7大國內(nèi)外自動駕駛仿真平臺匯總

自動駕駛汽車在真正商業(yè)化應(yīng)用前，需要經(jīng)歷大量的道路測試才能達到商用要求。采用路測來優(yōu)化自動駕駛算法耗費的時間和成本太高，且開放道路測試仍受到法規(guī)限制，極端交通條件和場景復(fù)現(xiàn)困難，測試安全存在隱患。目前，自動駕駛仿真測試已經(jīng)被行業(yè)廣泛接受, 自動駕駛算法測試大約 90% 通過仿真平臺完成，9% 在測試場完成，1% 通過實際路測完成。

要想自動駕駛的仿真平臺能實際為自動駕駛的路測發(fā)揮出相應(yīng)的能力，必須要具備幾種核心能力：真實還原測試場景、高效利用路采數(shù)據(jù)生成仿真場景、云端大規(guī)模并行加速等，使得仿真測試滿足自動駕駛感知、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、自動駕駛方案解決商、仿真軟件企業(yè)、高校及科研機構(gòu)等主體都在積極投身虛擬仿真平臺的建設(shè)，相信在不久的未來將會對自動駕駛的商業(yè)化落地產(chǎn)生重要的推進作用。

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

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)，開發(fā)ADAS和智能汽車系統(tǒng)的仿真平臺。支持攝像頭、雷達、激光雷達、GPS，以及V2V/V2I車車通訊等多種應(yīng)用功能的開發(fā)應(yīng)用。PreScan基于MATLAB仿真平臺，主要用于（ADAS）汽車高級駕駛輔助系統(tǒng)和無人自動駕駛系統(tǒng)的仿真模擬軟件，其包括多種基于雷達，攝像頭，激光雷達，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），實時軟件在環(huán)（SiL），硬件在環(huán)（HiL）等多種使用模式。

Prescan由多個模塊組成， 使用起來主要分為四個步驟: 搭建場景、添加傳感器、 添加控制系統(tǒng)、 運行仿真。

場景搭建: PreScan 提供一個強大的圖形編輯器，用戶可以使用道路分段， 包括交通標牌， 樹木和建筑物的基礎(chǔ)組件庫，包括機動車， 自行車和行人的交通參與者庫，修改天氣條件(如雨， 雪和霧) 以及光源(如太陽光，大燈和路燈) 來構(gòu)建豐富的仿真場景。新版的PreScan也支持導入OpenDrive格式的高精地圖，用來建立更加真實的場景。

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，毫米波雷達， 超聲波雷達， 單目和雙目相機， 魚眼相機等。用戶可以根據(jù)自己的需要進行添加。

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

運行實驗:3D 可視化查看器允許用戶分析實驗的結(jié)果，同時可以提供圖片和動畫生成功能。此外， 使用ControlDesk和LabView的界面可以用來自動運行實驗批次的場景以及運行硬件在環(huán)模擬。

CarMaker

Carmaker，還有相關(guān)的 TruckMaker和MotorcycleMaker是德國IPG公司推出的動力學，ADAS和自動駕駛仿真軟件。Carmaker首先是一個優(yōu)秀的動力學仿真軟件，提供了精準的車輛本體模型(發(fā)動機、 底盤、 懸架、傳動、 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， 提供豐富的交通對象(車輛、 行人、 路標、交通燈、 道路施工建筑等) 模型?？蓪崿F(xiàn)對真實交通環(huán)境的仿真。測試車輛可識別交通對象并由此進行動作觸發(fā)(如限速標志可觸發(fā)車輛進行相應(yīng)的減速動作)。

IPG Driver：先進的、 可自學習的駕駛員模型。可控制在各種行駛工況下的車輛， 實現(xiàn)諸如上坡起步、 入庫泊車以及甩尾反打方向盤等操作。并能適應(yīng)車輛的動力特性(驅(qū)動形式、 變速箱類型等) 、 道路摩擦系數(shù)、 風速、 交通環(huán)境狀況， 調(diào)整駕駛策略。

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

CarSim

CarSim, 還有相關(guān)的 TruckSim 和 BikeSim 是 Mechanical Simulation 公司開發(fā)的強大的動力學仿真軟件， 被世界各國的主機廠和供應(yīng)商所廣泛使用。CarSim 針對四輪汽車， 輕型卡車，TruckSim 針對多軸和雙輪胎的卡車，BikeSim 針對兩輪摩托車。CarSim 是一款整車動力學仿真軟件， 主要從整車角度進行仿真，它內(nèi)建了相當數(shù)量的車輛數(shù)學模型， 并且這些模型都有豐富的經(jīng)驗參數(shù)，用戶可以快速使用，免去了繁雜的建模和調(diào)參的過程。

