CN110456757A - 一种无人驾驶车辆的整车测试方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种无人驾驶车辆的整车测试方法，包括：虚拟场景服务器在得出虚拟场景中仿真车辆的坐标数据后，根据此坐标数据获取相应的仿真传感器数据；无人驾驶控制器根据仿真传感器数据得出无人驾驶车辆的控制指令，并发送给无人驾驶车辆整车控制器；无人驾驶车辆根据控制指令移动至下一个位置。实施上述方法的系统，包括本地测试系统与被测试无人驾驶车辆；本地测试系统包括虚拟场景仿真服务器、无人驾驶控制器与数据传输装置a；被测试无人驾驶车辆包括无人驾驶车辆整车控制器、数据传输装置b与车辆状态测量装置；数据传输装置a与数据传输装置b进行数据交互。本发明可以方便无人驾驶车辆控制器与整车的匹配和标定工作，并可缩短无人驾驶车辆的道路测试时间。

Description

一种无人驾驶车辆的整车测试方法及系统
技术领域
本发明涉及一种车辆测试方法，尤其是一种无人驾驶车辆的整车测试方法及系统。
背景技术
无人驾驶汽车使用AI技术对车辆进行自动驾驶，因此在无人驾驶车辆能够真正在开放的公共道路行驶之前，除了对车辆及其他部件按照传统方法进行测试外，还需要针对无人驾驶控制平台(无人驾驶控制器)和集成有无人驾驶控制器的整车进行专门的功能验证、可靠性测试及安全性测试。
针对无人驾驶车辆的此类整车测试要求，现有的测试方法可以分为以下三种类型，并且适合于不同的阶段：
1、软件虚拟测试
软件虚拟测试通过数字化手段仿真虚拟交通环境，使用车辆动力学模型仿真自动驾驶汽车。在纯数字环境下，研究模型车辆在遇到各种障碍和车况情况下，无人驾驶控制算法控制下无人驾驶车辆的表现，验证无人驾驶控制算法。
由于使用数学模型来仿真车辆的动态性能，而再精确的数学模型也是对现实的一种简化，因此，这种方法主要用于无人驾驶控制在开发阶段对算法的开发和验证，通过车辆的动力学模型也可实现一些简单的整车匹配和标定工作。
微软公司的AirSim开源自动驾驶仿真系统、NVIDIA公司的DRIVE Constellation仿真系统、Udacity的开源模拟器、百度公司的Apollo开源系统的仿真环境、TASS公司的PreScan系统都属于此种类型。
2、硬件在环测试
硬件在环测试(Hardware-in-Loop)系统将真实的整车引入仿真测试系统中，属于半实物仿真系统的一种。
在硬件在环测试系统中，整车被放置在底盘测功机上或者6自由度平台上，测试系统在车辆周围投射出周围360°的高清虚拟情景，对于一些其他感知传感器(如超声波、雷达、激光雷达等)，则使用测试系统虚拟的信号。
车辆在环测试系统可以部分解决仿真车辆模型不能真实反应实际车辆动态性能以及执行系统(刹车系统、油门系统及转向系统)的真实特性的问题。但是同样存在以下问题：
由于台架的物理限制，不能真实模拟车辆加减速过程、不能测试转向系统(例如，底盘测功机系统仅仅对车辆的纵向动力学进行仿真)；
不是真实道路行驶；
一个功能齐全的6自由度整车测试平台造价昂贵，不是一般公司能够承受。
VI-Grade公司的动态驾驶模拟器、WMG公司的智能车辆3D仿真系统、上海国际汽车城有限公司正在建造的智能网联汽车整车硬件在环实验室即属于此种类型。
3、真实道路测试：
真实道路测试包括封闭园区道路试验和开放道路试验。封闭园区道路试验通过在封闭的园区内建造和实际交通相同的场景和道路并提供给无人驾驶车辆进行真实道路试验。而开放道路试验则是在真实的交通环境中进行无人驾驶车辆的实际运行并进行验证。
封闭园区道路试验需要建设大量的真实场景，投资巨大，但即使如此，也只能构建有限的场景，而且不可能完全模拟实际交通状况。而开放道路测试考虑到安全问题，仅能在特定的路段进行，也无法覆盖尽可能多的场景和交通状况。
