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自動(dòng)駕駛安全驗(yàn)證：110億英里路測如何破？

2019-05-13 23:42:44·  來源：高工智能汽車  
　
加入高工智能汽車行業(yè)群（自動(dòng)駕駛行業(yè)5群，車聯(lián)網(wǎng)智能座艙3群，智能商用車行業(yè)群），加微信：15818636852，并出示名片，僅限智能網(wǎng)聯(lián)汽車零部件及OEM廠商。目前
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目前在無人駕駛系統(tǒng)的開發(fā)中會(huì)面臨著三大挑戰(zhàn)，AI模型對(duì)算力的巨大需求、在滿足巨大算力需求條件下如何滿足車端對(duì)功耗和散熱的苛刻要求、以及對(duì)測試和驗(yàn)證的需求。


針對(duì)這些問題，英偉達(dá)自動(dòng)駕駛開發(fā)架構(gòu)師楊健透露，英偉達(dá)投入了大量的資源去研發(fā)最好的機(jī)器學(xué)習(xí)模型，同時(shí)在硬件上推出了統(tǒng)一架構(gòu)的計(jì)算平臺(tái)。

客戶可以基于同一個(gè)架構(gòu)同一套軟件，滿足從L2一直到L5的開發(fā)需求。同時(shí)，最重要的是，在L2上使用開發(fā)的軟件不需要特殊的定制就可以移植到L5平臺(tái)上進(jìn)行使用。

還有端到端的系統(tǒng)，它是一套軟件+硬件的解決方案，基于超算構(gòu)架的數(shù)據(jù)中心，在上面推出一系列的軟件，幫助用戶從收集數(shù)據(jù)、訓(xùn)練模型、仿真測試到最終上路測試，這是一個(gè)開放的平臺(tái)，構(gòu)架了一個(gè)相對(duì)比較完善的生態(tài)系統(tǒng)。

根據(jù)蘭德公司的數(shù)據(jù)，即使自動(dòng)駕駛系統(tǒng)要比人類的駕駛能力提高20%，也需要110億英里的驗(yàn)證。這就意味著，在現(xiàn)實(shí)世界中，擁有100輛汽車的車隊(duì)，需要500多年時(shí)間一直不停地測試——這是一項(xiàng)不可能完成的任務(wù)。

此外，要真正驗(yàn)證自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的安全性和可靠性，還需要考慮很多極端場景，但對(duì)于現(xiàn)實(shí)世界來說，這是一個(gè)非常困難的事情。

然而，與在現(xiàn)實(shí)世界中積累里程和冒著生命危險(xiǎn)相比，模擬可以在無限變化的情況下每天積累數(shù)百萬英里。這使得一套完整的從設(shè)計(jì)、開發(fā)、測試、驗(yàn)證的高效系統(tǒng)至關(guān)重要。
 
01 DRIVE Constellation

英偉達(dá)推出的這個(gè)開放式平臺(tái)便是NVIDIA DRIVE Constellation™，一個(gè)基于云的虛擬現(xiàn)實(shí)仿真平臺(tái)，旨在支持自動(dòng)駕駛汽車的開發(fā)和驗(yàn)證。


該平臺(tái)是一個(gè)數(shù)據(jù)中心解決方案，由兩個(gè)并排服務(wù)器組成：DRIVE Constellation Simulator和DRIVE Constellation Vehicle。

前者使用運(yùn)行DRIVE Sim軟件的 GPU來模擬虛擬世界，模擬器從虛擬世界中駕駛的虛擬汽車生成傳感器輸出；后者用于處理模擬的傳感器數(shù)據(jù)，駕駛決策反饋到前者，實(shí)現(xiàn)了位精確的硬件在環(huán)測試。

DRIVE Constellation是一個(gè)可擴(kuò)展的平臺(tái)，旨在在數(shù)據(jù)中心大規(guī)模部署，這種規(guī)模將允許數(shù)百萬英里的測試和驗(yàn)證。Constellations車輛在云端部署得越多，每年可以駕駛的里程越多。


楊健透露，通過控制交通和測試環(huán)境的能力，開發(fā)人員可以在特別罕見和困難的條件下磨練，而不會(huì)危及實(shí)際的車輛和車輛乘員。這些包括極端天氣，困難的照明以及周圍車輛的危險(xiǎn)操縱。

DRIVE Constellation不是讓車輛驅(qū)車數(shù)千英里等待新的和重要的交通情況發(fā)生，而是讓車輛不斷遇到類似的學(xué)習(xí)時(shí)刻，并一遍又一遍地測試它們的性能。

此外，模擬中的測試是可重復(fù)的，并且關(guān)注于在現(xiàn)實(shí)世界中罕見且難以再現(xiàn)的關(guān)鍵案例。在模擬中行駛一英里可以產(chǎn)生比在數(shù)百英里的實(shí)際高速公路上巡航更多的經(jīng)驗(yàn)。

DRIVE Constellation系統(tǒng)目前已經(jīng)開始對(duì)外銷售。 
 
02 DRIVE SIM

無人駕駛系統(tǒng)的測試驗(yàn)證方面，面臨三個(gè)方面的主要挑戰(zhàn)。

首先，無人駕駛軟件和傳統(tǒng)軟件開發(fā)不太一樣，使用了5到10個(gè)甚至更多的深度學(xué)習(xí)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，不同神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)從不同傳感器收集數(shù)據(jù)，同時(shí)進(jìn)行。

其次，需要對(duì)真實(shí)場景進(jìn)行測試，主要針對(duì)一些罕見、難以預(yù)測的場景，這些場景是真正引起無人駕駛軟件發(fā)生失效的案例。

