CN111006879B - 一种面向港口环境的人机混驾自动驾驶的测试方法及其测试平台 - Google Patents

Abstract

本发明公开了面向港口环境的人机混驾自动驾驶的测试方法及其测试平台，基于SCANeR创建出测试所需要的车辆驾驶环境，根据车辆参数创建车辆模型，模拟传感器的探测远离虚拟车载传感器系统，在虚拟的车辆驾驶环境下，检测车辆模型能否通过自身车载传感系统感知道路环境、自动规划行车路线并控制车辆到达预定目标的能力，验证出自动驾驶功能的边界。虚拟出车辆模型和车载传感系统先进行虚拟测试，在虚拟测试中能够通过驾驶模拟器实现实时的人机切换驾驶模式，提高车辆行驶安全性，并且虚拟测试中可以根据测试需求虚拟出不同交通场景下，车辆模型的自动动驾驶轨迹规划、轨迹跟踪及执行控制器的性能，有效降低测试成本，提高测试效率。

Description

一种面向港口环境的人机混驾自动驾驶的测试方法及其测试 平台

技术领域

本发明属于无人驾驶测试技术领域，尤其是涉及一种面向港口环境的人机混驾自动驾驶的测试方法及其测试平台。

背景技术

随着自动驾驶车辆的快速发展，我们出行将会变得更加高效，也更加环保，不仅可以弥补人类感官能力的不足，消除人为因素造成的交通事故，减轻人类驾驶操作强度，还能控制并预测汽车的行为和运行状态，根据实时路况信息规划一条合理的出行路径。但近年来，特斯拉、谷歌、Uber等公司因其自动驾驶车辆系统不稳定、测试不充分导致了一系列交通事故，从而引发了人们对自动驾驶车辆的恐慌。因此，为了保证汽车在运行过程中的安全与可靠性，在投入市场前需要对自动驾驶车辆进行大量的测试与评价，确保汽车在使用时功能的正常发挥。

自动驾驶车辆的测试方式主要包括有虚拟测试、封闭测试场地测试以及公共道路测试三种，而由于虚拟测试其场景丰富、计算速度快、测试效率高、资源消耗低、可重复性好、可嵌入车辆开发的各个环节等原因，各车企和研究机构均将目光逐渐投向了虚拟测试。

在特定场景下，对自动驾驶的测试要求更多种，在港口场景下，有大量的集装箱卡车且一般行驶速度较低，另外，场景中还有大量金属箱体和其他金属障碍物，对自动驾驶车辆则需要针对港口场景下的边界以使得自动驾驶汽车在使用时功能的正常发挥。

针对上述问题，本发明提出了一种面向港口环境的人机混驾自动驾驶虚拟测试平台，本平台可以实现实时的人机切换驾驶提高车辆行驶安全性，在虚拟的港口场景下的自动驾驶轨迹规划、轨迹跟踪以及执行器控制性能的测试，可以降低测试成本、多核心并行测试提高测试效率、嵌入系统开发的各个环节、进行海量的场景测试、验证自动驾驶功能的边界。

发明内容

本发明的目的是提供一种有效降低测试成本、测试效率高、提高车辆行驶安全性的面向港口环境的人机混驾自动驾驶的测试方法。

本发明的技术方案如下：

一种面向港口环境的人机混驾自动驾驶的测试方法，包括以下步骤：

(1)根据真实气象状态、道路环境、交通场景采集的信息及测试需求基于SCANeR创建虚拟的车辆驾驶环境，根据真实车辆或测试需求的车辆参数，建模出符合动力学的车辆模型，结合车辆驾驶环境中感知目标的几何模型和传感器自身的物理模型混合建模模拟自身车载传感系统；

(2)车辆模型在所述步骤(1)中虚拟的车辆驾驶环境中运行，检测车辆模型能否通过自身车载传感系统感知道路环境，自动规划行车路线并控制车辆到达预定目标的能力；

(3)操纵车辆驾驶环境内的障碍车辆变化，控制障碍车辆进行超车、降速、突然制动、并行和接近的动作，测试所述车辆模型能否做出安全的自动操纵行为，从而在虚拟的车辆驾驶环境中能否安全抵达预定目标，以验证车辆模型的自动驾驶功能的边界；

