DE102020120141A1 - Procedure for optimizing tests of control systems for automated vehicle dynamics systems using probabilistically predicted system responses - Google Patents

Procedure for optimizing tests of control systems for automated vehicle dynamics systems using probabilistically predicted system responses Download PDF

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Mike Kohlhoff
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Abstract

Verfahren zum Optimieren von Tests von Regelsystemen für automatisierte Fahrdynamiksysteme, bei dem relevante Parameter und relevante Systemantworten definiert werden, quasi-zufällige Parameterkombinationen der relevanten Parameter und Systemantworten des Testsystems erzeugt werden, ein probabilistisches Systemmodell in Abhängigkeit der erzeugten Parameterkombinationen und der Systemantworten erstellt und trainiert wird, die von dem Systemmodell erzeugten Systemantworten des Modells bewertet werden, die interessanten Systemantworten und Parameterkombinationen ausgewählt und erneut Systemantworten des Testsystems in Abhängigkeit der interessanten Parameterkombinationen erzeugt werden. Dies ermöglicht eine Iteration zum gezielten Trainieren des probabilistischen Systemmodells in kritischen Bereichen des Testsystems.Method for optimizing tests of control systems for automated vehicle dynamics systems, in which relevant parameters and relevant system responses are defined, quasi-random parameter combinations of the relevant parameters and system responses of the test system are generated, a probabilistic system model is created and trained depending on the generated parameter combinations and the system responses , the system responses of the model generated by the system model are evaluated, the interesting system responses and parameter combinations are selected and system responses of the test system are generated again depending on the interesting parameter combinations. This enables iteration for targeted training of the probabilistic system model in critical areas of the test system.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Optimieren von Tests von Regelsystemen für automatisierte Fahrdynamiksysteme, insbesondere zum Optimieren der Auswahl von Testparametern und effizienteres Durchführen von Tests über große Parameterräume.The invention relates to a method for optimizing tests of control systems for automated vehicle dynamics systems, in particular for optimizing the selection of test parameters and carrying out tests more efficiently over large parameter spaces.

Stand der TechnikState of the art

Im Rahmen der Entwicklung komplexer Fahrerassistenzsysteme bzw. Fahrdynamiksysteme steigt die Anzahl der zu untersuchenden Parameter und Testszenarien stetig an. Selbst moderne Methoden und Technologien, wie computergestützte Simulationen, können die notwendigen Ressourcen für eine vollumfängliche Untersuchung von Systemen nicht mit Sicherheit bereitstellen. Zum aktuellen Stand gibt es zum Testen der genannten Systeme unterschiedliche Herangehensweisen.As part of the development of complex driver assistance systems and driving dynamics systems, the number of parameters and test scenarios to be examined is constantly increasing. Even modern methods and technologies, such as computer-aided simulations, cannot provide the necessary resources for a comprehensive examination of systems with certainty. There are currently different approaches to testing the systems mentioned.

Vor der Überprüfung des Testsystems werden üblicherweise die einzubeziehenden Parameter definiert. Diese beschreiben die Umstände, Einflussfaktoren und Rahmenbedingungen für einen Test. Es können systeminterne und -externe Parameter gewählt werden, mit denen ein Test durchgeführt wird. Die Überprüfung des Testsystems auf Übereinstimmung mit den definierten Anforderungen kann mittels Qualifizierung, Verifizierung oder Validierung erfolgen.Before checking the test system, the parameters to be included are usually defined. These describe the circumstances, influencing factors and framework conditions for a test. System-internal and system-external parameters can be selected with which a test is carried out. The test system can be checked for compliance with the defined requirements by means of qualification, verification or validation.

Anhand der identifizierten Parameter wird ein Parameterraum aufgespannt, dessen Dimensionen der Anzahl der gewählten Parameter entspricht. Innerhalb des Parameterraumes werden verschiedene Parametereinstellungen bzw. Parameterausprägungen getestet. Dabei kommen unterschiedliche Parameterkombinationen zum Einsatz, bei denen mehrere oder alle Parameter mit jeweils unterschiedlichen Ausprägungen variiert und/oder kombiniert werden.Based on the parameters identified, a parameter space is created whose dimensions correspond to the number of parameters selected. Various parameter settings or parameter characteristics are tested within the parameter space. Different combinations of parameters are used, in which several or all parameters are varied and/or combined with different characteristics.

Im Ergebnis der Tests werden in Abhängigkeit der getesteten Parameterkombinationen Testdaten erzeugt, die auch Systemantworten genannt werden. Die Tests an sich können auf unterschiedliche Arten erfolgen. Tests können an virtuellen Testsystemen, z. B. Simulationen, und an realen Testsystemen, z. B. Fahrzeugen, durchgeführt werden. Dazwischen existiert eine Vielzahl an Tests, bei denen Teile des Testsystems virtuell und andere Teile real sind. Auf Basis der erzeugten Testdaten werden Erkenntnisse über das zu testende Testsystem gewonnen, die mit entsprechendem Fachwissen verknüpft zu Optimierungen führen.As a result of the tests, test data, which are also called system responses, are generated depending on the tested parameter combinations. The tests themselves can be done in different ways. Tests can be carried out on virtual test systems, e.g. B. simulations, and on real test systems, z. B. vehicles are carried out. In between there are a large number of tests in which parts of the test system are virtual and other parts are real. Based on the test data generated, knowledge about the test system to be tested is gained, which, combined with appropriate specialist knowledge, leads to optimization.

Die Aussagekraft der Testdaten und damit der Tests sowie der Aufwand für die Erzeugung aussagekräftiger Testdaten hängt davon ab, wie die für das Testen verwendeten Parameterkombinationen erzeugt bzw. ausgewählt werden. Dabei spielen unter anderem die Anzahl, die Ausprägungen, die Kombinationen und die Verteilung der Parameter im Parameterraum eine Rolle.The meaningfulness of the test data and thus of the tests as well as the effort involved in generating meaningful test data depends on how the parameter combinations used for testing are generated or selected. Among other things, the number, the characteristics, the combinations and the distribution of the parameters in the parameter space play a role.

Bei der vollfaktoriellen Versuchsplanung wird jede mögliche Parameterkombination getestet. Bei kontinuierlichen Parametern müssen dabei feste Parameterausprägungen als Untermenge aller möglichen Einstellungen gewählt werden. Je nach Anzahl der Parameterausprägungen erhöht sich die Gesamtanzahl an zu testenden Parameterkombinationen. Der Parameterraum wird entlang eines Rasters getestet. Die gewonnenen Testdaten können anschließend direkt für Auswertungen bzw. Erkenntnisgewinn genutzt werden. Abhängig von der Parameteranzahl und der Rasterdichte kann es zu Kombinationszahlen kommen, bei denen es aufgrund ihrer Menge nicht möglich ist, alle Tests durchzuführen. Aus diesem Grund werden teilweise die Parameterräume verkleinert oder gezielt Untermengen der vollfaktoriellen Parameterkombinationen gewählt. Deren Auswahl bzw. Einschränkung erfolgt willkürlich. Kritische Bereiche können aufgrund der komplexen Zusammenhänge nicht hinreichend sicher identifiziert und damit möglicherweise übersehen werden.In full factorial design of experiments, every possible combination of parameters is tested. In the case of continuous parameters, fixed parameter characteristics must be selected as a subset of all possible settings. Depending on the number of parameter characteristics, the total number of parameter combinations to be tested increases. The parameter space is tested along a grid. The test data obtained can then be used directly for evaluations or knowledge gain. Depending on the number of parameters and the grid density, there may be combination numbers for which it is not possible to carry out all tests due to their quantity. For this reason, the parameter spaces are sometimes reduced or subsets of the full factorial parameter combinations are selected in a targeted manner. Their selection or restriction is arbitrary. Due to the complex interrelationships, critical areas cannot be identified with sufficient certainty and may therefore be overlooked.

Bei der statistischen Modellierung der Parameterkombinationen liegen den Parameterkombinationen Wahrscheinlichkeitsverteilungen zugrunde, z. B. eine Normalverteilung, und es wird angenommen, dass eine bestimmte Parameterkombination am häufigsten auftritt. Anschließend werden die restlichen Tests um die Parameterkombination mit der größten Auftretenswahrscheinlichkeit mit abnehmender Dichte verteilt. Die gewonnenen Testdaten werden anschließend direkt für die entsprechenden Auswertungen genutzt.In the statistical modeling of the parameter combinations, the parameter combinations are based on probability distributions, e.g. B. a normal distribution, and it is assumed that a certain parameter combination occurs most frequently. The remaining tests are then distributed around the parameter combination with the greatest probability of occurrence with decreasing density. The test data obtained is then used directly for the corresponding evaluations.

Es sind weiterhin Simulationen mit Rückmeldung bekannt. Anhand des Ergebnisses eines Tests wird entschieden, welche Parameterkombination als nächstes simuliert wird. Ziel ist es, lokale und/oder globale Maxima oder Minima, sowie Systemgrenzen aufzudecken. Diese Vorgehensweise bietet einige Nachteile. Vor allem beim Ansatz der vollfaktoriellen Simulation steigt die Versuchsanzahl exponentiell mit der Anzahl der Parameter an. Eine erfolgreiche Simulation kann nur unter Einsatz hoher Ressourcen und Zeit erfolgen. Bei Nichtbeachtung der Systemantworten wird die Simulation nach einem im Vorhinein festgelegten Plan durchgeführt. Damit ist es möglich, dass in kritischen Bereichen des Parameterraums nicht ausreichend Messdaten aufgenommen werden. Bei der Simulation mit Rückmeldung erfolgt zwar eine dynamische Versuchsplanung, sollten jedoch mehrere Minima oder Maxima vorliegen, werden diese von einfachen Simulationen regelmäßig nicht gefunden, da diese üblicherweise auf das Auffinden eines Extremwertes ausgelegt sind. Komplizierte Simulationen mit Rückmeldung sind zwar unter Umständen in der Lage, mehrere Extrema parallel zu lokalisieren, weisen dann aber wieder einen hohen Ressourcenverbrauch auf.Simulations with feedback are also known. The result of a test is used to decide which parameter combination is to be simulated next. The aim is to uncover local and/or global maxima or minima, as well as system boundaries. This approach has some disadvantages. Especially with the full factorial simulation approach, the number of tests increases exponentially with the number of parameters. A successful simulation can only take place with the use of high resources and time. If the system responses are ignored, the simulation will be performed according to a pre-established schedule. It is therefore possible that insufficient measurement data is recorded in critical areas of the parameter space. In the case of the simulation with feedback, a dynamic test planning takes place, but should there be several minima or maxima, these are regularly not found by simple simulations, as these are usually designed to find an extreme value. Complicated simulations with feedback may be able to localize several extremes in parallel, but then they consume a lot of resources.

