【仿真平臺匯總】七大國內外自動駕駛仿真平臺

自動駕駛汽車在真正商業(yè)化應用前，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)、高校及科研機構等主體都在積極投身虛擬仿真平臺的建設，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。

本文將梳理一下7大國內外較著名的自動駕駛仿真軟件平臺。

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，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車車通訊等多種應用功能的開發(fā)應用。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/車路通訊技術的智能駕駛應用。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。

Carmaker，還有相關的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)。

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,還有相關的TruckSim和BikeSim是MechanicalSimulation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，模擬結果高度逼近真實車輛，主要用來預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。

VTD(VirtualTestDrive)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。可以支持從SIL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。

Vissim是德國PTV公司提供的一款世界領先的微觀交通流仿真軟件。Vissim可以方便的構建各種復雜的交通環(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)結果，也可以從高質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)應用實踐。TESSNG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，TESSNG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)應用。用戶還可以通過定制化服務實現(xiàn)更多跨行業(yè)的應用。

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)，使用服務器和多客戶端的架構。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。

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