7大國(guó)內(nèi)外自動(dòng)駕駛仿真平臺(tái)匯總

自動(dòng)駕駛汽車在真正商業(yè)化應(yīng)用前，需要經(jīng)歷大量的道路測(cè)試才能達(dá)到商用要求。采用路測(cè)來(lái)優(yōu)化自動(dòng)駕駛算法耗費(fèi)的時(shí)間和成本太高，且開(kāi)放道路測(cè)試仍受到法規(guī)限制，極端交通條件和場(chǎng)景復(fù)現(xiàn)困難，測(cè)試安全存在隱患。目前，自動(dòng)駕駛仿真測(cè)試已經(jīng)被行業(yè)廣泛接受, 自動(dòng)駕駛算法測(cè)試大約 90% 通過(guò)仿真平臺(tái)完成，9% 在測(cè)試場(chǎng)完成，1% 通過(guò)實(shí)際路測(cè)完成。

要想自動(dòng)駕駛的仿真平臺(tái)能實(shí)際為自動(dòng)駕駛的路測(cè)發(fā)揮出相應(yīng)的能力，必須要具備幾種核心能力：真實(shí)還原測(cè)試場(chǎng)景、高效利用路采數(shù)據(jù)生成仿真場(chǎng)景、云端大規(guī)模并行加速等，使得仿真測(cè)試滿足自動(dòng)駕駛感知、決策規(guī)劃和控制全棧算法的閉環(huán)。目前包括科技公司、車企、自動(dòng)駕駛方案解決商、仿真軟件企業(yè)、高校及科研機(jī)構(gòu)等主體都在積極投身虛擬仿真平臺(tái)的建設(shè)，相信在不久的未來(lái)將會(huì)對(duì)自動(dòng)駕駛的商業(yè)化落地產(chǎn)生重要的推進(jìn)作用。

本文將帶領(lǐng)讀者梳理一下7大國(guó)內(nèi)外較著名的自動(dòng)駕駛仿真軟件平臺(tái)。

PreScan

PreScan是西門子公司旗下汽車駕駛仿真軟件產(chǎn)品，Prescan是以物理模型為基礎(chǔ)，開(kāi)發(fā)ADAS和智能汽車系統(tǒng)的仿真平臺(tái)。支持攝像頭、雷達(dá)、激光雷達(dá)、GPS，以及V2V/V2I車車通訊等多種應(yīng)用功能的開(kāi)發(fā)應(yīng)用。PreScan基于MATLAB仿真平臺(tái)，主要用于（ADAS）汽車高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)和無(wú)人自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的仿真模擬軟件，其包括多種基于雷達(dá)，攝像頭，激光雷達(dá)，GPS，V2V和V2I車輛/車路通訊技術(shù)的智能駕駛應(yīng)用。支持模型在環(huán)（MIL），實(shí)時(shí)軟件在環(huán)（SiL），硬件在環(huán)（HiL）等多種使用模式。

Prescan由多個(gè)模塊組成， 使用起來(lái)主要分為四個(gè)步驟: 搭建場(chǎng)景、添加傳感器、 添加控制系統(tǒng)、 運(yùn)行仿真。

場(chǎng)景搭建: PreScan 提供一個(gè)強(qiáng)大的圖形編輯器，用戶可以使用道路分段， 包括交通標(biāo)牌， 樹(shù)木和建筑物的基礎(chǔ)組件庫(kù)，包括機(jī)動(dòng)車， 自行車和行人的交通參與者庫(kù)，修改天氣條件(如雨， 雪和霧) 以及光源(如太陽(yáng)光，大燈和路燈) 來(lái)構(gòu)建豐富的仿真場(chǎng)景。新版的PreScan也支持導(dǎo)入OpenDrive格式的高精地圖，用來(lái)建立更加真實(shí)的場(chǎng)景。

