如何才能驗(yàn)證無(wú)人駕駛汽車(chē)在各種場(chǎng)景下是安全的？在虛擬世界里面創(chuàng)建虛擬的城市、虛擬的道路、虛擬的天氣、虛擬的汽車(chē)，讓虛擬的車(chē)在虛擬的城市里面跑，消除隱患，快速迭代，最終交付安全的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)。

    本文選譯自達(dá)索系統(tǒng)SCANeR客戶見(jiàn)證日Frederic Bourcier，達(dá)索系統(tǒng)CATIA賽博系統(tǒng)團(tuán)隊(duì)的研發(fā)副總裁和SIMULIA研發(fā)戰(zhàn)略規(guī)劃專家Stephane Tessier的演講。

    Frederic 職業(yè)生涯的大部分時(shí)間都在汽車(chē)行業(yè)度過(guò)，有機(jī)會(huì)實(shí)際領(lǐng)導(dǎo)有關(guān)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的重大項(xiàng)目和解決方案。Frederic在SCANeR客戶見(jiàn)證日介紹了達(dá)索系統(tǒng)在賽博系統(tǒng)（Cyber System）方面所做的工作，分享了AVSimulation和達(dá)索系統(tǒng)之間建立的合作伙伴關(guān)系的價(jià)值。

    達(dá)索系統(tǒng)正在為賽博系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)提供一整套解決方案。這套解決方案涵蓋從系統(tǒng)規(guī)范到基于模型的設(shè)計(jì)，支持各工程學(xué)科的漸進(jìn)式集成，并最終在開(kāi)發(fā)結(jié)束時(shí)使用驗(yàn)證解決方案進(jìn)行驗(yàn)證。整個(gè)過(guò)程都依賴于可追溯性能力來(lái)確保行業(yè)最強(qiáng)大的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)開(kāi)發(fā)得到認(rèn)證。

    達(dá)索系統(tǒng)之所以提供賽博系統(tǒng)產(chǎn)品，是因?yàn)榭紤]到交通和出行正在經(jīng)歷前所未有的轉(zhuǎn)變，受到經(jīng)濟(jì)和社會(huì)因素的推動(dòng)，這些因素需要重新定義，開(kāi)發(fā)出互聯(lián)、自主、共享和電氣化的車(chē)輛.

    車(chē)輛的設(shè)計(jì)已經(jīng)從系統(tǒng)設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)之系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，以提供卓越的出行體驗(yàn)，目標(biāo)是提供不斷增強(qiáng)的自動(dòng)駕駛體驗(yàn)?zāi)芰Α＿@個(gè)目標(biāo)是我們?cè)谑澜缟峡吹降娜祟愖钇D難的挑戰(zhàn)之一。

[達(dá)索系統(tǒng)投資ADAS和自動(dòng)駕駛]

    這就是為什么達(dá)索系統(tǒng)決定投資并與AVSimulation公司合作，該公司正在解決這些新挑戰(zhàn)，這些挑戰(zhàn)正在成為系統(tǒng)之系統(tǒng)服務(wù)的一部分。

    這家公司的工具就是SCANeR。可能很多自動(dòng)駕駛的公司已經(jīng)采用了這個(gè)工具，達(dá)索系統(tǒng)計(jì)劃用三維體驗(yàn)平臺(tái)解決方案對(duì)它進(jìn)行實(shí)際補(bǔ)充，以提供完全嚴(yán)格的工程開(kāi)發(fā)解決方案、科學(xué)能力以及虛擬和真實(shí)驗(yàn)證方法的組合，這將使開(kāi)發(fā)成本成為負(fù)擔(dān)得起的成本。

    為什么？因?yàn)殚_(kāi)發(fā)自動(dòng)駕駛解決方案的工程師們面臨的最大挑戰(zhàn)之一，就是自動(dòng)駕駛系統(tǒng)在現(xiàn)實(shí)世界中運(yùn)行時(shí)，需要證明自動(dòng)駕駛系統(tǒng)安全性的能力。

