CN109147465A - 一种汽车驾驶模拟器测试系统及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种汽车驾驶模拟器测试系统及控制方法，本发明所述系统包括连接在一起的驾驶模拟器控制机柜、驾驶模拟器显示模块和驾驶模拟器驾驶操作装置。驾驶模拟器控制机柜包括连接在一起的整车控制器VCU、24V整车控制器VCU、12V整车控制器VCU、灯光显示单元、开关控制单元、机箱控制单元、RCP控制单元。本发明所述方法包括以下步骤：步骤1、根据被测控制策略的测试要求，编写测试方案；步骤2、被测控制策略的注入，步骤3、测试系统的环境选择，步骤4.测试的执行。本发明的优越效果是能够实现对驾驶员行为的分析测试和整车控制策略的功能测试，提高了动力总成的开发效率并缩短了开发周期，具有测试方法简单有效、数据真实有效的优点。
Description
技术领域
本发明属于自动控制技术领域,尤其涉及一种汽车驾驶模拟器测试系统及控制方法。
背景技术
驾驶模拟器测试系统是一种用于模拟真实的驾驶环境，提供真实的驾驶操作来测试汽车整车功能和分析驾驶员驾驶行为，从而提高汽车各项功能和整车控制的开发周期。目前的驾驶模拟器测试系统及控制方法具有以下缺点：真实性差，无法提供精确的整车模拟和驾驶操作模拟；驾驶模拟显示系统单一，无法有效的为驾驶员提供真实的驾驶环境；控制方法不准确。传统的现有技术只是简单的赛车级别的驾驶模拟，只有简单的方向盘和踏板，只能用于简单的仿真模拟，但是无法应用于整车级别的驾驶模拟，无法实现对驾驶员的行为数据的模拟，无法精确实现整车模型的仿真模拟，导致测试数据的精确度很低，适应性低。
公开号为CN108319249A的专利申请公开了一种基于驾驶模拟器的无人驾驶算法综合测评系统及方法，通过场景模拟模块建立具有现实世界交通场景的场景模型，综合测评模块通过三种测评模式的设计，结合测评场景的再现，提供相同场景下测评结果的对比，为算法改进方向提供依据，通过三种测评模式实现多层次、系统化测评无人驾驶车辆算法性能。
公开号为CN101794470A的专利申请公开了一种汽车驾驶测试系统及汽车驾驶测试方法，能测量汽车在驾驶员操作下的拐弯、加速、刹车等性能。系统由路面指示检测板、车载控制器和上位机组成，路面指示检测板放置在检测场地的路面上，其正面板上对称设有感应元件，底面板上有接触开关，路面指示检测板上还有路面指示灯。车载控制器安装在测试汽车上，车载控制器顶部有无线天线，正面设有显示窗和按键组,上位机安装在监控室内。
因此，目前的传统的现有技术只是通过搭建简单的整车仿真模型模拟实车，无法嵌入某些实车的真实零部件，如果整车仿真模型精度过低就会导致数据的准确度低，失去了驾驶模拟系统的仿真模拟意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够克服上述技术问题的汽车驾驶模拟器测试系统及控制方法。
本发明所述系统包括：依次连接在一起的驾驶模拟器控制机柜、驾驶模拟器显示模块、驾驶模拟器驾驶操作装置；驾驶模拟器控制机柜包括依次连接在一起的整车控制器、24V整车控制器(VCU)、灯光显示单元、开关控制单元、机箱控制单元、RCP控制单元，驾驶模拟器控制机柜用于控制驾驶模拟器测试系统；12V整车控制器与24V整车控制器连接。
