作者 |樓澤如 上??匕部尚跑浖?chuàng)新研究院研發(fā)工程師
來源 |鑒源實驗室
01引 言
自動駕駛汽車的興起,正在重新定義汽車行業(yè)。隨著自動駕駛技術(shù)的發(fā)展,自動駕駛汽車將會大大提升交通安全、減少事故發(fā)生、減少交通擁堵、提高公路容量等等,為人類帶來前所未有的便利。然而,由于自動駕駛汽車需要面對復(fù)雜的交通環(huán)境和意外事件,使得自動駕駛汽車的開發(fā)和測試頗具挑戰(zhàn)性。
傳統(tǒng)的自動駕駛測試方法包括在實際道路上進(jìn)行封閉場地和公共道路測試,但這些方法都存在很大的安全風(fēng)險和高成本。因此,自動駕駛仿真測試逐漸成為了自動駕駛汽車開發(fā)過程中必不可少的一部分,對于提高自動駕駛汽車的安全性、可靠性、精度和性能等方面都有著重要的意義。仿真測試不僅可以在更加安全、低成本的環(huán)境下進(jìn)行測試,而且可以提供更多的測試數(shù)據(jù)和測試情況,加速自動駕駛汽車的開發(fā)和實際應(yīng)用。
02自動駕駛仿真測試的重要性
自動駕駛仿真測試是一種通過仿真技術(shù)來模擬測試自動駕駛汽車的功能和性能的方法,以評估自動駕駛汽車的可靠性、安全性和適應(yīng)性等,便于優(yōu)化自動駕駛汽車的功能、性能和行駛體驗。
自動駕駛仿真測試憑借其測試場景豐富、計算速度快、測試效率高、資源消耗低、可重復(fù)性好、可嵌入汽車開發(fā)的各個環(huán)節(jié)等原因,能夠很好地在實際路面行駛之前,對車輛進(jìn)行全面、安全的測試。這種測試方法可以提高自動駕駛系統(tǒng)的安全性和可靠性,并減少實際測試的風(fēng)險和成本,加速自動駕駛技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。仿真測試在自動駕駛技術(shù)開發(fā)中具有以下幾個重要性和必要性:
?。?)安全性保障:自動駕駛汽車具有高度的復(fù)雜性和安全性要求,直接進(jìn)行實地測試會存在很高的風(fēng)險。仿真測試可以在虛擬環(huán)境中模擬各種復(fù)雜的路況和交通情況,對自動駕駛汽車的各項功能進(jìn)行測試,從而發(fā)現(xiàn)潛在的安全隱患,保障自動駕駛汽車的安全性。
(2)成本效益:自動駕駛汽車的研發(fā)需要大量的測試,如果全部在實際道路上進(jìn)行測試,將會耗費大量的時間和金錢。仿真測試可以在虛擬環(huán)境中快速、精準(zhǔn)地模擬各種場景和情況,有效地降低測試成本,縮短研發(fā)周期,提高測試效率。
?。?)多樣化的測試場景:仿真測試可以模擬各種復(fù)雜的路況、天氣狀況、道路建設(shè)和交通情況等,進(jìn)行多種不同情況下的測試,以確保自動駕駛汽車的安全性和可靠性。
(4)提高測試覆蓋率:仿真測試可以模擬大量測試場景,提高測試的覆蓋率和深度,從而更好地發(fā)現(xiàn)和解決潛在的問題。
(5)系統(tǒng)性的測試:自動駕駛汽車涉及到多個系統(tǒng)的協(xié)同作用,仿真測試可以對整個系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)性的測試,確保系統(tǒng)各個部分的配合協(xié)調(diào)性。
03自動駕駛仿真測試的類型
自動駕駛仿真測試作為一種高效、安全、低成本的測試方法,會針對自動駕駛系統(tǒng)的功能和性能、安全性、可靠性等,進(jìn)行全面、充分的測試,以保證自動駕駛汽車能夠達(dá)到路面行駛的要求。自動駕駛汽車的功能測試是測試自動駕駛汽車是否能夠按照預(yù)期執(zhí)行各種功能,例如遵守交通規(guī)則、感知道路標(biāo)志和障礙物等。Huang等[3]將功能測試分為:
?。?)感知層功能測試:感知測試主要用于測試自動駕駛汽車的感知能力,包括車道線和道路標(biāo)志的檢測、障礙物識別和檢測、行人檢測和識別等。感知測試的目的是檢查自動駕駛汽車的感知系統(tǒng)在不同的情況下的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性。
?。?)決策層功能測試:決策測試主要用于測試自動駕駛汽車的決策能力,包括行駛路徑規(guī)劃、車輛間的跟車和超車等情況。決策測試的目的是檢查自動駕駛汽車的決策系統(tǒng)在不同的情況下的正確性和合理性。
?。?)控制層功能測試:控制測試主要用于測試自動駕駛汽車的控制能力,包括加速、制動、轉(zhuǎn)向等控制。控制測試的目的是檢查自動駕駛汽車的控制系統(tǒng)在不同情況下的穩(wěn)定性和精度。
