“我們希望從一個閉環(huán)可控的范圍，逐步擴(kuò)展到車路協(xié)同，到智慧大腦，逐步形成一個完善的物理信息系統(tǒng)升級，從而把仿真這項汽車行業(yè)的傳統(tǒng)技術(shù)，隨著5G的應(yīng)用，擴(kuò)展到更大、更廣闊的領(lǐng)域?！?/p>

　　9月25日晚，在《中國汽車報》與廣州智能網(wǎng)聯(lián)汽車示范區(qū)運營中心聯(lián)合推出的“2020智能網(wǎng)聯(lián)汽車精品課”第30講中，當(dāng)家移動綠色互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)集團(tuán)有限公司（51WORLD）車輛與交通事業(yè)部總經(jīng)理張帆如是說。他以“汽車自動駕駛仿真技術(shù)”為主題，詳細(xì)分析了汽車自動駕駛仿真技術(shù)的必要性和實際應(yīng)用，以及當(dāng)前所面臨的重要機(jī)遇和挑戰(zhàn)。

　　?以仿真減少新技術(shù)應(yīng)用風(fēng)險

　　為何仿真測試如此重要？張帆介紹道，根據(jù)國際自動機(jī)工程師學(xué)會（SAE）的自動駕駛分級標(biāo)準(zhǔn)，從L3開始AI將替代駕駛員成為駕駛責(zé)任主體，車輛將面對復(fù)雜的交通、環(huán)境與數(shù)據(jù)；車輛具備更強(qiáng)也更復(fù)雜的感知、決策、通訊與計算能力，對駕駛的安全性提出更高要求，“仿真測試是針對安全性的一個最基本的保障工具?！?/p>

　　張帆具體解釋道，車輛面臨多方面風(fēng)險，例如算法、復(fù)雜環(huán)境、功能失效、人機(jī)交互等；未來5~10年自動駕駛技術(shù)的進(jìn)步會要求車輛有不斷測試更新的能力；車型開發(fā)將從基于功能的測試轉(zhuǎn)向基于場景的測試，自動駕駛行為存在未知的潛在風(fēng)險，而仿真測試可以使之更快顯露出來。

　　此外，針對高速代駕（HWC）、高速擁堵（TJC）、自動泊車（AVP）等自動駕駛功能，各車企規(guī)劃2020~2025年間落地?！坝捎谄嚠a(chǎn)品研發(fā)的技術(shù)準(zhǔn)備有前置性特點，當(dāng)前正是開發(fā)與測試能力的關(guān)鍵構(gòu)建期，迫切需要仿真能力以減少未來新技術(shù)應(yīng)用對產(chǎn)品安全帶來的風(fēng)險挑戰(zhàn)?！睆埛赋?，通過仿真，可減少樣車數(shù)量，規(guī)避開發(fā)風(fēng)險，控制開發(fā)周期。

　　事實上，仿真并不是一個新事物。張帆介紹，我國從60年代開始使用仿真工具，而在汽車領(lǐng)域，從70年代開始應(yīng)用商業(yè)化仿真軟件，例如機(jī)械仿真、動力學(xué)仿真、熱力學(xué)仿真，到90年代進(jìn)行電器仿真，2010年左右升級到傳感器仿真，目前是環(huán)境場景仿真、交通流仿真。

　　具體到汽車自動駕駛仿真系統(tǒng)，可分為傳感器/ V2X 通訊仿真、車輛動力學(xué)仿真、環(huán)境與場景庫仿真、交通流與智能體仿真、感知決策訓(xùn)練與系統(tǒng)測試評價、XiL在環(huán)測試。

　　?仿真與實測互為補(bǔ)充

　　據(jù)了解，仿真測試的開發(fā)流程與應(yīng)用包括：功能需求、系統(tǒng)架構(gòu)及性能指標(biāo)定義；軟硬件安全功能冗余設(shè)計；智駕域控制器軟、硬件設(shè)計；定位、感知融合、控制及決策規(guī)劃算法開發(fā)；系統(tǒng)標(biāo)定與評價。

　　“仿真測試與實測驗證互為補(bǔ)充，缺一不可?！睆埛赋觯栽O(shè)計運行區(qū)域（ODD）為例，L3擁有廣泛的運行工況，不太可能一一實測，這時可借助仿真測試找到車輛運行邊界，而后指導(dǎo)實測，以驗證車輛是否在真實情況下滿足了設(shè)計功能。

　　那么，仿真如何接入自動駕駛系統(tǒng)？“有兩種軟件在環(huán)的方式。一是決策控制閉環(huán)測試，將虛擬環(huán)境感知到的真值傳給算法，算法引導(dǎo)車輛控制，將信號傳給車輛動力學(xué)，形成閉環(huán)響應(yīng)，從而完成測試案例的虛擬運算。二是感知決策控制閉環(huán)測試，帶感知的物理信號傳給感知的算法，感知到融合，定位到?jīng)Q策規(guī)劃，再到控制，這是一個更全面的帶感知決策的方式?！彼f。

