CN112014113A - 一种室内整车硬件在环试验装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种室内整车硬件在环试验装置，包括试验被测车、转毂平台、AGV可移动目标车、用于实现试验被测车与AGV可移动目标车精准定位的室内定位系统、环屏带雷达的虚拟目标物系统、用于实现模拟环境的环境模拟系统、用于实现试验被测车虚拟导航环境的虚拟导航模拟系统、用于提供虚拟场景的V2X信号模拟系统和用于实现各系统间的低时延数据流通以及终端控制的集成控制系统。与现有技术相比，本发明具有高可控、高效率和高可重复性等优点。

Description

一种室内整车硬件在环试验装置

技术领域

本发明涉及硬件车辆硬件在环测试领域，尤其是涉及一种室内整车硬件在环试验装置。

背景技术

硬件在环测试仿真，又称半实物测试仿真，是将需要仿真的部分系统硬件直接放到仿真回路中的仿真系统，它不仅弥补了数字仿真中的许多缺陷，提高了整个模型的置信度，而且可以大大减轻编程的工作量。这种仿真的另一个优势在于它实现了仿真模型和时机系统之间的实时数据交互，使仿真结果的验证过程非常直观，大大缩短了产品开发周期。仿真时，电脑与实际硬件通过各种信息通道相连，电脑与实际硬件共同完成仿真工作，并将仿真结果在电脑中进行分析，从而判断硬件的运行状况。

目前，整车硬件在环测试系统多是基于控制器MCU、电池模组(BMS)、雷达、摄像头，以及相关零部件融合车辆仿真平台进行分层分级别测试，而真正意义整车级别的硬件在环测试系统在国内几乎是空白。这样的硬件在环测试系统无法让传统主机厂在车辆上路前预估整车整体的功能和性能安全，依旧需要在封闭测试区域，搭载各种复杂的交通环境，对车辆进行不间断的封闭道路测试来获取车辆整体的第一手信息。这样增加了测试成本，也大大增加了测试周期，而其针对于控制器MCU、电池模组(BMS)、雷达、摄像头以及相关零部件等等的分层分级别测试并不能直观反应车辆ADAS功能的执行力。

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室内整车在环试验装置。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种室内整车硬件在环试验装置，包括试验被测车，所述在环试验装置还包括：转毂平台、AGV可移动目标车、用于实现试验被测车与AGV可移动目标车精准定位的室内定位系统、环屏带雷达的虚拟目标物系统、用于实现模拟环境的环境模拟系统、用于实现试验被测车虚拟导航环境的虚拟导航模拟系统、用于提供虚拟场景的V2X信号模拟系统和用于实现各系统间的低时延数据流通以及终端控制的集成控制系统；

所述的环屏带雷达的虚拟目标物系统、环境模拟系统、虚拟导航模拟系统和V2X信号模拟系统均通过集成控制系统与转毂平台相连，所述的室内定位系统与AGV可移动目标车通信连接；

所述的转毂平台与AGV可移动目标车之间只有在AGV可移动目标车通过雷达探测到会与转毂平台有碰撞风险时才会有信息交互。

优选地，所述的转毂平台包括用于模拟道路负载并托举试验被测车的转毂子系统和用于控制转毂子系统的转毂控制端；

所述的转毂子系统通过外接CAN信号线与试验被测车中的CAN总线相连；所述的转毂控制端直接与试验被测车进行信息交互。

优选地，所述的虚拟导航模拟系统包括相互连接的卫星导航模拟器和GPS射频天线，所述的卫星导航模拟器与集成控制系统连接，所述的GPS射频天线与试验被测车连接；

所述的集成控制系统首先对卫星导航模拟器进行测试数据配置，确定被测车辆初始位置，测试过程中，试验被测车在转毂子系统上模拟道路行驶，绝对位置静止，其速度、加速度、转向的运动参数通过转毂控制端实时传输给集成控制系统，然后集成控制系统将这些信息传输给卫星导航模拟器，卫星导航模拟器根据这些运动信息配置卫星信号，最后通过GPS射频天线发射，完成被测车辆虚拟导航环境，同时卫星导航模拟器将测试过程中的数据实时回传给集成控制系统。

