CN110887672A - 一种智能汽车整车在环试验系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种智能汽车整车在环试验系统，包括：转鼓平台：用于模拟测试车辆的纵向运动；环境感知平台：设于转鼓平台的前端，用于模拟测试车辆的横向运动，包括下部的支撑基座和上部的车辆放置平台，支撑基座下部安装横向驱动轮，横向驱动轮沿设于地面的横向轨道移动；目标车辆模拟单元：设于环境感知平台的周边，用于模拟目标车辆。本发明环境感知平台可做横向运动，从而模拟测试车辆变线、变道测试场景，可使测试车辆发生横摆、俯仰以及侧倾运动，更加逼真于实际过程，可模拟测试车辆迎面来车的危险场景，并且提供一种复现车辆转向时真实转向阻力矩的机构，使车辆转向操作具有正确的响应速度。

Description

一种智能汽车整车在环试验系统

技术领域

本发明涉及智能汽车试验技术领域，尤其是涉及一种智能汽车整车在环试验系统。

背景技术

众所周知，现在车辆数目的增长与道路能力的不足之间的冲突是对整个国家交通运输体系的重大挑战。物流和人员运输能力的缺乏不仅会带来巨大的经济损失，而且也会造成很多不良的交通和社会问题，比如交通拥堵所产生的各种事故。

针对以上问题，对于现有道路网络的集约有效利用就显得尤为重要，其中高级驾驶辅助系统和自动驾驶系统的应用起到了不可忽视的作用。高级驾驶辅助系统和自动驾驶系统通过传感器设备和通信设备获取道路环境信息，经过车载电脑系统分析处理后，再经过执行机构调节车辆运动状态。例如自动紧急制动功能(Autonomous Emergency Braking，AEB)采用车载雷达探测前方车辆或障碍物与本车的距离，然后利用数据分析模块将测出的距离与警报距离，安全距离进行比较，小于警报距离时就进行警报提示，而小于安全距离时即使在驾驶员未制动的情况下，紧急制动功能启动，使车辆自动制动，从而有效避免交通事故。

在环测试是高级驾驶辅助系统和自动驾驶系统测试研究中重要的一部分，可以在非真实的仿真道路条件下对系统的功能进行测试，特别是车辆在环测试可以在安全的环境下对车辆高级驾驶辅助系统和自动驾驶系统的各种性能进行测试，可以得到车辆传感器设备和执行机构的真实数据，从而为高级驾驶辅助系统和自动驾驶系统的开发提供帮助。

车辆在环系统重点测试车辆高速时的场景，其可以将高速的车辆绝对运动转化为低速的车辆相对运动。现有的有些试验品平台可以模拟测试车辆高速直道行驶时前方车辆制动或旁边车道车辆变线等情况，从而检测测试车辆的安全性能，但此试验平台无法自身旋转，无法得到测试车辆真实的横摆运动参数，也无法模拟测试车辆变线，弯道行驶等场景，同时由于此测试平台采用程序控制电动小车模拟其他车辆运动，其速度的限制也无法模拟测试车辆迎面来车的危险场景，此外，该测试平台无法使传感器设备真实地探测道路环境，比如车载摄像头无法记录真实的车道标线变化，无法真实完整地模拟测试场景，其测试能力是有限的。

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智能汽车整车在环试验系统，可以完整真实地测试车辆的性能。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种智能汽车整车在环试验系统，该系统包括：