驾驶模拟器显示模块由依次连接的三块显示器组成；在进行驾驶模拟测试时，三块显示器分别显示汽车虚拟仪表、测试实时曲线数据、测试使用的实时路面动画。驾驶模拟器驾驶操作装置由连接在一起的驾驶座椅、换挡操作装置、安装支架、油门踏板、制动踏板、转向盘组成，驾驶模拟器驾驶操作装置能够为驾驶员提供驾驶操作系统，并将驾驶员的操作行为和驾驶数据提供给实时仿真系统和控制系统，从而为汽车驾驶模拟器测试系统输入真实的数据。
驾驶模拟器控制机柜中的机箱控制单元采用工业控制计算机，机箱控制单元是一个上位机控制机箱，汽车驾驶模拟器测试系统的整车模型及测试模型和软件存储在机箱控制单元中,在进行测试时通过设置整车参数修改整车模型并通过实时仿真软件选择测试路况，能够模拟真实的测试路面且通过驾驶模拟器显示模块的显示器输出给测试人员,测试人员根据路面的实时信息操作驾驶模拟器驾驶操作装置的制动踏板、油门踏板、换挡操作装置、转向盘将驾驶数据数据输入到RCP控制单元的实时仿真系统,RCP控制单元的实时仿真系统采集驾驶员的制动信号、加速信号、转向信号、换挡信号，计算得到车辆运行需要的油门开度、制动踏板开度、加速度、转向角度的行驶信号，驱动车辆行驶在实时的路面工况中，并通过驾驶模拟器显示模块将车辆行驶数据输出给测试人员。
驾驶模拟器控制机柜中的开关控制单元是本发明所述系统的车辆功能模拟及显示单元，开关控制单元采用LED灯和开关按钮并排分布结构排列，每一个开关按钮对应LED灯通过控制开关按钮实现对车辆的控制并能够利用LED灯进行显示，开关控制单元能够实现对包括车辆的空调、PTC、远近光灯、转向灯、雾灯的控制开关的模拟，实现对车辆运行状态的真实控制和模拟，并能够将控制结果通过开关控制单元LED灯显示给测试人员。
灯光显示单元采用LED灯多组排列的结构并利用LED灯对车辆运行过程中的状态进行实时的显示，通过LED灯的开启和关闭显示车辆的具体工作状态，从而有助于测试人员实时监控车辆的运行状态。
本发明所述汽车驾驶模拟器测试系统控制方法，所述方法包括以下步骤：
步骤1、根据被测控制策略的测试要求，编写测试方案，确定软件配置要求、被测系统与本测试系统的接口定义，根据汽车整车动力学算法确定整车仿真模型，根据整车的附件控制逻辑确定机柜面板控制算法，根据汽车仪表显示控制逻辑结合整车控制算法搭建虚拟仪表控制算法，采用以下汽车的行驶方程式(1)：
Ft＝∑F＝Ff+Fw+Fi+Fj……(1)
其中：Ft为驱动力；
∑F为行驶阻力之和；
Ff为滚动阻力；
Fw为空气阻力；
Fi为坡度阻力；
Fj为加速阻力。
汽车的功率平衡方程式为：
上式中：A为迎风面积；CD为空气阻力系数；μa为车速；f为滚动阻力系数；M为车辆的质量；ηT为传动系统效率；α为道路坡度；δ为旋转质量换算系数；
步骤2、被测控制策略的注入，对驾驶模拟器测试系统进行测试时，以汽车驾驶输入作为驾驶员的操作行为和驾驶数据的输入源，利用被测控制策略将测试数据输入到被测对象和整车仿真模型中并将被测控制策略注入到测试系统中，根据配置要求设置被测控制策略与本测试系统的接口并按照测试方案进行接口的连接确认；
步骤3、测试系统的环境选择，根据被测控制策略的测试要求，选择整车仿真模型、虚拟测试路况或环境以及测试系统需要配合测试的软件系统；
步骤4.测试的执行：
步骤4.1、测试人员根据测试方案启动测试系统，根据驾驶模拟器显示模块中的虚拟路况、环境、虚拟仪表，以当前的控制算法和机柜面板控制算法来监控整车和被测对象的运行状态，并实时控制整车模型的运行情况来控制驾驶模拟器驾驶操作装置中的制动踏板、油门踏板、换挡操作装置、转向盘进行驾驶模拟，将驾驶员的操作行为和驾驶数据输入到测试系统中并通过24V整车控制器、12V整车控制器采集实时测试数据并实时反馈从而实现仿真模型和车辆实物的转换使用；