优选地，所述的环屏带雷达的虚拟目标物系统包括雷达目标模拟器、环屏和雷达天线，所述的集成控制系统、雷达目标模拟器、雷达天线和试验被测车依次连接，所述的集成控制系统、环屏和试验被测车依次连接；

所述的集成控制系统根据最初的场景配置以及收到的试验被测车实施运动信息进行场景解算，生成雷达信号模拟指令发送给雷达目标模拟器，生成天线移动指令控制雷达天线运动；雷达目标模拟器根据接收到的模拟指令进行目标信号生成，然后通过雷达天线发射，完成试验被测车雷达目标虚拟环境；

同时所述的集成控制系统根据最初的场景配置以及收到的试验被测车实施运动信息进行场景解算，输入虚拟图像处理程序，图像处理程序生成视频信号发送到屏幕；构建完成基于视觉的道路交通环境。

优选地，所述的环境模拟系统包括环境仓以及分别安装在环境仓内的降雨系统、雾系统、霾系统、降雪系统和光照系统。

优选地，所述的降雨系统包括环境仓内均匀布置喷头；所述的雾系统包括蒸汽加湿器；所述的霾系统包括气溶胶发生器；所述的降雪系统包括造雪机；所述的光照系统包括有支架可移动的氙气灯。

优选地，所述的V2X信号模拟系统包括V2X信号发生器和V2X射频天线，所述的集成控制系统、V2X信号发生器、V2X射频天线和试验被测车依次连接；

测试开始前，所述的集成控制系统首先对V2X信号发生器进行测试数据配置，模拟初始状态网联环境，测试开始，试验被测车在转毂子系统上模拟道路行驶，绝对位置静止，其速度、加速度的运动参数通过转毂控制端实时传输给集成控制系统，同样移动目标物运动状态也通过无线链路传输给集成控制系统；然后集成控制系统根据最初的场景配置以及收到的实时数据进行场景解算，生成V2X信号模拟指令发送给V2X信号发生器；V2X信号发生器根据接收到的模拟指令进行信号生成，最后通过V2X射频天线发射，完成试验被测车V2X测试环境。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

完全基于整车出发，以整车的行为能力作为判断基础，而不是控制器、雷达、摄像头的数据来反映车辆的情况，并配以相关转毂平台下的ADAS功能测试，是真正的整车硬件在环测试系统。

整车硬件在环试验过程中，测试车辆将被置于转毂上，通过转动模拟车辆运动，利用相对运动原理构建与被测车辆的交互环境，可将复杂道路场景在实验室中通过可控的环境进行复现，便于集成气象、电磁、通信等多种耦合环境的模拟，解决目前道路测试存在的效率低、成本高以及重复性差等问题。该系统具有高可控、高效率和高可重复性等特点，可满足高危险场景测试、容错性测试等复杂高风险工况下的测试需求，缩短开发周期，降低开发成本，为智能网联汽车研发验证提供全新的测试工具，同时也为测试方法和标准规范研究提供支撑平台。

整车硬件在环系统目前在国内还属于行业空白，整个系统非常复杂，建设成本非常高，国内还没有相关的经验。因此，整车硬件在环实验室作为国际领先的测试系统，积极响应发展智能网联汽车的国家战略，将更好服务于智能网联汽车企业测试开发，为测试方法及相关标准研究提供有力的技术支撑，推动中国汽车产业转型升级。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明虚拟导航模拟系统的结构示意图；