另外，IPG公司提供了一种用于测试ADAS系统的整车在环测试系统配置方案，在该系统配置方案中，安装有被试ADAS系统的被试车辆在真实的开阔路面上行驶，被试车辆上ADAS系统所需要的传感器信号则由一个虚拟系统(RoadBox)生成并发送给ADAS系统，被试车辆的运动状态信息同时发送给虚拟系统以便在虚拟系统中模拟实车状态。
该方案仅适用于ADAS系统的整车在环测试，如需要应用于无人驾驶车辆的整车测试，还存在以下问题：
整个仿真系统安装在被试车辆上，很难进行无人驾驶车辆整车测试过程的在线分析和监控；
不能支持云端虚拟仿真环境，而对于无人驾驶仿真测试来说，大量的场景数据和高精度地图信息需要保存在云端共享使用；
不能扩展，一个仿真系统只能对一辆整车的系统进行测试；
在进行无人驾驶车辆测试的是，为了逼真的模拟物理世界，场景虚拟系统将是一个非常庞大的服务器系统，由于尺寸、功率和重量等限制，很难安装在被试车辆上。另外，即使勉强安装在车上，会增加被试车辆的电能负载和重量，影响测试效果。同时，车辆运行的振动会降低仿真系统硬件的可靠性。
以上问题的存在，导致该测试配置基本上不能应用于无人驾驶车辆的整车在环测试。
发明内容
针对上述问题中存在的不足之处，本发明提供一种不仅可以极大的方便无人驾驶车辆整车的匹配和标定工作，并可大大缩短无人驾驶车辆道路测试时间的一种无人驾驶车辆的整车测试方法及系统。
为实现上述目的，本发明提供一种无人驾驶车辆的整车测试方法，包括以下步骤：
步骤1、虚拟场景服务器在得出虚拟场景中仿真车辆的坐标数据后根据此坐标数据获取相应的仿真传感器数据；
步骤2、无人驾驶控制器根据仿真传感器数据得出无人驾驶车辆的控制指令，并将控制指令发送给无人驾驶车辆整车控制器；
步骤3、无人驾驶车辆根据控制指令移动至下一个位置。
上述的一种无人驾驶车辆的整车测试方法，其中，在步骤1中，包括以下子步骤：
步骤11、虚拟场景服务器接收无人驾驶车辆的当前姿态数据与当前位置数据；
步骤12、虚拟场景服务器将所接收到的无人驾驶车辆的当前姿态数据与当前位置数据转换为虚拟场景中仿真车辆的姿态数据与坐标数据；
步骤13、虚拟场景服务器根据坐标数据以得出相应的仿真传感器数据。
上述的一种无人驾驶车辆的整车测试方法，其中，还包括步骤4与步骤5：
步骤4、通过车辆状态测量装置获取无人驾驶车辆的当前位置数据与当前姿态数据；
步骤5、将获取到的无人驾驶车辆的当前位置数据与当前姿态数据发送给虚拟场景服务器。
本发明还提供一种无人驾驶车辆的整车测试系统，包括本地测试系统与至少一个被测试无人驾驶车辆；
所述本地测试系统包括虚拟场景仿真服务器(1)、无人驾驶控制器(2)与数据传输装置a(3)，所述虚拟场景仿真服务器(1)分别与所述无人驾驶控制器(2)和所述数据传输装置a(3)进行数据交互，所述无人驾驶控制器(2)与所述数据传输装置a(3)进行数据交互；
所述被测试无人驾驶车辆包括无人驾驶车辆整车控制器(5)、数据传输装置b(4)与车辆状态测量装置(6)，所述无人驾驶车辆整车控制器(5)和所述车辆状态测量装置(6)分别与所述数据传输装置b(4)进行数据交互；
所述数据传输装置a(3)与所述数据传输装置b(4)进行数据交互。
上述的系统，其中，所述虚拟场景仿真服务器(1)将得出的传感器仿真数据发送至所述无人驾驶控制器(2)，所述虚拟场景仿真服务器(1)接收所述数据传输装置a(3)发送的被测试无人驾驶车辆的当前姿态数据与当前位置数据，所述无人驾驶控制器(2)将车辆控制决策数据发送给所述数据传输装置a(3)。
