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沒有一種仿真工具可以用于測試ADS自動(dòng)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(gè)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(fù)擔(dān)，并有效地為整個(gè)操作領(lǐng)域的ADS性能提供證據(jù)。然而，沒有一種仿真工具可以用于測試ADS自動(dòng)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(gè)系統(tǒng)安全性的信心。
基于執(zhí)行的速度和成本以及實(shí)現(xiàn)的保真度水平，每個(gè)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(nèi)的保真度水平，以在統(tǒng)計(jì)相關(guān)數(shù)量的真實(shí)場景中驗(yàn)證AV自動(dòng)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(xùn)練和驗(yàn)證ADS軟件的感知算法，使用物理精確的傳感器模型并結(jié)合地面真實(shí)數(shù)據(jù)。這可以在開環(huán)中完成，因?yàn)橐?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(yàn)證ADS軟件的控制算法和基本傳感器模型。這可以比實(shí)時(shí)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(zhǔn)確地呈現(xiàn)代表各種環(huán)境和場景的傳感器數(shù)據(jù)流。ADS軟件處理仿真數(shù)據(jù)，就像它來自實(shí)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(fēng)雪或白天和夜間不同時(shí)間的強(qiáng)光。每個(gè)場景都可以反復(fù)測試，調(diào)整多個(gè)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(shí)段。
HIL硬件在環(huán)可用于在實(shí)際車輛可用之前測試整個(gè)硬件組件或ECU，并測試仿真樣機(jī)中組件的交互/網(wǎng)絡(luò)，例如進(jìn)行硬件組件的E/E故障測試。
車輛在環(huán)（VIL）
VIL結(jié)合仿真環(huán)境進(jìn)行仿真，為準(zhǔn)備駕駛的車輛提供驗(yàn)證環(huán)境。它允許在車輛級別執(zhí)行復(fù)雜且安全關(guān)鍵的場景。
A.試驗(yàn)臺上的VIL
試驗(yàn)臺上的VIL結(jié)合了實(shí)驗(yàn)室的優(yōu)勢，并側(cè)重于場景生成的靈活性和場景執(zhí)行的再現(xiàn)性。它還允許測試回路中的真實(shí)傳感器和感知。
試驗(yàn)臺上的VIL可包括以下元件：
（a） 縱向動(dòng)力學(xué)：試驗(yàn)臺仿真縱向動(dòng)力學(xué)。這可以是底盤測功機(jī)或輪轂/動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)試驗(yàn)臺。高動(dòng)態(tài)測功機(jī)與車輛動(dòng)力學(xué)仿真相結(jié)合，允許執(zhí)行各種操作和場景，包括極限狀態(tài)下的高動(dòng)態(tài)機(jī)動(dòng)（真實(shí)車輪打滑等）；
（b） 橫向動(dòng)力學(xué)：如果需要橫向動(dòng)力學(xué)，包括轉(zhuǎn)向，可通過附加裝置擴(kuò)展試驗(yàn)臺，以允許轉(zhuǎn)向。理想情況下，不僅允許轉(zhuǎn)向，而且正確仿真產(chǎn)生的反作用力，以避免錯(cuò)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(jù)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(shù)據(jù)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(jìn)行修改。此外，還可進(jìn)行混合操作。
B.試驗(yàn)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(dòng)。在此配置中，駕駛員/乘客可體驗(yàn)車輛的實(shí)際加速度（縱向和橫向）（與試驗(yàn)臺環(huán)路中的車輛不同）。可以由真正的駕駛員進(jìn)行判斷和評級。
VIL試驗(yàn)臺可由以下元件組成：
（a） 縱向動(dòng)力學(xué)：可獲得真實(shí)的縱向動(dòng)力學(xué)
（b） 橫向動(dòng)力學(xué)：提供真實(shí)的橫向動(dòng)力學(xué)
（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(shù)據(jù)。無法考慮真實(shí)的傳感器（對于非常簡單的傳感器，如超聲波傳感器，有少數(shù)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(shù)據(jù)（而非合成數(shù)據(jù)）回放到ADS軟件，以準(zhǔn)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(guān)的需求尤其相關(guān)：
（a） ADS 應(yīng)安全駕駛，ADS 應(yīng)管理安全關(guān)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(yàn)證和確認(rèn)的不同階段評估這些要求。
（b） AV 應(yīng)該與用戶安全互動(dòng)。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(yīng)安全管理故障模式，ADS 應(yīng)確保安全運(yùn)行狀態(tài)。在這兩個(gè)類別中使用仿真測試也是非常有希望的，但可能需要進(jìn)一步的研究工作。SIL 仿真測試可包括仿真故障和維護(hù)請求。HIL 和 VIL 仿真測試可用于評估系統(tǒng)對實(shí)際系統(tǒng)發(fā)生的實(shí)際故障的反應(yīng)。
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功能需求 |
SIL |
HIL |
VIL |
DIL |
SwR |
|---|---|---|---|---|---|
|
AV應(yīng)該安全駕駛 |
Y |
Y |
Y |
- |
Y |
|
AV應(yīng)該與用戶安全互動(dòng) |
Y |
Y |
Y |
Y |
- |
|
ADS應(yīng)管理安全關(guān)鍵情況 |
Y |
Y |
Y |
- |
Y |
|
ADS應(yīng)安全地管理故障模式 |
Y |
Y |
Y |
-- |
- |
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(shí)刺激的應(yīng)用以及測試項(xiàng)目。
|
仿真測試工具 |
軟件 |
硬件 |
交通工具 |
駕駛員 |
環(huán)境 |
|
感知 |
真實(shí)的 |
仿真 |
仿真 |
仿真 |
仿真 |
|
規(guī)劃與控制 |
真實(shí)的 |
仿真 |
仿真 |
仿真 |
仿真 |
|
全AV堆棧（SIL） |
真實(shí)的 |
仿真 |
仿真 |
仿真 |
仿真 |
|
全AV堆棧（HIL） |
真實(shí)的 |
真實(shí)的 |
仿真 |
仿真 |
仿真 |
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車輛在環(huán) |
真實(shí)的 |
真實(shí)的 |
真實(shí)的 |
仿真 |
仿真 |
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駕駛員在環(huán) |
仿真 |
仿真 |
仿真 |
真實(shí)的 |
仿真 |
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軟件再處理 |
真實(shí)的 |
仿真 |
- |
- |
真實(shí)的 |
|
試驗(yàn)場 |
真實(shí)的 |
真實(shí)的 |
真實(shí)的 |
真實(shí)的 |
- |
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真實(shí)世界測試 |
真實(shí)的 |
真實(shí)的 |
真實(shí)的 |
真實(shí)的 |
真實(shí)的 |
參考資料：
Proposal for a second iteration of the New Assessment/Test Method for Automated Driving