添加傳感器: PreScan 支持種類豐富的傳感器，包括理想傳感器， V2X傳感器，激光雷達(dá)，毫米波雷達(dá)， 超聲波雷達(dá)， 單目和雙目相機(jī)， 魚眼相機(jī)等。用戶可以根據(jù)自己的需要進(jìn)行添加。

添加控制系統(tǒng): 可以通過(guò)MATLAB/ Simulink 建立控制模型，也可以和第三方動(dòng)力學(xué)仿真模型(如 CarSim，VI-Grade,dSpace ASM 的車輛動(dòng)力學(xué)模型)進(jìn)行閉環(huán)控制。

運(yùn)行實(shí)驗(yàn):3D 可視化查看器允許用戶分析實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，同時(shí)可以提供圖片和動(dòng)畫生成功能。此外， 使用ControlDesk和LabView的界面可以用來(lái)自動(dòng)運(yùn)行實(shí)驗(yàn)批次的場(chǎng)景以及運(yùn)行硬件在環(huán)模擬。

CarMaker

Carmaker，還有相關(guān)的 TruckMaker和MotorcycleMaker是德國(guó)IPG公司推出的動(dòng)力學(xué)，ADAS和自動(dòng)駕駛仿真軟件。Carmaker首先是一個(gè)優(yōu)秀的動(dòng)力學(xué)仿真軟件，提供了精準(zhǔn)的車輛本體模型(發(fā)動(dòng)機(jī)、 底盤、 懸架、傳動(dòng)、 轉(zhuǎn)向等) ，除此之外， Carmaker還打造了包括車輛，駕駛員，道路，交通環(huán)境的閉環(huán)仿真系統(tǒng)。

IPG Traffic：是交通環(huán)境模擬工具， 提供豐富的交通對(duì)象(車輛、 行人、 路標(biāo)、交通燈、 道路施工建筑等) 模型?？蓪?shí)現(xiàn)對(duì)真實(shí)交通環(huán)境的仿真。測(cè)試車輛可識(shí)別交通對(duì)象并由此進(jìn)行動(dòng)作觸發(fā)(如限速標(biāo)志可觸發(fā)車輛進(jìn)行相應(yīng)的減速動(dòng)作)。

IPG Driver：先進(jìn)的、 可自學(xué)習(xí)的駕駛員模型?？煽刂圃诟鞣N行駛工況下的車輛， 實(shí)現(xiàn)諸如上坡起步、 入庫(kù)泊車以及甩尾反打方向盤等操作。并能適應(yīng)車輛的動(dòng)力特性(驅(qū)動(dòng)形式、 變速箱類型等) 、 道路摩擦系數(shù)、 風(fēng)速、 交通環(huán)境狀況， 調(diào)整駕駛策略。

CarMaker 作為平臺(tái)軟件， 可以與很多第三方軟件進(jìn)行集成， 如 ADAMS、 AVLCruise、 rFpro 等， 可利用各軟件的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行聯(lián)合仿真。同時(shí) CarMaker 配套的硬件，提供了大量的板卡接口， 可以方便的與 ECU 或者傳感器進(jìn)行 HIL 測(cè)試。

CarSim

CarSim, 還有相關(guān)的 TruckSim 和 BikeSim 是 Mechanical Simulation 公司開(kāi)發(fā)的強(qiáng)大的動(dòng)力學(xué)仿真軟件， 被世界各國(guó)的主機(jī)廠和供應(yīng)商所廣泛使用。CarSim 針對(duì)四輪汽車， 輕型卡車，TruckSim 針對(duì)多軸和雙輪胎的卡車，BikeSim 針對(duì)兩輪摩托車。CarSim 是一款整車動(dòng)力學(xué)仿真軟件， 主要從整車角度進(jìn)行仿真，它內(nèi)建了相當(dāng)數(shù)量的車輛數(shù)學(xué)模型， 并且這些模型都有豐富的經(jīng)驗(yàn)參數(shù)，用戶可以快速使用，免去了繁雜的建模和調(diào)參的過(guò)程。

