作者：北斗（10年智能座艙及導航娛樂系統(tǒng)開發(fā)管理經(jīng)驗、3年自動駕駛產(chǎn)品化經(jīng)驗、5年自動駕駛模擬仿真測試環(huán)境構建經(jīng)驗）

伴隨自動駕駛技術的不斷發(fā)展，搭載自動駕駛系統(tǒng)的車輛也越來越多的出現(xiàn)在整車銷售市場上。自動駕駛技術日益成熟，對人們的駕乘體驗產(chǎn)生了巨大影響，無論從安全性、舒適性上，都有了不同程度的改善。

為了讓自動駕駛系統(tǒng)表現(xiàn)出更好的功能與性能水平，在自動駕駛系統(tǒng)開發(fā)過程中，系統(tǒng)級模擬仿真測試是必不可少，而且是至關重要的。如果說自動駕駛系統(tǒng)是汽車發(fā)展史上一塊金子，那么自動駕駛系統(tǒng)模擬仿真測試就是試金石。

本文對自動駕駛系統(tǒng)模擬仿真測試方法及流程進行介紹，完整梳理自動駕駛系統(tǒng)模擬仿真測試中要點，并從設計開發(fā)層面進行分析說明。

■自動駕駛系統(tǒng)模擬仿真測試：做什么（What？）

自動駕駛模擬仿真測試是基于模擬仿真測試場景構建的模擬仿真環(huán)境，運用有效的測試用例，對被測自動駕駛系統(tǒng)或系統(tǒng)組件（感知單元、決策單元、執(zhí)行單元），進行參數(shù)量化及效果確認的測試驗證方法。模擬仿真測試具備真實性、安全性、準確性等方面特點，已逐漸成為了自動駕駛汽車產(chǎn)業(yè)研發(fā)過程中不可或缺的一部。

圖1  自動駕駛系統(tǒng)三大系統(tǒng)組件

在自動駕駛系統(tǒng)開發(fā)流程中，主要測試包括：功能測試、模型在環(huán) (MIL)、軟件在環(huán)（SIL）、硬件在環(huán)（HIL）、車輛在環(huán)（VIL），實車道路測試等。測試涵蓋組件等級、系統(tǒng)等級以及產(chǎn)品產(chǎn)級，貫徹整個自動駕駛系統(tǒng)研發(fā)過程，而且各測試對開發(fā)的影響是相互聯(lián)系的，測試對象也是逐步升級，環(huán)環(huán)相扣密不可分的。其中大部分測試都涉及到模擬仿真測試的應用。

■自動駕駛系統(tǒng)模擬仿真測試：為什么做（Why？）

自動駕駛汽車的發(fā)展對汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展起到了顛覆性的影響作用。隨著自動駕駛技術的發(fā)展日趨成熟，市場對自動駕駛產(chǎn)品的期望也越來越高。這些需求給自動駕駛技術的發(fā)展提供動力的同時，也給自動駕駛產(chǎn)業(yè)帶來的更高要求。無論是可靠性、安全性，還是實用性、舒適性，都需要自動駕駛產(chǎn)品研發(fā)團隊進行全面準確的測試。

■自動駕駛系統(tǒng)模擬仿真測試：誰去做（Who？）

目前在自動駕駛汽車產(chǎn)業(yè)鏈中，涉及到產(chǎn)品系統(tǒng)測試的環(huán)節(jié)有很多，針對于使用者需求，對模擬仿真測試的應用角度和實施側重點也存在差異。

圖2  自動駕駛汽車產(chǎn)業(yè)鏈概要圖

自動駕駛系統(tǒng)研發(fā)團隊

首先是自動駕駛系統(tǒng)研發(fā)團隊，主要應用于系統(tǒng)研發(fā)階段的設計開發(fā)測試驗證。這個應用場景是模擬仿真測試應用最全面、最多樣的，基于研發(fā)測試需求，對測試用例進行針對性配置，以及反復的測試實施與調整應用。