Um diesen einzuschränken, können interessante Teilbereiche des Parameterraums beschrieben werden, in denen die Dichte der zu testenden Parameterkombinationen im Vergleich zum restlichen Parameterraum erhöht wird. Diese Teilbereiche können mittels Hyperquadern beschrieben werden. Dadurch werden für alle Parameter unabhängig die Wertebereiche ausgeschlossen, für die kein interessantes Systemverhalten auftreten kann bzw. erwartet wird. Dabei können die Teilbereiche speziell für höherdimensionale Parameterräume komplexe Formen annehmen, deren detaillierte Ermittlung wiederrum sehr aufwendig sein kann. Darüber hinaus umschreiben geometrisch definierte Hyperquader einen Teilbereich des Parameterraums, der eine große Anzahl unkritischer Parameterkombinationen umfasst, da die Genauigkeit der geometrischen Abgrenzung der Teilbereiche prinzipbedingt Grenzen hat.In order to limit this, interesting sub-areas of the parameter space can be described in which the density of the parameter combinations to be tested is increased compared to the rest of the parameter space. These subareas can be described using hypercubes. This independently excludes the value ranges for all parameters for which no interesting system behavior can occur or is expected. The partial areas can take on complex forms, especially for higher-dimensional parameter spaces, which in turn can be very complex to determine in detail. In addition, geometrically defined hypercubes circumscribe a sub-area of the parameter space that includes a large number of uncritical parameter combinations, since the accuracy of the geometric delimitation of the sub-areas has inherent limits.

Die WO 2015 067 649 A1 betrifft eine virtuelle Testoptimierung für Fahrerassistenzsysteme (FAS). Dabei wir ein Testszenario, definiert durch Testparameter, im realen Fahrversuch und/oder virtuell durchlaufen. Zur Erstellung eines zweiten Tests wird der erste Test abgeändert, um den Testparameter innerhalb eines kritischen Bereichs zu verschieben. Nachteilig ist, dass die Parametervariation, die zu einem kritischen Fahrverhalten führt, willkürlich, zumindest a priori festgelegt wurde oder sich zufällig aus einem Test ergibt. Eine systematische Eingrenzung kritischer Bereiche, in denen die Aktivierung eines FAS provoziert wird, erfolgt nicht.the WO 2015 067 649 A1 concerns a virtual test optimization for driver assistance systems (DAS). A test scenario, defined by test parameters, is run through in real driving tests and/or virtually. To create a second test, the first test is modified to move the test parameter within a critical range. The disadvantage is that the parameter variation, which leads to critical driving behavior, was determined arbitrarily, at least a priori, or resulted randomly from a test. There is no systematic delimitation of critical areas in which the activation of an ADAS is provoked.

Aufgabe der Erfindungobject of the invention

Demgegenüber ist es die Aufgabe der Erfindung, das Generieren, das Durchführen und die Ergebnisse von Tests von Regelsystemen für automatisierte Fahrdynamiksysteme zu verbessern. Insbesondere sollen relevante Testparameter bei beliebig komplexen Parameterräumen effizient aufgefunden werden.In contrast, it is the object of the invention to improve the generation, implementation and results of tests of control systems for automated vehicle dynamics systems. In particular, relevant test parameters should be found efficiently in parameter spaces of any complexity.

Darstellung und Vorteile der ErfindungPresentation and advantages of the invention

Die Aufgabe wird durch ein Verfahren zum Optimieren von Tests von Regelsystemen für automatisierte Fahrdynamiksysteme entsprechend den Maßnahmen des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst.The object is solved by a method for optimizing tests of control systems for automated vehicle dynamics systems in accordance with the measures of independent claim 1.

Automatisierte Fahrdynamiksysteme sind Systeme zum Regeln von Komponenten zur Fahrzeugsteuerung, wie Antrieb, Verzögerung oder Lenkung, die nicht unmittelbar vom Fahrzeugführer bedient werden, sondern automatisch oder autonom von dedizierten Steuereinheiten aktiviert und betätigt werden. Diese Fahrdynamiksysteme können als Fahrerassistenzsysteme für spezifische Fahrsituationen ausgelegt sein. Beispiele für derartige Fahrerassistenzsysteme sind das Antiblockiersystem (ABS), das Elektronische Stabilitätsprogramm (ESP), der Abstandstempomat (Automatic Cruise Control ACC), der Notbremsassistent (Automatic Emergency Breaking AEB) oder auch der Spurhalteassistent (Lane Keep Assist LKA). Diese Funktionen werden als Automations-Level 1 oder 2 angesehen, die die Fahrzeugbedienung unterstützen oder eben Teilaufgaben der Fahrzeugführung übernehmen. Automatisierte Fahrdynamiksysteme können auch dem Automatisierungs-Level 3 (Bedienungsautomatisierung bzw. bedingte Automation) und höher zugeordnet sein, bei denen das Fahrzeug vorübergehend oder dauerhaft eigenständig Aufgaben übernimmt. Letzteres umfasst die Integration mehrerer Systeme, die jeweils Teilaufgaben übernehmen, und im Gesamtsystem das Fahrzeug hoch automatisiert bis hin zu autonom führen.Automated vehicle dynamics systems are systems for regulating components for vehicle control, such as drive, deceleration or steering, which are not operated directly by the vehicle driver, but are activated and operated automatically or autonomously by dedicated control units. These vehicle dynamics systems can be designed as driver assistance systems for specific driving situations. Examples of such driver assistance systems are the anti-lock braking system (ABS), the electronic stability program (ESP), the adaptive cruise control (Automatic Cruise Control ACC), the emergency brake assistant (Automatic Emergency Breaking AEB) or the lane departure warning system (Lane Keep Assist LKA). These functions are regarded as automation level 1 or 2, which support vehicle operation or take on subtasks of vehicle guidance. Automated vehicle dynamics systems can also be assigned to automation level 3 (operational automation or conditional automation) and higher, where the vehicle temporarily or permanently takes on tasks independently. The latter includes the integration of several systems, each of which takes on subtasks and, in the overall system, guides the vehicle in a highly automated and even autonomous manner.

Im ersten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Definieren relevanter Parameter und relevanter Systemantworten des zu testenden Regelsystems. Die relevanten Parameter bilden dabei den Parameterraum, wobei dessen Dimensionen von der Anzahl der Parameter abhängen. Die variablen Parameter und die zu protokollierenden System antworten bzw. spezifischen Beobachtungsgrößen, auch Key Performance Indicators (KPI) genannt, sind in erster Linie von der Ausgestaltung des Testsystems selbst, also der hard- und softwaretechnischen Gestaltung, von dessen Funktionsumfang, also dem eigentlichen Regelungsziel des Fahrdynamiksystems, und der Umgebung, in der das Regelsystem verwendet werden soll, abhängig. Weiterhin hängen sie aber auch von den Testzielen, dem Grad der Abstraktion des zu testenden Regelsystems sowie dessen Systemgrenzen ab. Dabei wird nicht nur definiert, welche KPI, sondern auch in welcher Ausprägung diese relevant sind. Das Definieren der Parameter und System antworten ist neben weiteren Festlegungen Teil der ursprünglichen Versuchsplanung. Die KPIs können dabei klassische unfallrelevante Kennzahlen, wie Zeit bis zum Aufprall, oder auch komfortbezogene Antworten des Systems, wie maximale Querbeschleunigungen, sein.In the first step of the method according to the invention, relevant parameters and relevant system responses of the control system to be tested are defined. The relevant parameters form the parameter space, the dimensions of which depend on the number of parameters. The variable parameters and the system responses to be logged or specific observation variables, also known as key performance indicators (KPI), are primarily dependent on the design of the test system itself, i.e. the hardware and software design, its range of functions, i.e. the actual control objective of the driving dynamics system, and the environment in which the control system is to be used. However, they also depend on the test objectives, the degree of abstraction of the control system to be tested and its system limits. Not only is it defined which KPIs are relevant, but also the extent to which they are relevant. Defining the parameters and system responses is part of the original design of the experiment, along with other specifications. The KPIs can be classic accident-relevant key figures, such as time to impact, or comfort-related responses from the system, such as maximum lateral acceleration.

Im nächsten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Bereitstellen eines Testsystems als Repräsentanz des zu testenden Regelsystems. Das zu testende Regelsystem kann ein reales Fahrdynamiksystem sein, also ein in einem Fahrzeug angeordnetes Steuergerät, welches je nach Ausgestaltung den Fahrzeugzustand und die Fahrzeugumgebung ermittelt, interpretiert und Reaktionen durch dem Fahrzeug zugeordnete Aktoren veranlasst. Diese Reaktionen können Eingriffe in die Längs- und oder Querdynamik des Fahrzeugs oder auch das Ausgeben von Warnung im Fahrzeug oder nach außen sein. Der Test eines realen Fahrdynamiksystems kann ein klassisches Experiment, z.B. im Zuge eines Fahrversuchs sein. In dem Fall kann das Fahrzeug als Ganzes oder eine ausgewählte Funktionen (Spur halten, Abstand halten) des Fahrzeugs, inklusive spezieller Umgebungsbedingungen (Fahrversuch bei Nässe) das Testsystem darstellen. Durch die Definition relevanter Parameter und Systemantworten wird auch die Ausgestaltung des Testsystems, beispielsweise das Einbeziehen zusätzlicher Sensoren oder Aktoren des Fahrzeugs, definiert und damit die Schnittstelle zur angrenzenden Umwelt festgelegt. Das Testsystem kann aber auch eine Simulation eines realen Fahrdynamiksystems sein, welche aufwändig das Regelverhalten des Fahrdynamiksystems deterministisch abbildet. Es kann sich bei dem Testsystem auch um eine sogenannte Black-Box handeln, deren Funktion bekannt aber deren Funktionsweise nicht bekannt oder noch nicht festgelegt ist. Dies ist vor allem in frühen Entwicklungsstadien relevant, in denen die konkrete Umsetzung der Funktion noch nicht bestimmt ist. Das Testsystem als Repräsentanz des zu testenden Regelsystems kann also unmittelbar das zu testende Regelsystem selbst oder auch eine modellierte Abbildungen dessen Funktion sein. Die Bereitstellung des Textsystems erfolgt entsprechend mit fahrzeugtechnischen, mathematischen und/oder computertechnischen Mitteln.In the next step of the method according to the invention, a test system is provided as a representation of the control system to be tested. The control system to be tested can be a real one Be driving dynamics system, so a arranged in a vehicle control unit, which depending on the configuration determines the vehicle condition and the vehicle environment, interprets and causes reactions by the vehicle associated actuators. These reactions can be interventions in the longitudinal and/or lateral dynamics of the vehicle or the issuing of warnings in the vehicle or to the outside. The test of a real vehicle dynamics system can be a classic experiment, eg in the course of a driving test. In this case, the test system can represent the vehicle as a whole or a selected function (keep lane, keep distance) of the vehicle, including special environmental conditions (driving test in wet conditions). The definition of relevant parameters and system responses also defines the design of the test system, for example the inclusion of additional sensors or actuators of the vehicle, and thus the interface to the surrounding environment is defined. However, the test system can also be a simulation of a real vehicle dynamics system, which deterministically maps the control behavior of the vehicle dynamics system in a complex manner. The test system can also be what is known as a black box, the function of which is known but whose mode of operation is not known or has not yet been determined. This is particularly relevant in the early stages of development, in which the specific implementation of the function has not yet been determined. The test system as a representation of the control system to be tested can be the control system to be tested itself or a modeled representation of its function. The text system is provided accordingly with vehicle-related, mathematical and/or computer-related means.

