ADAS驗證的關鍵技術：HIL測試系統概述

案例分析要點

借助NI開放式、數據驅動型、軟件互連的生態系統以及PXI功能，采埃孚能夠開發可擴展的ADAS HIL系統，在滿足未來需求的同時與測試項目的步伐保持一致。

采埃孚的ADAS HIL測試系統原型已復制至HIL集群的多個系統中，在多個軟件測試周期中構建了全自動化驗證系統。

憑借出色的專業能力，采埃孚的團隊開發了功能強大的模塊化HIL軟件庫，為未來項目奠定了基礎，同時為成為“NI卓越中心”鋪平了道路。

挑戰

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

解決方案

采埃孚（ZF） ADAS驗證部門利用NI產品與服務來開發和定制可擴展、靈活且高度網絡化的HIL測試系統，該系統可用于重復測試ADAS和AD系統的ECU，并節省大量開發時間。

采埃孚的下一代移動性能

作為全球最大的汽車一級供應商之一，采埃孚致力于實現“零愿景”，即零事故、零死亡和零排放。實現這一目標的主要方法是提高駕駛過程的安全性、效率和舒適度。 采埃孚的未來戰略重點是打造“下一代移動出行”，即推出切實可行、經濟實惠的移動出行解決方案并囊括電動、智能、互聯、可持續、安全、自動駕駛等功能。

采埃孚憑借其專業知識和產品組合，賦予車輛全方位的感知、決策和執行能力，在市場上處于領先地位。其企業座右銘“感知－決策－執行（See－Think－Act）”簡明扼要地概括了企業的發展主題。例如，采埃孚將攝像頭與傳感器系統（雷達或激光雷達）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絡或中央高性能計算平臺開發、生成和連接車輛交換中心的數據（決策）。當然，該公司還連接了驅動、底盤或轉向系統中的機電一體化系統，以創建現代化驅動功能（執行）。這不僅增強車輛安全性，而且還提高了車輛效率。

ZF Mobility Solutions測試系統開發

作為全球最大的汽車一級供應商之一，采埃孚致力于實現“零愿景”，即零事故、零死亡和零排放。實現這一目標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）是采埃孚集團旗下的全資子公司，總部位于德國的因戈爾施塔特。其使命是通過開發和實施自主交通系統，提供清潔、高效、舒適且價格合理的出行方式。

ZMS測試系統開發部的愿景是開發出富有創新性的高質量測試系統，以滿足復雜的ADAS和AD驗證與確認的特定需求。

該任務是為采埃孚公司構建基于HIL的測試系統原型，其中包括可用于串行開發項目的硬件、軟件和流程。

ADAS驗證挑戰

ADAS需要在開發的各個階段進行大量驗證。必須在真實場景中針對高度網絡化的復雜功能進行測試。但是ADAS的安全性應達到何種程度才能上路供消費者使用？實車測試需要大量時間，不但成本高昂，而且有時提供的信息價值很有限，尤其是在測試的可重復性方面。雖然仍有必要進行實車測試，但也迫切需要將其他測試方法納入驗證過程，從“行駛里程”轉變為“待路測的里程質量”。 這個精心制定的驗證策略率先成為符合ISO-26262標準或Automotive SPICE （ASPICE）等最先進規范和法規的重要支柱。 在開發中使用虛擬現實（VR）技術是主流趨勢之一；這有利于在實際條件下測試早期階段的系統?；贖IL的開環數據回放和閉環仿真測試系統特別適用于在目標硬件上驗證ADAS功能以及確定功能性和非功能性關鍵性能指標（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現車輛的自動駕駛至關重要。NI解決方案可構建有助于制定全面測試策略的測試系統，該策略包括真實世界的測試和基于VR的測試。

雷達HIL測試系統要求

ADAS對測試系統的開發有很高的要求，開發這些系統時，重點和需求不再僅僅是高計算能力，而是比以往任何時候都更注重可擴展性、靈活性和高度網絡化系統運行的方方面面。待測系統（SUT）是一款采埃孚汽車級雷達傳感器，適用于自適應巡航控制、防碰撞、碰撞前安全系統或副駕駛功能等典型ADAS應用。隨著SUT的復雜性日益增加，開發新測試系統時必須要從平臺角度出發。

