作者 |潘

小編 |不吃豬頭肉

引言

隨著L2及L2+級(jí)智能輔助駕駛技術(shù)的普及，車輛在復(fù)雜場(chǎng)景下的可靠性成為用戶最關(guān)心的問(wèn)題。但傳統(tǒng)實(shí)車測(cè)試成本高、周期長(zhǎng)、危險(xiǎn)性大！那么如何低成本完成L2+級(jí)智能駕駛系統(tǒng)的功能驗(yàn)證呢？車輛在環(huán)（ViL, Vehicle-in-the-Loop）場(chǎng)地測(cè)試方案通過(guò)高精度地圖搭建、多傳感器仿真技術(shù)，解決實(shí)車測(cè)試極端工況危險(xiǎn)、故障難以模擬及HiL測(cè)試精度不足等問(wèn)題。下面重點(diǎn)介紹ViL測(cè)試系統(tǒng)的方案架構(gòu)及實(shí)現(xiàn)方式。

方案架構(gòu)
如圖1所示，北匯提供的智駕場(chǎng)地ViL測(cè)試系統(tǒng)由以下5大部分組成：圖 1 ViL測(cè)試整體框架

場(chǎng)景仿真軟件

智駕場(chǎng)地ViL測(cè)試系統(tǒng)中使用真實(shí)車輛，但傳感器所有的數(shù)據(jù)來(lái)源于仿真場(chǎng)景，采用VTD作為3D虛擬場(chǎng)景仿真軟件，為被測(cè)ECU提供測(cè)試仿真場(chǎng)景和傳感器數(shù)據(jù)。

試驗(yàn)管理軟件

實(shí)車上的雷達(dá)傳感器、骨干網(wǎng)及VTD虛擬仿真場(chǎng)景數(shù)據(jù)都會(huì)在CANoe軟件上管理，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、采集、轉(zhuǎn)發(fā)及篡改。

ViL測(cè)試設(shè)備

固定在被測(cè)車輛后備箱，主要包含總線測(cè)試資源設(shè)備、傳感器仿真設(shè)備及車載供電電源3部分：總線測(cè)試資源設(shè)備：總線數(shù)據(jù)的采集、轉(zhuǎn)發(fā)與VTD仿真場(chǎng)景數(shù)據(jù)的解析需要硬件來(lái)完成傳輸，如VN16XX系列硬件實(shí)現(xiàn)CAN仿真通信，VN56XX系列硬件實(shí)現(xiàn)車載以太網(wǎng)仿真通信。傳感器仿真設(shè)備：系統(tǒng)中仿真的傳感器包含攝像頭、毫米波雷達(dá)及超聲波雷達(dá)等。攝像頭采用視頻注入板卡完成各類攝像頭仿真；毫米波雷達(dá)通過(guò)VTD軟件仿真及采集真實(shí)雷達(dá)做數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)篡改；DSI3模擬器用于超聲波仿真信號(hào)轉(zhuǎn)換。車載供電系統(tǒng)：車載供電系統(tǒng)主要對(duì)總線資源設(shè)備、傳感器仿真設(shè)備進(jìn)行供電，使其正常工作。

組合慣導(dǎo)

一方面仿真場(chǎng)景自車位置與真實(shí)車輛位置重合，依賴于組合慣導(dǎo)。另一方面將組合慣導(dǎo)實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)發(fā)送給VTD軟件，用于虛擬場(chǎng)景自車位置定位。

測(cè)試車輛

在ViL場(chǎng)地功能測(cè)試中，被測(cè)車輛為真實(shí)車輛，功能激活時(shí)智駕控制器輸出的控制指令直接給到真實(shí)車輛的執(zhí)行機(jī)構(gòu)響應(yīng)，完成加減速及轉(zhuǎn)向動(dòng)作，而不經(jīng)過(guò)虛擬車輛動(dòng)力學(xué)模型。