自動駕駛汽車整車制造廠家

其次是自動駕駛汽車整車生產(chǎn)廠家，主要應用于整車量產(chǎn)階段的整車級功能及性能驗證，這個使用場景主要測試的是系統(tǒng)的功能效果，對自動駕駛系統(tǒng)與車輛進行匹配性驗證，同時也會應用到一些特定場景環(huán)境下，評估環(huán)境對整體自動駕駛系統(tǒng)的影響作用效果，如整車級EMC試驗等。

自動駕駛車輛相關檢測檢驗機構

最后是車輛相關檢測檢驗機構，主要應用于從法規(guī)要求角度出發(fā)的產(chǎn)品級測試驗證實驗。這個應用場景更側重于在已發(fā)布法規(guī)的標準測試用例條件下，進行部分明確要求的指標參數(shù)及功能效果的確認。對測試系統(tǒng)的配置要求基本固化，同時對系統(tǒng)環(huán)境的測試覆蓋范圍要求較高。

■自動駕駛系統(tǒng)模擬仿真測試：什么時候去做（When？）

前文提及，自動駕駛系統(tǒng)模擬仿真測試涵蓋組件等級、系統(tǒng)等級以及產(chǎn)品產(chǎn)級，貫徹整個自動駕駛系統(tǒng)研發(fā)過程，其主要實施測試時間點有如下幾個方面。

自動駕駛系統(tǒng)功能效果確認

自動駕駛系統(tǒng)由感知、決策、執(zhí)行三大部分構成，自動駕駛系統(tǒng)的開發(fā)其實可以看做針對這三大組件的系統(tǒng)集成開發(fā)。所有的設計開發(fā)都需要進行開發(fā)結果的確認，在這個時候，模擬仿真測試就可以得到切實的應用，這樣是其最基礎的應用。

自動駕駛系統(tǒng)不良問題解析

自動駕駛系統(tǒng)在開發(fā)過程中會遇到各種各樣的問題，在不良問題解析的過程中，一個可以反復穩(wěn)定再現(xiàn)問題場景的環(huán)境，無疑會對問題解析和對策起到?jīng)Q定性作用。在場景穩(wěn)定再現(xiàn)的應用需求方面，模擬仿真測試系統(tǒng)具備著先天優(yōu)勢，由于其場景是人工構建而成，場景中的要素可配置，更可以按照需求反復穩(wěn)定的重復再現(xiàn)，直到找出問題發(fā)生規(guī)律及真正原因。

■自動駕駛系統(tǒng)模擬仿真測試：何處做（Where？）

自動駕駛系統(tǒng)模擬仿真測試的實施是基于虛擬場景，所以其測試場所也不需要在真是道路中，更不需要真實的道路要素，比如行人、目標車輛等。因此測試的實施地點，僅僅需要滿足測試系統(tǒng)以及被測物可以被放置的空間要求即可，當然為了確保測試免受外界影響，應選擇相對封閉的室內空間。其實在模擬仿真測試系統(tǒng)應用中，很多測試系統(tǒng)都半永久的，甚至是臨時構建的可移動便攜系統(tǒng)，這也恰恰體現(xiàn)了模擬仿真測試的便利性特點。

■自動駕駛系統(tǒng)模擬仿真測試：怎樣做（How？）

自動駕駛汽車量產(chǎn)開發(fā)V模型開發(fā)流程，已經(jīng)被行業(yè)深度認可。V模型開發(fā)流程及方法也被廣泛應用在整車開發(fā)過程中。自動駕駛系統(tǒng)模擬仿真測試同樣是基于V模型開發(fā)流程基礎上實現(xiàn)的閉環(huán)測試方式，整個開發(fā)流程的每個環(huán)節(jié)步驟都有模擬仿真測試測應用。

