CN111818485B - 一种v2x人机协同性能测试系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及车联网技术领域，具体公开了一种V2X人机协同性能测试系统，其中，包括：驾驶模拟子系统、视景显示与预警执行子系统、测试控制子系统、辅助测试子系统和被测子系统，驾驶模拟子系统、视景显示与预警执行子系统、辅助测试子系统和被测子系统均与测试控制子系统通信连接，驾驶模拟子系统分别与辅助测试子系统和被测子系统通信连接，被测子系统与辅助测试子系统通过V2X通信方式实现通信连接。本发明还公开了一种V2X人机协同性能测试方法。本发明提供的V2X人机协同性能测试系统规避了测试活动的安全风险，确保了测试辅助车辆运动严格符合测试用例设计要求，在保证测试场景真实性的同时，提高了V2X人机协同性能测试评价的便捷性和高效性。

Description

一种V2X人机协同性能测试系统及方法

技术领域

本发明涉及车联网技术领域，尤其涉及一种V2X人机协同性能测试系统及V2X人机协同性能测试方法。

背景技术

V2X应用技术(车联网应用技术)是支持高级辅助驾驶和高级自动驾驶应用的关键技术之一。通过V2X应用，驾驶人及车载智能设备可获知驾驶人视野外和车载传感器感知范围外的道路情况，预警潜在碰撞车辆或其他类型危险目标；车载智能设备可根据危险类型提示驾驶人警惕危险目标或采取措施。因此人机协同效能是多数V2X应用设计必须考虑的关键要素，也是评价V2X应用效能的关键指标。

目前，V2X人机协同效能评价测试方法可分为实际道路测试、软件在环测试和硬件在环测试三种。

实际道路测试多采用真实车辆、真实驾驶人、真实V2X终端设备，按照测试用例需求操纵车辆运动构成测试场景，通过数据记录分析效能，其优点是场景真实性强，缺点主要有三点：其一是测试执行过程中安全风险较高，无法有效规避车辆碰撞风险；其二是无法复现测试过程中如光照、导航卫星可见性等关键环境条件，难以形成科学的测试用例；其三是测试结果分析需要对多车数据记录开展分析，增加了数据分析的难度。

软件在环测试通过对驾驶人、车辆等关键要素数学建模或集成多个专业软件库的方式实现对V2X应用场景的建模，通过软件仿真手段开展测试。其优点是测试用例可复现性强，测试效率高，数据记录与分析便捷，缺点主要是驾驶人、车辆、通信设备等关键要素复杂度高，数学建模困难，难以准确描述相关性能。

硬件在环测试方式兼有前两种方式的优点，通常将软件建模难以准确建模的关键要素直接以真实部件或设备替代，对于其他关键要素采用软件建模方式予以实现。其优点是保证了关键要素的真实性和测试用例的可复现性，在V2X人机协同效能测试评价领域硬件在环测试方法及装置设计的难点是如何将驾驶人、V2X测试终端等真实要素引入，如现有基于硬件在环的V2X应用测试方法及装置未能充分考虑驾驶人决策与操作行为、预警信息提示有效性等因素，进而影响了测试评价的全面性。此外，现有硬件在环测试系统普遍未将导航卫星信号可见性因素纳入测试环路，降低了测试系统测试用例实施的真实性。

因此，如何能够在硬件在环测试的基础上添加驾驶人及必要驾驶模拟要素，成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明提供了一种V2X人机协同性能测试系统及V2X人机协同性能测试方法，解决相关技术中存在的缺乏驾驶人及必要驾驶模拟要素进行硬件在环测试的问题。

作为本发明的第一个方面，提供一种V2X人机协同性能测试系统，其中，包括：驾驶模拟子系统、视景显示与预警执行子系统、测试控制子系统、辅助测试子系统和被测子系统，所述驾驶模拟子系统、视景显示与预警执行子系统、辅助测试子系统和被测子系统均与所述测试控制子系统通信连接，所述驾驶模拟子系统分别与所述辅助测试子系统和被测子系统通信连接，所述被测子系统与所述辅助测试子系统通过V2X通信方式实现通信连接；

所述测试控制子系统用于存储测试用例，且能够将测试用例的参数分别发送至所述辅助测试子系统和被测子系统，以及能够根据接收到的所述辅助测试子系统和被测子系统的车辆的运动状态信息进行人机协同效能测试分析与评价；

所述驾驶模拟子系统用于将驾驶人的控制操作转换为操作数字信号并发送至所述辅助测试子系统和被测子系统；

所述被测子系统用于根据所述测试用例的参数以及所述操作数字信号形成被测车辆的运动状态信息以及预警信息，且将被测车辆的运动状态信息通过V2X通信方式发送至所述辅助测试子系统，并将被测车辆的运动状态信息和预警信息发送至所述测试控制子系统；

