汽車的發(fā)展歷史源遠(yuǎn)流長，汽車車燈的出現(xiàn)和發(fā)展也在其中起著重要的作用，從煤油燈到當(dāng)前蓬勃發(fā)展的智能大燈，其間百余年的變化，不斷有新的產(chǎn)品和技術(shù)問世。

當(dāng)前市場上的智能大燈產(chǎn)品，比如自適應(yīng)前照燈系統(tǒng)AFS（Adaptive Front-Lighting System），自適應(yīng)遠(yuǎn)光燈系統(tǒng)ADB（Adaptive Driving Beam），以及自由度更高的數(shù)字光處理系統(tǒng)DLP（Digital Light Processing）等，是汽車技術(shù)創(chuàng)新領(lǐng)域的重要組成部分，對汽車駕駛的安全性和便利性產(chǎn)生重要積極作用，也為交通信息傳遞和交互的方式提供新的思路。

產(chǎn)品的研發(fā)過程伴隨著持續(xù)測試。針對汽車智能大燈產(chǎn)品而言，工具可以幫助您實(shí)現(xiàn)對其控制算法、軟件或者控制器的閉環(huán)測試需求。

條條大路通羅馬，智能大燈產(chǎn)品的技術(shù)實(shí)現(xiàn)也是如此：其軟件自不用說，其照明模組硬件的實(shí)現(xiàn)原理也不盡相同。本文中，作為示例的被測對象為一種假想的，簡單的ADB大燈產(chǎn)品：其照明模組部分含有13個(gè)相互獨(dú)立的LED照明單元。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)描述如下：前視攝像頭模組將視頻圖像信號(hào)傳遞給ADB控制器，ADB控制器輸出左右兩側(cè)的ADB照明模組的控制信號(hào)——每個(gè)LED照明單元的光強(qiáng)度指令信號(hào)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示：

圖1：本文假想的ADB大燈系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡化示意圖

以這種假想的簡單的ADB大燈產(chǎn)品作為示例，目的是為了使讀者能夠通過這個(gè)簡單的例子，了解如何在虛擬駕駛測試仿真軟件DYNA4中建立這樣的照明模組，通過仿真進(jìn)行觀察并對仿真可視化效果建立感性的認(rèn)識(shí)；借此介紹實(shí)現(xiàn)ADB大燈控制算法模型（模型在環(huán)/Model In the Loop/MIL）閉環(huán)測試的方案。文章最后，會(huì)進(jìn)行一定的拓展討論（比如硬件在環(huán)/Hardware In the Loop/HIL）。

基于DYNA4的ADB控制算法模型（MIL）的閉環(huán)仿真測試整體方案

DYNA4是始于1992年的虛擬駕駛測試（車輛與駕駛場景）仿真軟件，主要應(yīng)用于汽車行業(yè)的智能駕駛、底盤操穩(wěn)、動(dòng)力系統(tǒng)等領(lǐng)域，覆蓋乘用車、商用車、卡車、拖車及輪式特種車輛。虛擬駕駛測試仿真是指通過仿真的技術(shù)手段，在虛擬環(huán)境下模擬實(shí)車測試時(shí)的各項(xiàng)關(guān)鍵部分：車輛、傳感器、駕駛員、道路、場地及交通設(shè)施、交通參與者、光照、氣候條件等等。通過打通DYNA4與被測對象之間的交互鏈路，實(shí)現(xiàn)在擬真的虛擬條件下的閉環(huán)測試，如圖2所示。

圖2：虛擬駕駛測試仿真軟件DYNA4重要仿真部分及與被測對象結(jié)合形成閉環(huán)仿真測試

DYNA4作為虛擬駕駛測試仿真軟件，可以應(yīng)用于現(xiàn)代汽車開發(fā)流程（無論是V模型流程還是軟件定義汽車概念影響下的開發(fā)測試閉環(huán)迭代流程）中的大部分環(huán)節(jié)。通過仿真手段，可以實(shí)現(xiàn)諸如：驗(yàn)證/對比系統(tǒng)方案，支持功能安全問題評級及安全解決方案驗(yàn)證，在整車層面仿真部件載荷情況，然后進(jìn)行部件可靠性分析或者耐久測試，軟件算法模型功能、性能驗(yàn)證與桌面標(biāo)定，控制器閉環(huán)測試，系統(tǒng)集成閉環(huán)測試，駕駛員在環(huán)和整車在環(huán)閉環(huán)測試等等。利用仿真技術(shù)，可以在正向開發(fā)和自主開發(fā)中提高效率，節(jié)省成本，保證產(chǎn)品設(shè)計(jì)質(zhì)量。

