自動駕駛仿真測試工具鏈示例

沒有一種仿真工具可以用于測試ADS自動駕駛系統(tǒng)軟件的所有方面，這就是為什么制造商將利用各種仿真工具的屬性來建立對整個系統(tǒng)安全性的信心。

引入仿真測試是為了減輕物理測試的負擔，并有效地為整個操作領域的ADS性能提供證據。然而，沒有一種仿真工具可以用于測試ADS自動駕駛系統(tǒng)軟件的所有方面，這就是為什么制造商將利用各種仿真工具的屬性來建立對整個系統(tǒng)安全性的信心。

基于執(zhí)行的速度和成本以及實現的保真度水平，每個仿真測試工具都有自己的優(yōu)勢和劣勢。通常，低保真度工具用于覆蓋大量場景，以獲得對系統(tǒng)性能的總體了解。然后，可以提高場景子集內的保真度水平，以在統(tǒng)計相關數量的真實場景中驗證AV自動駕駛車輛的性能。制造商的仿真測試工具鏈可能包括以下工具：

感知仿真

感知仿真可用于訓練和驗證ADS軟件的感知算法，使用物理精確的傳感器模型并結合地面真實數據。這可以在開環(huán)中完成，因為規(guī)劃和控制算法被繞過。

規(guī)劃與控制（P&C）仿真

P&C仿真可用于驗證ADS軟件的控制算法和基本傳感器模型。這可以比實時更快地完成，因此是在大量場景中測試控制系統(tǒng)的有效方法。

 全AV堆棧仿真（MIL、SIL或HIL）

完整的AV堆棧仿真可以準確地呈現代表各種環(huán)境和場景的傳感器數據流。ADS軟件處理仿真數據，就像它來自實際行駛在道路上的車輛的傳感器一樣，并將執(zhí)行命令發(fā)送回仿真器。這使得工程師可以測試罕見的條件，如暴雨、暴風雪或白天和夜間不同時間的強光。每個場景都可以反復測試，調整多個變量，如路面和周圍環(huán)境、天氣條件、其他交通和一天中的時段。

HIL硬件在環(huán)可用于在實際車輛可用之前測試整個硬件組件或ECU，并測試仿真樣機中組件的交互/網絡，例如進行硬件組件的E/E故障測試。

車輛在環(huán)（VIL）

VIL結合仿真環(huán)境進行仿真，為準備駕駛的車輛提供驗證環(huán)境。它允許在車輛級別執(zhí)行復雜且安全關鍵的場景。

A.試驗臺上的VIL

試驗臺上的VIL結合了實驗室的優(yōu)勢，并側重于場景生成的靈活性和場景執(zhí)行的再現性。它還允許測試回路中的真實傳感器和感知。

試驗臺上的VIL可包括以下元件：

（a） 縱向動力學：試驗臺仿真縱向動力學。這可以是底盤測功機或輪轂/動力傳動系統(tǒng)試驗臺。高動態(tài)測功機與車輛動力學仿真相結合，允許執(zhí)行各種操作和場景，包括極限狀態(tài)下的高動態(tài)機動（真實車輪打滑等）；

（b） 橫向動力學：如果需要橫向動力學，包括轉向，可通過附加裝置擴展試驗臺，以允許轉向。理想情況下，不僅允許轉向，而且正確仿真產生的反作用力，以避免錯誤狀態(tài)，并確保與 AV 功能一起正確操作；

（c） 接口仿真環(huán)境仿真：根據用例和需求，有不同的可能性：對象列表注入（無傳感器，無感知在環(huán)）、原始數據注入（無傳感器，但感知在環(huán)）、傳感器的 OTA 刺激（傳感器及感知在環(huán)）。使用 OTA，無需對車輛進行修改。此外，還可進行混合操作。

B.試驗場上的VIL

試車場上的VIL更注重駕駛員/乘客與車輛之間的互動。在此配置中，駕駛員/乘客可體驗車輛的實際加速度（縱向和橫向）（與試驗臺環(huán)路中的車輛不同）。可以由真正的駕駛員進行判斷和評級。

VIL試驗臺可由以下元件組成：

（a） 縱向動力學：可獲得真實的縱向動力學

（b） 橫向動力學：提供真實的橫向動力學

（c） 接口仿真環(huán)境仿真：通常，車輛和仿真環(huán)境之間的接口通過對象列表注入完成。此外，也可注入原始數據。無法考慮真實的傳感器（對于非常簡單的傳感器，如超聲波傳感器，有少數例外）。

駕駛員在環(huán)（DIL）

DIL仿真測試通過分析駕駛員與ADS在安全可控環(huán)境中的交互作用，有助于支持對此類功能需求的評估。

軟件再處理（SwR：Software Reprocessing）

SwR涉及將先前記錄的傳感器數據（而非合成數據）回放到ADS軟件，以準確評估開環(huán)系統(tǒng)中的感知性能。

考慮到目前正在考慮的功能需求類別，仿真測試似乎與評估與以下相關的需求尤其相關：

（a） ADS 應安全駕駛，ADS 應管理安全關鍵情況。這些是仿真測試可以發(fā)揮最顯著作用的需求。MIL/SIL、HIL 和 VIL 仿真測試均可用于在車輛驗證和確認的不同階段評估這些要求。

（b） AV 應該與用戶安全互動。通過在安全可控的環(huán)境中分析駕駛員和 ADS 之間的交互，DIL 仿真測試有助于支持這類功能需求的評估。

（c） ADS 應安全管理故障模式，ADS 應確保安全運行狀態(tài)。在這兩個類別中使用仿真測試也是非常有希望的，但可能需要進一步的研究工作。SIL 仿真測試可包括仿真故障和維護請求。HIL 和 VIL 仿真測試可用于評估系統(tǒng)對實際系統(tǒng)發(fā)生的實際故障的反應。

下表描述了所有可用的測試環(huán)境。這些測試環(huán)境的主要區(qū)別在于虛擬刺激和真實刺激的應用以及測試項目。

參考資料：

Proposal for a second iteration of the New Assessment/Test Method for Automated Driving