CN105045649A - 一种智能汽车仿真方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智能汽车仿真方法及装置，属于计算机仿真领域。所述方法包括：获取虚拟模型文件；该虚拟模型文件用于生成三维虚拟场景，该三维虚拟场景用于模拟智能汽车的实际行驶场景，且该三维虚拟场景由虚拟模型搭建而成；虚拟模型包括虚拟智能汽车和环境模型，环境模型包括虚拟车道；根据该虚拟模型文件生成三维虚拟场景；确定该虚拟智能汽车在该三维虚拟场景中的运行轨迹；播放该虚拟智能汽车按照该运行轨迹在该三维虚拟场景中运动的过程。所述装置包括：获取模块、生成模块、确定模块和播放模块。本发明能够在三维虚拟场景中对智能汽车进行仿真，且将仿真结果以动画的方式呈现出来，研究者可以直观地观看动态仿真过程。

Description

一种智能汽车仿真方法及装置

技术领域

本发明涉及计算机仿真领域，特别涉及一种智能汽车仿真方法及装置。

背景技术

智能汽车是通过车载传感系统感知道路环境，自动规划行车路线并控制车辆到达预定目标的汽车。在智能汽车的研发过程中，往往需要大量的试验来检验智能汽车的功能。相比于实车道路测试，采用计算机模拟仿真的测试方法能够有效缩短开发周期和降低开发费用。传统的计算机模拟仿真的测试方法是借助Matlab和Simulink等工具进行数值模拟，输入车辆参数、以及路况等环境参数，测试结果以参数曲线的形式表现。

这种数值模拟方式，只能根据参数曲线分析测试结果，对于研究者来说不够直观，也难于理解，仿真效果交互性不够强。

发明内容

为了直观地显示测试结果并增强仿真效果交互性，本发明实施例提供了一种智能汽车仿真方法及装置。所述技术方案如下：

一方面，提供了一种智能汽车仿真方法，所述方法包括：

获取虚拟模型文件；所述虚拟模型文件用于生成三维虚拟场景，所述三维虚拟场景用于模拟智能汽车的实际行驶场景，所述三维虚拟场景由虚拟模型搭建而成，所述虚拟模型包括虚拟智能汽车和环境模型，所述环境模型包括虚拟车道；

根据所述虚拟模型文件生成所述三维虚拟场景；

确定所述虚拟智能汽车在所述三维虚拟场景中的运行轨迹；

播放所述虚拟智能汽车按照所述运行轨迹在所述三维虚拟场景中运动的过程。

在第一可选实施方式中，确定所述虚拟智能汽车在所述三维虚拟场景中的运行轨迹，包括：

获得当前时刻的状态参数；所述状态参数包括所述虚拟智能汽车所处环境的状态量、和所述虚拟智能汽车的状态量；所述虚拟智能汽车的状态量包括所述虚拟智能汽车的行驶方向、位置坐标和速度；所述虚拟智能汽车所处环境的状态量包括所述虚拟智能汽车到所在虚拟车道路段的边界的距离；

根据所述当前时刻的状态参数，确定所述虚拟智能汽车在当前时刻需执行的行驶决策动作；所述行驶决策动作包括油门踩踏幅度、刹车踩踏幅度、以及方向盘转角；

根据所述需执行的行驶决策动作，估算下一时刻的状态参数；

根据所述当前时刻的状态参数和所述下一时刻的状态参数，获得所述虚拟智能汽车在当前时刻和下一时刻之间的运行轨迹。

在第二可选实施方式中，根据所述需执行的行驶决策动作，估算下一时刻的状态参数，包括：

根据所述需执行的行驶决策动作，计算所述虚拟智能汽车在下一时刻的状态量；

根据所述虚拟智能汽车在下一时刻的状态量中的位置坐标，在预置的虚拟智能汽车的位置坐标与虚拟车道的边界坐标的对应关系中，获得所述虚拟车道中所述虚拟智能汽车在下一时刻所处路段的边界坐标；

根据所述虚拟车道中所述虚拟智能汽车在下一时刻所处路段的边界坐标和所述虚拟智能汽车的位置坐标，确定下一时刻所述虚拟智能汽车到所在虚拟车道路段的边界的距离，得到所述下一时刻的状态参数。

在第三可选实施方式中，所述环境模型还包括虚拟障碍物；

所述虚拟智能汽车所处环境的状态量还包括所述虚拟智能汽车与所述虚拟障碍物的距离；

在所述确定下一时刻所述虚拟智能汽车到所在虚拟车道路段的边界的距离之后，还包括：

获得所述虚拟障碍物在当前时刻的位置坐标、运行方向和速度；

根据所述虚拟障碍物在当前时刻的位置坐标、运行方向和速度，确定所述虚拟障碍物在下一时刻的位置坐标；

根据所述虚拟障碍物在下一时刻的位置坐标和所述虚拟智能汽车在下一时刻的位置坐标，确定下一时刻所述虚拟智能汽车与所述虚拟障碍物的距离。

在第四可选实施方式中，在获得所述虚拟障碍物在当前时刻的位置坐标、运行方向和速度之前，所述方法还包括：

接收用户的激活请求，所述激活请求用于指示所述虚拟障碍物以指定速度开始运行；

在预设的虚拟障碍物与运行轨迹的对应关系中，获得所述虚拟障碍物对应的运行轨迹；

播放所述虚拟障碍物按照对应的运行轨迹运动的过程。

另一方面，提供了一种智能汽车仿真装置，所述装置包括：

获取模块，用于获取虚拟模型文件；所述虚拟模型文件用于生成三维虚拟场景，所述三维虚拟场景用于模拟智能汽车的实际行驶场景，所述三维虚拟场景由虚拟模型搭建而成，所述虚拟模型包括虚拟智能汽车和环境模型，所述环境模型包括虚拟车道；

