[论文解读] AutoDRIVE Simulator -- Technical Report

Tanmay Vilas Samak, Chinmay Vilas Samak|arXiv (Cornell University)|Nov 13, 2022

Simulation Techniques and Applications被引用 6

一句话总结

本文提出 AutoDRIVE Simulator，一个伪真实感、模块化且灵活的仿真平台，专为比例缩小的自动驾驶车辆设计。该平台支持逼真的车辆动力学、全面的传感器建模以及执行器响应，通过与 ROS 兼容的通信桥接，实现与本地和分布式计算环境下的外部自动驾驶软件栈的无缝集成。

ABSTRACT

AutoDRIVE is envisioned to be a comprehensive research platform for scaled autonomous vehicles. This work is a stepping-stone towards the greater goal of realizing such a research platform. Particularly, this work proposes a pseudo-realistic simulator for scaled autonomous vehicles, which is targeted towards simplicity, modularity and flexibility. The AutoDRIVE Simulator not only mimics realistic system dynamics but also simulates a comprehensive sensor suite and realistic actuator response. The simulator also features a communication bridge in order to interface externally developed autonomous driving software stack, which allows users to design and develop their algorithms conveniently and have them tested on our simulator. Presently, the bridge is compatible with Robot Operating System (ROS) and can be interfaced directly with the Python and C++ scripts developed as a part of this project. The bridge supports local as well as distributed computing.

研究动机与目标

• 开发一个可扩展、模块化且灵活的仿真环境，用于比例缩小自动驾驶车辆的研究。
• 在计算效率高的框架中，实现对车辆动力学、传感器套件和执行器响应的逼真建模。
• 提供通信桥接功能，支持与外部自动驾驶软件栈集成，特别是 ROS。
• 通过与 Python 和 C++ 脚本的无缝互操作性，促进算法开发与测试。
• 支持本地和分布式计算，以实现可扩展且可扩展的研究工作流。

提出的方法

• 该仿真器采用基于物理的模型，以在各种驾驶条件下复现逼真的车辆动力学，包括运动学与动力学特性。
• 集成全面的虚拟传感器套件，模拟具有真实噪声和分辨率特性的激光雷达、摄像头和雷达。
• 实现执行器模型，以模拟真实的响应延迟和控制饱和效应。
• 使用 ROS 1 和 ROS 2 构建通信桥接，与外部软件栈接口，实现实时数据交换。
• 桥接功能支持本地执行和分布式部署，允许多台机器上的模块化开发与测试。
• 系统设计注重模块化，支持新组件（如感知、规划和控制模块）的即插即用式集成。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何为比例缩小的自动驾驶车辆研究设计一个可扩展且模块化的仿真平台？
• RQ2 在轻量化且易访问的框架中，仿真器在多大程度上能够复现真实的车辆动力学、传感器行为和执行器响应？
• RQ3 通信桥接在多大程度上能够有效支持与外部自动驾驶软件栈（特别是基于 ROS 的系统）的集成？
• RQ4 在本地和分布式计算配置下，仿真器的性能特征如何？
• RQ5 系统的模块化设计在多大程度上支持在多样化研究场景中的可扩展性和可重用性？

主要发现

• AutoDRIVE Simulator 在多种驾驶场景下成功模拟了逼真的车辆动力学，实现了对运动学和动力学特性的精确建模。
• 虚拟传感器套件能够以高保真度模拟激光雷达、摄像头和雷达的输出，具备真实的噪声和分辨率特性。
• 执行器响应被准确建模，包含真实的延迟和饱和效应，显著提升了控制系统的仿真保真度。
• 与 ROS 兼容的通信桥接实现了与外部软件栈的无缝集成，支持本地和分布式执行。
• 模块化架构支持感知、规划和控制模块的即插即用式集成，显著提升了可重用性和可扩展性。
• 仿真器在本地和分布式计算环境中均表现出优异性能，支持可扩展的研究工作流。