01/05/2023
Door Ad Spijkers
Tool voor software-in-the-loop biedt 3D-simulatie met grafische informatiesysteemgegevens voor het testen van autonome voertuigen.
Het Southwest Research Institute (SwRI) in San Antonio (Texas) heeft een 3D-simulatietool gemaakt om geautomatiseerde voertuigen te testen in virtuele offroad-omgevingen, gemodelleerd naar reële omstandigheden. Hiermee investeert het instituut uit in software-in-the-loop-oplossingen om verbonden en geautomatiseerde voertuigen te testen in scenario's variërend van drukke wegen tot off-road terrein. Een gesimuleerde omgeving, of een 3D-softwareloop, ondersteunt evaluaties van een oneindig aantal scenario's die te duur zouden zijn om in de echte wereld te testen.
De technologie voldoet aan de vraag van het U.S. Department of Defense naar modellerings- en simulatietools om de ontwikkeling van onbemande voertuigen te bevorderen.
Nieuwe tool
SwRI gebruikte interne financiering om een 'pijpleiding' van technologie te ontwikkelen met aangepaste algoritmen, kant-en-klare software, open-sourcetools en openbare kaartgegevens. Het project ontwikkelde een 'Simulation Scene Adjustment Tool' met een 3D-interface in videogamestijl om virtuele grondvoertuigen op offroad-terrein te testen. De simulator creëert ook een digitale tweeling.
Simulatie met de digitale tweeling is cruciaal voor het testen en ontwikkelen van onbemande voertuigen. Met de tool kan een gebruiker onbemande en autonome voertuigen tot het uiterste drijven en 'what if'-scenario's in een verscheidenheid aan gesimuleerde omgevingen sneller, veiliger en economischer te onderzoeken dan wanneer al deze tests in de echte wereld zouden worden uitgevoerd.
Simulator
De simulator van SwRI bestaat uit een grafische engine, een dynamische engine, tools voor voertuigmodellering, voertuiginteractiemodellen en plug-ins om te communiceren met een autonome softwarestack. Het bouwt scènes met hoogtekaarten die zijn vastgelegd op basis van gegevens van het geografische informatiesysteem (GIS) en geeft topografische kenmerken grafisch weer in 3D.
De eerste onderzoeksronde omvatte digitale hoogtemodellen van luchtscans, uitgevoerd door de San Antonio River Authority en andere overheidsinstanties. De ontwikkelaars hebben algoritmen ontwikkeld om luchtscans en GIS-data te verstoren op door de gebruiker configureerbare manieren die synthetische omgevingen genereren. Dit maakt het testen van nieuwe algoritmen en technieken in simulatie mogelijk. Hierbij worden talloze testomgevingen gebouwd die bepaalde relevante kenmerken delen met een echte geospecifieke locatie waar voertuigen uiteindelijk zullen opereren.
Veiligheid voorop
SwRI's machine learning algoritmen simuleren computer vision en detectie-uitgangen voor lidar, radar, camera's, GPS en andere systemen om objecten, bewegingen en positie waar te nemen bij het berekenen van rijreacties. Een dynamische engine simuleert krachten veroorzaakt door zwaartekracht en beweging, terwijl een voertuigmodel door een omgeving beweegt. Gesimuleerde voertuigen kunnen worden geprogrammeerd met gewicht, snelheid, vermogen, zwaartepunt en andere realistische kenmerken. Een grafische engine simuleert bomen, gras, terreinobjecten en visuele effecten zoals lucht en wolken.
SwRI heeft van veiligheid en beveiliging een prioriteit gemaakt bij de ontwikkeling van autonome voertuigen en geautomatiseerde aandrijfsystemen. Bij veldtesten van geautomatiseerde voertuigen zijn er simpelweg niet genoeg kilometers of nieuwe situaties voor een voertuig om alle randgevallen voor sensoren en software tegen te komen. Modellering en simulatie helpen bij het testen van aonome voertuigen en geavanceerde rijhulpsystemen om de veiligheid te verbeteren en de capaciteit te waarborgen vóór en naast implementatie in real-world testomgevingen.
Foto: Southwest Research Institute