CN109765060A - 一种自动驾驶车辆交通协调性虚拟测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种自动驾驶车辆交通协调性虚拟测试系统及方法，通过规划系统硬件在环仿真测试方式，在虚拟仿真平台中根据测试需求设置相应的交互测试场景，以单个或多个自动驾驶车辆智能控制器为被测主体，通过驾驶模拟器和VR设备等方式引入虚拟被测车辆乘员和其他虚拟交通参与者，进行复杂交通流下的多车交互场景模拟。测试过程中将采集包含虚拟被测车辆在内的所有虚拟交通参与者的运动轨迹、虚拟被测车辆乘员和其他虚拟交通参与者的控制者的主观评判及各项交互舒适性相关生理指标，开展不同渗透率下的多场景自动驾驶车辆交通协调性测试，用以验证自动驾驶车辆是否具备在行驶过程中与其他交通参与者进行良好交互的能力。

Description

一种自动驾驶车辆交通协调性虚拟测试系统及方法

技术领域

本发明涉及自动驾驶车辆测试技术领域，尤其是涉及一种自动驾驶车辆交通协调性虚拟测试系统及方法。

背景技术

随着技术及产品的不断升级和普及，在可见的未来将存在自动驾驶汽车与人类驾驶员驾驶的车辆同时行驶在道路上的情况，这将对现有的交通状况产生影响。

由于自动驾驶汽车的规划方式必然与人类驾驶员存在一定的差异，这将使得自动驾驶汽车与人类驾驶车辆对彼此行为相互不适应，进而造成交通协调性问题。因此，有必要结合虚拟测试的场景类型丰富、测试迭代效率高的特点，针对自动驾驶汽车的交通协调性问题开展测试。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种自动驾驶车辆交通协调性虚拟测试系统及方法，主要把测试场景库、仿真软件、规划系统硬件在环设备、驾驶模拟器、生理指标监测设备、上位机、调查问卷系统进行融合，对虚拟被测车辆在内的所有虚拟交通参与者的运动轨迹、速度、加速度等数据，微观角度的虚拟被测车辆乘员和其他虚拟交通参与者的控制者的各项交互舒适性相关生理指标进行采集，并将测试人员的主观感受通过调查问卷的方式进行采集和处理，实现对自动驾驶车辆交通协调性评价的数据支持。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于图灵思想的自动驾驶车辆交通协调性虚拟测试系统及测试方法，所述自动驾驶车辆交通协调性虚拟测试系统的软硬件部分包括测试场景库、仿真软件、规划系统硬件在环设备、驾驶模拟器、生理指标监测设备、上位机、调查问卷系统、系统管理及数据处理软件；

所述测试场景库用于指导在仿真软件中设置虚拟测试场景；指导所述仿真软件能够根据测试需求搭建并模拟相应的交互测试场景；所述规划系统硬件在环设备用于在虚拟测试环境中引入被测车辆的规划系统；所述驾驶模拟器用于在虚拟测试环境中引入被测车辆的乘员和由测试人员控制的虚拟交通参与者；所述生理指标监测设备用于测量被测车辆乘员和其他虚拟交通参与者的控制者的相关生理指标；所述上位机运行部分仿真软件，并用于存储、处理试验数据并对各设备的工作进行协调；所述调查问卷系统用于分发及回收处理调查问卷，统计获得测试参与者的主观感受。

上述方案中，所述的测试场景库含有多种交通协调性的典型测试场景，该测试场景库的存在形式包括但不限于表格、数据库等，该测试场景库的内容包括但不限于静态要素、准静态要素、动态要素等。

所述的仿真软件能够根据测试需求搭建并模拟特定的测试场景，并能存储一部分场用的测试场景和车辆动力学模型供测试时调用，该软件包括但不限于自动驾驶仿真软件、交通仿真软件、车辆动力学仿真软件等软件；

所述自动驾驶仿真软件和交通仿真软件用于搭建虚拟测试环境和虚拟交通流环境，具备必要的车辆运动学和动力学控制模块，并能采集并导出包括但不限于虚拟被测车量速度数据、虚拟被测车辆加速度数据、用于生成包含虚拟被测车辆在内的所有虚拟交通参与者的运动轨迹的运行数据；车辆动力学仿真软件用于模拟车辆动力学特性；所述各类软件可以选用现有的商业软件，也可以基于开源平台自行开发；