图3为本发明环屏带雷达的虚拟目标物系统的结构示意图；

图4为本发明环境模拟系统的结构示意图；

图5为本发明V2X信号模拟系统的结构示意图；

图6为AEB动作时测试场景示意图；

图7为FCW动作时测试场景示意图；

图8为车速60km/h行人自动紧急制动时测试场景示意图；

图9为车速80km/h行人自动紧急制动时测试场景示意图；

图10为车辆盲区监测的测试场景示意图。

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。

如图1所示，一种室内整车硬件在环试验系统，室内场地面积约为200m*55m，其系统架构及各组成部分为：

1、转毂平台(滚筒转速与本车轮速不匹配的问题，通过增大滚筒与车轮接触面的摩擦系数，更换接触面材料，使车辆在紧急制动时车轮不发生滑动)，主要特点为前轮可转向，且能模拟道路负载，举升托举承重大，整体承重4.2吨，托举架承重3.5吨；

2、室内定位系统，采用国外高精度CM级别室内定位系统，解决室内GPS信号弱或者无GPS信号的问题，并可解决室内多路径干扰问题；

3、试验被测车，采用被测车辆为具有ADAS系统且具有L3级以上自动驾驶功能的车辆；

4、AGV可移动目标车，采用自主研发的360°可自由移动的程控目标车，可以由控制平台输入路径信息以及位置控制信息；

5、环屏带雷达的虚拟目标物系统，主要包括雷达目标模拟器和环屏可视化系统，两者可以配合使用或者单独使用；

6、环境模拟系统，包括温湿度调节，降雨，降雪，雾，霾等环境参数，单独或者组合使用；

7、虚拟导航模拟系统，利用导航模拟器模拟卫星相对被测车辆运动，通过转毂平台上外加滚筒传感器输出的滚筒转速及时间，通过RS232传输线输入进导航模拟器，复现车辆导航环境，测试车辆定位导航系统；

8、V2X信号模拟系统，V2X模拟系统提供虚拟场景，主要是V2I的场景，包括碰撞预警，危险状况提示，限速预警，前方车辆拥堵等；

9、集成控制平台，负责上述各个模块的低时延数据流通，以及具有优先级排列的模块终端控制。

图1表示了试验系统以转毂平台构建的整车运行环境为基础，依据相对运动原理，通过多个移动目标物(AGV)构建基础道路交通环境。在此基础上，结合环境模拟系统、虚拟导航系统以及网联V2X系统构建完整并且接近于真实道路交通环境，将复杂的道路交通组合场景测试在实验室中进行复现。移动目标物(AGV)通过高精室内定位系统以及多目标实时系统实现运动轨迹的精确控制。集成控制是整车硬件在环试验系统的控制核心，它在测试的前、中、后期都发挥着重要作用。测试前需要完成场景数据转化、各系统测试数据的配置输入；测试中需要对各系统数据进行采集、中转、解码、控制、监控等；测试完成后需进行数据处理、分析、回放、归档等。同时也是整个试验系统的数据中心、安防中心、参观演示中心等等。该试验系统建成后可以针对L3以上自动驾驶车辆的ADAS及其相关的功能进行测试，区别于道路测试，室内整车试验系统测试能够模拟极限工况，具有更高的安全性和效率性，可以更好服务产业开发，并缩短整个开发周期，节省成本。

内部各分系统及相关通讯如下：

转毂平台(含试验被测车)中的转毂系统通过外接CAN信号线与被测车辆中的CAN总线相连接，转毂控制端可以直接与被测车辆进行信息交互，确保两者信息参数的同步性。

转毂平台(含试验被测车)与可移动目标车(AGV)之间正常情况无信息交互，只有AGV在行驶过程中通过车辆四周的雷达探测到会与转毂平台有碰撞风险时，采取制动措施，并发出中断报警发至集控中心，通过集成控制发送进一步的制动指令。

