自动驾驶仿真技术横览2023

CNTARO 中汽中心丨信息科技 自动驾驶仿真技术横览 中国汽车2022 2022年11月 中国汽车工业信息网 Part01 自动驾驶仿真的意义 自动驾驶仿真的意义N中汽中心丨信息科技 自动驾驶仿真是对自动驾驶功能的仿真模拟，它不仅仅是为了节约成本，更能对自动驾驶功能的开发起指导作用。 自动驾驶仿真伴随着自动驾驶开发之初而诞生 ●自动驾驶仿真出现的内在因素自动驾驶仿真的意义 在过去十年中，车辆系统的复杂性越最主要可以解决实车测试面临的诸多问题， 来越高，驾驶辅助系统的应用越来越此外，在功能开发之初，尚未存在目标软件运 普遍。通过为车辆增加更多传感器，行的目标硬件，因为目标硬件正处于并行开发 并提升计算能力，可以实现更多的辅阶段。从一开始，虚拟仿真就在软件功能开发 助功能。和验证过程中起着重要作用。 经过多年发展，高级驾驶辅助系统已在开发早期阶段，虚拟仿真可以用来测试软件 部署到消费者市场，并且逐步从“选尽早检测出一些漏洞和缺失功能，并反馈至开 配”走向“标配”，其主要推动力是发人员 各个国家针对自动驾驶功能的测试评在为受试目标系统提供制激方面，随着虚拟仿 更为重要， 价规程。实车测试的主要阻力真的真实性持续增加，模拟的作用也逐渐变得 EUFJnCA? 自动驾驶汽车在真正示范应用及商业化运营之前，需要在封闭场地和开放道路经过大量的道路测试才能达到使用要求，此测试过程需要达到百万级公里的实车测试对控制算法进行反复练习，如采用实际道路测试 ★★*★*来优化自动驾驶算法，耗时较长的同时，人力物力成 NHTSA本较高。 C-NCAP测试过程也会受到测试的区域范围、政策法规、气象 环境、复杂交通流等多种因素的约束，同时实际道路 测试过程中有一定的风险，易产生安全隐患。 商务联系人：于慧颖18846828756yuhuiying@catarc.ac.cn3 自动驾驶仿真的政策ON中汽中心丨信息科技 政策名称颁布日期颁布主体政策要点 《国务院关于印发“十四五数字经济发展规划的通知》 网联 智能 《国务院关于印发“十四五”现代综合交通运输体系发展规划的通知》 《智能网联汽车技术路线图 2.0 2022年1月国务院 2021年12月国务院 2020年11月工信部 推动智能计算中心有序发展，打造智能算力、通用算法和开发平台一体化的新型智能基础设施，面向自动驾驶等重点新兴领域，提供体系化的人工智能服务 加强交通运输领域前瞻性、战略性技术研究储备，加强智能网联汽车、自动驾驶、车路协同、船舶自主航行、船岸协同等领域技术研发 到2025年，PA（部分自动驾驶）、CA（有条件自动驾驶）级智能网联汽车市场份额超过50%，HA（高度自动驾驶）级智能网联汽车实现限定区域和特定场景商业化应用，到2030年CA、PA级超70%，HA级达到20% 《智能网联汽车道路测试与工业和信息化部、公 道路测试主体应提供智能网联汽车道路测试安全性自我声明，并由省、市级政府相关 示范应用管理规范（试行）安部、交通运输部 2021年7月主管部门进行确认。道路测试安全性自我声明应随同道路测试主体自行开展的模拟仿真测试与测试区（场）等特定区域实车测试的说明材料 仿真《关于印发天津市产业链高 天津市落实制造强国质量发展三年行动方案2021年5月战略暨全国先进制造 着眼提升产业链发展能级和整体竞争力，强化串链补链强链，在车联网产业链，搭建以天津市车联网创新中心为核心的产业创新平台，在自动驾驶测试场景、信息安全、 测试 （2021—2023年）的通知） 研发基地建设领导小 组办公室 仿真测试评价体系、车联网通信等关键领域，制定20项以上标准规范 《交通运输部关于促进道路完善测试评价方法和测试技术体系。