- 由于道路测试的成本、时间及法规限制，自动驾驶汽车在测试中高度依赖仿真软件。
- 本博客涉及的 8 款主流自动驾驶仿真软件解决方案包括：CarSim、Carmaker、PreScan、PTV Vissim、SUMO、VIRES VTD、rFpro 和 Cognata，每款软件都具备独特的功能和特性。
- 这些软件解决方案能够对自动驾驶算法、车辆动力学、交通场景及传感器交互进行全面测试，这对自动驾驶汽车的安全高效部署至关重要。
自动驾驶汽车在商业部署前需要大量的道路测试。然而，这一过程成本高、耗时长，且开放道路测试面临法规限制和安全风险。因此，业界广泛采用自动驾驶仿真测试，它约占算法测试的 90%。本博客将介绍 8 款现有的自动驾驶仿真软件解决方案。
1. CarSim
CarSim及其相关软件 TruckSim 和 BikeSim，是由Mechanical Simulation公司开发的强大动力学仿真软件，被全球各大主机厂及供应商广泛使用。
CarSim 模型可在计算机上以比实时快 10 倍的速度运行，能够模拟车辆对驾驶员控制、3D 路面及空气动力学输入的响应，仿真结果高度接近真实车辆。该软件主要用于预测和模拟车辆的操控稳定性、制动性、平顺性、动力学及经济性。CarSim 配有标准的 Matlab/Simulink 接口，便于与 Matlab/Simulink 共同仿真以开发控制算法，同时可生成大量数据结果，供后续使用 Matlab 或 Excel 进行分析或可视化。CarSim 还可与 dSPACE 及 NI 的系统集成，实现硬件在环（HIL）联合仿真。
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2. Carmaker
Carmaker及其相关软件 TruckMaker 和 MotorcycleMaker 是由德国 IPG 公司开发的动力学、ADAS 及自动驾驶仿真软件。Carmaker 首先是一款出色的动力学仿真软件，提供精确的车身模型（发动机、底盘、悬架、传动系统、转向等），此外，Carmaker 还能创建包含车辆、驾驶员、道路和交通环境的闭环仿真系统。Carmaker 还能创建包含车辆、驾驶员、道路和交通环境的闭环仿真系统。
作为平台软件，Carmaker 可与众多第三方软件（如 ADAMS、AVLCruise、rFpro 等）集成，以利用各软件的优势进行联合仿真。同时，Carmaker 的配套硬件提供了大量板卡接口，可便捷地与 ECU 或传感器进行 HIL 测试。
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3. PreScan
PreScan是一款 ADAS 测试仿真软件，由 TassInternational 公司开发，并于 2017 年 8 月被西门子收购。PreScan 是一个仿真平台，包含基于 GUI 的预处理器（用于定义场景）和运行环境（用于执行场景）。工程师用于创建和测试算法的主要接口包括 MATLAB 和 Simulink。PreScan 可应用于从基于模型的控制设计（MIL）到使用软件在环（SIL）和硬件在环（HIL）系统的实时测试等领域。
PreScan 可在开环与闭环、离线与在线模式下运行。它是一个开放的软件平台，具有灵活的接口，可连接第三方车辆动力学模型（如 CarSim 和 dSPACEASM）以及第三方 HIL 仿真器/硬件（如 ETAS、dSPACE 和 Vector）。
4. PTV Vissim
Vissim是全球领先的微观交通流仿真软件，由德国 PTV 公司提供。Vissim 可轻松构建各种复杂的交通环境，包括高速公路、大型环岛、停车场等，并可在单个仿真场景中模拟机动车、卡车、铁路交通及行人之间的互动。它是城市和郊区交通设施专业规划与评估的有效工具，还可用于模拟局部紧急交通的影响以及大量行人的疏散。
Vissim 的仿真可实现高度准确性，包括微观的个体跟车和换道行为，以及群体协作与冲突。Vissim 拥有广泛的内置分析工具，既可获取不同场景下的各种特定数据结果，也可通过高质量的 3D 可视化引擎获得直观理解。通过接入 Vissim，还可以在高度动态的交通环境中对无人驾驶算法进行仿真测试。
5. SUMO
SUMO是一款由德国国家航空航天中心开发的开源微观连续交通流仿真软件。它配有一个交通仿真网络编辑器，可交互式地添加道路、编辑车道连接、处理交叉口区域、编辑信号配时等。来自 Vissim、OpenStreetMap、OpenDrive 的路网也可通过单独的转换程序进行转换。每辆车的路线可通过编辑路由文件指定，或使用参数随机生成。运行时，它能同时处理数平方公里内多达数万辆车的连续交通仿真需求，并提供基于 OpenGL 的可视化界面，实时显示交通仿真结果。
6. VIRES VTD
VTD（虚拟试驾）是由德国 VIRES 公司开发的完整模块化仿真工具链，用于 ADAS、主动安全和自动驾驶。VIRES 已于 2017 年被 MSC 软件集团收购。VTD 目前运行在 Linux 平台上，其功能涵盖道路环境建模、交通场景建模、天气与环境模拟、简单和物理真实的传感器仿真、场景模拟管理以及高精度实时画面渲染。VIRES 支持从 SIL 到 HIL 和 VIL 的全周期开发过程，其开放的模块化框架可方便地与第三方工具和插件进行协同仿真。VIRES 还是广泛使用的自动驾驶仿真开放格式 OpenDrive、OpenCRG 和 OpenScenario 的主要贡献者，VTD 的功能和数据存储也基于这些开放格式。VTD 的仿真过程主要包括三个步骤：路网构建、动态场景配置和模拟运行。
7. rFpro
rFpro是一家英国公司，成立于 2008 年，最初作为 F1 车队内的赛道重建和仿真项目起步，这从一开始就决定了其仿真对高速、实时和精度的要求。rFpro 使用高精度的相位法激光雷达扫描路面和路肩数据，生成分辨率达 1 厘米的高精度道路数字模型；同时还使用 TOF 激光雷达扫描路边的街道和场景。同样，rFpro 使用 TOF 激光雷达扫描路边的街道和场景。rFpro 能够为动力学仿真、ADAS 和自动驾驶测试提供与现实环境高度一致的虚拟场景。通过这种方法，rFpro 已为许多赛道和测试场景创建了高精度虚拟场景，包括 F1、NASCAR 和 IndyCar 等。
8. Cognata
Cognata是一家总部位于以色列的自动驾驶仿真初创公司，成立于 2016 年，在 2018 年底完成了 1850 万美元的 B 轮融资。Cognata 利用人工智能、深度学习和计算机视觉的组合，在其 3D 仿真平台上重现城市，为客户提供模拟真实驾驶测试的多种测试场景。
Cognata 的技术主要分为三大方面。在静态环境方面，Cognata 的 TrueLife3DMesh 引擎使用计算机视觉和深度学习算法，基于地图和卫星图像自动生成包含建筑、道路、车道标记和交通标志的虚拟仿真环境。在动态仿真方面，Cognata 基于历史街道交通数据，构建精确且可扩展的交通仿真模型以及天气和光照模型，模拟真实环境中的各种车辆和行人。整个虚拟仿真引擎将静态和动态仿真模型相结合，模拟传感器与仿真环境变化之间的交互，为待测自动驾驶系统提供完整的反馈回路。