除了功能測試以外,還有一些其他的測試類型也被廣泛應(yīng)用于自動駕駛仿真測試中,比如安全測試、性能測試等。安全測試主要用于測試自動駕駛汽車在緊急情況下的反應(yīng)能力和安全性。安全測試的目的是檢查自動駕駛汽車的安全性,例如急剎車或避讓等威脅場景中自動駕駛汽車是否能安全應(yīng)對。而性能測試主要用于測試自動駕駛汽車的性能表現(xiàn),例如加速、最高速度、燃油效率等。性能測試的目的是檢查自動駕駛汽車的性能表現(xiàn)是否符合設(shè)計要求。
需要注意的是,自動駕駛汽車的測試不僅僅是仿真測試,還需要在實際路況下進(jìn)行測試。實際測試可以驗證仿真測試的結(jié)果,同時也可以發(fā)現(xiàn)一些仿真測試無法模擬的特殊情況。因此,自動駕駛汽車的測試需要結(jié)合仿真測試和實際測試,以保證測試結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。
04自動駕駛仿真測試的方式
汽車的V字開發(fā)流程是一種經(jīng)典的產(chǎn)品開發(fā)流程,它將整個產(chǎn)品開發(fā)過程劃分為左側(cè)的需求分析、設(shè)計、開發(fā)等階段,以及右側(cè)的系統(tǒng)測試、集成測試等階段,形成一個“V”字形狀,因此被稱為“V字開發(fā)流程”。
圖1 汽車的V字開發(fā)流程[3]
針對自動駕駛的仿真測試同樣也必須滿足汽車的 V 字開發(fā)流程,具備覆蓋 SIL(軟件在環(huán))、HIL(硬件在環(huán))、VIL(車輛在環(huán))全流程驗證的能力。
?。?)軟件在環(huán)測試(Software-in-the-Loop,SIL)
軟件在環(huán)測試是在開發(fā)的早期,將被測試的軟件系統(tǒng)結(jié)合到仿真環(huán)境中進(jìn)行測試。在SIL測試中,采用仿真環(huán)境來執(zhí)行軟件,而不是將軟件實際加載到目標(biāo)硬件中執(zhí)行。在SIL測試中,可以對軟件的算法和邏輯進(jìn)行測試和驗證,以檢查其是否符合規(guī)格和設(shè)計要求。SIL測試可以在早期發(fā)現(xiàn)軟件問題,這樣可以更快地糾正錯誤,降低軟件開發(fā)成本,并加快產(chǎn)品上市時間。
?。?)硬件在環(huán)測試(Hardware-in-the-Loop,HIL)
硬件在環(huán)測試是指將真實的汽車硬件設(shè)備與模擬的系統(tǒng)環(huán)境相結(jié)合,通過模擬各種實際的駕駛場景和條件,對硬件進(jìn)行測試和驗證。在 HIL 測試中,真實的硬件設(shè)備(如控制器、傳感器、執(zhí)行器等)被連接到模擬的虛擬系統(tǒng)環(huán)境中。整個虛擬的系統(tǒng)環(huán)境向硬件設(shè)備發(fā)送模擬信號,從而模擬出真實的自動駕駛場景。例如,在對ECU進(jìn)行測試時,ECU會接收到仿真環(huán)境發(fā)出的各種信號和數(shù)據(jù),車速、轉(zhuǎn)速、油門踏板信號、剎車信號等。通過這些信號和數(shù)據(jù),ECU可以模擬不同的駕駛場景,例如加速、制動、轉(zhuǎn)彎、變道等。
?。?)車輛在環(huán)測試(Vehicle-in-the-Loop,VIL)
車輛在環(huán)測試是指將實際車輛放置在測試環(huán)境中進(jìn)行測試的方法。在VIL測試中,車輛被連接到仿真系統(tǒng),仿真系統(tǒng)提供了場景和其他車輛的虛擬信息,通過控制車輛的行為,進(jìn)行測試和驗證。汽車通過實際的控制系統(tǒng)與仿真環(huán)境進(jìn)行交互,例如汽車的傳感器(如雷達(dá)、攝像頭)可以接收來自仿真環(huán)境的虛擬信息,汽車的控制系統(tǒng)也可以將車輛的實際狀態(tài)(如速度、轉(zhuǎn)向、制動)反饋給仿真環(huán)境。
05小 結(jié)
在未來的自動駕駛汽車研發(fā)中,自動駕駛仿真測試將繼續(xù)發(fā)揮重要的作用,在保證安全的前提下,大幅降低測試成本,并且覆蓋更廣泛的測試場景。同時,自動駕駛仿真測試也需要不斷發(fā)展和改進(jìn),加強(qiáng)模擬環(huán)境的復(fù)雜性,提高數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性,提升模擬場景與真實場景的一致性,從而更好地滿足自動駕駛汽車的測試需求,促進(jìn)自動駕駛技術(shù)的發(fā)展。
參考文獻(xiàn):
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