車載虛擬環境方法：用於開發／演示／評估先進駕駛輔助系統和聯網自動駕駛功能

Kernkonzepte

本文介紹了一種名為車載虛擬環境 (VVE) 的新方法，用於安全、高效且經濟地開發、演示和評估先進駕駛輔助系統 (ADAS) 和聯網自動駕駛 (CAD) 系統。

Zusammenfassung

研究論文摘要

• 文獻資訊： Cao, X., Chen, H., Gelbal, S. Y., Aksun-Guvenc, B., & Guvenc, L. (2023). Vehicle-in-Virtual-Environment Method for ADAS and Connected and Automated Driving Function Development/Demonstration/Evaluation. Sensors, 23(11), 5088.
• 研究目標： 本文旨在介紹一種名為車載虛擬環境 (VVE) 的新方法，用於安全、高效且經濟地開發、演示和評估先進駕駛輔助系統 (ADAS) 和聯網自動駕駛 (CAD) 系統。
• 研究方法： VVE 方法將真實測試車輛的運動與嵌入在逼真 3D 虛擬環境中的虛擬車輛的運動同步。真實車輛在真實世界中的安全環境中運行，而虛擬環境則可以輕鬆創建不同的交通場景以進行測試。
• 主要發現： 研究結果表明，VVE 方法能夠成功地同步真實車輛和虛擬車輛的運動，並且虛擬感測器數據可以用於為真實自動駕駛車輛提供感知信息。
• 主要結論： VVE 方法提供了一種安全、高效且經濟的方式來開發、演示和評估 ADAS 和 CAD 系統。
• 論文貢獻： 本文提出了一種新的測試方法，可以克服傳統公共道路測試的局限性，例如安全問題、成本高和效率低下。
• 研究限制和未來方向： 未來的工作方向包括使用 VVE 方法開發碰撞避免系統、更詳細地分析通信延遲和計算延遲的影響，以及探索將擴展現實 (XR) 眼鏡用於增強測試真實感。

文章重點

VVE 方法的優勢：

• 安全性：真實車輛在安全的空曠區域運行，消除了對真實交通參與者的風險。
• 效率：可以輕鬆創建和修改虛擬環境中的交通場景，從而可以高效地測試各種場景，包括罕見和極端情況。
• 成本效益：與需要大量駕駛里程的公共道路測試相比，VVE 方法可以降低測試成本。
• 真實性：VVE 方法利用真實車輛及其物理動力學，而不是依賴於 HIL/MIL 測試方法中使用的理論車輛模型。

VVE 方法的局限性：

• 虛擬環境需要劃分為多個區塊，每個區塊的大小不能超過真實測試空間的大小。
• 需要添加虛擬環島來連接相鄰區塊，以便真實車輛在到達物理測試空間邊緣時能夠轉彎。

VVE 方法的應用：

• 車輛與行人 (V2P) 通信：通過將真實行人的運動同步到虛擬環境中，VVE 方法可以用於在安全可控的環境中測試 V2P 通信系統。

未來工作方向：

• 開發碰撞避免系統。
• 分析通信延遲和計算延遲的影響。
• 使用擴展現實 (XR) 眼鏡增強測試真實感。
• 探索其他類型的道路使用者（例如其他車輛）與虛擬環境中自駕車的互動。
• 生成更多樣化的虛擬環境和場景。

Statistiken

Zitate

Wichtige Erkenntnisse aus

Vehicle-in-Virtual-Environment Method for ADAS and Connected and Automated Driving Function Development/Demonstration/Evaluation

by Xincheng Cao... um arxiv.org 10-08-2024

https://arxiv.org/pdf/2410.04313.pdf

Tiefere Fragen

VVE 方法如何適應不斷發展的自動駕駛技術和法規？

VVE (Vehicle-in-Virtual-Environment) 方法本身具有高度的靈活性，可以隨著自動駕駛技術和法規的發展不斷調整和進化。以下列舉幾點說明：
1. 虛擬環境的可塑性: VVE 的核心優勢之一在於其可輕鬆構建和修改各種測試場景。面對新技術的湧現 (如更先進的感測器、車聯網技術) 或法規的更新 (如新的交通規則、安全標準)，開發者可以快速調整虛擬環境以符合需求。例如，要測試新的自動緊急煞車系統 (AEB) 在複雜路況下的表現，只需在虛擬環境中添加相應的道路元素、交通參與者和天氣條件即可。
2. 模組化的系統架構: VVE 方法採用模組化設計，可以根據需要整合新的硬體或軟體組件。例如，隨著感測器技術的進步，開發者可以輕鬆地將新的感測器模型 (如高解析度雷達、熱成像儀) 加入虛擬環境中，並將其數據傳輸至車輛的控制單元進行測試。
3. 與法規接軌的測試流程: VVE 方法可以模擬真實世界的駕駛環境，並根據最新的法規要求設計測試案例。例如，歐洲新車安全評鑑協會 (Euro NCAP) 制定了針對自動駕駛汽車的評測標準，VVE 方法可以根據這些標準創建相應的測試場景，並評估自動駕駛系統的安全性。
4. 數據驅動的開發流程: VVE 方法可以收集大量的測試數據，這些數據可以用於改進自動駕駛算法、驗證系統性能以及支持法規認證。例如，通過分析 VVE 測試中收集的車輛行為數據、環境感知數據和決策規劃數據，開發者可以優化自動駕駛系統的性能，並提高其在各種路況下的可靠性和安全性。
總而言之，VVE 方法具有靈活性、可擴展性和數據驅動的特性，使其能夠適應自動駕駛技術和法規的快速發展，並在未來持續發揮重要作用。

