国内外⾃动驾驶仿真软件总结
写在前⾯：
⾃动驾驶汽车在真正商业化应⽤前，需要经历⼤量的道路测试才能达到商⽤要求。采⽤路测来优化⾃动驾驶算法耗费的时间和成本太⾼，且开放道路测试仍受到法规限制，极端交通条件和场景复现困难，测试安全存在隐患。⽬前，⾃动驾驶仿真测试已经被⾏业⼴泛接受，⾃动驾驶算法测试⼤约 90% 通过仿真平台完成，9% 在测试场完成，1% 通过实际路测完成。
⾃动驾驶仿真测试平台必须要具备⼏种核⼼能⼒：真实还原测试场景、⾼效利⽤路采数据⽣成仿真场景、云端⼤规模并⾏加速等，使得仿真测试满⾜⾃动驾驶感知、决策规划和控制全栈算法的闭环。⽬前包括科技公司、车企、⾃动驾驶⽅案解决商、仿真软件企业、⾼校及科研机构等主体都在积极投⾝虚拟仿真平台的建设。
本⽂详细介绍了现有的⾃动驾驶仿真软件，供读者了解参考，软件排名不分先后。
0、CarSim
CarSim，还有相关的TruckSim和BikeSim是Mechanical Simulation 公司开发的强⼤的动⼒学仿真软件，被世界各国的主机⼚和供应商所⼴泛使⽤。CarSim针对四轮汽车，轻型卡车， TruckSim针对多轴和双
轮胎的卡车，BikeSim针对两轮摩托车。CarSim是⼀款整车动⼒学仿真软件，主要从整车⾓度进⾏仿真，它内建了相当数量的车辆数学模型，并且这些模型都有丰富的经验参数，⽤户可以快速使⽤，免去了繁杂的建模和调参的过程。
CarSim模型在计算机上运⾏的速度可以⽐实时快10倍，可以仿真车辆对驾驶员控制， 3D路⾯及空⽓动⼒学输⼊的响应，模拟结果⾼度逼近真实车辆，主要⽤来预测和仿真汽车整车的操纵稳定性、制动性、平顺性、动⼒性和经济性。CarSim⾃带标准的Matlab/Simulink接⼝，可以⽅便的与 Matlab/Simulink进⾏联合仿真，⽤于控制算法的开发，同时在仿真时可以产⽣⼤量数据结果⽤于后续使⽤Matlab或者Excel进⾏分析或可视化。CarSim同时提供了RT版本，可以⽀持主流的 HIL测试系统，如 dSpace和NI的系统，⽅便的联合进⾏ HIL仿真。
CarSim也有ADAS相关功能的⽀持，可以构建参数化的道路模型， 200个以上的运动的交通物体，使⽤脚本或者通过Simulink外部控制它们的运动，同时添加最多 99个传感器，对运动和静⽌的物体进⾏检测。最近的 CarSim版本在ADAS和⾃动驾驶开发⽅⾯进⾏了加强，添加了更多的 3D资源，如交通标识牌，⾏⼈等，以及⾼精地图的导⼊流程。同时 CarSim也提供了⼀个Unreal引擎插件，可以和Unreal引擎进⾏联合仿真。
1、CarMaker
Carmaker，还有相关的 TruckMaker和MotorcycleMaker是德国IPG公司推出的动⼒学，ADAS和⾃动驾驶仿真软件。Carmaker⾸先是⼀个优秀的动⼒学仿真软件，提供了精准的车辆本体模型(发动机、底盘、悬架、传动、转向等) ，除此之外， Carmaker还打造了包括车辆，驾驶员，道路，交通环境的闭环仿真系统。
此之外， Carmaker还打造了包括车辆，驾驶员，道路，交通环境的闭环仿真系统。
IPGRoad：可以模拟多车道、⼗字路⼝等多种形式的道路，并可通过配置 GUI⽣成锥形、圆柱形等形式的路障。可对道路的⼏何形状以及路⾯状况(不平度、粗糙度)进⾏任意定义。
IPGDriver：先进的、可⾃学习的驾驶员模型。可控制在各种⾏驶⼯况下的车辆，实现诸如上坡起步、
⼊库泊车以及甩尾反打⽅向盘等操作。并能适应车辆的动⼒特性(驱动形式、变速箱类型等)、道路摩擦系数、风速、交通环境状况，调整驾驶策略。
CarMaker作为平台软件，可以与很多第三⽅软件进⾏集成，如 ADAMS、AVLCruise、rFpro等，可利⽤各软件的优势进⾏联合仿真。同时 CarMaker配套的硬件，提供了⼤量的板卡接⼝，可以⽅便的与 ECU或者传感器进⾏HIL测试。
