Siemens PLM Software
基于模型的ADAS和自动驾驶系统性能 开发验证方法论
Digitalization of the automotive industry
Restricted © Siemens AG 2017
驱动汽车行业创新的趋势
自动化、电气化、网联化以及共享化
产品系统数字化双胞胎技术
全面满足智能网联新能源车的研发需要
智能网联新能源车研发解决方案
自动化
感知 决策 执行
电气化
电池 电驱 电控
网联化
人 车 环境 从辅助驾驶
到自动驾驶
从内燃机到 混动到纯电动
从孤立的车 到系统的系统
确保协同、数字化的持续性、多领域的追溯性以及功能安全
校核&验证 :仿真开发 & 测试
产品系统数字化双胞胎技术
全面满足智能网联新能源车的研发需要
智能网联新能源车研发解决方案
自动化
感知 决策 执行
电气化
电池 电驱 电控
网联化
人 车 环境 从辅助驾驶
到自动驾驶
从内燃机到 混动到纯电动
从孤立的车 到系统的系统
确保协同、数字化的持续性、多领域的追溯性以及功能安全
校核&验证 :仿真开发 & 测试
Continued investment in the Digital Enterprise 西门子在数字化工厂领域的持续投入
UGS acquisition establishes software foundation for
product development
Acquisition of LMS expands strategy for verification and validation of systems
Siemens establishes leadership in product and process simulation to enable digitalization
Product development
Vistagy
2007 2015 2016 2017
UGS
Perfect Costing Solutions
Kineo
LMS
TESIS
Polarion CD-adapco
Active
IBS Preactor
Camstar Orsi
Innotec
ETM
2008 2009 2010 2011
>$10 Billion since 2007
Production engineering and execution 2016 2017
2013 2012
2011
2007
2012
Bentley Systems
智能网联新能源车研发解决方案 校核和验证的解决方案
从纯模型、到半实物、到道路测试的解决方案
确保协同、数字化的持续性、多领域的追溯性以及功能安全
校核&验证 :仿真开发 & 测试
软件在环 SiL
道路测试 Road Test 硬件在环
HiL 模型在环
MiL
车辆在环 ViL
试验场测试 Test Track
The ADAS/AD testing challenge
自动驾驶车辆开发和测试的挑战
Dilemma:
“At what point do we sign-off on the automated functions
knowing that certain situations have not been tested?”
“ 明知无法遍历所有的交通情 景,那么,究竟需要多少道路测试,
才能认为自动驾驶系统是成熟可靠 的 ?”
“14.2 billion miles of testing is needed”
Akio Toyoda, CEO of Toyota Paris Auto Show 2016
“Design validation will be a major – if not the largest – cost component”
Roland Berger, “Autonomous Driving” 2014
The ADAS/AD testing challenge
自动驾驶车辆开发和测试的挑战
“Unlimited” number of possible scenarios to deal with 测试里程和工况场景,几乎是无限的
System-critical situations and variant rarely happen 严苛工况及全面工况,在道路测试中可遇不可求
Scenarios often not reproducible
即使能遇到严苛工况,也不可重现,无法重复验证
“Ground-truth data” often unknown/inaccurate 在道路上,缺乏真值数据,来对比检验系统性能
Scenarios often too dangerous/complicated to test 部分测试工况,具有危险性、复杂性
“14.2 billion miles of testing is needed”
Akio Toyoda, CEO of Toyota Paris Auto Show 2016
“Design validation will be a major – if not the largest – cost component”
Roland Berger, “Autonomous Driving” 2014
Siemens AD V&V Solution: Model Based Design & Validation
西门子自动驾驶测试解决方案: 基于模型的设计和测试验证
SiL
Proving ground Road test Concepts
MiL
Certification
校核&验证 :仿真开发 & 测试
Vehicle in the loop ViL
System in Loop HiL
PreScan tool chain, state-of-the-art ADAS and AD simulation
核心工具-PreScan, 全球领先的ADAS和自动驾驶仿真技术
PreScan is physics-based
simulation platform for development of Advanced Driver Assistance Systems (ADAS), that are based on sensor technologies such as radar, laser/lidar, camera and GPS. vehicle-to-vehicle (V2V) and vehicle-to-infrastructure (V2I) communication applications