    為了做到這一點(diǎn)，能夠控制規(guī)劃并保持整個(gè)開(kāi)發(fā)成本的可負(fù)擔(dān)性，我們必須依靠其他方式來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)驗(yàn)證，而大規(guī)模仿真是我們必須實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)之一。即我們將能夠證明系統(tǒng)的可靠性和系統(tǒng)的穩(wěn)健性，以及達(dá)到這一目標(biāo)所必需的里程。

    因此，達(dá)索系統(tǒng)的產(chǎn)品組合和CATIA SCANeR 的這種組合對(duì)于確保信息安全、功能安全和預(yù)期功能安全等多個(gè)方面的開(kāi)發(fā)至關(guān)重要，車(chē)輛必須要通過(guò)嚴(yán)格的認(rèn)證。通過(guò)進(jìn)行這種組合，我們將能夠?yàn)檫@個(gè)更大的生態(tài)系統(tǒng)的各個(gè)利益相關(guān)者提供實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的可能性。

[從SCANeR到出行的三維體驗(yàn)孿生]

    很多公司已經(jīng)是SCANeR的用戶，大家都知道SCANeR是模擬ADAS或自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的同類最佳解決方案之一。SCANeR 通過(guò)提供虛擬駕駛功能為行業(yè)提供幫助，它減少了用戶對(duì)駕駛驗(yàn)證的需求，同時(shí)有助于實(shí)現(xiàn)傳感器和算法之間的并行開(kāi)發(fā)活動(dòng)。

    為了有效地進(jìn)行驗(yàn)證并獲得用戶的認(rèn)可，模擬環(huán)境必須對(duì)可能分布在多個(gè)利益相關(guān)者之間的多學(xué)科開(kāi)發(fā)環(huán)境真實(shí)展現(xiàn)，并且該環(huán)境對(duì)于項(xiàng)目的成功至關(guān)重要，它必須具有可擴(kuò)展性，需要解決跨多個(gè)國(guó)家和地理環(huán)境的諸多場(chǎng)景，橫跨數(shù)百萬(wàn)英里，必須能夠展示自動(dòng)駕駛及其穩(wěn)健性。

    與3DExperience平臺(tái)的集成，集成仿真體驗(yàn)來(lái)管理三個(gè)方面，第一，模型的全生命周期，連同場(chǎng)景和結(jié)果的全生命周期，以及與達(dá)索系統(tǒng)產(chǎn)品配置相關(guān)的模擬環(huán)境的配置，一切都與規(guī)范的可追溯性一起完成。

    第二是場(chǎng)景創(chuàng)建的自動(dòng)化，這將增加健壯性，并將擴(kuò)展?jié)M足標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)所需的測(cè)試庫(kù)，以達(dá)到覆蓋將出現(xiàn)的新測(cè)試情況的能力。需要進(jìn)一步管理一系列情況。

    第三個(gè)事實(shí)是，我們將提供一種方法來(lái)利用虛擬和現(xiàn)實(shí)的混合，在開(kāi)發(fā)生命周期中提供漸進(jìn)式集成，并幫助用戶根據(jù)現(xiàn)實(shí)駕駛的結(jié)果來(lái)分析虛擬模擬。

[價(jià)值主張|自動(dòng)駕駛的連續(xù)開(kāi)發(fā)、集成、驗(yàn)證和交付]

    現(xiàn)在讓我們舉一個(gè)實(shí)際的例子，來(lái)看看CATIA SCANeR 是如何與達(dá)索系統(tǒng)的其余部分一起使用的。兩者的組合能夠提供開(kāi)發(fā)全生命周期的完整連續(xù)性。

    我們從出行任務(wù)的規(guī)范開(kāi)始，然后創(chuàng)建將要被測(cè)試的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，該系統(tǒng)將從其功能架構(gòu)開(kāi)始，然后通過(guò)一系列并行活動(dòng)進(jìn)行計(jì)算，包括定義模型、控制器的實(shí)現(xiàn)和開(kāi)發(fā)、車(chē)輛的設(shè)計(jì)、傳感器，從這個(gè)階段開(kāi)始，我們將使用CATIA SCANeR，以便能夠生成虛擬場(chǎng)景，構(gòu)建測(cè)試，對(duì)目標(biāo)系統(tǒng)進(jìn)行大規(guī)模的虛擬仿真，并通過(guò)檢查真實(shí)環(huán)境中的測(cè)試與預(yù)期結(jié)果是否匹配，最終驗(yàn)證并連接到現(xiàn)實(shí)，貫穿具備可追溯性的整個(gè)生命周期，以證明系統(tǒng)的安全性。安全性作為流程要求的合規(guī)性，并參與車(chē)輛的實(shí)際法規(guī)遵循，同時(shí)反饋到開(kāi)發(fā)循環(huán)。大量的模擬和協(xié)助共同提供了一套解決方案，這些解決方案將為每位工程師提供參與這一旅程所需的能力。

