Stimolazione del ricevitore GNSS nei banchi di prova delle auto a guida autonoma

Attività da eseguire

Le auto a guida autonoma stanno diventando sempre più importanti nell'industria automobilistica. Dai già disponibili sistemi avanzati di assistenza alla guida (ADAS) di livello 2 alla guida parzialmente autonoma fino ai sistemi di guida completamente autonoma (AD) che saranno commercialmente disponibili in futuro, la complessità delle funzioni sta crescendo drasticamente. La validazione di queste funzioni innovative in tutte le loro possibili condizioni e varianti di utilizzo rappresenta una sfida significativa nel campo dello sviluppo automobilistico.

Ad esempio, funzioni come la frenata d'emergenza autonoma (AEB) e il cruise control adattativo (ACC), o anche funzioni completamente automatizzate come un'autista autostradale, richiedono un'enorme quantità di attività di validazione e ottimizzazione funzionale e non funzionale all'interno del veicolo integrato, in una moltitudine di situazioni ambientali e configurazioni del veicolo.

La complessità degli scenari e l'enorme quantità di chilometri di test da percorrere per garantire la sicurezza funzionale di tali funzioni mettono a dura prova anche gli approcci di validazione più all'avanguardia oggi utilizzati.

Oggi esistono tre approcci principali per la validazione dei sistemi ADAS e AD. Di solito, si eseguono prove di guida su strade pubbliche o su circuiti di prova, test in modalità hardware-in-the-loop (HiL) o test di simulazione puramente virtuali, basati su software, cioè senza l'utilizzo di componenti hardware.

I test su circuiti di prova o su strade pubbliche sono molto realistici, ma non completamente riproducibili e possono essere pericolosi per il collaudatore e per gli altri partecipanti al test. Inoltre, il ripristino degli scenari fra un test e l'altro sul circuito di prova richiede molto tempo. I test basati su metodologie HiL utilizzano le centraline elettroniche (ECU) reali con le loro funzioni, ma sono difficili da impostare poiché è necessaria una complessa simulazione degli altri dispositivi connessi al bus. La simulazione pura è molto produttiva, efficiente e flessibile. Tuttavia, poiché non vengono utilizzati componenti fisici, il test virtuale manca dell'interazione reale tra i sistemi del veicolo, che è invece molto importante poter validare.

Metodi di validazione per ADAS e AD

Molti degli svantaggi associati a ciascun approccio possono essere superati utilizzando il metodo "vehicle-in-the-loop" (ViL), descritto più dettagliatamente nei paragrafi seguenti.

Rohde & Schwarz e la soluzione AVL

AVL DRIVINGCUBE™ offre un approccio diverso alla validazione, colmando il divario tra le prove su strada reali e la simulazione. A differenza di un approccio HiL puro che si basa su singoli componenti, esso verifica il veicolo completo, integrato e pronto per la guida, che opera in un ambiente virtuale su un banco di prova. I modelli di sensori fisici o comportamentali (ad esempio, l'alimentazione delle uscite dei sensori da una simulazione software alla ECU) o gli stimolatori fisici dei sensori collegano le unità di controllo in prova con l'ambiente simulato. Questo ambiente di prova è progettato per valutare tutti i tipi di funzioni ADAS e AD, ad esempio accelerando o decelerando automaticamente il veicolo quando si opera in modalità ACC predittiva.

AVL DRIVINGCUBE™ offre una maggiore efficienza durante la attività di validazione e ottimizzazione delle funzioni ADAS e AD, poiché gli scenari sul banco di prova sono molto più riproducibili di quelli reali. Inoltre, semplifica l'accesso al veicolo durante il funzionamento. Le situazioni critiche possono essere validate in modo sicuro, cosa che non è possibile fare su una strada reale. Soprattutto, la simulazione e la stimolazione dei sensori giocano un ruolo importante per ottenere risultati di validazione affidabili quando si guida in scenari complessi.

Stimolare i ricevitori GNSS con il generatore R&S®SMBV100B

Utilizzando il flessibile simulatore GNSS R&S®SMBV100B, l'ambiente di validazione può essere esteso grazie alla capacità di stimolare il sistema GNSS integrato del veicolo con segnali RF GNSS reali. Ciò consente di collaudare le funzioni ADAS e AD basate su mappe e navigazione, come il cruise control adattativo (ACC) predittivo o il funzionamento hub-to-hub (H2H).