PreScan是以物理模型为基础的汽 车ADAS和自动驾驶仿真软件,支持基 于摄像头、雷达、激光雷达、GPS、
V2V车车通讯等多种ADAS和自动驾驶的 开发和测试。
ADAS & Automated driving systems in PreScan
高级驾驶辅助和自动驾驶系统在PreScan中的仿真实现
Scenarios
1
场景工况 Algorithms3
算法 Sensors2
传感器 Actuators4
执行器Traffic element database
134 scenario demos
Importing
OpenDrive HAD Map
IBEO lidar data
GIDAS data
CIDAS data
19 sensor types
Camera
Radar
Lidar
Ultrasonic
V2X
GPS
…
Vehicle dynamics model
PreScan model
AMESim
Matlab Simulink
Simcenter Amesim
ADAS & Automated driving systems in PreScan
高级驾驶辅助和自动驾驶系统在PreScan中的仿真实现
自 动驾驶
车辆动力学
Simcenter Amesim
ADAS & Automated driving systems in PreScan
高级驾驶辅助和自动驾驶系统在PreScan中的仿真实现
自 动驾驶
车辆动力学
ADAS & Automated driving systems in PreScan
高级驾驶辅助和自动驾驶系统在PreScan中的仿真实现
自动驾驶系统、动力学、乘员模型的混合仿真方案
Simcenter Amesim
自 动驾驶 车辆动力学
乘 员模型
轮胎模型
15
校核&验证
Design & validation methodology in model based simulation
开发和测试方法论:基于模型的仿真方法
软件在环 SiL
道路测试 Road Test 硬件在环
HiL 模型在环
MiL
车辆在环 ViL
试验场测试 Test Track
Example 1: Massive simulation with PreScan cluster for an European OEM
案例1:大规模工况集群计算仿真方案 (某北欧OEM)
Massive Scenarios Inputs(thousands?) 大规模场景工况输入(成千上万种工况)
Regulation scenarios ISO
NHTSA NCAP
Accident database GIDAS
CIDAS
Recorded scenarios Road test data IBEO scanned
Critical scenarios OEM database Supplier database
…
Type, amount and representative of scenarios matters for verification and validation 测试工况的种类、数量、覆盖度对系统和算法的测试至关重要。
Scenarios
1
场景工况 Algorithms3
算法 Sensors2
传感器 Actuators4 执行器
Example 1: Massive simulation with PreScan cluster for an European OEM
案例1:大规模工况集群计算仿真方案 (某北欧OEM)
PreScan Cluster solutions 大规模集群计算解决方案
Use massive scenarios and test automation on cluster to validate systems in an effective way 使用大规模测试工况库,利用集群计算、自动化测试功能,高效验证系统和算法。
Scenarios
1
场景工况 Algorithms3
算法 Sensors2
传感器 Actuators4 执行器
Example 1: Massive simulation with PreScan cluster for an European OEM
案例1:大规模工况集群计算仿真方案 (某北欧OEM)
PreScan makes it possible to
import standard GIDAS database into virtual scenarios
导入GIDAS事故数据库数据,自动 生成虚拟测试场景,用于仿真测试 工况
19
Test automation enables massive scenarios
variants to improve the coverage
利用自动化测试功能,将 单一场景衍生为大量的变 种,提高测试覆盖度。
Example 2: Massive simulation for ACC-Adaptive Cruise Control
案例2: ACC自适应巡航大规模工况自动化仿真测试
115 kph
………
35 kph 30 kph
ACC cut-in工况
120 kph
………
45 kph 40 kph
Cut-in = 5/6/7/8/9/10 m
………
Overlap = 10%/20%/30%/40%/50% ………
Deceleration = -0.1/-0.2/-0.3/-0.4/-0.5 g
………
主车速度 20 种
目标车速度 20种
Cutin时机 10种
重叠度 10种
目标车减速度 5种
目标车类型 3种
……
工况组合
600,000
Example 3: ACC-Adaptive Cruise Control comfort analysis
案例3:ACC自适应巡航系统舒适性分析
How to determine the
parameters of each component - radar, ACC algorithm,
actuation, and chassis and tire dynamics, to get optimized
acc./dec. and jerk performance?
问题:如何分配传感器/控制算 法/执行机构/底盘各部分的响应 和延迟等参数特性,来实现加减 速过程中的最优舒适性(jerk)?
