數(shù)字孿生為什么這么火?

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

Waymo一天內(nèi)獲得100多年經(jīng)驗(yàn)

首先,通過激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、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(jìn)行融合。這個(gè)過程的難點(diǎn)在于數(shù)據(jù)同步。NI基于PXI的采集系統(tǒng),一個(gè)傳感器對(duì)應(yīng)一個(gè)板卡,可確保數(shù)據(jù)同步。測(cè)試系統(tǒng)的集成度高,可擴(kuò)展性強(qiáng),還能滿足未來車上安裝更多傳感器、攝像頭的測(cè)試需求。

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

monoDrive實(shí)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(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)重構(gòu)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(shí)際錄制的場(chǎng)景,下面是monoDrive的數(shù)字孿生,它重構(gòu)了一個(gè)非常高保真度的場(chǎng)景,對(duì)面來車等都可以還原出來,比手工費(fèi)時(shí)費(fèi)力創(chuàng)建這樣的場(chǎng)景提高了效率,而且效果非常真實(shí)。monoDrive可以把樹葉、欄桿、地面上的標(biāo)志圖形完整地復(fù)現(xiàn)出來,還原度非常高。這一點(diǎn),目前只有monoDrive軟件可以做到。

數(shù)字孿生與仿真測(cè)試需要關(guān)注的核心要素包括:對(duì)傳感器和環(huán)境的高精度仿真基于真實(shí)道路場(chǎng)景構(gòu)建數(shù)字孿生場(chǎng)景;對(duì)汽車動(dòng)力學(xué)模型的仿真;基于云的測(cè)試方法滿足高數(shù)據(jù)量的測(cè)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(shí)時(shí)表現(xiàn),甚至日落黃昏都可以快速創(chuàng)建出本地場(chǎng)景,以便驗(yàn)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(tái)采集道路實(shí)時(shí)數(shù)據(jù),這是實(shí)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(jī)廠會(huì)有毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)、超聲波雷達(dá)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(duì)錄制會(huì)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(jì)算系統(tǒng)

只有這些數(shù)據(jù)都被同步記錄下來,才是真實(shí)有效的。由于數(shù)據(jù)量非常大,NI提供了PXI平臺(tái),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(tái)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(tái)已發(fā)展了很多年,該平臺(tái)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(kuò)展),它是一種由PXI聯(lián)盟發(fā)布的基于PC的堅(jiān)固的測(cè)量和自動(dòng)化平臺(tái)。PXI結(jié)合了PCI的電氣總線特性與CompactPCI的堅(jiān)固性、模塊化及Eurocard機(jī)械封裝的特性,已發(fā)展成適合于試驗(yàn)、測(cè)量與數(shù)據(jù)采集場(chǎng)合應(yīng)用的機(jī)械、電氣和軟件規(guī)范。制訂PXI規(guī)范的目的是為了將臺(tái)式PC的性能價(jià)格比優(yōu)勢(shì)與PCI總線面向儀器領(lǐng)域的必要擴(kuò)展完美結(jié)合起來,形成一種主流的虛擬儀器測(cè)試平臺(tái)。

在汽車應(yīng)用中,恰恰需要PXI這種高性能、低成本的測(cè)量運(yùn)載平臺(tái)。用基于一個(gè)PXI平臺(tái)的測(cè)試系統(tǒng)可以滿足純仿真實(shí)驗(yàn)、錄制數(shù)據(jù)開環(huán)回放、硬件在環(huán)仿真及道路測(cè)試四種道路場(chǎng)景,節(jié)省測(cè)試成本,保證數(shù)據(jù)同步。

基于PXI平臺(tái)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(cè)的對(duì)象都是ECU的控制部分或ECU中的算法,因此需要模擬外圍設(shè)備,讓ECU以為連接的是真實(shí)的電機(jī)。比如用軟件導(dǎo)入模型,這些模型是用數(shù)學(xué)方式表達(dá)的。

在硬件在環(huán)仿真階段,可以使用NI PXI實(shí)時(shí)控制器運(yùn)行仿真模型來模擬受控對(duì)象的運(yùn)行狀態(tài),配合NI FPGA模塊可適應(yīng)更高動(dòng)態(tài)特性及更高精度的模型應(yīng)用需求。NI硬件在環(huán)測(cè)試平臺(tái)具有開放的軟硬件技術(shù)架構(gòu),可以減少工程師的開發(fā)時(shí)間、成本和風(fēng)險(xiǎn)。

NI提供的硬件包括FPGA板卡,可以提供納秒級(jí)運(yùn)算,實(shí)現(xiàn)電機(jī)模型非常快的響應(yīng)。如果編輯到系統(tǒng)中運(yùn)算可以達(dá)到毫秒級(jí),運(yùn)行車輛動(dòng)力學(xué)模型,真實(shí)反饋車輛在虛擬場(chǎng)景中的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)。然后連到DUT(在測(cè)設(shè)備),這樣就用AI完整鏈路和平臺(tái)軟件實(shí)現(xiàn)了一個(gè)框架。

HIL測(cè)試:DUT的虛擬現(xiàn)實(shí)

開放平臺(tái)助自動(dòng)駕駛落地

NI產(chǎn)品框架包括模塊化硬件,也就是PXI平臺(tái),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(xué)習(xí)各廠商的硬件平臺(tái)怎么操作,學(xué)習(xí)新軟件的使用方法。用NI的應(yīng)用軟件結(jié)合硬件就可以用同樣的工具鏈實(shí)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(dòng)駕駛測(cè)試不是一家測(cè)試公司能獨(dú)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(tái),使得NI能夠作為一個(gè)連接者的角色,連接合作伙伴,共同推動(dòng)自動(dòng)駕駛落地。”