所述辅助测试子系统用于根据所述测试用例的参数以及所述操作数字信号形成辅助测试车辆的运动状态信息，以及能够与所述被测子系统基于V2X通信方式进行车辆BSM信息和车辆的运动状态信息的交互；

所述视景显示与预警执行子系统用于接收所述测试控制子系统发送的所述被测子系统的预警信息，并将所述预警信息反馈至驾驶人。

进一步地，所述驾驶模拟子系统包括第一通信模块、方向盘、档杆和踏板，所述方向盘、档杆和踏板均与所述第一通信模块连接，

所述第一通信模块用于实现与所述被测子系统的通信，所述方向盘用于测量驾驶人的方向控制操作，所述档杆用于测量驾驶人的档位控制操作，所述踏板用于测量驾驶人的油门开度和制动控制操作。

进一步地，所述视景显示与预警执行子系统包括视景显示与预警执行模块、视景显示器、预警信息发出模块，所述视景显示器和预警信息发出模块均与所述视景显示与预警执行模块连接，

所述视景显示与预警执行模块用于与所述测试控制子系统通信并接收所述被测子系统的视景信息和预警信息，所述视景显示器用于显示被测子系统中的驾驶人视角视景和预警信息，所述预警信息发出模块用于发出所述预警信息。

进一步地，所述预警信息包括语音预警信息、文字预警信息、振动预警信息和图像预警信息，所述视景显示器用于显示所述文字预警信息和图像预警信息，所述预警信息发出模块包括喇叭和振动坐垫，所述喇叭用于发出语音预警信息，所述振动坐垫用于发出振动预警信息。

进一步地，所述测试控制子系统包括第二通信模块、测试分析功能模块、测试执行控制模块、测试用例数据库和感知与预警计算模块，所述测试执行控制模块和测试分析功能模块均与所述第二通信模块连接，所述测试用例数据库和所述感知与预警计算模块均与所述测试执行控制模块连接，

所述第二通信模块用于实现分别与所述辅助测试子系统和被测子系统的通信连接；

所述测试用例数据库用于存储测试用例；

所述测试分析功能模块用于根据所述辅助测试子系统的车辆的运动状态信息和被测子系统的车辆的运动状态信息进行人机协同效能测试分析与评价；

所述测试执行控制模块用于控制选取测试用例，并生成测试时钟信号以控制调度V2X人机协同性能测试；

所述感知与预警计算模块用于将所述被测子系统的预警信息发送至所述视景显示与预警执行子系统。

进一步地，所述辅助测试子系统包括：第三通信模块、辅助运动轨迹模拟模块、第一导航卫星模拟器和辅助V2X终端，所述辅助运动轨迹模拟模块与所述第三通信模块连接，所述第一导航卫星模拟器与所述辅助运动轨迹模拟模块连接，所述辅助V2X终端与所述第一导航卫星模拟器连接，

所述第三通信模块用于实现与所述测试控制子系统以及所述驾驶模拟子系统的通信连接；

所述辅助运动轨迹模拟模块用于运行车辆动力学模型；

所述第一导航卫星模拟器用于将辅助测试子系统中的辅助测试车辆的实时位置、速度和航向数据转化为实时导航卫星信号；

所述辅助V2X终端用于实现与被测子系统的被测V2X终端的信息交互。

进一步地，所述被测子系统包括：第四通信模块、第五通信模块、被测运动轨迹模拟模块、第二导航卫星信号模拟器和被测V2X终端，所述被测运动轨迹模拟模块与所述第四通信模块连接，所述第二导航卫星信号模拟器与所述被测运动轨迹模拟模块连接，所述被测V2X终端分别与所述第二导航卫星信号模拟器和所述第五通信模块连接；

所述第四通信模块和第五通信模块均用于实现与所述测试控制子系统的通信连接，所述第四通信模块还用于实现与所述驾驶模拟子系统的通信连接；

所述被测运动轨迹模拟模块用于计算被测子系统中的被测车辆的实时运动参数；

所述第二导航卫星信号模拟器用于将被测车辆的实时位置、速度和航向数据转化为实时导航卫星信号；

所述被测V2X终端用于实现与所述辅助测试子系统的辅助V2X终端的信息交互。

作为本发明的另一个方面，提供一种应用前文所述的V2X人机协同性能测试系统实现的V2X人机协同性能测试方法，其中，所述V2X人机协同性能测试方法包括：

测试控制子系统选择测试用例，并将所述测试用例、辅助车辆的运动模型参数和被测车辆的运动模型参数分别发送至辅助测试子系统和被测子系统，并通过视景显示与预警执行子系统显示初始时刻驾驶人视角视景；