生成模块，用于根据所述虚拟模型文件生成所述三维虚拟场景；

确定模块，用于确定虚拟智能汽车在所述三维虚拟场景中的运行轨迹；

播放模块，用于播放所述虚拟智能汽车按照所述运行轨迹在所述三维虚拟场景中运动的过程。

在第一可选实施方式中，所述确定模块包括：

第一获取子模块，用于获得当前时刻的状态参数；所述状态参数包括所述虚拟智能汽车所处环境的状态量、和所述虚拟智能汽车的状态量；所述虚拟智能汽车的状态量包括所述虚拟智能汽车的行驶方向、位置坐标和速度；所述虚拟智能汽车所处环境的状态量包括所述虚拟智能汽车到所在虚拟车道路段的边界的距离；

确定子模块，用于根据所述当前时刻的状态参数，确定所述虚拟智能汽车在当前时刻需执行的行驶决策动作；所述行驶决策动作包括油门踩踏幅度、刹车踩踏幅度、以及方向盘转角；

估算子模块，用于根据所述需执行的行驶决策动作，估算下一时刻的状态参数；

第二获取子模块，用于根据所述当前时刻的状态参数和所述下一时刻的状态参数，获得所述虚拟智能汽车在当前时刻和下一时刻之间的运行轨迹。

在第二可选实施方式中，所述估算子模块包括：

计算单元，用于根据所述需执行的行驶决策动作，计算所述虚拟智能汽车在下一时刻的状态量；

第一获取单元，用于根据所述虚拟智能汽车在下一时刻的状态量中的位置坐标，在预置的虚拟智能汽车的位置坐标与虚拟车道的边界坐标的对应关系中，获得所述虚拟车道中所述虚拟智能汽车在下一时刻所处路段的边界坐标；

第一确定单元，用于根据所述虚拟车道中所述虚拟智能汽车在下一时刻所处路段的边界坐标和所述虚拟智能汽车的位置坐标，确定下一时刻所述虚拟智能汽车到所在虚拟车道路段的边界的距离，得到所述下一时刻的状态参数。

在第三可选实施方式中，所述环境模型还包括虚拟障碍物；

所述虚拟智能汽车所处环境的状态量还包括所述虚拟智能汽车与所述虚拟障碍物的距离；

所述估算子模块还包括：

第二获取单元，用于获得所述虚拟障碍物在当前时刻的位置坐标、运行方向和速度；

第二确定单元，用于根据所述虚拟障碍物在当前时刻的位置坐标、运行方向和速度，确定所述虚拟障碍物在下一时刻的位置坐标；

第三确定单元，用于根据所述虚拟障碍物在下一时刻的位置坐标和所述虚拟智能汽车在下一时刻的位置坐标，确定下一时刻所述虚拟智能汽车与所述虚拟障碍物的距离。

在第四可选实施方式中，所述播放模块还用于，接收用户的激活请求，所述激活请求用于指示所述虚拟障碍物以指定速度开始运行；在预设的虚拟障碍物与运行轨迹的对应关系中，获得所述虚拟障碍物对应的运行轨迹；播放所述虚拟障碍物按照对应的运行轨迹运动的过程。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：

通过获取虚拟模型文件；该虚拟模型文件用于生成三维虚拟场景，该三维虚拟场景用于模拟智能汽车的实际行驶场景，且该三维虚拟场景由虚拟模型搭建而成；虚拟模型包括虚拟智能汽车和环境模型，环境模型包括虚拟车道；根据该虚拟模型文件生成三维虚拟场景；确定该虚拟智能汽车在该三维虚拟场景中的运行轨迹；播放该虚拟智能汽车按照该运行轨迹在该三维虚拟场景中运动的过程；能够在三维虚拟场景中对智能汽车进行仿真，且将仿真结果以动画的方式呈现出来，这样，研究者可以直观地观看到动态仿真过程，从而更容易地分析测试结果，增强了仿真效果交互性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种智能汽车仿真方法的流程图；

图2是本发明实施例提供的又一种智能汽车仿真方法的流程图；

图3是本发明实施例提供的状态参数与行驶决策动作的关系示意图；

图4是本发明实施例提供的虚拟智能汽车的状态量的示意图；

图5是本发明实施例提供的一种智能汽车仿真装置的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的又一种智能汽车仿真装置的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

实施例一

本发明实施例提供了一种智能汽车仿真方法，参见图1，方法流程包括：

步骤101、获取虚拟模型文件。

其中，该虚拟模型文件用于生成三维虚拟场景，该三维虚拟场景用于模拟智能汽车的实际行驶场景，且该三维虚拟场景由虚拟模型搭建而成。虚拟模型包括虚拟智能汽车和环境模型，环境模型包括虚拟车道。

步骤102、根据该虚拟模型文件生成三维虚拟场景。

在一种实施方式中，可以模拟智能汽车在无路障的道路中行驶的状况。这时，生成的三维虚拟场景可以包括虚拟车道构建的虚拟道路，虚拟智能汽车在虚拟道路上行驶。

步骤103、确定虚拟智能汽车在三维虚拟场景中的运行轨迹。

在本实施例中，步骤103可以包括以下步骤1031-步骤1034。

步骤1031、获得当前时刻的状态参数。

其中，状态参数包括虚拟智能汽车所处环境的状态量、和虚拟智能汽车的状态量。虚拟智能汽车的状态量包括虚拟智能汽车的行驶方向、位置坐标和速度。虚拟智能汽车所处环境的状态量包括虚拟智能汽车到所在虚拟车道路段的边界的距离。