可移动目标车(AGV)的定位信息由室内定位系统提供，信息可以精确给出，且此套室内定位系统可以保证室内到室外、室外到室内测试的无缝切换。

转毂平台(含试验被测车)与虚拟导航模拟系统之间通过集成控制相互传输信息，如图2所示。

测试开始前，所述的集成控制系统首先对卫星导航模拟器进行测试数据配置，确定被测车辆初始位置，测试过程中，试验被测车在转毂子系统上模拟道路行驶，绝对位置静止，其速度、加速度、转向的运动参数通过转毂控制端实时传输给集成控制系统，然后集成控制系统将这些信息传输给卫星导航模拟器，卫星导航模拟器根据这些运动信息配置卫星信号，最后通过GPS射频天线发射，完成被测车辆虚拟导航环境，同时卫星导航模拟器将测试过程中的数据实时回传给集成控制系统。

转毂平台(含试验被测车)与环屏带雷达的虚拟目标物系统之间通过集成控制相互传输信息，如图3所示。

集成控制系统根据最初的场景配置以及收到的试验被测车实施运动信息进行场景解算，生成雷达信号模拟指令发送给雷达目标模拟器，生成天线移动指令控制雷达天线运动；雷达目标模拟器根据接收到的模拟指令进行目标信号生成，然后通过雷达天线发射，完成试验被测车雷达目标虚拟环境。

雷达模拟器首先还需接收车载雷达发射的初始信号，进行时间轴同步。目标物的距离可以通过信号模拟直接生成，目标物角度变化通过天线在导轨上运动得到。

对于环屏视频输出，集成控制系统根据最初的场景配置以及收到的试验被测车实施运动信息进行场景解算，输入虚拟图像处理程序(主机安置于集成控制中心)，图像处理程序生成视频信号发送到屏幕；构建完成基于视觉的道路交通环境。

环境模拟系统之间通过真实的雨雾环境来影响转毂试验台上的整车行为能力，通过集成控制中心下发的指令，来进行雨、雪、雾、霾等天气的更换及组合，如图4所示。

环境模拟系统使用整个环境仓方便移动和拆解，在环境仓中，布设降雨系统、雾霾环境、降雪环境、光照环境。

降雨系统：要求在转毂上方覆盖淋雨，面积为100*12㎡，雨量设计为5～30mm。在环境仓内均匀布置喷头，通过水泵、变频器、流量调节阀，可控制降雨量的大小。

雾系统：采用蒸汽加湿器，由于上海湿度比较大，年平均湿度在78％，加湿方式可采取蒸汽加湿器即可满足要求。

霾系统：实验室配置气溶胶发生器，并采用维萨拉的能见度传感器进行检测，可满足实验室内对霾的要求。

降雪系统：要求在测试环境中模拟降雪环境，降雪面积100*12㎡，降雪量设计为5～10mm。降雪强度可通过控制高压水泵转速、降雪间隔及喷头开启数量等不同方式获得。

光照系统：使用近似于太阳光谱的有支架可移动的氙气灯，覆盖面积100*12㎡，照度范围0～1x10^5流明，通过电流开关控制照度。并且所有灯座角度可调，模拟对向来车不同角度及强度的光照以及清晨和傍晚平行光照对传感器的影响。

温度对雷达传感器的影响测试，只需要在传感器周围布置一套可控的温度控制系统。地面积水与积雪可以根据要求临时铺设。

转毂平台(含试验被测车)与V2X信号模拟系统之间通过集成控制中心进行数据传输，如图5所示。

如图5所示，测试开始前，集成控制系统首先对V2X信号发生器进行测试数据配置，模拟初始状态网联环境。测试开始，试验被测车在转毂子系统上模拟道路行驶，绝对位置静止，其速度、加速度的运动参数通过转毂控制端实时传输给集成控制系统，同样移动目标物运动状态也通过无线链路传输给集成控制系统；然后集成控制系统根据最初的场景配置以及收到的实时数据进行场景解算，生成V2X信号模拟指令发送给V2X信号发生器；V2X信号发生器根据接收到的模拟指令进行信号生成，最后通过V2X射频天线(DSRC、LTE-V2V、5G)发射，完成被测车辆V2X测试环境。根据网联场景复杂程度可增加相应的V2X模拟器以及射频天线数量。