鼓励构建自动驾驶测试场景库，研究智能设备测交通自动驾驶技术发展和应2020年12月交通运输部试技术，推动检测设备、数据分析软件、虚拟仿真系统等测试工具链的自主研发与制用的指导意见》造 商务联系人：于慧颖18846828756yuhuiying@catarc.ac.cn4 中国汽车工业信息网 Part02 自动驾驶仿真的流程 自动驾驶仿真如何指导开发N中汽中心丨信息科技 自动驾驶仿真测试指导自动驾驶开发的全流程，按照不同的阶段可以分为MIL/SIL/PIL/HIL等测试方法。 自动驾驶仿真遵循汽车软件开发的V型流程 开发！ ·自动驾驶仿真测试的具体测试方法 基于仿真模型设计方法处于不同的阶段划分，可分为采用 系统专业系统需求分析闭环系统确认测试MIL/SIL/PIL/HIL等测试方法。 系统架构设计系线焦成测试如被测试对象是尚处于开发阶段的算法，测试方法采用 伊环中国汽车工 MIL/SIL测试即可：如被测对象是在实际车辆应用的控制器 软件专业 软件需求分析软件验证测试 闭环 软件策构设计软件集成及测试 为及时发现问题，需要使用HIL设备提前进行测试。 测试手段MILSILPILHIL 软件单元测1被测对象算法模型自动生成代码编译后的代码控制器 软件单元设计目的验证控制模验证自动生成的验证自动生成验证目标硬型是否满足代码（使用设计的代码（使用件在完整系设计要主机编译器）是处理器编译器统中知否满 ·自动驾驶仿真测试模型 软件编码否满足要求是否满足要求足设计要求 ：V模型核心思想是通过A-SPICE流程（汽车产业的软件流程改进 是否带被控 是是/否是否是 和能力测定标准）来支持和管理整个开发流程，从需求到源代模型 是是否香实时 码的每个过程都有相应的测试。执行平台设计主机设计主机目标处理器目标处理器 左边为需求分析和设计开发的过程，右边则为针对左边的测试香是 验证，左边的每个过程是与右边的过程正好相对应， 商务联系人：于慧颖18846828756yuhuiying@catarc.ac.cn6 自动驾驶仿真测试流程N中汽中心丨信息科技 MIL/SIL/PIL/HIL测试的主体内容都是自动驾驶程序本身，但在不同的开发阶段，程序所在的主体和形式不同。 随着自动驾驶程序开发的成熟程度，一般须经历4轮测试 模型在环测试（MIL）·软件在环测试（SIL） 在系统开发阶段，需要建立算法模型并在完成模型在环测试后，对算法模型进行代码转化，形成代进行仿真测试，根据仿真测试结果，不码，同样需要对代码进行仿真测试，进行代码与算法模型等断优化系统设计。这个阶段的仿真通常效性测试，保证代码与算法模型一致。该阶段测试通常被定被定义为模型在环。义为软件在环 在自动驾驶仿真中，通常需要进行模型测试的具体对象主要是Simulink模型自动生成的c++代码。 在环仿真的算法有包括视觉、雷达、高 精地图、定位、多传感器融合等感知算 法，及规划、决策乃至执行算法。 测试的具体对象主要是Simulink模型 软件在环测试（PIL） 使用主机生成的代码在嵌入式的环境里可能存在部分问题，需要注意嵌入式移植过后是否存在部分库不齐全、函数功能变化等情况 使用与S儿相同的测试用例输入，对比输出与SIL测试是否一 致。 ：测试对象仍是c++代码。 ·硬件在环测试（HIL） 将测试系统集成到真实车辆中，并通过仿真平台模拟道路交通场景以及传感器信号，从而构成完整测试闭环。车辆在环测试的目的是验证测试系统功能、各场景仿真测试、与整车相关电控系统的匹配及集成测试。 ·测试对象是自动驾驶域控制器。 商务联系人：于慧颖18846828756yuhuiying@catarc.ac.cn7 自动驾驶仿真平台框架N中汽中心丨信息科技 自动驾驶仿真平台是针对自动驾驶测试的一站式解决方案，需要应对自动驾驶测试的各种对象和场景。 自动驾驶仿真平台类似大型3D游戏，旨在提供真实的物理反馈 自动驾驶仿真平台场景 （包含仿真框架、物理引擎和图形引擎） 对应传感器 车辆动力学测试工具集成测试场景设计测试管理运行 道路自动驾驶汽车测试管理算法集成测试场景搭建测试结果分析 自动驾驶控制器行 交算法仿真工具开发仿真工具集成·测试场景开发·仿真测试执行 天 直接开发仿真工基于用户测试需针对自动驾驶算对测试场量库进 具有难度，且不求，利用确定的法的设计运行域行维护，并针对同仿真工具内模测试工具，将测详细而进行系统不同算法或功能快的功能之间存试需求集成完成详细地测试场冕合适的测试场景生一定的分隔。