圖3：DYNA4在V模型開發(fā)流程中可以支持的環(huán)節(jié)與部分角度

回到智能大燈領(lǐng)域，先從模型在環(huán)（MIL）的測試環(huán)節(jié)去考慮實(shí)現(xiàn)ADB大燈控制算法模型的閉環(huán)測試：從模型在環(huán)（MIL）的角度出發(fā)，被測對象是ADB大燈控制控制算法模型（比如Simulink模型或者C/C++代碼等），需要對其進(jìn)行算法功能、性能驗(yàn)證等。

這里定義ADB控制算法模型的接口為：輸入為車載前視攝像頭的視頻圖像，輸出為照明模組的控制信號(hào)，如圖4所示。

圖4：ADB大燈控制模型的輸入/輸出

在DYNA4的仿真中，與現(xiàn)實(shí)世界相同，自車ADB大燈的照明狀態(tài)變化也會(huì)影響DYNAanimation（虛擬測試場景渲染和可視化功能及窗口）中的渲染出來的虛擬駕駛場景，在虛擬自車上安裝的虛擬前視攝像頭傳感器也會(huì)拍到變化的虛擬世界的圖像，并將這些圖像按照設(shè)定的幀率實(shí)時(shí)傳遞到被測的ADB大燈控制算法模型中。算法模型根據(jù)此輸入，不斷地輸出，從而對虛擬ADB照明模組進(jìn)行控制。上述過程和實(shí)車測試一樣。閉環(huán)測試因此得以實(shí)現(xiàn)，如圖5所示。

圖5：在DYNA4軟件中實(shí)現(xiàn)ADB大燈控制算法模型（MIL）閉環(huán)測試的方案示意圖 – DYNA4攝像頭傳感器模型將視頻圖像信息傳遞給ADB大燈控制算法模型作為輸入

從圖6（DYNAanimation渲染的仿真截圖）可以看到，除了被測的ADB大燈控制算法模型之外，其余部分均在DYNA4去實(shí)現(xiàn)：承載ADB控制算法的車輛（自車），自車的前視攝像頭模組，自車上的ADB照明單元模組，駕駛員，靜態(tài)道路及標(biāo)線、道路設(shè)施，道路旁的人工照明條件及可移動(dòng)/不可移動(dòng)的道路設(shè)施，自車周圍的交通參與者的行為以及燈光對場景中的照明影響，晴天/夜晚的自然光照條件。

圖6：DYNAanimation夜晚道路施工路段的仿真截圖

DYNA4中實(shí)現(xiàn)ADB控制算法模型閉環(huán)測試及其仿真

本文對于DYNA4的常規(guī)功能，比如自車及車載傳感器，駕駛員，駕駛場景中的靜態(tài)道路和動(dòng)態(tài)交通的實(shí)現(xiàn)，不做討論和展示。如果您有興趣了解，歡迎聯(lián)系我們。本文僅說明：如何使用DYNA4提供的照明單元模塊，創(chuàng)建一個(gè)ADB的照明模組，并且該照明模組的照明效果可以通過DYNA4的動(dòng)畫演示軟件——DYNAanimation進(jìn)行渲染和可視化，如圖7中所示。

圖7：DYNAanimation渲染的由DYNA4建立的ADB照明模組及照射光

這里使用的是DYNA4提供的聚光類型光源（Spot Light）的照明單元模型去組建ADB照明模組。

圖8：DYNA4提供的聚光類型光源（Spot Light）的照明單元及其光發(fā)射范圍和形狀的示意

使用DYNA4的聚光類型光源（Spot Light）的照明單元模型，可以實(shí)現(xiàn)自定義的ADB照明矩陣模組，比如LED照明單元數(shù)量，LED燈組的相對位置、朝向分布等?？梢园褜儆谕粋€(gè)ADB照明模組中所有的LED放到一個(gè)組（Group）里，比如圖9中展示的Group - “ADB Module Left”，就像現(xiàn)實(shí)生活中的LED燈組的一個(gè)實(shí)際載體（比如一塊板子，上面安裝著13個(gè)LED照明單元）。處于同一個(gè)Group里的13個(gè)LED照明單元，只需將它們的相對位置和相對朝向設(shè)置正確即可，無需考慮它們在車身坐標(biāo)系下的絕對位置和朝向。最后，可以設(shè)置和調(diào)整Group - “ADB Module Left”（即這個(gè)ADB照明模組整體）在車身上的位置和朝向。靈活利用分組Group功能，可以使各層級解耦，無論設(shè)置還是調(diào)整，各層級之間不會(huì)相互影響。

