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技术畅谈|智能网联汽车关键技术和仿真、测试及评价

发布日期:2020-07-28

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智能网联汽车(Intelligent and Connected Vehicle, ICV)是指搭载先进的车载传感器、控制器、执行器等装置,以车辆为主体和主要节点,并融合现代通信与网络技术,具备复杂环境感知、智能化决策、自动化控制功能,使车辆与外部节点间实现信息共享与控制协同,实现“零伤亡、零拥堵”,达到安全、有序、高效、节能行驶的下一代汽车。依照规划的路线图,在2020年,我国需掌握智能辅助驾驶总体技术和各项关键技术,到2025年,需掌握自动驾驶总体技术和各项关键技术。

智能网联汽车的关键技术主要包括环境感知技术、智能互联技术和数据驱动的智能应用技术,产业链涉及汽车、电子、通信、互联网、交通等多个领域,主要包括芯片厂商、传感器厂商、汽车电子/通信系统供应商、整车企业、平台开发和运营商以及内容提供商。

智能网联汽车包括智能化和网联化两个技术层面,相应的分级说明如下:

智能化分级:

1,DA(Driving Assistant),驾驶辅助

2,PA(Partial Autonomous),部分自动驾驶

3,CA(Conditional Autonomous),有条件自动驾驶

4,HA(Highly Autonomous),高度自动驾驶

5,FA(Fully Autonomous),完全自动驾驶

网联化分级:

1,网联辅助信息交互

2,网联协同感知

3,网联协同决策与控制

传统的汽车测试方法不能满足智能网联汽车的开发和认证需求,需要开发全新的测试评价方法体系以及支撑工具平台,智能网联汽车相关的标准和法规的建设,以及测试评价和系统验证方法的推广执行是推动智能网联汽车真正落地的重要组成部分。

图1

智能网联汽车面临近乎无限的运行场景,为厂商和测试机构提出了巨大的挑战。在面对实际道路上各种交通标识、道路参与者、路面标识、基础设施、道路类型、交通参与者和瞬息万变的交通行为,智能网联汽车需要有极强的环境变量感知能力,智能决策能力,车辆控制能力。

智能网联汽车的测试内容可以分为模型在环测试、软件在环测试、硬件在环测试、驾驶模拟器测试、车辆在环测试、封闭试验场测试和开放道路测试。下面简要介绍下智能网联汽车测试评价中比较重要的智能驾驶仿真测试,网联测试,以太网测试和关键零部件的测试。

智能驾驶仿真测试

智能驾驶仿真测试主要包括MiL(Model in Loop,验证控制算法模型是否准确实现了功能需求,相当于对算法的仿真),SiL(Software in Loop,验证代码实现的功能是否与模型一致,是对依照算法产生的代码进行仿真验证),HiL(Hardware in Loop,在整套硬件系统上验证代码实现的功能是否与需求定义一致,是进行整车仿真测试和实车路试前重要的验证环节)。仿真测试(关键部件/系统和整车)、封闭场地路试和实际场景路试需要紧密结合在一起,基于场景库来梳理云-路-端的闭环关系。智能网联汽车测试评价的重点在于软件层和系统集成这两个维度,“仿真”+“系统原型”,针对难点进行故障注入。把多种验证手段进行有效的组合才能有效的完成智能网联汽车的验证评价工作。

图2

以下简要介绍下HiL仿真测试的系统组成,整个系统由以下组成部分:

· 视频注入模块

· 多方向多目标毫米波雷达模拟器

· 超声波雷达模拟器

· 激光点云仿真

· 交通流联合仿真

· 高级快速原型ARCP(Advanced Rapid Control Prototype)

· 驾驶模拟器及环幕

通过以上系统,可以实现智能驾驶全传感器融合的算法验证

图3

应用场景仿真软件,可以实现复杂道路交通环境仿真,提供多种雨、雪、雾等复杂天气模拟:

图4

毫米波回波模拟系统:

图5

激光雷达点云仿真:

图6

六自由度驾驶模拟:

图7

智能驾驶仿真测试的关键一环是搭建典型道路的场景库,从而浮现宏观及微观交通流,设置各类测试场景,以实现精细化测试:

图8

图9

网联测试

网联测试主要针对V2X系统进行HiL仿真模拟测试,关键技术是蜂窝通讯基站仿真集成,蜂窝通讯信道模拟和企业后台服务集成,通过基站模拟器和信道模拟器,实现车载终端与运营商通讯状态下的测试,搭建测试场景,对模拟蜂窝网络工况进行路试。

需要模拟的通讯制式:

图10

预期未来5G在V2X中的会得到广泛应用,5G 3GPP Protocol也会纳入测试要求。

城市\乡村\隧道\高速等仿真场景:

