CN111999076B - 无人驾驶车辆测试试验系统 - Google Patents

Abstract

本申请适用于车辆测试技术领域，提供了一种无人驾驶车辆测试试验系统，包括万向轴、转速转矩传感器、车辆动能模拟器、电磁离合器、测功机和测控单元，万向轴的第一端用于与待测车辆的驱动轮毂连接，万向轴的第二端通过转速转矩传感器与车辆动能模拟器的第一端连接，车辆动能模拟器的第二端通过电磁离合器与测功机的输入轴连接；转速转矩传感器的数据输出端、电磁离合器的控制端、测功机的数据端和待测车辆上的车控系统均与测控单元电连接。测功机根据车辆参数、测试规程和道路参数调节输出的功率和转矩，模拟实地环境中道路因素和环境因素对待测车辆的阻力，使测试试验环境接近实地环境，提高测试的精确度。

Description

无人驾驶车辆测试试验系统

技术领域

本申请属于车辆测试技术领域，尤其涉及一种无人驾驶车辆测试试验系统。

背景技术

车辆发展的大趋势是智能网联无人驾驶，对无人驾驶车辆的驱动、转向、制动、感知与决策、控制系统，都需要在接近实际工况条件下进行实验室测试试验，以尽可能在实验室阶段发现问题并解决，降低无人驾驶车辆技术研发的经济成本与时间成本，提高研发过程中的安全性。

对无人驾驶车辆的驱动、转向和制动系统进行实验室测试试验时，测试试验系统需要将车辆、道路环节放到一起，使测试试验环境无限接近实地环境。测试系统既可以进行全车综合测试试验，又可以单独进行某子系统的测试试验，还可以进行耐久性试验。只有通过充分的实验室测试试验后，才可以为无人驾驶车辆才落地进行实地试验行驶提供技术支撑。

传统的滚筒式测功系统和轴耦合式测功系统在测试车辆的动力与传动系统输出的功率、转矩以及效率时，未考虑道路和环境的因素，测试环境与实地环境差别较大，导致测试结果不准确。

发明内容

本申请实施例提供了一种无人驾驶车辆测试试验系统，可以解决传统车辆试验系统测试环境与实地环境差别大，造成测试结果不准确的问题。

本申请实施例提供了一种无人驾驶车辆测试试验系统，包括万向轴、转速转矩传感器、车辆动能模拟器、电磁离合器、测功机和测控单元；

所述万向轴的第一端用于与待测车辆的驱动轮毂连接，所述万向轴的第二端与所述转速转矩传感器的第一端连接，所述转速转矩传感器的第二端与所述车辆动能模拟器的第一端连接，所述车辆动能模拟器的第二端与所述电磁离合器的输入端连接，所述电磁离合器的输出端与所述测功机的输入轴连接；所述转速转矩传感器的数据输出端、所述电磁离合器的控制端和所述测功机的数据端均与所述测控单元电连接；所述测控单元还用于与所述待测车辆上的车控系统电连接；

所述测控单元用于获取车辆参数、测试规程和道路参数，并分别向所述测功机和所述车控系统传送所述车辆参数、所述测试规程和所述道路参数；所述测功机用于根据所述车辆参数、所述测试规程和所述道路参数调节输出的功率和转矩；所述车控系统用于根据所述车辆参数、所述测试规程和所述道路参数控制所述驱动轮毂转动。

一种可能的实现方式中，所述无人驾驶车辆测试试验系统还包括发电电机和发电控制单元；

所述发电电机的输入轴与所述测功机的输出轴连接，所述发电电机的电力输出端与所述发电控制单元电连接，所述发电控制单元分别与测控单元和电网电连接；

所述发电电机用于将所述测功机输出的机械能转换为电能；所述发电控制单元用于将所述发电电机产生的电能输送至所述电网，并将发电信息传送至所述测控单元。

一种可能的实现方式中，所述无人驾驶车辆测试试验系统还包括交直流转换器；

所述交直流转换器的输入端与所述发电控制单元电连接，所述交直流转换器的输出端用于与所述待测车辆上的电源接口连接。

一种可能的实现方式中，所述无人驾驶车辆测试试验系统还包括与所述测控单元电连接的转向检测与加载单元；

所述转向检测与加载单元用于采集所述待测车辆的转向轮的转向角，并将所诉转向角传送至所述测控单元；所述转向检测与加载单元还用于根据所述测控单元的指令为所述转向轮提供设定的转向阻力。