转鼓平台：用于模拟测试车辆的纵向运动；

环境感知平台：用于模拟测试车辆的横向运动；

目标车辆模拟单元：用于模拟目标车辆；

其中，所述的转鼓平台和环境感知平台分别放置所述测试车辆，所有所述测试车辆彼此之间通过控制子系统相连接，所述目标车辆模拟单元与所述环境感知平台组成测试场景。

进一步地，所述的转鼓平台包括转鼓基座，所述转鼓基座上设有转鼓和用于将所述测试车辆固定的车辆固定件。

进一步地，所述的转鼓为可调距转鼓，所述可调距转鼓的个数至少为两对。

进一步地，所述的目标车辆模拟单元包括用于模拟复杂运动的程序控制电动车以及用于模拟简单运动的直线程序控制电动车或牵引气球车。

进一步地，所述的程序控制电动车包括车框架、设置于所述车框架内的转向电机以及设置于所述车框架底部的驱动轮组件。

进一步地，所述的驱动轮组件包括驱动电机和设置于所述驱动电机上的车轮，所述驱动电机通过驱动电机基座设置于所述车框架的底部位置处。

进一步地，所述的环境感知平台包括通过用于模拟车辆俯仰和侧倾运动的多自由度运动机构彼此连接的支撑基座和车辆放置平台，所述的支撑基座的底部设有横向驱动轮，所述横向驱动轮沿着设置于地面的横向轨道移动。

进一步地，所述多自由度运动机构包括多根活动杆以及安装在所述支撑基座上的多边形安装座，所述的活动杆一端与所述多边形安装座相连接，另一端与所述车辆放置平台相连接，并通过伺服电缸或电伺服液压缸驱动运动。

进一步地，所述的车辆放置平台上设有可调距转盘机构，所述可调距转盘机构包括滑动轨道、用于固定测试车辆转向轮的转盘以及用于产生转向阻力矩的伺服单元，所述转盘设置于所述滑动轨道上，并通过连接杆组件与所述伺服单元相连接，所述伺服单元与所述控制子系统相连接，并通过电伺服油缸驱动。

进一步地，该系统中采用虚拟地图标记车辆在测试中的虚拟位置。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本系统设置环境感知平台，可做横向运动，从而模拟测试车辆变线、变道测试场景。

2、本系统设置环境感知平台通过设置六自由度运动机构，使测试车辆发生横摆，俯仰以及侧倾运动，使传感器设备真实地探测道路环境，进行自身旋转，得到测试车辆真实的横摆运动参数，模拟测试车辆变线，弯道行驶等场景，更加逼真于实际过程。

3、本系统采用高速直线程序控制电动车或牵引气球车，基于速度和安全方面的考虑，可以模拟测试车辆迎面来车的危险场景，速度不受限制，试验更安全。

4、针对车辆测试转向操作时无转向阻力的情况，设置可调距转盘机构，提供一种复现车辆转向时真实转向阻力矩的机构，使车辆转向操作具有正确的响应速度。

附图说明

图1为本发明系统的整体结构示意图；

图2为本发明转鼓平台的结构示意图；

图3为本发明环境感知平台的结构示意图；

图4为本发明程序控制电动车的结构示意图；

图5为本发明系统的实际使用场景结构示意图；

图中，1：转鼓平台；2：环境感知平台；3：低速程序控制电动车；4：转鼓基座；5：可调距转鼓；6：车辆固定件；7：车辆放置平台；8：可调距转盘机构；9：六自由度运动机构；10：支撑基座；11：横向驱动轮；12：横向轨道；13：车框架；14转向电机；15：驱动电机基座；16：驱动电机；17：车轮。

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。

本系统的具体工作过程及原理如下：

智能汽车整车在环系统共包含三种工作模式，即仿真模拟模式，单车道在环模式以及复合在环模式。

仿真模拟模式由环境感知平台，整车在环控制系统，目标车辆模拟单元以及测试车辆构成。将测试车辆放置于环境感知平台，通过目标车辆模拟单元与测试车辆构成测试场景，通过测试车辆真实的环境感知传感器探测场景环境(目标车辆模拟单元)，将采集到的环境数据输入至测试车辆控制算法得出驱动，制动，转向等控制信号。断开测试车辆发动机输出与底盘驱动的连接，将测试车辆驱动，制动以及转向等控制信号与智能汽车整车在环控制系统相连接，通过预置测试车辆动力学模型计算，得到测试车辆的实时仿真动力学参数(速度，加速度偏转角，侧倾角以及俯仰角等)。将测试车辆的动力学参数通过智能汽车整车在环控制系统输入至环境感知平台，通过环境感知平台的七自由度特性，真实模拟测试车辆在虚拟仿真场景下的行驶特征，从而针对不同的虚拟场景对测试车辆进行高效精确重复性的测试评价。

