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駕駛員仿真平臺(DIL)及其應(yīng)用

2022/02/25
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駕駛員在環(huán)(DIL)模擬器在車輛零部件和系統(tǒng)研發(fā)方面發(fā)揮著支持汽車制造商在研究和開發(fā)階段的重要作用。它們使研發(fā)團(tuán)隊(duì)能夠通過使用虛擬車輛仿真來驗(yàn)證關(guān)鍵部件,如轉(zhuǎn)向系統(tǒng),懸架系統(tǒng),ADAS智能駕駛人機(jī)交互系統(tǒng)及人機(jī)共駕系統(tǒng)等等與駕駛體驗(yàn)相應(yīng)的功能開發(fā)。由于ADAS和自動駕駛功能相比與傳統(tǒng)零部件系統(tǒng)的開發(fā),更加復(fù)雜,且與駕駛員的交互和體驗(yàn)更密切,因此需要在早期階段測試各種情況。通過實(shí)時DIL模擬器,嵌入式硬件和控制算法可以在將模型部署到車輛之前進(jìn)行測試和優(yōu)化。

汽車工程師越來越依賴虛擬車輛模擬和DIL模擬器來合成邊緣場景的數(shù)據(jù),并測試具體的輔助駕駛問題,例如ADAS和智能駕駛車輛的人機(jī)共駕的研究,通過駕駛員在環(huán)可以用于功能接管相關(guān)問題的研究,因?yàn)樗试S工程師在設(shè)計(jì)過程的早期,即在有實(shí)物原型之前,從專家測試駕駛員那里獲得可靠的主觀評價與建議。

同時隨著汽車行業(yè)致力于減少產(chǎn)品上市時間、項(xiàng)目風(fēng)險和成本,虛擬汽車開發(fā)對仿真的依賴達(dá)到前所未有的程度。通過減少所需的實(shí)物原型數(shù)量和核心屬性開發(fā)所需的時間,仿真可以減少車輛開發(fā)項(xiàng)目的持續(xù)時間和成本。

因此,技術(shù)初創(chuàng)企業(yè)、顛覆者和成熟的OEM可以通過利用先進(jìn)的駕駛員在環(huán)模擬器在以下方向進(jìn)行開發(fā),顯著提高他們的車輛屬性性能,同時減少產(chǎn)品開發(fā)時間、風(fēng)險和成本:

車輛動力學(xué)

噪聲和振動

剎車系統(tǒng)

轉(zhuǎn)向系統(tǒng)

性能和耐久性

智能駕駛系統(tǒng)

人機(jī)交互系統(tǒng)

智能座艙系統(tǒng)等。

最近十幾年,無論是國內(nèi)外高校,還是企業(yè),駕駛模擬器一直試圖將真實(shí)的人與想象中的車輛聯(lián)系起來。 駕駛模擬器有很多很多的形式--從小型的駕駛娛樂系統(tǒng),到高校和企業(yè)用于產(chǎn)品研究和開發(fā)的大型系統(tǒng)。

吉林大學(xué)1996年投入的汽車性能模擬器

 

駕駛模擬器設(shè)計(jì)的巨大差異主要是由于使用情況的多樣性,以及對新興技術(shù)的采用而產(chǎn)生的。例如,有些模擬器只是為了從駕駛座的角度提供顯示器圖形,讓人們在視覺上參與模擬,而另一些模擬器則旨在通過各種運(yùn)動系統(tǒng)、投影圖形、復(fù)雜的音頻沉浸式等來吸引所有的感官。

在當(dāng)前和未來智能駕駛和無人駕駛汽車的新世界里,任何形式或規(guī)模的駕駛者在環(huán)路(DIL)模擬器都有什么意義?

人與機(jī)器的結(jié)合-駕駛員在環(huán) "司機(jī)"=一個真實(shí)的人:

當(dāng)人需要控制車輛的軌跡時,用控制系統(tǒng)工程的說法,我們可以將其映射為以下情況。人類駕駛員是車輛的控制系統(tǒng)。此控制系統(tǒng)(人類駕駛員)提供輸入--油門、剎車、轉(zhuǎn)向、換擋選擇、調(diào)整相關(guān)車輛屬性選擇等。- 這些駕駛員意圖被輸入汽車,而汽車則根據(jù)內(nèi)部的控邏輯作出相應(yīng)的反應(yīng),并向控制系統(tǒng)提供反饋(人類駕駛員的感覺信息),控制系統(tǒng)根據(jù)需要做出反應(yīng)。

