一、SCANeR studio 概述

SCANeR studio 是一款综合性的虚拟开发平台，在汽车工程领域，尤其是高级驾驶辅助系统 (ADAS) 和自动驾驶技术的研发中有着广泛应用。它是一个全面的软件套件，致力于汽车和交通模拟，可解决测试和驾驶的 ADAS、自动驾驶汽车、HMI 和大灯等方面的用例。该软件提供了构建超真实虚拟世界所需的所有工具和模型，包括道路环境、车辆动力学、交通、传感器、真实/虚拟司机、车头灯、天气条件和场景脚本等。它并非一个“黑匣子”工具，而是真正的模块化仿真平台，具有灵活、可扩展、开放的特点，能满足研究人员和工程师的多样化需求，其通用性使驱动模拟器、模型在环 MIL、软件在环 SIL、硬件在环 HIL 等一系列完整的设置成为可能。

二、高度真实的环境模拟应用

（一）多样化地形构建

SCANeR studio 能够创建详细的三维城市地图、乡村道路以及其他复杂地形。在城市地图模拟方面，它可以精确呈现高楼大厦的布局、街道的走向、路口的设置等，为自动驾驶车辆在城市环境中的测试提供了逼真的场景。例如，在模拟繁华都市的交通状况时，软件可以模拟出密集的车流、行人的穿梭以及复杂的交通信号系统。对于乡村道路，它能模拟出蜿蜒的小路、起伏的地形以及周边的自然环境，如农田、树林等，让自动驾驶车辆在不同的路况下进行测试。此外，软件还允许用户定义天气条件、光照效果等因素，进一步增强了环境的真实感。比如，在模拟雨天行驶时，软件可以模拟出雨滴对视线的影响、路面的湿滑状况等，使测试环境尽可能贴近现实世界。

（二）不同国家道路环境模拟

由于 SCANeR™studio 1.8 即将推出新的“国际化”功能，客户可以自动将标志和道路标记更改为其他国家/地区（如 DE / US / MX）。这一功能对于自动驾驶技术在全球范围内的推广和应用具有重要意义。不同国家的道路标志和交通规则存在差异，通过该功能，研发人员可以在软件中模拟不同国家的道路环境，测试自动驾驶车辆对不同标志和规则的识别和适应能力。例如，在美国，道路标志的尺寸、颜色和图案与中国有所不同，软件可以精确模拟这些差异，让自动驾驶车辆在虚拟环境中适应不同国家的交通规则，从而提高其在全球市场的适用性。

（三）地形数据导入

使用 SCANeR™studio 的 Terrain 模式可以轻松导入 GIS 数据。GIS 数据包含了丰富的地理信息，如地形地貌、土地利用等。通过导入 GIS 数据，软件可以更准确地模拟真实的地理环境，为自动驾驶车辆的测试提供更真实的场景。例如，在山区进行自动驾驶测试时，导入的 GIS 数据可以精确呈现山脉的起伏、山谷的深度等信息，使车辆在虚拟环境中面临与实际山区相似的路况，从而更好地测试其在复杂地形下的行驶能力。

三、多样化的传感器仿真能力应用

（一）多种传感器建模与仿真

为了验证感知算法的有效性，SCANeR studio 支持雷达、摄像头、激光雷达等多种车载传感设备的精确建模与仿真。雷达是自动驾驶车辆中常用的传感器之一，它可以测量目标物体的距离、速度等信息。软件可以精确模拟雷达的工作原理和性能，包括雷达的探测范围、精度等。摄像头则可以提供车辆周围的视觉信息，软件可以模拟不同类型摄像头的视角、分辨率等参数。激光雷达能够创建车辆周围环境的三维点云图，软件可以对激光雷达的扫描模式、点云密度等进行精确建模。通过对这些传感器的精确建模与仿真，开发者可以在虚拟环境中评估不同配置下的传感器性能表现及其融合策略的效果。

（二）传感器性能评估

在虚拟环境中，开发者可以对传感器的性能进行全面评估。例如，在不同的天气条件下，如雨天、雾天等，评估传感器的探测能力和准确性。在雨天，雨水可能会影响雷达和激光雷达的信号传播，导致探测精度下降。通过软件的仿真，开发者可以观察到传感器在这种情况下的性能变化，并对感知算法进行优化。此外，开发者还可以评估不同传感器之间的融合效果。在实际应用中，自动驾驶车辆通常会使用多种传感器进行数据融合，以提高感知的准确性和可靠性。软件可以模拟不同传感器融合策略的效果，帮助开发者选择最优的融合方案。

