作者 / 陳念航
出品 / 汽車之心
迄今已舉辦 20 多年的 NIDays China 在今年正式升級為 NIDays Asia，測量與測試技術領域的巨頭 NI（美國國家儀器有限公司）將用戶聚集到上海，向科研、商業領域的科學家和工程師展示半導體、汽車、國防航空航天及院校科研等領域的技術和應用方案。
1、“虛擬儀器”定義者 NI
1976 年，三位還在美國得克薩斯州大學奧斯汀分校應用研究實驗室一起工作的年輕人在車庫裡創辦了 NI，他們創辦這家公司的初衷就是為了讓數據收集與分析工作變得更為輕鬆和便捷。43 年過去，NI 已經成為一家年營收達 13.6 億美元的測量與測試行業巨頭。
里程碑事件出現在 1986 年，NI 推出了自研的圖形開發系統 LabVIEW，LabVIEW 使用的是圖形化編輯語言 G 編寫程序，產生的程序是框圖的形式。LabVIEW 軟件後續成為了 NI 設計平臺的核心，也是其開發測量或控制系統的利器，很好地幫助工程師、研究人員提高生產力、提升生產效率。
LabVIEW 一經發布便大受歡迎，次年，隨著基於 DOS 環境的 LabVIEW 新版本 LabWindows 發佈，NI 順勢提出了“軟件就是儀器”的口號，開闢了“虛擬儀器”（Virtual Instrumentation）這一全新的概念。
虛擬儀器是與傳統儀器相對的概念。傳統儀器是把所有軟件和測量電路封裝在一起利用儀器前面板為用戶提供一組有限的功能；而虛擬儀器則是利用高性能的模塊化硬件，結合靈活的軟件來完成各種測試、測量和自動化的應用。
每一個虛擬儀器系統都由兩部分組成——軟件和硬件，其價格與具有相似功能的傳統儀器相差無幾，甚至比之少很多倍。而且，由於虛擬儀器在測量任務需要改變時具有更大的靈活性，所以隨著時間的流逝，節省的成本也會累計。虛擬儀器在效率到成本上的優勢為 NI 帶來的是市場份額的提升，到 2016 年，NI 在自動化測試儀器領域的市場份額高達 80%。
2018 年，NI 提出了新的戰略願景，要做“軟件定義的自動化測試測量領域的領導者”，圍繞這個願景，NI 內部進行了重組，將整體的測量、測試業務劃分為半導體、汽車、國防軍工、航空航天、電子製造等領域。
2、NI 首次“觸電”無人駕駛
針對汽車測試的細分業務領域，2004 年初，NI 將自家在汽車測試領域的解決方案——建立在 LabVIEW 圖形化編程軟件基礎上的汽車測試平臺介紹到了國內。客戶利用此設計平臺，可開發從設計仿真直至生產製造所需的百餘種汽車測試系統，包括車載通信系統。當時，NI 與大眾汽車、偉世通、泛亞汽車以及上海交大等企業和高校展開合作，基於 LabVIEW 開發了相應的汽車測試系統，其優勢在於成本低、應用廣、速度快。
一段有趣的歷史發生在 2007 年，當時正值美國 DARPA 舉行無人車城市挑戰賽（DARPA Urban Challenge），那年拿到大賽第三名的車隊是來自弗吉尼亞理工大學 Victor Tango 車隊的參賽車輛“Odin”。實際上，在這輛無人車的背後，是 NI 技術的全面參與。
當時，Victor Tango 車隊僅有 12 個月來開發“Odin”，而且必須符合所有賽事方的要求，車隊在2016 年底開始針對“Odin”的基礎平臺、感知、規劃以及通信這四個方面進行開發。
為了能趕上次年 11 月開始的比賽，他們必須加快開發進度。車隊最終選擇了 NI 的軟硬件平臺來開發“Odin”，車隊採用 LabVIEW 圖形化編程環境來開發軟件，包括通信架構、傳感器處理和目標識別算法、激光雷達和基於視覺的路況探測以及底層的車輛接口等。
比如，在車輛的基礎平臺方面，“Odin”是由福特 2005 年的 Escape Hybrid 改裝的。通過 NI CompactRIO 系統與 Escape 的系統連接，實現對節流閥、轉向裝置、變速以及剎車的線傳控制；車隊還採用了 LabVIEW 及 LabVIEW 控制設計及仿真模塊開發道路曲率及速度控制系統，然後通過 LabVIEW Real-Time 及 LabVIEW FPGA 模塊發佈到 CompactRIO 系統，創建出獨立的車輛平臺。
事實上，NI 的軟硬件平臺成為了“Odin”進行快速開發、測試以及實現原型整個過程的關鍵。這也是 NI 與無人駕駛車輛的首次觸電。
視野拉回當下，NI 的解決方案已經能夠覆蓋汽車產品全週期測試：前沿研究、概念驗證、設計、軟件在環、快速原型驗證、部署、硬件在環仿真測試、機電測試、車載測試以及產線測試。
從 2018 年的 NI 投資者會議上透露的信息來看，2018-2020 年間，NI 在汽車測試市場的銷售增長將達 10%-12% 之間，遠超 NI 的平均增長率。其中，汽車測試市場自身需求增長為 3% 左右，NI 內部有機增長為 4%，此外還有 3%-5% 的增幅來自對競爭對手的替代。
