shè)計(jì)。用來(lái)指導(dǎo)優(yōu)化設(shè)計(jì)也是一個(gè)選項(xiàng)。

Simcenter Prescan360 對(duì)于第三方的工具和腳本也都非常開(kāi)放，可以讓所有公司及仿真團(tuán)隊(duì)基于此來(lái)定制自己的工具鏈。Simcenter Prescan360是具有集群及云計(jì)算能力的仿真解決方案，當(dāng)然，基于本地算力也可以進(jìn)行仿真調(diào)試或是完成一些前期的簡(jiǎn)單驗(yàn)證。Simcenter Prescan360 可以被部署并運(yùn)行在本地集群計(jì)算機(jī)，分布式計(jì)算機(jī)，或是西門子定制部署的一些設(shè)備上。Prescan360已經(jīng)在微軟的Azure云上完成了部署和使用，西門子計(jì)劃在未來(lái)和更多的云提供商實(shí)現(xiàn)這樣的部署。



用戶可以實(shí)時(shí)查看仿真的運(yùn)行狀態(tài)，上圖中的界面顯示的是正在集群計(jì)算機(jī)上做并行仿真的情況。測(cè)試用例根據(jù)用戶之前定義的過(guò)程自動(dòng)化策略執(zhí)行，該策略的架構(gòu)顯示在界面的頂部：如果在運(yùn)行測(cè)試用例“AEBS_ON_Run”時(shí)，AEB系統(tǒng)觸發(fā)了，接下來(lái)會(huì)執(zhí)行 “AEBS_OFF_Run”，也就是AEB系統(tǒng)被抑制的情況，綜合比較仿真結(jié)果可以更好的了解AEBS系統(tǒng)的性能。接下來(lái)就可以分析AEB系統(tǒng)的觸發(fā)是否有必要，如何降低風(fēng)險(xiǎn)或損害，以及安全邊際在哪里等問(wèn)題。

如果需要考慮更加細(xì)節(jié)的車輛物理學(xué)特性，那么在車輛動(dòng)力學(xué)模型及動(dòng)力總成模型上，Simcenter Amesim將是不二之選。它還可以提供不同級(jí)別的車輛物理學(xué)模型來(lái)滿足用戶不同程度的需求。

面向自動(dòng)駕駛系統(tǒng)安全及性能驗(yàn)證的仿真工具Simcenter Prescan360剛剛誕生，它的出現(xiàn)是為了更好地支持西門子客戶推出更加安全，可靠和舒適的自動(dòng)駕駛汽車。