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Applicazione di tecniche di robotica collaudate ai processi di sviluppo automobilistico
Renault fa progredire la prototipazione ADAS con ROS Toolbox e l'integrazione Simulink
L'innovazione nel design automobilistico è una forza trainante costante, con nuove caratteristiche e capacità che si aggiungono a ogni generazione successiva di veicoli. Nel panorama in continua evoluzione della tecnologia automobilistica, Renault è pioniere nell'adozione di un'architettura orientata ai servizi (SOA) per soddisfare le esigenze dei moderni sistemi dei veicoli. Questo approccio architettonico rappresenta un passaggio fondamentale dai framework tradizionali a progetti modulari e flessibili. La flessibilità è essenziale per integrare funzionalità complesse come la guida autonoma.
SOA consente la scomposizione dei sistemi automobilistici in singoli servizi che comunicano tramite una rete, consentendo di ottenere componenti più scalabili e riutilizzabili. Ciò è particolarmente cruciale poiché i veicoli stanno diventando sempre più simili a “computer su ruote”, che richiedono cicli di sviluppo rapidi e una maggiore flessibilità per incorporare nuove tecnologie o aggiornamenti senza dover revisionare l’intero sistema.
La crescente complessità dei sistemi dei veicoli moderni, con numerosi sensori e attuatori che devono funzionare in modo coeso, sta spingendo Renault verso un'architettura SOA. L'adozione di un SOA consente a Renault di sviluppare e testare in modo indipendente diversi componenti del veicolo, garantendo comunque il loro funzionamento ottimale insieme.
Da SWU all'applicazione SOA del veicolo: L'applicazione contiene una o più SWU e chiamate client.
Strumenti robotici per la progettazione automobilistica
Per facilitare questa transizione, Renault ha sviluppato un sistema che consentiva di effettuare test e prototipi rapidi e indipendenti ben prima di implementare qualsiasi cosa sull'hardware. I prodotti Simulink® hanno aiutato Renault a semplificare il suo lavoro con le unità software e la sua composizione in applicazioni complete, tenendo conto del passaggio a un futuro basato su SOA.
“Il nostro flusso di integrazione continua tramite Simulink e ROS Toolbox ci consente di passare dalla versione di uno sviluppatore alla prototipazione e distribuzione su target reali in meno di un'ora.”
Per rispondere a questa esigenza ingegneristica, Renault si è rivolta a strumenti di sviluppo avanzati integrati, quali ROS Toolbox e Simulink. Tradizionalmente associato alla robotica, il Robot Operating System (ROS) fornisce un solido framework a supporto dello sviluppo di veicoli autonomi, comprese funzionalità middleware che consentono una comunicazione efficace tra vari componenti software.
Questa integrazione consente una prototipazione efficiente, in particolare nelle procedure di collaudo dei sistemi avanzati di assistenza alla guida (ADAS). Simulink è uno strumento di integrazione fondamentale nel flusso di lavoro di Renault, che collega la progettazione basata su software alla progettazione Model-Based. L'uso di ROS Toolbox con Simulink ha consentito a Renault di integrare ROS come middleware per una prototipazione efficiente, in particolare per migliorare le sue procedure di collaudo ADAS.
Il team di integrazione, guidato da Pierre Muratory, si concentra sull'implementazione dei modelli Simulink su vari target, tra cui le piattaforme di prototipazione basate su ROS e la piattaforma di produzione AUTOSAR, che rappresenta lo standard globale per l'architettura software nei veicoli. Il team esegue l'integrazione continua e lo sviluppo continuo (CI/CD), aggiornando automaticamente la pipeline per ogni destinazione ogni volta che viene apportata una modifica.
“Il vantaggio per gli sviluppatori che utilizzano Simulink è che è totalmente indipendente dalla piattaforma e dal target,” afferma Muratory. “Utilizziamo Simulink come strumento multipiattaforma per distribuire lo stesso codice sorgente dal modello Simulink su piattaforme diverse.”
Questo flusso di integrazione, basato su Simulink, una software factory, pipeline CI/CD e generazione automatizzata di codice ROS multipiattaforma, consente a Renault di passare rapidamente dalla versione del modello di uno sviluppatore all'esecuzione del codice integrato per la prototipazione e il collaudo del veicolo.
“Il nostro flusso di integrazione continua tramite Simulink e ROS Toolbox ci consente di passare dalla versione per sviluppatore alla prototipazione e distribuzione su target reali in meno di un’ora,” afferma Muratory.
La significativa riduzione dei tempi di ciclo da giorni o settimane a solo un'ora rappresenta una svolta per gli sforzi di prototipazione ADAS e di validazione delle funzionalità iniziali di Renault. Questo processo accelerato, reso possibile dal codice generato automaticamente dal team di integrazione di Muratory, consente agli ingegneri di avviare rapidamente i nodi ROS per testare funzionalità all'avanguardia ben prima del lancio in produzione. Pascal Bedouet guida un team che sfrutta appieno questa agilità, concentrandosi sullo sfruttamento dell'infrastruttura ROS per la comunicazione avanzata e la prototipazione ADAS.
Prototipazione ADAS con un framework ROS.