上述的系统，其中，所述数据传输装置a(3)将无人驾驶控制决策数据发送至所述数据传输装置b(4)，所述数据传输装置b(4)将被测试无人驾驶车辆的当前姿态数据与当前位置数据发送至所述数据传输装置a(3)。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、本发明提供一种不仅可以极大的方便无人驾驶车辆整车的匹配和标定工作，并可大大缩短无人驾驶车辆的道路测试时间的测试方法；
2、不需要建立复杂的车辆动力学模型就可以进行半实物仿真。在无人驾驶车辆的测试过程中，车辆在真实的道路上行驶，而各种交通场景(包括自然环境、动态的车辆和行人)则由计算机模拟，增加了半实物仿真测试的有效性，可以大幅缩短无人驾驶车辆的道路测试时间；
3、不需要昂贵的多自由度台架，仅需开阔的路面就可以进行无人驾驶车辆与无人驾驶控制器的匹配、标定和验证；
4、如果被试的无人驾驶车辆是在专为无人驾驶车辆测试的封闭园区中运行，可以通过虚拟环境提供更多、更安全、可重复的交通场景测试(例如模拟小孩子突然从人行道冲入机动车道)，而且几乎不增加成本；
5、可以实现分布式测试，实现多台无人驾驶车辆的协同测试，可用于研究多台无人驾驶车辆(具有不同的无人驾驶算法)在同一交通场景中的交互行为和模式。
附图说明
图1为本发明中测试方法的流程图；
图2为本发明中测试系统的结构框图。
主要附图标记说明如下：
1-虚拟场景仿真服务器；2-无人驾驶控制器；3-数据传输装置a；4-数据传输装置b；5-无人驾驶车辆整车控制器；6-车辆状态测量装置
具体实施方式
如图1所示，本发明提供一种无人驾驶车辆的整车测试方法，包括以下步骤：
步骤1、虚拟场景服务器在得出虚拟场景中仿真车辆的坐标数据后，根据此坐标数据获取相应的仿真传感器数据。
在步骤1中，包括以下子步骤：
步骤11、虚拟场景服务器接收无人驾驶车辆的当前姿态数据与当前位置数据；
步骤12、虚拟场景服务器将所接收到的无人驾驶车辆的当前姿态数据与当前位置数据转换为虚拟场景中仿真车辆的姿态数据与坐标数据；
步骤13、虚拟场景服务器根据坐标数据以得出相应的仿真传感器数据。
步骤2、无人驾驶控制器根据仿真传感器数据得出无人驾驶车辆的控制指令，并将控制指令发送给无人驾驶车辆整车控制器；
步骤3、无人驾驶车辆根据控制指令移动至下一个位置。
步骤4、通过车辆状态测量装置获取无人驾驶车辆的当前位置数据与当前姿态数据。
步骤5、将获取到的无人驾驶车辆的当前位置数据与当前姿态数据发送给虚拟场景服务器。
如图2所示，本发明还提供一种无人驾驶车辆的整车测试系统，包括本地测试系统与至少一个被测试无人驾驶车辆。
本地测试系统包括虚拟场景仿真服务器1、无人驾驶控制器2与数据传输装置a3，虚拟场景仿真服务器1分别与无人驾驶控制器2和数据传输装置a3进行数据交互，无人驾驶控制器2与数据传输装置a3进行数据交互。
虚拟场景仿真服务器1将得出的传感器仿真数据发送至无人驾驶控制器2，虚拟场景仿真服务器1接收数据传输装置a3发送的被测试无人驾驶车辆的当前姿态数据与当前位置数据，无人驾驶控制器2将车辆控制决策数据发送给数据传输装置a3。
被测试无人驾驶车辆包括无人驾驶车辆整车控制器5、数据传输装置b4与车辆状态测量装置6，无人驾驶车辆整车控制器5和车辆状态测量装置6分别与数据传输装置b4进行数据交互。
数据传输装置a3与数据传输装置b4进行数据交互。其中，数据传输装置a3将无人驾驶控制决策数据发送至数据传输装置b4，数据传输装置b4将被测试无人驾驶车辆的当前姿态数据与当前位置数据发送至数据传输装置a3。
其中，数据传输装置a3与数据传输装置b4可以选用高速数传电台、或5G终端。
被试无人驾驶车辆的无人驾驶控制器2被安放在本地测试系统上，通过有线千兆以太网与虚拟场景仿真服务器1连接，获取虚拟场景仿真服务器1中对应的仿真无人驾驶车辆的传感器数据(这些数据包括但不限于摄像机数据、LIDAR数据、雷达数据)并实时做出车辆控制决策数据。