(4)在测试所述车辆模型中通过驾驶员在驾驶模拟器上的操纵，测试车辆模型进行实时的人工接管操作，以确保车辆模型在实际道路行驶的人机切换性能及人机混驾的安全性；

(5)车辆模型在所述步骤(1)-(4)中的测试数据进行记录，并对所述测试数据进一步分析车辆模型的功能和性能是否达到要求；

在上述技术方案中，所述测试方法还包括在封闭场地中的测试步骤：

(6)在封闭场地中根据真实情况的信息配置关键场景要素，将与所述车辆模型的车辆参数相同的无人驾驶车辆放入封闭场地中，测试在所述步骤(4)的边界情况下无人驾驶车辆能否通过自身车载传感系统感知道路环境，自动规划行车路线并控制车辆到达预定目标的能力；

(7)调节封闭场地的场景要素，且该场景要素与真实情况不一致，检测无人驾驶车辆在真实情况中未出现的场景下的无人驾驶车辆能否通过自身车载传感系统感知道路环境，自动规划行车路线并控制车辆到达预定目标的能力，以验证无人驾驶车辆的自动驾驶功能的边界。

在上述技术方案中，所述测试方法还包括在实际场地中的测试步骤：

(8)在验证步骤(7)中无人驾驶车辆的自动驾驶功能达到要求后，无人驾驶车辆在真实道路环境上测试，检测无人驾驶车辆能否通过自身车载传感系统感知道路环境，自动规划行车路线并控制车辆到达预定目标的能力，以用于检测无人驾驶车辆与非无人驾驶车辆的交互，并在测试过程中发现在所述虚拟测试及封闭场地中未出现的场景。

在上述技术方案中，所述自动操纵行为包括制动、车辆控制、方向控制、避障、以及超车。

在上述技术方案中，所述无人驾驶车辆为测试车辆，在封闭场地进行自动驾驶，所述无人驾驶车辆的行驶信息通过CAN总线进行记录。

本发明的另一个目的是提供一种基于权利要求所述的测试方法的人机混驾自动驾驶虚拟测试平台，包括车辆行驶环境生成子系统、车辆动力学模型子系统、虚拟传感器模拟子系统、测控子系统、测试结果分析评价子系统和驾驶模拟器，所述车辆行驶环境生成子系统、车辆动力学模型子系统、虚拟传感器模拟子系统、测控子系统、测试结果分析评价子系统和驾驶模拟器之间通讯连接；

所述车辆行驶环境生成子系统用于根据自然场景采集的信息或测试需求的信息创建虚拟的车辆驾驶环境；

所述车辆动力学模型子系统用于根据真实车辆数据或测试需求的车辆数据创建虚拟的车辆模型，并启动所述车辆模型；

所述虚拟传感器模拟子系统用于根据真实车载传感器的信息并结合车辆感知目标的几何模型及传感器的物理模型混合建模，生成虚拟的车载传感系统以用于在驾驶环境中感知车辆的当前环境；

所述测控子系统用于根据测试需求设定工况并虚拟车速使车辆模型在所述车辆驾驶环境行驶，记录测试中的测试结果，所述测控子系统包括记录模块，所述记录模块用于记录测试中的测试数据；

所述测试结果分析评价子系统用于对所述测试数据进行分析与评价；

所述驾驶模拟器用于模拟人工操作模式，在测试过程中实时进行人工切换。

在上述技术方案中，所述车辆行驶环境生成子系统包括道路场景生成模块、交通环境模块和气象模块；

所述场景生成模块用于根据真实道路场景的几何特性、物理特性及行为特性创建虚拟道路；

所述交通环境模块用于根据测试需求或真实车辆的行驶交通数据构成合理有效的车辆交通环境(包括交通流量信息及周围交通车辆行为)；

所述气象模块用于根据真实环境的气象信息创建虚拟车辆的气象环境。

在上述技术方案中，所述气象环境包括天气状态、时间变化以及不同时间下的光影变化。

在上述技术方案中，所述车载传感系统包括摄像头、GPS、超声波雷达、毫米波雷达和激光雷达。

在上述技术方案中，所述交通环境包括交通流量信息及周围交通车辆行为。

本发明具有的优点和积极效果是：

1.虚拟出车辆模型和车载传感系统先进行虚拟测试，在虚拟测试中能够通过驾驶模拟器实现实时的人机切换驾驶模式，提高车辆行驶安全性，并且虚拟测试中可以根据测试需求虚拟出港口环境下的不同交通场景，车辆模型的自动动驾驶轨迹规划、轨迹跟踪及执行控制器的性能，有效降低测试成本，提高测试效率。