当所述辅助测试子系统和被测子系统接收到所述测试用例、辅助车辆的运动模型参数和被测车辆的运动模型参数后，所述测试控制子系统分别向所述辅助测试子系统和被测子系统发送时钟信号；

当所述视景显示与预警执行子系统向驾驶人显示预警信息以及被测车辆视景时，驾驶模拟子系统接收驾驶人的控制操作，并将所述控制操作转换为操作数字信号并发送至所述辅助测试子系统和被测子系统；

所述被测子系统根据所述操作数字信号计算输出当前时刻被测车辆的运动状态信息，并将当前时刻被测车辆的运动状态信息发送至所述辅助测试子系统；

所述辅助测试子系统根据所述当前时刻被测车辆的运动状态信息以及根据相对运动限制参数计算当前时刻辅助测试车辆的运动状态信息；

所述测试控制子系统根据所述当前时刻被测车辆的运动状态信息以及当前时刻辅助测试车辆的运动状态信息，计算驾驶人视角视景信息，并发送至所述视景显示与预警执行子系统进行显示，并将接收到的被测子系统的预警信息发送至所述视景显示与预警执行子系统进行显示。

本发明提供的V2X人机协同性能测试系统，将V2X人机协同性能测试所必须的驾驶人及驾驶操作控制装置、辅助测试车辆和卫星导航信号采用硬件在环测试系统组合实现，规避了测试活动的安全风险，确保了测试辅助车辆运动严格符合测试用例设计要求，在保证测试场景真实性的同时，提高了V2X人机协同性能测试评价的便捷性和高效性。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。

图1为本发明提供的V2X人机协同性能测试系统的结构框图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互结合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

为了使本领域技术人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包括，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本实施例中提供了一种V2X人机协同性能测试系统，图1是根据本发明实施例提供的V2X人机协同性能测试系统的结构框图，如图1所示，包括：驾驶模拟子系统100、视景显示与预警执行子系统200、测试控制子系统300、辅助测试子系统400和被测子系统500，所述驾驶模拟子系统100、视景显示与预警执行子系统200、辅助测试子系统400和被测子系统500均与所述测试控制子系统300通信连接，所述驾驶模拟子系统100分别与所述辅助测试子系统400和被测子系统500通信连接，所述被测子系统500与所述辅助测试子系统400通过V2X通信方式实现通信连接；

所述测试控制子系统300用于存储测试用例，且能够将测试用例的参数分别发送至所述辅助测试子系统400和被测子系统500，以及能够根据接收到的所述辅助测试子系统400和被测子系统500的车辆的运动状态信息进行人机协同效能测试分析与评价；

所述驾驶模拟子系统100用于将驾驶人的控制操作转换为操作数字信号并发送至所述辅助测试子系统400和被测子系统500；

所述被测子系统500用于根据所述测试用例的参数以及所述操作数字信号形成被测车辆的运动状态信息以及预警信息，且将被测车辆的运动状态信息通过V2X通信方式发送至所述辅助测试子系统，并将被测车辆的运动状态信息和预警信息发送至所述测试控制子系统300；

所述辅助测试子系统400用于根据所述测试用例的参数以及所述操作数字信号形成辅助测试车辆的运动状态信息，以及能够与所述被测子系统500基于V2X通信方式进行车辆BSM信息和车辆的运动状态信息的交互；

所述视景显示与预警执行子系统200用于接收所述测试控制子系统发送的所述被测子系统的预警信息，并将所述预警信息反馈至驾驶人。

本发明实施例提供的V2X人机协同性能测试系统，将V2X人机协同性能测试所必须的驾驶人及驾驶操作控制装置、辅助测试车辆和卫星导航信号采用硬件在环测试系统组合实现，规避了测试活动的安全风险，确保了测试辅助车辆运动严格符合测试用例设计要求，在保证测试场景真实性的同时，提高了V2X人机协同性能测试评价的便捷性和高效性。

应当理解的是，如图1所示，所述V2X人机协同性能测试系统包括路由器，所述驾驶模拟子系统、测试控制子系统、辅助测试子系统和被测子系统均与所述路由器通信连接。

具体地，所述驾驶模拟子系统100包括第一通信模块、方向盘、档杆和踏板，所述方向盘、档杆和踏板均与所述第一通信模块连接，

所述第一通信模块用于实现与所述被测子系统的通信，所述方向盘用于测量驾驶人的方向控制操作，所述档杆用于测量驾驶人的档位控制操作，所述踏板用于测量驾驶人的油门开度和制动控制操作。

