未來的汽車將會(huì)帶動(dòng)眾多技術(shù)的融合。電氣化、傳感器、連接性、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)和  AI，它們?cè)谧詣?dòng)駕駛汽車、車輛與萬物 (V2X) 通信以及信息娛樂電子設(shè)備的功能安全及其駕駛輔助功能方面都有著緊密的聯(lián)系。

此外，這些車輛是終極的系統(tǒng)體系之體系。在最低層，我們擁有單獨(dú)的傳感器和集成電路。它們?cè)谲囕v的各個(gè)子系統(tǒng)中交互，而這些子系統(tǒng)則構(gòu)成了車輛本身。但整個(gè)體系并未止步于此：車輛不過是總體車載環(huán)境的一部分，該環(huán)境還包括其他車輛、行人、基礎(chǔ)設(shè)施，甚至云。

圖1 車輛是系統(tǒng)體系之系統(tǒng)體系

這使得汽車系統(tǒng)的驗(yàn)證成為一項(xiàng)艱巨的任務(wù)。毫不夸張地說，需要檢驗(yàn)的場(chǎng)景數(shù)量多達(dá)數(shù)百萬個(gè)，而且每個(gè)場(chǎng)景都有不同的變型。例如，在一個(gè)場(chǎng)景中，可能有汽車正在接近人行橫道上的行人。但這可能發(fā)生在一天中的不同時(shí)間，具有不同的天氣、不同的行人服裝和不同的種族類型。實(shí)際上，所有這些因素共同構(gòu)成了一個(gè)憑借手動(dòng)物理方法絕對(duì)無法完成的驗(yàn)證項(xiàng)目。

在 2016 年巴黎車展上，豐田首席執(zhí)行官 Akio Toyoda 曾提醒人們，“汽車驗(yàn)證需要 142 億英里的測(cè)試”。在 2014 年的一篇文章《自主駕駛》(Autonomous Driving) 中，Roland Berger 指出，“設(shè)計(jì)驗(yàn)證即便不是成本最高的部分，也是一個(gè)非常重要的部分”。麥肯錫報(bào)告《機(jī)器人何時(shí)上路》(When Will the Robots Hit the Road) 中則告誡人們，盡管硬件創(chuàng)新將會(huì)成果卓著，但軟件仍會(huì)是一個(gè)關(guān)鍵的瓶頸”。任何人如果不能充分認(rèn)識(shí)到汽車設(shè)計(jì)的艱難卓絕，危險(xiǎn)隨時(shí)可能一觸即發(fā)。在這個(gè)行業(yè)里，只有做好充分準(zhǔn)備，才不會(huì)讓一些艱苦繁重的工作弄得措手不及。

汽車設(shè)計(jì)的復(fù)雜性本來已經(jīng)足夠高了，安全和保障問題則讓它變得更加復(fù)雜，因?yàn)檫@是一個(gè)生命攸關(guān)的問題。隨著 ISO 26262 等標(biāo)準(zhǔn)以及即將出臺(tái)的旨在定義測(cè)試場(chǎng)景的 SOTIF（預(yù)期功能的安全性）標(biāo)準(zhǔn)的日趨成熟，各種認(rèn)證層出不窮。在安全方面，供應(yīng)商絕對(duì)不能敷衍塞責(zé)；他們必須證明安全性。

除了上述所有需求之外，盡快將具備成本競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品推向市場(chǎng)，是另一項(xiàng)常見的挑戰(zhàn)。這一問題迫切需要能夠改善此流程的可管理性的驗(yàn)證工具。要讓一輛新車能夠快速、高效地上路，必須綜合運(yùn)用現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景建模、硬件加速仿真和機(jī)電驗(yàn)證。

三個(gè)汽車組件

要讓自動(dòng)駕駛汽車行之有效，其系統(tǒng)必須執(zhí)行三項(xiàng)任務(wù)：

? 感知：車輛必須能夠感知其周邊環(huán)境。此外，為保證正確的操作，還必須感知許多內(nèi)部條件。

? 計(jì)算：必須評(píng)估這些傳感器的輸出，以便做出決策。

? 執(zhí)行：這些決策必須控制車輛的某個(gè)部分或其操作的某個(gè)方面。

任何綜合驗(yàn)證過程都需要包含上述所有三個(gè)元素。由于沒有時(shí)間使用試錯(cuò)法，通過物理樣機(jī)研究來查找問題，因此上述要求構(gòu)成了一項(xiàng)嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。而且，我們肯定無法在真實(shí)的物理車輛中進(jìn)行完備的安全和保障測(cè)試。要執(zhí)行全面的驗(yàn)證作業(yè)，我們唯一的途徑是對(duì)整個(gè)系統(tǒng)，包括環(huán)境和車輛進(jìn)行虛擬化。

這意味著我們需要工具來執(zhí)行以下任務(wù)：

? 驗(yàn)證真實(shí)的環(huán)境條件和響應(yīng)這些條件的傳感器輸出。

? 考慮到傳感器輸入，驗(yàn)證執(zhí)行決策計(jì)算的電路。

? 做出經(jīng)過計(jì)算的決策，并將其應(yīng)用于這些決策所控制的機(jī)械系統(tǒng)的虛擬化版本。

為驅(qū)動(dòng)環(huán)境建模

Siemens Tass 部門的 PreScan 工具可執(zhí)行第一項(xiàng)任務(wù)。它能廣泛地對(duì)車輛基礎(chǔ)設(shè)施（例如道路或路段、橋梁和十字路口等）、實(shí)體對(duì)象（例如樹木、建筑物和交通標(biāo)志等）、其他車輛和行人以及天氣條件進(jìn)行建模。它還擁有一個(gè)綜合的已建模傳感器庫，其中包括攝像頭、雷達(dá)、激光雷達(dá)、超聲波傳感器、紅外傳感器、V2X 通信和 GPS。

這些元素協(xié)同工作，以允許對(duì)現(xiàn)實(shí)道路條件進(jìn)行建模，并針對(duì)一天中的時(shí)間、天氣、車輛或行人服裝的顏色、行人特征及其他多種可用來測(cè)試這些場(chǎng)景的方法提供模型變型。這些虛擬場(chǎng)景共同產(chǎn)生各種車輛傳感器在對(duì)場(chǎng)景做出反應(yīng)時(shí)所生成的信號(hào)。然后可使用這些信號(hào)來測(cè)試負(fù)責(zé)響應(yīng)傳感器的集成電路。

圖2 Siemens Tass 小組的 PreScan 工具能夠?qū)V泛的真實(shí)場(chǎng)景進(jìn)行建模