圖9：在DYNA4中利用其提供的光源模型，組合所需的ADB照明模組、矩陣

在圖9中，可以看到“ADB Module Left”這個(gè)Group下面有13個(gè)LED照明單元（即DYNA4的Spot Light?？欤?。如果需要對所有LED光源模型的某一個(gè)屬性做統(tǒng)一的修改，可以直接使用DYAN4提供的文本編輯視圖直接對DYNAanimation的工程進(jìn)行文本化描述和編輯（如圖10所示）：

圖10：DYNA4參數(shù)文件的文本編輯器

接下來更深入地看一下DYNA4中關(guān)于Spot Light照明單元模型的屬性設(shè)置（圖11）?？梢园l(fā)現(xiàn)，每個(gè)LED燈的燈光強(qiáng)度是可以通過DYNA4的Simulink模型中的信號(hào)來控制的：

圖11：DYNA4中建立的ADB照明模組中的每個(gè)LED照明單元可以由相互獨(dú)立的信號(hào)控制

LED照明單元的控制信號(hào)是由用戶自行定義的，可以讓所有照明單元之間控制信號(hào)完全獨(dú)立，也可以設(shè)置幾個(gè)LED照明單元為某一個(gè)區(qū)域的照明小組，該小組內(nèi)的照明單元統(tǒng)一由一個(gè)信號(hào)統(tǒng)一控制?？刂菩盘?hào)具體創(chuàng)建和定義是在DYNA4的Simulink模型中實(shí)現(xiàn)的。在圖11中，只是在DYNA4的圖形用戶界面對已經(jīng)定義好的控制信號(hào)（圖中為ADBControl.LED3.intensity）進(jìn)行了引用和使用，來控制每個(gè)LED照明單元在DYNAanimation渲染時(shí)的光強(qiáng)度。其實(shí)在DYNA4的Simulink模型中實(shí)現(xiàn)LED照明單元的控制信號(hào)的建立和鏈路打通，也非常簡單。重點(diǎn)是創(chuàng)建的這些信號(hào)（比如ADBControl.LED1.intensity，ADBControl.LED2.intensity…）要最終連接到DYNA4的Simulink模型的Animation3模塊中（如圖12所示），這樣DYNAanimation工程中的這些LED照明單元模型就可以通過這些燈光強(qiáng)度信號(hào)進(jìn)行控制。

圖12：紅框中的ADBIntensityCtrlInterface子系統(tǒng)是用戶自行創(chuàng)建的，沿用DYNA4的模型層級結(jié)構(gòu)，將新創(chuàng)建的控制信號(hào)（ADBControl.LED1.intensity等）傳遞到Animation3這個(gè)模塊即可。

到目前為止，已經(jīng)在DYNA4中實(shí)現(xiàn)了本文假設(shè)的ADB大燈的照明模組模型部分的建立，并且實(shí)現(xiàn)了對每個(gè)LED照明單元的燈光強(qiáng)度控制信號(hào)和控制鏈路。接下來，可以看下如何將被測的ADB控制算法模型集成進(jìn)來，實(shí)現(xiàn)對于被測的ADB大燈控制算法模型的模型在環(huán)（MIL）閉環(huán)測試的目的（如圖5所示）。

可以使用DYNA4提供的Camera Sensor模型和對應(yīng)的模塊，來模擬車載前視攝像頭，通過設(shè)置其安裝位置、朝向，以及攝像頭自身的屬性參數(shù)，比如快門速度，光圈大小，感光度（這些參數(shù)可以是固定值，也可以類似上面的LED照明單元模型的燈光強(qiáng)度屬性一樣，通過信號(hào)實(shí)時(shí)控制）等，可以設(shè)置畸變過濾器、灰度過濾器、拜爾濾色鏡和模擬臟污等，如圖13所示。

