b-plus GmbH

Der im Fahrzeug verbaute ATX3 auf der Messe-Ausstellung EcoSysHaf in Lindau.

Bild: B-plus
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Feldversuche beim autonomen Fahren Analyseverfahren direkt im Fahrzeug

22.10.2018

B-plus stellt ein neues Mitglied der DATALynx Familie vor, den ATX3, welcher für die Entwicklung von Algorithmen und Künstlicher Intelligenz für autonomes Fahren geeignet ist. Der 19“ Server bietet neuesten Sensoren die Möglichkeit einer Aufnahme und Analyse großer Datenmengen auf einer High Performance Computing Plattform und bietet somit die zeitnahe Gestaltung einer Testumgebung für Steuergeräte/Sensoren.

Die Produktfamilie DataLynx ermöglicht dabei domänenübergreifende Tests, etwa bei der Entwicklung von Fahrerassistenzsystemen, autonomen Fahrfunktionen oder künstlicher Intelligenz und wird bereits von großen OEMs und Tier1s sowohl für Live-Testfahrten als auch für Laborzwecke eingesetzt.

Mit flexiblen High Performance Computing Plattformen direkt im Fahrzeug können Tests aufgrund sehr hoher Rechenleistung noch schneller durchgeführt werden. Für die Fahrzeugentwicklung, die eine Vielzahl an abzusichernden Szenarien insbesondere bei Fahrerassistenzsystemen oder automatisierten Fahrfunktionen testen muss, bedeutet der Einsatz eines derart flexiblen Systems eine Verkürzung der Anschaffungs- und Entwicklungszeit.

Der neue Fahrzeugcomputer für autonome Anwendungen kombiniert zwei Intel Xeon Prozessoren mit bis zu 7 PCIe Erweiterungen. Platz für bis zu 18 2.5 Zoll Speichermedien sowie 768GB RAM vervollständigen die Einstufung in die Server Klasse. B-plus bietet damit ein Car-PC-System zur größtmöglichen Verarbeitung der Rohdaten von Kamera, Radar und Lidar sowie ganze Sensor-Fusionen in Echtzeit und vereint Rechenleistung, Datenverarbeitung und Speicherkapazität in einer möglichst kompakten, robusten Lösung, die rauen Umgebungsbedingungen, Schlagbelastungen und extremen Temperaturen standhält. In Kombination mit einer für diese Leistungsklasse entwickelten Kurzzeit-USV bietet der ATX3 volle Leistung bis zu einer
Umgebungstemperatur von 60°C im automobilen Umfeld.

Besondere Stromversorgung des DataLynx ATX3

Der DataLynx ATX3 zeichnet sich gegenüber den Mitbewerbern vor allem durch die besondere Stromversorgung und die USV aus, die nach Anforderungen der LV124-Spezifikation entwickelt wurde. Weil die übliche Stromversorgung in einem Automobil keine Konstante bildet, kann der DataLynx ATX3 auch bei Spannungsunterbrechungen, Unterspannungen und Überspannungen ohne externe Schutzmaßnahmen betrieben werden. Die Anbindung an eine zusätzliche USV ist somit nicht mehr nötig, ebenfalls entfällt die Verwendung von zusätzlichen Stützbatterien oder externen Spannungswandlern.

Die interne Spannungsversorgung ist bis zu einer Leistung von 850W ausgelegt und kann somit neben zwei High-End Xeon CPUs auch bis zu zwei Grafikkarten jeder Leistungsklasse betreiben. Für die auf Microcontroller basierte USV erhält der Entwickler zusätzlich eine Konfigurationssoftware, welche neben Temperaturüberwachung, Lüftersteuerung und Statusinformationen zu System und integriertem Akku auch die Anpassung des USV Verhaltens erlaubt. Beispielsweise kann hier konfiguriert werden, ob bei Spannungsausfall ein geregeltes Herunterfahren zur Datensicherheit oder ein möglichst langes Loggen für ein höheres Datenvolumen wichtiger ist.

Robuste Lösung für direkten Einsatz im Auto

Die mechanische Belastung, die üblicherweise durch große Kühlkörper auf CPU und Mainboard lastet, ist dank der kompakten Form einer Flüssigkühlung viel geringer und ermöglicht somit eine äußerst effiziente Kühlung auch bei erhöhten Vibrationsanforderungen. Die stabilisierte und vielfach getestete Gehäusekonstruktion fixiert weiterhin alle verbauten Komponenten, um bewegliche Teile, wie beispielsweise Kabel, auf ein Minimum zu reduzieren und jegliche Art von Erweiterungen mechanisch zu stabilisieren.

Der speziell für das System angepasste Kühlkreislauf verwendet ein bis zu -35°C geeignetes Kühlmittel und sorgt für die nötige Kühlung der beiden Xeon Prozessoren. Darüber hinaus kann der Kühlkreislauf applikationsspezifisch auch um weitere Komponenten, wie Grafikkarten, und um Anschlüsse für externe Zusatzkühler erweitert werden. So kann etwa ein Großteil der Abwärme des Systems direkt aus dem Kofferraum transportiert werden. Verschraubung aller Komponenten des Kühlkreislaufs, zusätzliche interne Fixierungen und hochwertige Materialien garantieren zudem einen sicheren Betrieb.

