1.自動(dòng)駕駛仿真測(cè)試概述

自動(dòng)駕駛汽車(chē)在真正商業(yè)化應(yīng)用前，需要經(jīng)歷大量的道路測(cè)試才能達(dá)到商用要求。采用路測(cè)來(lái)優(yōu)化自動(dòng)駕駛算法耗費(fèi)的時(shí)間和成本太高，且開(kāi)放道路測(cè)試仍受到法規(guī)限制，極端交通條件和場(chǎng)景復(fù)現(xiàn)困難，測(cè)試安全存在隱患。

因此，基于場(chǎng)景庫(kù)的仿真測(cè)試是解決自動(dòng)駕駛研發(fā)測(cè)試挑戰(zhàn)的主要路線。自動(dòng)駕駛系統(tǒng)測(cè)試不同于傳統(tǒng)的汽車(chē)整車(chē)或零部件試驗(yàn)，更多的是參照軟件開(kāi)發(fā)和測(cè)試的模型和流程。V模型是廣泛在軟件開(kāi)發(fā)和測(cè)試中使用流程，V模型要求在開(kāi)發(fā)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行不同階段的開(kāi)發(fā)同時(shí)，測(cè)試團(tuán)隊(duì)編制對(duì)應(yīng)的測(cè)試用例，并在開(kāi)發(fā)階段完成后立即進(jìn)行測(cè)試。這就要求在集成測(cè)試、系統(tǒng)測(cè)試等暫無(wú)完整產(chǎn)品樣件的情況下，就開(kāi)始進(jìn)行測(cè)試。

在自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程中，越早發(fā)現(xiàn)問(wèn)題則修正問(wèn)題的成本越低。在開(kāi)發(fā)的早期，就建立起測(cè)試驗(yàn)證的手段，快速高效的發(fā)現(xiàn)和解決開(kāi)發(fā)過(guò)程中的問(wèn)題，可以有效減低開(kāi)發(fā)成本、提高開(kāi)發(fā)效率。

自動(dòng)駕駛車(chē)輛的自動(dòng)駕駛部分主要由傳感器、控制器和執(zhí)行器構(gòu)成，駕駛員駕駛車(chē)輛在不同的道路、交通和天氣環(huán)境下接受測(cè)試。仿真測(cè)試就是模擬真實(shí)的駕駛環(huán)境進(jìn)行測(cè)試，因此會(huì)對(duì)照真實(shí)世界，搭建模擬場(chǎng)景，也就是仿真測(cè)試平臺(tái)，一般由交通場(chǎng)景模塊、傳感器模塊、車(chē)輛動(dòng)力學(xué)模塊和測(cè)試管理模塊構(gòu)成。如下圖所示：

交通場(chǎng)景模塊用于模擬車(chē)輛運(yùn)行的外部世界；傳感器模塊用于模擬車(chē)輛上安裝的各種傳感器，從而獲得交通場(chǎng)景的狀態(tài)；車(chē)輛動(dòng)力學(xué)模塊用于模擬車(chē)輛本身對(duì)自動(dòng)駕駛算法控制的響應(yīng)，特別是對(duì)加速、制動(dòng)和轉(zhuǎn)向的響應(yīng)。測(cè)試管理模塊，負(fù)責(zé)對(duì)以上三個(gè)部分組成的仿真測(cè)試環(huán)境的管理，保證仿真測(cè)試的效果和效率。一方面，對(duì)測(cè)試流程進(jìn)行管理，另一方面，對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。

2.自動(dòng)駕駛仿真測(cè)試流程

完整的自動(dòng)駕駛仿真測(cè)試可以分為仿真工具開(kāi)發(fā)、仿真工具集成、測(cè)試場(chǎng)景開(kāi)發(fā)和仿真測(cè)試執(zhí)行等工作。

仿真工具開(kāi)發(fā)