如图1所示，所述驾驶模拟子系统100包含方向盘、档杆和踏板(油门踏板和制动踏板)三类模拟驾驶操作控制装置，其会将驾驶人控制操作转化为数字信号并成帧发送，此类信息帧包括控制装置类型、方向盘转角、档杆档位状态、油门踏板开度、制动踏板开度信息。

具体地，所述视景显示与预警执行子系统200包括视景显示与预警执行模块、视景显示器、预警信息发出模块，所述视景显示器和预警信息发出模块均与所述视景显示与预警执行模块连接，

所述视景显示与预警执行模块用于与所述测试控制子系统通信并接收所述被测子系统的视景信息和预警信息，所述视景显示器用于显示被测子系统中的驾驶人视角视景和预警信息，所述预警信息发出模块用于发出所述预警信息。

具体地，所述预警信息包括语音预警信息、文字预警信息、振动预警信息和图像预警信息，所述视景显示器用于显示所述文字预警信息和图像预警信息，所述预警信息发出模块包括喇叭和振动坐垫，所述喇叭用于发出语音预警信息，所述振动坐垫用于发出振动预警信息。

如图1所示，所述视景显示与预警执行子系统200会接收驾驶人视景计算信息和预警信息，其中预警信息包括语音、振动、文字、图像预警信息，通过该子系统的视景显示器、喇叭和振动坐垫分别发送给驾驶人。

具体地，所述测试控制子系统300包括第二通信模块、测试分析功能模块、测试执行控制模块、测试用例数据库和感知与预警计算模块，所述测试执行控制模块和测试分析功能模块均与所述第二通信模块连接，所述测试用例数据库和所述感知与预警计算模块均与所述测试执行控制模块连接，

所述第二通信模块用于实现分别与所述辅助测试子系统和被测子系统的通信连接；

所述测试用例数据库用于存储测试用例；

所述测试分析功能模块用于根据所述辅助测试子系统的车辆的运动状态信息和被测子系统的车辆的运动状态信息进行人机协同效能测试分析与评价；

所述测试执行控制模块用于控制选取测试用例，并生成测试时钟信号以控制调度V2X人机协同性能测试；

所述感知与预警计算模块用于将所述被测子系统的预警信息发送至所述视景显示与预警执行子系统。

如图1所示，所述测试控制子系统300存储有测试用例数据，其会输出测试用例初始参数、辅助测试车辆相对运动限制参数、辅助车辆的运动模型参数、被测车辆的运动模型参数，测试用例初始参数包括初始时刻辅助测试车辆和被测车辆的位置、速度、加速度、姿态角和姿态角速率；辅助测试车辆相对运动限制参数包括辅助车辆相对被测车辆位置、速度、加速度、姿态角和姿态角速率；辅助车辆的运动模型参数包括车辆长度、宽度、高度、质量、三轴转动惯量、轴距、轮距、发动机最大功率与最大转矩信息；被测车辆的运动模型参数包括长度、宽度、高度、质量、三轴转动惯量、轴距、轮距、发动机最大功率与最大转矩信息。此外，所述测试控制子系统会通过发送测试时钟信号控制测试过程推进，计算驾驶人视角视景，并对数据进行分析，按照测试应用设计指标对V2X人机协同性能进行分析评价。

具体地，所述辅助测试子系统400包括：第三通信模块、辅助运动轨迹模拟模块、第一导航卫星模拟器和辅助V2X终端，所述辅助运动轨迹模拟模块与所述第三通信模块连接，所述第一导航卫星模拟器与所述辅助运动轨迹模拟模块连接，所述辅助V2X终端与所述第一导航卫星模拟器连接，

所述第三通信模块用于实现与所述测试控制子系统以及所述驾驶模拟子系统的通信连接；

所述辅助运动轨迹模拟模块用于运行车辆动力学模型；

所述第一导航卫星模拟器用于将辅助测试子系统中的辅助测试车辆的实时位置、速度和航向数据转化为实时导航卫星信号；

所述辅助V2X终端用于实现与被测子系统的被测V2X终端的信息交互。

如图1所示，所述辅助测试子系统400用于按照测试用例实际要求计算驾驶人控制被测车辆实时运动条件下，辅助测试车辆实时运动状态，其中辅助测试车辆实时运动状态具体包括被测车辆位置、速度、加速度、姿态角和姿态角速率；此外，其会接收测试用例初始参数、辅助测试车辆相对运动限制参数、辅助测试车辆模型参数、被测车辆BSM信息、被测车辆实时运动状态信息，记录模拟辅助测试车辆收发BSM信息数据记录，该数据记录包括BSM信息来源标志、BSM发送时间戳信息、BSM接收时间戳信息，基于上述信息计算辅助车辆实时运动状态，并将数据记录发送给测试控制子系统用于V2X人机协同性能分析评价。

