CN111967129A - 一种基于CarMaker仿真环境的纵向避障验证方法 - Google Patents

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郭晨
王孝兰
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Abstract

本发明属于汽车安全的技术领域，公开了一种基于CarMaker仿真环境的纵向避障验证方法，包括以下步骤：步骤一、在CarMaker仿真软件中进行基础道路环境和车型的仿真搭建，包括设置道路坡度和路面附着系数；步骤二、将待验证纵向避障算法编译加载到CarMaker仿真软件中；步骤三、更改不同的道路坡度和路面附着系数，利用CarMaker仿真软件对待验证纵向避障算法进行验证。利用本发明的方法对纵向避障算法进行验证，不仅可以减轻人力物力，并且还能减少设备的投入以及降低测试设备的成本，同时最为重要的是相对实车测试来具有较低的危险系数，加快整体的开发进度，对软件的开发测试尤为重要。

Description

一种基于CarMaker仿真环境的纵向避障验证方法
技术领域
本发明涉及汽车安全的技术领域，尤其涉及一种基于CarMaker仿真环境的纵向避障验证方法。
背景技术
为保证驾驶员的生命财产安全，各国都致力于车辆的安全驾驶的研究，汽车安全分为主动安全和被动安全，主动安全在事故发生之前避免碰撞的发生，被动安全在危险发生时及发生后对驾驶员和车内乘员进行保护，为了尽最大程度的减少对人们的生命财产的破坏，汽车主动安全广受人们关注。
纵向避障属于汽车安全领域的一部分，该算法能在事故发生前减小事故的发生率或减少因事故碰撞带来的受伤率，其工作原理是通过摄像头或雷达等传感器检测和识别前方车辆，在检测到有碰撞可能发生的情况下先用警报和提示灯提醒驾驶员进行制动来避免碰撞，若驾驶员没有意识到危险而没有制动行为，系统将自动采取制动措施来减轻或避免碰撞。目前主要避障算法主要包括安全距离算法和安全时间算法，前者主要计算安全距离来和实际距离相比较来判断是否达到碰撞，主要代表有Mazda模型、Honda模型，后者主要计算碰撞时间并于安全时间界限相比较判断环境是否安全，主要代表有TTC(Time toCollision)模型。
现阶段对避障算法验证所需要的测试环境要求比较高，需要的测试场地的面积以及道路环境上有高要求外，测试对象也需要前方测试假车和前方测试假人等配合测试，总体的成本比较高，测试设备价格昂贵，测试效率低，并且在测试过程中还存在较高的危险系数。在软件开发阶段，当算法功能或策略有更新后还需要一个良好的、满足要求的测试环境及方案对更新后的算法及策略进行验证来保证其有效性。因此，急需建立一个线上验证环境来对避障算法进行验证。
发明内容
本发明提供了一种基于CarMaker仿真环境的纵向避障验证方法，解决了现有验证方法对测试场地要求高，总体的成本比较高，测试设备价格昂贵、测试效率低等问题。
本发明可通过以下技术方案实现：
一种基于CarMaker仿真环境的纵向避障验证方法，包括以下步骤：
步骤一、在CarMaker仿真软件中进行基础道路环境和车型的仿真搭建，包括设置道路坡度和路面附着系数；
步骤二、将待验证纵向避障算法编译加载到CarMaker仿真软件中；
步骤三、更改不同的道路坡度和路面附着系数，利用CarMaker仿真软件对待验证纵向避障算法进行验证。
进一步，先利用待验证纵向避障算法对搭建好的基础道路环境中的道路坡度和路面附着系数进行估算，判断是否与设置好的道路坡度和路面附着系数相一致，再结合估算得到的道路坡度和路面附着系数搭建安全距离模型，然后，以自车与前车的纵向相对距离和纵向相对速度作为输入，结合安全距离模型，采用模糊控制算法，得出避障时自身的制动力和制动减速度，并计算自车与前车之间的有效距离，最后，记录各个验证结果，将其和有效制动的检验标准做比较，判断是否能够有效制动。
进一步，所述基础道路环境包括道路、车辆、行人、天气状况及交通流状况，所述道路状况包括道路坡度和路面附着系数，前车、行人相对自车均设置有静止、匀速和减速三种工况。
进一步，所述自车的初始速度设置为60km/h，前车、行人距离本车100米时设置为静止。
进一步，所述道路坡度设置为15度、30度和45度，所述路面附着系数设置为0.8、0.5和0.3，分别对应沥青路面、土/碎石路面、雨雪路面。
本发明有益的技术效果在于：
利用CarMaker仿真软件建立一个良好的线上仿真环境，包括基础道路环境和车型搭建，设置不同的道路坡度和路面附着系数，对待验证纵向避障算法进行验证，不仅可以减轻人力物力，并且还能减少设备的投入以及降低测试设备的成本，同时最为重要的是相对实车测试来具有较低的危险系数，加快整体的开发进度，对软件的开发测试尤为重要。
附图说明
图1为本发明的总体流程框图。
具体实施方式
下面结合附图及较佳实施例详细说明本发明的具体实施方式。
传统的实车测试方案一般是先进行传感器的布置和标定以及雷达的标定后按计划进行算法的改进和验证，测试过程主要包括：测试方案发布-实车验证-结果处理及分析-软件算法更新，该测试方法存在设备成本高、测试效率低等问题，并且在测试过程中还存在较高的危险系数，对整体方案的测试并不有利，因此，本发明提供一种基于CarMaker仿真环境的纵向避障验证方法，具体包括以下步骤：
步骤一、在CarMaker仿真软件中进行基础道路环境和车型的仿真搭建。
总所周知，CarMaker是一款汽车动力学仿真软件，注重车辆动力学以及Matlab/Simulink的搭建，内部主要包括车辆模型、车身模型、悬架模型、转向模型、轮胎模型、制动模型、传感器模型以及高度灵活的道路和交通模型等等，以各个模型为基础，进行构建完整的、现实的测试场景，将测试运行从实际道路转移到计算机中的虚拟道路，这种基于事件和机动的测试方法保证了虚拟试驾的灵活性和现实执行性。
CarMaker仿真软件包括虚拟车辆环境VVE、接口工具箱CIT以及操作面板、控制面板和一些图表、视频等来供我们操作和观察结果的系统工具，其中CIT允许对VVE的完全控制，包括模拟过程中的直接交互和控制、模拟前控制定义、模型参数数据库InfoFile编辑、自动脚本和批处理文件创建、配置更改和其他功能。它们管理VVE的所有方面，并且根据调查的对象，可以使用不同的方法进行模拟，其应用领域比较广泛，主要有ECU测试、子系统测试两大块。
在该过程中，CarMaker仿真软件主要构建的基础道路场景包括道路、车辆、行人、天气状况及交通流状况。道路可以选择道路坡度和路面附着系数不同的多种道路状况，如道路坡度可设置为15度、30度和45度，路面附着系数可设置为0.8、0.5和0.3，分别对应沥青路面、土/碎石路面、雨雪路面；前车、行人相对自车均可设置有静止、匀速和减速三种工况，如设置自车的初始速度为60km/h，行人、前车距离本车100m设置为静止，天气状况良好等等。
步骤二、将待验证纵向避障算法编译加载到CarMaker仿真软件中；
步骤三、利用CarMaker仿真软件对待验证纵向避障算法进行验证。
其验证方法主要包括先利用待验证纵向避障算法对搭建好的基础道路环境中的道路坡度和路面附着系数进行估算，判断是否与设置好的道路坡度和路面附着系数相一致，再结合估算得到的道路坡度和路面附着系数搭建安全距离模型，然后，以自车与前车的纵向相对距离和纵向相对速度作为输入，结合安全距离模型，采用模糊控制算法，得出避障时自身的制动力和制动减速度，并计算自车与前车之间的有效距离，最后，记录各个验证结果，将其和有效制动的检验标准做比较，判断是否能够有效制动，具体如下：
(1)结合搭建的基础道路环境，对道路坡度及路面附着系数估计算法进行验证；
该估计算法以汽车动力学为基础，以轮胎法向力和路面的滑移率为依据，和所求两个参数之间的关系进行曲线拟合，得到道路坡度；在得到滑移率的基础上引入滚动阻力系数，在不同路面下通过车辆系统动力学计算实时的滚动阻力系数，利用其与路面类型的函数关系得到估计的路面类型即路面附着系数。利用该估计算法对搭建的基础道路环境的道路坡度和路面附着系数进行估算，并将估算结果与预先设置的道路坡度和路面附着系数做比较，验证估计算法的准确性，该过程要确保输入参数的准确性和完整性，并对得出的结果进行验证。
(2)结合估算出的道路坡度和路面附着系数，在CarMaker/Simulink中搭建真实有效的安全距离模型，进而对制动减速度进行修正。
此过程需要由安全距离公式并按照一定的格式搭建到CarMaker/Simulink软件中。
(3)在CarMaker/Simulink中完成避障算法的设计；
以自车与前车的纵向相对距离和纵向相对速度作为算法输入，结合安全距离模型，采用模糊控制算法，得出避障时自身的制动力和制动减速度，并计算自车与前车之间的有效距离，记录各个验证结果。
(4)更新道路状况信息包括道路的坡度及路面的附着系数，重复步骤(1)-(3)，完成对纵向避障算法的验证。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，因此，本发明的保护范围由所附权利要求书限定。