    由達(dá)索系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的行業(yè)流程一直代表著這個(gè)開(kāi)發(fā)生命周期能夠提供的出行體驗(yàn)，并且在開(kāi)發(fā)的每個(gè)階段都部署了特定的角色來(lái)響應(yīng)需求。

[價(jià)值主張| 1.定義出行任務(wù)]

    工程師從定義出行任務(wù)的規(guī)格開(kāi)始。這些需求以傳統(tǒng)方式進(jìn)行編輯，但也可以導(dǎo)入正式規(guī)范，這有助于分析需求的具體含義和語(yǔ)義以檢查是否需求有不一致的情況，而且還能夠從一開(kāi)始就啟動(dòng)模擬以驗(yàn)證為自動(dòng)駕駛汽車(chē)定義的操作設(shè)計(jì)域被正確定義。

[價(jià)值主張| 2. 創(chuàng)建出行功能架構(gòu)]

    第二步是自動(dòng)駕駛系統(tǒng)設(shè)計(jì)。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)將完全在可追溯性功能下進(jìn)行，以確保架構(gòu)設(shè)計(jì)的需求和各種元素實(shí)際上與測(cè)試和驗(yàn)證計(jì)劃相匹配。

    這將依賴于使用sysML 語(yǔ)言與另一種解決方案CATIA Magic 一起作為，通過(guò)該工具提供的模擬功能進(jìn)行第一級(jí)驗(yàn)證。

[價(jià)值主張| 3.定義車(chē)輛場(chǎng)地模型]

    在此之前，為了建立能夠測(cè)試控制器本身所必需的場(chǎng)地模型，我們依賴于與3DEXPERIENCE 平臺(tái)一起提供的多種角色，包括系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)師（System Simulation Designer）和系統(tǒng)仿真分析師（System Simulation Analyst），這兩個(gè)角色有助于運(yùn)行場(chǎng)景并進(jìn)行這些驗(yàn)證。

[價(jià)值主張| 4. 定義和實(shí)現(xiàn)車(chē)輛控制器]

    最終控制器的實(shí)現(xiàn)將根據(jù)汽車(chē)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范來(lái)完成，包括基于AutoSAR的自適應(yīng)解決方案，提供在軟件級(jí)別使用魔力軟件架構(gòu)師（Magic Software Architect）角色來(lái)定義架構(gòu)，并參與開(kāi)發(fā)。在進(jìn)行編譯之前，使用嵌入式軟件生產(chǎn)者（Embedded Software Producer）角色來(lái)保證軟件本身將在仿真環(huán)境中可用。

[價(jià)值主張| 5. 在虛擬車(chē)輛中置放傳感器]

    結(jié)合車(chē)輛運(yùn)行狀態(tài)，汽車(chē)本身的設(shè)計(jì)中，傳感器的位置對(duì)于自動(dòng)駕駛?cè)蝿?wù)的成功至關(guān)重要，因?yàn)橐曇皞鞲衅鳌⑵渌�每個(gè)不同特征的傳感器，在理解場(chǎng)景時(shí)能夠?qū)�傳感和感知相結(jié)合，需要提供所需的魯棒性以滿足任務(wù)的安全要求。

    為此，需要依靠設(shè)計(jì)整車(chē)的機(jī)械工程師角色，以及用于優(yōu)化和設(shè)計(jì)規(guī)則的模板，以放置和定位傳感器，以及了解如何通過(guò)CST 提供傳感器電磁模擬，也就是說(shuō)，將雷達(dá)波和雷達(dá)的傳感能力作為傳感器和車(chē)輛傳感器的一部分進(jìn)行模擬，工程師將能夠完成對(duì)系統(tǒng)整體傳感和感知的理解。這些角色適用于各種類型的傳感器，從相機(jī)到激光雷達(dá)，再到其他傳感器。