无人驾驶控制器2做出的车辆控制决策数据通过其固有的总线(通常为CAN总线)发送给本地的数据传输装置a3，数据传输装置a3将数据通过无线信号发送给安装在无人驾驶车辆上的数据传输装置b4。
数据传输装置b4将收到的车辆控制决策数据解包后，通过其固有的总线(通常为CAN总线)发送给无人驾驶车辆中的无人驾驶车辆整车控制器5，无人驾驶车辆整车控制器5按照此指令控制被试无人驾驶车辆在封闭测试区域的真实道路上运动(如加速、制动、转弯)。
同时，车辆状态测量装置6(RTK GPS+惯性测量单元)实时计算被试无人驾驶车辆的姿态和位置信息，并将其发送给车载的数据传输装置b4，数据传输装置b4将数据通过无线信号发送给安装在本地测试系统上的数据传输装置a3。
数据传输装置a3将收到的被试无人驾驶车辆位置和姿态数据通过有线以太网将其发送给虚拟场景仿真服务器1，虚拟场景仿真服务器1使用该数据更新对应的仿真无人驾驶车辆的姿态和位置信息，从而形成测试闭环。
在本发明中，虚拟场景仿真服务器中的虚拟环境是在计算机上仿真的动态的道路/城市环境，包括各种道路交通设施、建筑物、行人、车辆、以及自然环境(下雨、晴天、白天、黑夜等)。这个在计算机中虚拟的环境可以是完全人工合成的交通场景，也可以是使用数字手段将真实道路/城市环境转换而来。
在该虚拟环境中还包括被试的无人驾驶车辆模型，该车辆模型仅模拟无人驾驶车辆感知传感器的安装位置以及车辆的运动姿态，不需要复杂的无人驾驶车辆的车辆动力学模型。
在本发明中，该无人驾驶控制器与安装在试验室中而不是被试的实际车辆上，但是与被测试的无人驾驶车辆所使用的无人驾驶控制器的硬件结构和控制算法完全相同。虚拟场景仿真服务器中的无人驾驶车辆上安装的各种环境感知传感器(功能、指标和安装位置仿真实际车辆的情况)获取的信息通过高速网络传送给无人驾驶控制器。
被试的无人驾驶车辆运行在封闭的开阔场地或者专为无人驾驶车辆测试运行的封闭园区道路上。
无人驾驶控制器2计算出的自动驾驶决策指令(刹车、油门和转向等指令)通过无线网络传送给被测试无人驾驶车辆，被测试无人驾驶车辆根据此指令在真实的道路上运行，同时实时将自身的姿态和位置信息通过无线网络传送给虚拟场景仿真服务器中的仿真无人驾驶车辆，仿真无人驾驶车辆根据这些位置和姿态信息更新其在虚拟环境中的位置和姿态，从而形成闭环。
被试的无人驾驶车辆运行在真实道路上，可以测试无人驾驶车辆在无人驾驶控制器的控制下，在真实道路上运行时的各种动态特性，如加速、制动和转向特性。不仅可以代替昂贵的底盘测功机或者多自由度整车驾驶平台，并能提供更多的测试功能；
虚拟环境中的仿真无人驾驶车辆仅通过来自真实无人驾驶车辆的姿态和位置信息来就可以模拟被试无人驾驶车辆，而无需建立复杂的车辆动力学模型，同时比其他类型的半实物仿真系统提供更精确的仿真能力。
被试无人驾驶车辆的无人驾驶控制器安放在试验室中而不是被试的无人驾驶车辆上，因此庞大的仿真感知传感器的数据(相机数据、Lidar点云数据、雷达数据等)可以通过高速以太网等手段实时传送到无人驾驶控制器，用以进行无人驾驶控制器的控制决策。而数据量非常小的决策结果通过无线网络传送给运行中的被试无人驾驶车辆，用以控制其运动；
无人驾驶控制器输出的控制指令使用一个高速数传电台/5G终端进行透明传输，在无人驾驶车辆端再使用同样的高速数传电台/5G终端进行数据接收，然后发送给无人驾驶车辆总线。透明传输方式使得无论是无人驾驶控制器还是无人驾驶车辆都敏感不到对方实际上运行在物理上不同的地方，因此，无论是对无人驾驶车辆及其控制器的硬件还是软件算法，都无需为分布式测试做任何更改(仅需根据半实物仿真的需求做少量更改，例如，无人驾驶控制器是从仿真传感器而不是真实传感器接收数据)。这样，测试过程更贴近无人驾驶车辆在真实环境中运行的状态。同时，使用高速数传电台/5G终端，极大的降低了传输延迟和抖动，可以保证控制指令和位置/姿态信息的实时更新。
