Estimulação do receptor GNSS nos bancos de testes automotivos para autocondução

Sua tarefa

Veículos auto-condutores estão se tornando cada vez mais relevantes na indústria automotiva. Dos sistemas avançados de assistência ao motorista (ADAS) de nível 2 já disponíveis à direção autônoma (AD) ou parcialmente autônoma no futuro, a complexidade das funções está crescendo drasticamente. A validação destas funções em todas as condições e variações possíveis representa um desafio significativo no campo do desenvolvimento automotivo.

Como exemplo, funções como a frenagem automática de emergência (AEB) e o controle de navegação adaptativo (ACC), ou mesmo funções totalmente automatizadas como o motorista de rodovias, requerem uma enorme quantidade de validação e otimização funcional e não funcional no interior do veículo integrado – em uma infinidade de situações ambientais e configurações de veículos.

A complexidade dos cenários de teste e a enorme quantidade de quilômetros de teste que devem ser percorridos para garantir a segurança funcional dessas funções desafia as abordagens avançadas de validação.

Existem três abordagens principais para a validação sistemas avançados de assistência ao motorista e direção autônoma atualmente. Normalmente, essa validação é feita através da realização de drive tests em estradas públicas ou na pista de provas, por testes de hardware-in-the-loop (HiL) ou por testes de simulação puramente virtuais baseados em software, ou seja, sem quaisquer componentes de hardware.

Os testes na pista de prova ou em estradas públicas são realistas, mas não completamente reprodutíveis e podem ser perigosos para o piloto e outros participantes do teste. Além disso, redefinir cenários entre cada teste na pista de prova demanda muito tempo. Os testes baseados no HiL utilizam unidades de controle eletrônico (ECU) e funções reais, mas são difíceis de configurar, pois é necessária uma simulação complexa do barramento restante. A simulação pura é muito produtiva, eficiente e flexível. Todavia, como não são utilizados componentes físicos, os testes virtuais não têm uma interação real entre os sistemas do veículo, o que é muito importante para a validação.

Métodos de validação de sistemas avançados de assistência ao motorista e direção autônoma

Muitas das desvantagens associadas a cada abordagem podem ser superadas usando o método "vehicle-in-the-loop" (ViL), que é descrito nos parágrafos seguintes em mais detalhes.

A solução da Rohde & Schwarz e da AVL

O AVL DRIVINGCUBE™ oferece uma abordagem de validação diferente, fazendo a ponte entre os testes reais em estrada e a simulação. Ao contrário de uma abordagem HiL pura baseada em componentes individuais, ele testa o veículo completo, integrado e pronto para dirigir, operando em um ambiente virtual em uma bancada de teste. Modelos de sensores físicos ou comportamentais (isto é, saídas de alimentação de sensores de uma simulação de software para a ECU) ou estimuladores de sensores físicos conectam as unidades de controle em teste com o ambiente simulado. Este ambiente de teste é projetado para avaliar todos os tipos de funções de sistemas avançados de assistência ao motorista e direção autônoma, por exemplo, acelerando ou desacelerando automaticamente o veículo quando operado em modo de controle de navegação adaptativo preditivo.

O AVL DRIVINGCUBE™ oferece mais eficiência durante a validação e a otimização das funções de sistemas avançados de assistência ao motorista e direção autônoma, já que os cenários na bancada de teste são muito mais reprodutíveis do que aqueles na estrada real. Ele também simplifica o acesso ao veículo durante a operação. Situações decisivas podem ser validadas de forma segura, o que não é possível na estrada real. Especialmente, a simulação e estimulação de sensores desempenham um papel importante para resultados de validação confiáveis ao conduzir cenários complexos.

Estimulação de receptores GNSS com o R&S®SMBV100B

Usando o simulador flexível GNSS R&S®SMBV100B, o ambiente de validação pode ser estendido pela capacidade de estimular o sistema GNSS integrado no veículo com sinais reais de RF GNSS. Isso permite testar a navegação e as funções de sistemas avançados de assistência ao motorista e direção autônoma baseadas em mapas, como controle de navegação adaptativo (ACC) preditivo ou operação hub-to-hub (H2H).