一种可能的实现方式中，所述转向检测与加载单元包括第一转动辊、第二转动辊、滑块、滑动导轨、加载电机和转向角传感器；

所述转向角传感器的数据输出端和所述加载电机的控制端均与所述测控单元电连接；

所述第一转动辊和所述第二转动辊均竖直设置在所述滑块上，所述第一转动辊和所述第二转动辊之间用于放置所述转向轮；所述滑块设置在所述滑动导轨上，并能够在所述滑动导轨上滑动；所述加载电机的转动轴与所述滑动导轨固定连接；所述转向角传感器安装在所述加载电机的转动轴上。

一种可能的实现方式中，所述测功机的输出功率为：

所述测功机的输出转矩为：

其中，P为所述测功机的输出功率，m为所述车辆的总质量，g为重力加速度，f为滚阻系数，u为车辆的运行速度，C_D为风阻系数，A为所述车辆的迎风面积，

为所述车辆的加速度，i为坡度，η_t为传送效率，T为所述测功机的转矩，i₀为所述车辆的传动比，R为所述车辆轮胎的半径。

一种可能的实现方式中，所述测控单元包括测控控制器和上位机；

所述测控控制器分别与所述上位机、所述转速转矩传感器的数据输出端、所述电磁离合器的控制端、所述测功机的数据端和所述车控系统电连接，所述上位机与所述车控系统电连接。

一种可能的实现方式中，所述上位机包括显示器、监控控制器和存储器；

所述监控控制器分别与所述显示器、所述存储器、所述测控控制器和所述车控系统电连接；

所述监控控制器用于与所述测控控制器和所述车控系统进行信息交互；所述显示器用于根据所述监控控制器的指令进行内容显示；所述存储器用于根据所述监控控制器的指令进行数据存储。

一种可能的实现方式中，所述万向轴上设有伸缩结构。

一种可能的实现方式中，所述车辆动能模拟器为飞轮。

本申请实施例与现有技术相比存在的有益效果是：

对无人驾驶车辆进行测试试验时，将车辆参数、测试规程和道路参数输入到测控单元，测控单元将车辆参数、测试规程和道路参数传送至测功机，测功机根据车辆参数、测试规程和道路参数调节输出的功率和转矩，模拟实地环境中的道路因素和环境因素对待测车辆的阻力，使测试试验环境接近实地环境，提高测试的精确度。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请一实施例提供的无人驾驶车辆测试试验系统的结构示意图；

图2是本申请一实施例提供的无人驾驶车辆测试试验系统的原理框图；

图3是本申请另一实施例提供的无人驾驶车辆测试试验系统的原理框图；

图4是本申请另一实施例提供的无人驾驶车辆测试试验系统的原理框图；

图5是本申请另一实施例提供的转向检测与加载单元的结构示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本申请实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本申请。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本申请的描述。

应当理解，当在本申请说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。

还应当理解，在本申请说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。

如在本申请说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。

另外，在本申请说明书和所附权利要求书的描述中，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请说明书中描述的参考“一个实施例”或“一些实施例”等意味着在本申请的一个或多个实施例中包括结合该实施例描述的特定特征、结构或特点。由此，在本说明书中的不同之处出现的语句“在一个实施例中”、“在一些实施例中”、“在其他一些实施例中”、“在另外一些实施例中”等不是必然都参考相同的实施例，而是意味着“一个或多个但不是所有的实施例”，除非是以其他方式另外特别强调。术语“包括”、“包含”、“具有”及它们的变形都意味着“包括但不限于”，除非是以其他方式另外特别强调。

如图1和图2所示，无人驾驶车辆测试试验系统可以包括万向轴700、转速转矩传感器200、车辆动能模拟器600、电磁离合器300、测功机400和测控单元100。万向轴700的第一端与待测车辆的驱动轮毂连接，万向轴700的第二端与转速转矩传感器200的第一端连接。转速转矩传感器200的第二端与车辆动能模拟器600的第一端连接，车辆动能模拟器600的第二端与电磁离合器300的输入端连接，电磁离合器300的输出端与测功机400的输入轴连接。转速转矩传感器200的数据输出端、电磁离合器300的控制端、测功机400的数据端和待测车辆上的车控系统500均与测控单元100电连接。