步骤1032、根据当前时刻的状态参数，确定虚拟智能汽车在当前时刻需执行的行驶决策动作。

其中，行驶决策动作包括油门踩踏幅度、刹车踩踏幅度、以及方向盘转角。

具体地，可以根据预置的控制算法确定虚拟智能汽车在当前时刻需执行的行驶决策动作。预置的控制算法可以采用现有的智能汽车的控制算法，例如神经网络控制、模糊控制、以及逻辑控制方法等。

步骤1033、根据需执行的行驶决策动作，估算下一时刻的状态参数。

其中，当前时刻与下一时刻之间的间隔可以是预设间隔，预设间隔可以是0.01秒。

步骤1033可以包括，首先，根据需执行的行驶决策动作，计算虚拟智能汽车在下一时刻的状态量；其次，根据虚拟智能汽车在下一时刻的状态量中的位置坐标，在预置的虚拟智能汽车的位置坐标与虚拟车道的边界坐标的对应关系中，获得虚拟车道中虚拟智能汽车在下一时刻所处路段的边界坐标；然后，根据虚拟车道中虚拟智能汽车在下一时刻所处路段的边界坐标和虚拟智能汽车的位置，确定下一时刻虚拟智能汽车到所在虚拟车道路段的边界的距离，得到下一时刻的状态参数。

具体地，可以采用预置的智能汽车系统状态方程(也称汽车动力学物理模型)计算虚拟智能汽车在下一时刻的状态量。

步骤1034、根据当前时刻和下一时刻的状态参数，获得虚拟智能汽车在当前时刻和下一时刻之间的运行轨迹。

具体地，状态参数中包含了虚拟智能汽车的位置坐标。那么，可以将虚拟智能汽车在当前时刻的位置坐标作为起点，将虚拟智能汽车在下一时刻的位置坐标作为终点，起点与终点之间的连线即是虚拟智能汽车在当前时刻和下一时刻之间的运行轨迹。

步骤104、播放虚拟智能汽车按照该运行轨迹在三维虚拟场景中运动的过程。

其中，步骤104包括：从当前时刻开始到下一时刻，播放虚拟智能汽车按照当前时刻和下一时刻之间的运行轨迹在三维虚拟场景中运动的过程。

本发明实施例通过获取虚拟模型文件；该虚拟模型文件用于生成三维虚拟场景，该三维虚拟场景用于模拟智能汽车的实际行驶场景，且该三维虚拟场景由虚拟模型搭建而成；虚拟模型包括虚拟智能汽车和环境模型，环境模型包括虚拟车道；根据该虚拟模型文件生成三维虚拟场景；确定该虚拟智能汽车在该三维虚拟场景中的运行轨迹；播放该虚拟智能汽车按照该运行轨迹在该三维虚拟场景中运动的过程；能够在三维虚拟场景中对智能汽车进行仿真，且将仿真结果以动画的方式呈现出来，这样，研究者可以直观地观看到动态仿真过程，从而更容易地分析测试结果，增强了仿真效果交互性。

实施例二

本发明实施例提供了一种智能汽车仿真方法，参见图2，方法流程包括：

步骤201、获取虚拟模型文件。

其中，虚拟模型包括虚拟智能汽车和环境模型，环境模型包括虚拟车道和虚拟障碍物。虚拟障碍物可以是虚拟障碍车和虚拟行人等。

具体地，先设计虚拟模型，再得到虚拟模型文件。可以利用AutoCAD设计虚拟模型并得到虚拟模型文件。

步骤202、根据虚拟模型文件生成三维虚拟场景。

其中，三维虚拟场景用于模拟智能汽车的实际行驶场景，比如有障碍车和/或行人的道路。该三维虚拟场景由虚拟模型搭建而成。比如，三维虚拟场景可以是虚拟车道上行驶和/或停泊有虚拟障碍车，虚拟车道上还可以有穿过车道的虚拟行人等。

具体地，由于虚拟智能汽车是在虚拟车道上行驶，虚拟智能汽车的位置坐标与所处虚拟车道的边界坐标存在关联，因此，在已知虚拟车道每个路段的边界坐标的前提下，可以根据虚拟智能汽车的位置坐标，估算虚拟智能汽车所处路段的边界坐标。在本实施例中，在搭建三维虚拟场景时，可以预先设置虚拟智能汽车的位置坐标与虚拟车道的边界坐标之间的对应关系。此外，可以将虚拟障碍物设置在虚拟车道上，并预先设置虚拟障碍物的初始位置坐标。

在实现时，首先，将虚拟模型文件导入3dsMax里，在3dsMax里对虚拟模型进行造型材质、场景视点、造型动画设计渲染，得到所需的三维虚拟场景。所需的三维虚拟场景可以根据智能汽车的实际行驶场景设计，包括实际道路状况以及实际障碍物状况。其次，将得到的三维虚拟场景保存为.wrl文件格式的文件。然后，将.wrl文件格式的文件导入到虚拟现实技术平台(VrmlPad)中。这样，就可以在VrmlPad中生成该三维虚拟场景。

在本实施例中，VrmlPad可以采用Matlab公司研究开发的Simulink3DAnimation实现。Simulink3DAnimation中含有VRML模块接口。