仿真場(chǎng)景搭建與車輛映射
真實(shí)道路場(chǎng)景地圖搭建可分為如下三個(gè)步驟：組合慣導(dǎo)數(shù)據(jù)采集、虛實(shí)車輛坐標(biāo)轉(zhuǎn)換及VTD場(chǎng)景道路搭建。首先獲取道路的經(jīng)緯度數(shù)據(jù)，以此為基礎(chǔ)搭建靜態(tài)道路與動(dòng)態(tài)場(chǎng)景。地圖數(shù)據(jù)來(lái)源于組合慣導(dǎo)系統(tǒng)，CANoe軟件實(shí)時(shí)采集慣導(dǎo)發(fā)出的經(jīng)緯度坐標(biāo)、航向角等信息并保存。其次，慣導(dǎo)采集的車輛位置與VTD中的車輛位置坐標(biāo)系不同，還需完成坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換，以保證真實(shí)車輛映射在虛擬場(chǎng)景中。最后是靜態(tài)道路的搭建，完成了坐標(biāo)轉(zhuǎn)化后,VTD將轉(zhuǎn)換后的OpenDrive坐標(biāo)點(diǎn)位數(shù)據(jù)導(dǎo)入自動(dòng)生成Road，接著在Road上就可以自定義搭建車道了。導(dǎo)入生成的Road見(jiàn)圖2。

圖 2 道路地圖模型

虛擬道路搭建完成了，如何保證實(shí)車所在位置和虛擬場(chǎng)景匹配呢？
車輛位置映射必須確保VTD中的虛擬主車與真實(shí)車輛的位置、姿態(tài)完全同步，否則會(huì)導(dǎo)致測(cè)試場(chǎng)景錯(cuò)位。北匯采用的方法如下：

CANoe實(shí)時(shí)采集車輛位置、IMU姿態(tài)、車輛運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。這些信息共同發(fā)送到VTD軟件，用于VTD自車控制， VTD的API接收CANoe發(fā)送的位置與姿態(tài)信息映射在仿真場(chǎng)景中。圖3為真實(shí)場(chǎng)景在仿真場(chǎng)景中的位置映射。

圖 3 虛擬、真實(shí)場(chǎng)景位置映射

動(dòng)態(tài)交通參與者仿真
在靜態(tài)場(chǎng)景映射完成后，還需要完成交通參與者的動(dòng)態(tài)行為，如前方車輛切入/切出動(dòng)態(tài)軌跡，目標(biāo)車加減速動(dòng)作及行人鬼探頭場(chǎng)景，可通過(guò)VTD實(shí)時(shí)設(shè)置行駛軌跡，通過(guò)腳本或觸發(fā)器（時(shí)間/事件觸發(fā)）進(jìn)行動(dòng)態(tài)行為邏輯觸發(fā)，從而完成目標(biāo)交通參與者到實(shí)際ViL場(chǎng)地的映射，豐富單一場(chǎng)地測(cè)試的動(dòng)態(tài)場(chǎng)景。如上圖3所示，在實(shí)際AEB功能ViL場(chǎng)地測(cè)試時(shí)，將VTD仿真中的虛擬目標(biāo)車輛映射到真實(shí)道路中，通過(guò)真實(shí)雷達(dá)/仿真雷達(dá)感知注入目標(biāo)參與者（相對(duì)距離、速度、目標(biāo)類型及ID等）信息至智駕被測(cè)控制器，從而在場(chǎng)景虛擬目標(biāo)車及實(shí)際場(chǎng)地道路結(jié)合的場(chǎng)景下測(cè)試AEB功能，極大降低實(shí)際場(chǎng)地中AEB未能觸發(fā)及未及時(shí)制動(dòng)導(dǎo)致的碰撞安全風(fēng)險(xiǎn)。

行車傳感器仿真
完成車輛映射匹配和場(chǎng)景構(gòu)建后，接下來(lái)即可進(jìn)行傳感器仿真及功能測(cè)試了。行車功能測(cè)試用到攝像頭與毫米波雷達(dá)兩種傳感器，其源數(shù)據(jù)都來(lái)自VTD仿真場(chǎng)景，渲染畫面用于前視注入，VTD中配置前毫米波雷達(dá)、角毫米波雷達(dá)輸出參數(shù)。下面介紹兩種傳感器的仿真方法。

5.1前視攝像頭仿真
按照真實(shí)攝像頭參數(shù)在VTD中配置鏡頭畸變模型及安裝位置，這樣渲染出來(lái)的圖像較接近于真實(shí)攝像頭視覺(jué)的感知，此外VTD還支持渲染多種類型圖像和模擬不同天氣，如雨霧天氣等；渲染特殊材質(zhì)處理反光標(biāo)識(shí)牌，潮濕路面等，極大豐富了測(cè)試場(chǎng)景。天氣模擬如圖4所示。