2.根据测试需求模拟出多种不同面向港口环境的驾驶环境，进行海量的场景测试，从而高效率地验证自动驾驶功能的边界。

3.在虚拟测试中，降低测试成本的同时多核心并行测试来提高测试效率，嵌入系统开发的各个环节有针对性的对自动驾驶的性能和功能进行验证和测试。

附图说明

图1是本发明的测试方法的验证框架图；

图2是本发明的测试平台的架构图。

具体实施方式

以下结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，并不用于限定本发明，决不限制本发明的保护范围。

实施例1

如图1所示，本发明的面向港口环境的人机混驾自动驾驶的测试方法，包括以下步骤：

A.虚拟测试：

(1)根据真实气象状态、道路环境、交通场景采集的信息及测试需求基于SCANeR创建虚拟的车辆驾驶环境(模拟港口场景下的车辆驾驶环境)，根据真实车辆或测试需求的车辆参数，建模出符合动力学的车辆模型，结合车辆驾驶环境中感知目标的几何模型和传感器自身的物理模型混合建模模拟自身车载传感系统；

(2)车辆模型在所述步骤(1)中虚拟的车辆驾驶环境中运行，检测车辆模型能否通过自身车载传感系统感知道路环境，自动规划行车路线并控制车辆到达预定目标的能力；

(3)操纵车辆驾驶环境内的障碍车辆变化，控制障碍车辆进行超车、降速、突然制动、并行和接近的动作，测试所述车辆模型能否做出安全的自动操纵行为(包括制动、车辆控制、方向控制、避障以及超车)，从而在虚拟的车辆驾驶环境中能否安全抵达预定目标，以验证车辆模型的自动驾驶功能的边界；

(4)在测试所述车辆模型中通过驾驶员在驾驶模拟器上的操纵，测试车辆模型进行实时的人工接管操作，以确保车辆模型在实际道路行驶的人机切换性能及人机混驾的安全性；

(5)车辆模型在所述步骤(1)-(4)中的测试数据进行记录，并对所述测试数据进一步分析车辆模型的功能和性能是否达到要求；

B.封闭场地测试：在封闭场地中的测试步骤如下：

(6)在封闭场地中根据真实情况的信息配置关键场景要素，将与所述车辆模型的车辆参数相同的无人驾驶车辆放入封闭场地中，测试在所述步骤(4)的边界情况下无人驾驶车辆能否通过自身车载传感系统感知道路环境，自动规划行车路线并控制车辆到达预定目标的能力；

(7)调节封闭场地的场景要素，且该场景要素与真实情况不一致，检测无人驾驶车辆在真实情况中未出现的场景下的无人驾驶车辆能否通过自身车载传感系统感知道路环境，自动规划行车路线并控制车辆到达预定目标的能力，以验证无人驾驶车辆的自动驾驶功能的边界。

C.实际场地测试：在实际场地中的测试步骤如下：

(8)在验证步骤(7)中无人驾驶车辆的自动驾驶功能达到要求后，无人驾驶车辆在真实道路环境上测试(真实港口环境)，检测无人驾驶车辆能否通过自身车载传感系统感知道路环境，自动规划行车路线并控制车辆到达预定目标的能力，以用于检测无人驾驶车辆与非无人驾驶车辆的交互，并在测试过程中发现在所述虚拟测试及封闭场地中未出现的场景。

进一步地说，在虚拟测试中，基于SCANeR创建虚拟场景后，港口场景数据提取后对驾驶模拟器测试，同时对自动驾驶模型在环测试，其中驾驶模拟器与测控子系统之间的数据传输从而实现对车辆模型的人机切换性能及人机混驾的测试，测试出人机混驾及人机切换性能的安全性。

进一步地说，所述无人驾驶车辆为测试车辆(测试车辆与虚拟测试中的车辆模型的车辆参数相同)，在封闭场地进行自动驾驶，所述无人驾驶车辆的行驶信息通过CAN总线进行记录。

