Model-in-the-Loop (MiL) für den Test von AD-Software

OPINA hat sowohl Carla als auch IPG TruckMaker durch eine ROS2-Brücke erheblich erweitert: Über die Middleware Robot-Operating-System-2 (ROS2) können beide Simulations- und Testumgebungen in Echtzeit mit anderen AD-Anwendungen kommunizieren. Damit ist es auf der OPINA-Plattform jederzeit möglich, AD-Applikationen zu testen, welche über die ROS2-Brücke Daten mit den Simulations- und Testprogrammen austauschen. Dies ist gleichzeitig mit unterschiedlichen Fahrzeugen möglich, mit unterschiedlichen Sensorkonfigurationen, Simulationslandschaften oder auch Wetterbedingungen.

Carla ist ein Open-Source-MiL-Simulationswerkzeug mit einer fotorealistischen Grafik-Engine, das speziell für AD-Anwendungen entwickelt wurde. Entsprechend bietet die Software mehrere fertige vorbereitete Umgebungsmodelle mit Stadt- und Autobahnmerkmalen im ASAM-OpenDRIVE-Standard. Tageszeiten oder Witterungsbedingungen sind dabei variabel einstellbar. Eigene Umgebungsmodelle lassen sich mit Hilfe der Unreal-Gaming-Engine entwickeln und importieren.

In der Software ist bereits eine Reihe unterschiedlicher Fahrzeugtypen angelegt, welche für die Simulation bzw. den Test beliebig kombiniert werden können. Eigene Fahrzeug-Designs lassen sich mit Hilfe der Unreal-Gaming-Engine ergänzen. Ebenso können Fußgänger oder Radfahrer in die Simulation eingefügt werden, um realistischere Simulationen mit einer Vielzahl von Verkehrsteilnehmern zu ermöglichen.

Der Simulator unterstützt die gängigen AD-Sensoren wie Lidar, Radar, RGB-Kamera, Tiefenkamera, GNSS, IMU sowie semantische Segmentierungskameras. Über eine Konfigurationsdatei können die vordefinierten Fahrzeuge mit diesen Sensoren ausgestattet werden. Der Scenario-Runner von Carla ermöglicht nicht nur ein komfortables Konfigurieren der Fahrszenarien, sondern auch deren automatische Ausführung.

Im Gegensatz zum offenen Carla-System ist IPG TruckMaker ein proprietäres MiL-Simulationsprogramm. Es ist darauf ausgerichtet, sowohl die Fahrzeugdynamik als die Manövrierbarkeit schwerer Nutzfahrzeuge sehr realitätsnah abzubilden. Die der Simulation zu Grunde liegenden physikalischen Modelle lassen sich dabei in weiten Bereichen konfigurieren bzw. modifizieren. Dies bezieht sich sowohl auf die einzelnen Komponenten der Fahrzeuge (z.B. Motor, Antriebsstrang etc.) als auch auf die Gestaltung von Straßenlayouts und Umgebungsmodellen. Wie Carla erlaubt es auch IPG TruckMaker, weitere Fahrzeuge, Fußgänger sowie eine Vielzahl von Verkehrsobjektion zu einer komplexen Simulationslandschaft zusammen zu fügen. Eine besondere Alleinstellung der Software ist die dynamische Simulation von mehreren Verkehrsobjekten, welche miteinander interagieren.

IPG TruckMaker bietet Sensormodelle für autonome Fahranwendungen wie IMU, GNSS, Radar und Kamera. Ein echtes Highlight ist das physikalische Modell von Lidar-Sensoren, welche eine detaillierte Modellierung dieser Sensoren ermöglicht. Somit steht Anwendern für sämtliche reale Sensortechnologien ein virtuelles Modell in der Simulationslösung zur Verfügung.

Die Software erlaubt es, eigene Steuerungsalgorithmen zu implementieren. Dies kann mit Hilfe modellbasierter Entwurfswerkzeuge wie Matlab/Simulink als auch per C/C++-Code erfolgen. Letzterer ist dabei so schnell, dass der einer Hardware-Implementierung auf einem Mikrocontroller nahe kommt.

Wie Carla erlaubt auch IPG TruckMaker das Automatisieren von Funktionen und Eigenschaften. Straßenkarten können im ASAM-OpenDRIVE-Standard problemlos importiert oder in diesem Format exportiert werden. Zudem bietet IPG TruckMaker Schnittstellen zu externen Kartenerstellungstools oder Kartenanbietern wie Here HD Live Maps, die im Rahmen der OPINA-Plattform ebenfalls für Anwender zur Verfügung stehen.