CarSim 模型在計(jì)算機(jī)上運(yùn)行的速度可以比實(shí)時(shí)快 10 倍，可以仿真車輛對(duì)駕駛員控制，3D 路面及空氣動(dòng)力學(xué)輸入的響應(yīng)，模擬結(jié)果高度逼近真實(shí)車輛，主要用來(lái)預(yù)測(cè)和仿真汽車整車的操縱穩(wěn)定性、制動(dòng)性、平順性、動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性。CarSim 自帶標(biāo)準(zhǔn)的 Matlab/Simulink 接口，可以方便的與 Matlab/Simulink 進(jìn)行聯(lián)合仿真，用于控制算法的開(kāi)發(fā)，同時(shí)在仿真時(shí)可以產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)結(jié)果用于后續(xù)使用 Matlab 或者 Excel 進(jìn)行分析或可視化。CarSim 同時(shí)提供了 RT 版本，可以支持主流的 HIL 測(cè)試系統(tǒng)，如 dSpace 和 NI 的系統(tǒng)，方便的聯(lián)合進(jìn)行 HIL 仿真。

VIRES VTD

VTD (VirtualTest Drive)是德國(guó) VIRES公司開(kāi)發(fā)的一套用于ADAS，主動(dòng)安全和自動(dòng)駕駛的完整模塊化仿真工具鏈。VIRES已經(jīng)于2017年被MSC軟件集團(tuán)收購(gòu)。VTD目前運(yùn)行于Linux平臺(tái)，它的功能覆蓋了道路環(huán)境建模、 交通場(chǎng)景建模、天氣和環(huán)境模擬、 簡(jiǎn)單和物理真實(shí)的傳感器仿真、場(chǎng)景仿真管理以及高精度的實(shí)時(shí)畫面渲染等。可以支持從SIL到HIL和VIL的全周期開(kāi)發(fā)流程，開(kāi)放式的模塊式框架可以方便的與第三方的工具和插件聯(lián)合仿真。VIRES也是廣泛應(yīng)用的自動(dòng)駕駛仿真開(kāi)放格式OpenDrive,OpenCRG和OpenScenario的主要貢獻(xiàn)者，VTD的功能和存儲(chǔ)也依托于這些開(kāi)放格式。VTD的仿真流程主要由路網(wǎng)搭建，動(dòng)態(tài)場(chǎng)景配置， 仿真運(yùn)行三個(gè)步驟組成。

VTD 提供了圖形化的交互式路網(wǎng)編輯器RoadNetwork Editor (ROD)，在使用各種交通元素構(gòu)建包含多類型車道復(fù)雜道路仿真環(huán)境的同時(shí)，可以同步生成 OpenDrive高精地圖。

在動(dòng)態(tài)場(chǎng)景的建立上，VTD提供了圖形化的交互式場(chǎng)景編輯器ScenarioEditor，提供了在 OpenDrive基礎(chǔ)上添加用戶自定義行為控制的交通體，或者是某區(qū)域連續(xù)運(yùn)行的交通流。

無(wú)論是SIL，還是 HIL，無(wú)論是實(shí)時(shí)還是非實(shí)時(shí)的仿真， 無(wú)論是單機(jī)還是高性能計(jì)算的環(huán)境，VTD都提供了相應(yīng)的解決方案。VTD運(yùn)行時(shí)可模擬實(shí)時(shí)高質(zhì)量的光影效果及路面反光、車身渲染、 雨雪霧天氣渲染、 傳感器成像渲染、大燈光視覺(jué)效果等。

PTV Vissim

Vissim是德國(guó)PTV公司提供的一款世界領(lǐng)先的微觀交通流仿真軟件。Vissim可以方便的構(gòu)建各種復(fù)雜的交通環(huán)境，包括高速公路，大型環(huán)島，停車場(chǎng)等，也可以在一個(gè)仿真場(chǎng)景中模擬包括機(jī)動(dòng)車，卡車，有軌交通和行人的交互行為。它是專業(yè)的規(guī)劃和評(píng)價(jià)城市和郊區(qū)交通設(shè)施的有效工具，也可以用來(lái)仿真局部緊急情況交通的影響，大量行人的疏散等。

