作者 / 陈念航
出品 / 汽车之心
迄今已举办 20 多年的 NIDays China 在今年正式升级为 NIDays Asia，测量与测试技术领域的巨头 NI（美国国家仪器有限公司）将用户聚集到上海，向科研、商业领域的科学家和工程师展示半导体、汽车、国防航空航天及院校科研等领域的技术和应用方案。
1、“虚拟仪器”定义者 NI
1976 年，三位还在美国得克萨斯州大学奥斯汀分校应用研究实验室一起工作的年轻人在车库里创办了 NI，他们创办这家公司的初衷就是为了让数据收集与分析工作变得更为轻松和便捷。43 年过去，NI 已经成为一家年营收达 13.6 亿美元的测量与测试行业巨头。
里程碑事件出现在 1986 年，NI 推出了自研的图形开发系统 LabVIEW，LabVIEW 使用的是图形化编辑语言 G 编写程序，产生的程序是框图的形式。LabVIEW 软件后续成为了 NI 设计平台的核心，也是其开发测量或控制系统的利器，很好地帮助工程师、研究人员提高生产力、提升生产效率。
LabVIEW 一经发布便大受欢迎，次年，随着基于 DOS 环境的 LabVIEW 新版本 LabWindows 发布，NI 顺势提出了“软件就是仪器”的口号，开辟了“虚拟仪器”（Virtual Instrumentation）这一全新的概念。
虚拟仪器是与传统仪器相对的概念。传统仪器是把所有软件和测量电路封装在一起利用仪器前面板为用户提供一组有限的功能；而虚拟仪器则是利用高性能的模块化硬件，结合灵活的软件来完成各种测试、测量和自动化的应用。
每一个虚拟仪器系统都由两部分组成——软件和硬件，其价格与具有相似功能的传统仪器相差无几，甚至比之少很多倍。而且，由于虚拟仪器在测量任务需要改变时具有更大的灵活性，所以随着时间的流逝，节省的成本也会累计。虚拟仪器在效率到成本上的优势为 NI 带来的是市场份额的提升，到 2016 年，NI 在自动化测试仪器领域的市场份额高达 80%。
2018 年，NI 提出了新的战略愿景，要做“软件定义的自动化测试测量领域的领导者”，围绕这个愿景，NI 内部进行了重组，将整体的测量、测试业务划分为半导体、汽车、国防军工、航空航天、电子制造等领域。
2、NI 首次“触电”无人驾驶
针对汽车测试的细分业务领域，2004 年初，NI 将自家在汽车测试领域的解决方案——建立在 LabVIEW 图形化编程软件基础上的汽车测试平台介绍到了国内。客户利用此设计平台，可开发从设计仿真直至生产制造所需的百余种汽车测试系统，包括车载通信系统。当时，NI 与大众汽车、伟世通、泛亚汽车以及上海交大等企业和高校展开合作，基于 LabVIEW 开发了相应的汽车测试系统，其优势在于成本低、应用广、速度快。
一段有趣的历史发生在 2007 年，当时正值美国 DARPA 举行无人车城市挑战赛（DARPA Urban Challenge），那年拿到大赛第三名的车队是来自弗吉尼亚理工大学 Victor Tango 车队的参赛车辆“Odin”。实际上，在这辆无人车的背后，是 NI 技术的全面参与。
当时，Victor Tango 车队仅有 12 个月来开发“Odin”，而且必须符合所有赛事方的要求，车队在2016 年底开始针对“Odin”的基础平台、感知、规划以及通信这四个方面进行开发。
为了能赶上次年 11 月开始的比赛，他们必须加快开发进度。车队最终选择了 NI 的软硬件平台来开发“Odin”，车队采用 LabVIEW 图形化编程环境来开发软件，包括通信架构、传感器处理和目标识别算法、激光雷达和基于视觉的路况探测以及底层的车辆接口等。
比如，在车辆的基础平台方面，“Odin”是由福特 2005 年的 Escape Hybrid 改装的。通过 NI CompactRIO 系统与 Escape 的系统连接，实现对节流阀、转向装置、变速以及刹车的线传控制；车队还采用了 LabVIEW 及 LabVIEW 控制设计及仿真模块开发道路曲率及速度控制系统，然后通过 LabVIEW Real-Time 及 LabVIEW FPGA 模块发布到 CompactRIO 系统，创建出独立的车辆平台。
事实上，NI 的软硬件平台成为了“Odin”进行快速开发、测试以及实现原型整个过程的关键。这也是 NI 与无人驾驶车辆的首次触电。
视野拉回当下，NI 的解决方案已经能够覆盖汽车产品全周期测试：前沿研究、概念验证、设计、软件在环、快速原型验证、部署、硬件在环仿真测试、机电测试、车载测试以及产线测试。
从 2018 年的 NI 投资者会议上透露的信息来看，2018-2020 年间，NI 在汽车测试市场的销售增长将达 10%-12% 之间，远超 NI 的平均增长率。其中，汽车测试市场自身需求增长为 3% 左右，NI 内部有机增长为 4%，此外还有 3%-5% 的增幅来自对竞争对手的替代。