Im nächsten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Erzeugen quasi-zufälliger Startparameterkombinationen der relevanten Parameter, verteilt über den gesamten Parameterraum. Jeder definierte Parameter kann unterschiedlich ausgeprägt sein, beispielsweise als Boolesche Variable, die nur wenige Zustände annehmen kann, über diskrete nominal oder ordinal skalierbare Variablen, hin zu stetigen Verteilungen. Dazu zählen verschiedene Arten von Wahrscheinlichkeitsverteilungen, zum Beispiel die diskrete Gleichverteilung oder die Normalverteilung. Eine Kombination beider Arten für einzelne Parameter kann ebenfalls sinnvoll sein. Die Auswahl der Verteilungsart erfolgt im Zusammenhang mit dem Testziel oder der gewünschten Repräsentativität der Realität. So eignet sich die diskrete Gleichverteilung für Untersuchungen im gesamten Wertebereich der Parameter. Damit lässt sich u.a. die Leistungsfähigkeit einer Funktion im gesamten Anwendungsbereich, wie z. B. der geforderten Umgebung bzw. Szenarien, analysieren und bewerten. Ebenfalls lassen sich so verschiedene Funktions- und Systemausprägungen oder Grenzen der Systemleistungsfähigkeit, wie Sensortoleranzen oder physikalische Limitierungen, bewerten. Schließlich können auch auf realen Fahrdaten und Messaufnahmen basierende realitätsnahe Wahrscheinlichkeitsverteilungen für die Parameter bestimmt werden.In the next step of the method according to the invention, quasi-random start parameter combinations of the relevant parameters are generated, distributed over the entire parameter space. Each defined parameter can have different characteristics, for example as a Boolean variable that can only assume a few states, through discrete nominal or ordinal scalable variables, to continuous distributions. These include different types of probability distributions, for example the discrete uniform distribution or the normal distribution. A combination of both types for individual parameters can also be useful. The type of distribution is selected in connection with the test objective or the desired representativeness of reality. The discrete uniform distribution is suitable for investigations in the entire value range of the parameters. This allows, among other things, the performance of a function in the entire application area, such as e.g. B. the required environment or scenarios, analyze and evaluate. Different functional and system characteristics or limits of system performance, such as sensor tolerances or physical limitations, can also be evaluated in this way. Finally, realistic probability distributions based on real driving data and measurement recordings can also be determined for the parameters.

Quasi-zufällig bedeutet, dass die Verteilung der Parameterausprägungen über den Parameterraum nicht nur durch einen wirklichen Zufallsmechanismus, wie einer festgelegten Wahrscheinlichkeitsverteilung, erfolgt. Die Anzahl und Dichte der Testpunkte kann dabei je nach Systemkomplexität und Testziel, gegebenenfalls unter Nutzung bekannter DoE-Methoden (Design of Experiments - Statistische Versuchsplanung), angepasst werden. Nach der Berechnung der quasi-zufälligen Parameterkombinationen können diese anhand unterschiedlicher Metriken auf ihre Konfidenz bzw. Güte überprüft werden und besitzen im Vergleich zur vollfaktoriellen Versuchsplanung einen deutlich reduzierten Umfang. Sie decken jedoch weiterhin den gesamten Parameterraum ab. Die Anzahl der Startparameterkombinationen sowie deren Verteilung und Dichte im gesamten Parameterraum erfolgt in Abhängigkeit der Testkapazität des Testsystems. Unter Testkapazität wird das Verhältnis zwischen Testdauer des Testens einer Parameterkombination und verfügbarer Ressourcen zum Testen, z.B. Zeitvorgaben, verstanden. Die Anzahl die Startkombinationen hängt also davon ab, wie viele Tests realistischer Weise bzw. praktikabel durchführbar sind. Reale Fahrzeugversuche sind beispielsweise stark zeitlich und ressourcentechnisch bestimmt. Auch hochdimensionale, deterministische Simulationen, die mehrere Sekunden oder Minuten zum Simulieren einer Parameterkombination benötigen, unterliegen zeitlichen Restriktionen bei sich verkürzenden Entwicklungszyklen. Im Ergebnis decken die Startparameterkombinationen den gesamten Parameterraum ab, weisen dafür eine sehr geringe Dichte auf.Quasi-randomly means that the parameter values are not only distributed across the parameter space by a truly random mechanism, such as a defined probability distribution. The number and density of the test points can be adjusted depending on the system complexity and test objective, if necessary using known DoE methods (Design of Experiments - statistical test planning). After the calculation of the quasi-random parameter combinations, these can be checked for their confidence or quality using different metrics and have a significantly reduced scope compared to full factorial experimental design. However, they still cover the entire parameter space. The number of start parameter combinations as well as their distribution and density in the entire parameter space depends on the test capacity of the test system. Test capacity is the relationship between the test duration of testing a combination of parameters and the resources available for testing, e.g. time specifications. The number of start combinations therefore depends on how many tests can be carried out realistically or practicably. Real vehicle tests, for example, are strongly determined in terms of time and resources. Even high-dimensional, deterministic simulations that require several seconds or minutes to simulate a parameter combination are subject to time restrictions as development cycles become shorter. As a result, the start parameter combinations cover the entire parameter space, but have a very low density.

Im nächsten Schritt erfolgt das Erzeugen von System antworten des Testsystems in Abhängigkeit der quasi-zufällig erzeugten Startparameterkombinationen. Das Testsystem selbst kann, wie beschrieben, von einer modellierten Konzeptidee über eine zu testende Software, eine zu testende Einzelkomponente, eine zu testende Baugruppe bis hin zu einem zu testenden Fahrzeug jede Ausgestaltung eines Regelsystems für automatisierte Fahrdynamiksysteme entlang des gesamten Entwicklungsprozesses darstellen. Die Modellierung des Testsystems kann mithilfe bekannter Concept-, Software-, Hardware-, oder Model-in-the-Loop-Methoden (CiL, SiL, HiL, MiL) umgesetzt werden. Mithilfe der Modellierung des Testmodells oder dem experimentellen Testen können Antworten des Testsystems auf die Eingangsparameter, hier der Startparameterkombinationen, ermittelt bzw. erzeugt werden. Dabei können bereits vorhandene (Teil-)Modelle genauso verwendet werden wie aufwändige deterministische Software-Codes unter Einbeziehen komplexer physikalischer Hintergründe. Im Falle eines zu testenden realen (Gesamt-)Systems kann die Erzeugung der Systemantworten auch mittels parametrierter Testfahrten auf einem Prüfstand oder in der realen Welt erfolgen. Schließlich sind auch Kombinationen modellierter und real erzeugter Systemantworten je nach Definition des Testsystems denkbar.In the next step, system responses of the test system are generated as a function of the quasi-randomly generated start parameter combinations. As described, the test system itself can represent any configuration of a control system for automated vehicle dynamics systems along the entire development process, from a modeled concept idea to software to be tested, an individual component to be tested, an assembly to be tested to a vehicle to be tested. The test system can be modeled using known concept, software, hardware or model-in-the-loop methods (CiL, SiL, HiL, MiL). With the help of the modeling of the test model or the experimental testing, responses of the test system to the input parameters, here the start parameter combination nations, are determined or generated. Existing (partial) models can be used as well as complex deterministic software codes including complex physical backgrounds. In the case of a real (overall) system to be tested, the system responses can also be generated by means of parameterized test drives on a test bench or in the real world. Finally, combinations of modeled and actually generated system responses are also conceivable, depending on the definition of the test system.

Im nächsten Schritt erfolgt das Initiieren eines probabilistischen Systemmodells zum Prädizieren des Testsystemverhaltens und das Trainieren des probabilistischen Systemmodells mittels der quasi-zufälligen Startparameterkombinationen und der Systemantworten des Testsystems. Die definierten Testsysteme, auch wenn sie in Form von Simulationen ebenfalls modelliert werden, sind so komplex sowie zeit- oder rechenintensiv, dass sich mit ihnen nur eingeschränkt arbeiten lässt. So kann es nötig sein, ein Modell vom eigentlichen Modell zu erstellen, das sich ähnlich verhält, aber wesentlich performanter ist. Diese Modelle (von Modellen) werden als Meta-Modelle bezeichnet. Ein Meta-Modell wird ein System nicht exakt abbilden und dessen Prädiktionen werden immer fehlerbehaftet sein. Diese können aber innerhalb kürzester Zeit die Ausgänge weiterer Versuche prädizieren und damit eine Vielzahl von Parameterkombinationen praktikabel testen. Das probabilistische Systemmodell ist als probabilistisches Meta-Modell ausgebildet, welches die Unsicherheit (Konfidenz bzw. Güte) ihrer Prädiktionen beurteilen können. Statt diskreten Prädiktionen (z.B. y = 0,3) liefern diese Prädiktionen in Form einer Wahrscheinlichkeitsdichte, beispielsweise als Normalverteilung. Das Auswählen und gegebenenfalls Anpassen eines entsprechenden Meta-Modells, der zugrunde liegenden Algorithmen und mathematischen Methoden wird als Initiieren bezeichnet.In the next step, a probabilistic system model for predicting the test system behavior is initiated and the probabilistic system model is trained using the quasi-random start parameter combinations and the system responses of the test system. The defined test systems, even if they are also modeled in the form of simulations, are so complex and time-consuming or computationally intensive that you can only work with them to a limited extent. So it may be necessary to create a model of the actual model that behaves similarly but is significantly more performant. These models (of models) are called meta-models. A meta-model will not represent a system exactly, and its predictions will always be erroneous. However, these can predict the results of further tests within a very short time and thus test a large number of parameter combinations in a practicable manner. The probabilistic system model is designed as a probabilistic meta-model that can assess the uncertainty (confidence or quality) of your predictions. Instead of discrete predictions (e.g. y = 0.3), these predictions deliver in the form of a probability density, for example as a normal distribution. Selecting and, if necessary, adapting a corresponding meta-model, the underlying algorithms and mathematical methods is referred to as initiating.