除此之外，在测试过程中加入信号干扰，验证被测车辆在网络环境较差情况下的系统性能，甚至还可以加入网络攻击等测试环境。以上便组成了一种室内整车硬件在环试验系统。

相关ADAS测试方法：

基于上述搭建的室内整车硬件在环试验系统，将相关的ADAS测试内容及方法归纳如下：

AEB CCR(车辆追尾紧急制动)

首先进行AEB测试，被测车辆VUT使用沃尔沃XC90(具有ADAS功能)，目标车VT采用可移动目标车(AGV)，测试场景选择CCRs(前车静止)、CCRm(前车匀速)和CCRb(前车制动)如表1所示：

表1

测试场景示意图如图6所示：

在CCRs和CCRm实验中，转毂试验台依次提供上述两个表格中的CCRs、CCRm的转速，VT(AGV)始终向转毂平台运动，从远端开始加速，直至到达上述两表中的数据并保持匀速，待转毂试验台上的车辆执行AEB动作时，立刻控制AGV制动至刹停(如遇特殊情况，可提前人为进行AGV制动，确保不会和转毂试验台碰撞)。

在CCRb实验中，转毂试验台提供上述两个表格中的CCRb的转速，VT(AGV)与转毂试验台中车的初始距离设定为40m，AGV同样朝着转毂平台做直线运动，初速度为0，加速度为-4m/s²，行驶3s后，加速度变为4m/s²，直至停止。在此期间测试转毂试验台上的车是否执行AEB动作。

FCW CCR

再进行FCW测试，被测车辆VUT使用沃尔沃XC90(具有ADAS功能)，目标车VT采用可移动目标车(AGV)，测试场景选择CCRs(前车静止)、CCRm(前车匀速)和CCRb(前车制动)如表2所示。

表2

测试场景如图7所示。

实验过程同AEB，FCW只需触发报警即控制AGV制动至刹停。

AEB VRU_Ped(行人自动紧急制动)

采用假人进行测试实验，按照标准中的行人直线行进路线，判断转毂上的车辆是否执行AEB动作。此实验只考虑碰撞位置50％处，不考虑25％和75％的碰撞点，且不考虑是远端碰撞还是近端碰撞。车辆类型选择沃尔沃XC90。

沃尔沃XC90，车速60km/h，如图8所示。

经实测，沃尔沃XC90从车速60km/h降至0km/h的制动距离为15m。行人行走路径为水平直线AA，L点是50％预碰撞点，行人行走距离HL为6m，行人行走速度为5km/h，极限制动距离LL1为15m，车辆放置在转毂试验台上。在行人通过L点时，测试车辆是否触发AEB制动。

BSD(车辆盲区监测)

车辆放置于转毂上，转毂提供转速恒为40km/h，通过目标车进入其两侧盲区范围，速度分别为50km/h和60km/h，以初速度为0从远端的同一直线驶入，看是否触发车辆盲区报警。

车辆类型选择沃尔沃XC90。如图10所示：车型的盲点检测范围均为左右3m，后方8m的区域。

上述方法改进之处在于：完全基于整车出发，以整车的行为能力作为判断基础，而不是控制器、雷达、摄像头的数据来反映车辆的情况，并配以相关转毂平台下的ADAS功能测试。

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 (7)

1.一种室内整车硬件在环试验装置，包括试验被测车，其特征在于，所述在环试验装置还包括：转毂平台、AGV可移动目标车、用于实现试验被测车与AGV可移动目标车精准定位的室内定位系统、环屏带雷达的虚拟目标物系统、用于实现模拟环境的环境模拟系统、用于实现试验被测车虚拟导航环境的虚拟导航模拟系统、用于提供虚拟场景的V2X信号模拟系统和用于实现各系统间的低时延数据流通以及终端控制的集成控制系统；