Anwendung 1: Rohdaten-Recorder vor der Algorithmus-Entwicklung

Wann braucht die Entwicklung so einen Dual-CPU Car-Server? Bereits vor dem Beginn einer Algorithmus-Entwicklung müssen große Mengen an Rohdaten eingefahren werden. Dies wird üblicherweise mit performanten Logging-Systemen realisiert, welche über langfristige Testfahren Bus- und Sensordaten zeitsynchronisiert aufnehmen. Für bestimmte Szenarien ist neben diesem langfristigen, zeitsynchronen Logging auch die reine kurzzeitige Erfassung von Rohdaten mit extrem hohen Datenraten von Nöten. Aufgrund der sehr hohen Rechenleistung des ATX3 und aktuellster NVMe-SSD Lösung, mit bis zu 2,2GB/s Schreibrate je SSD, kann für solche Kurzaufnahmen eine extreme Geschwindigkeit bei der Aufzeichnung von Rohdaten erzielt werden. Benötigt werden diese Aufnahmen beispielsweise bei Wiederholungen einer bestimmten Kurzstrecke, indem nur diese eine Situation benötigt wird.

Anwendung 2: Basis für Steuergeräteentwicklung autonomer Systeme

Des Weiteren braucht man diesen Dual-CPU Car-Server als Steuergeräte-Prototyp, welchen man in ein Fahrzeug verbaut, bevor die eigentliche Steuergeräte-Hardware entwickelt wurde. Dadurch kann man neue Funktionen früh in der Entwicklungskette live im Fahrzeug testen und mit realen Umweltbedingungen konfrontieren. Für das Erreichen eines sicheren, autonomen Fahrzeugs sind frühzeitige Validierungsphasen besonders bei der Algorithmik-Entwicklung aber auch bei der Künstlichen Intelligenz so relevant wie noch nie. In der Realität eines Entwicklers geht es nicht nur darum einen neuen Sensor zu entwickeln, es geht darum bereits vor dem Start einer Entwicklung das Funktionieren einer Idee zu präsentieren.

Das dient vor der Umsetzung eines Projekts oft als Entscheidungsgrundlage für eine größere Investition. Für die Verarbeitung solcher Funktionen benötigt es allerdings meist eine sehr hohe Rechenleistung. Selbst wenn man sich für die Umsetzung eines Projekts entschieden hat, müssen Funktionen erst mal im Labor simuliert und getestet werden. Auch wenn der Algorithmus noch nicht vollständig implementiert und getestet wurde, verlangen Leitungspositionen bereits die Vorstellung der Funktion auf dem Markt. Dabei müssen Teilfunktionen für Präsentationszwecke wie beispielsweise für Messen oder Kundenvorstellungen aufbereitet werden. Wenn allerdings noch kein Steuergerät vorhanden ist, funktioniert dies mit so einem Dual-CPU Car PC.

Dieser kann in ein Messe- oder Testfahrzeug eingebaut werden und bereits vor dem Seriensteuergerät Teilfunktionen darstellen und präsentieren. Bevor eine neue Funktion nun endgültig in die Serie eines Fahrzeugs integriert wird, muss die Anwendung auch beim Endkunden getestet werden. Hierfür werden ebenfalls einige Fahrzeuge mit so einem Car-Server ausgestattet. Erst wenn wirklich alle Stationen an Tests durchlaufen sind, wird die Algorithmus-Entwicklung beendet und an die Serienentwicklung zur Produktion eines neuen Steuergeräts weitergegeben.

Egal ob es sich bei der Verwendung des ATX3 um Grundlagenforschung der Algorithmik-Theorie oder um die Einführung einer Funktion oder sogar der Künstlichen Intelligenz in ein Serienfahrzeug handelt, die Optimierung des Algorithmus und seine anschließende Einbettung in das echte Automobilumfeld erfordert für die optimale Analyse ein Visualisierungsframework, welches den Entwickler unterstützt. Dieses Framework ist neben Standard-Visualisierungsmöglichkeiten komplett frei programmierbar und bietet somit jedem Entwickler die größtmögliche Flexibilität beim Programmieren ihrer neuen Software.

Anwendung 3: Logger für die Datenverarbeitung bereits verbauter Steuergeräte-Prototypen

Für die letzte Absicherung in der Validierungsphase oder auch für die Weiterentwicklung eines Steuergeräts, kann der ATX3 ebenfalls als High-End Logger für Testfahrten eingesetzt werden. Er ist aufgrund der hohen Rechenleistung und sehr großen Speicherkapazität optimal für Testfahrten einzusetzen, kann sehr hohe Datenraten verarbeiten und lässt sich aufgrund des Systemkonzepts einfach in ein Fahrzeug integrieren.

Die aufgenommenen Rohdaten können dabei entweder mittels bereits in Anwendung 2 genannten Visualisierungsframework live im Fahrzeug verarbeitet und analysiert werden und/oder anschließend für Hardware-in-the-Loop Simulationen verwendet werden. Neben einer reinen Aufnahme und Verarbeitung direkt im Fahrzeug können aber auch weitere Verfahren, wie das Live-Labeling, direkt im Fahrzeug durchgeführt werden.

Der Einsatz eines zuverlässigen High Performance Computer in der Funktionsentwicklung autonomer Systeme, ist einer der wichtigsten Faktoren bei der Bild-und Datenerfassung, Systemanalyse, Künstlichen Intelligenz sowie der neuen Mobilität. Statt offene Vermutungen auf das Verhalten eines neuen Algorithmus im Fahrzeug aufzustellen, können Entwickler anhand faktenbasierten Methoden Fehler auswerten, die Software weiter entwickeln und absichern.

Bildergalerie

  • Verbau in einem Projektfahrzeug (AutoConstruct Project): links b-plus Logger BRICK für Langzeit-Recordings – rechts der ATX für die rechenintensive Analyse direkt im Fahrzeug.

    Bild: b-plus

  • Der HPC DATALynx ATX3 mit dem Storage Add-On.

    Bild: b-plus

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