L'adozione di ROS consente agli sviluppatori di integrare facilmente i modelli Simulink degli sviluppatori con i veicoli di prova. L'architettura ROS si allinea bene anche con i principi SOA, consentendo a Renault di testare oggi stesso su ROS i futuri progetti software orientati ai servizi prima di impegnarsi nella distribuzione in produzione. I test sul framework ROS garantiscono che le sue architetture basate su servizi distribuiti funzioneranno come previsto sulle future piattaforme di veicoli SOA.
Sfruttamento di ROS per una comunicazione migliorata
Anche Renault ha adottato il ROS 2. Si tratta di una versione aggiornata di ROS, che Open Robotics, l'organizzazione no-profit che supporta ROS, prevede di non supportare più nel prossimo futuro. ROS 2 offre notevoli vantaggi per il design automotive. Supporta operazioni in tempo reale essenziali per le funzionalità di guida autonoma e include funzionalità middleware avanzate che facilitano una distribuzione più affidabile dei dati tra i sistemi interconnessi del veicolo, cosa impossibile con la versione precedente di ROS.
“L'adozione di SOA è una mossa strategica per Renault e il supporto fondamentale per i server di servizio ROS 2 in Simulink è stato determinante nel progresso della nostra applicazione SOA.”
“Ora, con ROS 2 e nuovi middleware come DDS (Data Distribution Service), siamo in grado di raggiungere e soddisfare le prestazioni in tempo reale di oggi,” afferma Bedouet.
MathWorks ha supportato Renault nella transizione, anche lavorando a stretto contatto con il team di ingegneria per incorporare funzionalità nel toolbox e lavorare meglio con SOA. Ciò includeva la creazione di più messaggi personalizzati per i diversi componenti di un sistema, la progettazione di un blocco server Simulink ROS 2 e il rispetto dei requisiti specifici in tempo reale di Renault. Grazie alla stretta collaborazione con MathWorks, Renault ha superato queste sfide senza aggiungere ritardi significativi.
“L'adozione di SOA è una mossa strategica per Renault e il supporto fondamentale per i server di servizio ROS 2 in Simulink è stato determinante nel progresso della nostra applicazione SOA,” afferma Muratory.
Il feedback di Renault ha contribuito a orientare gli aggiornamenti MathWorks su ROS Toolbox, che saranno utili anche ad altri clienti. Secondo YJ Lim, product manager di robotica presso MathWorks, questo è particolarmente importante poiché sempre più aziende automotive stanno adottando ROS 2 per lo sviluppo dei sistemi ADAS.
Sistema SOA con editori, abbonati e servizi per testare i sistemi ADAS con ROS 2. (Crediti dell’immagine: Renault)
“Questo non è solo un problema per la Renault,” afferma Lim. “Sarà di grande aiuto per gli altri team automotive.”
Semplificazione dello sviluppo con ROS Toolbox
Uno dei principali vantaggi dell'utilizzo di Simulink in combinazione con ROS Toolbox è che gli sviluppatori possono concentrarsi esclusivamente sui propri algoritmi anziché occuparsi dei dettagli di integrazione o delle specificità del framework ROS. I modelli Simulink contenenti il loro progetto vengono automaticamente trasformati in codice distribuibile per i diversi target attraverso il workflow di integrazione continua impostato dal team di integrazione di Renault utilizzando MATLAB® e Simulink.
“Il supporto del team MathWorks è stato determinante nel consentirci di implementare e testare le nostre funzionalità ADAS di nuova generazione prima del previsto. Questa agilità è stata la pietra angolare del successo dell'introduzione di nuove funzionalità nei nostri veicoli.”
Il software automotive all'avanguardia di Renault spesso supera i limiti della simulazione, data l'enorme portata e complessità coinvolta, con alcuni modelli che superano i 300.000 segnali Simulink aggiornati ogni 10 millisecondi. La possibilità di avere un rapporto di lavoro diretto con gli ingegneri di prodotto MathWorks si è rivelata fondamentale per trovare soluzioni quando si riscontravano vincoli negli strumenti o colli di bottiglia nelle prestazioni.
“Stiamo davvero lavorando su un'applicazione enorme,” ha detto Bedouet. “Se funziona per noi, dovrebbe funzionare per quasi tutti nel mondo.”
La soluzione integrata Simulink-ROS consentirà inoltre a Renault di raggiungere livelli più elevati di sicurezza automotive (Automotive Safety Integrity Levels - ASIL), ovvero rigorose certificazioni di sicurezza per la sicurezza funzionale dei veicoli. Bedouet prevede di collaborare con MathWorks per rispondere a questa e ad altre esigenze in continua evoluzione del settore in futuro, tra cui la certificazione ASIL.
“Sarà fantastico ottenere certificazioni come ASIL per la sicurezza, cosa che oggi non possiamo fare senza un middleware certificato,” ha affermato Bedouet.
Grazie all'integrazione pionieristica dei principi SOA con il framework ROS e la progettazione Model-Based tramite Simulink, Renault si sta affermando come leader del settore dei sistemi software per automotive modulari, aggiornabili, ricchi di funzionalità e certificati per la sicurezza, destinati ai veicoli intelligenti del futuro.
“Il supporto del team MathWorks è stato determinante nel consentirci di implementare e testare le nostre funzionalità ADAS di nuova generazione prima del previsto,” afferma Bedouet. “Questa agilità è stata la pietra angolare del successo nell'introduzione di nuove funzionalità nei nostri veicoli.”
Un concetto di abitacolo per veicoli connessi e di rete di comunicazione.
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