由于仿真工具開(kāi)發(fā)難度較大，且模塊的功能有較明顯分隔，目前仿真工具一般由多家公司提供。比如VTD、PreScan是常用的場(chǎng)景和傳感器模仿真軟件，CarSim是常用的車(chē)輛動(dòng)力學(xué)仿真軟件，ECU-TEST是常用的測(cè)試管理工具。

仿真工具集成

仿真工具集成包含兩個(gè)方面的工作：（1）根據(jù)測(cè)試需要選擇合適的測(cè)試工具并將其集成為完整的仿真測(cè)試環(huán)境；（2）將被測(cè)算法與仿真測(cè)試環(huán)境集成，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)測(cè)試。

測(cè)試場(chǎng)景開(kāi)發(fā)

測(cè)試場(chǎng)景開(kāi)發(fā)工作的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題是：如何保證仿真測(cè)試的場(chǎng)景覆蓋度？這需要針對(duì)自動(dòng)駕駛算法的設(shè)計(jì)運(yùn)行域詳細(xì)而系統(tǒng)的進(jìn)行測(cè)試場(chǎng)景的設(shè)計(jì)。充分考慮道路、周?chē)?chē)輛的位置和運(yùn)動(dòng)、傳感器感知局限和自車(chē)狀態(tài)等等不同方面的影響。在場(chǎng)景設(shè)計(jì)完成后，需要在仿真環(huán)境下搭建。

仿真測(cè)試執(zhí)行

仿真測(cè)試執(zhí)行包含兩個(gè)方面的工作：（1）對(duì)測(cè)試場(chǎng)景庫(kù)的維護(hù)和針對(duì)不同算法或功能合適的測(cè)試場(chǎng)景進(jìn)行運(yùn)行測(cè)試；（2）在測(cè)試完成后，整理并提供清晰的測(cè)試報(bào)告，并提供測(cè)試結(jié)果的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，為算法團(tuán)隊(duì)的改進(jìn)提供有效支撐。

3.自動(dòng)駕駛仿真測(cè)試方法

基于模型的設(shè)計(jì)方法的不同階段，分別采用MIL/SIL/PIL/HIL（MIL，Modelin the Loop：模型在環(huán)測(cè)試；SIL，Softwarein the Loop：軟件在環(huán)測(cè)試；PIL，Processorin the Loop：處理器在環(huán)測(cè)試；HIL，Hardwarein the Loop：硬件在環(huán)測(cè)試）等測(cè)試方法，有效的對(duì)嵌入式代碼進(jìn)行測(cè)試和驗(yàn)證。如果被測(cè)對(duì)象僅僅是開(kāi)發(fā)階段的算法，那只使用MIL/SIL就可以；如果被測(cè)對(duì)象是要在實(shí)車(chē)使用的控制器，那可能需要一套HIL設(shè)備提前進(jìn)行測(cè)試、提前發(fā)現(xiàn)問(wèn)題。仿真測(cè)試常用的工具有的CarSim、CarMaker、VTD和PreScan等等。

目前自動(dòng)駕駛算法測(cè)試大約90%通過(guò)仿真平臺(tái)完成，9%在測(cè)試場(chǎng)完成，1%通過(guò)實(shí)際路測(cè)完成。隨著仿真技術(shù)水平的提高和應(yīng)用的普及，行業(yè)旨在達(dá)到通過(guò)仿真平臺(tái)完成99.9％的測(cè)試量，封閉場(chǎng)地測(cè)試完成 0.09％，最后0.01％到實(shí)路上去完成，這樣可以使自動(dòng)駕駛汽車(chē)研發(fā)達(dá)到更高效、經(jīng)濟(jì)的狀態(tài)。

目前自動(dòng)駕駛仿真市場(chǎng)參與主體主要包括：科技公司、車(chē)企、自動(dòng)駕駛解決方案商、仿真軟件企業(yè)、高校及科研機(jī)構(gòu)、智能網(wǎng)聯(lián)測(cè)試示范區(qū)。由于每個(gè)市場(chǎng)主體在自動(dòng)駕駛仿真方面的技術(shù)基礎(chǔ)不同，因此在推動(dòng)自動(dòng)駕駛仿真方面的研發(fā)及合作方式呈現(xiàn)不同模式。 