此類測試系統的關鍵方面包括：

模塊化：核心HIL和附加軟件系統組件的即插即用性

可擴展性：從單個ADAS ECU驗證到高性能360°AD傳感器數據回放和閉環虛擬現實仿真

可靠性：具備最高可用性要求的全天候串行HIL集群運行

兼容性：將新的HIL測試系統集成到與企業IT基礎設施、現有工具和流程相關的現有生態系統中

流暢的可操作性：HIL集群設置，用于遠程訪問、操作和維護以及診斷各種串行驗證

方法

ZMS與NI合作的主要原因在于高性能的實時計算系統以及高精度的定時和同步功能。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以及模擬和數字I/O卡。 NI的開放式軟件平臺還支持在HIL系統開發中生成模塊化和特定應用的軟件，尤其是在使用LabVIEW進行實時軟件開發以及SystemLink軟件所涵蓋的系統操作方面。

PXI平臺支持模塊化，可在不重設車輪的情況下，將工作從一個ADAS項目切換至另一個項目。這可以通過為每個測試用例設置新參數并依賴核心系統的現有基礎來實現，其中核心系統可重復用于為ADAS和AD系統測試功能強大的ECU，同時節省時間。此外還提供可擴展性，目前可以測試具有5到10個總線連接和數據接口的ECU；未來測試還會擴展至30個或更多接口。 完整的HIL模擬器開發包括HIL試驗臺的機械和電氣設計，涵蓋了工作和產品安全的所有方面。

PXI系統的配置如下：

PXIe-1082機箱

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

PXI-6683定時和同步模塊

2個PXI-8512 CAN-FD總線接口

其他HIL系統組件：

采用Ubuntu操作系統的19英寸HIL控制PC機

12 V直流電源

16安培電源插口

外部MIPI/CSI-2和SPI再注入設備

HIL實時操作和再注入數據流的軟件架構包括：

ROS（C++）節點，用于處理記錄的雷達數據

LabVIEW組件，用于HIL實時操作、總線通信和同步

腳本和其他軟件組件，用于啟用遠程控制和操作，以及連接至SystemLink服務器

憑借ZMS和采埃孚公司各自的競爭優勢，NI協助建立了軟件流程和維護。這有助于構建一個功能強大的模塊化HIL軟件庫，從而為未來的HIL項目奠定基礎，并為2022年成為“NI卓越中心”鋪平了道路。

ZMS的軟件開發依賴于基于Scrum的敏捷軟件開發以及持續的集成和部署（CI/CD）的現有流程，如下圖所示。

圖4：軟件開發流程

下圖概述了HIL測試系統設置中數據流和通信之間的依賴關系。

圖5：軟件開發流程

結果

隨著HIL系統原型的開發并可復制至HIL集群中運行的多個HIL系統中，可以在全自動化HIL運行中通過大量的雷達軟件測試周期實現雷達系統驗證。這不僅賦予了在目標ECU平臺上即時測試新軟件版本更大的靈活性，而且還擴大了測試覆蓋范圍。 在雷達系統的開發過程中，相當于在HIL集群成功地再處理了600余天試驗場測試操作的數據。

下圖描述了將各種HIL測試系統作為一個HIL集群集成至系統開發和驗證過程的流程。

圖6：系統開發和驗證流程

將HIL原型開發擴展至全天候HIL集群時，SystemLink的遠程HIL實時軟件部署、系統操作和維護功能就有了用武之處。NI的解決方案可幫助采埃孚節省時間并實現可擴展性。這意味著采埃孚的測試計劃可以與自身的創新時間表保持一致。

在雷達HIL開發項目中，ZMS的測試系統開發部門獲得“NI卓越中心”認證是其中的一項顯著成就。該團隊具有出色的工程技術水平，并提供了省時的軟件開發流程、可擴展和擴充的軟件設計和架構，以及持續開展培訓、指導和學習。

我們的戰略合作伙伴關系會支持我們在未來能夠成功地將安全可靠的ADAS和AD系統推向市場。

“AD和ADAS需要結合不同的測試方法，這雖然很有挑戰性，但對于保證駕駛員和乘客的安全并最終實現自動駕駛汽車至關重要。借助NI解決方案，我們可以構建系統，并朝著實現真實和虛擬測試相結合的全面測試策略邁進一步?！?/p>

審核編輯：劉清