单车道在环模式是由转鼓平台，整车在环控制系统，目标车辆模拟单元以及测试车辆构成。基于转鼓平台的特性(测试车辆无法在转鼓上进行转向操作)，因此特别针对测试车辆直行场景进行测试。将测试车辆放置于转鼓平台上，通过转鼓使测试车辆达到场景所要求的测试速度。通过测试车辆真实的环境感知传感器探测场景环境(目标车辆模拟单元)，将采集到的环境数据输入至测试车辆控制算法得出驱动，制动控制信号传输至测试车辆的执行机构。通过检测不同场景下的测试车辆的驱动和制动特性，评价测试车辆单车道行驶时的自动驾驶性能。本模式使用测试车辆真实的复现单车道行驶时的危险场景，可以高效精准重复性地对测试车辆进行测试评价。

复合在环模式测试评价最为真实复杂，由环境感知平台，转鼓平台，目标车辆模拟单元，测试车辆构成。其中，所述的转鼓平台和环境感知平台分别放置测试车辆，两测试车辆之间通过控制系统连接，所述的目标车辆模拟单元与环境感知平台共同构成测试场景。

将测试车辆固定在转鼓平台上，通过转鼓转动模拟测试车辆纵向运动，将其速度通过控制系统处理后得到的信息输入到目标车辆模拟单元；目标车辆模拟单元与环境感知平台上的测试车辆构成测试场景，环境感知平台上的测试车辆通过车载传感器探测得到周边环境信息，经过车载控制策略计算后再输出信号，转向信号输入到环境感知平台上测试车辆的方向盘，在施加真实的转向阻力矩的情况下测试车辆前轮偏转，通过可调距转盘进行测量。驱动信号和制动信号通过车辆数据传输交互系统被传输至转鼓平台上测试车辆的执行机构，通过可调距转鼓测量测试车辆的速度和加速度。通过得到的测试车辆速度，加速度以及前轮偏转角，经过模型计算得到车辆横向移动参数和车身姿态参数，输入至环境感知平台从而调整测试车辆的姿态。环境感知平台通过电机驱动横向驱动轮，使环境感知测试平台在横向导轨上运动，从而模拟测试车辆的横向运动。通过环境感知平台上的六自由度运动机构，从而模拟车辆的俯仰和侧倾运动。目标车辆的低速复杂运动由低速程序控制电动车完成，在环境感知平台周边放置程控电动车，并在其上安放假车模型，模拟目标车辆的轨迹。目标车辆的高速简单运动由高速直线程序控制电动车或牵引气球车完成，牵引气球车悬挂在搭建的轨道上，通过电机系统和钢丝绳牵引运动，测试车辆和目标车辆的定位有虚拟地图系统提供。