Um die vielen Verhaltensmöglichkeiten des Testsystems zu berücksichtigen, können konkrete Funktionsklassen verwendet werden, z.B. Polynome zweiten Grades. Dieser Ansatz ist aber sehr speziell und damit nur dann sinnvoll einsetzbar, wenn das entsprechende System tatsächlich gut innerhalb der eng getroffenen Annahmen beschreibbar ist. Es kann aber auch eine größere Menge an Funktionen berücksichtigt werden. Dabei ist die Wahl der möglichen Funktionen schon eine Herausforderung, da es unendlich viele mögliche Funktionen gibt. Hier stellen Gauß'sche Prozesse (GP) eine mathematisch elegante und gleichzeitig leistungsfähige Möglichkeit der Funktionswahl dar. Ein GP kann als Wahrscheinlichkeitsverteilung über Funktionen betrachtet werden. So wie aus einer normalverteilten Variable spezifische Werte gezogen werden können, können aus einem GP spezifische Funktionen gezogen werden. Die Menge der möglichen Funktionen wird durch eine Mittelwert-Funktion sowie eine Kernel-Funktion, die eine Verallgemeinerung einer Kovarianzmatrix darstellt, definiert.In order to take into account the many possible behaviors of the test system, concrete function classes can be used, e.g. second degree polynomials. However, this approach is very special and can therefore only be used in a meaningful way if the corresponding system can actually be described well within the narrow assumptions made. However, a larger number of functions can also be taken into account. The choice of the possible functions is already a challenge, since there are an infinite number of possible functions. Here, Gaussian processes (GP) represent a mathematically elegant and at the same time powerful way of choosing a function. A GP can be viewed as a probability distribution over functions. Just as specific values can be drawn from a normally distributed variable, specific functions can be drawn from a GP. The set of possible functions is defined by a mean function and a kernel function that represents a generalization of a covariance matrix.

Eine aktuelle Weiterentwicklung der Gauß'schen Prozesse sind sogenannte Tiefe Gauß'sche Prozesse. Im Englischen als Deep Gaussian Processes (DGP) bezeichnet, besitzt diese Modell-Familie große Ähnlichkeit zu einer anderen Modell-Familie, die in den letzten Jahren enorm an Bedeutung gewonnen hat: Tiefe neuronale Netze bzw. Deep Neural Networks (DNN). Im Vergleich zu ein- oder wenigschichtigen Netzen wird die enorme Leistungsfähigkeit tiefer neuronaler Netze hauptsächlich darauf zurückgeführt, dass zwischen Eingang und Ausgang ein hierarchisches Lernen stattfinden kann. Durch eine zunehmende Abstraktion können Zusammenhänge erkannt werden, die nur schwierig bis unmöglich direkt in den Daten gefunden werden können. Auch DNN lassen sich nutzen, um probabilistische Prädiktionen zu treffen. Sie werden dann als Bayes'sche Neuronale Netze, im Englischen Bayesian Neural Networks (BNN), bezeichnet. Die Idee hinter BNN ist es, alle Parameter der Netze nicht als deterministische Werte, sondern als Wahrscheinlichkeitsverteilung zu betrachten. Auch für BNN gestaltet sich das Training schwierig, da keine analytische Lösungen für Gleichungungen zur Bestimmung der Wahrscheinlichkeitsverteilung der Parameter für bestimmte Eingangsdaten existieren.A current further development of the Gaussian processes are the so-called deep Gaussian processes. Known as Deep Gaussian Processes (DGP), this model family is very similar to another model family that has gained enormously in importance in recent years: Deep Neural Networks (DNN). In comparison to single-layer or few-layer networks, the enormous performance of deep neural networks is mainly attributed to the fact that hierarchical learning can take place between input and output. With increasing abstraction, connections can be recognized that are difficult or impossible to find directly in the data. DNN can also be used to make probabilistic predictions. They are then referred to as Bayesian Neural Networks (BNN). The idea behind BNN is to consider all network parameters not as deterministic values but as probability distributions. Training is also difficult for BNN, since there are no analytical solutions for equations to determine the probability distribution of the parameters for certain input data.

Allgemein gesagt wird das probabilistische Systemmodell mit Methoden des maschinellen Lernens aufgebaut auf Basis von Trainingsdaten. Das erstmalige Trainieren des Modells basierend auf den Systemantworten des Testsystems auf die Startparameterkombinationen und den Startparameterkombinationen (Trainingsdaten) kann auch als Anlernen bezeichnet werden.Generally speaking, the probabilistic system model is built using machine learning methods based on training data. The initial training of the model based on the system responses of the test system to the starting parameter combinations and the starting parameter combinations (training data) can also be referred to as training.

Die folgenden Schritte des erfindungsgemäßen Verfahrens stellen ein iteratives Verfahren dar. Dazu erfolgt im nächsten Schritt das Erzeugen einer Vielzahl quasi-zufälliger Parameterkombinationen der relevanten Parameter. Diese werden wie die Startparameterkombinationen über den gesamten Parameterraum verteilt erzeugt, allerdings mit einer wesentlich größeren Dichte und Anzahl. Vorteilhafter Weise können damit auch mehrere verteilte Cluster kritischer Parameterkombinationen erfasst werden.The following steps of the method according to the invention represent an iterative method. For this purpose, in the next step, a multiplicity of quasi-random parameter combinations of the relevant parameters are generated. Like the start parameter combinations, these are generated distributed over the entire parameter space, but with a significantly greater density and number. Advantageously, a number of distributed clusters of critical parameter combinations can also be recorded in this way.

Im nächsten Schritt erfolgt das Erzeugen von Systemantworten des probabilistischen Systemmodells in Abhängigkeit der Vielzahl quasi-zufälliger Parameterkombinationen wie oben beschrieben.In the next step, system responses of the probabilistic system model are generated as a function of the large number of quasi-random parameter combinations as described above.

Im nächsten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Bewerten der Systemantworten und Identifizieren interessanter Systemantworten. Beim Bewerten der Systemantworten wird deren Interessantheit ermittelt. Diese kann direkt aus den Systemantworten abgelesen oder durch Vergleiche der Systemantworten mit vorbestimmten Schwellenwerten bzw. festgelegten Intervallen erfolgen. Welche Versuche oder Verhalten interessant sind, kann je nach Anwendung definiert werden, indem für Systemausgänge Intervalle definiert werden (z.B. minimaler Abstand < 10m) und dann die Parameterkombinationen interessant sind, deren System antworten in diesen Intervallen liegen.In the next step of the method according to the invention, the system responses are evaluated and interesting system responses are identified ten. When evaluating the system responses, their interestingness is determined. This can be read directly from the system responses or by comparing the system responses with predetermined threshold values or specified intervals. Which experiments or behavior are interesting can be defined depending on the application by defining intervals for system outputs (e.g. minimum distance < 10m) and then the parameter combinations are interesting whose system responses lie in these intervals.

Bevorzugt wird aus den Systemantworten ein Akquisitionswert ermittelt, der den Informationsgehalt der Trainingsdaten abschätzt. Die hierfür genutzten Funktionen werden als Akquisitionsfunktionen bezeichnet. Mithilfe einer Akquisitionsfunktion werden also die Prädiktionen des Modells bewertet, wobei die Werte der Akquisitionsfunktion an den Stellen hoch sein sollen, an denen ein hoher Informationsgewinn, also eine hohe Interessantheit erwartet werden kann.An acquisition value, which estimates the information content of the training data, is preferably determined from the system responses. The functions used for this are referred to as acquisition functions. The predictions of the model are thus evaluated with the aid of an acquisition function, whereby the values of the acquisition function should be high at the points at which a high information gain, i.e. a high level of interest, can be expected.

Dabei kann für jeden Anwendungsfall eine spezielle Akquisitionsfunktion bereitgestellt werden. Um ein für den gesamten Parameterraum gleichmäßig gutes Meta-Modell zu erhalten, werden zunächst sehr viele Versuche prädiziert und der Akquisitionswert wird proportional zur Standardabweichung gewählt. Um gezielt bestimmte Verhalten zu untersuchen, kann ein als interessant definiertes Intervall in die Berechnung einbezogen werden. Der Akquisitionswert ist dann gleich der Wahrscheinlichkeit, dass die Systemantwort y im Intervall M liegt. Die Akquisitionsfunktion kann auch derart gestaltet sein, dass gezielt Parameterkombinationen an den Grenzen des Intervalls M gesucht werden. Je nach Ziel der Untersuchung sind weitere Akquisitionsfunktionen denkbar, z.B. die Durchführung aller Versuche, für die die Wahrscheinlichkeit eines interessanten Systemverhaltens einen Schwellwert überschreitet. Werden interessante Parameterbereiche als über den Parameterraum verteilte Wahrscheinlichkeit interpretiert, so ergibt sich eine kontinuierliche Relevanz aller Versuche. Um diese durch einen (diskreten) Versuchsplan abzubilden, können viele mögliche Versuche generiert werden, durch das Meta-Modell und eine Akquisitionsfunktion bewertet werden und entsprechend ihrer Relevanz behalten oder verworfen werden. Dieses als Verwerfungsmethode bezeichnetes Vorgehen dient letztlich dazu, die Versuchsdichte anzupassen und so die kontinuierliche Akquisitionsfunktion diskret abzubilden. Die Bewertung der Systemantworten ermöglicht somit das Identifizieren interessanter Systemantworten, weil die Bewertung zwischen interessant und nicht interessanten Systemantworten separiert. Ein großer Vorteil dieser Vorgehensweise liegt darin, dass die interessanten Regionen nicht beschrieben werden müssen und der Übergang zwischen den Teilbereichen kontinuierlich ist.A special acquisition function can be provided for each application. In order to obtain a meta-model that is consistently good for the entire parameter space, a large number of tests are first predicted and the acquisition value is chosen proportionally to the standard deviation. In order to investigate specific behavior in a targeted manner, an interval defined as interesting can be included in the calculation. The acquisition value is then equal to the probability that the system response y lies in the interval M. The acquisition function can also be designed in such a way that parameter combinations at the boundaries of the interval M are searched for in a targeted manner. Depending on the goal of the investigation, further acquisition functions are conceivable, e.g. the execution of all tests for which the probability of an interesting system behavior exceeds a threshold value. If interesting parameter ranges are interpreted as a probability distributed over the parameter space, a continuous relevance of all tests results. In order to map this through a (discrete) test plan, many possible tests can be generated, evaluated by the meta-model and an acquisition function and kept or discarded according to their relevance. This procedure, known as the rejection method, ultimately serves to adjust the test density and thus discretely map the continuous acquisition function. The evaluation of the system responses thus makes it possible to identify interesting system responses because the evaluation separates between interesting and uninteresting system responses. A major advantage of this approach is that the regions of interest do not have to be described and the transition between the sub-areas is continuous.

Im nächsten Schritt erfolgt das Ermitteln der interessanten Parameterkombinationen zu den relevanten Systemantworten, also das Ermitteln der Parameterkombinationen, die die relevanten Systemantworten des probabilistischen Systemmodells hervorrufen bzw. erzeugen. Diese Eingangsparameter können direkt aus dem Systemmodell abgelesen oder zurückgerechnet werden.In the next step, the interesting parameter combinations for the relevant system responses are determined, ie the parameter combinations that cause or generate the relevant system responses of the probabilistic system model are determined. These input parameters can be read directly from the system model or calculated back.

