行业直击 - 海外篇 (二) | 德国竟然有个“克隆”小镇？揭秘自动驾驶黑科技！
在德国巴伐利亚州里面的一个寻常的小镇英戈尔施塔特竟然被“克隆”了？ 一个是真正的英戈尔施塔特，另一个则是它的“数字孪生”。 作为 SAVeNoW 项目的一部分，奥迪在其公司总部所在的这个小镇创建了它的数字副本。该项目由德国联邦交通和数字基础设施部拨款 750 万欧元资助，并由大众子公司与众多科学合作伙伴共同管理。 SAVeNoW 项目经理 Lutz Morich和他的团队已经开展了三年多的模拟仿真测试。模拟包括所有静态物体，从市中心街道到 A9 高速公路，从工业区到城市的所有建筑物。Morich解释道：“我们为自动驾驶搭建了一个虚拟测试场地，以回答无法通过分析解决的问题。”
什么是数字孪生？
数字孪生是以数字化化方式创建物理实体的虚拟实体，借助历史数据、实时数据以及算法模型等，模拟、验证、预测、控制物理实体全生命周期过程的技术手段。
如车联网环境下，除了汽车的机械及其移动问题，还需要考虑无线通信、传感、路况等复杂环境。数字孪生也不仅仅针对产品，还针对使用者。在自动驾驶场景中，除了车的数字孪生模型，还需建立驾驶者数字孪生模型，以便在困难情况下基于特定的驾驶者行为反应，进一步调整驾车效果。
自动驾驶虚拟测试场地
英戈尔施塔特数字孪生的虚拟测试场地充满了各种车辆和人的动态元素，同时整合了各种来源的数据，例如来自交通监控系统、数字交通信号灯和联网奥迪测试车辆，大部分的测试车辆是在城市道路上行驶。
“与高速公路相比，自动驾驶在市区中的应用的复杂程度有所不同。城市中的自动驾驶需要遵守极为严格的纪律要求，”Morich 强调说，“城市为驾驶带来了更多的选择，而且它提供的场景数量要多得多。”自动驾驶汽车的控制算法要如何处理应对骑行者和行人穿梭的交通场景以及更复杂的城市交通规则？数字孪生是目前最佳的研发和测试方法。“以前有人说我们只能在真实路况中进行测试，但现在这样的声音越来越少了。” Morich补充道。其他公司也在利用这样的虚拟环境测试他们的技术。
四款新型自动驾驶汽车
德国的自驾电动车指标性计划项目UNICARagil 同样也使用仿真测试来协助开发。“这减少了花费在车辆上的昂贵测试时间。” 德国亚琛工业大学的项目经理 Timo Woopen 解释道。
该项目于 2018 年启动，获得了联邦教育和研究部 2600 万欧元的资助。该项目计划于2022/23 年完成，目标是展示四辆自动驾驶汽车。这些汽车的产品原型将涉及穿梭接驳车、出租车、货运和私家车领域。Timo Woopen提到其中三辆车已经装上了轮子，他有信心该项目将能够按时完成。
在项目进行期间，项目组创建了一个模块化车辆概念，包括六个架构级别，从物理车辆几何结构和软件到网络架构。同时，电子产品也是其重点关注板块。
100多名科学家强强联合
UNICARagil可以说是自动驾驶领域的一个独特项目。来自从布伦瑞克到乌尔姆的共8 所大学16 个院系的 100 多名科学家强强联手。他们代表了各种学科，从汽车工程和信息学到心理学和卫星大地测量学（基于卫星的地球测量）。另外还有八个来自行业的合作伙伴，主要是中小企业和初创企业。
“在如此广泛的联盟中工作非常有趣，但又非常特别，”Timo Woopen 强调说， “大学通常也得参与到竞争当中，比如在获取研究资金方面。” 为什么有这么多合作项目致力于研发自动驾驶？RWTH 机动车辆研究所车辆智能和自动驾驶研究部门的负责人解释道，“这与市场有关。德国公司非常擅长制造传统汽车。但在软件方面，像谷歌或亚马逊这样的玩家带着大量资金和专业知识进入市场。” 负责人认为通过联合力量，他们有更好的机会。
数字孪生在我国汽车领域的应用
与美国、德国相比，数字孪生在中国的研究和受关注相对较晚。随着工信部“智能制造综合标准化与新模式应用” 和“工业互联网创新发展工程”专项，科技部“网络化协同制造与智能工厂” 等国家层面的专项实施，有力促进了数字孪生的发展。企业甚至产学研合作也越来越积极关注并开展数字孪生实践。
51VR公司自主研发推出 51Sim-One无人驾驶仿真平台， 通过自主研发的静态高精度场景数据编辑和自动化转换工具，既可对已采集场景的多种数据进行融合，将实体非结构化场景快速生成高拟真的结构化虚拟仿真场景，又可根据自动驾驶测试任务的需要从无到有构建仿真训练流程与评价体系，极大提升自动驾驶训练效率。
百度公司2017年对外发布了Apollo（阿波罗）平台，其中的仿真平台可以提供贯穿自动驾驶研发迭代过程的完整解决方案，仿真服务拥有大量的实际路况及自动驾驶场景数据，基于大规模云端计算容量，打造日行百万公里的虚拟运行能力。
德国慕尼黑联邦国防军大学和我国的清华大学都已经建立了基于场景库的自动驾驶测试体系，他们提出了自动驾驶数字孪生测试VRIL(Virtual Reality in theLoop)概念 - 真实的车辆行驶在真实的测试场地中，同时映射到虚拟的测试环境中的整车闭环测试。
由长安大学联合腾讯等单位申报的新能源汽车专项“自动驾驶仿真及数字孪生测试评价工具链”项目获批立项，成功入选国家“十四五”重点研发计划。另外，腾讯自动驾驶数字孪生仿真测试平台TAD Sim已与国家智能网联汽车（长沙）测试区、中国汽车技术研究中心、国家汽车质量监督检验中心（湖北）、公安部交通管理科学研究所、深圳5G＋智能网联测试示范平台等检测机构以及多家国内外头部汽车企业达成合作，并展开了对智慧高速、开放城市道路等场景的交通实时数字孪生探索和建设。
自动驾驶，离我们还有多远？
自动驾驶何时会成为日常生活的一部分？Lutz Morich 和 Timo Woopen 一致认为，于2021 年 7 月下旬通过的德国《自动驾驶法》将加速其发展。根据该法律，自2022年开始，德国将允许L4级别自动驾驶汽车在公共道路上以及指定区域内行驶。德国也由此成为了全球首个允许L4级别自动驾驶汽车上路的国家。
他们还一致认为，下一步要征服的L3级（高度自动驾驶）将是一个里程碑。在L3级中，驾驶员不仅将方向盘的控制权交给软件，而且在这些定义的框架条件下，车辆本身也承担了 100% 的责任。正如Timo Woopen解释道，其中的技术挑战在于，系统如何在紧急情况下将车辆的驾驶责任交还给人类。能够突破这一难题将会是一个巨大的进步。为了能够迈出这一步，奥迪正在进一步测试驾驶算法如何在英戈尔施塔特小镇的数字孪生中做出反应。