步骤4.2、测试人员需要根据车辆的状态和驾驶模拟器显示模块中的信息操作开关控制单元的开关并将信息模拟输入到测试系统中，模拟车辆行驶过程中的车辆状态、测试控制策略；
步骤5、对测试结果进行分析，以确定被测对象是否存在问题并编写测试报告。
本发明的优越效果如下：
1，是通过搭建车辆的模型，嵌入车辆的具体实物，实现对模型的仿真测试和对车辆的实时运行状态进行高度模拟并留有实物需要的信号接口从而能够实现将车辆的变速箱、驱动电机、动力电池、整车控制器的硬件设备嵌入到汽车驾驶模拟器测试系统中；
2，本发明提供了真实的驾驶模拟系统和实车显示系统并通过搭建真实的整车仿真模型和驾驶环境模型，提供给驾驶员一个逼真的人-车-路驾驶模拟环境，通过本发明所述方法实现精密的系统控制测试，而且能够进行重复可控的试验工况、无风险的极限工况试验，能够任意嵌入实物试验的功能；
3，同时根据研究需要对所需实验数据进行采集、分析，完成对驾驶员行为的分析和车辆的功能性测试，从而能够解决目前汽车驾驶模拟器测试系统技术的显示系统和功能测试系统存在的问题，能够实现对驾驶员行为的分析测试和整车控制策略的功能测试，也能够实现对车辆的功能测试；
4，通过模拟车辆的各种运行工况，测试车辆各个组件之间是否正常工作从而能够深入研究驾驶员控制行为规律，并能够根据测试结果优化整车控制策略和动力系统结构，极大的提高了动力总成的开发效率并缩短了开发周期，具有测试方法简单有效、信息反馈及时、数据真实有效的优点。
附图说明
图1是本发明所述系统的结构图；
图2是本发明所述系统的驾驶模拟器控制机柜的结构图；
图3是本发明所述系统的灯光显示单元结构图；
图4是本发明所述系统的开关控制单元结构图；
图5是本发明所述方法的控制流程图。
图中所示：
1-控制机柜；2-显示模块；3-驾驶模拟器驾驶操作装置；
4-整车控制器控制单元；5-24V整车控制器；
6-12V整车控制器；7-灯光显示单元；8-开关控制单元；
9-机箱控制单元；10-RCP控制单元；11-驾驶座椅；
12-安装支架；13-制动踏板；14-油门踏板；
15-换挡操作装置；16-转向盘；17-LED灯；
18-LED灯；19-开关按钮。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式进行详细描述。如图1-4所示：
本发明所述系统包括依次连接在一起的驾驶模拟器控制机柜1、驾驶模拟器显示模块2和驾驶模拟器驾驶操作装置3；驾驶模拟器控制机柜1包括依次连接在一起的整车控制器4、24V整车控制器5、灯光显示单元7、开关控制单元8、机箱控制单元9、RCP控制单元10；12V整车控制器6与24V整车控制器5连接。
驾驶模拟器显示模块2由三块依次连接的显示器组成；在进行驾驶模拟测试时，三块显示器分别显示汽车虚拟仪表、测试实时曲线数据、测试使用的实时路面动画。驾驶模拟器驾驶操作装置3由依次连接在一起的驾驶座椅11、换挡操作装置15、安装支架12、油门踏板14、制动踏板13、转向盘16组成。驾驶模拟器驾驶操作装置3能够为驾驶员提供驾驶操作系统并将驾驶员的操作行为和驾驶数据提供给实时仿真系统和控制系统从而为汽车驾驶模拟器测试系统输入真实的数据。
