作者：北斗（10年智能座艙及導(dǎo)航娛樂系統(tǒng)開發(fā)管理經(jīng)驗(yàn)、3年自動(dòng)駕駛產(chǎn)品化經(jīng)驗(yàn)、5年自動(dòng)駕駛模擬仿真測(cè)試環(huán)境構(gòu)建經(jīng)驗(yàn)）

伴隨自動(dòng)駕駛技術(shù)的不斷發(fā)展，搭載自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的車輛也越來越多的出現(xiàn)在整車銷售市場(chǎng)上。自動(dòng)駕駛技術(shù)日益成熟，對(duì)人們的駕乘體驗(yàn)產(chǎn)生了巨大影響，無論從安全性、舒適性上，都有了不同程度的改善。

為了讓自動(dòng)駕駛系統(tǒng)表現(xiàn)出更好的功能與性能水平，在自動(dòng)駕駛系統(tǒng)開發(fā)過程中，系統(tǒng)級(jí)模擬仿真測(cè)試是必不可少，而且是至關(guān)重要的。如果說自動(dòng)駕駛系統(tǒng)是汽車發(fā)展史上一塊金子，那么自動(dòng)駕駛系統(tǒng)模擬仿真測(cè)試就是試金石。

本文對(duì)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)模擬仿真測(cè)試方法及流程進(jìn)行介紹，完整梳理自動(dòng)駕駛系統(tǒng)模擬仿真測(cè)試中要點(diǎn)，并從設(shè)計(jì)開發(fā)層面進(jìn)行分析說明。

■自動(dòng)駕駛系統(tǒng)模擬仿真測(cè)試：做什么（What？）

自動(dòng)駕駛模擬仿真測(cè)試是基于模擬仿真測(cè)試場(chǎng)景構(gòu)建的模擬仿真環(huán)境，運(yùn)用有效的測(cè)試用例，對(duì)被測(cè)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)或系統(tǒng)組件（感知單元、決策單元、執(zhí)行單元），進(jìn)行參數(shù)量化及效果確認(rèn)的測(cè)試驗(yàn)證方法。模擬仿真測(cè)試具備真實(shí)性、安全性、準(zhǔn)確性等方面特點(diǎn)，已逐漸成為了自動(dòng)駕駛汽車產(chǎn)業(yè)研發(fā)過程中不可或缺的一部。

圖1  自動(dòng)駕駛系統(tǒng)三大系統(tǒng)組件

在自動(dòng)駕駛系統(tǒng)開發(fā)流程中，主要測(cè)試包括：功能測(cè)試、模型在環(huán) (MIL)、軟件在環(huán)（SIL）、硬件在環(huán)（HIL）、車輛在環(huán)（VIL），實(shí)車道路測(cè)試等。測(cè)試涵蓋組件等級(jí)、系統(tǒng)等級(jí)以及產(chǎn)品產(chǎn)級(jí)，貫徹整個(gè)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)研發(fā)過程，而且各測(cè)試對(duì)開發(fā)的影響是相互聯(lián)系的，測(cè)試對(duì)象也是逐步升級(jí)，環(huán)環(huán)相扣密不可分的。其中大部分測(cè)試都涉及到模擬仿真測(cè)試的應(yīng)用。

■自動(dòng)駕駛系統(tǒng)模擬仿真測(cè)試：為什么做（Why？）

自動(dòng)駕駛汽車的發(fā)展對(duì)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展起到了顛覆性的影響作用。隨著自動(dòng)駕駛技術(shù)的發(fā)展日趨成熟，市場(chǎng)對(duì)自動(dòng)駕駛產(chǎn)品的期望也越來越高。這些需求給自動(dòng)駕駛技術(shù)的發(fā)展提供動(dòng)力的同時(shí)，也給自動(dòng)駕駛產(chǎn)業(yè)帶來的更高要求。無論是可靠性、安全性，還是實(shí)用性、舒適性，都需要自動(dòng)駕駛產(chǎn)品研發(fā)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行全面準(zhǔn)確的測(cè)試。