下面将详细描述以动画播放的方式模拟智能汽车行驶的过程(参见步骤203-步骤209)。假设当前时刻为(t-1)时刻，当前时刻的下一时刻为t时刻。在(t-1)时刻，虚拟智能汽车所处路段不存在激活的虚拟障碍物。t为整数且不小于1。需要说明的是，本实施例中的最初时刻指0时刻。

步骤203、获得(t-1)时刻的状态参数。

其中，状态参数包括虚拟智能汽车所处环境的状态量、和虚拟智能汽车的状态量。

其中，虚拟智能汽车的状态量可以包括虚拟智能汽车的行驶方向、位置坐标和速度。在本实施例中，除行驶方向、位置坐标和速度之外，虚拟智能汽车的状态量还可以包括其他衡量虚拟智能汽车状态的参数，例如虚拟智能汽车的物理结构相对于质点中心的偏移量。根据虚拟智能汽车的物理结构相对于质点中心的偏移量，研究员可以判断虚拟智能汽车是否超出了虚拟车道的边界线。

其中，在不存在激活的虚拟障碍物时，虚拟智能汽车所处环境的状态量包括虚拟智能汽车到所在虚拟车道路段的边界的距离。在存在激活的虚拟障碍物时，虚拟智能汽车所处环境的状态量包括虚拟智能汽车到所在虚拟车道路段的边界的距离、以及虚拟智能汽车与虚拟障碍物的距离。

需要说明的是，虚拟智能汽车所处环境的状态量、和虚拟智能汽车的状态量取决于具体的控制算法。当控制算法不同时，虚拟智能汽车所处环境的状态量、和虚拟智能汽车的状态量可以不同。

具体地，(t-1)时刻的状态参数可以在(t-1)时刻的上一个时刻，(t-2)时刻，估算出来(估算方式请参见步骤205)。需要说明的是，当(t-1)时刻为0时刻时，可以获得预先设定的0时刻的状态参数。

步骤204、根据(t-1)时刻的状态参数，确定虚拟智能汽车在(t-1)时刻需执行的行驶决策动作。

其中，行驶决策动作包括油门踩踏幅度、刹车踩踏幅度、以及方向盘转角。

图3示出了状态参数与行驶决策动作的关系。针对每一个时刻的状态参数X，可以有多种行驶决策动作U(图中黑色箭头示出)。在当前时刻选择不同行驶决策动作U时，将导致虚拟智能汽车在下一个时刻到达不同的位置，从而影响下一个时刻的状态参数X。例如，(t-1)时刻的状态参数X(t-1)对应的行驶决策动作U(t-1)决定t时刻的状态参数X(t)；t时刻的状态参数X(t)对应的行驶决策动作U(t)决定(t+1)时刻的状态参数X(t+1)，以此类推。

具体地，可以根据预置的控制算法从多种行驶决策动作中选择最合理的行驶决策动作。预置的控制算法可以采用现有的智能汽车的控制算法，例如神经网络控制、模糊控制、以及逻辑控制方法等。

在实现时，可以用Matlab语言编写控制算法，并生成.m文件，然后将.m文件导入到VrmlPad中。需要说明的是，根据不同的研究要求，如需更换算法，只需更换内部.m文件。根据不同的实验目的，若只需更换实验无需跟换算法，只需对内部的算法参数进行重新编辑。

步骤205、根据需执行的行驶决策动作，估算t时刻的状态参数。

其中，(t-1)时刻与t时刻之间的间隔可以为预设间隔，预设间隔可以是0.01秒。

本步骤205包括如下步骤2051-2054。

步骤2051、根据需执行的行驶决策动作，计算虚拟智能汽车在t时刻的状态量。

具体地，可以采用预置的智能汽车系统状态方程计算虚拟智能汽车在t时刻的状态量。在实现时，可以用Matlab语言编写智能汽车系统状态方程，并生成.m文件，然后将.m文件导入到VrmlPad中。需要说明的是，根据不同的研究要求，如需更换方程内容，只需更换内部.m文件。

在本实施例中，可以采用如下智能汽车系统状态方程，包括式子(1)-(4)，估算虚拟智能汽车在t时刻的状态量，包括t时刻虚拟智能汽车的行驶方向、位置坐标、速度、以及虚拟智能汽车的物理结构相对于质点中心的偏移量。

${\mathrm{\θ}}_1\left(t\right)=\frac{v}{L}tan\mathrm{\Φ}\left(t\right)---\left(1\right)$

$\stackrel{\·}{x}=v\×{\mathrm{cos\θ}}_1\left(t\right)---\left(2\right)$

$\stackrel{\·}{y}=v\×{\mathrm{sin\θ}}_1\left(t\right)---\left(3\right)$

$D_k\left(t\right)=\left\{\begin{array}{cc}L\&times;\sin \mathrm{\&theta;}\left(t\right)+0.5\&times;D\&times;cos\mathrm{\&theta;}\left(t\right)& \mathrm{\&theta;}\left(t\right)\&GreaterEqual;0\\ L\&times;\sin \mathrm{\&theta;}\left(t\right)-0.5\&times;D\&times;\cos \mathrm{\&theta;}\left(t\right)& \mathrm{\&theta;}\left(t\right)<0\end{array}\right.---\left(4\right)$