O R&S®SMBV100B pode gerar sinais para todos os sistemas de navegação global por satélite como GPS, Galileo, GLONASS e BeiDou, assim como para muitos sistemas de aumento por satélite (SBAS). Com seus 60 canais disponíveis, é fácil configurar constelações realistas nas quais satélites de vários GNSS diferentes podem estar presentes.

Além disso, é possível gerar simultaneamente sinais em todas as bandas de frequências (por exemplo L1, L2 e L5), permitindo a integração e validação dos modernos receptores GNSS multifrequenciais.

A visibilidade e os níveis de potência dos satélites podem ser ajustados em tempo real, oferecendo possibilidades adicionais de modelagem de sinais GNSS obscurecidos e bloqueados. O simulador GNSS R&S®SMBV100B aceita comandos remotos a partir do banco de teste sobre interfaces LAN, USB ou GPIB. Os dados de posição e atitude necessários para a simulação GNSS podem ser transmitidos para o simulador usando comandos SCPI ou UDP, simplificando a integração no AVL DRIVINGCUBE™.

Altas taxas de transmissão de até 100 Hz combinadas com uma baixa latência de processamento de comando de até 20 ms garantem alta precisão de processamento e sinal.

Testes da função de controle de navegação adaptativo preditiva para caminhões em um ambiente ViL

O AVL DRIVINGCUBE™ pode simplificar o desenvolvimento de sistemas avançados de assistência ao motorista, por exemplo, na validação de uma função de controle de navegação adaptativo preditiva e eficiente em termos de combustível.

Uma função de controle de navegação adaptativo preditiva considera a topologia da estrada à frente com base em um mapa de altitude geográfica e a posição real do caminhão calculada pelo receptor GNSS. Ela, então, ajusta a velocidade do veículo e a estratégia de operação do motor para alcançar um consumo de energia ideal para todo o percurso.

Para testar a função preditiva de controle de navegação adaptativo, a Rohde & Schwarz e a AVL montaram o conjunto de ferramentas mencionado acima em um banco de rolos dinamométrico para caminhões em Estocolmo.

Um mapa geográfico é utilizado no ambiente virtual do AVL DRIVINGCUBE™ para gerar uma pista na qual o caminhão virtual está dirigindo. A movimentação do caminhão físico, regida pela função de controle de navegação adaptativo (4), é registrada pelo banco de rolos dinamométrico (5) e transmitida para o controlador do sistema (1).

O controlador do sistema calcula a resistência de direção esperada com base no modelo de caminhão rodando na pista virtual. A resistência de direção é, então, projetada de volta ao caminhão físico, ajustando correspondentemente a resistência fornecida pelos dinamômetros.

Com base no movimento transmitido do caminhão físico, a posição do caminhão virtual sobre a pista é atualizada. Estes dados de posição são, então, enviados para o R&S®SMBV100B (2), que gera o sinal GNSS correspondente. O sinal GNSS é alimentado no receptor GNSS físico do caminhão (3), que calcula uma posição fixa e permite que a função de controle de navegação adaptativo ajuste sua estratégia operacional adequadamente.

Ao utilizar este conjunto de ferramentas e dirigir o caminhão físico na bancada de testes na Suécia, foi possível dirigir o caminhão virtual em uma estrada alemã. O simulador GNSS R&S®SMBV100B foi utilizado para gerar os sinais de rádio GPS.

Benefícios principais

• Todos os drive tests podem ser realizados no nível do veículo sob condições altamente reprodutíveis em ambiente de laboratório
• As condições de operação, especialmente para manobras decisivas, são 100% seguras
• Simulação GNSS com alta taxa de atualização, baixa latência e excelente precisão de sinal e processamento
• Simula qualquer posição na terra com diferentes constelações de satélites
• Suporta GPS, Galileo, GLONASS e BeiDou em todas as bandas de frequências GNSS
• Simula obscurecimento do sinal e multipercursos

Esta configuração para testes tem múltiplas vantagens sobre os métodos tradicionais de validação e testes de sistemas avançados de assistência ao motorista e direção autônoma. Todos os componentes são testados ao nível do veículo, tal como nos testes de pista de prova. Entretanto, este método mantém a flexibilidade e reprodutibilidade associadas aos testes de hardware-in-the-loop, proporcionando uma configuração para testes econômica em um ambiente de laboratório.