■自動(dòng)駕駛系統(tǒng)模擬仿真測(cè)試：誰去做（Who？）

目前在自動(dòng)駕駛汽車產(chǎn)業(yè)鏈中，涉及到產(chǎn)品系統(tǒng)測(cè)試的環(huán)節(jié)有很多，針對(duì)于使用者需求，對(duì)模擬仿真測(cè)試的應(yīng)用角度和實(shí)施側(cè)重點(diǎn)也存在差異。

圖2  自動(dòng)駕駛汽車產(chǎn)業(yè)鏈概要圖

自動(dòng)駕駛系統(tǒng)研發(fā)團(tuán)隊(duì)

首先是自動(dòng)駕駛系統(tǒng)研發(fā)團(tuán)隊(duì)，主要應(yīng)用于系統(tǒng)研發(fā)階段的設(shè)計(jì)開發(fā)測(cè)試驗(yàn)證。這個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景是模擬仿真測(cè)試應(yīng)用最全面、最多樣的，基于研發(fā)測(cè)試需求，對(duì)測(cè)試用例進(jìn)行針對(duì)性配置，以及反復(fù)的測(cè)試實(shí)施與調(diào)整應(yīng)用。

自動(dòng)駕駛汽車整車制造廠家

其次是自動(dòng)駕駛汽車整車生產(chǎn)廠家，主要應(yīng)用于整車量產(chǎn)階段的整車級(jí)功能及性能驗(yàn)證，這個(gè)使用場(chǎng)景主要測(cè)試的是系統(tǒng)的功能效果，對(duì)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)與車輛進(jìn)行匹配性驗(yàn)證，同時(shí)也會(huì)應(yīng)用到一些特定場(chǎng)景環(huán)境下，評(píng)估環(huán)境對(duì)整體自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的影響作用效果，如整車級(jí)EMC試驗(yàn)等。

自動(dòng)駕駛車輛相關(guān)檢測(cè)檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)

最后是車輛相關(guān)檢測(cè)檢驗(yàn)機(jī)構(gòu)，主要應(yīng)用于從法規(guī)要求角度出發(fā)的產(chǎn)品級(jí)測(cè)試驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。這個(gè)應(yīng)用場(chǎng)景更側(cè)重于在已發(fā)布法規(guī)的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試用例條件下，進(jìn)行部分明確要求的指標(biāo)參數(shù)及功能效果的確認(rèn)。對(duì)測(cè)試系統(tǒng)的配置要求基本固化，同時(shí)對(duì)系統(tǒng)環(huán)境的測(cè)試覆蓋范圍要求較高。

■自動(dòng)駕駛系統(tǒng)模擬仿真測(cè)試：什么時(shí)候去做（When？）

前文提及，自動(dòng)駕駛系統(tǒng)模擬仿真測(cè)試涵蓋組件等級(jí)、系統(tǒng)等級(jí)以及產(chǎn)品產(chǎn)級(jí)，貫徹整個(gè)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)研發(fā)過程，其主要實(shí)施測(cè)試時(shí)間點(diǎn)有如下幾個(gè)方面。

自動(dòng)駕駛系統(tǒng)功能效果確認(rèn)

自動(dòng)駕駛系統(tǒng)由感知、決策、執(zhí)行三大部分構(gòu)成，自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的開發(fā)其實(shí)可以看做針對(duì)這三大組件的系統(tǒng)集成開發(fā)。所有的設(shè)計(jì)開發(fā)都需要進(jìn)行開發(fā)結(jié)果的確認(rèn)，在這個(gè)時(shí)候，模擬仿真測(cè)試就可以得到切實(shí)的應(yīng)用，這樣是其最基礎(chǔ)的應(yīng)用。

