駕駛員在環(huán)是一種通過虛擬仿真的手段，利用動態(tài)駕駛員模擬器（駕艙）、環(huán)境視聽模擬設備及相關(guān)人車檢測設備重現(xiàn)“人-車-環(huán)境”在實際車輛駕駛中的相互作用的新型測試系統(tǒng)。駕駛員在環(huán)系統(tǒng)出現(xiàn)的歷史很久，但受制于仿真效果的真實性和系統(tǒng)重構(gòu)的完整度，其真正產(chǎn)生技術(shù)意義和商業(yè)價值的還在近年，同時Diver in loop也逐漸發(fā)展為X in loop(X指可以是整個系統(tǒng)中的任意部分和環(huán)節(jié))。DIL能究竟能做什么？這個問題我們從其構(gòu)成的角度來分析，DIL本身高度還原了駕駛（行駛）場景，理論上場景中的一切都有實際模型存在一一對應，這個模型可以是硬件，也可以是軟件，那么這個高度還原的系統(tǒng)中的每一個部分和環(huán)節(jié)，都是其可以開展研究的對象，研究的價值也是這部分在整個行駛環(huán)境中呈現(xiàn)出的特征和彼此關(guān)聯(lián)系統(tǒng)之間的交互關(guān)系，研究過程覆蓋了一個虛實結(jié)合的四維模型，并且這個四維模型中的一切可以編輯、可回放，甚至可超現(xiàn)實。所以，DIL真正的核心價值：基于高仿真度重構(gòu)系統(tǒng)的高效、柔性產(chǎn)品設計與驗證解決方案。



綜合來講

傳統(tǒng)汽車領域：往往利用該系統(tǒng)進行車輛性能的定義、標定和調(diào)教，尤其是底盤調(diào)教、車輛動力學系統(tǒng)的主觀評價，目前很多零部件廠家已經(jīng)利用DIL系統(tǒng)開展轉(zhuǎn)向、制動系統(tǒng)的硬件在環(huán)開發(fā)設計。隨著車輛動力學模型的不斷精確與完善，輪胎模型的開發(fā)也大量的應用；


工業(yè)設計領域：往往利用該系統(tǒng)進行整車人機交互系統(tǒng)（HMI）、后裝設備（如HUD、娛樂系統(tǒng)等）的測試，這塊主要偏向于主觀評價，近年來也有很多高校和研究機構(gòu)開展了車輛駕駛中的人因工程領域的研究，致力于人因分析研究和車內(nèi)駕駛員主動安全設備的研發(fā)；



自動駕駛領域：DIL系統(tǒng)的價值主要對自動駕駛系統(tǒng)的功能安全和極限性能、人機交互（人機協(xié)同共駕）、人機工程（自動駕駛系統(tǒng)舒適性）等方面開展研究和評價，目前全球范圍內(nèi)應用較少，處于探索性階段。由于自動駕駛的測試對于安全員（駕駛員）和測試環(huán)境的安全極具挑戰(zhàn)，存在風險較大，同時場景的構(gòu)建成本和測試成本也很高，所以DIL系統(tǒng)作為自動駕駛的驗證是一個非常有技術(shù)柔性和商業(yè)價值的開發(fā)測試平臺。圖片



1、數(shù)字孿生與映射

從本質(zhì)上講，DIL系統(tǒng)的構(gòu)建是一項逆向跟蹤過程，通過實時模型將真實物理系統(tǒng)進行最大程度的還原，通過對本構(gòu)模型的剖析或者觀測進行分解和建模，無論是通過物理模型還是經(jīng)驗模型的手段都以真實接近作為終極目標進行構(gòu)造。在此我們可以把這項工作總結(jié)為：映射，這也是一項數(shù)字孿生的工作。



映射的方式大致分為兩種：虛擬模型、實物在環(huán)。顧名思義，虛擬模型的映射是一種建立在認知程度上還原，仿真的還原度也取決于模型的水平。虛擬仿真大致也可以分為兩種方式：1、基于本構(gòu)原理的建模；2、基于經(jīng)驗或觀測的建模，當然也有半經(jīng)驗模型。簡單的理解，第一種是我們對于被在環(huán)系統(tǒng)高度認知后的建模，模型本身是反饋了系統(tǒng)本身的物理規(guī)律，模型也具有更好的柔性和可編輯性能，例如：車輛動力學模型，我們可以直接構(gòu)建函數(shù)進行描述；第二種是我們難以對模型本身的物理規(guī)律進行解析，不能科學化的建立準確的物理模型，抑或其本身是不易求解的非線性系統(tǒng)，例如：發(fā)動機的噪音模擬，往往我們要進行實際的采集建立和發(fā)動機工況的映射關(guān)系，而難以用函數(shù)來表達。

