自动驾驶仿真蓝皮书2019修改版_现有的仿真测试软件现状

第4章现有的仿真测试软件现状

4.1典型自动驾驶仿真软件分类与发展变化情况

随着ADAS和自动驾驶的发展，仿真软件也经历了几个发展阶段。早期的仿真软件主要关注点在车辆本身，主要是动力学仿真为主，用来在车辆开发的过程中对整车的动力，稳定性，制动等进行仿真，如CarSim。伴随着各种ADAS功能的开发， 供简单道路环境，可编辑的对手车，行人，和简单完美传感器模型的辅助ADAS开发的仿真软件开始出现，比如Prescan。这时候的仿真软件一般都运行在单机，主要关注功能的验证，并不对场景和传感器的真实程度有太高的要求。随着以Waymo为代表的一系列目标为L4级别自动驾驶的初创公司的成立和取得突破性进展，尤其是以Waymo自建的Carcraft仿真环境在补充实际路测中取得的重要作用日益被大家认识到，出现了一批以使用高精地图，真实数据回放，以至于使用游戏引擎进行高真实感虚拟环境重建的仿真平台，既有各种初创公司的商业化产品，也有大的自动驾驶公司的内建平台，传统的从事动力学仿真和ADAS仿真测试工具链的公司也通过合作，收购，自研的方式构建更加符合未来自动驾驶对大量真实场景，大规模并行案例测试的需要。

现在的自动驾驶仿真系统的构成已经很复杂，各个仿真软件都有各自的优势和研发的重点，搭建一个完整的仿真系统也越来越需要多个软件互相之间的配合。典型的自动驾驶仿真平台要包括：

1)根据真实路网或高精地图搭建或生成大规模虚拟场景的道路环境模块

2)根据实际路侧数据，或者是参数化交通模型生成测试场景的交通模块

3)仿真各种传感器，包括摄像头，激光雷达，毫米波雷达，GPS，超声波雷

达，IMU的模块，既可以 供原始数据，也可以 供真值。

4)车辆动力学模型，可以根据ADAS或者自动驾驶系统的输入，结合路面特性

对车辆本身进行仿真，完成闭环的测试。

5)分布式案例存储和运行平台，可以通过添加硬件的方式大幅 高自动驾驶

测试的里程数。

6)对接ADAS和自动驾驶系统的丰富的接口，以及和ECU，传感器进行HIL

测试的设备。

4.2典型自动驾驶仿真软件介绍

这里会对典型的自动驾驶仿真软件进行介绍，既包括传统的动力学仿真软

件，也包括较新的来自于国内外初创公司的仿真产品，还有相关的用作交通仿真

的商业软件。

4.2.1CarSim

CarSim,还有相关的TruckSim和BikeSim是MechanicalSimulation公司开发的强大的动力学仿真软件，被世界各国的主机厂和供应商所广泛使用。CarSim针对四轮汽车，轻型卡车，TruckSim针对多轴和双轮胎的卡车，BikeSim针对两轮摩托车。CarSim是一款整车动力学仿真软件，主要从整车角度进行仿真，它内建了相当数量的车辆数学模型，并且这些模型都有丰富的经验参数，用户可以快速使用，免去了繁杂的建模和调参的过程。CarSim模型在计算机上运行的速度可以比实时快10倍，可以仿真车辆对驾驶员控制，3D路面及空气动力学输入的响应，模拟结果高度逼近真实车辆，主要用来预测和仿真汽车整车的操纵稳定性、制动性、平顺性、动力性和经济性。CarSim自带标准的Matlab/Simulink接口，可以方便的与Matlab/Simulink进行联合仿真，用于控制算法的开发，同时在仿真时可以产生大量数据结果用于后续使用Matlab或者Excel进行分析或可视化。CarSim同时 供了RT版本，可以支持主流的HIL测试系统，如dSpace和NI的系统，方便的联合进行HIL仿真。

图4-1CarSim的运行界面

CarSim也有ADAS相关功能的支持，可以构建参数化的道路模型，200个以上的运动的交通物体，使用脚本或者通过Simulink外部控制它们的运动，同时添加最多99个传感器，对运动和静止的物体进行检测。最近的CarSim版本在ADAS和自动驾驶开发方面进行了加强，添加了更多的3D资源，如交通标识牌，行人等，以及高精地图的导入流程。同时CarSim也 供了一个Unreal引擎插件，可以和

Unreal引擎进行联合仿真。

4.2.2CarMaker

Carmaker，还有相关的TruckMaker和MotorcycleMaker是德国IPG公司推出的动力学，ADAS和自动驾驶仿真软件。Carmaker首先是一个优秀的动力学仿真软件， 供了精准的车辆本体模型（发动机、底盘、悬架、传动、转向等），除此之外，Carmaker还打造了包括车辆，驾驶员，道路，交通环境的闭环仿真系统。

IPGRoad：可以模拟多车道、十字路口等多种形式的道路，并可通过配置GUI生成锥形、圆柱形等形式的路障。可对道路的几何形状以及路面状况(不平度、粗糙度)进行任意定义。

IPGTraffic：是交通环境模拟工具， 供丰富的交通对象(车辆、行人、路标、交通灯、道路施工建筑等)模型。可实现对真实交通环境的仿真。测试车辆可识别交通对象并由此进行动作触发(如限速标志可触发车辆进行相应的减速动作)。

IPGDriver：先进的、可自学习的驾驶员模型。可控制在各种行驶工况下的车辆，实现诸如上坡起步、入库泊车以及甩尾反打方向盘等操作。并能适应车辆的

动力特性(驱动形式、变速箱类型等)、道路摩擦系数、风速、交通环境状况，调

整驾驶策略。

CarMaker作为平台软件，可以与很多第三方软件进行集成，如ADAMS、AVL Cruise、rFpro等，可利用各软件的优势进行联合仿真。同时CarMaker配套的硬件， 供了大量的板卡接口，可以方便的与ECU或者传感器进行HIL测试。

图4-2Carmaker正在运行仿真测试

4.2.3PreScan

PreScan是由TassInternational研发的一款ADAS测试仿真软件，2017年8月被西门子收购。PreScan是一个模拟平台，由基于GUI的、用于定义场景的预处理器和用于执行场景的运行环境构成。工程师用于创建和测试算法的主要界面包括MATLAB 和Simulink。PreScan可用于从基于模型的控制器设计(MIL)到利用软件在环(SIL)和硬件在环(HIL)系统进行的实时测试等应用。PreScan可在开环、闭环以及离线和在线模式下运行。它是一种开放型软件平台，其灵活的界面可连接至第三方的汽车动力学模型（例如：CarSIM和dSPACEASM）和第三方的HIL模拟器/硬件（例如：ETAS、dSPACE和Vector）。Prescan由多个模块组成，使用起来主要分为四个步骤:搭建场景、添加传感器、添加控制系统、运行仿真。

场景搭建:PreScan 供一个强大的图形编辑器，用户可以使用道路分段，包括交通标牌，树木和建筑物的基础组件库，包括机动车，自行车和行人的交通参与者库，修改天气条件（如雨，雪和雾）以及光源（如太阳光，大灯和路灯）来构建丰富的仿真场景。新版的PreScan也支持导入OpenDrive格式的高精地图，用来建立更加真实的场景。

添加传感器:PreScan支持种类丰富的传感器，包括理想传感器，V2X传感器，激光雷达，毫米波雷达，超声波雷达，单目和双目相机，鱼眼相机等。用户可以

根据自己的许要进行添加。