（三）算法优化依据

传感器仿真的结果为感知算法的优化提供了重要依据。通过对传感器在不同场景下的性能评估，开发者可以发现算法存在的问题，并进行针对性的优化。例如，如果在仿真中发现摄像头在夜间对某些颜色的识别能力较差，开发者可以对图像识别算法进行改进，提高其在夜间的识别精度。此外，软件还可以模拟传感器故障的情况，让开发者测试算法在传感器故障时的鲁棒性，进一步提高算法的可靠性。

四、完整的车辆动力学行为重现应用

（一）车辆动力响应特性再现

尽管当前项目可能跳过了 VEHICLE 建模部分而直接利用内置车型资源，但 SCANeR studio 实际上具备强大的物理引擎，可以细致入微地再现各类机动车辆的动力响应特性。这对于研究控制逻辑至关重要。例如，在加速过程中，软件可以模拟车辆的加速度、速度变化等动力响应特性。不同类型的车辆，如轿车、SUV、卡车等，其动力响应特性存在差异，软件可以精确模拟这些差异。在模拟轿车加速时，软件可以根据轿车的发动机功率、扭矩等参数，精确计算出车辆的加速度和速度变化，让测试更加真实。

（二）控制逻辑研究

车辆动力学行为的重现为控制逻辑的研究提供了基础。研发人员可以在软件中模拟不同的驾驶场景，研究车辆在不同情况下的控制策略。例如，在超车场景中，软件可以模拟车辆的加速、变道等动作，研究如何通过控制逻辑实现安全、高效的超车。此外，软件还可以模拟车辆在不同路况下的行驶情况，如在弯道、坡道等情况下，研究如何调整控制策略以保证车辆的稳定性和舒适性。通过对控制逻辑的研究，研发人员可以不断优化自动驾驶车辆的控制算法，提高其行驶性能和安全性。

（三）不同车型适应性测试

软件可以模拟多种类型的车辆，这使得研发人员可以对不同车型的自动驾驶系统进行测试。不同车型的尺寸、重量、动力性能等存在差异，这些差异会影响自动驾驶系统的性能。通过在软件中模拟不同车型的行驶情况，研发人员可以测试自动驾驶系统对不同车型的适应性，确保系统在各种车型上都能正常工作。例如，对于大型卡车，其车身较长、转弯半径较大，软件可以模拟卡车在转弯时的情况，测试自动驾驶系统对卡车特殊行驶特性的适应能力，从而提高系统的通用性和可靠性。

五、座舱功能特性及应用

（一）高精度建模

SCANeR studio 的座舱模块允许开发者创建真实的车辆内部环境体验。该模块支持详细的内饰设计，包括仪表盘、座椅和其他控制装置。仪表盘的建模可以精确呈现各种仪表的显示效果，如速度表、转速表、油量表等，让驾驶员在虚拟环境中感受到真实的驾驶体验。座椅的建模可以考虑到座椅的材质、舒适度等因素，模拟出不同座椅对驾驶员的支撑效果。其他控制装置如方向盘、换挡杆等也可以进行高精度建模，使驾驶员在操作时感受到与真实车辆相似的手感和反馈。

（二）交互式界面

驾驶员可以与车内设备互动，如调整空调设置或操作多媒体系统。这一功能增强了虚拟环境的真实感和交互性。在模拟驾驶过程中，驾驶员可以根据自己的需求调整空调的温度、风速等设置，感受车内环境的变化。同时，驾驶员还可以操作多媒体系统，如播放音乐、收听广播等，增加驾驶的乐趣。这种交互式界面的设计，使得驾驶员在虚拟环境中的体验更加接近真实驾驶，也为研究人员测试驾驶员与车内设备的交互行为提供了便利。