具体地，将车辆参数、测试规程和道路参数输入到测控单元100，测控单元100将车辆参数、测试规程和道路参数分别传送至测功机400和待测车辆上的车控系统500。车控系统500根据车辆参数、测试规程和道路参数控制驱动轮毂转动，驱动轮毂通过万向轴700、转速转矩传感器200、车辆动能模拟器600和电磁离合器300带动测功机400转动。测功机400根据车辆参数、测试规程和道路参数调节输出的功率和转矩为驱动轮毂提供设定的阻力，模拟实地环境中的道路因素和环境因素对待测车辆的阻力，使测试试验环境接近实地环境，提高测试的精确度。

需要说明的是，车辆参数可以包括以下至少一项：车辆总质量、轮胎半径、与轮胎有关的滚阻系数、迎风面积、与车辆外形有关的风阻系数、传动比、传动效率、电池系统最高充电电压与放电截止电压。测试规程可以包括以下至少一项：定制路况曲线、加速度以及相应的时长或行驶距离。道路参数可以包括以下至少一项：摩擦系数、上坡坡度和下坡坡度。

示例性的，测功机400的输出功率为：

测功机400的输出转矩为：

其中，P为测功机400的输出功率，m为车辆的总质量，g为重力加速度，f为滚阻系数，u为车辆的运行速度，C_D为风阻系数，A为车辆的迎风面积，

为车辆的加速度，i为坡度，η_t为传送效率，T为测功机400的转矩，i₀为车辆的传动比，R为车辆轮胎的半径。

传动效率η_t、滚阻系数f、风阻系数C_D可以在工程手册上查询；车辆传动比i₀在车辆手册中有标明；车辆迎风面积A、车辆的总质量m、车辆轮胎的半径R可以直接测量或在车辆手册中查询；坡度i上坡为正值，下坡为负值，平路等于零；加速度

在测试规程中或在定制工况曲线中给定。

其中，测功机400输出功率中的

是车辆克服滚动阻力所需功率，

是车辆克服风阻所需的功率，

是车辆加速时需要提供的功率，

是克服车辆在坡道上产生的平行于路面的分力所需的功率。

其中，测功机400输出扭矩中的

是车辆克服滚动阻力所需的转矩，

是车辆克服风阻所需的转矩，

是克服车辆在坡道上产生的平行于路面的分力所需的转矩，

是车辆为加速提供的转矩。

如图3所示，测控单元100可以包括测控控制器101和上位机102，测控控制器101分别与上位机102、转速转矩传感器200的数据输出端、电磁离合器300的控制端、测功机400的数据端和车控系统500电连接，上位机102与车控系统500电连接。

示例性的，上位机102和测控控制器101可以为有线连接，也可以为无线连接。对无人驾驶车辆进行测试试验时，可以通过上位机102输入各种参数，上位机102将参数传输至测控控制器101和车辆上的车控系统500上；同时，上位机102也可以接收测控控制器101和车控系统500传送的数据，另外试验人员可以通过上位机102观测试验数据。

一些实施例中，上位机102可以包括显示器、监控控制器和存储器，监控控制器分别与显示器、存储器、测控控制器101和车控系统500电连接。

具体地，监控控制器与测控控制器101和车控系统500进行信息交互；显示器根据监控控制器的指令进行内容显示，便于试验人员观测试验数据；存储器根据监控控制器的指令进行数据存储。

本申请的一个实施例中，万向轴700上可以设有伸缩结构，万向轴700可以通过改伸缩结构改变自身长度，可以适用于不同尺寸型号的车辆。

如图4所示，无人驾驶车辆测试试验系统还可以包括发电电机800和发电控制单元900。发电电机800的输入轴与测功机400的输出轴连接，发电电机800的电力输出端与发电控制单元900电连接，发电控制单元900分别与测控单元100和电网电连接。

具体地，在对车辆进行测试试验时，待测车辆驱动轮毂通过万向轴700、转速转矩传感器200、车辆动能模拟器600和电磁离合器300带动测功机400转动，进而测功机400带动发电电机800转动，使发电电机800进行发电。电控单元对发电电机800产生的电能进行处理后输送至电网，实现节能的效果。

示例性的，无人驾驶车辆测试试验系统还可以包括交直流转换器，交直流转换器的输入端与发电控制单元900电连接，交直流转换器的输出端与待测车辆上的电源接口连接。

具体地，当待测车辆为电动车时，发电控制单元900将发电电机800产生的电能输送至交直流转换器。交直流转换器将交流电转换为设定电压的直流电为待测车辆上的储能系统补充能量，降低测试试验电能的消耗，实现节能的效果。

