CN110647056A - 一种基于整车硬件在环的智能网联汽车环境模拟仿真系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及智能车自动驾驶技术领域，且公开了一种基于整车硬件在环的智能网联汽车环境模拟仿真系统，包括轮毂测功机及其控制系统、转向及横向移动平台、移动目标、环境模拟系统、定位模拟系统、V2X模拟系统、中央控制系统、车辆动力学模型、车辆转向和横向移动平台控制、数据采集模块。该基于整车硬件在环的智能网联汽车环境模拟仿真系统，能够把整个车辆包括传感器作为被测对象，测试系统集成了物理的天气和交通模拟装置，极大了的提高了系统的测试精度和可信度，同时可以提高测试效率，是一种加速智能网联汽车产品落地的有效测试工具。

Description

一种基于整车硬件在环的智能网联汽车环境模拟仿真系统

技术领域

本发明涉及智能车自动驾驶技术领域，具体为一种基于整车硬件在环的智能网联汽车环境模拟仿真系统。

背景技术

目前全球汽车工业有两大技术趋势：电气化和智能化。其中智能网联汽车吸引了大量投资和研发力度。不仅传统汽车厂商将其作为重点的研发方向，大量互联网以及通讯公司也加入了智能网联汽车研发的竞赛。中国汽车工业协会对智能网联汽车定义为，搭载先进的车载传感器、控制器、执行器等装置，并融合现代通信与网络技术，实现车与X（人、车、路、后台等）智能信息交换共享，具备复杂的环境感知、智能决策、协同控制和执行等功能，可实现安全、舒适、节能、高效行驶，并最终可替代人来操作的新一代汽车。

根据世界各国的交通数据统计，在各类公路交通事故中人为的因素占到90%以上。智能网联汽车的目的之一就是将驾驶员从部分或全部驾驶任务中解放出来，避免驾驶员因为疲劳或者误判造成的交通事故，以提高行车安全性以及驾驶员的乘车体验。另外智能网联汽车在改善交通拥堵，提高汽车行驶效率等方面也具有很大的优势。智能网联汽车的终极目标就是将人类彻底的从枯燥的驾驶任务中解放出来并实现零交通事故率。

与传统汽车相比，智能网联汽车系统复杂度大幅增加。除了搭载大量的传感器，例如毫米波雷达，激光雷达，超声波雷达，摄像头，V2X等用于对周围环境的感知，在算法上也用到了诸如深度学习等复杂的方案，因此智能网联汽车的测试验证是目前业内非常具有挑战性的一项工作。基于道路实验的传统方法耗时耗力，而且很难保证满足所有的测试条件，特别是天气，交通等环境因素，而且也无法满足一些危险工况和失效模式的验证。基于虚拟环境的计算机模拟虽然可以提高效率，但是因为缺乏实际硬件，测试的精度和可信度不足以保证最终系统上路前的可靠性和安全性。还有一些基于零部件或者子系统的硬件在环仿真系统，集成了部分硬件，车辆的其他部分采用计算机模拟，虽然部分解决了测试效率和精度的问题，但是因为无法准确的重现在不同条件下整车系统的响应，因此仍具有一定的局限性。目前业内也有一些基于整车在环的仿真系统，但是基于目前技术水平的限制，此类系统只能对单目摄像头和毫米波雷达进行简单的测试，对于其他传感器例如激光雷达只能进行数据注入，而不是直接测试传感器本身。另外环境条件，例如雨，雪，雾等都是通过计算机仿真模拟，因此虽然这类系统对整车规划和控制的测试比较有效，但是对于传感器本身的测试仍然具有一定的局限性。

发明内容

（一）解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于整车硬件在环的智能网联汽车环境模拟仿真系统，把整个车辆包括传感器作为被测对象，测试系统集成了物理的天气和交通模拟装置，极大了的提高了系统的测试精度和可信度，同时可以提高测试效率，是一种加速智能网联汽车产品落地的有效测试工具。