Lo strumento R&S®SMBV100B è in grado di generare segnali per tutti i sistemi globali di navigazione satellitare come GPS, Galileo, GLONASS e BeiDou, nonché per molti sistemi di potenziamento satellitare (SBAS). Con i suoi 60 canali disponibili, è facile impostare costellazioni realistiche dove possono essere presenti satelliti appartenenti a più sistemi GNSS diversi.

Inoltre, è possibile generare simultaneamente segnali su tutte le bande di frequenza (ad esempio L1, L2 e L5), consentendo l'integrazione e la validazione dei moderni ricevitori GNSS multifrequenza.

La visibilità satellitare e i livelli di potenza possono essere regolati al volo, offrendo ulteriori possibilità di modellazione di segnali GNSS oscurati e bloccati. Il simulatore GNSS R&S®SMBV100B accetta comandi remoti dal banco di prova tramite interfacce LAN, USB o GPIB. I dati di posizione e di assetto necessari per la simulazione GNSS possono essere trasmessi al simulatore utilizzando i comandi SCPI o UDP, rendendo semplice l'integrazione nel sistema AVL DRIVINGCUBE™.

Elevate velocità di streaming fino a 100 Hz, combinate con una bassa latenza di elaborazione dei comandi fino a 20 ms, garantiscono un'elevata capacità di elaborazione e accuratezza del segnale.

Test della funzione predittiva ACC per autocarri in ambiente ViL

AVL DRIVINGCUBE™ può semplificare lo sviluppo di un sistema ADAS, ad esempio la validazione di una funzione ACC predittiva e a basso consumo di carburante.

Una funzione ACC predittiva considera la topologia della strada davanti a sé sulla base di una mappa altimetrica e della posizione effettiva dell'autocarro calcolata dal ricevitore GNSS. Regola, poi, la velocità del veicolo e la strategia di funzionamento del motore per ottenere un consumo energetico ottimale per l'intero percorso.

Per verificare il funzionamento dell'ACC predittivo, Rohde & Schwarz e AVL hanno installato la catena di strumenti di cui sopra su un dinamometro a telaio per autocarri a Stoccolma.

Nell'ambiente virtuale AVL DRIVINGCUBE™ viene utilizzata una mappa per generare un percorso su cui l’autocarro virtuale sta viaggiando. Il movimento dell’autocarro fisico, regolato dalla funzione ACC (4), viene registrato dal dinamometro a telaio (5) e trasmesso al controller del sistema (1).

Il controller del sistema calcola la resistenza di guida prevista in base al modello di autocarro che viaggia sul percorso virtuale. La resistenza di guida viene, poi, proiettata indietro all’autocarro fisico impostando di conseguenza la resistenza fornita dai dinamometri.

In base al movimento trasmesso dell’autocarro fisico, viene aggiornata la posizione dell’autocarro virtuale sul percorso. Questi dati di posizione vengono, poi, inviati al simulatore R&S®SMBV100B (2), che genera il corrispondente segnale GNSS. Il segnale GNSS viene immesso nel ricevitore GNSS dell’autocarro fisico (3), che calcola una correzione della posizione e permette alla funzione ACC di regolare la propria strategia operativa in modo appropriato.

Durante l'utilizzo di questa catena di strumenti e la guida dell’autocarro fisico sul banco di prova in Svezia, è stato possibile guidare l’autocarro virtuale su una strada tedesca. Il simulatore GNSS R&S®SMBV100B è stato utilizzato per generare i segnali radio GPS.

Principali vantaggi

• Tutti i test di guida possono essere eseguiti a livello di veicolo in condizioni altamente riproducibili in ambiente di laboratorio
• Le condizioni operative, specialmente per le manovre critiche, sono sicure al 100%
• Simulazione GNSS con alta velocità di aggiornamento, bassa latenza ed eccellente accuratezza del segnale e dell'elaborazione
• Simulare qualsiasi posizione sulla terra con diverse costellazioni di satelliti
• Supporta GPS, Galileo, GLONASS e BeiDou in tutte le bande di frequenza GNSS
• Simulare l'oscuramento del segnale e gli effetti della propagazione multicammino

Questa configurazione di test ha molteplici vantaggi rispetto ai metodi tradizionali di validazione e collaudo di sistemi ADAS/AD. Tutti i componenti sono verificati a livello del veicolo, proprio come nel collaudo a terra. Tuttavia, questo metodo mantiene la flessibilità e la riproducibilità associate ai test hardware-in-the-loop, fornendo una configurazione di prova efficiente in termini di costi in un ambiente di laboratorio.