【原】基于MATLAB&SIMULINK開(kāi)發(fā)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)第二十五講自動(dòng)駕駛的虛擬引擎仿真

小明師兄 2021-11-17

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自動(dòng)駕駛工具箱提供了一個(gè)協(xié)同仿真框架，可以在Simulink中對(duì)駕駛算法進(jìn)行建模，并在虛擬仿真環(huán)境中對(duì)其性能進(jìn)行可視化。該環(huán)境使用Epic Games的虛幻引擎。

與仿真環(huán)境相關(guān)的Simulink塊可以在自動(dòng)駕駛工具箱>仿真3D塊庫(kù)中找到。這些塊提供了以下功能：

- 在仿真環(huán)境中配置預(yù)建場(chǎng)景；

- 在這些場(chǎng)景中放置和移動(dòng)車(chē)輛；

- 在車(chē)輛上設(shè)置攝像頭、雷達(dá)和激光雷達(dá)傳感器；

- 根據(jù)車(chē)輛周?chē)沫h(huán)境來(lái)仿真?zhèn)鞲衅鞯妮敵觯?/span>

- 獲取語(yǔ)義分割和深度信息的地面真實(shí)數(shù)據(jù)。

在開(kāi)發(fā)、測(cè)試和驗(yàn)證自動(dòng)駕駛算法的性能時(shí)，該仿真工具通常用于補(bǔ)充真實(shí)數(shù)據(jù)。結(jié)合車(chē)輛模型，可以使用這些塊來(lái)執(zhí)行真實(shí)的閉環(huán)仿真，其中包括從感知到控制的整個(gè)自動(dòng)駕駛?cè)珬ｉ_(kāi)發(fā)方案。

25.1 虛幻引擎仿真塊

要訪問(wèn)自動(dòng)駕駛工具箱 > 仿真 3D 庫(kù)，在 MATLAB 命令提示符下，輸入

drivingsim3d

25.1.1 場(chǎng)景

要將模型配置為與仿真環(huán)境協(xié)同仿真，請(qǐng)?jiān)谀Ｐ椭刑砑右粋€(gè)仿真三維場(chǎng)景配置塊。使用該塊，可以從一組預(yù)建場(chǎng)景中選擇，在那里可以測(cè)試和可視化的駕駛算法。下圖來(lái)自虛擬麥城場(chǎng)景。

工具箱包括這些場(chǎng)景

場(chǎng)景	說(shuō)明
直路	直路段
彎道	彎曲的環(huán)形道路
停車(chē)場(chǎng)	空的停車(chē)場(chǎng)
雙車(chē)道變更	設(shè)有桶和交通標(biāo)志的直路，是為執(zhí)行雙車(chē)道變更機(jī)動(dòng)而設(shè)置的。
開(kāi)放式表面	平坦的黑色路面，沒(méi)有任何路面物體。
美國(guó)城市街區(qū)	城市街區(qū)，有交叉路口、障礙物和交通燈。
美國(guó)公路	有錐體、障礙物、交通燈和交通標(biāo)志的公路。
大型停車(chē)場(chǎng)	停車(chē)場(chǎng)內(nèi)有停放的車(chē)輛、錐筒、路邊、交通標(biāo)志等。
虛擬城	代表密歇根大學(xué)試驗(yàn)場(chǎng)的城市環(huán)境（見(jiàn)Mcity試驗(yàn)設(shè)施）；包括錐體、障礙物、動(dòng)物、交通燈和交通標(biāo)志。

如果擁有虛幻引擎4項(xiàng)目的自動(dòng)駕駛工具箱界面支持包，那么可以修改這些場(chǎng)景或創(chuàng)建新的場(chǎng)景。

25.1.2車(chē)輛

要在場(chǎng)景中定義一個(gè)虛擬車(chē)輛，請(qǐng)?jiān)诘哪Ｐ椭刑砑右粋€(gè)帶有地面跟隨功能的仿真三維車(chē)輛塊。使用此塊，可以通過(guò)提供X、Y和偏航值來(lái)控制車(chē)輛的移動(dòng)，這些值定義了車(chē)輛在每個(gè)時(shí)間步的位置和方向。車(chē)輛會(huì)自動(dòng)沿著地面移動(dòng)。