（二）技术方案

为实现上述的目的，本发明提供如下技术方案：一种基于整车硬件在环的智能网联汽车环境模拟仿真系统，其特征在于：包括轮毂测功机及其控制系统、转向及横向移动平台、移动目标、环境模拟系统、定位模拟系统、V2X模拟系统、中央控制系统、车辆动力学模型、车辆转向和横向移动平台控制、数据采集模块。

优选的，所述环境模拟系统包括灯光照明系统和雨雪雾模拟系统。

优选的，所述中央控制系统包括中央测试场景库、车辆动力学模型、车辆转向、横向移动平台控制和数据采集模块。

优选的，所述轮毂测功机及其控制系统包括四个高精度轮毂测功机。

优选的，所述V2X模拟系统包括V2V模拟装置以及V2I模拟装置。

优选的，所述V2X模拟装置包括DSRC和5G。

（三）有益效果

与现有技术相比，本发明提供了一种基于整车硬件在环的智能网联汽车环境模拟仿真系统，具备以下有益效果：

1、可以模拟大量不同的环境条件，不受外界条件的约束。

2、具备验证不同传感器的能力，包括相机，毫米波雷达，激光雷达，超声波雷达，定位，V2X等。

3、相对实际道路实验，可以节省大量的时间，人力和财力。

4、环境条件可以精确的控制，可重复性好。

5、可以模拟危险和极限工况，安全性比道路实验高。

附图说明

图1为本发明提出的一种基于整车硬件在环的智能网联汽车环境模拟仿真系统的结构示意图。

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，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。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前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种基于整车硬件在环的智能网联汽车环境模拟仿真系统，包括轮毂测功机及其控制系统、转向及横向移动平台、移动目标、环境模拟系统、定位模拟系统、V2X模拟系统、中央控制系统、车辆动力学模型、车辆转向和横向移动平台控制、数据采集模块。

转向及横向移动平台用于支持整车及轮毂测功机，并可实现整车换道时的方向盘转向及车辆的横向移动。这里的转向控制机构将车内方向盘和前轮解耦，以便实现方向盘转向的同时和轮毂测功机不产生干涉。转向控制机构通过电机来模拟转向时轮胎的地面阻力，以给驾驶员或者自驾系统提供正确的转向力矩反馈。平台的横向移动通过导轨实现。转向及横向移动平台由中央控制系统进行控制。

移动目标包括多种目标物类型，例如不同大小的假人，各类假车，以及不同的交通标识等。移动目标具有横向和纵向自由度，其轨迹和速度由中央控制系统进行控制，以用来模拟不同的交通状况。一般的仿真系统多在计算机内模拟移动目标，对不同的传感器需要生成不同类型的数据。这里采用移动目标可以直接激励车载的各类传感器，无需针对不同传感器的数据类型和接口处理。

智能网联汽车需要使用高精度地图实现对车辆位置的准确控制，因此定位系统是其不可缺少的部分。定位模拟装置可以模拟车辆定位所需的GNSS信号以用于模拟车辆在高精地图中的位置。定位模拟系统还可以定时切断GNSS信号，以模拟车辆在路过隧道时暂时丢失GNSS信号的情况，以验证定位算法的可靠性和鲁棒性。定位模拟装置需要实验间进行严格的隔离，以减小外部信号对模拟GNSS信号的干扰。

环境模拟系统包括灯光照明系统和雨雪雾模拟系统，灯光照明系统用于模拟不同的光照条件，例如晴天，阴天，白天，夜晚等。并可以模拟光照角度，以测试在某些特定光照角度下，特别是光照直射摄像头时系统的性能，雨雪雾模拟系统采用不同的喷嘴及喷射压力模拟雨滴的大小，密度以及相对车身的角度；雪花的大小，密度以及相对车身的角度等。雾的浓度根据相对湿度来控制，与通过计算机仿真模拟环境的方法相比，在实验室内直接生成相应的实验环境，对智能网联汽车的感知系统测试更为直接和具有代表性。

