高度自动驾驶车辆的第七感

网联自动驾驶车辆是否具有特别强的预测性？为调查这一点，需要向ZF证明，车辆能够与周围环境可靠通信。dSPACE专门开发的通信仿真器让预测测试成为可能。

一辆自动驾驶车辆正在等红灯。交通灯变绿了，但车辆并没有开动。这是有充分理由的：一辆应急响应车辆正在赶往事故现场，车辆即将驶入交叉口。但是，自动驾驶车辆是如何预见这种情况的呢？车联网（V2X）通信技术刚好能做到“提前查看拐角处”，从而实现预测性驾驶。

利用V2X通信提高安全性

车辆之间的互联性日益增强，为道路安全带来了新的可能。借助车联网（V2X）技术，车辆可以相互通信，也可以与周围的基础设施通信。这样就能提前感知交通状况，大大提高所有道路使用者的安全性。ZF的Oliver Maschmann解释说，“ZF的目标是利用V2X技术进一步开发和验证高级驾驶辅助系统（ADAS）以及自动驾驶（AD）功能。”配备这些技术的自动驾驶车辆被称为网联自动驾驶汽车（CAV）。它们将互联优势与自动驾驶功能相结合，使道路交通更加安全、高效。

验证基于V2X的系统需要面临的挑战

开发CAV需要全面的测试和验证策略。其中一个特定的挑战是，如何为各种交通场景创建逼真的测试环境。

静态方面 ：虚拟世界必须尽可能准确地仿真现实世界。必须根据真实的环境数据，精确创建真实环境的数字孪生体。来自地理参考道路网络的地图数据为此提供了支持。
动态方面 ：必须通过试驾来记录真实的交通状况，然后再现交通状况进行测试，并辅以合成场景。特别是关乎安全的驾驶状况（如近距离碰撞）在真实数据中往往无法充分体现，必须有针对性地进行仿真。
高精度 ：为支持ADAS/AD的跟踪精度，所有数据都必须有地理参照，即与全球导航卫星系统（GNSS）数据一起记录。为确保测试的有效性，仿真合成场景时，地理数据需要精确到几厘米。这就要用到全球导航卫星系统仿真器，直接从实时仿真中获取数据。

以虚拟交叉口为基础

ZF的Fabian Mürdter表示，“自动驾驶系统面临的一个特殊挑战是交叉口的安全和预期行为。为了进行这些调查，我们在现有道路网络中详细仿真了一个复杂的交叉口。仿真包括精确建模车道和自行车道，其中有精确定位的交通标志和交通信号灯。其实现方式是采集真实数据（传感器数据，如摄像头、雷达和激光雷达数据），并利用高精度地图数据将其传输到三维世界（参见城市交通区域数字化，《dSPACE杂志》2024年）。

生成动态测试场景

ZF的Heiko Simpfendörfer解释了这一程序：“我们通过试驾，记录了真实的交通情况，包括所有可用的通信数据：感知传感器的原始数据、GNSS信息和V2X通信数据。”为测试突然出现行人或其他车辆不可预测的驾驶动作等极端案例，我们根据真实的测试数据生成了合成场景。为此，使用了dSPACE场景生成工作流程，与此同时使用Traffic Virtualizer工具，让该过程实现高度自动化。Heiko Simpfendörfer补充到，“我们的目标是得到灵活的场景，只需改变参数就可以在最短时间内生成所有必要的测试用例。”这些参数包括车速、加速度、车距、道路使用者数量和交通信号灯切换阶段等。所有参数都可以独立变化，为仿真提供无限的场景。关于增加变化深度的策略，Sören Stamm谈到，“在仿真中设置触发器，可以改变交叉口的交通灯相位和车辆驶入交叉口的时间，让交通流量不断变化。”同时，在整个运输网络中，各种场景都具有可重复性，与运行时间无关。他们用仿真工具套件ASM（汽车仿真模型）和传感器真实仿真软件AURELION创建和执行了仿真。

V2X专用测试定义

除了交叉口拓扑结构和交通信号灯外，V2X信息还可用于传输其他道路使用者和基础设施特征（如道路工程或事故现场）的有关数据。Fabian Mürdter表示，“在仿真中纳入这些细节，可以确保自动/自主系统准备好应对各种实际交通状况。”ASM参数化软件ModelDesk中有一个专门的V2X用户界面，用来准备包含V2X信息的仿真场景。

在实时条件下验证

Oliver Maschmann谈到，“为了能考虑到关乎安全的方方面面，有必要在实时条件下测试真实的电子控制单元。”为了进行这项整体系统测试，必须在硬件在环（HIL）仿真器中集成或仿真所有电子控制单元和相关组件。为了能够实时进行逼真的V2X地理参照仿真，他们扩展了用于ADAS/AD验证的SCALEXIO HIL系统，纳入了一个GNSS仿真器和一个V2X仿真器，这两个仿真器通过无线电链路与被测ADAS电子控制装置通信。dSPACE提供的软件工具用于直接通过交通仿真控制V2X和GNSS仿真器，并传输相应的数据：ZF的Sören Stamm表示，“在运行过程中，ASM仿真向V2X和GNSS仿真器提供精确的V2X和GNSS参考信息，V2X和GNSS仿真器继而通过无线接口，将这些数据发送到ADAS/AD电子控制单元。”利用dSPACE的工具（用于WaveBee的V2X接口）对MAP和SPaT等V2X消息类型进行集成和配置，能够详细、逼真地仿真交通流。关于仿真器的特性，Oliver Maschmann介绍到，“信号和数据与HIL仿真器精确同步，可以合理地激励ADAS/AD电子控制单元，并在整个系统层面仿真和测试车辆的响应能力。”该测试评估可以确保所有系统协调一切且正常运行。

传感器仿真选项

Heiko Simpfendörfer解释说，“传感器仿真的详细程度不尽相同，例如在仿真中完全包括或完全不包括某个传感器的处理阶段。”因此，传感器数据的处理范围很广，其中包括使用地面实况传感器模型生成的目标列表，此类模型采用几何方法，根据特定物体的边界框信息计算最近点；也包括使用高度逼真的物理传感器模型仿真原始传感器数据，此类模型考虑到了各个目标的所有轮廓和材料属性。地面实况方法通过ASM实现，而原始传感器数据仿真则通过AURELION进行。传感器的原始数据可通过环境传感器接口单元等提供给电子控制单元。