還可以指定車(chē)輛的顏色和類(lèi)型。工具箱包括以下車(chē)輛類(lèi)型：

- 箱式卡車(chē)

- 掀背車(chē)

- 肌肉車(chē)

- 轎車(chē)

- 小型皮卡

- 運(yùn)動(dòng)型多功能車(chē)

25.1.3 傳感器

可以定義虛擬傳感器，并將其連接到車(chē)輛上的各個(gè)位置。工具箱包括這些傳感器建模和配置塊。

塊	說(shuō)明
仿真3D攝像機(jī)	帶鏡頭的相機(jī)模型。包括圖像大小、焦距、失真和偏斜等參數(shù)。
仿真3D魚(yú)眼攝像機(jī)	可使用Scaramuzza相機(jī)模型描述的魚(yú)眼相機(jī)。包括失真中心、圖像大小和映射系數(shù)的參數(shù)。
仿真三維激光雷達(dá)	掃描式激光雷達(dá)傳感器模型。包括探測(cè)范圍、分辨率和視場(chǎng)的參數(shù)。
仿真3D概率雷達(dá)	概率雷達(dá)模型，可返回探測(cè)列表。包括雷達(dá)精度、雷達(dá)偏差、探測(cè)概率和探測(cè)報(bào)告的參數(shù)。它不仿真電磁波傳播層面的雷達(dá)。
仿真三維概率雷達(dá)配置	為模型中仿真三維概率雷達(dá)塊探測(cè)到的所有執(zhí)行器配置雷達(dá)信號(hào)。
仿真3D視覺(jué)探測(cè)生成器	攝像頭模型，可返回對(duì)象和車(chē)道邊界探測(cè)列表。包括用于建模探測(cè)精度、測(cè)量噪聲和攝像機(jī)內(nèi)在的參數(shù)。

25.2 算法測(cè)試和可視化

自動(dòng)駕駛工具箱仿真塊提供了測(cè)試和可視化路徑規(guī)劃、車(chē)輛控制和感知算法的工具。

25.2.1 路徑規(guī)劃和車(chē)輛控制

可以使用虛幻引擎仿真環(huán)境來(lái)可視化預(yù)建場(chǎng)景中車(chē)輛的運(yùn)動(dòng)。該環(huán)境為提供了一種分析路徑規(guī)劃和車(chē)輛控制算法性能的方法。在Simulink中設(shè)計(jì)這些算法后，可以使用drivingsim3d庫(kù)來(lái)可視化預(yù)建場(chǎng)景中的車(chē)輛運(yùn)動(dòng)。

感知

自動(dòng)駕駛工具箱為詳細(xì)的攝像頭、雷達(dá)和激光雷達(dá)傳感器建模提供了若干模塊。通過(guò)將這些傳感器安裝在虛擬環(huán)境中的車(chē)輛上，可以生成合成的傳感器數(shù)據(jù)或傳感器探測(cè)來(lái)測(cè)試傳感器模型與感知算法的性能。

還可以輸出和可視化地面真實(shí)數(shù)據(jù)，以驗(yàn)證深度估計(jì)算法和訓(xùn)練語(yǔ)義分割網(wǎng)絡(luò)。

閉環(huán)系統(tǒng)

在仿真環(huán)境中設(shè)計(jì)并測(cè)試了感知系統(tǒng)后，就可以用它來(lái)駕駛控制系統(tǒng)，實(shí)際操縱車(chē)輛。在這種情況下，車(chē)輛不是手動(dòng)設(shè)置跟蹤，而是使用感知系統(tǒng)來(lái)駕駛自己。通過(guò)將感知和控制結(jié)合到3D仿真環(huán)境中的閉環(huán)系統(tǒng)中，可以開(kāi)發(fā)和測(cè)試更復(fù)雜的算法，例如車(chē)道保持輔助和自適應(yīng)巡航控制。