轮毂测功机及其控制系统包括四个高精度轮毂测功机，4个高精度轮毂测功机分别和被测整车的4个车轮单独连接。这种布置方式具有很大的灵活性，适用于前轮驱动，后轮驱动，全轮驱动以及各轮独立驱动的不同动力总成方案；被测车辆可以是传统燃油车或者是新能源车；同时可以模拟车辆转弯时各个车轮的状态。

V2X网联功能是智能网联汽车不可缺少的一部分，V2X模拟系统包括V2V模拟装置以及V2I模拟装置。

V2X模拟装置可以模拟不同的通讯方式，包括DSRC和5G，模拟装置可以根据交通状况模拟其他车辆或者云端的信息，并通过规定的协议发送给被测车辆上的接收装置。

中央控制系统，中央控制系统是整个系统的大脑，用来协调以上各个模块的操作，包括中央测试场景库、车辆动力学模型、车辆转向、横向移动平台控制和数据采集模块。

中央测试场景库包含在不同的实验场景中整车，道路，环境，周围物体（例如行人，车辆等），GPS信号以及V2X等系统的参数设置。环境参数通过相应的数据接口接到环境模拟系统，用于对光照和雨雪等气候条件的模拟；周围物体的信息则发送给相应的移动物体，用于实现假人和目标车辆的速度和位移控制；GPS和V2X信息则传输给定位模拟系统和V2X模拟系统。

车辆动力学模型用于计算在不同的测试条件下，智能网联汽车的车辆的动力学相应，例如车速，航向，轮速，轮边扭矩等。输出数据例如轮速，轮边扭矩等通过中央数据接口模块以相应的数据接口（例如EtherCAT）传输给轮毂测功机控制系统，用于实现对被测车辆轮速和扭矩的实时控制。轮胎的转向阻力以及整车的横向位移，发送给转向及横向移动平台用于对转向机构和横向移动平台的控制。

与传统的汽车动力总成测试不同，智能网联汽车的测试涉及到底盘特别是转向系统的操作。因为在本系统中车辆的四个车轮连接到轮毂测功机上，因此需要特殊的车辆转向装置将车轮与方向盘解耦。

数据采集模块用于对整个系统进行数据采集和存储。因为智能网联汽车测试数据的海量要求，数据采集模块具备强大的存储能力，同时与云端连接，利用云端进行海量数据的存储和分析。

综上，该基于整车硬件在环的智能网联汽车环境模拟仿真系统，在使用时，把整个车辆包括传感器作为被测对象，测试系统集成了物理的天气和交通模拟装置，极大了的提高了系统的测试精度和可信度，同时可以提高测试效率，是一种加速智能网联汽车产品落地的有效测试工具。

需要说明的是，术语“包括”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种基于整车硬件在环的智能网联汽车环境模拟仿真系统，其特征在于：包括轮毂测功机及其控制系统、转向及横向移动平台、移动目标、环境模拟系统、定位模拟系统、V2X模拟系统、中央控制系统、车辆动力学模型、车辆转向和横向移动平台控制、数据采集模块。

2.根据权利要求1所述的一种基于整车硬件在环的智能网联汽车环境模拟仿真系统，其特征在于：所述环境模拟系统包括灯光照明系统和雨雪雾模拟系统。

3.根据权利要求1所述的一种基于整车硬件在环的智能网联汽车环境模拟仿真系统，其特征在于：所述中央控制系统包括中央测试场景库、车辆动力学模型、车辆转向、横向移动平台控制和数据采集模块。

4.根据权利要求1所述的一种基于整车硬件在环的智能网联汽车环境模拟仿真系统，其特征在于：所述轮毂测功机及其控制系统包括四个高精度轮毂测功机。

5.根据权利要求1所述的一种基于整车硬件在环的智能网联汽车环境模拟仿真系统，其特征在于：所述V2X模拟系统包括V2V模拟装置以及V2I模拟装置。

6.根据权利要求1所述的一种基于整车硬件在环的智能网联汽车环境模拟仿真系统，其特征在于：所述V2X模拟装置包括DSRC和5G。

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