　　據(jù)介紹，將仿真接入自動駕駛系統(tǒng)后，整體的仿真測試流程分為三步，一是數(shù)據(jù)的處理和編輯，這是一個實驗設(shè)置編輯的過程；二是仿真運行，這是一個計算的過程；三是評價報告，這是一個分析的過程。

　　?傳感器仿真是重中之重

　　雖然仿真測試的工作流程看似簡單，但還有不少需要注意的地方?！皞鞲衅鞣抡媸侵刂兄亍！睆埛珡?qiáng)調(diào)，主要分三步，一是建模和參數(shù)的標(biāo)定，二是建立不同的傳感器模型，三是對整個傳感器性能的評價。

　　以攝像頭為例，首先是建模，基于環(huán)境物體的幾何空間信息構(gòu)建對象的三維模型，并根據(jù)物體的真實材質(zhì)與紋理，通過計算機(jī)圖形學(xué)對三維模型添加顏色與光學(xué)屬性等。其次是標(biāo)定，使用車輛常用的攝像頭在實驗室做色彩還原標(biāo)定。之后進(jìn)行攝像頭在環(huán)測試。

　　再看激光雷達(dá)仿真，其思路是參照真實激光雷達(dá)的掃描方式，模擬每一條真實雷達(dá)射線的發(fā)射，與場景中所有物體求交?！爱?dāng)有攝像頭仿真和激光雷達(dá)仿真時，可將兩個數(shù)據(jù)同時輸出，做一些融合性的感知算法的訓(xùn)練和檢測。”他說。

　　除了上述傳感器的仿真外，還需要對靜態(tài)場景進(jìn)行仿真和還原，用OpenDRIVE地圖處理編輯工具鏈，有實際采集真實測試場高精地圖和使用工具制作純虛擬地圖兩種方式。

　　動態(tài)場景則比較復(fù)雜。動態(tài)場景數(shù)據(jù)來源有四種：道路傳感器、車載傳感器、無人機(jī)/高點、駕駛模擬器，之后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，保證大量數(shù)據(jù)能以自動化的方式進(jìn)入仿真系統(tǒng)。具體來看，動態(tài)場景的構(gòu)建方法有三種，一是基于真實案例數(shù)據(jù)構(gòu)建，二是基于微觀交通仿真系統(tǒng)構(gòu)建，三是基于真實案例數(shù)據(jù)的泛化構(gòu)建。

　　除了靜態(tài)和動態(tài)場景，還有規(guī)?；瘓鼍暗脑品抡鏈y試。張帆介紹道，云端仿真架構(gòu)分為四層，最底層是服務(wù)于存儲和計算的硬件服務(wù)層；之上是數(shù)據(jù)層，放置有地圖數(shù)據(jù)、場景數(shù)據(jù)、報告數(shù)據(jù)等；再往上是服務(wù)層，可以進(jìn)行大數(shù)據(jù)處理服務(wù)、可視化渲染服務(wù)等；最上層是應(yīng)用層，進(jìn)行數(shù)據(jù)準(zhǔn)備、仿真運行和測試評價。

　　“仿真的本質(zhì)是數(shù)學(xué)模型的計算，這就必須考慮精度問題，關(guān)鍵在于其能否代表真實系統(tǒng)?！?張帆表示，仿真系統(tǒng)的可信性可以通過校核與驗證加以測量，通過確認(rèn)來正式地加以認(rèn)證，這個過程就是仿真系統(tǒng)的校核、驗證與確認(rèn)，即VV&A。VV&A有6條指導(dǎo)規(guī)范，分別是相對正確的原則、必要不充分原則、全局性原則、創(chuàng)造性原則、良好計劃和記錄原則、數(shù)據(jù)正確性原則。

　　從實際應(yīng)用來看，在仿真環(huán)境中，可以進(jìn)行真實案例還原、基于駕駛員行為的多車互動測試、行為預(yù)測與風(fēng)險評估研究。

　　?數(shù)字孿生測試進(jìn)入測試場

　　未來前景方面，在張帆看來，國家發(fā)改委、工信部、科技部等11部門于今年2月聯(lián)合發(fā)布的《智能汽車創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略》（以下簡稱《戰(zhàn)略》）為仿真技術(shù)提供了很大發(fā)展機(jī)會。

　　《戰(zhàn)略》中提出要突破關(guān)鍵基礎(chǔ)技術(shù)，例如復(fù)雜環(huán)境感知、智能決策控制、人機(jī)交互及人機(jī)共駕、車路交互等，而虛擬仿真顯然是研發(fā)的必備實驗工具之一。《戰(zhàn)略》提出完善測試評價技術(shù)，并提及“重點研發(fā)虛擬仿真、軟硬件結(jié)合仿真”，這意味著，虛擬仿真也是一個評價工具，最明確的應(yīng)用就是智能汽車的驗證測試評價。《戰(zhàn)略》還提出“開展關(guān)鍵軟硬件功能性、可靠性、安全性認(rèn)證”，這樣一來，企業(yè)“自評估”+“報備”+“第三方技術(shù)檢驗”成為虛擬仿真測試的剛需驅(qū)動。