具体地，所述被测子系统500包括：第四通信模块、第五通信模块、被测运动轨迹模拟模块、第二导航卫星信号模拟器和被测V2X终端，所述被测运动轨迹模拟模块与所述第四通信模块连接，所述第二导航卫星信号模拟器与所述被测运动轨迹模拟模块连接，所述被测V2X终端分别与所述第二导航卫星信号模拟器和所述第五通信模块连接；

所述第四通信模块和第五通信模块均用于实现与所述测试控制子系统的通信连接，所述第四通信模块还用于实现与所述驾驶模拟子系统的通信连接；

所述被测运动轨迹模拟模块用于计算被测子系统中的被测车辆的实时运动参数；

所述第二导航卫星信号模拟器用于将被测车辆的实时位置、速度和航向数据转化为实时导航卫星信号；

所述被测V2X终端用于实现与所述辅助测试子系统的辅助V2X终端的信息交互。

如图1所示，所述被测子系统500主要用于为被测V2X终端提供测试接入环境，计算模拟驾驶人控制输入条件下被测车辆实时运动状态，并发送给辅助测试子系统用于辅助车辆实时运动状态计算，其中被测车辆实时运动状态具体包括被测车辆位置、速度、加速度、姿态角和姿态角速率；此外，其会接收测试用例初始参数、被测车辆模型参数、辅助测试车辆BSM信息和驾驶人控制操作信息，记录被测车辆收发BSM信息数据记录，该数据记录包括BSM信息来源标志、BSM发送时间戳信息、BSM接收时间戳信息，并将发送被测车辆BSM信息及数据记录给测试控制子系统用于V2X人机协同性能分析评价。

作为本发明的另一实施例，提供一种应用前文所述的V2X人机协同性能测试系统实现的V2X人机协同性能测试方法，其中，所述V2X人机协同性能测试方法包括：

测试控制子系统选择测试用例，并将所述测试用例、辅助车辆的运动模型参数和被测车辆的运动模型参数分别发送至辅助测试子系统和被测子系统，并通过视景显示与预警执行子系统显示初始时刻驾驶人视角视景；

当所述辅助测试子系统和被测子系统接收到所述测试用例、辅助车辆的运动模型参数和被测车辆的运动模型参数后，所述测试控制子系统分别向所述辅助测试子系统和被测子系统发送时钟信号；

当所述视景显示与预警执行子系统向驾驶人显示预警信息以及被测车辆视景时，驾驶模拟子系统接收驾驶人的控制操作，并将所述控制操作转换为操作数字信号并发送至所述辅助测试子系统和被测子系统；

所述被测子系统根据所述操作数字信号计算输出当前时刻被测车辆的运动状态信息，并将当前时刻被测车辆的运动状态信息发送至所述辅助测试子系统；

所述辅助测试子系统根据所述当前时刻被测车辆的运动状态信息以及根据相对运动限制参数计算当前时刻辅助测试车辆的运动状态信息；

所述测试控制子系统根据所述当前时刻被测车辆的运动状态信息以及当前时刻辅助测试车辆的运动状态信息，计算驾驶人视角视景信息，并发送至所述视景显示与预警执行子系统进行显示，并将接收到的被测子系统的预警信息发送至所述视景显示与预警执行子系统进行显示。

本发明实施例提供的V2X人机协同性能测试方法，将V2X人机协同性能测试所必须的驾驶人及驾驶操作控制装置、辅助测试车辆和卫星导航信号采用硬件在环测试系统组合实现，规避了测试活动的安全风险，确保了测试辅助车辆运动严格符合测试用例设计要求，在保证测试场景真实性的同时，提高了V2X人机协同性能测试评价的便捷性和高效性。

下面对本发明实施例提供的V2X人机协同性能测试方法的具体实施过程进行详细描述。

1)测试用例选取阶段

测试人员操作测试控制子系统选择测试用例，现以一车辆前向碰撞预警场景为例，设初始两车沿直线水平道路并于相同车道对向行驶，被测车辆初始速度10m/s，初始航向为当地地理北向，辅助测试车辆相对速度为15m/s，两车初始相对距离1km，测试目的是验证在考虑到驾驶人反应时间、预警信息方式等因素下，被测V2X终端触发前向碰撞预警安全距离参数设置是否满足避免碰撞要求。测试用例期望被测V2X终端设备可在碰撞发生前t_ns发出预警信息提示驾驶人在接收到前向碰撞预警提示后迅速采取制动操作控制车辆避免碰撞。

