Prescan360助力大规模虚拟验证

文章转载自《数字化工业软件技术期刊》，作者梁致豪

西门子推出Simcenter Prescan360，为实现自动驾驶系统的大规模虚拟验证提供了高度可控的，基于集群计算的仿真解决方案。

在接下来的几十年中，新兴及传统汽车制造厂商，共享出行服务商，以及相关的供应链将会在自动驾驶领域产生数万亿美元的经济活动。这场快速向前的自动驾驶汽车革命同时也将会对汽车的设计，制造和销售方式带来巨大影响。

西门子工业软件的产品组合可以为客户在整个自动驾驶系统开发流程中提供全面的，可追溯的仿真验证方案。致力于通过高度集成的数字化开发环境和先进的芯片技术实现整车仿真，西门子可以在满足时间及成本控制的前提下，帮助汽车制造厂商及其供应商制造出安全并且具有商业价值的自动驾驶汽车。

对于汽车公司来说，进入自动驾驶领域的首要任务是保障乘员安全。为了实现这一点，OEM厂商的ADAS/AD系统必须要在足够保真度的前提下完成海量的仿真测试验证。为了能在十年内实现高级别的自动驾驶，需要被投入做系统仿真验证的测试用例规模将是千万量级的。

大规模的虚拟验证
为了帮助客户克服这一前所未有的挑战，西门子开发了一款具有集群和云计算能力的虚拟仿真验证平台，Simcenter Prescan 360。

该平台可以基于有限的测试工况生成大量的虚拟测试用例，这些测试工况包含了环境模型，车辆模型以及连接两者的传感器模型。

CAE工程团队可以使用Simcenter Prescan360和Simcenter Amesim来建模自动驾驶系统，完成整车评价。作为Prescan360的一部分，Prescan是环境，场景，传感器，以及控制器仿真的核心引擎，它会考虑到毫米波雷达，摄像头，激光雷达以及超声波雷达等传感器的反射特性。通过传感器模型提供的真值到物理级别的感知数据，使用者可以对传感器方案进行评价分析。

虚拟场景可以通过手动拖放或脚本编辑的方式实现，也可以通过导入外部场景数据来完成，如导入GIDAS和CIDAS数据（德国和中国的交通事故数据）。另外，许多OEM厂商及一级供应商有自己储备的路采数据，他们可以将这些数据制作成OpenScenario格式的场景数据文件，这样的数据Prescan360也是支持导入的。

HEEDS 是Prescan 360的协调器，旨在通过模型在环或软件在环的方式来检查需求。HEEDS产品本身也在向着大规模仿真协调器的方向演进，并且更加专注于ADAS和自动驾驶领域的虚拟验证。它具有过程自动化，分布式计算以及生成结果报告等功能，可以对大量仿真测试结果进行广泛的分析。

仿真结果分析


一个工况通过修改参数可以衍生出多个测试用例，在上图中用点表示。

蓝色点：AEB系统未触发，未发生碰撞；
红色圆形：AEB系统未触发，发生碰撞；圆形大小表示碰撞速度
绿色菱形：AEB系统触发，避免碰撞；菱形大小表示TTC
深绿色菱形：AEB系统触发，缓解了碰撞；
粉色圆形：AEB系统误触发；圆形大小表示TTC
黄色三角形：AEB系统触发，碰撞发生

HEEDS 也可以通过分析测试工况的参数空间来获得更有价值的仿真结果，对ADAS/AD系统开发中可能出现的失效模式提出更深层次的分析。



定义概率分布。这些分布方案可以被用于做设计或场景的参数采样，以及做运行次数的预设置。还有其他的采样方法可供选择，如全因子采样，DOE筛选采样，拉丁超立方采样等等，或是直接导入测试设计。用来指导优化设计也是一个选项。

Simcenter Prescan360 对于第三方的工具和脚本也都非常开放，可以让所有公司及仿真团队基于此来定制自己的工具链。Simcenter Prescan360是具有集群及云计算能力的仿真解决方案，当然，基于本地算力也可以进行仿真调试或是完成一些前期的简单验证。Simcenter Prescan360 可以被部署并运行在本地集群计算机，分布式计算机，或是西门子定制部署的一些设备上。Prescan360已经在微软的Azure云上完成了部署和使用，西门子计划在未来和更多的云提供商实现这样的部署。



用户可以实时查看仿真的运行状态，上图中的界面显示的是正在集群计算机上做并行仿真的情况。测试用例根据用户之前定义的过程自动化策略执行，该策略的架构显示在界面的顶部：如果在运行测试用例“AEBS_ON_Run”时，AEB系统触发了，接下来会执行 “AEBS_OFF_Run”，也就是AEB系统被抑制的情况，综合比较仿真结果可以更好的了解AEBS系统的性能。接下来就可以分析AEB系统的触发是否有必要，如何降低风险或损害，以及安全边际在哪里等问题。

如果需要考虑更加细节的车辆物理学特性，那么在车辆动力学模型及动力总成模型上，Simcenter Amesim将是不二之选。它还可以提供不同级别的车辆物理学模型来满足用户不同程度的需求。

面向自动驾驶系统安全及性能验证的仿真工具Simcenter Prescan360刚刚诞生，它的出现是为了更好地支持西门子客户推出更加安全，可靠和舒适的自动驾驶汽车。