隨著新能源行業(yè)以及通信技術(shù)的發(fā)展，依靠計算機技術(shù)與傳感器來實現(xiàn)汽車智能化逐漸成為科技巨頭與汽車制造廠的共識。智能駕駛測試作為整個開發(fā)環(huán)節(jié)中的重要一環(huán)，其高昂的測試成本以及冗長的開發(fā)周期始終困擾著主機廠。硬件在環(huán)仿真測試由于其高仿真、低成本等特點開始應(yīng)用于智能駕駛算法開發(fā)領(lǐng)域。本書介紹了智能駕駛系統(tǒng)、國內(nèi)外關(guān)于其級別的分類和解釋，闡述了硬件在環(huán)仿真測試技術(shù)的發(fā)展歷程，分析了硬件在環(huán)仿真測試在智能駕駛領(lǐng)域的三大組成部分：場景仿真軟件、實時操作系統(tǒng)以及智能駕駛算法系統(tǒng)，總結(jié)了能夠滿足智能駕駛算法硬件在環(huán)仿真測試的最小系統(tǒng)環(huán)境以及基于循跡的測試方法。另外本書還系統(tǒng)介紹了智能駕駛算法測試方法、法規(guī)國標(biāo)、測試用例的編寫、實際測試的進(jìn)行以及測試真實性與有效性評價；全面介紹了智能駕駛領(lǐng)域的三個重要算法：自動緊急制動（ AEB）、車道偏離預(yù)警（ LDW）與車道保持輔助（LKA），并詳細(xì)介紹了三者的測試過程。
本書適用于智能駕駛算法開發(fā)、測試和場景仿真軟件開發(fā)等行業(yè)的有關(guān)人員學(xué)習(xí)參考，也可作為大專院校汽車或計算機相關(guān)專業(yè)師生的參考書。
1.本書從智駕仿真測試的基本概念與發(fā)展開始講起，介紹了相關(guān)的硬件及軟件基礎(chǔ)，之后沿著智駕硬件在環(huán)仿真測試系統(tǒng)開發(fā)的技術(shù)路線，詳細(xì)介紹各個環(huán)節(jié)中所涉及的技術(shù)，開發(fā)方法以及相關(guān)工具，最后展望了智駕仿真技術(shù)的未來發(fā)展趨勢及需要解決的問題。
2.智能駕駛硬件在環(huán)仿真測試是一個多學(xué)科交叉的領(lǐng)域，涉及控制理論、計算機科學(xué)、電子工程、機械工程等多個學(xué)科。本書書的編寫團隊由來自不同學(xué)科背景的專家學(xué)者組成，他們憑借豐富的理論知識和實踐經(jīng)驗，為本書的編寫提供了堅實的基礎(chǔ)。
3.本書是一本專門介紹智能駕駛硬件在環(huán)仿真測試背景、未來趨勢以及詳細(xì)開發(fā)流程的技術(shù)類書籍，無論是研發(fā)人員還是入門人員，本書均有相應(yīng)的章節(jié)提供所需內(nèi)容，具有較強的實操性。
智能化技術(shù)在汽車行業(yè)日益普及，智能駕駛系統(tǒng)的測試和驗證已然成為一個復(fù)雜而關(guān)鍵的問題。在真實道路條件下測試智能駕駛系統(tǒng)不僅成本高昂，而且存在安全風(fēng)險�？紤]到測試必須涵蓋廣泛的交通場景、天氣狀況和道路類型，因此仿真測試便顯得尤為重要。它為開發(fā)者提供了一個受控的環(huán)境，使他們能夠在不承擔(dān)實地測試風(fēng)險的情況下，全面測試智能駕駛系統(tǒng)的性能。
安全性和可靠性是智能駕駛技術(shù)的核心。智能駕駛系統(tǒng)必須能夠在各種情況下安全操作，包括處理緊急情況和與其他道路用戶的互動。通過 HIL（硬件在環(huán)）仿真測試，開發(fā)者可以模擬各種場景，以評估智能駕駛系統(tǒng)的性能，并確保其在各種有挑戰(zhàn)性的條件下表現(xiàn)出較高的安全性和可靠性。
此外，各國政府和監(jiān)管機構(gòu)正在積極制定智能駕駛（自動駕駛）的法規(guī)和政策框架，旨在確保技術(shù)的安全性和合規(guī)性。在 HIL仿真測試中，開發(fā)者能夠更便捷地模擬不同地區(qū)和國家的法規(guī)和交通規(guī)則，以確保智能駕駛（自動駕駛）系統(tǒng)在全球范圍內(nèi)的合規(guī)性。
智能駕駛系統(tǒng)具有復(fù)雜的感知、決策和控制任務(wù)，包括傳感器融合、實時控制、故障注入等方面的技術(shù)挑戰(zhàn)。 HIL仿真為開發(fā)者提供了一個受控的環(huán)境，幫助他們克服這些挑戰(zhàn)，從而加速智能駕駛技術(shù)的發(fā)展。