Im nächsten Schritt erfolgt das Erzeugen von Systemantworten des Testsystems in Abhängigkeit der interessanten Parameterkombinationen. Dies geschieht wie bei der Erzeugung der Systemantworten in Abhängigkeit der Startparameter. Da nur die interessanten Startparameter getestet werden, ist die Anzahl der durchzuführenden Versuche gering. Damit wird das Testen des Testsystems praktikabel. Dennoch liegt in interessanten Bereichen des Parameterraums eine höhere Dichte an zu testenden Parameterkombinationen vor, da die uninteressanten, also unkritischen Systemantworten, im vorherigen Schritt verworfen wurden. Dadurch wird eine bessere Analyse kritischer Bereiche bei verringertem Einsatz von Testressourcen ermöglicht.In the next step, the system responses of the test system are generated depending on the interesting parameter combinations. This happens as with the generation of the system responses depending on the start parameters. Since only the interesting starting parameters are tested, the number of tests to be carried out is small. This makes testing the test system practical. Nevertheless, there is a higher density of parameter combinations to be tested in interesting areas of the parameter space, since the uninteresting, i.e. uncritical system responses, were discarded in the previous step. This enables better analysis of critical areas with reduced use of test resources.

Im letzten Schritt des oben begonnen iterativen Verfahrens erfolgt das Trainieren des probabilistischen Systemmodells mittels der interessanten Parameterkombinationen und der System antworten des Testsystems in Abhängigkeit der interessanten Parameterkombinationen. Durch das Trainieren des probabilistischen Systemmodells anhand interessanter Trainingsdaten wird dessen Prädiktionsfähigkeit in kritischen Bereichen des Testsystems und damit des Regelsystems für automatisierte Fahrdynamiksysteme erhöht.In the last step of the iterative procedure started above, the probabilistic system model is trained using the interesting parameter combinations and the system responses of the test system depending on the interesting parameter combinations. By training the probabilistic system model using interesting training data, its prediction capability is increased in critical areas of the test system and thus the control system for automated vehicle dynamics systems.

Das Wiederholen der Schritte Erzeugen einer Vielzahl quasi-zufälliger Parameterkombinationen, Erzeugen von Systemantworten des probabilistischen Systemmodells auf diese Parameterkombinationen, Bewerten dieser Systemantworten und Identifizieren interessanter System antworten, Ermitteln der interessanten Parameterkombinationen zu diesen interessanten System antworten und Trainieren des probabilistischen Systemantworten mittels dieser interessanten Parameterkombinationen und der entsprechenden interessanten Systemantworten des Testsystems, erzeugt eine Iterationsschleife. Diese wird zum gezielten Trainieren des Systemmodells ausgeführt. Dabei kann sich je nach Iterationsschleife die Relevanz bzw. die Interessantheit, anhand derer die Systemantworten bewertet werden, unterscheiden. Auch können unterschiedliche Akquisitionsfunktionen zum Einsatz kommen. Dadurch, dass nur die interessanten System antworten und deren Parameterkombinationen zur weiteren Prädiktion herangezogen werden, können neue Parameterkombinationen generiert werden, die den Parameterraum entsprechend der Relevanz ausfüllen und nicht wie beim vollfaktoriellen Testen unabhängig von der Relevanz.Repeating the steps of generating a large number of quasi-random parameter combinations, generating system responses of the probabilistic system model to these parameter combinations, evaluating these system responses and identifying interesting system responses, determining the interesting parameter combinations for these interesting system responses and training the probabilistic system response using these interesting parameter combinations and the corresponding interesting system responses of the test system, creates an iteration loop. This is carried out for targeted training of the system model. Depending on the iteration loop, the relevance or interest, on the basis of which the system responses are evaluated, can differ. Different acquisition functions can also be used. Because only the interesting systems respond and their parameter combinations to further Prediction can be used, new parameter combinations can be generated, which fill the parameter space according to the relevance and not, as in full factorial testing, independently of the relevance.

Der Abbruch der Iterationsschleife erfolgt durch das Beenden des Wiederholens, vorzugsweise in Abhängigkeit einer bestimmten Modellunsicherheit. Da die Unsicherheit, bzw. Konfidenzniveau oder Güte der Prädiktionen des probabilistischen Systemmodells bestimmt werden können, wird ab einem vorbestimmten Niveau der Güte des Systemmodells eine ausreichende Testdichte für relevante Bereiche angenommen, ohne diese parametrisch definieren, also innerhalb des Parameterraums abgrenzen zu müssen. Die Güte kann dabei gezielt für relevante Parameterkombinationen oder allgemein über den gesamten Parameterraum hinweg ermittelt werden. Die Bestimmung der Modellunsicherheit erfolgt bevorzugt nach jedem Wiederholungs- bzw. Iterationsschritt. Das Konfidenzniveau eines trainierten Modells zu bestimmen, ist dabei grundsätzlich bekannt. So kann beispielsweise anhand bekannter Ein- und Ausgangskombinationen eine Kreuzvalidierung durchgeführt werden. Dabei können beispielsweise anhand gezielter Tests des Systemmodells mittels unkritischer Parameterkombinationen bereits verworfener System antworten oder Referenzparameter von Standardtests eine Überanpassung des Systemmodells erkannt bzw. verhindert werden.The iteration loop is terminated by ending the repetition, preferably as a function of a specific model uncertainty. Since the uncertainty or confidence level or quality of the predictions of the probabilistic system model can be determined, a sufficient test density for relevant areas is assumed from a predetermined level of quality of the system model without having to define them parametrically, i.e. delimit them within the parameter space. The quality can be determined specifically for relevant parameter combinations or generally across the entire parameter space. The model uncertainty is preferably determined after each repetition or iteration step. Determining the confidence level of a trained model is fundamentally known. For example, cross-validation can be performed using known input and output combinations. For example, by means of targeted tests of the system model using non-critical parameter combinations of systems that have already been rejected, or reference parameters from standard tests, an over-adaptation of the system model can be detected or prevented.

Schließlich kann das Optimieren von Tests von Regelsystems für automatisierte Fahrdynamiksysteme und/oder der Regelsystems für automatisierte Fahrdynamiksysteme anhand der zuletzt ermittelten Parameterkombinationen und/oder des trainierten probabilistischen Systemmodells und/oder der Systemantworten des probabilistischen Systemmodells und/oder des Testmodells erfolgen.Finally, the optimization of tests of control systems for automated vehicle dynamics systems and/or the control system for automated vehicle dynamics systems can be carried out using the last determined parameter combinations and/or the trained probabilistic system model and/or the system responses of the probabilistic system model and/or the test model.

Die zuletzt ermittelten Parameterkombinationen weisen eine hohe Dichte in relevanten Bereichen des Parameterraums auf und können damit verwendet werden, mit wenigen kritischen Tests die Aussagen zur Sicherheit, also der Funktionsfähigkeit in kritischen Parametersituationen, des Testsystems zu bewerten. Dies gilt unabhängig davon, ob es sich um ein reales oder simuliertes Testsystem handelt.The parameter combinations determined last show a high density in relevant areas of the parameter space and can therefore be used to evaluate the statements on the safety, i.e. the functionality in critical parameter situations, of the test system with a few critical tests. This applies regardless of whether it is a real or simulated test system.

Damit werden optimierte Parameterkombinationen zum Testen von Regelsystemen für automatisierte Fahrdynamiksysteme erhalten. Gerade für hochautomatisierte Fahrfunktionen muss mit hoher Sicherheit gesagt werden, dass das System in allen möglichen Situation eine sichere Funktion gewährleisten kann. Es werden relevante Parameterkombinationen identifiziert, deren Interessantheit für das Systemverhalten so groß ist, dass das gesamte System aufgrund dieser weniger Parameterkombinationen getestet werden kann, die wiederum eine hinreichend sichere Aussage über die Funktionsweise oder das Sicherheitsniveau des Gesamtsystems ermöglicht. Es werden dadurch Teilbereiche des Parameterraums im Systemmodell optimiert, ohne diese Bereiche geometrisch oder parametrisch identifizieren oder gar beschreiben zu müssen. Die so erhaltenen Parameterkombinationen können dann in (weiteren) Tests der automatisierten Fahrdynamiksysteme verwendet werden, z.B. bei Testfahrten oder aufwändigen Hardware-in-the-Loop (HiL)-Tests aber auch bei Software- oder Modell-in-the-Loop-Tests (SiL, MiL). Mit fortschreitender Entwicklungsstufe der Fahrerassistenz- bzw. Fahrdynamiksysteme werden auch aufgrund erhöhter Komplexität der beteiligten Parameter (Sensoreingänge, Situationsvariablen, beteiligte Funktionen) komplexere Parameterkombinationen und damit komplexere Tests benötigt.In this way, optimized parameter combinations for testing control systems for automated vehicle dynamics systems are obtained. For highly automated driving functions in particular, it must be said with a high degree of certainty that the system can guarantee safe functioning in all possible situations. Relevant parameter combinations are identified whose interest for the system behavior is so great that the entire system can be tested on the basis of these fewer parameter combinations, which in turn enables a sufficiently reliable statement to be made about the functionality or the safety level of the overall system. In this way, partial areas of the parameter space in the system model are optimized without having to identify or even describe these areas geometrically or parametrically. The parameter combinations obtained in this way can then be used in (further) tests of the automated vehicle dynamics systems, e.g. in test drives or complex hardware-in-the-loop (HiL) tests but also in software or model-in-the-loop tests ( SiL, MiL). As the development stage of the driver assistance and driving dynamics systems progresses, more complex parameter combinations and thus more complex tests are also required due to the increased complexity of the parameters involved (sensor inputs, situation variables, functions involved).

Das trainierte probalilistische Systemmodell selbst kann zum Optimieren von Tests beitragen. Durch Modifikationen kann es als Basis für Systemmodelle ähnlicher Testsysteme verwendet werden, um später weniger Iterationsschritte durchführen zu müssen. Es kann auch in komplexere Modelle zum Testen von Regelsystemen in späteren Entwicklungsphasen eingehen, was wiederum geringeren Trainingsaufwand bewirkt.The trained probabilistic system model itself can contribute to the optimization of tests. With modifications, it can be used as a basis for system models of similar test systems, so that fewer iteration steps have to be carried out later. It can also be included in more complex models for testing control systems in later development phases, which in turn results in less training effort.

