駕駛員在環(huán)是一種通過虛擬仿真的手段，利用動態(tài)駕駛員模擬器（駕艙）、環(huán)境視聽模擬設(shè)備及相關(guān)人車檢測設(shè)備重現(xiàn)“人-車-環(huán)境”在實際車輛駕駛中的相互作用的新型測試系統(tǒng)。駕駛員在環(huán)系統(tǒng)出現(xiàn)的歷史很久，但受制于仿真效果的真實性和系統(tǒng)重構(gòu)的完整度，其真正產(chǎn)生技術(shù)意義和商業(yè)價值的還在近年，同時Diver in loop也逐漸發(fā)展為X in loop(X指可以是整個系統(tǒng)中的任意部分和環(huán)節(jié))。DIL能究竟能做什么？這個問題我們從其構(gòu)成的角度來分析，DIL本身高度還原了駕駛（行駛）場景，理論上場景中的一切都有實際模型存在一一對應(yīng)，這個模型可以是硬件，也可以是軟件，那么這個高度還原的系統(tǒng)中的每一個部分和環(huán)節(jié)，都是其可以開展研究的對象，研究的價值也是這部分在整個行駛環(huán)境中呈現(xiàn)出的特征和彼此關(guān)聯(lián)系統(tǒng)之間的交互關(guān)系，研究過程覆蓋了一個虛實結(jié)合的四維模型，并且這個四維模型中的一切可以編輯、可回放，甚至可超現(xiàn)實。所以，DIL真正的核心價值：基于高仿真度重構(gòu)系統(tǒng)的高效、柔性產(chǎn)品設(shè)計與驗證解決方案。

綜合來講

傳統(tǒng)汽車領(lǐng)域：往往利用該系統(tǒng)進(jìn)行車輛性能的定義、標(biāo)定和調(diào)教，尤其是底盤調(diào)教、車輛動力學(xué)系統(tǒng)的主觀評價，目前很多零部件廠家已經(jīng)利用DIL系統(tǒng)開展轉(zhuǎn)向、制動系統(tǒng)的硬件在環(huán)開發(fā)設(shè)計。隨著車輛動力學(xué)模型的不斷精確與完善，輪胎模型的開發(fā)也大量的應(yīng)用；

工業(yè)設(shè)計領(lǐng)域：往往利用該系統(tǒng)進(jìn)行整車人機(jī)交互系統(tǒng)（HMI）、后裝設(shè)備（如HUD、娛樂系統(tǒng)等）的測試，這塊主要偏向于主觀評價，近年來也有很多高校和研究機(jī)構(gòu)開展了車輛駕駛中的人因工程領(lǐng)域的研究，致力于人因分析研究和車內(nèi)駕駛員主動安全設(shè)備的研發(fā)；

自動駕駛領(lǐng)域：DIL系統(tǒng)的價值主要對自動駕駛系統(tǒng)的功能安全和極限性能、人機(jī)交互（人機(jī)協(xié)同共駕）、人機(jī)工程（自動駕駛系統(tǒng)舒適性）等方面開展研究和評價，目前全球范圍內(nèi)應(yīng)用較少，處于探索性階段。由于自動駕駛的測試對于安全員（駕駛員）和測試環(huán)境的安全極具挑戰(zhàn)，存在風(fēng)險較大，同時場景的構(gòu)建成本和測試成本也很高，所以DIL系統(tǒng)作為自動駕駛的驗證是一個非常有技術(shù)柔性和商業(yè)價值的開發(fā)測試平臺。圖片

1、數(shù)字孿生與映射

從本質(zhì)上講，DIL系統(tǒng)的構(gòu)建是一項逆向跟蹤過程，通過實時模型將真實物理系統(tǒng)進(jìn)行最大程度的還原，通過對本構(gòu)模型的剖析或者觀測進(jìn)行分解和建模，無論是通過物理模型還是經(jīng)驗?zāi)Ｐ偷氖侄味家哉鎸嵔咏鳛榻K極目標(biāo)進(jìn)行構(gòu)造。在此我們可以把這項工作總結(jié)為：映射，這也是一項數(shù)字孿生的工作。

映射的方式大致分為兩種：虛擬模型、實物在環(huán)。顧名思義，虛擬模型的映射是一種建立在認(rèn)知程度上還原，仿真的還原度也取決于模型的水平。虛擬仿真大致也可以分為兩種方式：1、基于本構(gòu)原理的建模；2、基于經(jīng)驗或觀測的建模，當(dāng)然也有半經(jīng)驗?zāi)Ｐ?。簡單的理解，第一種是我們對于被在環(huán)系統(tǒng)高度認(rèn)知后的建模，模型本身是反饋了系統(tǒng)本身的物理規(guī)律，模型也具有更好的柔性和可編輯性能，例如：車輛動力學(xué)模型，我們可以直接構(gòu)建函數(shù)進(jìn)行描述；第二種是我們難以對模型本身的物理規(guī)律進(jìn)行解析，不能科學(xué)化的建立準(zhǔn)確的物理模型，抑或其本身是不易求解的非線性系統(tǒng)，例如：發(fā)動機(jī)的噪音模擬，往往我們要進(jìn)行實際的采集建立和發(fā)動機(jī)工況的映射關(guān)系，而難以用函數(shù)來表達(dá)。

