駕駛員在環(huán)是一種通過虛擬仿真的手段，利用動(dòng)態(tài)駕駛員模擬器（駕艙）、環(huán)境視聽模擬設(shè)備及相關(guān)人車檢測(cè)設(shè)備重現(xiàn)“人-車-環(huán)境”在實(shí)際車輛駕駛中的相互作用的新型測(cè)試系統(tǒng)。駕駛員在環(huán)系統(tǒng)出現(xiàn)的歷史很久，但受制于仿真效果的真實(shí)性和系統(tǒng)重構(gòu)的完整度，其真正產(chǎn)生技術(shù)意義和商業(yè)價(jià)值的還在近年，同時(shí)Diver in loop也逐漸發(fā)展為X in loop(X指可以是整個(gè)系統(tǒng)中的任意部分和環(huán)節(jié))。DIL能究竟能做什么？這個(gè)問題我們從其構(gòu)成的角度來分析，DIL本身高度還原了駕駛（行駛）場(chǎng)景，理論上場(chǎng)景中的一切都有實(shí)際模型存在一一對(duì)應(yīng)，這個(gè)模型可以是硬件，也可以是軟件，那么這個(gè)高度還原的系統(tǒng)中的每一個(gè)部分和環(huán)節(jié)，都是其可以開展研究的對(duì)象，研究的價(jià)值也是這部分在整個(gè)行駛環(huán)境中呈現(xiàn)出的特征和彼此關(guān)聯(lián)系統(tǒng)之間的交互關(guān)系，研究過程覆蓋了一個(gè)虛實(shí)結(jié)合的四維模型，并且這個(gè)四維模型中的一切可以編輯、可回放，甚至可超現(xiàn)實(shí)。所以，DIL真正的核心價(jià)值：基于高仿真度重構(gòu)系統(tǒng)的高效、柔性產(chǎn)品設(shè)計(jì)與驗(yàn)證解決方案。



綜合來講

傳統(tǒng)汽車領(lǐng)域：往往利用該系統(tǒng)進(jìn)行車輛性能的定義、標(biāo)定和調(diào)教，尤其是底盤調(diào)教、車輛動(dòng)力學(xué)系統(tǒng)的主觀評(píng)價(jià)，目前很多零部件廠家已經(jīng)利用DIL系統(tǒng)開展轉(zhuǎn)向、制動(dòng)系統(tǒng)的硬件在環(huán)開發(fā)設(shè)計(jì)。隨著車輛動(dòng)力學(xué)模型的不斷精確與完善，輪胎模型的開發(fā)也大量的應(yīng)用；


工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域：往往利用該系統(tǒng)進(jìn)行整車人機(jī)交互系統(tǒng)（HMI）、后裝設(shè)備（如HUD、娛樂系統(tǒng)等）的測(cè)試，這塊主要偏向于主觀評(píng)價(jià)，近年來也有很多高校和研究機(jī)構(gòu)開展了車輛駕駛中的人因工程領(lǐng)域的研究，致力于人因分析研究和車內(nèi)駕駛員主動(dòng)安全設(shè)備的研發(fā)；



自動(dòng)駕駛領(lǐng)域：DIL系統(tǒng)的價(jià)值主要對(duì)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的功能安全和極限性能、人機(jī)交互（人機(jī)協(xié)同共駕）、人機(jī)工程（自動(dòng)駕駛系統(tǒng)舒適性）等方面開展研究和評(píng)價(jià)，目前全球范圍內(nèi)應(yīng)用較少，處于探索性階段。由于自動(dòng)駕駛的測(cè)試對(duì)于安全員（駕駛員）和測(cè)試環(huán)境的安全極具挑戰(zhàn)，存在風(fēng)險(xiǎn)較大，同時(shí)場(chǎng)景的構(gòu)建成本和測(cè)試成本也很高，所以DIL系統(tǒng)作為自動(dòng)駕駛的驗(yàn)證是一個(gè)非常有技術(shù)柔性和商業(yè)價(jià)值的開發(fā)測(cè)試平臺(tái)。圖片