Außerdem können aus den Systemantworten des Testsystems Erkenntnisse über unentdeckte Systemgrenzen gewonnen werden oder Verbesserungspotential einer Simulation erkannt werden. Die Optimierung der Tests bewirkt also nicht nur die effizientere Durchführung der Tests, die Erhöhung der Aussagekraft am Testsystem durchgeführter Tests sowie die Zertifizierbarkeit der Test- oder Regelsysteme, sondern kann weitergehende Analysen und Optimierungen entlang des gesamten Entwicklungsprozess ermöglichen sowie Entwicklungsimpulse durch Erkennung von Systemgrenzen in frühen Entwicklungsstadien setzen.In addition, knowledge about undiscovered system limits can be gained from the system responses of the test system or improvement potential of a simulation can be identified. The optimization of the tests not only results in the more efficient execution of the tests, the increase in the validity of the tests carried out on the test system and the certifiability of the test or control systems, but can also enable further analyzes and optimizations along the entire development process as well as development impulses by recognizing system limits at an early stage Set stages of development.

Das erfindungsgemäße Verfahren bietet weiterhin den Vorteil, optimierte Parameterkombinationen für jede Entwicklungsstufe zur Verfügung zu stellen. Vorteilhafterweise könnte das Simulieren von System antworten einer höheren Entwicklungsstufe wenigstens teilweise durch das Prädiktionsmodell der vorhergehenden Stufe ausgeführt werden. Darüber hinaus können als kritisch eingegrenzte Teilbereiche auch ohne anschließende Tests vor allem in frühen Entwicklungs- oder Funktionsauslegungsphasen bereits kritische Schwachstellen des automatisierten Fahrdynamiksystems aufdecken, deren frühzeitige Abstellung wesentliche Ressourcen für nachträgliche Anpassungen spart.The method according to the invention also offers the advantage of making available optimized parameter combinations for each development stage. Advantageously, simulating higher level system responses could be performed at least in part by the previous level prediction model. In addition, as critically delimited sub-areas, critical weaknesses of the automated vehicle dynamics system can already be uncovered without subsequent tests, especially in the early development or functional design phases, whose early elimination saves significant resources for subsequent adjustments.

Ein maßgeblicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist das effiziente Abbilden großer Parameterräume mit einer geringen Anzahl von zu testenden Parameterkombinationen. Dabei können besonders vorteilhaft auch mehrere Extreme, also mehrere kritische Bereiche aufgefunden werden, die einzeln oder parallel analysiert werden können.A significant advantage of the method according to the invention is the efficient mapping of large parameter spaces with a small number of parameter combinations to be tested. In this way, it is particularly advantageous to find a number of extremes, ie a number of critical areas, which can be analyzed individually or in parallel.

Ein weiterer Vorteil ist das einfache Erzeugen von anfänglichen System antworten des Testsystems zu den Parameterkombinationen aufgrund der quasi-zufälligen Verteilung der Parameterkombinationen. Diese ermöglicht gerade wegen der geringen Startdichte ein schnelles, ressourcenschonendes Generieren von Testdaten für das Prädiktionsmodell. Außerdem ist das Testsystem in den meisten Fällen bereits vorhanden oder kann aus Modellbausteinen zusammengesetzt werden. Dadurch ist eine hinreichend genaue Startkombination von Systemein- und -ausgängen erzeugbar, die das Trainieren des Prädiktionsmodells zum Schätzen von Systemantworten für beliebige, unbekannte Parameterkombinationen ermöglicht. Vor allem die Kombination aus dem Trainieren eines Prädiktionsmodells mit einfach erzeugten Daten und der anschließend iterativen Fokussierung auf kritische bzw. interessante Bereiche bewirkt eine deutliche Effizienzsteigerung in der Testfalloptimierung bei gleichzeitiger Anwendbarkeit über die gesamte Entwicklungskette von der Konzepterstellung bis zur Serienabsicherung.A further advantage is the simple generation of initial system responses of the test system to the parameter combinations due to the quasi-random distribution of the parameter combinations. Due to the low starting density, this enables fast, resource-saving generation of test data for the prediction model. In most cases, the test system already exists or can be assembled from model building blocks. As a result, a sufficiently precise starting combination of system inputs and outputs can be generated, which enables the prediction model to be trained for estimating system responses for any, unknown parameter combinations. Above all, the combination of training a prediction model with simply generated data and the subsequent iterative focus on critical or interesting areas causes a significant increase in efficiency in test case optimization with simultaneous applicability over the entire development chain from concept creation to series validation.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfolgt das Modellieren des Testsystems auf Basis eines Funktionsmodells, eines Systemmodells und eines Umgebungsmodells des Regelsystems für automatisierte Fahrdynamiksysteme. Das Funktionsmodell modelliert dabei die Funktion des automatisierten Fahrdynamiksystems, also dessen eigentlichen Zweck. Das Systemmodell modelliert, wie der Zweck umgesetzt werden soll, inklusive beteiligter Sensoren, Prozessoren und Aktoren sowie die Kommunikation dieser Elemente untereinander. Das Umgebungsmodell modelliert, wo das umgesetzt werden soll, also in welchen Szenarien. Ganz besonders vorteilhaft ist dabei, dass diese Bausteine auch unabhängig voneinander an das zu testende Fahrdynamiksystem angepasst werden sollen. So können die gleichen Funktionen in unterschiedlichen Systemen getestet werden, ohne ein neues Funktionsmodell zu erstellen. Die einzelnen Bausteine können also wiederverwendet werden. Gleiches gilt für verschiedene Umgebungen bzw. Szenarien. Weiterhin ist die Aufteilung in diese drei Bausteine einerseits sehr einfach zu modellieren und andererseits besonders realitätsnah. Somit ist dieser Ansatz besonders ressourcenschonend.In an advantageous embodiment of the method according to the invention, the test system is modeled on the basis of a functional model, a system model and an environment model of the control system for automated vehicle dynamics systems. The functional model models the function of the automated driving dynamics system, i.e. its actual purpose. The system model models how the purpose is to be implemented, including the sensors, processors and actuators involved and the communication between these elements. The environment model models where this is to be implemented, i.e. in which scenarios. It is particularly advantageous that these modules should also be adapted independently of one another to the driving dynamics system to be tested. In this way, the same functions can be tested in different systems without creating a new function model. The individual building blocks can therefore be reused. The same applies to different environments or scenarios. Furthermore, the division into these three building blocks is very easy to model on the one hand and particularly realistic on the other. This approach is therefore particularly resource-friendly.

Die vorgesehene Funktion lässt sich beispielsweise mit einer szenenbasierten Funktionsentwicklung mithilfe von Szenarien vereinfachen, wodurch bereits ein Teil der Umgebung definiert sein kann. Außerdem sind relevante Systemeigenschaften und Umgebungsvariablen festzulegen. Die Umgebung beinhaltet neben allgemeinen Anforderungen, wie Wetterbedingungen, auch identifizierte Szenarien, die das Gesamtsystem handhaben können soll. Die Szenarien sind definiert durch Straßen- und Infrastrukturelemente sowie Objekte mit spezifischer Startsituation und verschiedenen Aktionen im zeitlichen Verlauf. Die drei zu modellierenden Elemente können entsprechend der Zielsetzung in ihrer Komplexität stark variieren. So lässt sich zum Beispiel in der Systemmodellierung ein perfektes Systemverhalten, wie ein idealer Sensor darstellen, insofern die Einflüsse dieser drei Elemente explizit in der Analyse ausgeschlossen werden sollen. Oder es werden komplexe Sensorcharakteristika abgebildet, wenn der Fokus auf deren Einfluss liegt. Die initiale Erzeugungsmethode kann alternativ oder zusätzlich auch anhand realer Fahrzeugdaten und/oder mittels einfacher deterministischer Software-Codes unter Weglassen physikalischer Hintergründe erstellt und durchgeführt werden. Die Komplexität der Modellierung des Testsystems kann von der jeweiligen Entwicklungsphase abhängig sein und nimmt im Zuge der Weiterentwicklung der Konzeptphase über diverse Serienentwicklungsphasen hin zur Serienfreigabe und Serienüberwachung, bezogen sowohl auf die einzelne Funktion als auch das Gesamtfahrzeug, üblicherweise zu. Vorteilhafterweise kann dadurch eine dem jeweiligen Entwicklungsstand angemessene Modellierung des zu testenden Regelungssystems schnell und einfach erstellt werden. Funktions- und Systemcharakteristika sowie Szenariospezifikationen lassen sich durch Parameter beschreiben, wie zum Beispiel Toleranzen von Sensoren oder Geschwindigkeiten anderer Objekte in den Szenarien. Die Variation der einzelnen Parameter und deren Kombination führen zu spezifischen Szenarien mit festgelegtem Funktionsverhalten und bestimmter Systemleistungsfähigkeit.The intended function can be simplified, for example, with scene-based function development using scenarios, which means that part of the environment can already be defined. In addition, relevant system properties and environment variables must be defined. In addition to general requirements such as weather conditions, the environment also includes identified scenarios that the overall system should be able to handle. The scenarios are defined by road and infrastructure elements as well as objects with a specific starting situation and various actions over time. The three elements to be modeled can vary greatly in complexity depending on the objective. In system modeling, for example, a perfect system behavior can be represented like an ideal sensor, insofar as the influences of these three elements are to be explicitly excluded in the analysis. Or complex sensor characteristics are mapped if the focus is on their influence. Alternatively or additionally, the initial generation method can also be created and implemented using real vehicle data and/or by means of simple deterministic software codes while omitting physical backgrounds. The complexity of the modeling of the test system can depend on the respective development phase and usually increases in the course of the further development of the concept phase through various series development phases to series release and series monitoring, both with regard to the individual function and the entire vehicle. Advantageously, this allows a modeling of the control system to be tested that is appropriate to the respective development status to be created quickly and easily. Functional and system characteristics as well as scenario specifications can be described by parameters, such as sensor tolerances or speeds of other objects in the scenarios. The variation of the individual parameters and their combination lead to specific scenarios with fixed functional behavior and specific system performance.

Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Optimieren von Tests von Regelsystemen für automatisierte Fahrdynamiksysteme, wobei die Vorrichtung als Recheneinheit ausgebildet ist, um alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 auszuführen. Es versteht sich, dass jeder Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens auf derselben oder auf unterschiedlichen, in Kommunikationsverbindung stehenden Recheneinheiten, wie Computern, ausgeführt werden können. Diese Recheneinheiten können lokal angeordnet oder global verteilt angeordnet sein. Die Recheneinheit kann Teil eines stationären oder transportablen Computers sein. Jede Recheneinheit weist einen eigenen oder gemeinsam mit anderen Recheneinheiten genutzten Speicher sowie wenigstens einen Prozessor auf.One aspect of the present invention relates to a device for optimizing tests of control systems for automated vehicle dynamics systems, the device being designed as a computing unit in order to carry out all the steps of a method according to one of claims 1 to 4. It goes without saying that each step of the method according to the invention can be carried out on the same or on different processing units, such as computers, which are connected by communication. These processing units can be arranged locally or distributed globally. The processing unit can be part of a stationary or portable computer. Each processing unit has its own memory or one that is used jointly with other processing units, as well as at least one processor.

Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Computerprogramm zum Optimieren von Tests von Regelsystemen für automatisierte Fahrdynamiksysteme, wobei das Computerprogramm eine Recheneinheit dazu veranlasst, alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 auszuführen, wenn es auf der Recheneinheit nach Anspruch 5 ausgeführt wird. Die Recheneinheit weist einen eigenen oder gemeinsam mit anderen Recheneinheiten genutzten Speicher sowie wenigstens einen Prozessor auf. Dabei ist eines der angegebenen Verfahren in Form des Computerprogramms in dem Speicher hinterlegt und der Prozessor zur Ausführung des Verfahrens vorgesehen, wenn das Computerprogramm aus dem Speicher in den Prozessor geladen ist.One aspect of the invention relates to a computer program for optimizing tests of control systems for automated vehicle dynamics systems, the computer program causing a computing unit to carry out all the steps of a method according to one of claims 1 to 4 when it is executed on the computing unit according to claim 5. The processing unit has its own memory or one that is used jointly with other processing units, as well as at least one processor. One of the specified methods is stored in the memory in the form of the computer program and the processor is provided for executing the method when the computer program is loaded from the memory into the processor.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein computerlesbares Speichermedium, auf dem ein Computerprogramm gemäß der vorliegenden Erfindung gespeichert ist. Computerlesbare Speichermedien, auch als maschinenlesbare Speichermedien bezeichnet, sind an sich bekannt und können als Magnetspeicher (Disketten), optische Speicher (CD), Flashspeicher (USB-Stick), Festwertspeicher (ROM) oder vieles mehr ausgebildet sein.The invention further relates to a computer-readable storage medium on which a computer program according to the present invention is stored. Computer-readable storage media, also referred to as machine-readable storage media, are known per se and can be designed as magnetic storage (floppy disks), optical storage (CD), flash storage (USB stick), read-only storage (ROM) or many more.

Die Erfindung betrifft außerdem einen Programmcode mit Verarbeitungsanweisungen zum Erstellen eines auf einem Computer ablauffähigen Computerprogramms gemäß der vorliegenden Erfindung, wobei der Programmcode das Computerprogramm ergibt, wenn der Programmcode gemäß den Verarbeitungsanweisungen in ein ablauffähiges Computerprogramm umgewandelt wird.The invention also relates to a program code with processing instructions for creating a computer program executable on a computer according to the present invention, wherein the program code results in the computer program when the program code is converted into an executable computer program according to the processing instructions.

Die Erfindung betrifft darüber hinaus ein Computerprogrammprodukt, wobei das Computerprogrammprodukt ein computerlesbares Speichermedium gemäß der vorliegenden Erfindung und ein auf dem computerlesbaren Speichermedium gespeichertes Computerprogramm gemäß der vorliegenden Erfindung mit einem Programmcode gemäß der vorliegenden Erfindung aufweist, wobei der Programmcode zum Ausführen eines Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung geeignet ist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer ausgeführt wird.The invention also relates to a computer program product, the computer program product having a computer-readable storage medium according to the present invention and a computer program stored on the computer-readable storage medium according to the present invention with a program code according to the present invention, the program code for executing a method according to the present invention is suitable when the computer program is run on a computer.

Ausführungsbeispielexample

Weitere Merkmale, Anwendungsmöglichkeiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung unter Bezugnahme auf die schematisch dargestellten Zeichnungen. Diese dienen lediglich zum Verständnis der Erfindung und haben keinerlei limitierende Wirkung auf den Erfindungsgegenstand, wie er in den Patentansprüchen dargelegt ist.Further features, application possibilities and advantages of the invention result from the following description of exemplary embodiments of the invention with reference to the schematically illustrated drawings. These are only for understanding the invention and do not have any limiting effect on the subject matter of the invention as set out in the patent claims.

Hierbei zeigen:

  • 1a-c eine Gegenüberstellung verschiedener Dichteverteilungen von Parameterkombinationen eines zweidimensionalen Parameterraums mittels geometrisch abgegrenzten Teilbereichen des Parameterraums und
  • 2a-c eine Abfolge von Iterationen zur Erhöhung der Dichte der Parameterkombinationen in interessanten Bereichen des Parameterraums.
Here show:
  • 1a-c a comparison of different density distributions of parameter combinations of a two-dimensional parameter space by means of geometrically delimited sub-areas of the parameter space and
  • 2a-c a series of iterations to increase the density of parameter combinations in regions of interest in the parameter space.

1a zeigt anhand einer lediglich beispielhaften zweidimensionalen Darstellung eine äquidistante und 1b eine quasi-zufällige Verteilung von Parameterkombinationen über den gesamten Parameterraum. Beide dargestellten Verteilungen spiegeln dabei nicht das wahre Verhältnis der jeweiligen Anzahlen der Parameterkombinationen wider, sondern dienen lediglich der Verdeutlichung, dass es sich bei 1b um nicht gleichmäßig bzw. äquidistant verteilte sowie um eine im Vergleich zu 1a signifikant geringere Anzahl, mithin eine signifikant geringere Dichte an Parameterkombinationen handelt. In 1a ist eine (grobe) Grenze 11 gezeigt, die die innerhalb dieser liegenden kritischen Parameterkombinationen 10 von den außerhalb liegenden trennt. Ob eine Parameterkombination kritisch ist, resultiert aus der zu dieser Parameterkombination korrespondierenden Systemantwort. Ist diese kritisch, beispielsweise aufgrund der Unterschreitung eines kritischen Schwellenwertes, wie die Zeit bis zum Aufprall, oder aufgrund einer negativen Systemantwort, wie Auftreffen auf ein Hindernis, so ergibt dies eine kritische Parameterkombination. Im Vergleich dazu sind die Parameterkombinationen der außerhalb der Grenze 11 liegenden Bereiche 12 unkritisch, weil deren korrespondierenden System antworten unkritisch bzw. uninteressant sind. 1a shows an equidistant and based on a purely exemplary two-dimensional representation 1b a quasi-random distribution of parameter combinations over the entire parameter space. Both distributions shown do not reflect the true ratio of the respective numbers of parameter combinations, but only serve to clarify that it is 1b to not evenly or equidistantly distributed and to a compared to 1a significantly lower number, and therefore a significantly lower density, of parameter combinations. In 1a a (rough) boundary 11 is shown, which separates the critical parameter combinations 10 lying within this from those lying outside. Whether a parameter combination is critical results from the system response corresponding to this parameter combination. If this is critical, for example due to falling below a critical threshold value, such as the time to impact, or due to a negative system response, such as hitting an obstacle, then this results in a critical parameter combination. In comparison, the parameter combinations of the areas 12 lying outside the boundary 11 are uncritical because their corresponding system answers are uncritical or uninteresting.

Die Dichte der Parameterkombinationen in 1b ist zunächst nicht ausreichend, um auf Grundlage der Modellprädiktion eine hinreichend genaue Aussage darüber zu treffen, welche konkreten Parameter in welcher Ausprägung für die Kritikalität der Systemantwort ursächlich sind. Demnach können auch noch keine sinnvollen Abstell- oder Verbesserungsmaßnahmen abgeleitet werden. Eine Möglichkeit ist das Eingrenzen des Parameterraums um die kritischen Parameter herum und Erhöhen der Dichte der quasi-zufällig erzeugten Parameterkombinationen 14 (1c) in dem abgegrenzten Teilbereich 15. Die Erfindung ermöglicht es dagegen, eine Verdichtung von Parameterkombinationen in interessanten bzw. kritischen Bereichen des Parameterraums zu generieren, die ohne die Definition des Teilbereichs auskommt. The density of parameter combinations in 1b is initially not sufficient to make a sufficiently precise statement on the basis of the model prediction as to which specific parameters and in what form are the cause of the criticality of the system response. Accordingly, no meaningful remedial or improvement measures can be derived. One possibility is to limit the parameter space around the critical parameters and increase the density of the quasi-randomly generated parameter combinations 14 ( 1c ) in the delimited sub-area 15. The invention, on the other hand, makes it possible to generate a compression of parameter combinations in interesting or critical areas of the parameter space, which does not require the definition of the sub-area.

2a-c verdeutlicht den erfindungsgemäßen Effekt des Trainierens des Systemmodells mittels interessanter Parameterkombinationen. 2a zeigt eine quasi-zufällige Verteilung von Startparameterkombinationen 20 (Kreise). Mittels dieser werden die Systemantworten des Testsystems generiert. Anhand der Startparameterkombinationen und der zugehörigen Systemantworten des Testsystems wird das probabilistische Systemmodell trainiert. Anschließend wird dieses mit einer Vielzahl weiterer Parameterkombinationen über den gesamten Parameterraum verteilt getestet, also Systemantworten erzeugt. Nachdem diese bewertet wurden, sind die in 2b gezeigten Parameterkombinationen 21 (Dreiecke) als neue, im Testsystem zu testenden Parameter hinzugekommen. 2a-c clarifies the inventive effect of training the system model using interesting parameter combinations. 2a shows a quasi-random distribution of seed parameter combinations 20 (circles). This is used to generate the system responses of the test system. The probabilistic system model is trained using the start parameter combinations and the associated system responses of the test system. This is then tested with a large number of other parameter combinations distributed over the entire parameter space, i.e. system responses are generated. After these have been evaluated, the in 2 B shown parameter combinations 21 (triangles) as new parameters to be tested in the test system.

Nach einer oder mehreren weiteren Iterationsschleife sind die Parameterkombinationen 22 (Sterne) in 2c als höchst relevante Parameterkombinationen hinzugekommen. Das Testen mit diesen Parametern ermöglich eine besonders sichere Aussage über die Funktion des Testsystems bzw. des Regelsystems in kritischen Bereichen. Anders als bei der Abgrenzung mittels Hyperquadern gehen die Bereiche mit hoher Parameterkombinationsdichte und erwartbar kritischen Systemantworten kontinuierlich über in den angrenzenden unkritischen Parameterraum. Dadurch werden nur die tatsächlich relevanten Versuche durchgeführt und nicht die irrelevanten, die vom Hyperquader auch mit umfasst sind.After one or more more iteration loops, the parameter combinations are 22 (stars) in 2c added as highly relevant parameter combinations. Testing with these parameters enables a particularly reliable statement about the function of the test system or the control system in critical areas. In contrast to the delimitation using hypercubes, the areas with a high density of parameter combinations and expected critical system responses merge continuously into the adjacent non-critical parameter space. As a result, only the tests that are actually relevant are carried out and not the irrelevant ones that are also included in the hyperquader.