2、PreScan
PreScan是由TassInternational 研发的⼀款ADAS测试仿真软件，2017年8⽉被西门⼦收购。PreScan是⼀个模拟平台，由基于 GUI的、⽤于定义场景的预处理器和⽤于执⾏场景的运⾏环境构成。⼯程师⽤于创建和测试算法的主要界⾯包括 MATLAB和Simulink。PreScan可⽤于从基于模型的控制器设计(MIL)到利⽤软件在环(SIL)和硬件在环(HIL)系统进⾏的实时测试等应⽤。
PreScan可在开环、闭环以及离线和在线模式下运⾏。它是⼀种开放型软件平台，其灵活的界⾯可连接⾄第三⽅的汽车动⼒学模型(例如：CarSIM和dSPACEASM)和第三⽅的 HIL模拟器/硬件(例如：ETAS、dSPACE和Vector)。Prescan由多个模块组成，使⽤起来主要分为四个步骤: 搭建场景、添加传感器、添加控制系统、运⾏仿真。
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场景搭建:PreScan 提供⼀个强⼤的图形编辑器，⽤户可以使⽤道路分段，包括交通标牌，树⽊和建筑物的基础组件库，包括机动车，⾃⾏车和⾏⼈的交通参与者库，修改天⽓条件(如⾬，雪和雾) 以及光源(如太阳光，⼤灯和路灯) 来构建丰富的仿真场景。新版的PreScan也⽀持导⼊OpenDrive格式的⾼精地图，⽤来建⽴更加真实的场景。
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添加传感器:PreScan ⽀持种类丰富的传感器，包括理想传感器， V2X传感器，激光雷达，毫⽶波雷达，超声波雷达，单⽬和双⽬相机，鱼眼相机等。⽤户可以根据⾃⼰的许要进⾏添加。
达，单⽬和双⽬相机，鱼眼相机等。⽤户可以根据⾃⼰的许要进⾏添加。
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添加控制系统：可以通过MATLAB/ Simulink 建⽴控制模型，也可以和第三⽅动⼒学仿真模型(如 CarSim，VI-Grade,dSpace ASM 的车辆动⼒学模型)进⾏闭环控制。
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运⾏实验:3D 可视化查看器允许⽤户分析实验的结果，同时可以提供图⽚和动画⽣成功能。此外，使⽤ControlDesk 和LabView的界⾯可以⽤来⾃动运⾏实验批次的场景以及运⾏硬件在环模拟。
3、PTV Vissim
Vissim是德国PTV公司提供的⼀款世界领先的微观交通流仿真软件。Vissim可以⽅便的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，也可以在⼀个仿真场景中模拟包括机动车，卡车，有轨交通和⾏⼈的交互⾏为。它是专业的规划和评价城市和郊区交通设施的有效⼯具，也可以⽤来仿真局部紧急情况交通的影响，⼤量⾏⼈的疏散等。Vissim的仿真可以达到很⾼的精度，包括微观的个体跟驰⾏为和变道⾏为，以及体的合作和冲突。Vissim内置了多种
分析⼿段，既能获得不同情况下的多种具体数据结果，也可以从⾼质量的三维可视化引擎获得直观的理解。⽆⼈驾驶算法也可以通过接⼊Vissim的⽅式使⽤模拟的⾼动态交通环境进⾏仿真测试。
4、TESS NG