驾驶模拟器控制机柜1中的机箱控制单元9采用工业控制计算机，机箱控制单元9是一个上位机控制机箱，汽车驾驶模拟器测试系统的整车模型及测试模型和软件存储在机箱控制单元9中,在进行测试时通过设置整车参数修改整车模型并通过实时仿真软件选择测试路况，能够模拟真实的测试路面且通过驾驶模拟器显示模块2的显示器输出给测试人员,测试人员根据路面的实时信息操作驾驶模拟器驾驶操作装置3的制动踏板13、油门踏板14、换挡操作装置15、转向盘16将驾驶数据数据输入到RCP控制单元10的实时仿真系统,RCP控制单元10的实时仿真系统采集驾驶员的制动信号、加速信号、转向信号、换挡信号计算得到车辆运行需要的油门开度、制动踏板开度、加速度、转向角度的行驶信号驱动车辆行驶在实时的路面工况中并通过驾驶模拟器显示模块2将车辆行驶数据输出给测试人员。
驾驶模拟器控制机柜1中的开关控制单元8是本发明所述系统的车辆功能模拟及显示单元。开关控制单元8采用LED灯和开关按钮并排分布结构排列，每一个开关按钮对应LED灯通过控制开关按钮实现对车辆的控制并能够利用LED灯进行显示，开关控制单元8能够实现对包括车辆的空调、PTC、远近光灯、转向灯、雾灯的控制开关的模拟，实现对车辆运行状态的真实控制和模拟并能够将控制结果通过开关控制单元8LED灯显示给测试人员。
灯光显示单元7采用LED灯多组排列的结构并利用LED灯对车辆运行过程中的状态进行实时的显示，通过LED灯的开启和关闭显示车辆的具体工作状态，从而有助于测试人员实时监控车辆的运行状态。
如图5所示：本发明所述汽车驾驶模拟器测试系统控制方法包括以下步骤：
步骤1、根据被测控制策略的测试要求，编写测试方案，确定软件配置要求、被测与本测试系统的接口定义，根据汽车整车动力学算法确定整车仿真模型，根据整车的附件控制逻辑确定机柜面板控制算法，根据汽车仪表显示控制逻辑结合整车控制算法搭建虚拟仪表控制算法，采用以下汽车的行驶方程式(1)：
Ft＝∑F＝Ff+Fw+Fi+Fj……(1)
其中：Ft为驱动力；
∑F为行驶阻力之和；
Ff为滚动阻力；
Fw为空气阻力；
Fi为坡度阻力；
Fj为加速阻力。
汽车的功率平衡方程式为：
上式中：A为迎风面积；CD为空气阻力系数；μa为车速；f为滚动阻力系数；M为车辆的质量；ηT为传动系统效率；α为道路坡度；δ为旋转质量换算系数。
步骤2、被测控制策略的注入，对驾驶模拟器测试系统进行测试时，以汽车驾驶输入作为驾驶员的操作行为和驾驶数据的输入源，利用被测控制策略将测试数据输入到被测对象和整车仿真模型中并将被测控制策略注入到测试系统中，根据配置要求设置被测控制策略与本测试系统的接口并按照测试方案进行接口的连接确认。
步骤3、测试系统的环境选择，根据被测控制策略的测试要求，选择整车仿真模型、虚拟测试路况或环境以及测试系统需要配合测试的软件系统。
步骤4.测试的执行：
步骤4.1、测试人员根据测试方案启动测试系统，根据驾驶模拟器显示模块2中的虚拟路况、环境、虚拟仪表以当前的控制算法和机柜面板控制算法来监控整车和被测对象的运行状态并实时控制整车模型的运行情况来控制驾驶模拟器驾驶操作装置3中的制动踏板13、油门踏板14、换挡操作装置15、转向盘16进行驾驶模拟，将驾驶员的操作行为和驾驶数据输入到测试系统中并通过24V整车控制器5、12V整车控制器6采集实时测试数据并实时反馈从而实现仿真模型和车辆实物的转换使用。
步骤4.2、测试人员需要根据车辆的状态和驾驶模拟器显示模块2中的信息操作开关控制单元8的开关并将信息模拟输入到测试系统中，模拟车辆行驶过程中的车辆状态、测试控制策略。
步骤5、对测试结果进行分析以确定被测对象是否存在问题并编写测试报告。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明公开的范围内，能够轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明权利要求的保护范围内。