图11

V2X测试方案:

图12

V2V\V2P\V2I基于 “PC5” 通讯接口,在ITS带宽(5.9G)提供短距离、低时延近场通信:

图13

车载以太网测试

车载以太网测试的范围,内容和相关标准:

图14

车载以太网基本通讯性能测试系统图:

图15

DoIP测试系统图:

图16

关键零部件的测试

关键零部件的技术突破对于整个智能网联汽车行业的发展具有重要的决定意义,涉及到的关键技术如下:

车辆/设施关键技术1. 环境感知

车载摄像头

毫米波雷达

激光雷达

超声波雷达

2. 智能决策

芯片

算法策略

3. 控制执行

制动系统

动力系统

新能源动力电池

电芯

电池管理系统

正负极材料

隔膜及其他部件

执行系统

信息交互关键技术1. V2X通信网络

车载操作系统

汽车人机界面

通讯技术

通信芯片

2. 云平台与大数据

3. 信息安全

·基础支撑技术1. 高精度地图

2. 高精度定位

3. 惯性导航

关键技术在汽车电子和电气系统中得到集中体现。

其中汽车电子系统主要可以分为传感器、控制器和执行器三个部分,涉及到汽车五大系统:高级辅助驾驶、动力总成、底盘与安全、车身与便捷和信息娱乐系统,相应的系统组成如下:

高级驾驶辅助:

自适应巡航系统;紧急制动系统;防碰撞预警系统;自动泊车系统;车道保持系统;全景和并线辅助系统;自动跟车系统;

动力总成:

发动机电子控制;变速器电子控制;在线诊断;

底盘与安全:

防抱死制动系统;驱动防滑系统;电子稳定性系统;前照灯调节与清洗;刮水和清洗控制;燃油和磨损件监控;安全气囊、安全带张紧器;汽车安全系统;胎压控制;

车身与便捷:

加热与空调控制;座椅自动调节;车窗与天窗控制;中央闭锁系统;车门与行李舱监控系统;

信息娱乐系统:

电子语音合成;语音交互系统;音频装置;车载显示;车载计算机;车载电话;导航;

汽车电气系统由发电机、一个或者多个蓄电池及电气设备组成。

图17

关键零部件需要进行非常严格和充分的测试评估,涉及到的评价项目非常多,以下是部分项目:

环境可靠性评估测试:

氙灯光照测试

阳光模拟

臭氧老化测试

高温测试

温湿度循环及持续高低温

快速温变

热氧稳定性

低温测试

循环腐蚀

气体腐蚀测试

附着力测试

耐久测试

振动测试

机械冲击测试

温度冲击

振动噪音

滥用力测试

操作力测试

图18

材料化学评估测试:

抗化学试剂-擦拭&浸泡

禁用物质

高低温拉伸、弯曲

插拔力

碎石冲击

热蒸汽冲击

Gardner冲击

杜邦冲击

高压水清洗

多轴冲击

挥发性有机化合物测试

气味测试

图19

电磁兼容和电性能评估测试:

射频辐射发射测试

射频传导发射测试

谐波和电压波动测试

瞬态传导测试

磁场发射测试

静电放电(ESD)测试

射频辐射抗扰度测试

电快速瞬变脉冲群/脉冲群抗扰度测试

电压浪涌抗扰度测试

射频传导抗扰度测试

磁场抗扰度测试

电源电压变化/中断抗扰度测试

大电流注入(BCI)测试

传导瞬态抗扰度测试

电性能测试

绝缘测试

耐压测试

图20

以上简要说明了智能网联汽车相关的测试评价方法,不管是常规测试,还是仿真测试和实车路试,都是产品开发过程中不可或缺的重要环节。未来的测试评价不再仅限于单纯的检测和认证,而是通过对测试评价数据的收集和分析,真实的反映车辆性能、策略和功能等各个层面的综合表现。

数据挖掘技术的深入应用,可以为开发过程提供重要的数据支撑,全面了解功能样车的性能和控制策略及功能定义的合理性,为以后的技术整改和优化方向提供指导性的支持,有效地推进正向开发的进度,实现技术突破。

TV南德意志集团在智能网联汽车测试评价和认证领域有多年的技术积累,拥有全球化的服务网络和技术资源,为交通运输行业提供全方位的测试,评价,咨询和认证服务。在当今汽车行业新四化(电气化,智能化,网联化,共享化)的浪潮中,拥有一百五十余年历史的TV南德会矢志不移地坚持Add value,Inspire trust的立身之本,始终为智能网联汽车的发展保驾护航。。


文章来源:线束世界


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