本申请的一个实施例中，无人驾驶车辆测试试验系统还可以包括与测控单元100电连接的转向检测与加载单元。转向检测与加载单元采集待测车辆的转向轮的转向角，并将采集到的转向角传送至测控单元100，转向检测与加载单元还可以根据测控单元100的指令为转向轮提供设定的转向阻力。

具体地，无人驾驶车辆转向轮的方向控制是极为重要的，车辆上的转向系统发出转向指令后，需要测试实际转向角度来形成闭环控制，不断修正方向才能保证车辆不会偏离系统规划的路线。

本实施例中的转向检测与加载单元可以采集待测车辆上转向轮的转向角，并将采集到的转向角传送至测控单元100。转向检测与加载单元还根据测控单元100的指令为转向轮提供设定的转向阻力，模拟车辆在实地环境中进行转弯。

示例性的，如图5所示，转向检测与加载单元可以包括第一转动辊10、第二转动辊20、滑块30、滑动导轨40、加载电机60和转向角传感器50。转向角传感器50的数据输出端和加载电机60的控制端均与测控单元100电连接。第一转动辊10和第二转动辊20均竖直设置在滑块30上，第一转动辊10和第二转动辊20之间用于放置转向轮70。滑块30设置在滑动导轨40上，并能够在滑动导轨40上滑动。加载电机60的转动轴与滑动导轨40固定连接，转向角传感器50安装在加载电机60的转动轴上。

具体地，加载电机60根据测控单元100的指令输出设定的转矩，待测车辆的转向轮70克服加载电机60转矩阻力转动，通过第一转动辊10、第二转动辊20、滑块30、滑动导轨40带动加载电机60的转动轴转动。转向角传感器50可以采集转动轴转动的角度，并将采集到的角度传送至测控单元100。试验人员可以通过测控单元100中的上位机102观测测试数据。

需要说明的是，如果待测车辆只是前轮驱动或只是后轮驱动车辆，转向检测与加载单元需要设置两套；如果待测车辆是四轮驱动，转向检测与加载单元需要设置四套。

对待测车辆进行测试试验时，待测车辆上除了驱动轮毂之外，其余部分都是不运动的。车辆不运动就没有动能，所以传统测试车辆刹车效果都是在路上实际开车进行测试，这样测试存在安全隐患和测试成本高的问题。

本申请实施例测试试验系统中，车辆动能模拟器600可以选用飞轮，利用飞轮的转动动能来模拟车辆平移动能。车辆运动具有的动能为

飞轮转动具有的动能为

其中，m为车辆的总质量，u为车辆的运行速度，J为飞轮的转动惯量，ω为飞轮的角速度。当车辆平移运动产生的动能与飞轮转动产生的动能相等：

则车辆的运行速度u＝ωR，得出J＝mR²，其中R为车辆轮胎的半径。

当车辆测试刹车系统时，在上位机102中输入刹车时的预设速度。获得车辆行驶速度有两种方法供选择。一种方法为测控单元100控制电磁离合器300断电，使飞轮与测功机400断开，由车辆动力系统驱动飞轮获得车辆行驶速度。另一种方法为测控单元100控制电磁离合器300通电吸合，使飞轮与测功机400连接，由测功机400带动飞轮获得车辆行驶速度，此时车辆档位位于空挡，车辆动力系统不工作。

当获得的车辆的行驶速度达到预设速度时，测控单元100控制电磁离合器300断电，使测功机400与飞轮断开连接，车辆刹车系统给出一个刹车深度，车载刹车系统开始刹车。飞轮储存的动能完全等于车辆在运动过程中分配到该轮毂刹车系统的动能。刹车过程中固定在车辆上的刹车钳夹紧随车轮转动的刹车盘，将飞轮的动能转换为热能释放到环境中。随刹车过程的持续，飞轮转速逐渐下降，直至降到设定刹车结束的车速为止。在整个过程中，测控单元100实时检测刹车转矩、车速和刹车距离，以此完成车辆刹车的测试试验。

以上所述实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种无人驾驶车辆测试试验系统，其特征在于，包括万向轴、转速转矩传感器、车辆动能模拟器、电磁离合器、测功机和测控单元；

