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一文讀懂自動駕駛仿真測試技術現狀
2021-07-07 23:00:38· 來源：九章智駕 作者：陳康成
什么是自動駕駛仿真測試虛擬仿真技術是汽車研發(fā)、制造、驗證測試等環(huán)節(jié)不可或缺的技術手段，能有效縮短技術和產品開發(fā)周期，降低研發(fā)成本；隨著汽車智能化、網聯(lián)
什么是自動駕駛仿真測試
虛擬仿真技術是汽車研發(fā)、制造、驗證測試等環(huán)節(jié)不可或缺的技術手段，能有效縮短技術和產品開發(fā)周期，降低研發(fā)成本；隨著汽車智能化、網聯(lián)化趨勢的發(fā)展，虛擬仿真技術有了更大的發(fā)揮空間，比如自動駕駛系統(tǒng)的仿真測試驗證；虛擬仿真測試是實現高階自動駕駛落地應用的關鍵一環(huán)，具備自動駕駛功能的車輛必須經過大量的虛擬仿真測試以及實車路測之后才能商用化；
自動駕駛汽車商用化需經歷的三個測試階段：仿真測試、封閉場地測試、開放道路測試。
自動駕駛仿真測試：主要是以數學建模的方式將自動駕駛的應用場景進行數字化還原，建立盡可能接近真實世界的系統(tǒng)模型，無需實車直接通過軟件進行仿真測試便可達到對自動駕駛系統(tǒng)及算法的測試驗證目的。
仿真測試包括以下幾種類型：模型在環(huán)仿真（MIL）— 軟件在環(huán)仿真（SIL）— 硬件在環(huán)仿真（HIL）— 整車在環(huán)仿真（VIL）
自動駕駛系統(tǒng)開發(fā)V字流程
自動駕駛仿真測試的必要性
實車道路測試面臨的問題：
據美國蘭德公司研究：一套自動駕駛系統(tǒng)至少需要通過110億英里的駕駛數據來進行系統(tǒng)和算法的測試驗證才能達到量產的條件；因此單純依靠實車路測極難完成這一目標，并且實車路測還存在以下問題：
道路測試周期長，成本高，效率低
覆蓋的場景工況有限，尤其是對于“corner case”，很難復現
對于一些極端的危險場景，道路測試安全性無法保障
仿真測試的優(yōu)勢：
測試場景配置靈活，場景覆蓋率高；
測試過程安全，且對于一些“corner case”能夠進行復現再測試
可實現自動測試和云端加速仿真測試，有利于提升測試效率和降低測試成本
實車測試與仿真測試方案對比
備注：● 真實 ○ 虛擬 ◎ 虛擬或部分真實 數據參考：中國汽車工程研究院
三者之間的關系
仿真測試、封閉場地測試、開放道路測試三者之間互相補充，形成測試閉環(huán)，共同促進自動駕駛車輛的研發(fā)和標準體系建立：
1）仿真測試結果可以在封閉場地和開放道路進行測試驗證；
2）通過道路測試得出的危險場景，將會反饋到仿真測試中，便可有針對性的去調整設定場景和參數空間；
3）仿真測試和封閉場地測試的最終結果要進行綜合評價，基于評價結果不斷地去完善評價準則和測試場景庫。
仿真測試、封閉場地測試、道路測試形成閉環(huán)促進研發(fā)及標準建立（資料來源- i-VISTA）
自動駕駛仿真測試的重要構成：場景庫、仿真平臺、評價體系；其中，場景庫是基礎，仿真平臺是核心，評價體系是關鍵；三者緊密耦合，相互促進：場景庫的建設需要仿真平臺和評價體系作為指導，仿真平臺的發(fā)展進化需要場景庫和評價體系作為支撐，而評價體系的建立和完善也需要以現有的場景庫和仿真平臺作為參考基礎；接下來筆者將從場景庫、仿真平臺、評價體系這三個重要方面依次展開來介紹。
一、場景庫
1.1 什么是測試場景，包含哪些核心要素？
自動駕駛測試場景定義：自動駕駛汽車與其行駛環(huán)境各組成要素在一段時間內的總體動態(tài)描述，要素組成由所期望檢驗的自動駕駛汽車的功能決定；（定義引自：中汽協(xié)團體標準-自動駕駛系統(tǒng)功能測試第7部分 – 仿真測試）簡言之，場景可以被視為是自動駕駛汽車行駛場合與駕駛情景的有機組合。具有場景無限豐富、極其復雜、難以預測、不可窮盡等特點。