所述虚拟交通流的车辆行为控制包括但不限于随机生成、根据规则生成、根据条件触发等。

所述的规划系统硬件在环设备能够在虚拟测试环境中通过CAN或以太网接入单个或多个自动驾驶车辆智能控制器，来引入被测车辆的规划系统，并能够运行有较高实时性要求的动力学仿真模块，该设备具备高性能的实时处理能力及全面、快速、精准的I/O功能，该设备包括但不限于实时仿真处理器、输入输出模块、I/O接线盒、机箱等设备。

所述的驾驶模拟器能够在虚拟测试环境中引入被测车辆的乘员和由测试人员控制的虚拟交通参与者，该设备包括但不限于模拟操纵设备、VR设备、运动仿真装置、PC机、显示器等设备；

所述模拟操纵设备用于模拟实车方向盘、控制踏板、换挡杆等设备，供测试人员控制虚拟环境中的其他车辆，作为虚拟交通参与者；VR设备用于向被测车辆乘员和其他虚拟交通参与者的控制者展示第一人称视角图像；运动仿真装置用于向被测车辆乘员和其他虚拟交通参与者的控制者模拟多自由度的车辆运动情况；PC机用于驾驶模拟器的运行和数据管理，可以单独设置设备，也可与所述的上位机共用设备；显示器用于监控驾驶模拟器的运行状况，可以单独设置设备，也可与所述的上位机共用设备。

所述的生理指标监测设备能够通过传感器测量被测车辆乘员和其他虚拟交通参与者的控制者的相关生理指标，包括但不限于脑电指标、心电指标、血压、心率等；

所述传感器的形式不限于接触式或非接触式。

所述的上位机，能够运行包括但不限于部分仿真软件、数据处理软件、试验管理软件等，用于存储、处理试验数据并对各设备的工作进行协调。

所述的调查问卷系统具有调查问卷题目库，能够根据测试内容生成相应的调查问卷供测试参与者填写，并自动化地进行结果汇总。

所述的系统管理及数据处理软件，能够实时记录并保存测试数据、处理测试数据并存档，包括但不限于现有的商业软件、基于开源平台自行开发的软件等。

一种自动驾驶车辆交通协调性虚拟测试系统的测试方法，包括自动驾驶车辆交通协调性的测试步骤：

S1、将自动驾驶车辆智能控制器接入规划系统硬件在环设备，并完成各类数据通信的调试；

S2、选择并加载储存在仿真软件中的车辆动力学模型，或在仿真软件中根据车辆实际参数搭建车辆动力学模型；

S3、选择并加载储存在仿真软件中的测试场景，或在测试场景库中选择所需的测试场景并在仿真软件中搭建；

S4、为扮演虚拟被测车辆乘员的测试人员佩戴并开启生理指标监测设备，同时使其在驾驶模拟器上待命；

S5、为扮演其他虚拟交通参与者的控制者的测试人员佩戴并开启生理指标监测设备，同时使其在驾驶模拟器上待命；

S6、运行虚拟测试系统，使受自动驾驶车辆智能控制器控制的虚拟被测车辆行驶在测试场景中，并与测试场景中的其他交通参与者进行交互，同时开始记录各类数据；

S7、根据测试场景要求，扮演其他交通参与者的测试人员通过驾驶模拟器与受自动驾驶车辆智能控制器控制的被测虚拟车辆按测试场景的预定轨迹发生交互；

S8、当虚拟被测车辆与其他虚拟交通参与者发生碰撞，或完成测试场景预定的交互任务时，停止测试，同时保存测试过程中记录的各类数据；

S9、从调查问卷系统生成与测试内容对应的调查问卷交由扮演虚拟被测车辆乘员和其他虚拟交通参与者的控制者的测试人员填写，并回收调查问卷进行结果处理；

S10、处理所有采集的数据并存档。

进一步的，所述步骤S5和S7，可以根据选自测试场景库中的场景要求，即是否设置由测试人员控制的其他虚拟交通参与者，来决定是否在整个测试步骤中设置。

所述的步骤S10保存的数据包括但不限于宏观角度的包含虚拟被测车辆在内的所有虚拟交通参与者的运动轨迹数据、速度数据、加速度数据等，微观角度的虚拟被测车辆乘员和其他虚拟交通参与者的控制者的各项交互舒适性相关生理指标及调查问卷统计结果。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1.有效地将测试场景库、仿真软件、决策规划系统硬件在环设备、驾驶模拟器、生理指标监测设备、上位机、调查问卷系统融合于一个系统，利于协调控制，数据统一采集，为开展自动驾驶车辆交通协调性评价提供了良好的数据支持；