圖3  自動駕駛模擬仿真測試在V模型開發(fā)流程中的應用

自動駕駛系統(tǒng)的開發(fā)是基于產(chǎn)品需求和系統(tǒng)規(guī)劃進行的，在明確的需求基礎上開展頂層設計以及模塊化設計，進而完成初步整體系統(tǒng)設計開發(fā)。系統(tǒng)初步設計開發(fā)完成后，系統(tǒng)的測試驗證工作需要基于開發(fā)流程進行逐級測試驗證。這些驗證就包含了多種測試方法，主要包括：模型在環(huán) (MIL)、軟件在環(huán)（SIL）、硬件在環(huán)（HIL）、車輛在環(huán)（VIL）等在環(huán)測試。

模型在環(huán)測試（MIL）

模型在環(huán)（MIL）， Model in the loop，針對各種系統(tǒng)涉及的模塊算法組件，在模型開發(fā)環(huán)境下進行模擬仿真驗證，同時通過針對性的測試用例，對模塊組件模型的功能需求，進行設計符合性驗證。在自動駕駛系統(tǒng)測試過程中，驗證控制算法模型是否準確地實現(xiàn)了功能需求是必要測試內容之一，而MIL是所有測試方式中最關鍵的。在測試應用中軟件工程師可以使用Simlink等開發(fā)環(huán)境進行驗證實施。

軟件在環(huán)測試（SIL）

軟件在環(huán)（SIL），Software in the loop，是出于對代碼自身正確性及生成過程中影響因素的考慮，我們針對已開發(fā)的算法自動生成的代碼，與算法模型的一致性進行驗證。這就是SIL，是一種等效性測試。測試的目的是驗證代碼與控制模型在所有功能上是否完全一致。SIL的基本原則一般是使用與MIL完全相同的測試用例輸入，將MIL的測試輸出結果與SIL的測試輸出結果進行對比，確認結果之間差異是否在許容差異范圍內。為了測試的高效性，有時甚至不接入被控對象模型，而是直接對算法模型和生成代碼進行相同的輸入，查看輸出是否一致。

硬件在環(huán)測試（HIL）

硬件在環(huán)（HIL），Hardware in the loop，是一個快速控制原型（RCP）的逆過程。基于真實的控制器硬件組件，搭配運行開發(fā)環(huán)境中的模擬被控對象，使其受控制于真實的控制器硬件組件，以此對控制器進行在環(huán)測試。提及HIL就不得不提及快速控制原型（RCP），RCP實際上是基于PC的硬件資源，應用模擬仿真開發(fā)環(huán)境，虛擬了一個原型控制器，在這個虛擬控制器中運行Simulink控制算法，并使用真實的被控對象進行驗證，實現(xiàn)控制算法的快速開發(fā)。

整車在環(huán)測試（VIL）

整車在環(huán)（VIL），Vehicle in the loop，VIL是將被測的自動駕駛系統(tǒng)搭載到真實車輛中，對自動駕駛系統(tǒng)架構中不同的感知單元，進行針對性感知模擬，配合實時模擬仿真控制，并基于模擬仿真交通場景，構建的一種系統(tǒng)級閉環(huán)測試系統(tǒng)平臺。測試系統(tǒng)可實現(xiàn)整車搭載狀態(tài)下的，多種ADAS功能驗證。系統(tǒng)基于多種復雜交通場景進行虛擬測試，實現(xiàn)真實系統(tǒng)、真實車輛狀態(tài)下的系統(tǒng)級測試驗證。

■ 總結

自動駕駛系統(tǒng)模擬仿真測試是基于產(chǎn)品測試需求，結合模擬仿真測試技術應用的測試手段。其根本目的是為了準確有效的把握被測系統(tǒng)的功能性能現(xiàn)狀，通過持續(xù)驗證改善對策，提升自動駕駛系統(tǒng)的功能覆蓋面和性能參數(shù)指標，所以。隨之自動駕駛技術的發(fā)展，自動駕駛系統(tǒng)模擬仿真測試方法及流程也會隨之更新迭代，并逐漸形成自動駕駛產(chǎn)品研發(fā)流程與自動駕駛測試方法手段的動態(tài)發(fā)展平衡，從而進一步促進自動駕駛產(chǎn)業(yè)更好的向前發(fā)展。