圖13：DYNA4中的Camera Sensor設(shè)置參數(shù)文件一瞥。

圖14：DYNA4中的前視攝像頭傳感器的可視區(qū)域在DYNAanimation中的展示

圖15：DYNA4中的前視攝像頭傳感器1模型（設(shè)置為8百萬像素?cái)z像頭，視場角水平120度*豎直67.5度）在Simulink輸出的圖像展示。

圖16：DYNA4中的前視攝像頭傳感器2模型（設(shè)置為8百萬像素?cái)z像頭，視場角水平30度*豎直16.87度）在Simulink輸出的圖像展示。

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圖15和圖16中展示的DYNA4攝像頭傳感器模型拍攝到的畫面，在Simulink模型中可以按照攝像頭模型設(shè)置的圖像更新時(shí)間（對應(yīng)的是模擬的真實(shí)攝像頭的幀率要求，比如30幀每秒），被傳輸?shù)紸DB大燈控制算法模型中，如圖17所示。

圖17：DYNA4的Simulink中使用Camera Sensor對ADB大燈控制器軟件模型進(jìn)行圖像信息輸入。

ADB大燈控制算法模型，在接收到每一幀的圖像后，經(jīng)過圖像處理部分的功能（比如對于車輛前方的交通參與者信息的識(shí)別）和ADB的燈光控制邏輯（基于車輛前方的交通參與者信息來決定如何控制ADB大燈的照明區(qū)域并映射到對于ADB照明模組中的照明單元的控制信號(hào)），最終輸出ADB照明模組以及照明單元的控制信號(hào)。ADB大燈控制算法模型輸出的這些控制信號(hào)，可以通過之前在DYNA4的Simulink模型制作的ADB照明模組的控制鏈路（見圖12內(nèi)），實(shí)現(xiàn)對于仿真過程中的燈光的控制，其可視化效果可以在DYNAanimation窗口中看到。

圖18（下）：DYNA4中的使用模擬的ADB大燈控制模型來實(shí)現(xiàn)對于ADB燈組的獨(dú)立控制，打在墻上的效果。

圖19 DYNA4中的使用模擬的ADB大燈控制模型來實(shí)現(xiàn)對于ADB燈組的獨(dú)立控制，車輛運(yùn)動(dòng)時(shí)的效果。

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因?yàn)楸疚恼故镜脑贒YNA4中的ADB照明模組是一個(gè)假想的、簡單的模組，模組中的LED燈的數(shù)量、照明參數(shù)及其矩陣排布和區(qū)域分布很可能不合理，所以仿真的動(dòng)畫效果不是很理想，與現(xiàn)實(shí)產(chǎn)品的預(yù)期和真實(shí)表現(xiàn)差異較大，還請理解。希望通過本文，您能了解到DYNA4可以實(shí)現(xiàn)ADB控制算法模型的閉環(huán)測試。

拓展討論

最后是兩點(diǎn)討論，作為本文之前內(nèi)容的補(bǔ)充和拓展。

1

可能您的，ADB控制模型可能不包含圖像處理功能，即：在ADB產(chǎn)品系統(tǒng)中，ADB控制器的輸入是接收車上其他控制器輸出的周圍交通參與者的狀態(tài)信息，比如：交通參與者相對于自車的位置、交通參與者的截面的大小等。這些信息可以作為ADB大燈控制算法模型的輸入，其輸出控制ADB模組照明的鏈路仍然保持不變，同樣可以實(shí)現(xiàn)閉環(huán)仿真測試。或稱組織文化，是一個(gè)組織由其價(jià)值觀、信念、儀式、符號(hào)、處事方式等組成的其特有的文化形象。

圖20（下）:DYNA4中的理想傳感器的感知結(jié)果在DYNAanimation中的可視化表現(xiàn)

圖21（上）: 在DYNA4軟件中實(shí)現(xiàn)ADB大燈控制算法模型（MIL）閉環(huán)測試的方案示意圖 – 理想傳感器探測車輛周圍交通參與者的信息給到ADB大燈控制算法模型作為輸入

2

如果被測對象是一個(gè)真實(shí)的ADB控制器，即從硬件在環(huán)（HIL）測試環(huán)節(jié)和層面去考慮閉環(huán)測試。此時(shí)，需要引入CANoe軟件和相關(guān)硬件設(shè)備來實(shí)現(xiàn)，具體的方案參見圖22和圖23。

圖22: 在DYNA4軟件中實(shí)現(xiàn)ADB大燈控制器（HIL）閉環(huán)測試的方案示意圖 – DYNA4攝像頭傳感器模型將視頻圖像信息通過視頻暗箱或者視頻注入設(shè)備給到ADB控制器

圖23: 在DYNA4軟件中實(shí)現(xiàn)ADB大燈控制器（HIL）閉環(huán)測試的方案示意圖 – DYNA4理想傳感器探測車輛周圍交通參與者的信息（OSI標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)模型）