TESS仿真系统是同济⼤学孙剑教授于2006年主持开发的第⼀代道路交通仿真系统。⾃此之后，历经⼗年，孙剑教授课题组针对中国混合交通流运⾏特征开展了100多项模型创新和仿真系统应⽤实践。TESS NG微观交通仿真系统所具有的主要功能有：全交通场景仿真，多模式交通仿真，智能交通系统仿真，可视化评估，⼆次开发接⼝，⽀持3D场景展⽰等。同时，TESS NG可以与城市交通⼤脑、交通控制系统、可计算路⽹（如OpenDrive，OpenStreetMap等）⼀体化整合，同时可与驾驶模拟器、BIM/CIM系统、智能汽车虚拟测试⼯具等整合实现跨⾏业应⽤。⽤户还可以通过定制化服务实现更多跨⾏业的应⽤。
5、SUMO
SUMO是由德国国家宇航中⼼开发的开源微观连续交通流仿真软件。它附带了⼀个交通仿真路⽹编辑器，可以通过交互式编辑的⽅式添加道路，编辑车道的连接关系，处理路⼝区域，编辑信号灯时序等。也可以通过⼀个单独的转化程序转换来⾃ Vissim，OpenStreetMap，OpenDrive的路⽹。可以通过编辑路由⽂件的⽅式指定每辆车辆的路由，或者使⽤参数随机⽣成。在运⾏时，可以同时处理数平⽅公⾥，多达⼏万辆的车辆的连续交通仿真需求，同时也提供了⼀个基于OpenGL的可视化端实时显⽰交通仿真的结果。
另外， SUMO还提供了⽅便的C++和Matlab接⼝，可以灵活的与第三⽅仿真程序联合运⾏。SUMO本⾝是做为交通领域流量，时序，预测等仿真来使⽤的，最近逐渐开始应⽤在⽆⼈驾驶的仿真上，为⽆⼈驾驶算法提供随机的复杂动态环境。
6、VIRES VTD
VTD (VirtualTest Drive)是德国 VIRES公司开发的⼀套⽤于ADAS，主动安全和⾃动驾驶的完整模块化仿真⼯具链。VIRES已经于2017年被MSC软件集团收购。VTD⽬前运⾏于Linux平台，它的功能覆盖了道路环境建模、交通场景建模、天⽓和环境模拟、简单和物理真实的传感器仿真、场景仿真管理以及⾼精度的实时画⾯渲染等。可以⽀持从SIL到HIL和VIL的全周期开发流程，开放式的模块式框架可以⽅便的与第三⽅的⼯具和插件联合仿真。VIRES也是⼴泛应⽤的⾃动驾驶仿真开放格式OpenDrive,OpenCRG和OpenScenario的主要贡献者，VTD的功能和存储也依托于这些开放格式。VTD的仿真流程主要由路⽹搭建，动态场景配置，仿真运⾏三个步骤组成。
1) VTD 提供了图形化的交互式路⽹编辑器RoadNetwork Editor (ROD)，在使⽤各种交通元素构建包含多类型车道复杂道路仿真环境的同时，可以同步⽣成 OpenDrive⾼精地图。
2) 在动态场景的建⽴上，VTD提供了图形化的交互式场景编辑器ScenarioEditor，提供了在 OpenDrive基础上添加⽤户⾃定义⾏为控制的交通体，或者是某区域连续运⾏的交通流。
3) ⽆论是SIL，还是 HIL，⽆论是实时还是⾮实时的仿真，⽆论是单机还是⾼性能计算的环境，VTD都提供了相应的解决⽅案。VTD运⾏时可模拟实时⾼质量的光影效果及路⾯反光、车⾝渲染、⾬雪雾天⽓渲染、传感器成像渲染、⼤灯光视觉效果等。
7、rFpro
rFpro是⼀家英国公司，成⽴于 2008年，⼀开始作为⼀个 F1车队内部的赛道重建和仿真模拟项⽬，这也决定了它⼀开始就对仿真的速度，实时性和精度有较⾼的要求。rFPro使⽤⾼精度的相位法激光雷达扫描数据路⾯和路肩，可以⽣成分辨率为 1cm的⾼精度路⾯数字模型，同时使⽤ TOF激光雷达扫描路侧的街道和场景，通过这种⽅式可以为动⼒学仿真， ADAS，⾃动驾驶测试提供和真实环境⾼度匹配的虚拟场景。rFpro使⽤这种⽅法创建了众多赛道和测试场景的⾼精度虚拟场景，包括 F1，NASCAR,IndyCar 等。
在动态场景仿真⽅⾯，rFpro可以接⼊SUMO或者Vissim，⽤它们⽣成连续的交通流来填充整个场景，也可以与Carmaker联合仿真，为 Carmaker的测试场景提供更真实的传感器和路⾯输⼊。rFpro也提供了基于物理真实的光照和天⽓系统，可以有效的模拟天光的变化和⾬、雾等天⽓。