如图4所示，θ₁(t)表示t时刻虚拟智能汽车的前进方向与水平方向的夹角；v表示t时刻虚拟智能汽车的速度；L表示虚拟智能汽车的前轮到后轮的距离；φ(t)表示t时刻虚拟智能汽车的轮子转动的角度；D表示左右轮子间距；分别表示t时刻虚拟智能汽车在水平方向和竖直方向移动距离；D_k(t)表示t时刻虚拟智能汽车的物理结构相对于质点中心的偏移量；θ(t)＝θ₁(t)-θ₂(t)，θ₂(t)表示t时刻虚拟智能汽车所在路段的边界与水平方向的夹角。图3中，x_t、y_t分别表示t时刻智能汽车在虚拟环境中的横、纵坐标(智能汽车质点的中线坐标)。x_t-1、y_t-1分别表示(t-1)时刻智能汽车在虚拟环境中的横、纵坐标。

在式子(1)-(4)中，v和φ(t)是根据需执行的行驶决策动作，包括油门踩踏幅度、刹车踩踏幅度、以及方向盘转角等，计算出的。L和D均为预设值。θ₂(t)是根据t时刻虚拟智能汽车所在路段的边界坐标计算出的。t时刻虚拟智能汽车所在路段的边界坐标的计算方式参见步骤2052。

步骤2052、根据虚拟智能汽车在t时刻的状态量中的位置坐标，在预置的虚拟智能汽车的位置坐标与虚拟车道的边界坐标的对应关系中，获得虚拟车道中虚拟智能汽车在t时刻所处路段的边界坐标。

步骤2053、根据虚拟车道中虚拟智能汽车在t时刻所处路段的边界坐标和虚拟智能汽车的位置坐标，确定t时刻虚拟智能汽车到所在虚拟车道路段的边界的距离，得到t时刻的状态参数。

步骤206、根据(t-1)时刻和t时刻的状态参数，获得虚拟智能汽车在(t-1)时刻和t时刻之间的运行轨迹。

具体地，状态参数中包含了虚拟智能汽车的位置坐标。那么，可以将虚拟智能汽车在(t-1)时刻的位置坐标作为起点，将虚拟智能汽车在t时刻的位置坐标作为终点，起点与终点之间的连线即是虚拟智能汽车在(t-1)时刻和t时刻之间的运行轨迹。

步骤207、从(t-1)时刻开始到t时刻，播放虚拟智能汽车按照(t-1)时刻和t时刻之间的运行轨迹在三维虚拟场景中运动的过程。

具体地，播放虚拟智能汽车按照(t-1)时刻和t时刻之间的运行轨迹在三维虚拟场景中运动的过程，即是以动画的形式实时渲染动态仿真过程。

通过步骤203-步骤207模拟了智能汽车在无障碍的路况下的行驶过程。下面将详细描述如何模拟智能汽车在有障碍的路况下的行驶过程。在本实施例中，虚拟障碍物可以根据用户需求激活。假若虚拟障碍物未被激活，则表示三维虚拟场景没有虚拟障碍物。反之，假若虚拟障碍物被激活，则表示三维虚拟场景存在虚拟障碍物。在其他实施例中，虚拟障碍物可以自动激活。比如，可以在搭建三维虚拟场景时设定，经过预定时间后虚拟障碍物被激活。

步骤208、显示当前时刻虚拟智能汽车与未激活的虚拟障碍物的距离，并提示用户激活虚拟障碍物。

具体地，可以获得未激活的虚拟障碍物的位置坐标、以及当前时刻虚拟智能汽车的位置坐标。根据未激活的虚拟障碍物的位置坐标、以及当前时刻虚拟智能汽车的位置坐标，可以确定当前时刻虚拟智能汽车与未激活的虚拟障碍物的距离。

具体地，用户可以根据需要的距离，决定是否激活虚拟障碍物。比如，假设用户需要模拟虚拟智能汽车在与虚拟障碍物的距离为5m时的行驶状况，那么，用户可以在显示虚拟智能汽车与未激活的虚拟障碍物的距离为5m时，激活该虚拟障碍物。

在实现时，可以利用VRML模块对用户激活虚拟障碍物的交互事件进行描述，并以.wrl的文件格式封装在Simulink的VRSource模块里。

步骤209、接收用户的激活请求。

其中，该激活请求用于指示虚拟障碍物以指定速度开始运行。

步骤210、在预设的虚拟障碍物与运行轨迹的对应关系中，获得虚拟障碍物对应的运行轨迹。

步骤211、播放虚拟障碍物按照对应的运行轨迹运动的过程。

在用户激活虚拟障碍物后，状态参数将得到更新。假设用户是在t时刻与(t+1)时刻之间激活了虚拟障碍物，那么，(t+1)时刻的状态参数将得到更新，具体描述如下。

步骤212、获得t时刻的状态参数。

具体地，获得步骤205得到的t时刻的状态参数。

步骤213、根据t时刻的状态参数，确定虚拟智能汽车在t时刻需执行的行驶决策动作。

具体地，本步骤213同步骤204，在此不再赘述。

步骤214、根据需执行的行驶决策动作，估算(t+1)时刻的状态参数。

本步骤214包括如下步骤214a-步骤214f。

步骤214a、根据需执行的行驶决策动作，计算虚拟智能汽车在(t+1)时刻的状态量。

具体地，本步骤214a同步骤2051，在此不再赘述。

步骤214b、根据虚拟智能汽车在(t+1)时刻的状态量中的位置坐标，在预置的虚拟智能汽车的位置坐标与虚拟车道的边界坐标的对应关系中，获得虚拟车道中虚拟智能汽车在(t+1)时刻所处路段的边界坐标。