自動(dòng)駕駛系統(tǒng)不良問題解析

自動(dòng)駕駛系統(tǒng)在開發(fā)過程中會(huì)遇到各種各樣的問題，在不良問題解析的過程中，一個(gè)可以反復(fù)穩(wěn)定再現(xiàn)問題場(chǎng)景的環(huán)境，無疑會(huì)對(duì)問題解析和對(duì)策起到?jīng)Q定性作用。在場(chǎng)景穩(wěn)定再現(xiàn)的應(yīng)用需求方面，模擬仿真測(cè)試系統(tǒng)具備著先天優(yōu)勢(shì)，由于其場(chǎng)景是人工構(gòu)建而成，場(chǎng)景中的要素可配置，更可以按照需求反復(fù)穩(wěn)定的重復(fù)再現(xiàn)，直到找出問題發(fā)生規(guī)律及真正原因。

■自動(dòng)駕駛系統(tǒng)模擬仿真測(cè)試：何處做（Where？）

自動(dòng)駕駛系統(tǒng)模擬仿真測(cè)試的實(shí)施是基于虛擬場(chǎng)景，所以其測(cè)試場(chǎng)所也不需要在真是道路中，更不需要真實(shí)的道路要素，比如行人、目標(biāo)車輛等。因此測(cè)試的實(shí)施地點(diǎn)，僅僅需要滿足測(cè)試系統(tǒng)以及被測(cè)物可以被放置的空間要求即可，當(dāng)然為了確保測(cè)試免受外界影響，應(yīng)選擇相對(duì)封閉的室內(nèi)空間。其實(shí)在模擬仿真測(cè)試系統(tǒng)應(yīng)用中，很多測(cè)試系統(tǒng)都半永久的，甚至是臨時(shí)構(gòu)建的可移動(dòng)便攜系統(tǒng)，這也恰恰體現(xiàn)了模擬仿真測(cè)試的便利性特點(diǎn)。

■自動(dòng)駕駛系統(tǒng)模擬仿真測(cè)試：怎樣做（How？）

自動(dòng)駕駛汽車量產(chǎn)開發(fā)V模型開發(fā)流程，已經(jīng)被行業(yè)深度認(rèn)可。V模型開發(fā)流程及方法也被廣泛應(yīng)用在整車開發(fā)過程中。自動(dòng)駕駛系統(tǒng)模擬仿真測(cè)試同樣是基于V模型開發(fā)流程基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)的閉環(huán)測(cè)試方式，整個(gè)開發(fā)流程的每個(gè)環(huán)節(jié)步驟都有模擬仿真測(cè)試測(cè)應(yīng)用。

圖3  自動(dòng)駕駛模擬仿真測(cè)試在V模型開發(fā)流程中的應(yīng)用

自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的開發(fā)是基于產(chǎn)品需求和系統(tǒng)規(guī)劃進(jìn)行的，在明確的需求基礎(chǔ)上開展頂層設(shè)計(jì)以及模塊化設(shè)計(jì)，進(jìn)而完成初步整體系統(tǒng)設(shè)計(jì)開發(fā)。系統(tǒng)初步設(shè)計(jì)開發(fā)完成后，系統(tǒng)的測(cè)試驗(yàn)證工作需要基于開發(fā)流程進(jìn)行逐級(jí)測(cè)試驗(yàn)證。這些驗(yàn)證就包含了多種測(cè)試方法，主要包括：模型在環(huán) (MIL)、軟件在環(huán)（SIL）、硬件在環(huán)（HIL）、車輛在環(huán)（VIL）等在環(huán)測(cè)試。

模型在環(huán)測(cè)試（MIL）

模型在環(huán)（MIL）， Model in the loop，針對(duì)各種系統(tǒng)涉及的模塊算法組件，在模型開發(fā)環(huán)境下進(jìn)行模擬仿真驗(yàn)證，同時(shí)通過針對(duì)性的測(cè)試用例，對(duì)模塊組件模型的功能需求，進(jìn)行設(shè)計(jì)符合性驗(yàn)證。在自動(dòng)駕駛系統(tǒng)測(cè)試過程中，驗(yàn)證控制算法模型是否準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)了功能需求是必要測(cè)試內(nèi)容之一，而MIL是所有測(cè)試方式中最關(guān)鍵的。在測(cè)試應(yīng)用中軟件工程師可以使用Simlink等開發(fā)環(huán)境進(jìn)行驗(yàn)證實(shí)施。