所述的环屏带雷达的虚拟目标物系统、环境模拟系统、虚拟导航模拟系统和V2X信号模拟系统均通过集成控制系统与转毂平台相连，所述的室内定位系统与AGV可移动目标车通信连接；

所述的转毂平台与AGV可移动目标车之间只有在AGV可移动目标车通过雷达探测到会与转毂平台有碰撞风险时才会有信息交互。

2.根据权利要求1所述的一种室内整车硬件在环试验装置，其特征在于，所述的转毂平台包括用于模拟道路负载并托举试验被测车的转毂子系统和用于控制转毂子系统的转毂控制端；

所述的转毂子系统通过外接CAN信号线与试验被测车中的CAN总线相连；所述的转毂控制端直接与试验被测车进行信息交互。

3.根据权利要求2所述的一种室内整车硬件在环试验装置，其特征在于，所述的虚拟导航模拟系统包括相互连接的卫星导航模拟器和GPS射频天线，所述的卫星导航模拟器与集成控制系统连接，所述的GPS射频天线与试验被测车连接；

所述的集成控制系统首先对卫星导航模拟器进行测试数据配置，确定被测车辆初始位置，测试过程中，试验被测车在转毂子系统上模拟道路行驶，绝对位置静止，其速度、加速度、转向的运动参数通过转毂控制端实时传输给集成控制系统，然后集成控制系统将这些信息传输给卫星导航模拟器，卫星导航模拟器根据这些运动信息配置卫星信号，最后通过GPS射频天线发射，完成被测车辆虚拟导航环境，同时卫星导航模拟器将测试过程中的数据实时回传给集成控制系统。

4.根据权利要求1所述的一种室内整车硬件在环试验装置，其特征在于，所述的环屏带雷达的虚拟目标物系统包括雷达目标模拟器、环屏和雷达天线，所述的集成控制系统、雷达目标模拟器、雷达天线和试验被测车依次连接，所述的集成控制系统、环屏和试验被测车依次连接；

所述的集成控制系统根据最初的场景配置以及收到的试验被测车实施运动信息进行场景解算，生成雷达信号模拟指令发送给雷达目标模拟器，生成天线移动指令控制雷达天线运动；雷达目标模拟器根据接收到的模拟指令进行目标信号生成，然后通过雷达天线发射，完成试验被测车雷达目标虚拟环境；

同时所述的集成控制系统根据最初的场景配置以及收到的试验被测车实施运动信息进行场景解算，输入虚拟图像处理程序，图像处理程序生成视频信号发送到屏幕；构建完成基于视觉的道路交通环境。

5.根据权利要求1所述的一种室内整车硬件在环试验装置，其特征在于，所述的环境模拟系统包括环境仓以及分别安装在环境仓内的降雨系统、雾系统、霾系统、降雪系统和光照系统。

6.根据权利要求5所述的一种室内整车硬件在环试验装置，其特征在于，所述的降雨系统包括环境仓内均匀布置喷头；所述的雾系统包括蒸汽加湿器；所述的霾系统包括气溶胶发生器；所述的降雪系统包括造雪机；所述的光照系统包括有支架可移动的氙气灯。

7.根据权利要求2所述的一种室内整车硬件在环试验装置，其特征在于，所述的V2X信号模拟系统包括V2X信号发生器和V2X射频天线，所述的集成控制系统、V2X信号发生器、V2X射频天线和试验被测车依次连接；

测试开始前，所述的集成控制系统首先对V2X信号发生器进行测试数据配置，模拟初始状态网联环境，测试开始，试验被测车在转毂子系统上模拟道路行驶，绝对位置静止，其速度、加速度的运动参数通过转毂控制端实时传输给集成控制系统，同样移动目标物运动状态也通过无线链路传输给集成控制系统；然后集成控制系统根据最初的场景配置以及收到的实时数据进行场景解算，生成V2X信号模拟指令发送给V2X信号发生器；V2X信号发生器根据接收到的模拟指令进行信号生成，最后通过V2X射频天线发射，完成试验被测车V2X测试环境。

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