科技公司

科技公司在仿真方面起步相對(duì)較晚，在汽車(chē)功能探索方面經(jīng)驗(yàn)較少，但是具備大數(shù)據(jù)優(yōu)勢(shì)，軟件開(kāi)發(fā)能力強(qiáng)。自動(dòng)駕駛汽車(chē)相比傳統(tǒng)汽車(chē)，對(duì)軟件的需求更大，科技公司進(jìn)行仿真軟件的探索，目的是進(jìn)入市場(chǎng)龐大的汽車(chē)行業(yè)，建立更大的數(shù)據(jù)平臺(tái)，形成新的業(yè)務(wù)增長(zhǎng)點(diǎn)。目前自動(dòng)駕駛仿真科技公司主要包括騰訊自動(dòng)駕駛仿真平臺(tái)TAD Sim 、百度增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的自動(dòng)駕駛仿真系統(tǒng)AADS 、華為自動(dòng)駕駛云服務(wù)Octopus八爪魚(yú)、阿里混合式仿真測(cè)試平臺(tái)等。

整車(chē)企業(yè)

車(chē)企自身軟件開(kāi)發(fā)能力弱，無(wú)法獨(dú)立完成仿真測(cè)試，一般通過(guò)和科技公司或者自動(dòng)駕駛仿真軟件企業(yè)合作，利用后者仿真軟件進(jìn)行自動(dòng)駕駛汽車(chē)開(kāi)發(fā)，如上汽與TAD Sim，江淮與Prescan（見(jiàn)下表）。

自動(dòng)駕駛解決方案商

自動(dòng)駕駛解決方案商主要針對(duì)自身需求研發(fā)定制化仿真軟件，較少對(duì)外提供仿真服務(wù)，但借助于充足的資金、人才集聚力及自身研發(fā)驅(qū)動(dòng)力，在自動(dòng)駕駛仿真方面具有很強(qiáng)的創(chuàng)新能力。各領(lǐng)先自動(dòng)駕駛解決方案商都有自身仿真測(cè)試軟件，如Waymo、Cruise、小馬智行、AutoX等。

高校及科研機(jī)構(gòu)

高校及科研機(jī)構(gòu)主要應(yīng)用自動(dòng)駕駛仿真軟件進(jìn)行前瞻性、基礎(chǔ)性研究，但很難形成成熟的商業(yè)化產(chǎn)品。國(guó)內(nèi)從事自動(dòng)駕駛仿真研究的高校及科研機(jī)構(gòu)主要包括：清華大學(xué)、同濟(jì)大學(xué)、北京航空航天大學(xué)、吉林大學(xué)、天津大學(xué)、 長(zhǎng)安大學(xué)、南京航空航天大學(xué)、武漢理工大學(xué)等。

仿真軟件企業(yè)

仿真軟件企業(yè)可分為傳統(tǒng)仿真軟件企業(yè)、初創(chuàng)企業(yè)兩大類(lèi)。傳統(tǒng)仿真軟件企業(yè)由于技術(shù)積累比較深厚，進(jìn)入自動(dòng)駕駛仿真具有先天優(yōu)勢(shì)，而且合作伙伴較多，二次開(kāi)發(fā)具有優(yōu)勢(shì)。初創(chuàng)企業(yè)由于起步晚，技術(shù)積累較弱，國(guó)內(nèi)企業(yè)和國(guó)外的差距較大，但依靠雄厚的資金和人才集聚力，創(chuàng)業(yè)公司在自動(dòng)駕駛仿真軟件研發(fā)方面有望迅速崛 起。在全球主流自動(dòng)駕駛仿真軟件企業(yè)中，美國(guó)和德國(guó)占據(jù)全球企業(yè)總數(shù)一半以上。

參考文獻(xiàn)：

1.自動(dòng)駕駛虛擬仿真測(cè)試介紹: adsimtest的博客

2.《 2020中國(guó)自動(dòng)駕駛仿真藍(lán)皮書(shū)》