本書介紹了智能駕駛系統(tǒng)、國內(nèi)外關(guān)于其級別的分類和解釋，闡述了硬件在環(huán)仿真測試技術(shù)的發(fā)展歷程；分析了硬件在環(huán)仿真測試在智能駕駛領(lǐng)域的三大組成部分：場景仿真軟件、實時操作系統(tǒng)以及智能駕駛算法系統(tǒng)；總結(jié)了能夠滿足智能駕駛算法硬件在環(huán)測試的最小系統(tǒng)環(huán)境，并詳細(xì)介紹了基于循跡的測試方法；系統(tǒng)地介紹了智能駕駛算法測試方法、法規(guī)國標(biāo)的解讀、測試用例的編寫、實際測試的進(jìn)行、測試真實性與有效性評價以及測試報告的編寫；最后以輔助駕駛領(lǐng)域的三個重要算法自動緊急制動（ AEB）、車道保持輔助（ LKA）與車道偏離預(yù)警（LDW）為例，詳細(xì)介紹了三者的測試過程。
本書是一本專門介紹智能駕駛仿真測試背景、未來趨勢以及詳細(xì)開發(fā)流程的技術(shù)類書籍，無論是研發(fā)人員還是入門人員，本書均有相應(yīng)的章節(jié)提供所需內(nèi)容，具有較強的實操性。本書作者團隊擁有豐富的智能駕駛仿真測試系統(tǒng)研發(fā)與交付經(jīng)驗，目前已與蘇州英特模、蘇州清研車聯(lián)、吉利、浙江天行健等國內(nèi)合作伙伴達(dá)成合作。
本書由常熟理工學(xué)院徐江副教授任主編，無錫學(xué)院王泉教授、蘇州清研車聯(lián)王東兵總經(jīng)理、浙江天行健李趙見總監(jiān)任副主編，參加編寫的還有連南木、陸志杰、張金龍、梁昊、王湛昱、張虎、曾德全、趙欽黃、周杰等，蘇州安鹿智能科技有限公司的吳江龍審閱了全稿并提出了很多寶貴意見。
懇請讀者對本書的內(nèi)容和結(jié)構(gòu)等提出寶貴意見，并對書中存在的錯誤及不當(dāng)之處提出批評和修改建議，以便本書再版修訂時參考。
編者
徐江，博士，主要研究方向為智能網(wǎng)聯(lián)汽車與人工智能。
第 1章 緒論..1
1.1 智能駕駛系統(tǒng)概述..1
1.2 智能駕駛級別的分類和解釋..2
1.2.1 SAE J3016標(biāo)準(zhǔn)..2
1.2.2 汽車駕駛自動化分級..4
1.3 智能駕駛系統(tǒng)的架構(gòu)..5
1.4 智能駕駛系統(tǒng)常見算法..7
1.5 智能駕駛技術(shù)的挑戰(zhàn)和前沿研究..8
第 2章 智能駕駛 HIL仿真測試技術(shù)概述..9
2.1 概述..9
2.2 基于模型的開發(fā)測試方法.. 10
2.2.1 MIL.. 10
2.2.2 SI.. 11
2.2.3 HIL.. 12
2.2.4 DIL.. 14
2.2.5 VIL.. 15
2.3 智能駕駛 HIL仿真測試的發(fā)展歷程.. 17
2.3.1 早期階段的 HIL仿真測試.. 17
2.3.2 虛擬化與數(shù)字化發(fā)展階段.. 18
2.3.3 智能化發(fā)展階段.. 19
2.3.4 大數(shù)據(jù)與云計算的應(yīng)用.. 20
2.3.5 安全性和可靠性的提升.. 21
2.4 智能駕駛 HIL仿真測試的起源與背景.. 22
2.4.1 航空航天領(lǐng)域的 HIL仿真測試.. 22
2.4.2 HIL仿真測試在汽車領(lǐng)域的引入.. 24
2.5 智能駕駛 HIL仿真測試環(huán)境仿真模塊.. 28
2.5.1 虛擬場景構(gòu)建.. 28
2.5.2 傳感器仿真.. 31
2.5.3 場景庫構(gòu)建方法.. 34
2.5.4 車輛動力學(xué)仿真.. 36
2.5.5 動態(tài)場景的構(gòu)建.. 37
2.5.6 常見解決方案.. 38
2.6 智能駕駛 HIL仿真測試實時交互模塊.. 40
2.6.1 I/O接口設(shè)置.. 41
2.6.2 接口映射配置.. 43
2.7 智能駕駛 HIL仿真測試算法模塊.. 45
2.7.1 Autoware算法平臺.. 45
2.7.2 Apollo算法平臺.. 48
第 3章 智能駕駛 HIL測試環(huán)境仿真.. 51
3.1 概述.. 51
3.2 定義仿真目標(biāo).. 53
3.3 選擇仿真平臺.. 54
3.3.1 典型智能駕駛仿真軟件分類與發(fā)展變化情況.. 54
3.3.2 典型智能駕駛仿真軟件介紹.. 55
3.4 準(zhǔn)備車輛模型.. 60
3.5 導(dǎo)入地圖和場景.. 61