如果虛擬環境無法完全複製真實世界的複雜性和不可預測性，那麼 VVE 方法的可靠性如何？

您提了一個非常關鍵的問題。確實，虛擬環境很難完全複製真實世界的複雜性和不可預測性，這也是 VVE 方法面臨的主要挑戰之一。然而，VVE 方法的可靠性可以通過以下幾種方式得到保障和提升：
1. 高逼真度的虛擬環境建模: 隨著技術的進步，虛擬環境的逼真度不斷提高。開發者可以利用高精度地圖、真實世界的物理引擎和複雜的傳感器模型，構建高度模擬真實世界物理特性、天氣條件、交通狀況和道路環境的虛擬環境。
2. 多樣化的測試場景生成: 為了彌補單一場景的不足，VVE 方法可以利用程序化生成技術和數據驅動的方法，自動創建大量不同的測試場景，涵蓋各種可能的道路狀況、交通狀況和環境條件。
3. 與真實世界數據的結合: VVE 方法可以結合真實世界的駕駛數據進行訓練和驗證。例如，開發者可以利用車隊測試收集的數據，對虛擬環境中的交通流模型、駕駛員行為模型和環境感知模型進行校準和優化。
4. 混合虛實的測試方法: VVE 方法可以與其他測試方法結合使用，例如在封閉場地進行部分真實世界的測試，或利用駕駛模擬器進行人機交互測試。通過結合不同測試方法的優勢，可以更全面地評估自動駕駛系統的性能和可靠性。
5. 持續的驗證和改進: VVE 方法的可靠性需要通過持續的測試、驗證和改進來不斷提升。開發者需要不斷收集真實世界的數據，並利用這些數據對虛擬環境、測試場景和評估指標進行優化，以確保 VVE 方法能夠有效地支持自動駕駛系統的開發和驗證。
總而言之，雖然虛擬環境無法完全複製真實世界的複雜性，但通過不斷提高逼真度、增加測試場景的多樣性、結合真實世界數據以及與其他測試方法結合使用，VVE 方法的可靠性可以得到有效保障和提升。

VVE 方法的廣泛採用將如何影響自動駕駛汽車的開發和測試流程，以及更廣泛的汽車行業？

VVE 方法的廣泛採用預計將為自動駕駛汽車的開發和測試流程，以及更廣泛的汽車行業帶來以下深遠影響：
1. 加速開發週期，降低成本: VVE 方法可以讓開發者在安全的虛擬環境中進行大量的測試，無需受限於真實世界的時間、地點和成本限制。這將大大縮短開發週期，降低測試成本，並加速自動駕駛技術的迭代升級。
2. 提高測試效率和覆蓋率: VVE 方法可以輕鬆構建各種複雜、危險或罕見的測試場景，例如極端天氣、交通事故、系統故障等，這些場景在真實世界中難以復現或過於危險。這將顯著提高測試效率和覆蓋率，確保自動駕駛系統在各種情況下的安全性和可靠性。
3. 推動數據驅動的開發模式: VVE 方法可以收集大量的測試數據，這些數據可以用於訓練和驗證自動駕駛算法，並支持數據驅動的開發模式。這將促進機器學習、深度學習等技術在自動駕駛領域的應用，推動自動駕駛技術的快速發展。
4. 促進汽車行業的轉型升級: VVE 方法的應用將推動汽車行業從傳統的開發模式向虛擬化、智能化的方向轉型升級。傳統的汽車測試評估體系將更加依賴於虛擬仿真技術，汽車製造商需要建立相應的虛擬測試平台和數據分析能力。
5. 催生新的商業模式和服務: VVE 方法的普及將催生新的商業模式和服務，例如虛擬測試服務、數據服務、仿真軟件開發等。同時，自動駕駛技術的快速發展也將帶動相關產業鏈的發展，例如高精度地圖、車聯網、人工智能等。
總而言之，VVE 方法的廣泛採用將為自動駕駛汽車的開發和測試流程帶來革命性的變化，加速自動駕駛技術的發展和應用，並對更廣泛的汽車行業產生深遠影響。