2.借助基于虚拟现实技术的驾驶模拟器，将测试人员有效地引入到虚拟测试环境中，实现了乘客在环和驾驶员在环测试，能够有效开展对虚拟被测车辆的交通协调性主观评价；

3.由于虚拟测试技术具有场景类型丰富、测试迭代效率高的特点，因此本发明能够有效提高测试场景的覆盖和测试效率，节约社会资源；

4.相比于封闭场地测试、开放道路测试等测试手段，本发明的场景复现能力、测试重复性更高，且具有更低的安全风险；

5.本发明有效填补了自动驾驶车辆交通协调性测试领域的空白，能够用于优化自动驾驶车辆的决策规划系统的设计，帮助提高其他人类交通参与者对应用了被测决策规划系统的自动驾驶车辆的接受程度。

附图说明

图1是基于图灵思想的自动驾驶车辆交通协调性虚拟测试系统及测试方法所选用的测试场景示意图；

图2是基于图灵思想的自动驾驶车辆交通协调性虚拟测试系统的硬件组成示意图；

图3是是基于图灵思想的自动驾驶车辆交通协调性虚拟测试系统的软件组成示意图；

图4是自动驾驶车辆交通协调性虚拟测试系统运行时的各硬件间的连接方式示意图；

图5是自动驾驶车辆交通协调性虚拟测试系统运行时的各硬件间的信号交互示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

实施例

在本实施例中，采用的测试场景通过仿真软件构建，测试场景中的场景要素来源于通过Excel文档储存的测试场景库。

如图1所示，为本实施例按照本发明的基于图灵思想的自动驾驶车辆交通协调性虚拟测试系统及测试方法所选用的测试场景示意图。本实施例的测试场景为双车道直线道路，场景中分别有被测车辆A、由测试人员通过驾驶模拟器控制的车辆B、按特定车速匀速直线行驶的车辆C、由交通流仿真软件控制的行为随机但不干扰车辆A、B、C行驶的背景车辆D和E。本实施例的测试场景中光照条件良好，能见度良好；假设被测车辆的环境感知能力良好；

进一步的，车辆A以40Km/h的初始速度在右侧车道行驶，车辆B以60Km/h的速度在A车后方100m处的左侧车道上匀速行驶，车辆C以30Km/h的速度在车辆A前方50m处的右侧车道上匀速行驶。

本实施例中测试场景预定的交互任务为车辆A不与环境中任何车辆发生碰撞的情况下从左侧车道超越车辆C。

本实施例的自动驾驶车辆交通协调性虚拟测试系统的测试方法，包括自动驾驶车辆交通协调性的测试步骤：

S1、将自动驾驶车辆智能控制器接入决策规划系统硬件在环设备，并完成各类数据通信的调试；

S2、选择并加载储存在仿真软件中的车辆动力学模型，或在仿真软件中根据车辆实际参数搭建车辆动力学模型；

S3、选择并加载储存在仿真软件中的测试场景，或在测试场景库中选择所需的测试场景并在仿真软件中搭建；

S4、为扮演虚拟被测车辆乘员的测试人员佩戴并开启生理指标监测设备，同时使其在驾驶模拟器上待命；

S5、为扮演其他虚拟交通参与者的控制者的测试人员佩戴并开启生理指标监测设备，同时使其在驾驶模拟器上待命；

S6、运行虚拟测试系统，使受自动驾驶车辆智能控制器控制的虚拟被测车辆行驶在测试场景中，并与测试场景中的其他交通参与者进行交互，同时开始记录各类数据；

S7、根据测试场景要求，扮演其他交通参与者的测试人员通过驾驶模拟器与受自动驾驶车辆智能控制器控制的被测虚拟车辆按测试场景的预定轨迹发生交互；

S8、当虚拟被测车辆与其他虚拟交通参与者发生碰撞，或完成测试场景预定的交互任务时，停止测试，同时保存测试过程中记录的各类数据；

S9、从调查问卷系统生成与测试内容对应的调查问卷交由扮演虚拟被测车辆乘员和其他虚拟交通参与者的控制者的测试人员填写，并回收调查问卷进行结果处理；

S10、处理所有采集的数据并存档。

进一步的，所述步骤S10保存的数据为包含虚拟被测车辆在内的所有虚拟交通参与者的运动轨迹数据、速度数据和加速度数据，虚拟被测车辆乘员和其他虚拟交通参与者的控制者的脑电指标、心电指标、血压、心率，调查问卷统计结果。