[價(jià)值主張| 6. 定義場(chǎng)景元素：地形、道路、路標(biāo)、建筑物]

    是時(shí)候進(jìn)入自動(dòng)駕駛系統(tǒng)在其環(huán)境中模擬的時(shí)刻了，系統(tǒng)將揭示它是否能夠滿足我們的需求，以在環(huán)境中表現(xiàn)得真實(shí)的時(shí)刻，我們確實(shí)依賴于3DEXPERIENCE 平臺(tái)的功能，使AVSimulations 和CATIA SCANeR 協(xié)同工作。駕駛體驗(yàn)工程師（Driving Experience Engineer）將成為能夠通過(guò)首先定義場(chǎng)景元素來(lái)提供這種體驗(yàn)的單元，包括地形、道路、道路標(biāo)志和建筑物依賴于系統(tǒng)中的現(xiàn)成場(chǎng)景，也能夠擴(kuò)展到其他感興趣的任何類型的場(chǎng)景環(huán)境，根據(jù)用戶需求，必須實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)來(lái)證明自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的安全性。

[價(jià)值主張| 7. 構(gòu)建測(cè)試計(jì)劃：場(chǎng)景、交通和V2X]

    下一步將是構(gòu)建測(cè)試計(jì)劃，包括與環(huán)境和V2X 交互的可能性，以及一般駕駛體驗(yàn)。能夠完成這些場(chǎng)景以解決更復(fù)雜的功能、擴(kuò)展到系統(tǒng)之系統(tǒng)，測(cè)試車(chē)輛與環(huán)境之間的關(guān)系。為此，我們依賴CATIA SCANeR，它將能夠?yàn)橛脩籼峁┻@種體驗(yàn)并運(yùn)行這種場(chǎng)景。

[價(jià)值主張|8. 模型在環(huán)/ 軟件在環(huán)/ 硬件在環(huán)仿真]

    最后，隨著CATIA SCANeR 仿真的推出，模擬和運(yùn)行硬件在環(huán)仿真的時(shí)刻到來(lái)了，平臺(tái)中的仿真將執(zhí)行測(cè)試計(jì)劃，并有助于在駕駛場(chǎng)景的背景下驗(yàn)證ADAS 系統(tǒng)之前的設(shè)置。

[價(jià)值主張|9.大規(guī)模模擬探索多種場(chǎng)景替代方案]

    到了證明自動(dòng)駕駛安全性的時(shí)候，要考慮的場(chǎng)景不限于此，還需要考慮負(fù)載均衡能力，才能跑海量的模擬，跑幾百萬(wàn)次的算力來(lái)證明自動(dòng)駕駛級(jí)別所需的安全確定性。虛擬駕駛測(cè)試工程師（Virtual Driving Test Engineer）角色將被提議用于解決大規(guī)模模擬問(wèn)題，并探索能夠證明安全性的多種場(chǎng)景替代方案。

    上面已經(jīng)介紹了開(kāi)發(fā)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的幾個(gè)步驟，從設(shè)計(jì)到實(shí)施，到測(cè)試的澄清和測(cè)試的執(zhí)行，我們向行業(yè)提供的承諾是提供全面的連續(xù)性。但這種連續(xù)性只有在我們能夠?qū)嶋H獲取實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)并使用單一事實(shí)來(lái)源將數(shù)據(jù)從應(yīng)用程序傳送到應(yīng)用程序時(shí)才有效，而這正是我們開(kāi)發(fā)和集成CATIA SCANeR 與3DEXPERIENCE 平臺(tái)的方式。你會(huì)在下面的視頻中看到，團(tuán)隊(duì)已經(jīng)能夠在3DEXPERIENCE平臺(tái)的上下文中使用CATIA SCANeR 生成的數(shù)據(jù)，在3DEXPERIENCE 平臺(tái)中重放并探知實(shí)時(shí)運(yùn)行數(shù)據(jù)的每個(gè)方面，從集成的三個(gè)方面到場(chǎng)景再到結(jié)果，以使其可供分析。接下來(lái)請(qǐng)觀看將CATIA SCANeR 與3DEXPERIENCE平臺(tái)集成的短視頻演示。