圖 4 多種天氣渲染

VTD渲染的視頻流通過(guò)北匯定制視頻注入板卡實(shí)時(shí)注入被測(cè)ECU，完成前視攝像頭仿真，注入鏈路如圖5所示。

圖 5 視頻注入鏈路

5.2毫米波雷達(dá)仿真

針對(duì)毫米波雷達(dá)，控制器接收的數(shù)據(jù)常見(jiàn)為目標(biāo)列表，可采用報(bào)文轉(zhuǎn)發(fā)與篡改真實(shí)報(bào)文數(shù)據(jù)來(lái)處理雷達(dá)信號(hào)。分為以下兩個(gè)步驟，如圖6所示。

圖 6 毫米波雷達(dá)仿真鏈路

信號(hào)采集：通過(guò)CANoe總線分析工具進(jìn)行信號(hào)采集、轉(zhuǎn)發(fā)實(shí)際車輛上真實(shí)毫米波雷達(dá)發(fā)出的報(bào)文數(shù)據(jù)至被測(cè)控制器。而目標(biāo)列表相關(guān)報(bào)文不能直接轉(zhuǎn)發(fā)，還需要篡改處理，此時(shí)需將實(shí)車信號(hào)替換為從VTD軟件解析到的目標(biāo)數(shù)據(jù)。信號(hào)反饋：對(duì)于被測(cè)控制器，轉(zhuǎn)發(fā)其發(fā)送報(bào)文至真實(shí)雷達(dá)，真實(shí)雷達(dá)才會(huì)才會(huì)正常工作，從而持續(xù)反饋報(bào)文。這種方法較為簡(jiǎn)單，方便完成雷達(dá)信號(hào)的轉(zhuǎn)發(fā)、篡改，不需要仿真所有雷達(dá)信號(hào)，能極大簡(jiǎn)化工程開(kāi)發(fā)等。同時(shí)也可虛實(shí)報(bào)文結(jié)合，用于ViL功能安全通信層級(jí)的故障注入構(gòu)建。

泊車傳感器仿真
功能測(cè)試的另一類為泊車功能測(cè)試，在泊車測(cè)試中用到了環(huán)視攝像頭與超聲波雷達(dá)傳感器，環(huán)視提供前后左右四個(gè)方向的視覺(jué)感知，超聲波提供距離探測(cè)，兩者共同為泊車提供感知信息。下面描述如何在實(shí)車中注入VTD軟件中的兩種傳感器數(shù)據(jù)。6.1環(huán)視攝像頭仿真

環(huán)視仿真與前視相似，但與前視不同的是，內(nèi)外參設(shè)置好后，環(huán)視會(huì)考慮到四面的拼接效果，因此需采集實(shí)車的標(biāo)定數(shù)據(jù)完成標(biāo)定。圖7為環(huán)視拼接后在車機(jī)大屏上面的顯示效果。

圖 7 環(huán)視拼接效果圖

6.2超聲波雷達(dá)仿真系統(tǒng)

泊車過(guò)程中預(yù)警功能需要超聲波傳感器的數(shù)據(jù)，其源數(shù)據(jù)來(lái)自VTD虛擬場(chǎng)景，所以需要配置正確的超聲波模型參數(shù)，再由超聲波模型輸出探測(cè)距離。CANoe接收超聲波模型輸出的探測(cè)距離，發(fā)送數(shù)據(jù)至DSI3模擬器，在此模擬器中數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為DSI3信號(hào)，最終將信號(hào)發(fā)送給被測(cè)控制器做感知。

圖 8超聲波仿真數(shù)據(jù)鏈路

總結(jié)
虛實(shí)場(chǎng)景結(jié)合的ViL功能測(cè)試需考慮場(chǎng)景的構(gòu)建、虛擬動(dòng)態(tài)場(chǎng)景結(jié)合真實(shí)道路、以此豐富場(chǎng)景的功能測(cè)試；同時(shí)虛實(shí)車輛映射及傳感器的仿真，可確保虛實(shí)車輛定位位姿一致，正確的傳感器仿真數(shù)據(jù)注入才能在ViL測(cè)試環(huán)境中激活并觸發(fā)功能。北匯信息在智能駕駛MiL/SiL/HiL/ViL測(cè)試中擁有諸多成功的方案與實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，在持續(xù)的項(xiàng)目開(kāi)發(fā)與測(cè)試中，北匯信息也致力于新方案的技術(shù)驗(yàn)證與實(shí)施，為中國(guó)智能網(wǎng)聯(lián)汽車發(fā)展貢獻(xiàn)自己的力量。如果您關(guān)注場(chǎng)地/實(shí)驗(yàn)室ViL功能及功能安全測(cè)試。歡迎聯(lián)系我們，我們會(huì)給您提供專業(yè)的解決方案！