所述万向轴的第一端用于与待测车辆的驱动轮毂连接，所述万向轴的第二端与所述转速转矩传感器的第一端连接，所述转速转矩传感器的第二端与所述车辆动能模拟器的第一端连接，所述车辆动能模拟器的第二端与所述电磁离合器的输入端连接，所述电磁离合器的输出端与所述测功机的输入轴连接；所述转速转矩传感器的数据输出端、所述电磁离合器的控制端和所述测功机的数据端均与所述测控单元电连接；所述测控单元还用于与所述待测车辆上的车控系统电连接；

所述测控单元用于获取车辆参数、测试规程和道路参数，并分别向所述测功机和所述车控系统传送所述车辆参数、所述测试规程和所述道路参数；所述测功机用于根据所述车辆参数、所述测试规程和所述道路参数调节输出的功率和转矩；所述车控系统用于根据所述车辆参数、所述测试规程和所述道路参数控制所述驱动轮毂转动；

所述无人驾驶车辆测试试验系统还包括与所述测控单元电连接的转向检测与加载单元；

所述转向检测与加载单元用于采集所述待测车辆的转向轮的转向角，并将所诉转向角传送至所述测控单元；所述转向检测与加载单元还用于根据所述测控单元的指令为所述转向轮提供设定的转向阻力；

所述转向检测与加载单元包括第一转动辊、第二转动辊、滑块、滑动导轨、加载电机和转向角传感器；

所述转向角传感器的数据输出端和所述加载电机的控制端均与所述测控单元电连接；

所述第一转动辊和所述第二转动辊均竖直设置在所述滑块上，所述第一转动辊和所述第二转动辊之间用于放置所述转向轮；所述滑块设置在所述滑动导轨上，并能够在所述滑动导轨上滑动；所述加载电机的转动轴与所述滑动导轨固定连接；所述转向角传感器安装在所述加载电机的转动轴上。

2.根据权利要求1所述的无人驾驶车辆测试试验系统，其特征在于，所述无人驾驶车辆测试试验系统还包括发电电机和发电控制单元；

所述发电电机的输入轴与所述测功机的输出轴连接，所述发电电机的电力输出端与所述发电控制单元电连接，所述发电控制单元分别与测控单元和电网电连接；

所述发电电机用于将所述测功机输出的机械能转换为电能；所述发电控制单元用于将所述发电电机产生的电能输送至所述电网，并将发电信息传送至所述测控单元。

3.根据权利要求2所述的无人驾驶车辆测试试验系统，其特征在于，所述无人驾驶车辆测试试验系统还包括交直流转换器；

所述交直流转换器的输入端与所述发电控制单元电连接，所述交直流转换器的输出端用于与所述待测车辆上的电源接口连接。

4.根据权利要求1至3任一项所述的无人驾驶车辆测试试验系统，其特征在于，所述测功机的输出功率为：

所述测功机的输出转矩为：

其中，P为所述测功机的输出功率，m为所述车辆的总质量，g为重力加速度，f为滚阻系数，u为车辆的运行速度，C_D为风阻系数，A为所述车辆的迎风面积，

为所述车辆的加速度，i为坡度，η_t为传送效率，T为所述测功机的转矩，i₀为所述车辆的传动比，R为所述车辆轮胎的半径。

5.根据权利要求1至3任一项所述的无人驾驶车辆测试试验系统，其特征在于，所述测控单元包括测控控制器和上位机；

所述测控控制器分别与所述上位机、所述转速转矩传感器的数据输出端、所述电磁离合器的控制端、所述测功机的数据端和所述车控系统电连接，所述上位机与所述车控系统电连接。

6.根据权利要求5所述的无人驾驶车辆测试试验系统，其特征在于，所述上位机包括显示器、监控控制器和存储器；

所述监控控制器分别与所述显示器、所述存储器、所述测控控制器和所述车控系统电连接；

所述监控控制器用于与所述测控控制器和所述车控系统进行信息交互；所述显示器用于根据所述监控控制器的指令进行内容显示；所述存储器用于根据所述监控控制器的指令进行数据存储。

7.根据权利要求1至3任一项所述的无人驾驶车辆测试试验系统，其特征在于，所述万向轴上设有伸缩结构。

8.根据权利要求1至3任一项所述的无人驾驶车辆测试试验系统，其特征在于，所述车辆动能模拟器为飞轮。

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