1、數(shù)字孿生與映射

從本質(zhì)上講，DIL系統(tǒng)的構(gòu)建是一項(xiàng)逆向跟蹤過程，通過實(shí)時(shí)模型將真實(shí)物理系統(tǒng)進(jìn)行最大程度的還原，通過對(duì)本構(gòu)模型的剖析或者觀測(cè)進(jìn)行分解和建模，無論是通過物理模型還是經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷氖侄味家哉鎸?shí)接近作為終極目標(biāo)進(jìn)行構(gòu)造。在此我們可以把這項(xiàng)工作總結(jié)為：映射，這也是一項(xiàng)數(shù)字孿生的工作。



映射的方式大致分為兩種：虛擬模型、實(shí)物在環(huán)。顧名思義，虛擬模型的映射是一種建立在認(rèn)知程度上還原，仿真的還原度也取決于模型的水平。虛擬仿真大致也可以分為兩種方式：1、基于本構(gòu)原理的建模；2、基于經(jīng)驗(yàn)或觀測(cè)的建模，當(dāng)然也有半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?。?jiǎn)單的理解，第一種是我們對(duì)于被在環(huán)系統(tǒng)高度認(rèn)知后的建模，模型本身是反饋了系統(tǒng)本身的物理規(guī)律，模型也具有更好的柔性和可編輯性能，例如：車輛動(dòng)力學(xué)模型，我們可以直接構(gòu)建函數(shù)進(jìn)行描述；第二種是我們難以對(duì)模型本身的物理規(guī)律進(jìn)行解析，不能科學(xué)化的建立準(zhǔn)確的物理模型，抑或其本身是不易求解的非線性系統(tǒng)，例如：發(fā)動(dòng)機(jī)的噪音模擬，往往我們要進(jìn)行實(shí)際的采集建立和發(fā)動(dòng)機(jī)工況的映射關(guān)系，而難以用函數(shù)來表達(dá)。

2、場(chǎng)景重構(gòu)與泛化

場(chǎng)景重構(gòu)是一個(gè)多仿真系統(tǒng)的協(xié)同工作，也是評(píng)價(jià)一個(gè)DIL系統(tǒng)集成和標(biāo)定策略的核心。在設(shè)計(jì)過程中，我們重構(gòu)的是一個(gè)過程，就像一個(gè)電影片段，要考慮到場(chǎng)景中的所有交互因素。比如：車輛模型的匹配會(huì)對(duì)真實(shí)駕駛的體感帶來影響，在整車定義和設(shè)計(jì)方案驗(yàn)證方面車輛模型的精確度尤為重要；環(huán)境畫面的真實(shí)度和視覺效果對(duì)于駕駛員進(jìn)行判斷和操控影響很大，甚至是聲效的真實(shí)性、聲源的位置，在人機(jī)交互評(píng)價(jià)中這些感官通道模擬工作的精確度是實(shí)驗(yàn)開展的前提。

測(cè)試場(chǎng)景對(duì)于駕駛員在環(huán)系統(tǒng)更像電影是劇本一樣，是驅(qū)動(dòng)一個(gè)實(shí)驗(yàn)的素材和資源，場(chǎng)景的質(zhì)量直接影響測(cè)試工作的效率和準(zhǔn)確度。尤其在自動(dòng)駕駛領(lǐng)域，場(chǎng)景是海量的也是無邊界的，這對(duì)于測(cè)試來講進(jìn)行場(chǎng)景的篩選和設(shè)計(jì)很有價(jià)值。我們采集的場(chǎng)景數(shù)量是有限的，類別也是有限的，但通過已有的場(chǎng)景庫(kù)進(jìn)行元素的拆解和組合，就可以形成新的場(chǎng)景，一定條件（AI）的泛化出我們需要的測(cè)試場(chǎng)景，這也是未來測(cè)試的一個(gè)方向。



3、有效域與交互邊界

在利用模擬器進(jìn)行研發(fā)和測(cè)試時(shí)，對(duì)于模擬器本身性能和特性的理解是前提，要認(rèn)知現(xiàn)有的系統(tǒng)能仿真哪些，能仿真到什么程度，有哪些是和真實(shí)不同的。必須將駕駛員與模擬器，模擬器與真實(shí)車輛之間的映射關(guān)系從主觀和客觀方面深度理解，找出模擬器的有效域，在有效域范圍內(nèi)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證，這樣也能最大程度的對(duì)于模擬器本身仿真失真的規(guī)避。尤其在HMI和車輛動(dòng)態(tài)調(diào)教領(lǐng)域的研究，考慮到這個(gè)因素的虛實(shí)差異。