軟件在環(huán)測(cè)試（SIL）

軟件在環(huán)（SIL），Software in the loop，是出于對(duì)代碼自身正確性及生成過程中影響因素的考慮，我們針對(duì)已開發(fā)的算法自動(dòng)生成的代碼，與算法模型的一致性進(jìn)行驗(yàn)證。這就是SIL，是一種等效性測(cè)試。測(cè)試的目的是驗(yàn)證代碼與控制模型在所有功能上是否完全一致。SIL的基本原則一般是使用與MIL完全相同的測(cè)試用例輸入，將MIL的測(cè)試輸出結(jié)果與SIL的測(cè)試輸出結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，確認(rèn)結(jié)果之間差異是否在許容差異范圍內(nèi)。為了測(cè)試的高效性，有時(shí)甚至不接入被控對(duì)象模型，而是直接對(duì)算法模型和生成代碼進(jìn)行相同的輸入，查看輸出是否一致。

硬件在環(huán)測(cè)試（HIL）

硬件在環(huán)（HIL），Hardware in the loop，是一個(gè)快速控制原型（RCP）的逆過程?；谡鎸?shí)的控制器硬件組件，搭配運(yùn)行開發(fā)環(huán)境中的模擬被控對(duì)象，使其受控制于真實(shí)的控制器硬件組件，以此對(duì)控制器進(jìn)行在環(huán)測(cè)試。提及HIL就不得不提及快速控制原型（RCP），RCP實(shí)際上是基于PC的硬件資源，應(yīng)用模擬仿真開發(fā)環(huán)境，虛擬了一個(gè)原型控制器，在這個(gè)虛擬控制器中運(yùn)行Simulink控制算法，并使用真實(shí)的被控對(duì)象進(jìn)行驗(yàn)證，實(shí)現(xiàn)控制算法的快速開發(fā)。

整車在環(huán)測(cè)試（VIL）

整車在環(huán)（VIL），Vehicle in the loop，VIL是將被測(cè)的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)搭載到真實(shí)車輛中，對(duì)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)架構(gòu)中不同的感知單元，進(jìn)行針對(duì)性感知模擬，配合實(shí)時(shí)模擬仿真控制，并基于模擬仿真交通場(chǎng)景，構(gòu)建的一種系統(tǒng)級(jí)閉環(huán)測(cè)試系統(tǒng)平臺(tái)。測(cè)試系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)整車搭載狀態(tài)下的，多種ADAS功能驗(yàn)證。系統(tǒng)基于多種復(fù)雜交通場(chǎng)景進(jìn)行虛擬測(cè)試，實(shí)現(xiàn)真實(shí)系統(tǒng)、真實(shí)車輛狀態(tài)下的系統(tǒng)級(jí)測(cè)試驗(yàn)證。

■ 總結(jié)

自動(dòng)駕駛系統(tǒng)模擬仿真測(cè)試是基于產(chǎn)品測(cè)試需求，結(jié)合模擬仿真測(cè)試技術(shù)應(yīng)用的測(cè)試手段。其根本目的是為了準(zhǔn)確有效的把握被測(cè)系統(tǒng)的功能性能現(xiàn)狀，通過持續(xù)驗(yàn)證改善對(duì)策，提升自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的功能覆蓋面和性能參數(shù)指標(biāo)，所以。隨之自動(dòng)駕駛技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)駕駛系統(tǒng)模擬仿真測(cè)試方法及流程也會(huì)隨之更新迭代，并逐漸形成自動(dòng)駕駛產(chǎn)品研發(fā)流程與自動(dòng)駕駛測(cè)試方法手段的動(dòng)態(tài)發(fā)展平衡，從而進(jìn)一步促進(jìn)自動(dòng)駕駛產(chǎn)業(yè)更好的向前發(fā)展。