具体实施例

一种智能汽车整车在环试验系统，如图1所示，包括：转鼓平台1，如图2所示：用于模拟测试车辆的纵向运动，包括转鼓基座4、安装在转鼓基座4上的可调距转鼓5以及将测试车辆固定的车辆固定件6；环境感知平台2，如图3所示：设于转鼓平台1的前端，用于模拟测试车辆的横向运动，包括下部的支撑基座10和上部的车辆放置平台7，支撑基座10下部安装横向驱动轮11，横向驱动轮11沿设于地面的横向轨道12移动；目标车辆模拟单元，如图2所示：设于环境感知平台2的周边，用于模拟目标车辆；支撑基座10与车辆放置平台7之间设置模拟车辆俯仰和侧倾运动的六自由度运动机构9，包括六根活动杆以及安装在支撑基座10上的六边形安装座，活动杆一端连接在六边形安装座上，一端连接在车辆放置平台7的下端，通过伺服电缸或电伺服液压缸驱动运动，支撑基座10设有可调距转盘机构8，包括滑动轨道、用于固定测试车辆转向轮的转盘以及产生转向阻力矩的伺服单元，转盘安装于滑动轨道上，转盘与伺服单元之间通过连接杆组件连接，伺服单元连接控制单元，通过电伺服油缸驱动。目标车辆模拟单元包括用于模拟低速复杂运动，如图4所示的低速程序控制电动车3以及用于模拟高速简单运动的高速直线程序控制电动车或牵引气球车，低速程序控制电动车3包括车框架13、安装在车框架13内的转向电机14以及安装在车框架13下部的驱动轮组件，驱动轮组件包括驱动电机16以及安装在驱动电机16上的车轮17，驱动电机16通过驱动电机基座15安装在车框架13的下部，前后设有两对，该系统采用虚拟地图标记车辆在测试中的虚拟位置。

如图5所示，具体使用时，将测试车辆固定在转鼓平台1上，模拟测试车辆纵向运动，将其速度通过控制系统处理后得到的信息输入到目标车辆模拟单元；目标车辆模拟单元与环境感知平台上的测试车辆构成测试场景，环境感知平台上的测试车辆通过车载传感器探测得到周边环境信息，经过车载控制策略计算后再输出信号，转向信号输入到环境感知平台上测试车辆的方向盘，在施加真实的转向阻力矩的情况下测试车辆前轮偏转，通过可调距转盘进行测量。驱动信号和制动信号通过车辆数据传输交互系统被传输至转鼓平台上测试车辆的执行机构，通过可调距转鼓测量测试车辆的速度和加速度。通过得到的测试车辆速度，加速度以及前轮偏转角，经过模型计算得到车辆横向移动参数和车身姿态参数，输入至环境感知平台从而调整测试车辆的姿态。环境感知平台通过电机驱动横向驱动轮，使环境感知测试平台在横向导轨上运动，从而模拟测试车辆的横向运动。通过环境感知平台上的六自由度运动机构，从而模拟车辆的俯仰和侧倾运动。目标车辆的低速复杂运动由低速程序控制电动车完成，在环境感知平台周边放置程控电动车，并在其上安放假车模型，模拟目标车辆的轨迹。目标车辆的高速简单运动由高速直线程序控制电动车或牵引气球车完成，牵引气球车悬挂在搭建的轨道上，通过电机系统和钢丝绳牵引运动，测试车辆和目标车辆的定位有虚拟地图系统提供。

本实施例中，模拟测试车辆在高速公路行驶，从正常行驶车道向左变线到超车车道时，目标车辆从超车车道后方高速驶来的危险场景。

场景绝对参数为：

测试车辆绝对速度为80公里每小时，目标车辆绝对速度为130公里每小时，两车质心的纵向距离为60米，横向距离为3.75米。

车辆在环测试参数：

测试车辆纵向相对速度为零，横向相对速度最大为9公里每小时，通过环境感知平台2的横向运动模拟，目标车辆纵向相对速度50公里每小时，通过程控电动车3进行模拟。

将测试车辆固定在转鼓平台1上，通过可调距转鼓5使测试车辆速度达到80公里每小时。低速程序控制电动车3从速度零加速到50公里每小时后与环境感知平台2上的测试车辆构成测试场景。

环境感知平台2上的测试车辆在变道时通过车载传感器探测到后方以50公里每小时接近的低速程序控制电动车3，将探测得到的信息通过车载控制策略计算后输出转向信号，驱动信号以及制动信号。