3.5.1城市道路行駛測試.. 61
3.5.2 高速公路行駛測試.. 62
3.5.3 自定義場景測試.. 63
3.5.4 道路規(guī)劃和路徑規(guī)劃測試.. 65
3.5.5 交通規(guī)劃和智能交通系統(tǒng)測試.. 66
3.6 添加車輛傳感器.. 67
3.6.1 確定傳感器選型.. 67
3.6.2 確定傳感器布局.. 68
3.6.3 配置傳感器參數(shù).. 69
3.7配置仿真環(huán)境.. 71
3.7.1 天氣條件.. 71
3.7.2 時間.. 73
3.7.3 交通流量.. 74
3.8定義車輛行為.. 75
3.8.1 車輛控制.. 75
3.8.2 車輛路徑.. 76
3.9基于 PanoSim的快速試驗.. 77
3.9.1 試驗?zāi)康?. 77
3.9.2 軟件配置.. 77
3.9.3 創(chuàng)建試驗.. 78
3.9.4 主車及干擾車.. 84
3.9.5 預(yù)設(shè)軌跡.. 87
3.9.6 添加傳感器.. 90
3.9.7 加載算法腳本.. 91
3.9.8 編譯試驗.. 91
3.9.9 運行試驗.. 92
3.9.10 保存試驗.. 93
第 4章 智能駕駛 HIL仿真測試方法.. 94
4.1測試用例設(shè)計與生成.. 94
4.1.1 確定測試目標(biāo)和范圍.. 94
4.1.2 識別關(guān)鍵功能和模塊.. 95
4.1.3 使用場景模擬.. 95
4.1.4 考慮異常情況和邊界值.. 96
4.1.5 注入故障和障礙物.. 97
4.1.6 生成路徑和軌跡.. 97
4.1.7 考慮人機交互.. 98
4.1.8 性能評估.. 99
4.2系統(tǒng)配置與準(zhǔn)備.. 99
4.2.1 硬件設(shè)置.. 99
4.2.2 仿真環(huán)境設(shè)置..100
4.3 傳感器與控制器初始化..101
4.3.1 傳感器初始化..101
4.3.2 控制器初始化..102
4.4 實時通信和數(shù)據(jù)交換..102
4.4.1 通信鏈路測試..102
4.4.2 數(shù)據(jù)交換測試..103
4.5 場景和用例加載..104
4.6 系統(tǒng)校準(zhǔn)和校驗..105
4.6.1 傳感器校準(zhǔn)..105
4.6.2 控制器參數(shù)校準(zhǔn)..106
4.7 故障注入..107
4.8 性能檢測和記錄..107
4.9 基于 PanoSim的循跡試驗..108
4.9.1 測試模型構(gòu)建..108
4.9.2 I/O接口配置.. 113
4.9.3 軌跡點錄制.. 115
4.9.4 循跡效果測試.. 118
第 5章 智能駕駛 HIL仿真測試結(jié)果分析與評估.. 119
5.1 智能駕駛測試評價方法..119
5.2 仿真測試的真實性與有效性評價..121
5.2.1 真實性評價..121
5.2.2 有效性評價..122
5.3 仿真測試與道路測試的閉環(huán)驗證..126
5.4 AEB功能測試案例..127
5.4.1 知識學(xué)習(xí)..127
5.4.2 測試場景搭建..132
5.4.3 I/O接口映射..135
5.4.4 激光雷達(dá)數(shù)據(jù)讀取..136
5.4.5 算法運行測試..137
第 6章 智能駕駛系統(tǒng)測試案例.. 139
6.1 LDW功能測試案例.. 139
6.1.1 知識學(xué)習(xí)..139
6.1.2 測試模型構(gòu)建..143
6.1.3 I/O接口映射..145
6.1.4 仿真攝像頭數(shù)據(jù)讀取..146
6.1.5 算法運行測試..148
6.2 LKA功能測試案例..149
6.2.1 知識學(xué)習(xí)..149
6.2.2 測試模型構(gòu)建..157
6.2.3 I/O接口映射..159
6.2.4 算法運行測試..161
第 7章 智能駕駛仿真測試技術(shù)展望.. 163
7.1 中國智能駕駛仿真測試技術(shù)所面臨的挑戰(zhàn)..163
7.2 中國智能駕駛仿真測試技術(shù)的發(fā)展趨勢..165
7.3 智能駕駛仿真測試發(fā)展建議..165
參考文獻(xiàn).. 168
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