Radar 雷达 ACC控制器和算法
Actuation 执行器 底盘/轮胎 Chassis/tire
PreScan SiL Example 仿真案例
Radar ACC and TJA :雷达ACC(自适应巡航)和TJA(堵车辅助)仿真
22
Example 4: LDW/FCW/TJA camera HiL – hardware-in-the-loop (Magna)
案例4: LDW/FCW/TJA硬件在环HiL台架 (Magna)
Example 5: LKA camera HiL – hardware-in-the-loop (Japanese OEM/tier)
案例5: 车道保持辅助硬件在环HiL台架 (日系OEM/供应商)
Real-Time PC PC
Vehicle Dynamics
Power steering model
Camera model
Video
Steering torque x,y,θ
x,y,θ
Driver model World Scenarios
LKA Camera
Vehicle speed ↑ Yaw rate
Q: how to fine tune Lane Keeping performance under various road
conditions? Obviously HiL is more efficient than road tests considering the amount of lane and lane marker combinations
问题:如何充分测试LKA系统在海量的车道工况下的最优性能呢?毫无疑问,
HiL测试效率远超道路测试。
海量LKA工况组合 不同宽度车道
不同转弯半径 各种车道组合 多种标线形态
……
高效仿真测试
Example 5: LKA camera HiL – hardware-in-the-loop (Japanese OEM/tier)
案例5: 车道保持辅助硬件在环HiL台架 (日系OEM/供应商)
PreScan LDW/LKA Example 仿真案例
摄像头LDW/LKA(车道保持辅助)在PreScan中的仿真
26
Example 6: PreScan synthetic data for central AD processing units
案例6: PreScan仿真数据用于自动驾驶中央处理器(Mentor DRS360)
PreScan - Virtual sensor data and ability to generate infinite challenging traffic scenarios, to test DRS 360 central AD processor
PreScan – 仿真无限数量的严苛交通工况,通过环境感知传感器,提供感 知数据,用于测试DRS 360 中央处理器和算法
Simcenter PreScan
Virtual Sensor Image Generation
(LiDAR, Camera)
Perspective Update Auto Dynamic State
Actuator Control Virtual-HiL Control Platform
Sensor Signals
3D real-time SLAM Validation
Powertrain Model
Chassis Model
Real world Scenario
Simulation
Example 6: PreScan synthetic data for central AD processing units
案例6: PreScan仿真数据用于自动驾驶中央处理器
Example 8: Radar ViL(vehicle-in-the-loop) (PATAC)
案例8: 雷达ACC/AEB车辆在环ViL试验台 (泛亚)
Real Vehicle PreScan PC @ 100Hz
World scenarios
Intervention acc./dec. request
Radar model
Target information
Target detection
Radar
(radar antenna is bypassed so only ACC&AEB logic is tested)
Echo target detection Vehicle velocity
Yaw rate Steering angle
Vehicle Chassis/Brake/Engine actuation response to ACC/AEB intervention request
Vehicle motion message
ACC HMI CAN
Example 8: Radar ViL(vehicle-in-the-loop) (PATAC)
案例8: 雷达ACC/AEB车辆在环ViL试验台 (泛亚)
Q: how to have a tool to solve the problems encountered in road testing: uncontrolled scenarios, none-reproducibility, no test automation, and limit ground truth info
问题:如何克服ACC/AEB路试的诸多不利因 素,使得:场景受控,测试可重复,批量化测 试,以及提供道路交通信息的真值
海量ACC/AEB工况组合 直道
弯道
不同转弯半径 静止目标 移动目标 不同测试车速
Example 9: DiL(driver-in-the-loop)
案例9: 驾驶员在环DiL试验台
具备实时能力的
“数字化双胞胎”
有机结合了仿真和物理测试
Digital Twin
1D Multi-Physics
3D Multi-Body Co-simulation
PreScan
Real-Time “Digital Twin”
Bridging between Virtual and Physical
Euro NCAP accredit LDW&AEB Test Track
Euro NCAP 组织官方授权LDW&AEB试验场
TASS test track is accredit Euro NCAP test facility for new AEB/LDW/ISA testing protocols.
TASS的AEB/LDW/ISA试验 场是首批获得Euro NCAP主 动安全系统试验资质的试验 场。
Dome camera (safety) Fixed camera (vehicle localization)
Communication unit (ITS G5)
Real-life validation of Connected Systems on a network-level Public Roads A270 between Helmond and Eindhoven operated by TASS
使用A270高速Helmond和埃因霍温 段建立的自动驾驶测试场,长达7公 里。由TASS运营,支持智能驾驶、
自动驾驶项目的道路测试
High way test facilities for automated driving
提供高速公路自动驾驶测试场 – 荷兰A270高速公路
Example 9: America Center for Mobility powered by PreScan
案例9:Willow Run ACM 使用PreScan进行测试场设计支持
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校核&验证
Design & validation methodology in model based simulation
开发和测试方法论:基于模型的仿真方法
软件在环 SiL
道路测试 Road Test 硬件在环
HiL 模型在环
MiL
车辆在环 ViL
试验场测试 Test Track
World scenarios rendering
场景渲染能力
Physics Based camera model
摄像头物理模型
Simulation from scene (light source), object material, camera optics to imager and AD.
仿真从光源、传播媒介、目标表面材质、光学镜头、成像器件、以及AD转换等各 个成像的物理环节
Physics Based camera model
摄像头物理模型
Physics based radar model
基于物理的雷达模型
1, Object noise and resolution 雷达的精度、分辨率特性模型 2, Object level with energy
目标的能量反射模型
3, Probabilistic radar model
雷达性能缺陷的物理模型:漏检测/误检测/分列..
∆T
Physics based radar model
基于物理的雷达模型
• 检测精度特性
• 分辨率特性
• 误检测 – False Positives(‘Clutter’)
• 漏检测 – Fales Negatives(‘Missed Detections’)
7-6-2018
Physics based radar model
基于物理的雷达模型
Physics based lidar model
基于物理的激光雷达模型
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Siemens AD V&V Solution: Model Based Design & Validation
西门子自动驾驶测试解决方案: 基于模型的设计和测试验证
SiL
Proving ground Road test Concepts
MiL
Certification
校核&验证 :仿真开发 & 测试
Vehicle in the loop ViL
System in Loop HiL
Thank you.
siemens.com
© Siemens AG 2017