将转向信号传输至环境感知平台2上的测试车辆的方向盘，施加测试车辆在速度80公里每小时的转向阻力矩，测试车辆前轮发生偏转，通过可调距转盘机构8测量得到转向参数。

将驱动信号和制动信号通过车辆数据传输交互系统被传输至转鼓平台1上测试车辆的执行机构，通过可调距转鼓5测量得到测试车辆的驱动参数和制动参数。将得到的转向参数，驱动参数以及制动参数通过控制系统内预先设定好的车辆动力学模型得到测试车辆在此场景下的横向、横摆以及侧倾运动参数，比如最大横向速度1.8米每秒，最大横向加速度1.5米每秒的平方，最大横摆角5.5度，最大横摆角速度4.5度每秒。将这些运动参数输入控制系统，通过六自由度运动机构9和横向驱动轮11模拟测试车辆在变道时的横向，横摆以及侧倾运动，从而真实地复现车辆变道时的车载传感器探测情况。

本发明的车辆在环测试平台不仅通过转鼓平台可以得到测试车辆的纵向运动的真实车辆动力学参数，而且通过环境感知平台得到横向、横摆、俯仰以及侧倾运动等车辆动力学参数，进而真实的复现车辆变道时车载传感器对周边道路环境的探测情况。通过完备的测试车辆和道路环境的真实数据，可以为高级驾驶辅助系统和自动驾驶系统中针对此种场景的功能开发研究提供参考。

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揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种智能汽车整车在环试验系统，其特征在于，该系统包括：

转鼓平台：用于模拟测试车辆的纵向运动；

环境感知平台：用于模拟测试车辆的横向运动；

目标车辆模拟单元：用于模拟目标车辆；

其中，所述的转鼓平台和环境感知平台分别放置所述测试车辆，所有所述测试车辆彼此之间通过控制子系统相连接，所述目标车辆模拟单元与所述环境感知平台组成测试场景。

2.根据权利要求1所述的一种智能汽车整车在环试验系统，其特征在于，所述的转鼓平台包括转鼓基座，所述转鼓基座上设有转鼓和用于将所述测试车辆固定的车辆固定件。

3.根据权利要求2所述的一种智能汽车整车在环试验系统，其特征在于，所述的转鼓为可调距转鼓，所述可调距转鼓的个数至少为两对。

4.根据权利要求1所述的一种智能汽车整车在环试验系统，其特征在于，所述的目标车辆模拟单元包括用于模拟复杂运动的程序控制电动车以及用于模拟简单运动的直线程序控制电动车或牵引气球车。

5.根据权利要求4所述的一种智能汽车整车在环试验系统，其特征在于，所述的程序控制电动车包括车框架、设置于所述车框架内的转向电机以及设置于所述车框架底部的驱动轮组件。

6.根据权利要求5所述的一种智能汽车整车在环试验系统，其特征在于，所述的驱动轮组件包括驱动电机和设置于所述驱动电机上的车轮，所述驱动电机通过驱动电机基座设置于所述车框架的底部位置处。

7.根据权利要求1所述的一种智能汽车整车在环试验系统，其特征在于，所述的环境感知平台包括通过用于模拟车辆俯仰和侧倾运动的多自由度运动机构彼此连接的支撑基座和车辆放置平台，所述的支撑基座的底部设有横向驱动轮，所述横向驱动轮沿着设置于地面的横向轨道移动。

8.根据权利要求7所述的一种智能汽车整车在环试验系统，其特征在于，所述多自由度运动机构包括多根活动杆以及安装在所述支撑基座上的多边形安装座，所述的活动杆一端与所述多边形安装座相连接，另一端与所述车辆放置平台相连接，并通过伺服电缸或电伺服液压缸驱动运动。

9.根据权利要求8所述的一种智能汽车整车在环试验系统，其特征在于，所述的车辆放置平台上设有可调距转盘机构，所述可调距转盘机构包括滑动轨道、用于固定测试车辆转向轮的转盘以及用于产生转向阻力矩的伺服单元，所述转盘设置于所述滑动轨道上，并通过连接杆组件与所述伺服单元相连接，所述伺服单元与所述控制子系统相连接，并通过电伺服油缸驱动。

10.根据权利要求1所述的一种智能汽车整车在环试验系统，其特征在于，该系统中采用虚拟地图标记车辆在测试中的虚拟位置。

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