作者 |潘

小編 |不吃豬頭肉

引言

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

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

場景仿真軟件

智駕場地ViL測試系統(tǒng)中使用真實車輛，但傳感器所有的數(shù)據(jù)來源于仿真場景，采用VTD作為3D虛擬場景仿真軟件，為被測ECU提供測試仿真場景和傳感器數(shù)據(jù)。

試驗管理軟件

實車上的雷達傳感器、骨干網(wǎng)及VTD虛擬仿真場景數(shù)據(jù)都會在CANoe軟件上管理，實現(xiàn)數(shù)據(jù)監(jiān)測、采集、轉(zhuǎn)發(fā)及篡改。

ViL測試設(shè)備

固定在被測車輛后備箱，主要包含總線測試資源設(shè)備、傳感器仿真設(shè)備及車載供電電源3部分：總線測試資源設(shè)備：總線數(shù)據(jù)的采集、轉(zhuǎn)發(fā)與VTD仿真場景數(shù)據(jù)的解析需要硬件來完成傳輸，如VN16XX系列硬件實現(xiàn)CAN仿真通信，VN56XX系列硬件實現(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、毫米波雷達及超聲波雷達等。攝像頭采用視頻注入板卡完成各類攝像頭仿真；毫米波雷達通過VTD軟件仿真及采集真實雷達做數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)篡改；DSI3模擬器用于超聲波仿真信號轉(zhuǎn)換。車載供電系統(tǒng)：車載供電系統(tǒng)主要對總線資源設(shè)備、傳感器仿真設(shè)備進行供電，使其正常工作。

組合慣導(dǎo)

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

測試車輛

在ViL場地功能測試中，被測車輛為真實車輛，功能激活時智駕控制器輸出的控制指令直接給到真實車輛的執(zhí)行機構(gòu)響應(yīng)，完成加減速及轉(zhuǎn)向動作，而不經(jīng)過虛擬車輛動力學(xué)模型。

仿真場景搭建與車輛映射
真實道路場景地圖搭建可分為如下三個步驟：組合慣導(dǎo)數(shù)據(jù)采集、虛實車輛坐標(biāo)轉(zhuǎn)換及VTD場景道路搭建。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)道路與動態(tài)場景。地圖數(shù)據(jù)來源于組合慣導(dǎo)系統(tǒng)，CANoe軟件實時采集慣導(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，以保證真實車輛映射在虛擬場景中。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)點位數(shù)據(jù)導(dǎo)入自動生成Road，接著在Road上就可以自定義搭建車道了。導(dǎo)入生成的Road見圖2。

圖 2 道路地圖模型

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

CANoe實時采集車輛位置、IMU姿態(tài)、車輛運動狀態(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)信息映射在仿真場景中。圖3為真實場景在仿真場景中的位置映射。

圖 3 虛擬、真實場景位置映射

動態(tài)交通參與者仿真
在靜態(tài)場景映射完成后，還需要完成交通參與者的動態(tài)行為，如前方車輛切入/切出動態(tài)軌跡，目標(biāo)車加減速動作及行人鬼探頭場景，可通過VTD實時設(shè)置行駛軌跡，通過腳本或觸發(fā)器（時間/事件觸發(fā)）進行動態(tài)行為邏輯觸發(fā)，從而完成目標(biāo)交通參與者到實際ViL場地的映射，豐富單一場地測試的動態(tài)場景。如上圖3所示，在實際AEB功能ViL場地測試時，將VTD仿真中的虛擬目標(biāo)車輛映射到真實道路中，通過真實雷達/仿真雷達感知注入目標(biāo)參與者（相對距離、速度、目標(biāo)類型及ID等）信息至智駕被測控制器，從而在場景虛擬目標(biāo)車及實際場地道路結(jié)合的場景下測試AEB功能，極大降低實際場地中AEB未能觸發(fā)及未及時制動導(dǎo)致的碰撞安全風(fēng)險。

行車傳感器仿真
完成車輛映射匹配和場景構(gòu)建后，接下來即可進行傳感器仿真及功能測試了。行車功能測試用到攝像頭與毫米波雷達兩種傳感器，其源數(shù)據(jù)都來自VTD仿真場景，渲染畫面用于前視注入，VTD中配置前毫米波雷達、角毫米波雷達輸出參數(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，這樣渲染出來的圖像較接近于真實攝像頭視覺的感知，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)識牌，潮濕路面等，極大豐富了測試場景。天氣模擬如圖4所示。

圖 4 多種天氣渲染

VTD渲染的視頻流通過北匯定制視頻注入板卡實時注入被測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毫米波雷達仿真

針對毫米波雷達，控制器接收的數(shù)據(jù)常見為目標(biāo)列表，可采用報文轉(zhuǎn)發(fā)與篡改真實報文數(shù)據(jù)來處理雷達信號。分為以下兩個步驟，如圖6所示。

圖 6 毫米波雷達仿真鏈路

信號采集：通過CANoe總線分析工具進行信號采集、轉(zhuǎn)發(fā)實際車輛上真實毫米波雷達發(fā)出的報文數(shù)據(jù)至被測控制器。而目標(biāo)列表相關(guān)報文不能直接轉(zhuǎn)發(fā)，還需要篡改處理，此時需將實車信號替換為從VTD軟件解析到的目標(biāo)數(shù)據(jù)。信號反饋：對于被測控制器，轉(zhuǎn)發(fā)其發(fā)送報文至真實雷達，真實雷達才會才會正常工作，從而持續(xù)反饋報文。這種方法較為簡單，方便完成雷達信號的轉(zhuǎn)發(fā)、篡改，不需要仿真所有雷達信號，能極大簡化工程開發(fā)等。同時也可虛實報文結(jié)合，用于ViL功能安全通信層級的故障注入構(gòu)建。

泊車傳感器仿真
功能測試的另一類為泊車功能測試，在泊車測試中用到了環(huán)視攝像頭與超聲波雷達傳感器，環(huán)視提供前后左右四個方向的視覺感知，超聲波提供距離探測，兩者共同為泊車提供感知信息。下面描述如何在實車中注入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)視會考慮到四面的拼接效果，因此需采集實車的標(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超聲波雷達仿真系統(tǒng)

泊車過程中預(yù)警功能需要超聲波傳感器的數(shù)據(jù)，其源數(shù)據(jù)來自VTD虛擬場景，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距離。CANoe接收超聲波模型輸出的探測距離，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，最終將信號發(fā)送給被測控制器做感知。

圖 8超聲波仿真數(shù)據(jù)鏈路

總結(jié)
虛實場景結(jié)合的ViL功能測試需考慮場景的構(gòu)建、虛擬動態(tài)場景結(jié)合真實道路、以此豐富場景的功能測試；同時虛實車輛映射及傳感器的仿真，可確保虛實車輛定位位姿一致，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測試中擁有諸多成功的方案與實施經(jīng)驗，在持續(xù)的項目開發(fā)與測試中，北匯信息也致力于新方案的技術(shù)驗證與實施，為中國智能網(wǎng)聯(lián)汽車發(fā)展貢獻自己的力量。如果您關(guān)注場地/實驗室ViL功能及功能安全測試。歡迎聯(lián)系我們，我們會給您提供專業(yè)的解決方案！