- Беспилотные автомобили сильно зависят от программ симуляции при тестировании из-за ограничений по стоимости, времени и регулированию дорожных испытаний.
- 8 программных решений для симуляции беспилотных автомобилей, рассмотренных в этой статье, — CarSim, Carmaker, PreScan, PTV Vissim, SUMO, VIRES VTD, rFpro и Cognata; у каждого свои функции и возможности.
- Эти программные решения позволяют комплексно тестировать алгоритмы автономного вождения, динамику автомобиля, дорожные сценарии и взаимодействие датчиков, что критически важно для безопасного и эффективного развёртывания беспилотных автомобилей.
Перед коммерческим запуском беспилотные автомобили требуют масштабных дорожных испытаний. Однако этот процесс дорогостоящий и трудоёмкий, а тесты на открытых дорогах сталкиваются с регуляторными ограничениями и рисками для безопасности. Поэтому отрасль широко использует симуляцию автономного вождения — на неё приходится около 90 % тестирования алгоритмов. В этой статье представлены 8 существующих программных решений для симуляции автономного вождения.
1.CarSim
CarSim, а также связанные с ним программы TruckSim и BikeSim, — это мощное программное обеспечение для динамической симуляции, разработанное компаниейMechanical Simulation, Inc. и широко используемое автопроизводителями и поставщиками оборудования по всему миру.
Модель CarSim может выполняться на компьютере в 10 раз быстрее реального времени и позволяет симулировать реакцию автомобиля на действия водителя, трёхмерную дорожную поверхность и аэродинамические воздействия; результаты симуляции очень близки к поведению реального автомобиля. Программа в первую очередь используется для прогнозирования и симуляции курсовой устойчивости, торможения, плавности хода, динамики и экономичности автомобиля. CarSim поставляется со стандартными интерфейсами Matlab/Simulink, которые легко использовать для симуляции динамики движения автомобиля и реакции водителя.
CarSim имеет стандартный интерфейс Matlab/Simulink, что упрощает совместное моделирование с Matlab/Simulink при разработке алгоритмов управления, а также позволяет генерировать большие объёмы данных для последующего анализа или визуализации в Matlab или Excel. Системы DSpace и NI упрощают совместное HIL-моделирование.
Читайте также:Беспилотные автомобили: 3 потенциальных недостатка
2.Carmaker
Carmaker, а также связанные с ним программы TruckMaker и MotorcycleMaker, — это программное обеспечение IPG из Германии для динамической симуляции, симуляции ADAS и автономного вождения. Carmaker — прежде всего отличный инструмент динамической симуляции, предоставляющий точные модели автомобиля (двигатель, шасси, подвеска, трансмиссия, рулевое управление и т. д.). Кроме того, Carmaker создаёт системы симуляции замкнутого цикла, включающие автомобиль, водителя, дорогу и дорожную обстановку.
Будучи платформенным ПО, CarMaker можно интегрировать со многими сторонними программами, такими как ADAMS, AVLCruise, rFpro и другими, чтобы использовать сильные стороны каждого инструмента в совместных симуляциях. Кроме того, аппаратное обеспечение CarMaker предоставляет множество интерфейсных плат, которые удобно использовать для HIL-тестирования с ECU или датчиками.
Читайте также:7 конференций по автономному вождению: исследуем будущее мобильности
3.PreScan
PreScan— это программное обеспечение для симуляции тестирования ADAS, разработанное TassInternational и приобретённое Siemens в августе 2017 года. PreScan представляет собой платформу симуляции, состоящую из препроцессора с графическим интерфейсом для настройки сценариев и среды выполнения для их запуска. Основные интерфейсы, которые инженеры используют для создания и тестирования алгоритмов, включают MATLAB и Simulink. PreScan можно применять для задач от проектирования контроллеров на основе моделей (MIL) до тестирования в реальном времени с системами Software-in-the-Loop (SIL) и Hardware-in-the-Loop (HIL).
PreScan работает в разомкнутом и замкнутом контуре, а также в автономном и онлайн-режимах. Это открытая программная платформа с гибким интерфейсом к сторонним моделям динамики автомобиля (например, CarSIM и dSPACE ASM) и сторонним HIL-симуляторам/аппаратуре (например, ETAS, dSPACE и Vector).
4.PTV Vissim
Vissim— самое известное в мире программное обеспечение для микроскопической симуляции транспортных потоков, разработанное немецкой компанией PTV. Vissim позволяет легко создавать разнообразные сложные дорожные сценарии: автомагистрали, крупные кольцевые развязки, парковки и т. д. В одном сценарии симуляции можно также воспроизводить взаимодействие легковых автомобилей, грузовиков, железнодорожного транспорта и пешеходов. Это эффективный инструмент для профессионального планирования и оценки городской и пригородной транспортной инфраструктуры, а также для симуляции воздействия локального аварийного трафика и эвакуации большого количества пешеходов.
