ADAS验证的关键技术：HIL测试系统

智能汽车电子与软件 2023-12-10 17:17

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作者介绍

Thomas Herpel博士

ZF Mobility Solutions测试系统开发高级经理，德国因戈尔施塔特

Michael Vogt

ZF Active Safety GmbH HIL开发工程主管，德国科布伦茨

案例分析要点

借助NI开放式、数据驱动型、软件互连的生态系统以及PXI功能，采埃孚能够开发可扩展的ADAS HIL系统，在满足未来需求的同时与测试项目的步伐保持一致。
采埃孚的ADAS HIL测试系统原型已复制至HIL集群的多个系统中，在多个软件测试周期中构建了全自动化验证系统。
凭借出色的专业能力，采埃孚的团队开发了功能强大的模块化HIL软件库，为未来项目奠定了基础，同时为成为“NI卓越中心”铺平了道路。

挑战

ADAS硬件在环（HIL）测试系统必须满足自动驾驶车辆中高级驾驶辅助系统（ADAS）和自动驾驶（AD）复杂功能方面日新月异的验证和确认要求，为人类提供所需的安全保障。

解决方案

采埃孚（ZF） ADAS验证部门利用NI产品与服务来开发和定制可扩展、灵活且高度网络化的HIL测试系统，该系统可用于重复测试ADAS和AD系统的ECU，并节省大量开发时间。

采埃孚的下一代移动性能

作为全球最大的汽车一级供应商之一，采埃孚致力于实现“零愿景”，即零事故、零死亡和零排放。实现这一目标的主要方法是提高驾驶过程的安全性、效率和舒适度。

采埃孚的未来战略重点是打造“下一代移动出行”，即推出切实可行、经济实惠的移动出行解决方案并囊括电动、智能、互联、可持续、安全、自动驾驶等功能。

图1：采埃孚的下一代移动性能图片由采埃孚公司提供

采埃孚凭借其专业知识和产品组合，赋予车辆全方位的感知、决策和执行能力，在市场上处于领先地位。其企业座右铭“感知－决策－执行（See－Think－Act）”简明扼要地概括了企业的发展主题。例如，采埃孚将摄像头与传感器系统（雷达或激光雷达）互连，提供360度全景视图（感知）。此外，采埃孚还通过电子控制单元网络或中央高性能计算平台开发、生成和连接车辆交换中心的数据（决策）。当然，该公司还连接了驱动、底盘或转向系统中的机电一体化系统，以创建现代化驱动功能（执行）。这不仅增强车辆安全性，而且还提高了车辆效率。

ZF Mobility Solutions测试系统开发

ZF Mobility Solutions（ZMS）是采埃孚集团旗下的全资子公司，总部位于德国的因戈尔施塔特。其使命是通过开发和实施自主交通系统，提供清洁、高效、舒适且价格合理的出行方式。

ZMS测试系统开发部的愿景是开发出富有创新性的高质量测试系统，以满足复杂的ADAS和AD验证与确认的特定需求。

该任务是为采埃孚公司构建基于HIL的测试系统原型，其中包括可用于串行开发项目的硬件、软件和流程。

ADAS验证挑战

图2：ZF ADAS图片由采埃孚公司提供

ADAS需要在开发的各个阶段进行大量验证。必须在真实场景中针对高度网络化的复杂功能进行测试。但是ADAS的安全性应达到何种程度才能上路供消费者使用？实车测试需要大量时间，不但成本高昂，而且有时提供的信息价值很有限，尤其是在测试的可重复性方面。虽然仍有必要进行实车测试，但也迫切需要将其他测试方法纳入验证过程，从“行驶里程”转变为“待路测的里程质量”。

这个精心制定的验证策略率先成为符合ISO-26262标准或Automotive SPICE （ASPICE）等最先进规范和法规的重要支柱。

在开发中使用虚拟现实（VR）技术是主流趋势之一；这有利于在实际条件下测试早期阶段的系统。基于HIL的开环数据回放和闭环仿真测试系统特别适用于在目标硬件上验证ADAS功能以及确定功能性和非功能性关键性能指标（KPI）。

不同测试方法的要求和组合对于保证驾驶员和乘客的安全并最终实现车辆的自动驾驶至关重要。NI解决方案可构建有助于制定全面测试策略的测试系统，该策略包括真实世界的测试和基于VR的测试。

雷达HIL测试系统要求

ADAS对测试系统的开发有很高的要求，开发这些系统时，重点和需求不再仅仅是高计算能力，而是比以往任何时候都更注重可扩展性、灵活性和高度网络化系统运行的方方面面。待测系统（SUT）是一款采埃孚汽车级雷达传感器，适用于自适应巡航控制、防碰撞、碰撞前安全系统或副驾驶功能等典型ADAS应用。随着SUT的复杂性日益增加，开发新测试系统时必须要从平台角度出发。

此类测试系统的关键方面包括：

模块化：核心HIL和附加软件系统组件的即插即用性
可扩展性：从单个ADAS ECU验证到高性能360°AD传感器数据回放和闭环虚拟现实仿真
可靠性：具备最高可用性要求的全天候串行HIL集群运行
兼容性：将新的HIL测试系统集成到与企业IT基础设施、现有工具和流程相关的现有生态系统中
流畅的可操作性：HIL集群设置，用于远程访问、操作和维护以及诊断各种串行验证

方法

ZMS与NI合作的主要原因在于高性能的实时计算系统以及高精度的定时和同步功能。PXI平台极具吸引力，具有种类繁多的接口卡和模块，例如最新的汽车总线系统以及模拟和数字I/O卡。

NI的开放式软件平台还支持在HIL系统开发中生成模块化和特定应用的软件，尤其是在使用LabVIEW进行实时软件开发以及SystemLink™软件所涵盖的系统操作方面。

PXI平台支持模块化，可在不重设车轮的情况下，将工作从一个ADAS项目切换至另一个项目。这可以通过为每个测试用例设置新参数并依赖核心系统的现有基础来实现，其中核心系统可重复用于为ADAS和AD系统测试功能强大的ECU，同时节省时间。此外还提供可扩展性，目前可以测试具有5到10个总线连接和数据接口的ECU；未来测试还会扩展至30个或更多接口。

完整的HIL模拟器开发包括HIL试验台的机械和电气设计，涵盖了工作和产品安全的所有方面。

PXI系统的配置如下：