NI 最關注的兩大重點市場包括 ADAS 系統和電動汽車，這兩個市場在全球範圍內的崛起是指日可待的。
3、測試未來的汽車
在全新的汽車測試市場機遇到來時，相應的技術挑戰也隨之而來。
由於大多數汽車關鍵系統以軟件為主，更新換代非常快，而且數字組件之間的交互越來越複雜，要滿足現代汽車在測試、驗證和模擬方面的各種要求並不是件容易的事情。
傳統汽車測試方法已經無法完全滿足當今更多先進的車輛功能的測試需求，導致項目進展緩慢，預定的汽車上市計劃推遲。
特別是自動駕駛汽車的出現和發展，更是為汽車測試帶來了諸多的未知領域：新增車載傳感器的測試、自動駕駛系統軟件的測試、V2X 通信能力的測試等等。
所以，從未來汽車測試的角度來看，要突破這些挑戰意味著需要建立一套並行測試架構、自動化測試過程，同時要設計易於升級的軟件……在設計汽車測試平臺時，不應限定功能，需採用更靈活的基於軟件的方法，以便在測試需求發生變化時可以集成模塊化硬件和軟件組件。
NI 作為測量、測試領域的老牌玩家，在面對汽車行業這些新的、複雜的測試需求時，也不斷在以往技術積累的基礎上進行拓展。
此次 NIDays Asia 上，NI 公佈了諸多在汽車測試領域的新動向，其中包括：
- 推出針對電動汽車動力總成組件硬件在環（HIL）驗證的全新解決方案。
- 與博世子公司 ETAS 聯手組建合資公司 ETAS NI Systems，打造預集成的 HIL 系統，旨在縮短設計週期、減少測試時間、加快產品上市。
- 推出全新 4GHz 車載雷達測試系統（VRTS）。79GHz 雷達傳感器的主要優勢是 4GHz 帶寬，可顯著提高距離和速度分辨率及精度。但是，更高的帶寬就意味著更多的數據，而且由於需要識別更多對象，對處理性能和測試場景數量的要求也就更高。這時，工程師就可以利用 VRTS 的仿真功能，不斷地改進其測試能力。
除自主研發外，NI 也在不斷拉攏合作伙伴，並且促成合作夥伴間的聯合。2017 年，同為 NI 夥伴公司的 Konrad、SET、S.E.A. 和 measX 達成一項合作—— ADAS IIT（Innovation In Test，創新測試）——利用他們在 ADAS、傳感器融合、HIL、V2X 通信、GNSS 模擬和數據管理領域的經驗，為完全自動駕駛提供一站式測試解決方案。
去年底，NI 還與中國汽車技術研究中心有限公司數據資源中心在智能網聯汽車領域展開戰略合作，共同建設智能汽車虛擬仿真聯合實驗室，為智能網聯汽車研發測試提供技術服務。
為了更直觀地理解 NI 的軟硬件測試平臺如何進行 ADAS 系統測試，汽車之心選取了兩個在 NIDays Asia 現場展示的代表性案例進行闡述。
1、路測數據與回放系統
NI 現場展示了一套路測記錄與回放系統，核心是利用 NI PXI（NI 研發的基於 PC 的測量和自動化平臺）提供的易於同步的高帶寬平臺，從安裝在車輛上的攝像頭、毫米波雷達和激光雷達等各類傳感器中獲取環境數據並進行同步，再將數據傳輸到磁盤陣列中存儲，可用於未來擬合實際的環境目標，基於還原的場景進行相關回放和測試。
這個系統能夠適應快速變化的車載傳感器配置，結合與車輛 ECU 通信數據的汽車總線接口，可在車輛行駛時獲取和儲存大量的數據。而且，基於 NI 的 LabVIEW 應用軟件可進行 ADAS 數據記錄和可視化各傳感器輸入，應用程序具有良好的可擴展性，還可以與定製的用戶界面軟件集成。
法雷奧就採用了這套系統，他們的做法通常是將 PXI 機箱部署在車輛中，並將其連接到實況攝像頭、超聲波、車輛總線和常見駕駛場景的環境傳感器數據。接著使用這些實時數據在測試臺上訓練和驗證計算機視覺深度學習算法。
2、雷達傳感器生產測試
眾所周知，現在車輛上的雷達數量增加得非常快，而且傳感器的帶寬也越來越高，天線的設計變化多樣。這些變化對雷達測試系統的靈活性要求更加嚴苛。
NI 自己研發的車載雷達測試系統（VRTS）能夠進行雷達目標的模擬和參數測量，比那些使用獨立的儀器進行測量要節約時間。特別是 VRTS 是一套完整的雷達測試解決方案，採用的模塊化設計，可以集成電波暗室、機電系統、驅動系統和軟件等，所以它的靈活性很強。
自主品牌吉利汽車便使用了這套系統，因為 NI 能夠提供業界最高帶寬的低時延軟件，而且其平臺足夠靈活，適用於雷達性能測試和雷達模擬。這些都在幫助吉利加快自動駕駛汽車的研發進程。
實際上，NI 提供的是一套測試未來車輛的硬件平臺和軟件系統，是一套行之有效的工具。具體要測試什麼樣的功能、場景則需要車企、Tier 1 等廠商去定義。既然 NI 已經定下了接下來幾年的汽車測試業務要增長 10%-12% 的目標，就看未來的實際落實了。
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