CarSim 模型在計算機上運行的速度可以比實時快 10 倍，可以仿真車輛對駕駛員控制，3D 路面及空氣動力學輸入的響應(yīng)，模擬結(jié)果高度逼近真實車輛，主要用來預(yù)測和仿真汽車整車的操縱穩(wěn)定性、制動性、平順性、動力性和經(jīng)濟性。CarSim 自帶標準的 Matlab/Simulink 接口，可以方便的與 Matlab/Simulink 進行聯(lián)合仿真，用于控制算法的開發(fā)，同時在仿真時可以產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)結(jié)果用于后續(xù)使用 Matlab 或者 Excel 進行分析或可視化。CarSim 同時提供了 RT 版本，可以支持主流的 HIL 測試系統(tǒng)，如 dSpace 和 NI 的系統(tǒng)，方便的聯(lián)合進行 HIL 仿真。

VIRES VTD

VTD (VirtualTest Drive)是德國 VIRES公司開發(fā)的一套用于ADAS，主動安全和自動駕駛的完整模塊化仿真工具鏈。VIRES已經(jīng)于2017年被MSC軟件集團收購。VTD目前運行于Linux平臺，它的功能覆蓋了道路環(huán)境建模、 交通場景建模、天氣和環(huán)境模擬、 簡單和物理真實的傳感器仿真、場景仿真管理以及高精度的實時畫面渲染等?？梢灾С謴腟IL到HIL和VIL的全周期開發(fā)流程，開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)用的自動駕駛仿真開放格式OpenDrive,OpenCRG和OpenScenario的主要貢獻者，VTD的功能和存儲也依托于這些開放格式。VTD的仿真流程主要由路網(wǎng)搭建，動態(tài)場景配置， 仿真運行三個步驟組成。

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，可以同步生成 OpenDrive高精地圖。

在動態(tài)場景的建立上，VTD提供了圖形化的交互式場景編輯器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)運行的交通流。

無論是SIL，還是 HIL，無論是實時還是非實時的仿真， 無論是單機還是高性能計算的環(huán)境，VTD都提供了相應(yīng)的解決方案。VTD運行時可模擬實時高質(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、大燈光視覺效果等。

PTV Vissim

Vissim是德國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，停車場等，也可以在一個仿真場景中模擬包括機動車，卡車，有軌交通和行人的交互行為。它是專業(yè)的規(guī)劃和評價城市和郊區(qū)交通設(shè)施的有效工具，也可以用來仿真局部緊急情況交通的影響，大量行人的疏散等。

Vissim的仿真可以達到很高的精度，包括微觀的個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。無人駕駛算法也可以通過接入Vissim的方式使用模擬的高動態(tài)交通環(huán)境進行仿真測試。

TESS NG

TESS仿真系統(tǒng)是同濟大學孫劍教授于2006年主持開發(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中國混合交通流運行特征開展了100多項模型創(chuàng)新和仿真系統(tǒng)應(yīng)用實踐。TESS NG微觀交通仿真系統(tǒng)所具有的主要功能有：全交通場景仿真，多模式交通仿真，智能交通系統(tǒng)仿真，可視化評估，二次開發(fā)接口，支持3D場景展示等。同時，TESS NG可以與城市交通大腦、交通控制系統(tǒng)、可計算路網(wǎng)（如OpenDrive，OpenStreetMap等）一體化整合，同時可與駕駛模擬器、BIM/CIM系統(tǒng)、智能汽車虛擬測試工具等整合實現(xiàn)跨行業(yè)應(yīng)用。用戶還可以通過定制化服務(wù)實現(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計算機視覺中心指導開發(fā)的開源模擬器，用于自動駕駛系統(tǒng)的開發(fā)、訓練和驗證。同 AirSim一樣，Carla也依托虛幻引擎進行開發(fā)，使用服務(wù)器和多客戶端的架構(gòu)。在場景方面, CARLA 提供了為自動駕駛創(chuàng)建場景的開源數(shù)字資源(包括城市布局、建筑以及車輛) 以及幾個由這些資源搭建的供自動駕駛測試訓練的場景。同時，CARLA也可以使用VectorZero的道路搭建軟件RoadRunner制作場景和配套的高精地圖，也提供了簡單的地圖編輯器。

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，GPS等傳感器，也可以調(diào)節(jié)環(huán)境的光照和天氣。CARLA提供了簡單的車輛和行人的自動行為模擬，也同時提供了一整套的 Python接口，可以對場景中的車輛，信號燈等進行控制，用來方便的和自動駕駛系統(tǒng)進行聯(lián)合仿真，完成決策系統(tǒng)和端到端的強化學習訓練。

以上就是目前國內(nèi)外較知名的自動駕駛仿真平臺的盤點，也歡迎大家在評論區(qū)補充其他用過的自動駕駛仿真平臺。

參考鏈接：

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