Claims (8)
1.一种汽车驾驶模拟器测试系统，其特征在于，包括：依次连接在一起的驾驶模拟器控制机柜、驾驶模拟器显示模块和驾驶模拟器驾驶操作装置；驾驶模拟器控制机柜包括依次连接在一起的整车控制器、24V整车控制器、灯光显示单元、开关控制单元、机箱控制单元、RCP控制单元；12V整车控制器与24V整车控制器连接。
2.根据权利要求1所述的一种汽车驾驶模拟器测试系统，其特征在于，所述驾驶模拟器显示模块由依次连接的三块显示器组成。
3.根据权利要求1所述的一种汽车驾驶模拟器测试系统，其特征在于，所述驾驶模拟器驾驶操作装置由依次连接在一起的驾驶座椅、换挡操作装置、安装支架、油门踏板、制动踏板、转向盘组成。
4.根据权利要求1所述的一种汽车驾驶模拟器测试系统，其特征在于，所述驾驶模拟器控制机柜中的机箱控制单元采用工业控制计算机。
5.根据权利要求1所述的一种汽车驾驶模拟器测试系统，其特征在于，所述开关控制单元采用LED灯和开关按钮并排分布结构排列。
6.根据权利要求1所述的一种汽车驾驶模拟器测试系统，其特征在于，所述灯光显示单元采用LED灯多组排列的结构。
7.根据权利要求1所述的一种汽车驾驶模拟器测试系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、根据被测控制策略的测试要求，编写测试方案，确定软件配置要求、被测与本测试系统的接口定义，根据汽车整车动力学算法确定整车仿真模型，根据整车的附件控制逻辑确定机柜面板控制算法，根据汽车仪表显示控制逻辑结合整车控制算法搭建虚拟仪表控制算法，采用以下汽车的行驶方程式(1)：
Ft＝∑F＝Ff+Fw+Fi+Fj……(1)
其中：Ft为驱动力；
∑F为行驶阻力之和；
Ff为滚动阻力；
Fw为空气阻力；
Fi为坡度阻力；
Fj为加速阻力；
汽车的功率平衡方程式为：
上式中：A为迎风面积；CD为空气阻力系数；μa为车速；f为滚动阻力系数；M为车辆的质量；ηT为传动系统效率；α为道路坡度；δ为旋转质量换算系数；
步骤2、被测控制策略的注入，对驾驶模拟器测试系统进行测试时，以汽车驾驶输入作为驾驶员的操作行为和驾驶数据的输入源，利用被测控制策略将测试数据输入到被测对象和整车仿真模型中并将被测控制策略注入到测试系统中，根据配置要求设置被测控制策略与本测试系统的接口并按照测试方案进行接口的连接确认；
步骤3、测试系统的环境选择，根据被测控制策略的测试要求，选择相应的整车仿真模型、虚拟测试路况或环境以及测试系统需要配合测试的软件系统；
步骤4.测试的执行：
步骤5、对测试结果进行分析以确定被测对象是否存在问题并编写测试报告。
8.根据权利要求7所述的控制方法，其特征在于，步骤4中具体包括以下步骤：
步骤4.1、测试人员根据测试方案启动测试系统，根据驾驶模拟器显示模块中的虚拟路况、环境、虚拟仪表以当前的控制算法和机柜面板控制算法来监控整车和被测对象的运行状态并实时控制整车模型的运行情况来控制驾驶模拟器驾驶操作装置中的制动踏板、油门踏板、换挡操作装置、转向盘进行驾驶模拟，将驾驶员的操作行为和驾驶数据输入到测试系统中并通过24V整车控制器、12V整车控制器采集实时测试数据并实时反馈从而实现仿真模型和车辆实物的转换使用；
步骤4.2、测试人员需要根据车辆的状态和驾驶模拟器显示模块中的信息操作开关控制单元的开关并将信息模拟输入到测试系统中，模拟车辆行驶过程中的车辆状态、测试控制策略。
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