Симуляции Vissim позволяют достичь высокой точности, включая микроскопические модели индивидуального следования за впереди идущим автомобилем и смены полосы, а также группового взаимодействия и конфликтов. Vissim оснащён широким набором встроенных инструментов анализа: они позволяют получать детализированные данные по различным сценариям и формировать наглядное представление благодаря качественному 3D-движку визуализации. Алгоритмы автономного вождения также можно симулировать и тестировать в динамической дорожной среде, подключаясь к Vissim.
5.SUMO
SUMO— это open-source программное обеспечение для непрерывного микроскопического моделирования дорожного движения, разработанное Немецким аэрокосмическим центром. В его состав входит редактор дорожной сети, позволяющий интерактивно добавлять дороги, изменять соединения полос, обрабатывать зоны перекрёстков, менять время сигналов светофоров и т. д. Дорожные сети Vissim, OpenStreetMap и OpenDrive также можно конвертировать с помощью отдельной программы преобразования. Маршруты для каждого автомобиля можно задавать в файле маршрутов или генерировать случайным образом по заданным параметрам. Во время выполнения SUMO может одновременно обрабатывать несколько квадратных километров и десятки тысяч автомобилей для непрерывной симуляции движения, а также предоставляет визуализацию на основе OpenGL для отображения результатов дорожного моделирования в реальном времени.
6.VIRES VTD
VTD (Virtual Test Drive)— это полный набор модульных инструментов симуляции для ADAS, систем активной безопасности и автономного вождения, разработанный немецкой компанией VIRES. В 2017 году VIRES была приобретена MSC Software Group. Сейчас VTD работает на платформе Linux; его функциональность охватывает моделирование дорожной среды, дорожных сцен, погоды и внешних условий, простое и физически реалистичное моделирование датчиков, управление сценариями симуляции и высокоточный рендеринг на экран в реальном времени. VIRES поддерживает полный цикл разработки — от SIL до HIL и VIL, а открытая модульная архитектура позволяет легко вести совместную симуляцию со сторонними инструментами и плагинами. VIRES также вносит значительный вклад в широко используемые открытые форматы для симуляции автономного вождения — OpenDrive, OpenCRG и OpenScenario; функциональность и хранение данных VTD также основаны на этих открытых форматах. Процесс симуляции VTD состоит в основном из трёх этапов: построение дорожной сети, динамическая настройка сценариев и запуск симуляции.
7.rFpro
rFpro— британская компания, основанная в 2008 году. Изначально это был проект по воссозданию и симуляции гоночных трасс внутри команды F1, поэтому с самого начала к симуляции предъявлялись высокие требования по скорости, работе в реальном времени и точности. rFpro использует высокоточный фазовый LIDAR для сканирования дорожного полотна и обочин, создавая чрезвычайно точную цифровую модель поверхности дороги с разрешением 1 см, а также времяпролётный LIDAR (ToF) для сканирования улиц и окружающих сцен. Наряду с этим rFpro использует времяпролётный LIDAR (ToF) для сканирования улиц и придорожных сцен. rFpro может предоставлять виртуальные сцены для динамической симуляции, тестирования ADAS и автономного вождения, максимально приближенные к реальной среде. С помощью этого метода rFpro создал высокоточные виртуальные сцены для множества гоночных трасс и испытательных полигонов, включая F1, NASCAR и IndyCar.
8.Cognata
Cognata— израильский стартап по симуляции автономного вождения, основанный в 2016 году; в конце 2018 года компания закрыла раунд финансирования серии B на 18,5 миллиона долларов. Cognata сочетает искусственный интеллект, глубокое обучение и компьютерное зрение, чтобы воссоздавать города на своей 3D-платформе симуляции и предоставлять заказчикам разнообразные тестовые сценарии, имитирующие реальные испытательные поездки.
Технология Cognata делится на три основных направления. Для статичных сред движок TrueLife3DMesh с помощью алгоритмов компьютерного зрения и глубокого обучения автоматически создаёт виртуальные среды — здания, дороги, дорожную разметку и дорожные знаки — на основе карт и спутниковых снимков. Для динамической симуляции Cognata строит точные и масштабируемые модели дорожного движения, а также модели погоды и освещения на основе исторических данных о дорожном движении, воспроизводя широкий спектр автомобилей и пешеходов в реальной среде.
Весь виртуальный движок симуляции объединяет статические и динамические модели, чтобы воспроизводить взаимодействие датчиков с изменениями моделируемой среды и обеспечивать полный контур обратной связи для тестируемой системы автономного вождения.