文章轉(zhuǎn)載自《數(shù)字化工業(yè)軟件技術(shù)期刊》，作者梁致豪

西門子推出Simcenter Prescan360，為實現(xiàn)自動駕駛系統(tǒng)的大規(guī)模虛擬驗證提供了高度可控的，基于集群計算的仿真解決方案。

在接下來的幾十年中，新興及傳統(tǒng)汽車制造廠商，共享出行服務(wù)商，以及相關(guān)的供應(yīng)鏈將會在自動駕駛領(lǐng)域產(chǎn)生數(shù)萬億美元的經(jīng)濟活動。這場快速向前的自動駕駛汽車革命同時也將會對汽車的設(shè)計，制造和銷售方式帶來巨大影響。

西門子工業(yè)軟件的產(chǎn)品組合可以為客戶在整個自動駕駛系統(tǒng)開發(fā)流程中提供全面的，可追溯的仿真驗證方案。致力于通過高度集成的數(shù)字化開發(fā)環(huán)境和先進的芯片技術(shù)實現(xiàn)整車仿真，西門子可以在滿足時間及成本控制的前提下，幫助汽車制造廠商及其供應(yīng)商制造出安全并且具有商業(yè)價值的自動駕駛汽車。

對于汽車公司來說，進入自動駕駛領(lǐng)域的首要任務(wù)是保障乘員安全。為了實現(xiàn)這一點，OEM廠商的ADAS/AD系統(tǒng)必須要在足夠保真度的前提下完成海量的仿真測試驗證。為了能在十年內(nèi)實現(xiàn)高級別的自動駕駛，需要被投入做系統(tǒng)仿真驗證的測試用例規(guī)模將是千萬量級的。

大規(guī)模的虛擬驗證
為了幫助客戶克服這一前所未有的挑戰(zhàn)，西門子開發(fā)了一款具有集群和云計算能力的虛擬仿真驗證平臺，Simcenter Prescan 360。

該平臺可以基于有限的測試工況生成大量的虛擬測試用例，這些測試工況包含了環(huán)境模型，車輛模型以及連接兩者的傳感器模型。

CAE工程團隊可以使用Simcenter Prescan360和Simcenter Amesim來建模自動駕駛系統(tǒng)，完成整車評價。作為Prescan360的一部分，Prescan是環(huán)境，場景，傳感器，以及控制器仿真的核心引擎，它會考慮到毫米波雷達(dá)，攝像頭，激光雷達(dá)以及超聲波雷達(dá)等傳感器的反射特性。通過傳感器模型提供的真值到物理級別的感知數(shù)據(jù)，使用者可以對傳感器方案進行評價分析。

虛擬場景可以通過手動拖放或腳本編輯的方式實現(xiàn)，也可以通過導(dǎo)入外部場景數(shù)據(jù)來完成，如導(dǎo)入GIDAS和CIDAS數(shù)據(jù)（德國和中國的交通事故數(shù)據(jù)）。另外，許多OEM廠商及一級供應(yīng)商有自己儲備的路采數(shù)據(jù)，他們可以將這些數(shù)據(jù)制作成OpenScenario格式的場景數(shù)據(jù)文件，這樣的數(shù)據(jù)Prescan360也是支持導(dǎo)入的。

HEEDS 是Prescan 360的協(xié)調(diào)器，旨在通過模型在環(huán)或軟件在環(huán)的方式來檢查需求。HEEDS產(chǎn)品本身也在向著大規(guī)模仿真協(xié)調(diào)器的方向演進，并且更加專注于ADAS和自動駕駛領(lǐng)域的虛擬驗證。它具有過程自動化，分布式計算以及生成結(jié)果報告等功能，可以對大量仿真測試結(jié)果進行廣泛的分析。

仿真結(jié)果分析


一個工況通過修改參數(shù)可以衍生出多個測試用例，在上圖中用點表示。

藍(lán)色點：AEB系統(tǒng)未觸發(fā)，未發(fā)生碰撞；
紅色圓形：AEB系統(tǒng)未觸發(fā)，發(fā)生碰撞；圓形大小表示碰撞速度
綠色菱形：AEB系統(tǒng)觸發(fā)，避免碰撞；菱形大小表示TTC
深綠色菱形：AEB系統(tǒng)觸發(fā)，緩解了碰撞；
粉色圓形：AEB系統(tǒng)誤觸發(fā)；圓形大小表示TTC
黃色三角形：AEB系統(tǒng)觸發(fā)，碰撞發(fā)生

HEEDS 也可以通過分析測試工況的參數(shù)空間來獲得更有價值的仿真結(jié)果，對ADAS/AD系統(tǒng)開發(fā)中可能出現(xiàn)的失效模式提出更深層次的分析。



定義概率分布。這些分布方案可以被用于做設(shè)計或場景的參數(shù)采樣，以及做運行次數(shù)的預(yù)設(shè)置。還有其他的采樣方法可供選擇，如全因子采樣，DOE篩選采樣，拉丁超立方采樣等等，或是直接導(dǎo)入測試設(shè)計。用來指導(dǎo)優(yōu)化設(shè)計也是一個選項。

Simcenter Prescan360 對于第三方的工具和腳本也都非常開放，可以讓所有公司及仿真團隊基于此來定制自己的工具鏈。Simcenter Prescan360是具有集群及云計算能力的仿真解決方案，當(dāng)然，基于本地算力也可以進行仿真調(diào)試或是完成一些前期的簡單驗證。Simcenter Prescan360 可以被部署并運行在本地集群計算機，分布式計算機，或是西門子定制部署的一些設(shè)備上。Prescan360已經(jīng)在微軟的Azure云上完成了部署和使用，西門子計劃在未來和更多的云提供商實現(xiàn)這樣的部署。



用戶可以實時查看仿真的運行狀態(tài)，上圖中的界面顯示的是正在集群計算機上做并行仿真的情況。測試用例根據(jù)用戶之前定義的過程自動化策略執(zhí)行，該策略的架構(gòu)顯示在界面的頂部：如果在運行測試用例“AEBS_ON_Run”時，AEB系統(tǒng)觸發(fā)了，接下來會執(zhí)行 “AEBS_OFF_Run”，也就是AEB系統(tǒng)被抑制的情況，綜合比較仿真結(jié)果可以更好的了解AEBS系統(tǒng)的性能。接下來就可以分析AEB系統(tǒng)的觸發(fā)是否有必要，如何降低風(fēng)險或損害，以及安全邊際在哪里等問題。

如果需要考慮更加細(xì)節(jié)的車輛物理學(xué)特性，那么在車輛動力學(xué)模型及動力總成模型上，Simcenter Amesim將是不二之選。它還可以提供不同級別的車輛物理學(xué)模型來滿足用戶不同程度的需求。

面向自動駕駛系統(tǒng)安全及性能驗證的仿真工具Simcenter Prescan360剛剛誕生，它的出現(xiàn)是為了更好地支持西門子客戶推出更加安全，可靠和舒適的自動駕駛汽車。