ADAS-司機(jī)在環(huán)中 "司機(jī)"=一個真人+車載輔助系統(tǒng):

開啟高級駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)給車輛加入了一個額外的控制系統(tǒng),與駕駛員平行運(yùn)行。控制系統(tǒng)(人類駕駛員+ADAS控制器)提供輸入--油門、剎車、轉(zhuǎn)向、擋位選擇等等。- 這些輸入被注入汽車,而汽車則作出相應(yīng)的反應(yīng)。車輛向控制系統(tǒng)提供反饋(人類駕駛員的感官信息+ADAS的傳感器測量和處理邏輯),而控制系統(tǒng)根據(jù)需要作出反應(yīng)。循環(huán)往復(fù),司機(jī)--在這種情況下,仍然是一個真實(shí)的人。

有了ADAS,對傳統(tǒng)產(chǎn)品開發(fā)/評估周期的主要干擾是由于對人類駕駛(控制)任務(wù)的有目的的干擾,以及對主觀和客觀評估的潛在影響。比如人類駕駛員對ADAS功能告知的接受的方式的研究。人類 "在環(huán) "組件的價值與輔助組件的干預(yù)程度成正比,也就是說,更多的ADAS需要更多的DIL模擬和評估。

人工智能AI)駕駛員在環(huán)中的 "駕駛員"=人工智能:

對于無人駕駛(自主)汽車,即使在SAEL3-L5級概念的極端情況下,我們?nèi)匀话l(fā)現(xiàn)自己處于一個類似的范式。在這種情況下,一個人工智能(AI)控制系統(tǒng)已經(jīng)到位,而人類乘員也在旅途中。人工智能控制系統(tǒng)提供輸入--油門、剎車、轉(zhuǎn)向、換擋等。- 這些輸入被注入汽車,而車輛則作出相應(yīng)的反應(yīng)。汽車向控制系統(tǒng)提供反饋(感知對周圍環(huán)境的測量、控制器的邏輯處理到執(zhí)行器對命令的執(zhí)行),控制系統(tǒng)根據(jù)需要做出反應(yīng)。循環(huán)往復(fù),司機(jī)--在這種情況下,是一個人工智能系統(tǒng)--"在循環(huán)中"。對于L3和L4級,自動駕駛功能由于具備自己設(shè)計(jì)的運(yùn)行范圍即設(shè)計(jì)運(yùn)行域ODD,在超出范圍時,或者系統(tǒng)故障時,需要駕駛員及時接管,或者系統(tǒng)做出相應(yīng)的響應(yīng),在這些方面的技術(shù)研究與應(yīng)用中,駕駛員在環(huán)具備高效且低成本的應(yīng)用。

所有上述內(nèi)容--包括ADAS和甚至各大企業(yè)正在和將要研發(fā)AI自動駕駛技術(shù)--在過去的一百多年里,作為消費(fèi)產(chǎn)品,一直是發(fā)展汽車的核心。即使現(xiàn)有的技術(shù)在汽車產(chǎn)品方面和產(chǎn)品研發(fā)方面都變化很快,但汽車開發(fā)程序是相當(dāng)穩(wěn)定的。 通過對已經(jīng)建立的原型車和模擬模型, 人類專家評估員 "駕駛 "它們,以評估各種性能特征(駕駛、操控、轉(zhuǎn)向、智能駕駛特性等等)。客觀數(shù)據(jù)與主觀評估一起被收集,并與基線驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)和對標(biāo)車型進(jìn)行比較,并獲得可優(yōu)化的方向,通過對不同參數(shù)的調(diào)整實(shí)現(xiàn)性能和功能的最優(yōu)。 在時間允許的情況下,在進(jìn)入大規(guī)模生產(chǎn)的開發(fā)項(xiàng)目之前,通過模擬和使用原型車來驗(yàn)證變化。

駕駛員在環(huán)(DIL)模擬器已經(jīng)做出了相應(yīng)的反應(yīng),提供了鏡像的 "虛擬測試駕駛 "經(jīng)驗(yàn)和評估機(jī)會--無論誰在軌跡控制意義上實(shí)際 "駕駛"。DIL模擬器實(shí)驗(yàn)室的優(yōu)勢主要與效率的提高有關(guān),早期和經(jīng)常,用想象的硬件來縮小或消除真正的原型測試回合有關(guān)。

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