Vissim的仿真可以達(dá)到很高的精度，包括微觀的個(gè)體跟馳行為和變道行為，以及群體的合作和沖突。Vissim內(nèi)置了多種分析手段，既能獲得不同情況下的多種具體數(shù)據(jù)結(jié)果，也可以從高質(zhì)量的三維可視化引擎獲得直觀的理解。無(wú)人駕駛算法也可以通過(guò)接入Vissim的方式使用模擬的高動(dòng)態(tài)交通環(huán)境進(jìn)行仿真測(cè)試。

TESS NG

TESS仿真系統(tǒng)是同濟(jì)大學(xué)孫劍教授于2006年主持開(kāi)發(fā)的第一代道路交通仿真系統(tǒng)。自此之后，歷經(jīng)十年，孫劍教授課題組針對(duì)中國(guó)混合交通流運(yùn)行特征開(kāi)展了100多項(xiàng)模型創(chuàng)新和仿真系統(tǒng)應(yīng)用實(shí)踐。TESS NG微觀交通仿真系統(tǒng)所具有的主要功能有：全交通場(chǎng)景仿真，多模式交通仿真，智能交通系統(tǒng)仿真，可視化評(píng)估，二次開(kāi)發(fā)接口，支持3D場(chǎng)景展示等。同時(shí)，TESS NG可以與城市交通大腦、交通控制系統(tǒng)、可計(jì)算路網(wǎng)（如OpenDrive，OpenStreetMap等）一體化整合，同時(shí)可與駕駛模擬器、BIM/CIM系統(tǒng)、智能汽車虛擬測(cè)試工具等整合實(shí)現(xiàn)跨行業(yè)應(yīng)用。用戶還可以通過(guò)定制化服務(wù)實(shí)現(xiàn)更多跨行業(yè)的應(yīng)用。

CARLA

CARLA是由西班牙巴塞羅那自治大學(xué)計(jì)算機(jī)視覺(jué)中心指導(dǎo)開(kāi)發(fā)的開(kāi)源模擬器，用于自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)、訓(xùn)練和驗(yàn)證。同 AirSim一樣，Carla也依托虛幻引擎進(jìn)行開(kāi)發(fā)，使用服務(wù)器和多客戶端的架構(gòu)。在場(chǎng)景方面, CARLA 提供了為自動(dòng)駕駛創(chuàng)建場(chǎng)景的開(kāi)源數(shù)字資源(包括城市布局、建筑以及車輛) 以及幾個(gè)由這些資源搭建的供自動(dòng)駕駛測(cè)試訓(xùn)練的場(chǎng)景。同時(shí)，CARLA也可以使用VectorZero的道路搭建軟件RoadRunner制作場(chǎng)景和配套的高精地圖，也提供了簡(jiǎn)單的地圖編輯器。

CARLA也可以支持傳感器和環(huán)境的靈活配置，它支持多攝像頭，激光雷達(dá)，GPS等傳感器，也可以調(diào)節(jié)環(huán)境的光照和天氣。CARLA提供了簡(jiǎn)單的車輛和行人的自動(dòng)行為模擬，也同時(shí)提供了一整套的 Python接口，可以對(duì)場(chǎng)景中的車輛，信號(hào)燈等進(jìn)行控制，用來(lái)方便的和自動(dòng)駕駛系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)合仿真，完成決策系統(tǒng)和端到端的強(qiáng)化學(xué)習(xí)訓(xùn)練。

以上就是目前國(guó)內(nèi)外較知名的自動(dòng)駕駛仿真平臺(tái)的盤點(diǎn)，也歡迎大家在評(píng)論區(qū)補(bǔ)充其他用過(guò)的自動(dòng)駕駛仿真平臺(tái)。

參考鏈接：

[1] https://www.sohu.com/a/516344816_468661