2)测试初始化

测试初始化阶段，驾驶人就位，测试控制子系统将上述测试用例初始信息、辅助车辆的运动模型参数、被测车辆的运动模型参数，分别发送给辅助测试子系统和被测子系统，并通过视景显示器显示初始时刻驾驶人视角视景。其中，辅助车辆的运动模型参数包括车辆长度、宽度、高度、质量、三轴转动惯量、轴距、轮距、发动机最大功率与最大转矩信息；被测车辆的运动模型参数包括长度、宽度、高度、质量、三轴转动惯量、轴距、轮距、发动机最大功率与最大转矩信息。

以被测车辆质心为坐标原点，建立导航坐标系(n系，O_nX_nY_nZ_n)，其中O_nX_n坐标轴指向当地水平东向，O_nY_n坐标轴指向当地水平北向，O_nZ_n坐标轴垂直指向天向，即“东北天”坐标系。

以初始时刻被测车辆质心为坐标原点，建立惯性坐标系(i系，O_iX_iY_iZ_i)，其坐标轴指向与初始时刻导航坐标系重合，根据初始条件已获知坐标系原点的经度和纬度数据。

以被测车辆质心为坐标原点，建立载体坐标系(b系，O_bX_bY_bZ_b)，其中O_bX_b坐标轴指向载体轴向右侧，O_bY_b坐标轴与载体轴向重合，O_bZ_b坐标轴与O_bX_b坐标轴、O_bY_b坐标轴正交指向天向，即“右前上”坐标系。

根据测试用例被测车辆初始状态可知，被测车辆初始时刻姿态角(滚转、俯仰和偏航)向量α为[0 0 0]^T，初始时刻姿态角速度向量

为[0 0 0]^T，在导航坐标系中初始位置向量p为[0 0 0]^T，初始时刻速度向量

为[0 10 0]^T；

辅助测试车辆初始时刻姿态角(滚转、俯仰和偏航)向量α为[0 0 π]^T，初始时刻姿态角速度向量

为[0 0 0]^T，在导航坐标系中初始位置向量p为[0 1000 0]^T，初始时刻速度向量

为[0 -15 0]^T。

辅助测试子系统和被测子系统存储接收参数，完成后向控制测试子系统发送就位信号，等待测试控制子系统时钟信号启动测试。

3)测试执行过程

测试执行过程中，测试控制子系统按照采用实时时间频率向被测控制子系统和辅助控制子系统发送时钟信号(假设为时钟信号周期为10Hz)，虚拟被测车辆在驾驶人观察视景显示，并接收预警信息，操控方向盘、档杆和踏板(油门踏板和制动踏板)。驾驶人控制行为通过驾驶模拟子系统转化为数字信号发送给被测子系统。

被测子系统接收方向盘转角、档杆状态、油门踏板开度和制动踏板开度数据，将其作为被测车辆运动模型输入，计算输出当前时刻被测车辆加速度，选择被测车辆的三轴位置、速度和加速度作为状态向量，当前时刻状态向量可表示为(1)式所示

X(k)＝FX(k-1) (1)

其中，

T＝0.1s。

将此向量数据发送给辅助测试子系统用于计算辅助测试车辆当前时刻运动状态。

考虑测试时间较短可忽略地球自转，并将前述惯性坐标系定义的当前时刻状态向量通过X(k)通过坐标变换到地球坐标系(ECEF坐标系)下位置坐标向量，并将此坐标向量通过导航卫星信号模拟器转化为模拟导航卫星射频信号。被测V2X终端板载导航卫星接收机接收射频信号，解算位置、速度数据，最终其BSM信息通过V2X终端发送给辅助测试子系统完成V2X信息交互。与此同时，被测车辆收发BSM信息数据记录(包括BSM信息来源标志、BSM发送时间戳信息、BSM接收时间戳信息)和被测V2X终端作出的预警信息将发送给测试控制子系统用于支持V2X人机协同性能分析评价。

辅助测试子系统在接收到当前时刻被测车辆状态向量X(k)后，根据其存储的辅助测试车辆相对运动限制参数，本测试用例中须保证与被测车辆构成正面、定速碰撞场景，即保持两者之间的相对航向角和相对速度关系如(2)式和(3)式所示

|ψ_被测车辆-ψ_{辅助测试车辆}|＝π (2)