    該視頻演示了在CATIA系統(tǒng)工程控制構(gòu)建(Control Build)應(yīng)用程序中描述的自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)，然后通過(guò)具備ADAS仿真的SCANeR Studio進(jìn)行仿真，并在三維體驗(yàn)平臺(tái)上回放仿真結(jié)果。CATIA 系統(tǒng)控制構(gòu)建應(yīng)用程序允許構(gòu)建和設(shè)計(jì)這個(gè)由不同組件構(gòu)成的緊急制動(dòng)系統(tǒng)，用于感知、決策和驅(qū)動(dòng)。

    這個(gè)系統(tǒng)讓我們可以從中檢查輸入和輸出變量，可以作為聯(lián)合仿真的FMU（功能模型單元）導(dǎo)出。

    現(xiàn)在FMU 文件已打開(kāi)到SCANeR studio，您可以檢查它并管理FMU 輸入和輸出以及與SCANeR 源之間的映射。在SCANeR studio 中打開(kāi)感興趣的場(chǎng)景時(shí)，我們只需將這個(gè)FMU 添加到場(chǎng)景中即可。此版本已準(zhǔn)備好運(yùn)行。第一輛車(chē)在前面行駛，在第二個(gè)位置是一個(gè)皮卡，我們可以添加一輛寶馬作為被測(cè)車(chē)輛，第一輛粗暴地停車(chē)，第二位置的皮卡車(chē)會(huì)突然變道，然后被測(cè)車(chē)輛發(fā)現(xiàn)停下的第一輛車(chē)。在SCANeR 中分析這種情況的結(jié)果。在這種情況下，測(cè)試失敗，發(fā)生了碰撞。為了保存和檢查結(jié)果進(jìn)行分析，SCANeR 用戶決定連接到3DExperience 平臺(tái)，第一次需要登陸賬號(hào)信息，SCANeR 分析創(chuàng)建場(chǎng)景，相關(guān)結(jié)果則保存在三維體驗(yàn)平臺(tái)上。

    作為一個(gè)MSR仿真項(xiàng)目，MSR（Model-Scenario-Result）代表模型、場(chǎng)景、結(jié)果，當(dāng)用戶現(xiàn)在訪問(wèn)3D 儀表板時(shí)，也就是在三維體驗(yàn)平臺(tái)上的Web 門(mén)戶時(shí)，他可以立即訪問(wèn)SCANeR 模擬及其狀態(tài)，以及其他3DEXPERIENCE平臺(tái)上的信息，以便快速查看和輕松協(xié)作。現(xiàn)在可以在Web 3D 查看器中重放SCANeR 模擬結(jié)果，顯示感興趣的KPI，繪制3D 動(dòng)畫(huà)，其中有多個(gè)攝像機(jī)設(shè)置，允許在重放期間修改視角。

[價(jià)值主張| 10. 分析模擬結(jié)果并評(píng)估合規(guī)性]

    最后，我們價(jià)值主張的第10 步將返回到3DExperience 平臺(tái)，在該平臺(tái)上可以分析模擬結(jié)果并評(píng)估對(duì)內(nèi)部目標(biāo)的遵守情況。

    現(xiàn)在用到的角色是多學(xué)科優(yōu)化工程師（Multi Disciplinary Optimization Engineer），他從大規(guī)模模擬中收集結(jié)果，并幫助推動(dòng)分析并確定哪些是最佳場(chǎng)景，哪些可能用于傳感器優(yōu)化，哪些是有助于實(shí)現(xiàn)設(shè)定目標(biāo)的角色和操作。這里提供了3DEXPERIENCE 平臺(tái)和CATIA賽博系統(tǒng)組合以及AVSimulation CATIA SCANeR 的組合，我們相信這是一個(gè)市場(chǎng)上獨(dú)特的價(jià)值方案，通過(guò)組合來(lái)提供所有必要的步驟，以便能夠設(shè)計(jì)和證明自動(dòng)駕駛系統(tǒng)以及駕駛員輔助系統(tǒng)的能力。