步骤214c、根据虚拟车道中虚拟智能汽车在(t+1)时刻所处路段的边界坐标和虚拟智能汽车的位置坐标，确定(t+1)时刻虚拟智能汽车到所在虚拟车道路段的边界的距离。

步骤214d、获得虚拟障碍物在t时刻的位置坐标、运行方向和速度。

具体地，由于虚拟障碍物按照预设轨迹运行，因此，虚拟障碍物的运行方向和坐标都可以直接获得。此外，虚拟障碍物的速度是用户的激活请求指示的指定速度。

步骤214e、根据虚拟障碍物在t时刻的位置坐标、运行方向和速度，确定虚拟障碍物在(t+1)时刻的位置坐标。

步骤214f、根据虚拟障碍物在(t+1)时刻的位置坐标和虚拟智能汽车在(t+1)时刻的位置坐标，确定(t+1)时刻虚拟智能汽车与障碍物的距离，得到(t+1)时刻的状态参数。

对比步骤205和步骤214可以发现，t时刻和状态参数与(t+1)时刻的状态参数不同，(t+1)时刻的状态参数增加了虚拟智能汽车与障碍物的距离。(t+1)时刻的状态参数的更新，将影响虚拟智能汽车在(t+2)时刻需执行的行驶决策动作，进而影响虚拟智能汽车在(t+2)时刻的状态量。

步骤215、根据t时刻和(t+1)时刻的状态参数，获得虚拟智能汽车在t时刻和(t+1)时刻之间的运行轨迹。

步骤216、从t时刻开始到(t+1)时刻，播放虚拟智能汽车按照t时刻和(t+1)时刻之间的运行轨迹在三维虚拟场景中运动的过程。

步骤217、实时显示每个时刻的状态参数、以及虚拟智能汽车需执行的行驶决策动作。

具体地，可以在步骤204之后显示虚拟智能汽车在(t-1)时刻需执行的行驶决策动作，可以在步骤205之后显示t时刻的状态参数，可以在步骤213之后显示虚拟智能汽车在t时刻需执行的行驶决策动作，可以在步骤214之后显示(t+1)时刻的状态参数。

通过查看每个时刻的状态参数、以及虚拟智能汽车需执行的行驶决策动作，研究员可以衡量控制算法和智能汽车系统状态方程是否合理，并对其进行改进，从而不断完善控制算法和智能汽车系统状态方程。

步骤218、将虚拟智能汽车在三维虚拟场景中的运行轨迹转换成二维坐标系中的曲线；并显示转换成的二维坐标系中的曲线。

其中，二维坐标系的横、纵坐标可以分别是虚拟智能汽车的位置的横、纵坐标。

具体地，本步骤218可以在完成整个模拟过程之后执行。

本发明实施例通过获取虚拟模型文件；该虚拟模型文件用于生成三维虚拟场景，该三维虚拟场景用于模拟智能汽车的实际行驶场景，且该三维虚拟场景由虚拟模型搭建而成；虚拟模型包括虚拟智能汽车和环境模型，环境模型包括虚拟车道；根据该虚拟模型文件生成三维虚拟场景；确定该虚拟智能汽车在该三维虚拟场景中的运行轨迹；播放该虚拟智能汽车按照该运行轨迹在该三维虚拟场景中运动的过程；能够在三维虚拟场景中对智能汽车进行仿真，且将仿真结果以动画的方式呈现出来，这样，研究者可以直观地观看到动态仿真过程，从而更容易地分析测试结果，增强了仿真效果交互性。

实施例三

本发明实施例提供了一种智能汽车仿真装置，适用于实施例一或二提供的方法。参见图5，该装置包括获取模块501、生成模块502、确定模块503和播放模块504。

获取模块501，用于获取虚拟模型文件；虚拟模型文件用于生成三维虚拟场景，三维虚拟场景用于模拟智能汽车的实际行驶场景，三维虚拟场景由虚拟模型搭建而成，虚拟模型包括虚拟智能汽车和环境模型，环境模型包括虚拟车道。

生成模块502，用于根据虚拟模型文件生成三维虚拟场景。

确定模块503，用于确定虚拟智能汽车在三维虚拟场景中的运行轨迹。

播放模块504，用于播放虚拟智能汽车按照该运行轨迹在三维虚拟场景中运动的过程。

本发明实施例通过获取虚拟模型文件；该虚拟模型文件用于生成三维虚拟场景，该三维虚拟场景用于模拟智能汽车的实际行驶场景，且该三维虚拟场景由虚拟模型搭建而成；虚拟模型包括虚拟智能汽车和环境模型，环境模型包括虚拟车道；根据该虚拟模型文件生成三维虚拟场景；确定该虚拟智能汽车在该三维虚拟场景中的运行轨迹；播放该虚拟智能汽车按照该运行轨迹在该三维虚拟场景中运动的过程；能够在三维虚拟场景中对智能汽车进行仿真，且将仿真结果以动画的方式呈现出来，这样，研究者可以直观地观看到动态仿真过程，从而更容易地分析测试结果，增强了仿真效果交互性。

实施例四

本发明实施例提供了一种智能汽车仿真装置，适用于实施例一或二提供的方法。参见图6，该装置包括获取模块601、生成模块602、确定模块603和播放模块604。获取模块601和生成模块602分别与实施例三中获取模块501和生成模块502相同，在此不再赘述。本实施例提供的仿真装置与实施例三提供的仿真装置的不同之处如下。