根据相对运动限制参数结合辅助测试车辆模型计算当前时刻辅助测试车辆运动状态向量X′(k)，同样通过坐标变换到地球坐标系(ECEF坐标系)下位置坐标向量，并将此坐标向量通过导航卫星信号模拟器转化为模拟导航卫星射频信号。辅助测试V2X终端板载导航卫星接收机接收射频信号，解算位置、速度数据，其BSM信息通过V2X终端发送给被测系统完成V2X信息交互。与此同时，辅助测试车辆收发BSM信息数据记录(包括BSM信息来源标志、BSM发送时间戳信息、BSM接收时间戳信息)将发送给测试控制子系统用于支持V2X人机协同性能分析评价。

测试控制子系统在接收到被测子系统、辅助测试子系统发出的信息后，将预警信息发送给视景显示与预警执行子系统执行；根据被测车辆和辅助测试车辆运动状态计算驾驶人视角视景信息，并发送给视景显示与预警执行子系统显示；根据接收被测子系统前向碰撞预警信息数据记录，计算被测V2X终端预警信息发出时刻t_w被测车辆和辅助测试车辆间的相对距离l_w，并计算此时刻距离碰撞发生剩余时间l_w，计算方法如(4)式所示

在预警信息发出后，测试控制子系统向辅助测试子系统发出指令使辅助测试车辆速度标量值保持不变而航向角保持前述相对关系不变，即保证辅助测试车辆保持与被测车辆发生对向正碰态势；

在预警信息发出后，测试控制子系统检测驾驶模拟子系统输入，记录驾驶人踩踏制动踏板时刻t_c，和被测车辆完全停止时刻t_stop。

4)评价指标计算和人机协同性能分析

根据测试过程数据记录，可建立量化数据指标

如计算驾驶人反应时间如(5)式所示

t_reaction＝t_c-t_w (5)

又如根据测试过程数据记录，计算碰撞车辆有效制动时间与预警时刻碰撞发生剩余时间t_e之比E如(6)式所示

按照上述测试及数据计算方法，更换不同驾驶人，重复测试过程，可计算得出针对当前测试用例条件下，驾驶人平均反应时间

和

基于可对被测V2X预警有效性进行评价。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种V2X人机协同性能测试系统，其特征在于，包括：驾驶模拟子系统、视景显示与预警执行子系统、测试控制子系统、辅助测试子系统和被测子系统，所述驾驶模拟子系统、视景显示与预警执行子系统、辅助测试子系统和被测子系统均与所述测试控制子系统通信连接，所述驾驶模拟子系统分别与所述辅助测试子系统和被测子系统通信连接，所述被测子系统与所述辅助测试子系统通过V2X通信方式实现通信连接；

所述测试控制子系统用于存储测试用例，且能够将测试用例的参数分别发送至所述辅助测试子系统和被测子系统，以及能够根据接收到的所述辅助测试子系统和被测子系统的车辆的运动状态信息进行人机协同效能测试分析与评价；

所述驾驶模拟子系统用于将驾驶人的控制操作转换为操作数字信号并发送至所述辅助测试子系统和被测子系统；

所述被测子系统用于根据所述测试用例的参数以及所述操作数字信号形成被测车辆的运动状态信息以及预警信息，且将被测车辆的运动状态信息通过V2X通信方式发送至所述辅助测试子系统，并将被测车辆的运动状态信息和预警信息发送至所述测试控制子系统；

所述辅助测试子系统用于根据所述测试用例的参数以及所述操作数字信号形成辅助测试车辆的运动状态信息，以及能够与所述被测子系统基于V2X通信方式进行车辆BSM信息和车辆的运动状态信息的交互；

所述视景显示与预警执行子系统用于接收所述测试控制子系统发送的所述被测子系统的预警信息，并将所述预警信息反馈至驾驶人；

所述辅助测试子系统包括：第三通信模块、辅助运动轨迹模拟模块、第一导航卫星模拟器和辅助V2X终端，所述辅助运动轨迹模拟模块与所述第三通信模块连接，所述第一导航卫星模拟器与所述辅助运动轨迹模拟模块连接，所述辅助V2X终端与所述第一导航卫星模拟器连接，

所述第三通信模块用于实现与所述测试控制子系统以及所述驾驶模拟子系统的通信连接；

所述辅助运动轨迹模拟模块用于运行车辆动力学模型；

所述第一导航卫星模拟器用于将辅助测试子系统中的辅助测试车辆的实时位置、速度和航向数据转化为实时导航卫星信号；

所述辅助V2X终端用于实现与被测子系统的被测V2X终端的信息交互；

所述被测子系统包括：第四通信模块、第五通信模块、被测运动轨迹模拟模块、第二导航卫星信号模拟器和被测V2X终端，所述被测运动轨迹模拟模块与所述第四通信模块连接，所述第二导航卫星信号模拟器与所述被测运动轨迹模拟模块连接，所述被测V2X终端分别与所述第二导航卫星信号模拟器和所述第五通信模块连接；

