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数字沙盘 自动驾驶虚拟仿真技术(一):自动驾驶虚拟仿真概述

时间:2021-07-24 20:03来源:绘芯教育 作者:admin 点击:
自动驾驶虚拟仿真一、自动驾驶仿真测试的意义二、自动驾驶仿真技术类型按照测试方式不同,自动驾驶仿真测试可分为五类:模型在环(MIL)、软件在环(SIL)、硬件在环(HIL)、驾驶员在环(DIL)和车辆在环(VIL)。三、自动驾驶仿真测试原则与难点2、自动驾驶仿真技术难点四、自动驾驶仿真软件

自动驾驶仿真测试,是计算机仿真技术在汽车领域的应用,它以数学建模的方式将自动驾驶的应用场景进行数字化还原,建立尽可能接近真实世界的系统模型,通过仿真测试进行分析和研究便可以达到对自动驾驶系统和算法进行测试验证的目的。

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图 1 自动驾驶虚拟仿真

一、自动驾驶仿真测试的意义

联合国世界车辆法规协调论坛(UN/WP.29)自动驾驶与网联车辆工作组(GRVA)针对自动驾驶功能提出“多支柱法”,结合审核与审计、仿真测试、场地测试与真实道路测试等多种不同方法来支撑自动驾驶功能的评价。

场地测试与真实道路测试均属于传统测试技术,要求使用真实车辆在真实世界进行测试,在场景覆盖面及测试效率上存在较大局限。在此背景下,仿真测试技术可从以下两个方面补充实车测试的不足之处:

二、自动驾驶仿真技术类型

按照测试方式不同,自动驾驶仿真测试可分为五类:模型在环(MIL)、软件在环(SIL)、硬件在环(HIL)、驾驶员在环(DIL)和车辆在环(VIL)。

1、模型在环(MIL)

在系统开发阶段,需要建立算法模型并进行仿真测试,根据仿真测试结果虚拟驾驶,不断优化系统设计。这个阶段的仿真通常被定义为模型在环。

在自动驾驶仿真中,通常需要进行模型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。

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2、软件在环(SIL)

在完成模型在环测试后,对算法模型进行代码转化,构成代码,同样需要对代码进行仿真测试,进行代码与算法模型等效性测试,保证代码与算法模型一致。该阶段测试通常被定义为软件在环。。

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3、硬件在环(HIL)

提供可以模仿真实的系统环境的动态系统模型作为“受控设备仿真”,并通过嵌入式系统的输入输出将其与仿真系统平台相连,构成闭环。硬件在环测试的目的是为了验证控制器。

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4、驾驶员在环(DIL)

在对车辆、发动机等系统进行仿真的基础上,在保证测试精度的前提下,增加了交通和环境的仿真,并将真实驾驶员引入仿真测试闭环,融合传感器仿真技术,结合 3D 实时动画,对系统进行验证。

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图 5 驾驶员在环DIL

5、车辆在环(VIL)

将测试系统集成到真实车辆中,并通过仿真平台模仿道路、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婚配及集成测试。

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三、自动驾驶仿真测试原则与难点

1、仿真测试原则

自动驾驶仿真测试最重要的三项原则为:全面性、真实性和可重复性。

指仿真测试的测试场景应能充分覆盖 ODD 和边界场景,并且能用多种测试方法对被测功能的全部层级在不同开发阶段进行测试。

指仿真测试的场景数据应基于实际,逻辑数据设置合理,并且测试输出结果应与实车测试保持基本一致。

指仿真测试中的同一测试用例的在同一测试平台多次测试结果应保持高度一致,在不同测试的平台的测试结果的偏差应符合设计要求。

2、自动驾驶仿真技术难点

现阶段自动驾驶仿真技术尚未成熟,存在以下主要问题和难点:

如何根据仿真结果,快速追溯并确认仿真测试过程中某一模块能否出现问题

四、自动驾驶仿真软件

目前行业上有应用的自动驾驶仿真软件是百花齐放、五花八门,常见的有PanoSim、PreScan、Carmaker、51VR、VTD、CARLA等。

1、PanoSim

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PanoSim是新一代自动驾驶模仿仿真软件,专注于通过模仿仿真技术实现汽车虚拟研发的一体化化工具与平台。PanoSim 集高精度车辆动力学模型、汽车行驶环境模型、车载环境传感模型与交通模型等于一体,可与 Matlab / Simulink 无缝链接并支持离线与实时仿真功能。

PanoSim 不只包括复杂的车辆动力学模型、底盘(制动、转向和悬架)、轮胎、驾驶员、动力总成(发动机和变速箱)等模型,还支持各种典型驱动型式和悬架方式的大、中、小型轿车的建模以及仿真分析。它提供了三维数字虚拟试验场景建模与编辑功能,支持对道路及道路纹理、车道线、交通标识与设备、天气、夜景等汽车行驶环境的建模与编辑。

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