最后，測試的過程是連續(xù)的一個(gè)反應(yīng)的鏈條，無人駕駛軟件做出的控制指令可以直接影響環(huán)境，進(jìn)一步影響無人駕駛軟件的感知。

英偉達(dá)無人駕駛仿真驗(yàn)證解決方案的名字叫DRIVE SIM，可使用合成或真實(shí)世界數(shù)據(jù)生成高保真環(huán)境，以測試和驗(yàn)證車輛。

DRIVE SIM可以模擬仿真世界，生成虛擬世界信號(hào)，通過跟真實(shí)傳感器輸出同樣的接口、同樣的協(xié)議，傳輸數(shù)據(jù)到安裝各種ECU的設(shè)備，設(shè)備的接口與真實(shí)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)中的保持一致，比如攝像頭接口、激光雷達(dá)接口。

理論上而言，仿真測試完成以后的ECU直接取下來放到車上就可以運(yùn)行。在云端可以部署成千上萬套這樣的系統(tǒng)，來滿足幾百萬、幾十億英里測試的需求。

DRIVE Sim還包含一些插件，如環(huán)境模型中為DRIVE Constellation車輛提供環(huán)境的合成3D表示，包括3D地圖和詳細(xì)資產(chǎn)，使車輛傳感器的環(huán)境更加真實(shí)；車輛（動(dòng)力學(xué)）模型中，根據(jù)控制輸入和世界條件模擬車輛的運(yùn)動(dòng)，DRIVE Sim提供轉(zhuǎn)向，控制和摩擦系數(shù)，該模型發(fā)回車輛位置和方向以及車輛狀態(tài)；場景模型中可定義動(dòng)態(tài)的行為，編寫自我車輛的動(dòng)作和其他車輛/行人的動(dòng)作以進(jìn)行情景測試。

DRIVE SIM的渲染機(jī)器，支持?jǐn)z像頭、激光雷達(dá)、GPS等接口，基本常見的傳感器輸出都可以提供。

這種模擬仿真和傳統(tǒng)的機(jī)架式模擬仿真方案有什么區(qū)別？

楊健表示，傳統(tǒng)的機(jī)架式硬件仿真主要目的是用來測試電子元器件的集成測試，檢測的是各個(gè)傳感器輸出的信號(hào)有沒有正確傳輸?shù)较乱粋€(gè)處理元件，有沒有得到正確的解析。

而在這套系統(tǒng)里，核心是用來測試無人駕駛算法，能不能在各種不同的場景，比如暴雨、暴雪場景下可以正確的運(yùn)行。

舉例而言，如果要模擬一個(gè)四路環(huán)視+前視的輸出，需要從創(chuàng)建地圖開始，將高清地圖導(dǎo)入稀疏的地圖到編輯器中，藝術(shù)家要在信息上進(jìn)行加工，添加一些建筑、材質(zhì)、道旁樹木，形成可以測試的地圖。
 
03 完整生態(tài)

目前，這套仿真系統(tǒng)的主要的客戶是OEM，他們都有自己的測試園區(qū)，但希望把自己的園區(qū)在英偉達(dá)的仿真軟件中建立出來，配置車上各種傳感器，在仿真環(huán)境里做到跟真實(shí)車上一模一樣的傳感器配置，編輯需要測試的場景，進(jìn)行對(duì)比測試驗(yàn)證。

仿真器可以在同一個(gè)場景下可以改變天氣、光照、時(shí)間，目前支持大雨、大雪，各種比較難處理的天氣以及光照都可以在代碼中得到體現(xiàn)，也提供相應(yīng)的接口。

同傳統(tǒng)模擬仿真軟件的差別在于，英偉達(dá)在渲染圖像上非常有優(yōu)勢。通過接入的傳感器模型，可以根據(jù)配置的傳感器型號(hào)去針對(duì)傳感器物理特性增加一些特性，比如色差，最后如何調(diào)整則需要在開發(fā)無人駕駛軟件時(shí)去做。

這套系統(tǒng)是基于云的系統(tǒng)，可以在云端大規(guī)模的部署，英偉達(dá)也提供了一個(gè)參考設(shè)計(jì)，可以在一套機(jī)架上部署8套這樣的系統(tǒng)，保障在數(shù)據(jù)中心高密度的部署，用戶可在周期里完成對(duì)無人駕駛軟件的測試。

DRIVE SIM不是獨(dú)立的軟件，是完整的生態(tài)圈，在仿真器里有多個(gè)不同的組件，比如地圖、車輛動(dòng)力學(xué)模型、環(huán)境模型、傳感器模型，這些不同的模型都可以同現(xiàn)有的廠商進(jìn)行合作。

比如，傳感器模型，就和索尼、西門子合作，針對(duì)他們特定型號(hào)的傳感器開發(fā)。由合作伙伴提供特定的傳感器模型，來保障DRIVE SIM仿真出來的輸出達(dá)到最佳的真實(shí)狀況。

英偉達(dá)端到端的開發(fā)系統(tǒng)，包含了數(shù)據(jù)工廠，主要是由數(shù)據(jù)采集車在路面上收集數(shù)據(jù)來達(dá)標(biāo)，粗略估計(jì)每年一輛車可以收到一個(gè)PB的數(shù)據(jù)。

其次，在超算平臺(tái)上進(jìn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練，會(huì)在同樣集群上進(jìn)行回歸仿真測試，完成測試之后做3D仿真測試，最后進(jìn)行路測。

楊健透露，這套系統(tǒng)提供完整的集成解決方案，英偉達(dá)DRIVE PLATFORM，包括數(shù)據(jù)中心、車端兩部分，同時(shí)開發(fā)了DRIVE AGX、DRIVE OS、DRIVE AV、DRIVE IX，從而有一套完整的訓(xùn)練神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的框架。
 
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