所述第四通信模块和第五通信模块均用于实现与所述测试控制子系统的通信连接，所述第四通信模块还用于实现与所述驾驶模拟子系统的通信连接；

所述被测运动轨迹模拟模块用于计算被测子系统中的被测车辆的实时运动参数；

所述第二导航卫星信号模拟器用于将被测车辆的实时位置、速度和航向数据转化为实时导航卫星信号；

所述被测V2X终端用于实现与所述辅助测试子系统的辅助V2X终端的信息交互。

2.根据权利要求1所述的V2X人机协同性能测试系统，其特征在于，所述驾驶模拟子系统包括第一通信模块、方向盘、档杆和踏板，所述方向盘、档杆和踏板均与所述第一通信模块连接，

所述第一通信模块用于实现与所述被测子系统的通信，所述方向盘用于测量驾驶人的方向控制操作，所述档杆用于测量驾驶人的档位控制操作，所述踏板用于测量驾驶人的油门开度和制动控制操作。

3.根据权利要求1所述的V2X人机协同性能测试系统，其特征在于，所述视景显示与预警执行子系统包括视景显示与预警执行模块、视景显示器、预警信息发出模块，所述视景显示器和预警信息发出模块均与所述视景显示与预警执行模块连接，

所述视景显示与预警执行模块用于与所述测试控制子系统通信并接收所述被测子系统的视景信息和预警信息，所述视景显示器用于显示被测子系统中的驾驶人视角视景和预警信息，所述预警信息发出模块用于发出所述预警信息。

4.根据权利要求3所述的V2X人机协同性能测试系统，其特征在于，所述预警信息包括语音预警信息、文字预警信息、振动预警信息和图像预警信息，所述视景显示器用于显示所述文字预警信息和图像预警信息，所述预警信息发出模块包括喇叭和振动坐垫，所述喇叭用于发出语音预警信息，所述振动坐垫用于发出振动预警信息。

5.根据权利要求1所述的V2X人机协同性能测试系统，其特征在于，所述测试控制子系统包括第二通信模块、测试分析功能模块、测试执行控制模块、测试用例数据库和感知与预警计算模块，所述测试执行控制模块和测试分析功能模块均与所述第二通信模块连接，所述测试用例数据库和所述感知与预警计算模块均与所述测试执行控制模块连接，

所述第二通信模块用于实现分别与所述辅助测试子系统和被测子系统的通信连接；

所述测试用例数据库用于存储测试用例；

所述测试分析功能模块用于根据所述辅助测试子系统的车辆的运动状态信息和被测子系统的车辆的运动状态信息进行人机协同效能测试分析与评价；

所述测试执行控制模块用于控制选取测试用例，并生成测试时钟信号以控制调度V2X人机协同性能测试；

所述感知与预警计算模块用于将所述被测子系统的预警信息发送至所述视景显示与预警执行子系统。

6.一种应用权利要求1至5中任意一项所述的V2X人机协同性能测试系统实现的V2X人机协同性能测试方法，其特征在于，所述V2X人机协同性能测试方法包括：

测试控制子系统选择测试用例，并将所述测试用例、辅助车辆的运动模型参数和被测车辆的运动模型参数分别发送至辅助测试子系统和被测子系统，并通过视景显示与预警执行子系统显示初始时刻驾驶人视角视景；

当所述辅助测试子系统和被测子系统接收到所述测试用例、辅助车辆的运动模型参数和被测车辆的运动模型参数后，所述测试控制子系统分别向所述辅助测试子系统和被测子系统发送时钟信号；

当所述视景显示与预警执行子系统向驾驶人显示预警信息以及被测车辆视景时，驾驶模拟子系统接收驾驶人的控制操作，并将所述控制操作转换为操作数字信号并发送至所述辅助测试子系统和被测子系统；

所述被测子系统根据所述操作数字信号计算输出当前时刻被测车辆的运动状态信息，并将当前时刻被测车辆的运动状态信息发送至所述辅助测试子系统；

所述辅助测试子系统根据所述当前时刻被测车辆的运动状态信息以及根据相对运动限制参数计算当前时刻辅助测试车辆的运动状态信息；

所述测试控制子系统根据所述当前时刻被测车辆的运动状态信息以及当前时刻辅助测试车辆的运动状态信息，计算驾驶人视角视景信息，并发送至所述视景显示与预警执行子系统进行显示，并将接收到的被测子系统的预警信息发送至所述视景显示与预警执行子系统进行显示。

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