本实施例的自动驾驶车辆交通协调性虚拟测试系统的软硬件部分的组成如图2、图3所示，进一步的具体实施如下：

在本实施例中，采用的仿真软件有自动驾驶仿真软件、交通仿真软件、车辆动力学仿真软件；进一步的，自动驾驶仿真软件为VIRES公司的VTD，交通仿真软件为PTV公司的VISSIM，车辆动力学仿真软件为MSC公司的CARSIM；

进一步的，VTD、VISSIM运行在上位机中；CARSIM的主程序运行在上位机中，车辆动力学实时模块运行在决策规划系统硬件在环设备的控制器中。

在本实施例中，采用的决策规划系统硬件在环设备为NI公司的基于PXI实时控制器的硬件在环仿真方案；进一步的，硬件在环仿真方案包含型号为PXIe-1084的机箱、型号为PXIe-8880的控制器、型号为PXIe-6363的I/O板卡、型号为PXIe-8513的CAN板卡、NI-CAN外接盒、NI-CAN电缆、系统管理及数据记录软件LabVIEW。

在本实施例中，自动驾驶车辆智能控制器通过CAN线与决策规划系统硬件在环设备连接。

在本实施例中，驾驶模拟器基于罗技G29力反馈游戏方向盘套件、HTC公司的VIVE眼镜、自行开发的6自由度运动仿真座椅、DELL公司的XPS8930台式PC机和LG公司的38UC99-W显示器搭建。

在本实施例中，生理指标监测设备采用Neuroscan的Quik-Cap电极帽、美国普升科技有限公司的多导生理记录仪、北京博达电子公司的XL-1A型心率生物反应仪。

在本实施例中，上位机采用浪潮公司的P8000服务器；进一步的，上位机运行有Matlab软件用于测试结束后的数据处理和存档。

在本实施例中，自动驾驶车辆交通协调性虚拟测试系统运行时的各硬件间的连接方式如图4所示，自动驾驶车辆交通协调性虚拟测试系统运行时的各硬件间的信号交互如图5所示。

在本实施例中，调查问卷系统基于Microsoft公司的Office Excel软件开发，能够实现问题筛选、在线分发、结果统计功能。

上述实施例仅用于说明本发明，其中各部分的选型、结构、连接方式等都可以是有变化的，凡是在本发明技术方案的基础上进行的同等变换和改进，均不应排除在本发明的保护范围之外。本领域技术人员应当理解，本发明涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也涵盖在不脱离所属发明构思的情况下，由上述技术特征或其同等特征进行任意组合而形成的其他技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (10)

1.一种自动驾驶车辆交通协调性虚拟测试系统，其特征在于，所述自动驾驶车辆协调性虚拟测试系统的软硬件部分包括测试场景库、仿真软件、规划系统硬件在环设备、驾驶模拟器、生理指标监测设备、上位机、调查问卷系统、系统管理及数据处理软件，所述测试场景库，用于在仿真软件中设置虚拟测试场景，所述仿真软件，用于根据测试需求搭建并模拟相应的交互测试场景，所述规划系统硬件在环设备，用于在虚拟测试环境中引入被测车辆的规划系统，所述驾驶模拟器，用于在虚拟测试环境中引入被测车辆的乘员和由测试人员控制的虚拟交通参与者，所述生理指标监测设备，用于测量被测车辆乘员和其他虚拟交通参与者的控制者的相关生理指标，所述上位机，用于存储及处理试验数据并对各设备的工作进行设置，所述调查问卷系统，用于分发及回收处理调查问卷并统计获得测试参与者的主观感受，所述系统管理及数据处理软件，用于实时记录并保存测试数据、处理测试数据并存档。

