隨著汽車智能化、網(wǎng)聯(lián)化的快速發(fā)展，高級駕駛輔助系統(tǒng)（Advanced Driver Assistance System，ADAS）作為一項(xiàng)重要的主動安全措施，在有效提高汽車安全性和舒適性的同時(shí)，也是向汽車自動駕駛終極目標(biāo)邁進(jìn)的必由之路。

近年來隨著ADAS技術(shù)的逐漸發(fā)展，測試需求也在不斷增多，測試難度也越來越大。采用硬件在環(huán)仿真測試（Hardware-In-the-Loop，HIL）方法，結(jié)合實(shí)時(shí)虛擬仿真技術(shù)，并利用硬件在環(huán)技術(shù)（HIL）路線搭建測試平臺框架，能夠更好地對所開發(fā)的ADAS控制器進(jìn)行測試分析，縮短開發(fā)周期，對車輛ADAS進(jìn)一步的開發(fā)及測試奠定良好的基礎(chǔ)。

ADAS HIL測試系統(tǒng)架構(gòu)

1、ADAS測試平臺原理及架構(gòu)

先進(jìn)駕駛輔助功能（Advanced Driving Assistance System，ADAS）的地位正在凸顯有別于傳統(tǒng)的汽車技術(shù)，ADAS系統(tǒng)開發(fā)過程中將出現(xiàn)大量的新科技和新功能。如何進(jìn)行ADAS系統(tǒng)的測試是目前公認(rèn)的難題，也是產(chǎn)業(yè)發(fā)展中亟需解決的問題。

“V”模型開發(fā)流程

ADAS系統(tǒng)功能的開發(fā)遵循“V”流程，測試階段包括模型在環(huán)（MIL）、硬件在環(huán)（HIL）、實(shí)車路試等。相比于純計(jì)算機(jī)建模仿真，ADAS硬件在環(huán)測試這種半實(shí)物仿真技術(shù)能實(shí)時(shí)檢測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，更接近實(shí)車測試。相比于實(shí)車測試，可以很好的規(guī)避測試中重復(fù)性驗(yàn)證、開發(fā)周期長、成本高等問題。

ADAS控制器硬件在環(huán)測試技術(shù)路線

ADAS測試系統(tǒng)主要由上位機(jī)、I/O通道系統(tǒng)、實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)、被測域控制器等組成。在ADAS硬件在環(huán)實(shí)驗(yàn)中，實(shí)時(shí)系統(tǒng)運(yùn)行仿真模型，然后通過I/O接口與被測ADAS域控制器通信，利用自動駕駛仿真軟件中的虛擬攝像頭采集視頻信號或者虛擬雷達(dá)采集障礙物信號來模擬實(shí)車行駛環(huán)境，使控制器誤以為處于實(shí)車行駛的環(huán)境中，從而達(dá)到對ADAS域控制器測試的目的。

ADAS域控制器硬件在環(huán)測試整體架構(gòu)

ADAS系統(tǒng)測試所需要傳輸?shù)腎/O信號類別：

（1）模擬信號：即用連續(xù)變化的物理量表示的信息，如方向盤轉(zhuǎn)角、制動壓力等連續(xù)輸入量。

（2）數(shù)字信號：通常為一些設(shè)備或者功能的開關(guān)信號，如點(diǎn)火開關(guān)、功能開關(guān)等，用來檢測功能的狀態(tài)。

（3）CAN信號：主要為車身各個(gè)傳感器、執(zhí)行器與各個(gè)控制器間的交互信號。在硬件在環(huán)測試中即為被測控制器與受控模型間的信號傳輸。

2、HIL測試系統(tǒng)原理

硬件在環(huán)仿真測試（Hardware-In-the-Loop，HIL）提供了一個(gè)可重復(fù)的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，用于安全、靈活和可靠的控制器驗(yàn)證。HIL的完整系統(tǒng)可以是真實(shí)的，也可以是虛擬的，包括傳感器、執(zhí)行器和控制器。

HIL系統(tǒng)示意圖

HIL提供了模擬的靈活性，使用真實(shí)組件可以提高模擬的可靠性?？刂破鞯男阅芎头€(wěn)定性可以在不受其他外部干擾的情況下進(jìn)行測試，還可以通過控制抖動和故障注入來驗(yàn)證可靠性。由于在HIL系統(tǒng)中可以模擬所有的車輛部件，因此在早期開發(fā)階段可以解決原型車和真實(shí)部件缺失的問題，加快開發(fā)進(jìn)度。

HIL系統(tǒng)架構(gòu)

HIL系統(tǒng)的基本功能需求如下：

(1)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集成、配置、測試環(huán)境界面；

(2)實(shí)現(xiàn)模型所有測試變量、參數(shù)的任意調(diào)用、實(shí)時(shí)記錄、曲線顯示；

(3)實(shí)驗(yàn)環(huán)境數(shù)據(jù)采集速率滿足1ms、10ms等要求；

(4)實(shí)現(xiàn)仿真過程的在線控制(啟動、停止)，并具備測量、標(biāo)定、診斷功能；

(5)任務(wù)調(diào)度的監(jiān)視、各個(gè)子系統(tǒng)運(yùn)行周期的監(jiān)視；

(6)能用腳本調(diào)用完成自動測試。

3、ADAS HIL測試系統(tǒng)架構(gòu)