其中，确定模块603包括：

第一获取子模块6031，用于获得当前时刻的状态参数；状态参数包括虚拟智能汽车所处环境的状态量、和虚拟智能汽车的状态量；虚拟智能汽车的状态量包括虚拟智能汽车的行驶方向、位置坐标和速度；虚拟智能汽车所处环境的状态量包括虚拟智能汽车到所在虚拟车道路段的边界的距离。

确定子模块6032，用于根据当前时刻的状态参数，确定虚拟智能汽车在当前时刻需执行的行驶决策动作；行驶决策动作包括油门踩踏幅度、刹车踩踏幅度、以及方向盘转角。

估算子模块6033，用于根据需执行的行驶决策动作，估算下一时刻的状态参数。

第二获取子模块6034，用于根据当前时刻和下一时刻的状态参数，获得虚拟智能汽车在当前时刻和下一时刻之间的运行轨迹。

其中，估算子模块6033包括：

计算单元，用于根据需执行的行驶决策动作，计算虚拟智能汽车在下一时刻的状态量。

第一获取单元，用于根据虚拟智能汽车在下一时刻的状态量中的位置坐标，在预置的虚拟智能汽车的位置坐标与虚拟车道的边界坐标的对应关系中，获得虚拟车道中虚拟智能汽车在下一时刻所处路段的边界坐标。

第一确定单元，用于根据虚拟车道中虚拟智能汽车在下一时刻所处路段的边界坐标和虚拟智能汽车的位置坐标，确定下一时刻虚拟智能汽车到所在虚拟车道路段的边界的距离，得到下一时刻的状态参数。

作为可选的实施方式，该环境模型还包括虚拟障碍物。

其中，虚拟智能汽车所处环境的状态量还包括虚拟智能汽车与虚拟障碍物的距离。

其中，估算子模块6033还包括：

第二获取单元，用于获得虚拟障碍物在当前时刻的位置坐标、运行方向和速度。

第二确定单元，用于根据虚拟障碍物在当前时刻的位置坐标、运行方向和速度，确定虚拟障碍物在下一时刻的位置坐标。

第三确定单元，用于根据虚拟障碍物在下一时刻的位置坐标和虚拟智能汽车在下一时刻的位置坐标，确定下一时刻虚拟智能汽车与障碍物的距离。

作为可选的实施方式，该装置还包括第一显示模块605，用于显示当前时刻虚拟智能汽车与未激活的虚拟障碍物的距离，并提示用户激活虚拟障碍物。

其中，播放模块604还用于，接收用户的激活请求，激活请求用于指示虚拟障碍物以指定速度开始运行；在预设的虚拟障碍物与运行轨迹的对应关系中，获得虚拟障碍物对应的运行轨迹；播放虚拟障碍物按照对应的运行轨迹运动的过程。

作为可选的实施方式，该装置还包括第二显示模块606，用于实时显示每个时刻的状态参数、以及虚拟智能汽车需执行的行驶决策动作。

作为可选的实施方式，该装置还包括第三显示模块607，用于将虚拟智能汽车在三维虚拟场景中的运行轨迹转换成二维坐标系中的曲线；显示转换成的二维坐标系中的曲线。

本发明实施例通过获取虚拟模型文件；该虚拟模型文件用于生成三维虚拟场景，该三维虚拟场景用于模拟智能汽车的实际行驶场景，且该三维虚拟场景由虚拟模型搭建而成；虚拟模型包括虚拟智能汽车和环境模型，环境模型包括虚拟车道；根据该虚拟模型文件生成三维虚拟场景；确定该虚拟智能汽车在该三维虚拟场景中的运行轨迹；播放该虚拟智能汽车按照该运行轨迹在该三维虚拟场景中运动的过程；能够在三维虚拟场景中对智能汽车进行仿真，且将仿真结果以动画的方式呈现出来，这样，研究者可以直观地观看到动态仿真过程，从而更容易地分析测试结果，增强了仿真效果交互性。

需要说明的是：上述实施例提供的智能汽车仿真装置在对智能汽车进行仿真时，仅以上述各功能模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能模块完成，即将设备的内部结构划分成不同的功能模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。另外，上述实施例提供的智能汽车仿真装置与智能汽车仿真方法实施例属于同一构思，其具体实现过程详见方法实施例，这里不再赘述。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分步骤可以通过硬件来完成，也可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种智能汽车仿真方法，其特征在于，所述方法包括：

获取虚拟模型文件；所述虚拟模型文件用于生成三维虚拟场景，所述三维虚拟场景用于模拟智能汽车的实际行驶场景，所述三维虚拟场景由虚拟模型搭建而成，所述虚拟模型包括虚拟智能汽车和环境模型，所述环境模型包括虚拟车道；

根据所述虚拟模型文件生成所述三维虚拟场景；

确定所述虚拟智能汽车在所述三维虚拟场景中的运行轨迹；

播放所述虚拟智能汽车按照所述运行轨迹在所述三维虚拟场景中运动的过程。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，确定所述虚拟智能汽车在所述三维虚拟场景中的运行轨迹，包括：

获得当前时刻的状态参数；所述状态参数包括所述虚拟智能汽车所处环境的状态量、和所述虚拟智能汽车的状态量；所述虚拟智能汽车的状态量包括所述虚拟智能汽车的行驶方向、位置坐标和速度；所述虚拟智能汽车所处环境的状态量包括所述虚拟智能汽车到所在虚拟车道路段的边界的距离；