NI 最关注的两大重点市场包括 ADAS 系统和电动汽车，这两个市场在全球范围内的崛起是指日可待的。
3、测试未来的汽车
在全新的汽车测试市场机遇到来时，相应的技术挑战也随之而来。
由于大多数汽车关键系统以软件为主，更新换代非常快，而且数字组件之间的交互越来越复杂，要满足现代汽车在测试、验证和模拟方面的各种要求并不是件容易的事情。
传统汽车测试方法已经无法完全满足当今更多先进的车辆功能的测试需求，导致项目进展缓慢，预定的汽车上市计划推迟。
特别是自动驾驶汽车的出现和发展，更是为汽车测试带来了诸多的未知领域：新增车载传感器的测试、自动驾驶系统软件的测试、V2X 通信能力的测试等等。
所以，从未来汽车测试的角度来看，要突破这些挑战意味着需要建立一套并行测试架构、自动化测试过程，同时要设计易于升级的软件……在设计汽车测试平台时，不应限定功能，需采用更灵活的基于软件的方法，以便在测试需求发生变化时可以集成模块化硬件和软件组件。
NI 作为测量、测试领域的老牌玩家，在面对汽车行业这些新的、复杂的测试需求时，也不断在以往技术积累的基础上进行拓展。
此次 NIDays Asia 上，NI 公布了诸多在汽车测试领域的新动向，其中包括：
- 推出针对电动汽车动力总成组件硬件在环（HIL）验证的全新解决方案。
- 与博世子公司 ETAS 联手组建合资公司 ETAS NI Systems，打造预集成的 HIL 系统，旨在缩短设计周期、减少测试时间、加快产品上市。
- 推出全新 4GHz 车载雷达测试系统（VRTS）。79GHz 雷达传感器的主要优势是 4GHz 带宽，可显著提高距离和速度分辨率及精度。但是，更高的带宽就意味着更多的数据，而且由于需要识别更多对象，对处理性能和测试场景数量的要求也就更高。这时，工程师就可以利用 VRTS 的仿真功能，不断地改进其测试能力。
除自主研发外，NI 也在不断拉拢合作伙伴，并且促成合作伙伴间的联合。2017 年，同为 NI 伙伴公司的 Konrad、SET、S.E.A. 和 measX 达成一项合作—— ADAS IIT（Innovation In Test，创新测试）——利用他们在 ADAS、传感器融合、HIL、V2X 通信、GNSS 模拟和数据管理领域的经验，为完全自动驾驶提供一站式测试解决方案。
去年底，NI 还与中国汽车技术研究中心有限公司数据资源中心在智能网联汽车领域展开战略合作，共同建设智能汽车虚拟仿真联合实验室，为智能网联汽车研发测试提供技术服务。
为了更直观地理解 NI 的软硬件测试平台如何进行 ADAS 系统测试，汽车之心选取了两个在 NIDays Asia 现场展示的代表性案例进行阐述。
1、路测数据与回放系统
NI 现场展示了一套路测记录与回放系统，核心是利用 NI PXI（NI 研发的基于 PC 的测量和自动化平台）提供的易于同步的高带宽平台，从安装在车辆上的摄像头、毫米波雷达和激光雷达等各类传感器中获取环境数据并进行同步，再将数据传输到磁盘阵列中存储，可用于未来拟合实际的环境目标，基于还原的场景进行相关回放和测试。
这个系统能够适应快速变化的车载传感器配置，结合与车辆 ECU 通信数据的汽车总线接口，可在车辆行驶时获取和储存大量的数据。而且，基于 NI 的 LabVIEW 应用软件可进行 ADAS 数据记录和可视化各传感器输入，应用程序具有良好的可扩展性，还可以与定制的用户界面软件集成。
法雷奥就采用了这套系统，他们的做法通常是将 PXI 机箱部署在车辆中，并将其连接到实况摄像头、超声波、车辆总线和常见驾驶场景的环境传感器数据。接着使用这些实时数据在测试台上训练和验证计算机视觉深度学习算法。
2、雷达传感器生产测试
众所周知，现在车辆上的雷达数量增加得非常快，而且传感器的带宽也越来越高，天线的设计变化多样。这些变化对雷达测试系统的灵活性要求更加严苛。
NI 自己研发的车载雷达测试系统（VRTS）能够进行雷达目标的模拟和参数测量，比那些使用独立的仪器进行测量要节约时间。特别是 VRTS 是一套完整的雷达测试解决方案，采用的模块化设计，可以集成电波暗室、机电系统、驱动系统和软件等，所以它的灵活性很强。
自主品牌吉利汽车便使用了这套系统，因为 NI 能够提供业界最高带宽的低时延软件，而且其平台足够灵活，适用于雷达性能测试和雷达模拟。这些都在帮助吉利加快自动驾驶汽车的研发进程。
实际上，NI 提供的是一套测试未来车辆的硬件平台和软件系统，是一套行之有效的工具。具体要测试什么样的功能、场景则需要车企、Tier 1 等厂商去定义。既然 NI 已经定下了接下来几年的汽车测试业务要增长 10%-12% 的目标，就看未来的实际落实了。
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