2.根据权利要求1所述的一种自动驾驶车辆交通协调性虚拟测试系统，其特征在于，所述的测试场景库的存在形式包括表格和数据库。

3.根据权利要求1所述的一种自动驾驶车辆交通协调性虚拟测试系统，其特征在于，所述仿真软件包括自动驾驶仿真软件、交通仿真软件和车辆动力学仿真软件，所述自动驾驶仿真软件和所述交通仿真软件均用于搭建虚拟测试环境和虚拟交通流环境，所述车辆动力学仿真软件，用于模拟车辆动力学特性，所述仿真软件包括商业软件和基于开源平台自行开发的软件。

4.根据权利要求1所述的一种自动驾驶车辆交通协调性虚拟测试系统，其特征在于，所述的规划系统硬件在环设备包括实时仿真处理器、输入输出模块、I/O接线盒和机箱。

5.根据权利要求1所述的一种自动驾驶车辆交通协调性虚拟测试系统，其特征在于，所述的驾驶模拟器包括模拟操纵设备、VR设备、运动仿真装置、PC机和显示器，所述模拟操纵设备，用于模拟实车方向盘、控制踏板和换挡杆，所述VR设备，用于向被测车辆乘员和其他虚拟交通参与者的控制者展示第一人称视角图像，所述运动仿真装置，用于向被测车辆乘员和其他虚拟交通参与者的控制者模拟多自由度的车辆运动情况，所述PC机，用于驾驶模拟器的运行和数据管理，所述显示器，用于监控驾驶模拟器的运行状况。

6.根据权利要求1所述的一种自动驾驶车辆交通协调性虚拟测试系统，其特征在于，所述的生理指标监测设备通过传感器测量被测车辆乘员和其他虚拟交通参与者的控制者的相关生理指标，所述相关生理指标包括脑电指标、心电指标、血压和心率，所述传感器包括接触式传感器和非接触式传感器。

7.根据权利要求1所述的一种自动驾驶车辆交通协调性虚拟测试系统，其特征在于，所述的上位机负责运行包括部分仿真软件、数据处理软件和试验管理软件。

8.根据权利要求1所述的一种自动驾驶车辆交通协调性虚拟测试系统，其特征在于，所述系统管理及数据处理软件包括商业软件和基于开源平台自行开发的软件，所述调查问卷系统包括调查问卷题目库。

9.一种采用如权利要求1～8中任意一项所述的一种自动驾驶车辆交通协调性虚拟测试系统的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、将自动驾驶车辆智能控制器接入规划系统硬件在环设备，并完成各类数据通信的调试；

S2、选择并加载储存在仿真软件中的车辆动力学模型，或在仿真软件中根据车辆实际参数搭建车辆动力学模型；

S3、选择并加载储存在仿真软件中的测试场景，或在测试场景库中选择所需的测试场景并在仿真软件中搭建；

S4、为扮演虚拟被测车辆乘员的测试人员佩戴并开启生理指标监测设备，同时使其在驾驶模拟器上待命；

S5、为扮演其他虚拟交通参与者的控制者的测试人员佩戴并开启生理指标监测设备，同时使其在驾驶模拟器上待命；

S6、运行虚拟测试系统，使受自动驾驶车辆智能控制器控制的虚拟被测车辆行驶在测试场景中，并与测试场景中的其他交通参与者进行交互，同时开始记录各类数据；

S7、根据测试场景要求，扮演其他交通参与者的测试人员通过驾驶模拟器与受自动驾驶车辆智能控制器控制的被测虚拟车辆按测试场景的预定轨迹发生交互；

S8、当虚拟被测车辆与其他虚拟交通参与者发生碰撞，或完成测试场景预定的交互任务时，停止测试，同时保存测试过程中记录的各类数据；

S9、从调查问卷系统生成与测试内容对应的调查问卷交由扮演虚拟被测车辆乘员和其他虚拟交通参与者的控制者的测试人员填写，并回收调查问卷进行结果处理；

S10、处理所有采集的数据并存档。

10.根据权利要求9所述的一种自动驾驶车辆交通协调性虚拟测试系统，其特征在于，所述步骤S5和所述步骤S7为可选的步骤设置，所述步骤S10中的各类数据包括包含虚拟被测车辆在内的所有虚拟交通参与者的运动轨迹数据、速度数据、加速度数据、虚拟被测车辆乘员和其他虚拟交通参与者的控制者的各项交互舒适性相关生理指标数据及调查问卷统计结果数据。