2、場景重構(gòu)與泛化

場景重構(gòu)是一個多仿真系統(tǒng)的協(xié)同工作，也是評價一個DIL系統(tǒng)集成和標定策略的核心。在設計過程中，我們重構(gòu)的是一個過程，就像一個電影片段，要考慮到場景中的所有交互因素。比如：車輛模型的匹配會對真實駕駛的體感帶來影響，在整車定義和設計方案驗證方面車輛模型的精確度尤為重要；環(huán)境畫面的真實度和視覺效果對于駕駛員進行判斷和操控影響很大，甚至是聲效的真實性、聲源的位置，在人機交互評價中這些感官通道模擬工作的精確度是實驗開展的前提。

測試場景對于駕駛員在環(huán)系統(tǒng)更像電影是劇本一樣，是驅(qū)動一個實驗的素材和資源，場景的質(zhì)量直接影響測試工作的效率和準確度。尤其在自動駕駛領域，場景是海量的也是無邊界的，這對于測試來講進行場景的篩選和設計很有價值。我們采集的場景數(shù)量是有限的，類別也是有限的，但通過已有的場景庫進行元素的拆解和組合，就可以形成新的場景，一定條件（AI）的泛化出我們需要的測試場景，這也是未來測試的一個方向。



3、有效域與交互邊界

在利用模擬器進行研發(fā)和測試時，對于模擬器本身性能和特性的理解是前提，要認知現(xiàn)有的系統(tǒng)能仿真哪些，能仿真到什么程度，有哪些是和真實不同的。必須將駕駛員與模擬器，模擬器與真實車輛之間的映射關(guān)系從主觀和客觀方面深度理解，找出模擬器的有效域，在有效域范圍內(nèi)進行實驗方案的設計和驗證，這樣也能最大程度的對于模擬器本身仿真失真的規(guī)避。尤其在HMI和車輛動態(tài)調(diào)教領域的研究，考慮到這個因素的虛實差異。

物理極限：模擬器因受限于空間和硬件而存在物理極限，物理極限的形成條件受多參數(shù)的關(guān)聯(lián)限制，例如運動平臺x、y、z、yaw、pitch、roll六個自由度的行程以及加速度。理論上講，行程是一個有界參數(shù)，是無法完全覆蓋真實車輛的運動工況域的，加速度可以是一個完全等效參數(shù)，可以覆蓋車輛的全工況。例如，目前高性能的多自由度運動平臺已經(jīng)可以達到2g以上的水平加速度和3g以上的垂向加速度，幾乎可以覆蓋各種性能汽車安全行駛的所有工況。同時，加速度與行程的關(guān)系可以用維持時間來約束和平衡。另外，頻率的帶寬也是另一個維度的物理性能，這一指標不僅對于運動的低頻機動性有影響，甚至還能關(guān)乎模擬器是不是能達到一定程度的舒適性評價的功能，包括一部分HVH的性能。然后，在物理性能域中行進最大保真度的動態(tài)效果還原，就是模擬器動態(tài)標定水平最重要的一步：motion cueing，這是集成和調(diào)試工作中的難點，因為模擬器不可能完全和真實動態(tài)效果一致，存在”一定程度還原“和”欺騙“的因素，比如給真實加速度打個折扣，或者通過座椅的背部氣囊來模擬加速推背感。

高性能運動平臺方案: 目前全球范圍內(nèi)有研發(fā)商用級別的高性能動態(tài)模擬器主流有以下圖中幾種，當然不能覆蓋所有的技術(shù)方案。電缸驅(qū)動的運動平臺作為主流的中低頻端驅(qū)動平臺，可單獨作為運動平臺，亦可與其他運動平臺做疊加和耦合。由于其水平方向的運動行程有限，高端的中大型模擬器往往會再耦合一個低頻的水平運動平臺，這個平臺負責x、y方向的運動以及水平面的轉(zhuǎn)動的補償，這部分目前主流有兩種方案，磁氣懸浮和長距軌道式，軌道式的理論講是無空間邊界，可以做到很大的尺寸。分層短距式也是一種更加有效利用空間的中型運動平臺方案，響應速度非常快。當然，更新的還有繩鎖和輪式平臺的方案，目前應用很少。



4、探究與創(chuàng)新

駕駛模擬器作為整車虛擬開發(fā)的平臺，或是方法，不僅能加快研發(fā)周期、加快設計迭代速度，也使得實時調(diào)教、危險場景測試、海量高速測試等等傳統(tǒng)路測難易實現(xiàn)的事情變的簡單，甚至是超現(xiàn)實場景的構(gòu)建。模擬器真正的價值也越來越凸顯：對現(xiàn)實和未來重構(gòu)、設計與創(chuàng)新。