（三）传感器集成

可连接实际的车载传感器数据输入到仿真环境中，使实验更加贴近现实情况。通过传感器集成，软件可以获取实际车辆传感器采集的数据，如车速、加速度、转向角度等，并将这些数据输入到仿真环境中。这样，虚拟环境中的车辆状态和行为将更加真实，实验结果也更加可靠。例如，在测试自动驾驶系统对实际路况的响应能力时，通过传感器集成，软件可以实时获取车辆在实际行驶中的传感器数据，让虚拟环境中的车辆做出与实际车辆相似的反应，从而更准确地测试系统的性能。

（四）HMI 开发

SCANeR studio 有助于人机界面的设计优化，确保用户体验友好并安全可靠。人机界面是驾驶员与车辆之间的交互界面，其设计的好坏直接影响到驾驶员的操作体验和安全性。通过软件的 HMI 开发功能，研发人员可以设计和优化人机界面，如仪表盘的布局、按钮的位置等。例如，在设计仪表盘时，研发人员可以根据人体工程学原理，合理安排各种仪表的显示位置，使驾驶员能够方便、快捷地获取信息。同时，软件还可以对人机界面的交互方式进行测试和优化，确保驾驶员在操作时不会分散注意力，从而提高驾驶的安全性。

六、主要应用场景及案例分析

（一）ADAS 功能验证

利用 SCANeR studio 中的座舱组件，研究人员和技术人员可以在不同条件下评估新技术的表现，而无需上路实测。在 ADAS 功能验证方面，通过重现复杂路况来检验自动紧急制动等功能的有效性和响应速度。例如，在模拟高速公路行驶时，软件可以模拟前方车辆突然刹车的情况，测试自动紧急制动功能是否能够及时启动并避免碰撞。通过多次模拟不同的场景和情况，研究人员可以全面评估 ADAS 功能的性能，发现潜在的问题并进行改进。此外，软件还可以模拟不同天气条件下的路况，如雨天、雾天等，测试 ADAS 功能在恶劣天气下的可靠性。

（二）自动驾驶算法训练

SCANeR studio 可以为机器学习模型提供大量多样化的行驶情境作为训练素材。在自动驾驶算法训练过程中，需要大量的行驶数据来训练模型。软件可以模拟各种不同的交通场景，如城市拥堵、乡村道路、高速公路等，为机器学习模型提供丰富的训练数据。例如，在模拟城市拥堵场景时，软件可以模拟车辆的频繁启停、行人的穿梭等情况，让机器学习模型学习如何在复杂的交通环境中做出正确的决策。通过使用软件进行训练，研发人员可以快速获取大量的训练数据，提高训练效率，同时也可以避免在实际道路上进行训练带来的安全风险。

（三）UI/UX 测试

研究乘客如何适应新型交通工具的操作方式及其舒适度感受也是 SCANeR studio 的重要应用场景之一。通过软件的座舱模块，研发人员可以模拟不同的车辆内部环境和操作方式，测试乘客对新型交通工具的适应能力。例如，对于具有全新操作界面的自动驾驶车辆，软件可以模拟乘客在使用该界面时的操作过程，观察乘客是否能够轻松找到所需的功能按钮，操作是否方便快捷等。同时，软件还可以模拟车辆的行驶过程，测试乘客在不同行驶状态下的舒适度感受，如在加速、减速、转弯等过程中，乘客是否会感到不适。通过 UI/UX 测试，研发人员可以不断优化车辆的操作界面和内部设计，提高乘客的使用体验。

（四）与 ANSYS 合作加速自动驾驶汽车设计和验证

AVSimulation 与 ANSYS 之间的战略合作伙伴关系通过虚拟测试加速了自动驾驶汽车的设计和验证。可在一周内实现数百万英里的数字道路测试。此次合作将 AVSimulation 的革命性仿真技术与 ANSYS 的沉浸式自动驾驶模拟解决方案相结合，大大加速了自动驾驶汽车向汽车制造商推向市场的道路。例如，通过合作，研发人员可以利用软件在虚拟环境中进行大规模的测试，快速发现自动驾驶系统中存在的问题并进行改进。这种虚拟测试的方式不仅提高了测试效率，还降低了测试成本，同时也减少了在实际道路上测试带来的安全风险。通过双方的合作，自动驾驶汽车的研发周期将大大缩短，从而更快地推向市场，为消费者带来更加安全、便捷的出行体验。