2、場景重構(gòu)與泛化

場景重構(gòu)是一個多仿真系統(tǒng)的協(xié)同工作，也是評價一個DIL系統(tǒng)集成和標(biāo)定策略的核心。在設(shè)計過程中，我們重構(gòu)的是一個過程，就像一個電影片段，要考慮到場景中的所有交互因素。比如：車輛模型的匹配會對真實駕駛的體感帶來影響，在整車定義和設(shè)計方案驗證方面車輛模型的精確度尤為重要；環(huán)境畫面的真實度和視覺效果對于駕駛員進(jìn)行判斷和操控影響很大，甚至是聲效的真實性、聲源的位置，在人機(jī)交互評價中這些感官通道模擬工作的精確度是實驗開展的前提。

測試場景對于駕駛員在環(huán)系統(tǒng)更像電影是劇本一樣，是驅(qū)動一個實驗的素材和資源，場景的質(zhì)量直接影響測試工作的效率和準(zhǔn)確度。尤其在自動駕駛領(lǐng)域，場景是海量的也是無邊界的，這對于測試來講進(jìn)行場景的篩選和設(shè)計很有價值。我們采集的場景數(shù)量是有限的，類別也是有限的，但通過已有的場景庫進(jìn)行元素的拆解和組合，就可以形成新的場景，一定條件（AI）的泛化出我們需要的測試場景，這也是未來測試的一個方向。

3、有效域與交互邊界

在利用模擬器進(jìn)行研發(fā)和測試時，對于模擬器本身性能和特性的理解是前提，要認(rèn)知現(xiàn)有的系統(tǒng)能仿真哪些，能仿真到什么程度，有哪些是和真實不同的。必須將駕駛員與模擬器，模擬器與真實車輛之間的映射關(guān)系從主觀和客觀方面深度理解，找出模擬器的有效域，在有效域范圍內(nèi)進(jìn)行實驗方案的設(shè)計和驗證，這樣也能最大程度的對于模擬器本身仿真失真的規(guī)避。尤其在HMI和車輛動態(tài)調(diào)教領(lǐng)域的研究，考慮到這個因素的虛實差異。

物理極限：模擬器因受限于空間和硬件而存在物理極限，物理極限的形成條件受多參數(shù)的關(guān)聯(lián)限制，例如運(yùn)動平臺x、y、z、yaw、pitch、roll六個自由度的行程以及加速度。理論上講，行程是一個有界參數(shù)，是無法完全覆蓋真實車輛的運(yùn)動工況域的，加速度可以是一個完全等效參數(shù)，可以覆蓋車輛的全工況。例如，目前高性能的多自由度運(yùn)動平臺已經(jīng)可以達(dá)到2g以上的水平加速度和3g以上的垂向加速度，幾乎可以覆蓋各種性能汽車安全行駛的所有工況。同時，加速度與行程的關(guān)系可以用維持時間來約束和平衡。另外，頻率的帶寬也是另一個維度的物理性能，這一指標(biāo)不僅對于運(yùn)動的低頻機(jī)動性有影響，甚至還能關(guān)乎模擬器是不是能達(dá)到一定程度的舒適性評價的功能，包括一部分HVH的性能。然后，在物理性能域中行進(jìn)最大保真度的動態(tài)效果還原，就是模擬器動態(tài)標(biāo)定水平最重要的一步：motion cueing，這是集成和調(diào)試工作中的難點，因為模擬器不可能完全和真實動態(tài)效果一致，存在”一定程度還原“和”欺騙“的因素，比如給真實加速度打個折扣，或者通過座椅的背部氣囊來模擬加速推背感。

高性能運(yùn)動平臺方案: 目前全球范圍內(nèi)有研發(fā)商用級別的高性能動態(tài)模擬器主流有以下圖中幾種，當(dāng)然不能覆蓋所有的技術(shù)方案。電缸驅(qū)動的運(yùn)動平臺作為主流的中低頻端驅(qū)動平臺，可單獨(dú)作為運(yùn)動平臺，亦可與其他運(yùn)動平臺做疊加和耦合。由于其水平方向的運(yùn)動行程有限，高端的中大型模擬器往往會再耦合一個低頻的水平運(yùn)動平臺，這個平臺負(fù)責(zé)x、y方向的運(yùn)動以及水平面的轉(zhuǎn)動的補(bǔ)償，這部分目前主流有兩種方案，磁氣懸浮和長距軌道式，軌道式的理論講是無空間邊界，可以做到很大的尺寸。分層短距式也是一種更加有效利用空間的中型運(yùn)動平臺方案，響應(yīng)速度非?？臁．?dāng)然，更新的還有繩鎖和輪式平臺的方案，目前應(yīng)用很少。

4、探究與創(chuàng)新

駕駛模擬器作為整車虛擬開發(fā)的平臺，或是方法，不僅能加快研發(fā)周期、加快設(shè)計迭代速度，也使得實時調(diào)教、危險場景測試、海量高速測試等等傳統(tǒng)路測難易實現(xiàn)的事情變的簡單，甚至是超現(xiàn)實場景的構(gòu)建。模擬器真正的價值也越來越凸顯：對現(xiàn)實和未來重構(gòu)、設(shè)計與創(chuàng)新。

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