安放在试验室中的虚拟环境服务器不会受到场地、供电和计算能力限制，因此可以使用集群计算、分布式计算、云计算等手段，特别是由于系统不需要模拟复杂的车辆动力学模型，大幅降低了对仿真服务器的计算能力需求，从而允许多台被试无人驾驶车辆在同一个虚拟场景中进行同步测试，可用于模拟和分析多台无人驾驶车辆(包括不同控制算法)在同一个交通场景下的交互模式及相互间的影响。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，对发明而言仅仅是说明性的，而非限制性的。本专业技术人员理解，在发明权利要求所限定的精神和范围内可对其进行许多改变，修改，甚至等效，但都将落入本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种无人驾驶车辆的整车测试方法，包括以下步骤：
步骤1、虚拟场景服务器在得出虚拟场景中仿真车辆的坐标数据后，根据此坐标数据获取相应的仿真传感器数据；
步骤2、无人驾驶控制器根据仿真传感器数据得出无人驾驶车辆的控制指令，并将控制指令发送给无人驾驶车辆整车控制器；
步骤3、无人驾驶车辆根据控制指令移动至下一个位置。
2.根据权利要求1所述的一种无人驾驶车辆的整车测试方法，其特征在于，在步骤1中，包括以下子步骤：
步骤11、虚拟场景服务器接收无人驾驶车辆的当前姿态数据与当前位置数据；
步骤12、虚拟场景服务器将所接收到的无人驾驶车辆的当前姿态数据与当前位置数据转换为虚拟场景中仿真车辆的姿态数据与坐标数据；
步骤13、虚拟场景服务器根据坐标数据以得出相应的仿真传感器数据。
3.根据权利要求1所述的一种无人驾驶车辆的整车测试方法，其特征在于，还包括步骤4与步骤5：
步骤4、通过车辆状态测量装置获取无人驾驶车辆的当前位置数据与当前姿态数据；
步骤5、将获取到的无人驾驶车辆的当前位置数据与当前姿态数据发送给虚拟场景服务器。
4.一种实施权利要求1中所述的一种无人驾驶车辆的整车测试方法的系统，其特征在于，包括本地测试系统与至少一个被测试无人驾驶车辆；
所述本地测试系统包括虚拟场景仿真服务器(1)、无人驾驶控制器(2)与数据传输装置a(3)，所述虚拟场景仿真服务器(1)分别与所述无人驾驶控制器(2)和所述数据传输装置a(3)进行数据交互，所述无人驾驶控制器(2)与所述数据传输装置a(3)进行数据交互；
所述被测试无人驾驶车辆包括无人驾驶车辆整车控制器(5)、数据传输装置b(4)与车辆状态测量装置(6)，所述无人驾驶车辆整车控制器(5)和所述车辆状态测量装置(6)分别与所述数据传输装置b(4)进行数据交互；
所述数据传输装置a(3)与所述数据传输装置b(4)进行数据交互。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述虚拟场景仿真服务器(1)将得出的传感器仿真数据发送至所述无人驾驶控制器(2)，所述虚拟场景仿真服务器(1)接收所述数据传输装置a(3)发送的被测试无人驾驶车辆的当前姿态数据与当前位置数据，所述无人驾驶控制器(2)将车辆控制决策数据发送给所述数据传输装置a(3)。
6.根据权利要求4所述的系统，其特征在于，所述数据传输装置a(3)将无人驾驶控制决策数据发送至所述数据传输装置b(4)，所述数据传输装置b(4)将被测试无人驾驶车辆的当前姿态数据与当前位置数据发送至所述数据传输装置a(3)。
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