实施例2

在实施例1的基础上，在每次测试完成后，将虚拟的车辆驾驶环境、封闭场地测试以及实际场地测试的测试数据进行保存，以便于后期创建场景数据库，保证自动驾驶车辆测试时的场景类型丰富。

进一步地说，场景数据库中包括了适应于面向港口环境的多种车辆驾驶环境、封闭场地测试及实际港口场地测试的场景数据。

在每次测试前，通过创建的场景数据库提取保存的测试数据进行使用或用于后期的测试对比分析。

实施例3

本发明的基于实施例1中所述的测试方法的人机混驾自动驾驶虚拟测试平台，包括车辆行驶环境生成子系统、车辆动力学模型子系统、虚拟传感器模拟子系统、测控子系统、测试结果分析评价子系统和驾驶模拟器，所述车辆行驶环境生成子系统、车辆动力学模型子系统、虚拟传感器模拟子系统、测控子系统、测试结果分析评价子系统和驾驶模拟器之间通讯连接；

所述车辆行驶环境生成子系统用于根据自然场景采集的信息或测试需求的信息创建虚拟的车辆驾驶环境；所述车辆行驶环境生成子系统包括道路场景生成模块、交通环境模块和气象模块；所述场景生成模块用于根据真实道路场景的几何特性、物理特性及行为特性创建虚拟道路；所述交通环境模块用于根据测试需求或真实车辆的行驶交通数据构成合理有效的车辆交通环境；所述气象模块用于根据真实环境的气象信息创建虚拟车辆的气象环境。

所述车辆动力学模型子系统用于根据真实车辆数据或测试需求的车辆数据创建虚拟的车辆模型，并启动所述车辆模型。

所述虚拟传感器模拟子系统用于根据真实车载传感器的信息并结合车辆感知目标的几何模型及传感器的物理模型混合建模，生成虚拟的车载传感系统以用于在驾驶环境中感知车辆的当前环境。

所述测控子系统用于根据测试需求设定工况并虚拟车速使车辆模型在所述车辆驾驶环境行驶，记录测试中的测试结果，所述测控子系统包括记录模块，所述记录模块用于记录测试中的测试数据；

所述测试结果分析评价子系统用于对所述测试数据进行分析与评价，得到测试结果。

所述驾驶模拟器用于模拟人工操作模式，在测试过程中实时进行人工切换。

进一步地说，所述气象环境包括天气状态、时间变化以及不同时间下的光影变化。

进一步地说，所述车载传感系统包括摄像头、GPS、超声波雷达、毫米波雷达和激光雷达。

为了易于说明，实施例中使用了诸如“上”、“下”、“左”、“右”等空间相对术语，用于说明图中示出的一个元件或特征相对于另一个元件或特征的关系。应该理解的是，除了图中示出的方位之外，空间术语意在于包括装置在使用或操作中的不同方位。例如，如果图中的装置被倒置，被叙述为位于其他元件或特征“下”的元件将定位在其他元件或特征“上”。因此，示例性术语“下”可以包含上和下方位两者。装置可以以其他方式定位(旋转90度或位于其他方位)，这里所用的空间相对说明可相应地解释。

而且，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个与另一个具有相同名称的部件区分开来，而不一定要求或者暗示这些部件之间存在任何这种实际的关系或者顺序。

以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种面向港口环境的人机混驾自动驾驶的测试方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)根据真实气象状态、道路环境、交通场景采集的信息及测试需求基于SCANeR创建虚拟的车辆驾驶环境，根据真实车辆或测试需求的车辆参数，建模出符合动力学的车辆模型，结合车辆驾驶环境中感知目标的几何模型和传感器自身的物理模型混合建模模拟自身车载传感系统；

(2)车辆模型在所述步骤(1)中虚拟的车辆驾驶环境中运行，检测车辆模型能否通过自身车载传感系统感知道路环境，自动规划行车路线并控制车辆到达预定目标的能力；

(3)操纵车辆驾驶环境内的障碍车辆变化，控制障碍车辆进行超车、降速、突然制动、并行和接近的动作，测试所述车辆模型能否做出安全的自动操纵行为，从而在虚拟的车辆驾驶环境中能否安全抵达预定目标，以验证车辆模型的自动驾驶功能的边界，其中自动操作行为包括制动、车辆控制、方向控制、避障以及超车；