測試場景要素：測試車輛自身要素以及外部環(huán)境要素；外部環(huán)境要素又包括：靜態(tài)環(huán)境要素、動態(tài)環(huán)境要素、交通參與者要素、氣象要素等。
虛擬仿真技術是汽車研發(fā)、制造、驗證測試等環(huán)節(jié)不可或缺的技術手段，能有效縮短技術和產品開發(fā)周期，降低研發(fā)成本；隨著汽車智能化、網聯(lián)化趨勢的發(fā)展，虛擬仿真技術有了更大的發(fā)揮空間，比如自動駕駛系統(tǒng)的仿真測試驗證；虛擬仿真測試是實現高階自動駕駛落地應用的關鍵一環(huán)，具備自動駕駛功能的車輛必須經過大量的虛擬仿真測試以及實車路測之后才能商用化；
自動駕駛汽車商用化需經歷的三個測試階段：仿真測試、封閉場地測試、開放道路測試。
自動駕駛仿真測試：主要是以數學建模的方式將自動駕駛的應用場景進行數字化還原，建立盡可能接近真實世界的系統(tǒng)模型，無需實車直接通過軟件進行仿真測試便可達到對自動駕駛系統(tǒng)及算法的測試驗證目的。
仿真測試包括以下幾種類型：模型在環(huán)仿真（MIL）— 軟件在環(huán)仿真（SIL）— 硬件在環(huán)仿真（HIL）— 整車在環(huán)仿真（VIL）
自動駕駛系統(tǒng)開發(fā)V字流程
自動駕駛仿真測試的必要性
實車道路測試面臨的問題：
據美國蘭德公司研究：一套自動駕駛系統(tǒng)至少需要通過110億英里的駕駛數據來進行系統(tǒng)和算法的測試驗證才能達到量產的條件；因此單純依靠實車路測極難完成這一目標，并且實車路測還存在以下問題：
道路測試周期長，成本高，效率低
覆蓋的場景工況有限，尤其是對于“corner case”，很難復現
對于一些極端的危險場景，道路測試安全性無法保障
仿真測試的優(yōu)勢：
測試場景配置靈活，場景覆蓋率高；
測試過程安全，且對于一些“corner case”能夠進行復現再測試
可實現自動測試和云端加速仿真測試，有利于提升測試效率和降低測試成本
實車測試與仿真測試方案對比
備注：● 真實 ○ 虛擬 ◎ 虛擬或部分真實 數據參考：中國汽車工程研究院
三者之間的關系
仿真測試、封閉場地測試、開放道路測試三者之間互相補充，形成測試閉環(huán)，共同促進自動駕駛車輛的研發(fā)和標準體系建立：
1）仿真測試結果可以在封閉場地和開放道路進行測試驗證；
2）通過道路測試得出的危險場景，將會反饋到仿真測試中，便可有針對性的去調整設定場景和參數空間；
3）仿真測試和封閉場地測試的最終結果要進行綜合評價，基于評價結果不斷地去完善評價準則和測試場景庫。
仿真測試、封閉場地測試、道路測試形成閉環(huán)促進研發(fā)及標準建立（資料來源- i-VISTA）自動駕駛仿真測試的重要構成：場景庫、仿真平臺、評價體系；其中，場景庫是基礎，仿真平臺是核心，評價體系是關鍵；三者緊密耦合，相互促進：場景庫的建設需要仿真平臺和評價體系作為指導，仿真平臺的發(fā)展進化需要場景庫和評價體系作為支撐，而評價體系的建立和完善也需要以現有的場景庫和仿真平臺作為參考基礎；接下來筆者將從場景庫、仿真平臺、評價體系這三個重要方面依次展開來介紹。
一、場景庫
1.1 什么是測試場景，包含哪些核心要素？
自動駕駛測試場景定義：自動駕駛汽車與其行駛環(huán)境各組成要素在一段時間內的總體動態(tài)描述，要素組成由所期望檢驗的自動駕駛汽車的功能決定；（定義引自：中汽協(xié)團體標準-自動駕駛系統(tǒng)功能測試第7部分 – 仿真測試）簡言之，場景可以被視為是自動駕駛汽車行駛場合與駕駛情景的有機組合。具有場景無限豐富、極其復雜、難以預測、不可窮盡等特點。
測試場景要素：測試車輛自身要素以及外部環(huán)境要素；外部環(huán)境要素又包括：靜態(tài)環(huán)境要素、動態(tài)環(huán)境要素、交通參與者要素、氣象要素等。
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