Die Auswahl der interessanten Parameterkombinationen kann beispielsweise mittels der Verwerfungsmethode erfolgen. Dabei werden die Systemantworten jeder getesteten Parameterkombination behalten oder verworfen. Aufbauend auf vorhandenem Wissen in Form von Beobachtungen konkreter Parameterkombinationen wird ein Modell gebildet, das Mittelwert µ sowie Standardabweichung σ prädizieren kann. Mithilfe der Akquisitionsfunktion werden die Prädiktionen des Modells bewertet, wobei die Werte der Akquisitionsfunktion an den Stellen hoch sein sollen, an denen ein hoher Informationsgewinn erwartet werden kann. Das System wird dann an der Stelle y, an der die Akquisitionsfunktion ihr Maximum erreicht, untersucht. Mit dem neuen Wissen beginnt die nächste Iteration.The interesting parameter combinations can be selected, for example, by means of the rejection method. The system responses of each tested parameter combination are retained or discarded. Based on existing knowledge in the form of observations of specific parameter combinations, a model is created that can predict the mean µ and standard deviation σ. The predictions of the model are evaluated with the help of the acquisition function, whereby the values of the acquisition function should be high at the points where a high information gain can be expected. The system is then examined at the point y where the acquisition function reaches its maximum. The next iteration begins with the new knowledge.

Um gezielt bestimmte Verhalten zu untersuchen, wird in den beiden weiteren Fällen das als interessant definierte Intervall Mi in die Berechnung einbezogen: a ( y N ( μ ; σ 2 ) ; M i ) = P ( y M i )

Figure DE102020120141A1_0001
In order to investigate specific behavior in a targeted manner, the interval M i defined as interesting is included in the calculation in the two other cases: a ( y N ( µ ; σ 2 ) ; M i ) = P ( y M i )
Figure DE102020120141A1_0001

Der Akquisitionswert a ist dabei gleich der Wahrscheinlichkeit, dass y im Intervall Mi liegt. So können gezielt interessante Versuche gefunden werden.The acquisition value a is equal to the probability that y lies in the interval M i . In this way, interesting experiments can be found in a targeted manner.

Mithilfe von a ( y N ( μ ; σ 2 ) ; M i ) = 1 2 | P ( y M i ) 0,5 |

Figure DE102020120141A1_0002
können gezielt Versuche an den Grenzen des Intervalls Mi gesucht werden. Der Akquisitionswert erreicht das Maximum von 1 für P(y ∈ Mi) = 0.5 und fällt zu P(y ∈ Mi) = 0 bzw. 1 linear ab. Je nach Ziel der Untersuchung sind weitere Akquisitionsfunktionen denkbar, z.B. die Durchführung aller Versuche, für die die Wahrscheinlichkeit eines interessanten Systemverhaltens einen Schwellwert überschreitet. Ein großer Vorteil dieser Vorgehensweise liegt darin, dass die interessanten Regionen nicht beschrieben werden müssen und der Übergang zwischen den Bereichen kontinuierlich ist.With the help of a ( y N ( µ ; σ 2 ) ; M i ) = 1 2 | P ( y M i ) 0.5 |
Figure DE102020120141A1_0002
tests can be specifically searched for at the limits of the interval M i . The acquisition value reaches the maximum of 1 for P(y ∈ M i ) = 0.5 and falls linearly to P(y ∈ M i ) = 0 or 1. Depending on the goal of the investigation, further acquisition functions are conceivable, eg the execution of all tests for which the probability of an interesting system behavior exceeds a threshold value. A major advantage of this approach is that the regions of interest do not have to be described and the transition between the areas is continuous.

BezugszeichenlisteReference List

1010
kritische Parameterkombinationencritical parameter combinations
1111
grobe Grenze kritischer Teilbereichrough limit of critical sub-area
1212
unkritischer Bereichnon-critical area
1313
unkritischer Bereichnon-critical area
1414
zusätzliche Parameterkombinationenadditional parameter combinations
1515
detaillierte Abgrenzung kritischer Teilbereich detailed demarcation of critical sub-area
2020
Parameterkombinationen nach erster IterationParameter combinations after first iteration
2121
Parameterkombinationen nach zweiter IterationParameter combinations after second iteration
2222
Parameterkombinationen nach dritter IterationParameter combinations after third iteration

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • WO 2015067649 A1 [0011]WO 2015067649 A1 [0011]

Claims (9)

Verfahren zum Optimieren von Tests von Regelsystemen für automatisierte Fahrdynamiksysteme aufweisend folgende Schritte: - Definieren relevanter Parameter und relevanter Systemantworten des zu testenden Regelsystems, - Bereitstellen eines Testsystems als Repräsentanz des zu testenden Regelsystems, - Erzeugen quasi-zufälliger Startparameterkombinationen der relevanten Parameter, - Erzeugen von System antworten des Testsystems in Abhängigkeit der Startparameterkombination, - Initiieren eines probabilistischen Systemmodells zum Prädizieren des Testsystemverhaltens und Trainieren des probabilistischen Systemmodells mittels der quasi-zufälligen Startparameterkombinationen und der Systemantworten des Testsystems, - Erzeugen einer Vielzahl quasi-zufälliger Parameterkombinationen der relevanten Parameter, - Erzeugen von System antworten des probabilistischen Systemmodells in Abhängigkeit der Vielzahl quasi-zufälliger Parameterkombinationen, - Bewerten der Systemantworten und Identifizieren interessanter Systemantworten, - Ermitteln der interessanten Parameterkombinationen zu den interessanten Systemantworten, - Erzeugen von System antworten des Testsystems in Abhängigkeit der interessanten Parameterkombinationen, - Trainieren des probabilistischen Systemmodells mittels der interessanten Parameterkombinationen und der Systemantworten des Testsystems in Abhängigkeit der interessanten Parameterkombinationen, - Wiederholen der Schritte Erzeugen einer Vielzahl quasi-zufälliger Parameterkombinationen, Erzeugen von Systemantworten des probabilistischen Systemmodells auf diese Parameterkombinationen, Bewerten dieser Systemantworten und Identifizieren interessanter Systemantworten, Ermitteln der interessanten Parameterkombinationen zu diesen interessanten System antworten und Trainieren des probabilistischen System antworten mittels dieser interessanten Parameterkombinationen und der entsprechenden interessanten Systemantworten des Testsystems, - Beenden des Wiederholens und Optimieren von Tests von Regelsystems für automatisierte Fahrdynamiksysteme und/oder der Regelsystems für automatisierte Fahrdynamiksysteme anhand der zuletzt ermittelten Parameterkombinationen und/oder des trainierten probabilistischen Systemmodells und/oder der Systemantworten des probabilistischen Systemmodells und/oder des Testmodells.Method for optimizing tests of control systems for automated vehicle dynamics systems, having the following steps: - Defining relevant parameters and relevant system responses of the control system to be tested, - Provision of a test system as a representation of the control system to be tested, - Generation of quasi-random seed parameter combinations of the relevant parameters, - Generation of system responses of the test system depending on the start parameter combination, - Initiation of a probabilistic system model to predict the test system behavior and training of the probabilistic system model using the quasi-random start parameter combinations and the system responses of the test system, - Generation of a large number of quasi-random parameter combinations of the relevant parameters, - Generation of system responses of the probabilistic system model depending on the large number of quasi-random parameter combinations, - Evaluate the system responses and identify interesting system responses, - determining the interesting parameter combinations for the interesting system responses, - generation of system responses of the test system depending on the interesting parameter combinations, - Training of the probabilistic system model using the interesting parameter combinations and the system responses of the test system depending on the interesting parameter combinations, - Repeating the steps of generating a variety of quasi-random parameter combinations, generating system responses of the probabilistic system model to these parameter combinations, evaluating these system responses and identifying interesting system responses, determining the interesting parameter combinations for these interesting system responses and training the probabilistic system response using these interesting parameter combinations and the corresponding interesting system responses of the test system, - Ending the repetition and optimization of tests of control systems for automated vehicle dynamics systems and/or the control systems for automated vehicle dynamics systems using the last determined parameter combinations and/or the trained probabilistic system model and/or the system responses of the probabilistic system model and/or the test model. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das probabilistische Systemmodell zum Prädizieren des Regelsystemverhaltens als Gauß'scher Prozess, Tiefer Gauß'scher Prozess oder Bayes'sches Neuronales Netz modelliert ist.procedure after claim 1 , wherein the probabilistic system model for predicting the control system behavior is modeled as a Gaussian process, deep Gaussian process or Bayesian neural network. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Systemantworten anhand einer Akquisitionsfunktion bewertet werden.Method according to one of the preceding claims, in which the system responses are evaluated using an acquisition function. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Modellieren des Testsystems auf Basis eines Funktionsmodells, eines Systemmodells und eines Umgebungsmodells des Regelsystems für automatisierte Fahrdynamiksysteme erfolgt.Method according to one of the preceding claims, wherein the test system is modeled on the basis of a functional model, a system model and an environmental model of the control system for automated vehicle dynamics systems. Vorrichtung zum Optimieren von Tests von Regelsystemen für automatisierte Fahrdynamiksysteme, wobei die Vorrichtung als Recheneinheit ausgebildet ist, um alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 auszuführen.Device for optimizing tests of control systems for automated vehicle dynamics systems, the device being designed as a computing unit to carry out all the steps of a method according to one of Claims 1 until 4 to execute. Computerprogramm zum Optimieren von Tests von Regelsystemen für automatisierte Fahrdynamiksysteme, wobei das Computerprogramm eine Recheneinheit dazu veranlasst, alle Schritte eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 auszuführen, wenn es auf der Recheneinheit nach Anspruch 5 ausgeführt wird.Computer program for optimizing tests of control systems for automated vehicle dynamics systems, the computer program causing a computing unit to perform all the steps of a method according to one of Claims 1 until 4 run when it is down to the processing unit claim 5 is performed. Computerlesbares Speichermedium, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem computerlesbaren Speichermedium ein Computerprogramm nach Anspruch 6 gespeichert ist.Computer-readable storage medium, characterized in that on the computer-readable storage medium, a computer program claim 6 is saved. Programmcode mit Verarbeitungsanweisungen zum Erstellen eines auf einem Computer ablauffähigen Computerprogramms, dadurch gekennzeichnet, dass der Programmcode das Computerprogramm nach Anspruch 6 ergibt, wenn der Programmcode gemäß den Verarbeitungsanweisungen in ein ablauffähiges Computerprogramm umgewandelt wird.Program code with processing instructions for creating a computer program that can be run on a computer, characterized in that the program code follows the computer program claim 6 results when the program code is converted into an executable computer program in accordance with the processing instructions. Computerprogrammprodukt, dadurch gekennzeichnet, dass das Computerprogrammprodukt ein computerlesbares Speichermedium nach Anspruch 7 und ein auf dem computerlesbaren Speichermedium gespeichertes Computerprogramm nach Anspruch 6 mit einem Programmcode nach Anspruch 8 aufweist, wobei der Programmcode zum Ausführen eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4 geeignet ist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer ausgeführt wird.Computer program product, characterized in that the computer program product is a computer-readable storage medium claim 7 and a computer program stored on the computer-readable storage medium claim 6 with a program code claim 8 comprises, wherein the program code for executing a method according to one of Claims 1 until 4 is suitable when the computer program is run on a computer.
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