根据所述当前时刻的状态参数，确定所述虚拟智能汽车在当前时刻需执行的行驶决策动作；所述行驶决策动作包括油门踩踏幅度、刹车踩踏幅度、以及方向盘转角；

根据所述需执行的行驶决策动作，估算下一时刻的状态参数；

根据所述当前时刻的状态参数和所述下一时刻的状态参数，获得所述虚拟智能汽车在当前时刻和下一时刻之间的运行轨迹。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述需执行的行驶决策动作，估算下一时刻的状态参数，包括：

根据所述需执行的行驶决策动作，计算所述虚拟智能汽车在下一时刻的状态量；

根据所述虚拟智能汽车在下一时刻的状态量中的位置坐标，在预置的虚拟智能汽车的位置坐标与虚拟车道的边界坐标的对应关系中，获得所述虚拟车道中所述虚拟智能汽车在下一时刻所处路段的边界坐标；

根据所述虚拟车道中所述虚拟智能汽车在下一时刻所处路段的边界坐标和所述虚拟智能汽车的位置坐标，确定下一时刻所述虚拟智能汽车到所在虚拟车道路段的边界的距离，得到所述下一时刻的状态参数。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述环境模型还包括虚拟障碍物；

所述虚拟智能汽车所处环境的状态量还包括所述虚拟智能汽车与所述虚拟障碍物的距离；

在所述确定下一时刻所述虚拟智能汽车到所在虚拟车道路段的边界的距离之后，还包括：

获得所述虚拟障碍物在当前时刻的位置坐标、运行方向和速度；

根据所述虚拟障碍物在当前时刻的位置坐标、运行方向和速度，确定所述虚拟障碍物在下一时刻的位置坐标；

根据所述虚拟障碍物在下一时刻的位置坐标和所述虚拟智能汽车在下一时刻的位置坐标，确定下一时刻所述虚拟智能汽车与所述虚拟障碍物的距离。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在获得所述虚拟障碍物在当前时刻的位置坐标、运行方向和速度之前，所述方法还包括：

接收用户的激活请求，所述激活请求用于指示所述虚拟障碍物以指定速度开始运行；

在预设的虚拟障碍物与运行轨迹的对应关系中，获得所述虚拟障碍物对应的运行轨迹；

播放所述虚拟障碍物按照对应的运行轨迹运动的过程。

6.一种智能汽车仿真装置，其特征在于，所述装置包括：

获取模块，用于获取虚拟模型文件；所述虚拟模型文件用于生成三维虚拟场景，所述三维虚拟场景用于模拟智能汽车的实际行驶场景，所述三维虚拟场景由虚拟模型搭建而成，所述虚拟模型包括虚拟智能汽车和环境模型，所述环境模型包括虚拟车道；

生成模块，用于根据所述虚拟模型文件生成所述三维虚拟场景；

确定模块，用于确定虚拟智能汽车在所述三维虚拟场景中的运行轨迹；

播放模块，用于播放所述虚拟智能汽车按照所述运行轨迹在所述三维虚拟场景中运动的过程。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述确定模块包括：

第一获取子模块，用于获得当前时刻的状态参数；所述状态参数包括所述虚拟智能汽车所处环境的状态量、和所述虚拟智能汽车的状态量；所述虚拟智能汽车的状态量包括所述虚拟智能汽车的行驶方向、位置坐标和速度；所述虚拟智能汽车所处环境的状态量包括所述虚拟智能汽车到所在虚拟车道路段的边界的距离；

确定子模块，用于根据所述当前时刻的状态参数，确定所述虚拟智能汽车在当前时刻需执行的行驶决策动作；所述行驶决策动作包括油门踩踏幅度、刹车踩踏幅度、以及方向盘转角；

估算子模块，用于根据所述需执行的行驶决策动作，估算下一时刻的状态参数；

第二获取子模块，用于根据所述当前时刻的状态参数和所述下一时刻的状态参数，获得所述虚拟智能汽车在当前时刻和下一时刻之间的运行轨迹。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述估算子模块包括：

计算单元，用于根据所述需执行的行驶决策动作，计算所述虚拟智能汽车在下一时刻的状态量；

第一获取单元，用于根据所述虚拟智能汽车在下一时刻的状态量中的位置坐标，在预置的虚拟智能汽车的位置坐标与虚拟车道的边界坐标的对应关系中，获得所述虚拟车道中所述虚拟智能汽车在下一时刻所处路段的边界坐标；

第一确定单元，用于根据所述虚拟车道中所述虚拟智能汽车在下一时刻所处路段的边界坐标和所述虚拟智能汽车的位置坐标，确定下一时刻所述虚拟智能汽车到所在虚拟车道路段的边界的距离，得到所述下一时刻的状态参数。

9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述环境模型还包括虚拟障碍物；

所述虚拟智能汽车所处环境的状态量还包括所述虚拟智能汽车与所述虚拟障碍物的距离；

所述估算子模块还包括：

第二获取单元，用于获得所述虚拟障碍物在当前时刻的位置坐标、运行方向和速度；

第二确定单元，用于根据所述虚拟障碍物在当前时刻的位置坐标、运行方向和速度，确定所述虚拟障碍物在下一时刻的位置坐标；

第三确定单元，用于根据所述虚拟障碍物在下一时刻的位置坐标和所述虚拟智能汽车在下一时刻的位置坐标，确定下一时刻所述虚拟智能汽车与所述虚拟障碍物的距离。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，

所述播放模块还用于，接收用户的激活请求，所述激活请求用于指示所述虚拟障碍物以指定速度开始运行；在预设的虚拟障碍物与运行轨迹的对应关系中，获得所述虚拟障碍物对应的运行轨迹；播放所述虚拟障碍物按照对应的运行轨迹运动的过程。