Claims (5)

1.一种基于CarMaker仿真环境的纵向避障验证方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一、在CarMaker仿真软件中进行基础道路环境和车型的仿真搭建，包括设置道路坡度和路面附着系数；
步骤二、将待验证纵向避障算法编译加载到CarMaker仿真软件中；
步骤三、更改不同的道路坡度和路面附着系数，利用CarMaker仿真软件对待验证纵向避障算法进行验证。
2.根据权利要求1所述的基于CarMaker仿真环境的纵向避障验证方法，其特征在于：先利用待验证纵向避障算法对搭建好的基础道路环境中的道路坡度和路面附着系数进行估算，判断是否与设置好的道路坡度和路面附着系数相一致，再结合估算得到的道路坡度和路面附着系数搭建安全距离模型，然后，以自车与前车的纵向相对距离和纵向相对速度作为输入，结合安全距离模型，采用模糊控制算法，得出避障时自身的制动力和制动减速度，并计算自车与前车之间的有效距离，最后，记录各个验证结果，将其和有效制动的检验标准做比较，判断是否能够有效制动。
3.根据权利要求2所述的基于CarMaker仿真环境的纵向避障验证方法，其特征在于：所述基础道路环境包括道路、车辆、行人、天气状况及交通流状况，所述道路状况包括道路坡度和路面附着系数，前车、行人相对自车均设置有静止、匀速和减速三种工况。
4.根据权利要求3所述的基于CarMaker仿真环境的纵向避障验证方法，其特征在于：所述自车的初始速度设置为60km/h，前车、行人距离本车100米时设置为静止。
5.根据权利要求1所述的基于CarMaker仿真环境的纵向避障验证方法，其特征在于：所述道路坡度设置为15度、30度和45度，所述路面附着系数设置为0.8、0.5和0.3，分别对应沥青路面、土/碎石路面、雨雪路面。
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