(4)在测试所述车辆模型中通过驾驶员在驾驶模拟器上的操纵，测试车辆模型进行实时的人工接管操作，以确保车辆模型在实际道路行驶的人机切换性能及人机混驾的安全性；

(5)车辆模型在所述步骤(1)-(4)中的测试数据进行记录，并对所述测试数据进一步分析车辆模型的功能和性能是否达到要求；

(6)在封闭场地中根据真实情况的信息配置关键场景要素，将与所述车辆模型的车辆参数相同的无人驾驶车辆放入封闭场地中，测试在所述步骤(3)的边界情况下无人驾驶车辆能否通过自身车载传感系统感知道路环境，自动规划行车路线并控制车辆到达预定目标的能力；

(7)调节封闭场地的场景要素，且该场景要素与真实情况不一致，检测无人驾驶车辆在真实情况中未出现的场景下的无人驾驶车辆能否通过自身车载传感系统感知道路环境，自动规划行车路线并控制车辆到达预定目标的能力，以验证无人驾驶车辆的自动驾驶功能的边界；

(8)在验证步骤(7)中无人驾驶车辆的自动驾驶功能达到要求后，无人驾驶车辆在真实道路环境上测试，检测无人驾驶车辆能否通过自身车载传感系统感知道路环境，自动规划行车路线并控制车辆到达预定目标的能力，以用于检测无人驾驶车辆与非无人驾驶车辆的交互，并在测试过程中发现在虚拟测试及封闭场地中未出现的场景。

2.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于：所述无人驾驶车辆为测试车辆，在封闭场地进行自动驾驶，所述无人驾驶车辆的行驶信息通过CAN总线进行记录。

3.一种基于权利要求2所述的测试方法的人机混驾自动驾驶虚拟测试平台，其特征在于：包括车辆行驶环境生成子系统、车辆动力学模型子系统、虚拟传感器模拟子系统、测控子系统、测试结果分析评价子系统和驾驶模拟器，所述车辆行驶环境生成子系统、车辆动力学模型子系统、虚拟传感器模拟子系统、测控子系统、测试结果分析评价子系统和驾驶模拟器之间通讯连接；

所述车辆行驶环境生成子系统用于根据自然场景采集的信息或测试需求的信息创建虚拟的车辆驾驶环境；

所述车辆动力学模型子系统用于根据真实车辆数据或测试需求的车辆数据创建虚拟的车辆模型，并启动所述车辆模型；

所述虚拟传感器模拟子系统用于根据真实车载传感器的信息并结合车辆感知目标的几何模型及传感器的物理模型混合建模，生成虚拟的车载传感系统以用于在驾驶环境中感知车辆的当前环境；

所述测控子系统用于根据测试需求设定工况并虚拟车速使车辆模型在所述车辆驾驶环境行驶，记录测试中的测试结果，所述测控子系统包括记录模块，所述记录模块用于记录测试中的测试数据；

所述测试结果分析评价子系统用于对所述测试数据进行分析与评价；

所述驾驶模拟器用于模拟人工操作模式，在测试过程中实时进行人工切换；

所述驾驶模拟器与所述测控子系统通讯连接。

4.根据权利要求3所述的人机混驾自动驾驶虚拟测试平台，其特征在于：所述车辆行驶环境生成子系统包括道路场景生成模块、交通环境模块和气象模块；

所述场景生成模块用于根据真实道路场景的几何特性、物理特性及行为特性创建虚拟道路；

所述交通环境模块用于根据测试需求或真实车辆的行驶交通数据构成合理有效的车辆交通环境；

所述气象模块用于根据真实环境的气象信息创建虚拟车辆的气象环境。

5.根据权利要求4所述的人机混驾自动驾驶虚拟测试平台，其特征在于：所述气象环境包括天气状态、时间变化以及不同时间下的光影变化。

6.根据权利要求5所述的人机混驾自动驾驶虚拟测试平台，其特征在于：所述车载传感系统包括摄像头、GPS、超声波雷达、毫米波雷达和激光雷达。

7.根据权利要求6所述的人机混驾自动驾驶虚拟测试平台，其特征在于：所述交通环境包括交通流量信息及周围交通车辆行为。

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