可靠的测试环境。设计.进行运行测试， 用于模拟车辆行驶时的外部交通场景。 目前仿真工具利用仿真测试环充分考虑路况在测试完成后 般由专业仿真软境与被测算法集道路车辆的位置整理并提供清晰 件公司开发，成，形成测试过和运动状态、传的测试报告，测 测试结果的统计 用于模拟车辆上安装的各类传感器。程的闭环。感器感知范围和试报告中主要是 获取交通场景的实时状态。 自车状态等各方 面的影响。数据，统计数据 重点在于确保仿主要应用与后期 用于模拟车辆本身对自动驾驶算法控制的响应。真测试的场最恶的算法改进。 盖度， 商务联系人：于慧颖18846828756yuhuiying@catarc.ac.cn8 自动驾驶仿真场景的分类CN中汽中心丨信息科技 自动驾驶仿真场景按照抽象程度可分为：功能场景、逻辑场景、具体场景，分别对应自动驾驶系统开发的前中后阶段 按照场景的抽象程度划分 自动驾驶系统开发需经历的三个阶段：概念阶段、系统开发阶段通过将结构化的功能场景与参数范围相结合能够转换生成逻辑测试阶段：随着系统开发过程的逐渐深入，测试场景的抽象程度需场景，参数范围可以通过数据驱动方法来定义，每个逻辑场景求不断降低，但测试场景的数量需求却不断在增加。都可以通过从参数范围中选择具体值来转换为具体场景， 抽象等级递减、场景数据递增 ●功能场景-对应概念阶段●逻辑场景-对应系统开发阶段·具体场景-对应测试阶段 通过语义描述的最抽象级别的操作场景，即通过定义状态空间内变量的参数范围来表达：通过确定状态空间中每个参数的具体值来明通过语言场景符号来描述场景区域内的实体实体特征和实体间的关系。确描述实体和实体间的关系，以状态空间详以及实体间的关系。逻辑场景是基于状态空间变量对功能场景的细描述了测试场景； 功能场景用于概念阶段的项目定义、危险分进一步详细描述，用于项目开发阶段生成需具体场景可以直接转化为测试用例：要将具析和风险评估在测试过程中，往往需要将求：对于每一个具有连续取值范围的逻辑场体场景转换成测试用例，需要增加被测对象功能场景转换为逻辑场景，并转换为可用于景，都可以派生出任意数量的具体场景。的预期行为表现以及对相关测试设施的需求， 相应仿真环境的数据格式。 商务联系人：于慧颖18846828756yuhuiying@catarc.ac.cn9 自动驾驶仿真场景的分类CN中汽中心丨信息科技 自动驾驶测试场景可分为自然驾驶场景、危险工况场景、标准法规场景、参数重组场景等四类，共同组成了场景库。 按照测试场景数据来源划分 ●标准法规场景 自然驾驶场景●危险工况场景 数据源自汽车真实的自然数据主要来源于交通事故数 驾驶状态场景下，是最基据库，是自动驾驶控制策略 础的数据来源：包含自动安全性和可靠性验证的关键 驾驶汽车所处的人-车-环危险工况场景主要涵盖恶劣 境-任务等全方位信息天气环境、复杂道路交通以 自然驾驶场景能够提供车典型交通事故三大类场景， 辆数据、驾驶人行为、道是证明自动驾驶有效性的一 路环境等多维度信息，种必要测试场景。 证明自动驾驶有效性的一 种充分测试场景。参数重组场景 数据来源于现有场景数据库资源，通过对已有的仿真场景进 行参数化设置，随机生成或自 数据主要来源于现有的标准、动重组相应类型的场景。 评价规程等，如ISO、NHTSACC-NCAP参数重组场景通过对静态要素、 E-NCAP、C-NCAP等多项标准动态要素以及驾驶人行为要素 评价规程对现有自动驾驶功能等进行不同排列组合及遍历取 进行了测试规定。 标准法规测试场景是自动驾驶功能在研发和认证阶段必须要 值，扩展参数重组场景边界； 有效覆盖自动驾驶功能测试育 区，是对未知工