物理極限：模擬器因受限于空間和硬件而存在物理極限，物理極限的形成條件受多參數(shù)的關(guān)聯(lián)限制，例如運(yùn)動(dòng)平臺(tái)x、y、z、yaw、pitch、roll六個(gè)自由度的行程以及加速度。理論上講，行程是一個(gè)有界參數(shù)，是無法完全覆蓋真實(shí)車輛的運(yùn)動(dòng)工況域的，加速度可以是一個(gè)完全等效參數(shù)，可以覆蓋車輛的全工況。例如，目前高性能的多自由度運(yùn)動(dòng)平臺(tái)已經(jīng)可以達(dá)到2g以上的水平加速度和3g以上的垂向加速度，幾乎可以覆蓋各種性能汽車安全行駛的所有工況。同時(shí)，加速度與行程的關(guān)系可以用維持時(shí)間來約束和平衡。另外，頻率的帶寬也是另一個(gè)維度的物理性能，這一指標(biāo)不僅對(duì)于運(yùn)動(dòng)的低頻機(jī)動(dòng)性有影響，甚至還能關(guān)乎模擬器是不是能達(dá)到一定程度的舒適性評(píng)價(jià)的功能，包括一部分HVH的性能。然后，在物理性能域中行進(jìn)最大保真度的動(dòng)態(tài)效果還原，就是模擬器動(dòng)態(tài)標(biāo)定水平最重要的一步：motion cueing，這是集成和調(diào)試工作中的難點(diǎn)，因?yàn)槟M器不可能完全和真實(shí)動(dòng)態(tài)效果一致，存在”一定程度還原“和”欺騙“的因素，比如給真實(shí)加速度打個(gè)折扣，或者通過座椅的背部氣囊來模擬加速推背感。

高性能運(yùn)動(dòng)平臺(tái)方案: 目前全球范圍內(nèi)有研發(fā)商用級(jí)別的高性能動(dòng)態(tài)模擬器主流有以下圖中幾種，當(dāng)然不能覆蓋所有的技術(shù)方案。電缸驅(qū)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)平臺(tái)作為主流的中低頻端驅(qū)動(dòng)平臺(tái)，可單獨(dú)作為運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，亦可與其他運(yùn)動(dòng)平臺(tái)做疊加和耦合。由于其水平方向的運(yùn)動(dòng)行程有限，高端的中大型模擬器往往會(huì)再耦合一個(gè)低頻的水平運(yùn)動(dòng)平臺(tái)，這個(gè)平臺(tái)負(fù)責(zé)x、y方向的運(yùn)動(dòng)以及水平面的轉(zhuǎn)動(dòng)的補(bǔ)償，這部分目前主流有兩種方案，磁氣懸浮和長(zhǎng)距軌道式，軌道式的理論講是無空間邊界，可以做到很大的尺寸。分層短距式也是一種更加有效利用空間的中型運(yùn)動(dòng)平臺(tái)方案，響應(yīng)速度非?？?。當(dāng)然，更新的還有繩鎖和輪式平臺(tái)的方案，目前應(yīng)用很少。



4、探究與創(chuàng)新

駕駛模擬器作為整車虛擬開發(fā)的平臺(tái)，或是方法，不僅能加快研發(fā)周期、加快設(shè)計(jì)迭代速度，也使得實(shí)時(shí)調(diào)教、危險(xiǎn)場(chǎng)景測(cè)試、海量高速測(cè)試等等傳統(tǒng)路測(cè)難易實(shí)現(xiàn)的事情變的簡(jiǎn)單，甚至是超現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景的構(gòu)建。模擬器真正的價(jià)值也越來越凸顯：對(duì)現(xiàn)實(shí)和未來重構(gòu)、設(shè)計(jì)與創(chuàng)新。