针对APA测试的车辆在环测试技术

1 引言

随着汽车电子产业的不断发展，驾驶员对车辆舒适性与安全性的要求越来越高。与主动安全相关的控制系统，如自动泊车、自适应巡航、车道偏离预警、车道保持辅助、自动紧急制动及盲区监测等应运而生。这些系统一般统称为高级驾驶员辅助系统(Advanced Driver Assistance System, ADAS)，它们将对车辆进行不同程度的干预，而这种干预若是出现错误将导致难以想象的结果。因此对这些驾驶辅助系统进行全面的功能测试，避免错误干预的情况出现，对整车厂来说就显得尤为重要。

就测试来说最精确的环境无疑是进行实车测试，然而实车测试本身存在着众多问题：

♦  测试时间、人力、场地等成本高;

♦  变换不同场景测试费时费力;

♦  有人参与的情况下安全较难保证;

♦  随机因素多、可重复性低等。

因此，恒润科技提出一种介于纯仿真测试与实车测试之间的测试方法——实车在环测试(Vehicle in the loop)，可以帮助解决以上系列问题。通过实车在环测试可以有效减少ADAS系统的开发与集成测试时间，同时可以大幅度节约成本，减少危险事件的发生的概率。

2 VIL概述

VIL是指将ADAS系统集成到真实车辆中，并通过实时仿真机及仿真软件模拟道路、交通场景以及传感器信号，从而构成完整测试环境的方法，可实现ADAS功能验证、各场景仿真测试、与整车相关电控系统的匹配及集成测试。

实车在环实现效果图

实车在环系统方案

与传统的硬件在环(HIL)测试相比VIL由于用真实车辆替代了车辆模型，从而很大程度上提高了被测控制器性能测试结果的精确度;与实车测试相比，由于将实现复杂且难以复现的交通场景用仿真的方式来实现，可以快速的建立各种测试工况，工况的可重复性使得ADAS算法的快速迭代开发成为可能。总之，VIL弥补了实车测试与HIL测试之间的鸿沟，它有如下优势：

♦  实现快速的场景及驾驶测试，高效的验证各控制器的功能;

♦  可以测试ADAS系统与执行系统(动力系统、制动系统、转向系统)间的交互功能;

♦  降低实车测试的难度和风险，减少交通事故和风险;

♦  减少对场地，真实交通和试验车辆的需求，可复用MIL和HIL测试的测试场景。

3 实车在环的关键技术

•  惯性测量单元

通过精准的DGPS定位，获取车辆的位置信息，通过惯性测量单元IMU计算出车辆速度、加速度和偏航角等信息，为实时仿真系统提供车辆的运动状态。

•  虚拟仿真环境

通过车辆动力学仿真软件搭建一个完整的虚拟交通测试环境，包括道路、交通车辆、行人、交通环境。真实车辆置身于虚拟测试环境中完成不同的驾驶任务。

♦  实现复杂多变的虚拟道路环境，如停车场、双向多车道、高速公路、转盘等。

道路场景

♦  实现多种多样的交通车辆配置，如乘用车、卡车、公共交通、摩托车等多种车型，并且每一辆交通车辆执行不同的行驶任务。

交通车辆

♦  实现行人模拟，包括男人、女人、小孩，及其站立、走步、跑步等动作。例如模拟行人突然出现的测试场景。

行人场景

♦  实现逼真的虚拟环境，包含树木、建筑物、导向标识、交通灯、交通标志等。

虚拟环境

•  传感器的仿真

ADAS系统用到的传感器主要用于感知车辆周围环境，类型包括毫米波雷达、超声波雷达、激光雷达、摄像头等等。传感器仿真可以采用真实的或者虚拟的方式。其中虚拟传感器由仿真软件模拟，通过VIL设备将虚拟交通场景的信息传递给ADAS系统。

虚拟传感器

•  实时仿真机

实时仿真机的作用是提供实时运行的仿真环境并且实现虚拟与真实信号的交互。

•  真实车辆

真实的车辆包括车辆及电控系统，运行在一个宽阔安全的平地上，对被测的驾驶辅助系统来说其实际是运行在预先设定的交通测试环境中。

测试环境

4 应用案例

BMW宝马的研发中心利用车辆在环技术，对其自动泊车系统进行了功能测试。

该过程使用了一辆测试车辆放置于空旷的场地上，通过仿真软件搭建了一系列泊车测试场景，包含垂直停车、水平停车等典型场景。

自动泊车系统VIL测试

5 结论

恒润科技VIL测试系统，由于使用的是实际的车辆，减少了对车辆动力学模型的参数标定，使测试结果更加精确;其虚拟场景可以使用最初算法开发以及HIL测试时的交通场景，也可以根据一些交通事故来确定测试场景，场景的切换过程较实车测试大幅简化;在主动安全相关测试中，其虚拟的场景可以避免事故的发生，也可以节约不必要的器材损失;其可重复性很高，在大量重复的实车在环测试后可显著降低被测系统的功能缺陷，随之降低了原本实车场地测试和道路测试的工作量环节，提高了测试效率，降低了测试成本。