為實(shí)現(xiàn)高級駕駛輔助系統(tǒng)的仿真測試，解決傳統(tǒng)實(shí)車驗(yàn)證中費(fèi)用高、周期長、測試場地復(fù)雜等問題，構(gòu)建ADAS HIL測試平臺。采用硬件在環(huán)仿真測試方法，結(jié)合實(shí)時(shí)虛擬仿真技術(shù)，并利用硬件在環(huán)技術(shù)路線搭建的測試平臺框架，提出了一種基于HIL的ADAS仿真測試平臺。

ADAS HIL測試硬件主要包括上位機(jī)、機(jī)柜、視頻暗箱等。

上位機(jī)：用于運(yùn)行測試管理軟件及顯示車輛運(yùn)行時(shí)攝像頭視角小的場景動畫，其通過實(shí)時(shí)回讀下位機(jī)回傳的信號更新；

機(jī)柜：主要由下位機(jī)、I/O板卡及電源模塊組成，運(yùn)行時(shí)，下位機(jī)從上位機(jī)下載車輛模型并編譯，然后實(shí)時(shí)運(yùn)行車輛模型，之后通過I/O板卡與被測控制器實(shí)時(shí)通信；

視頻暗箱：主要由被測控制器及播放場景動畫的顯示屏組成，含有攝像頭的ADAS控制器放置于視頻暗箱內(nèi)，對相機(jī)進(jìn)行標(biāo)定，消除安裝誤差后可以采集顯示器播放的場景動畫。

采用成熟的車輛仿真軟件，按照測試需求設(shè)定相關(guān)參數(shù)，搭建測試所需的虛擬車輛模型和道路交通場景。配置輸入輸出接口參數(shù)（本車及周邊車輛的油門開度、剎車壓力、轉(zhuǎn)向扭矩、位置坐標(biāo)、車速及加速度等）和對應(yīng)的替代模型，然后進(jìn)行聯(lián)合仿真。

硬件在環(huán)測試（HIL）可以彌補(bǔ)實(shí)車測試安全系數(shù)低的缺點(diǎn)，并且測試效率高、覆蓋度廣，還可以實(shí)現(xiàn)自動化測試。

4、模型設(shè)計(jì)與搭建

（1）仿真場景模型

根據(jù)ADAS系統(tǒng)的功能規(guī)范及測試用例，分析相關(guān)測試場景，設(shè)置不同道路參數(shù)例如道路的曲率、長度、車道數(shù)目、車道線標(biāo)記等。添加必要的環(huán)境信息，如建筑物、基礎(chǔ)設(shè)施、天氣模型（如雨、雪、霧等）以及光源（如交通信號燈、太陽光、路燈等）等。

ADAS仿真場景

（2）ADAS傳感器模型

還需要建立基于真實(shí)傳感器參數(shù)的虛擬模型，進(jìn)行傳感器的參數(shù)化建模。例如單目、雙目、全景攝像頭，毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)等。涉及傳感器的參數(shù)包括攝像頭的像素尺寸、幀速率、FOV角以及安裝參數(shù)等。

ADAS傳感器

（3）車輛動力學(xué)模型

在HIL測試環(huán)境中，獲得車輛對控制邏輯響應(yīng)的真實(shí)信息需要搭建一個(gè)可靠的車輛模型。車輛模型能夠根據(jù)模擬駕駛員的輸入狀況，計(jì)算出車輛的狀態(tài)及位移，實(shí)時(shí)更新虛擬場景。根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)車輛的開發(fā)參數(shù)及臺架試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行建模，整車動力學(xué)參數(shù)的類型及獲取渠道可參考下表。

車輛動力學(xué)模性參數(shù)表

5、測試驗(yàn)證與分析

自動駕駛的測試分為基于場景和基于里程的測試，均可用于虛擬環(huán)境和真實(shí)路測環(huán)境。

基于場景的測試主要是針對被測功能或部件，通過預(yù)先設(shè)定的測試環(huán)境進(jìn)行測試。

基于里程的測試較為連續(xù)，不需要特定某項(xiàng)環(huán)境設(shè)置就可以連續(xù)不斷地測試和采集，在大量的車輛數(shù)據(jù)中對功能和部件的工作效果進(jìn)行分析。

ADAS HIL測試系統(tǒng)可以按照事先編寫好的測試用例表對系統(tǒng)進(jìn)行自動化測試的方法。自動化測試建立在測試環(huán)境已經(jīng)搭建調(diào)試完成的基礎(chǔ)上，用自動化測試程序?qū)y試用例的輸入信號依次進(jìn)行賦值，再根據(jù)測試用例的輸出值進(jìn)行比較確認(rèn)。測試完成后，會自動生成本次測試的測試報(bào)告，測試報(bào)告的內(nèi)容包括：測試結(jié)果和預(yù)期結(jié)果是否一致、信號期望值與實(shí)際值之間的比較(包括誤差和允許誤差范圍)等。

ADAS自動化測試流程

ADAS HIL測試系統(tǒng)通過在上位機(jī)軟件中開發(fā)實(shí)驗(yàn)管理的人機(jī)交互界面，便可在虛擬條件下完成針對ADAS不同功能、不同工況下的硬件在環(huán)測試。