　　當(dāng)前，5G、車聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)方興未艾，一些大型測試場已經(jīng)開始部署數(shù)字孿生測試技術(shù)，即在實車測試場景中對測試進(jìn)行全過程信號虛擬注入，以整車在環(huán)方式將車輛實時狀態(tài)數(shù)據(jù)實時反饋到虛擬場景控制器，從而實現(xiàn)自動駕駛車輛在真實道路上進(jìn)行虛擬場景測試。

　　“數(shù)字孿生測試將仿真從計算機(jī)，從系統(tǒng)的硬件在環(huán)帶到了測試場，帶到了一個更大、更廣闊的領(lǐng)域。不久的將來，或許是今年或明年，仿真將從在環(huán)測試逐步走向運營監(jiān)控；范圍會更大，從實驗室走向測試場，從測試場走向開放道路；智能化程度更高，從單車仿真走向多車交互，從多車交互走向車路協(xié)同云控?！睆埛硎?。

　　他還指出，我國要實現(xiàn)“制造強(qiáng)國”，必須擁有自主可控的工業(yè)軟件，而計算機(jī)仿真技術(shù)是我國智能制造技術(shù)鏈的根基之一。

　　?精彩問答

　　在講座之后，張帆還與網(wǎng)友進(jìn)行了問答互動。記者擷取精華，以饗讀者。

　　Q：目前仿真技術(shù)最高可用于什么級別的自動駕駛？

　　A：從L3到L5，仿真可以支持所有級別的自動駕駛開發(fā)和測試。自動駕駛的仿真，除了包含對車輛自身技術(shù)的仿真外，還有運行環(huán)境的仿真，例如社會車輛、行人行為、建筑物、天氣等。一個完整的仿真平臺，需要有場景仿真、交通流仿真、傳感器仿真，以及對車輛測試在環(huán)能力的兼容，對車輛算法的并行計算與加速能力的技術(shù)。仿真平臺需要有較為容易接入自動駕駛平臺的能力，形成基于測試的閉環(huán)，以支持車輛的持續(xù)迭代開發(fā)和優(yōu)化。

　　我們認(rèn)為，自動駕駛的仿真是一項共性技術(shù)，除了支持自動駕駛的各級別研發(fā)外，未來還會應(yīng)用在車路協(xié)同的交通仿真、無人機(jī)仿真、機(jī)器人通用技術(shù)仿真等多個領(lǐng)域。

　　Q：仿真技術(shù)在自動駕駛的安全標(biāo)準(zhǔn)制定方面可以起到哪些作用？

　　A：安全包含三方面：車輛安全、交通安全和信息安全，而仿真都可以起到幫助和測試指導(dǎo)作用。仿真技術(shù)可以解決那些在測試場和真實道路環(huán)境下無法測試的案例及場景，是安全標(biāo)準(zhǔn)測試制定中的一個必要選項，也是真實測試的互補(bǔ)選項。

　　Q：仿真技術(shù)還存在哪些不足之處和待解難題？

　　A：難點主要有三方面。一是如何保證仿真場景的真實性？我們認(rèn)為，需要虛擬空間與真實場地的數(shù)字映射，如果對虛擬仿真和真實測試進(jìn)行貫通性管理，形成數(shù)字孿生的開發(fā)體系，可以很好地保證仿真的真實性。

　　二是仿真場景的標(biāo)準(zhǔn)化問題。我們在定義標(biāo)準(zhǔn)時需要兼顧測試的目標(biāo)、環(huán)境和效率，目前主流的場景標(biāo)準(zhǔn)有：基于功能的測試描述、基于場景的測試描述、基于真實世界危險案例的測試描述。

　　三是數(shù)據(jù)接口的統(tǒng)一與工具接口的互通化問題。目前很多算法采用不同的語言和運行環(huán)境，同時智能硬件通訊和設(shè)備接口、傳輸方式也產(chǎn)生了很大差異，相當(dāng)于我們沒有統(tǒng)一的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)和通用的通訊標(biāo)準(zhǔn)，這樣一來，一些測試工具無法接入不同的測試數(shù)據(jù)和硬件。這會對未來測試造成較大困擾。

　　總體來講，仿真技術(shù)是自主研發(fā)的通用型基礎(chǔ)工具，我們相信，隨著國家重點項目支持，隨著全行業(yè)對自動駕駛技術(shù)和仿真的不斷投入，以及工程人員的技術(shù)創(chuàng)新實踐，以上難點都會在未來迎刃而解。

　　編輯：齊萌

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