CN112015164A - 基于数字孪生的智能网联汽车复杂测试场景实现系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于数字孪生的智能网联汽车复杂测试场景实现系统，包括云端控制系统以及进行交互连接的真实世界和虚拟世界，真实世界包括真实道路、行驶在真实道路上的被测车辆以及动态交通元素，虚拟世界包括孪生道路，云端控制系统包括动态更新模块；基于孪生道路以及测试场景，确定所需的动态交通元素及其目标运动轨迹；以实现动态交通元素的目标运动轨迹作为控制目标，同时基于动态更新模块输出的被测车辆实时状态以及动态交通元素实时状态，通过协调控制计算分别生成被测车辆控制指令以及动态交通元素控制指令；本发明不仅可以快速高效地实现复杂测试场景，提高测试效率，而且测试场景的整体实现过程高精度受控，测试场景可重复性好，提升测试水平。
Description
技术领域
本发明属于自动驾驶测试技术领域，具体涉及一种基于数字孪生的智能网联汽车复杂测试场景实现系统。
背景技术
自动驾驶的道路测试是决定自动驾驶是否能够真正落地应用的重要环节，其中，由于封闭道路测试安全性高，可重复性强，受外界干扰小，是自动驾驶车辆进行路测前的必经环节。
在当前封闭道路测试中的动态交通元素主要包括有：行人、自行车、机动车等，为了确保测试的安全可靠性，通常采用假人和假车进行场景测试。具体来说，将假人和假车安装在一个可移动的平台上，平台移动的控制方式，一般包括有：第一、手动控制：假人假车安装在预先铺设好的轨道上，通过测试人员通过绳索拉动；第二、远程控制：测试员在测试场地现场，根据被测车辆的位置和测试需求，对移动平台进行远程控制。这两种控制方式，对于实现简单的测试场景是可行的，但是无法实现复杂的测试场景，而且现有的方式测试效率低下，无法满足自动驾驶领域深度应用发展而产生的大量日益复杂的功能测试需求。
因此，市场迫切需要寻求技术方案来解决以上技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于数字孪生的智能网联汽车复杂测试场景实现系统，不仅可以快速高效地实现复杂测试场景，提高测试效率，而且测试场景的整体实现过程高精度受控，测试场景可重复性好，提升测试水平。
本发明采用的技术方案如下：
一种基于数字孪生的智能网联汽车复杂测试场景实现系统，包括云端控制系统以及进行交互连接的真实世界和虚拟世界，所述真实世界包括真实道路、行驶在真实道路上的被测车辆以及动态交通元素，所述虚拟世界包括通过数字孪生计算得到的孪生道路，所述云端控制系统包括用于实时采集被测车辆信息以及动态交通元素信息的动态更新模块；其中，
基于孪生道路以及所选择的测试场景，确定所需的动态交通元素及其目标运动轨迹；
以实现动态交通元素的目标运动轨迹作为控制目标，同时基于动态更新模块输出的被测车辆实时状态以及动态交通元素实时状态，通过协调控制计算分别生成被测车辆控制指令以及动态交通元素控制指令；
所述被测车辆以及动态交通元素分别按照被测车辆控制指令以及动态交通元素控制指令运行，高效实现所述被测车辆的复杂测试场景。
优选地，所述被测车辆以及动态交通元素上均设有传感器，所述动态更新模块分别与各传感器无线通信连接，用于分别实时采集被测车辆信息以及动态交通元素信息。
优选地，所述云端控制系统包括用于所述协调控制计算的协调控制模块，所述协调控制模块与各所述动态更新模块通信连接。
优选地，所述云端控制系统包括测试场景解析模块，所述测试场景解析模块对接收到的孪生道路以及测试场景信息进行场景解析，确定动态交通元素在所述真实道路上的目标运动轨迹。
优选地，所述测试场景解析模块通信连接测试场景库，在测试场景库中选择匹配的测试场景，在所述测试场景中定义所需的动态交通元素。
优选地，所述虚拟世界还包括根据动态更新模块输出的被测车辆信息以及动态交通元素信息进行数字孪生计算得到的孪生被测车辆和孪生动态交通元素，可通过所述云端控制系统进行实时动态展示。
优选地，所述动态交通元素包括在真实道路上出现的模拟车辆和/或模拟人和/或模拟生物或模拟障碍物。
优选地，所述被测车辆控制指令输出的信号包括被测车辆的测试信号和/或被测车辆的目标运行速度。
优选地，所述真实道路采用封闭式道路。
优选地，根据如上所述之一所述的智能网联汽车复杂测试场景实现系统，所述智能网联汽车复杂测试场景实现系统的实现流程包括如下步骤：
S10)、在真实世界中选择用于测试的真实道路，然后在虚拟世界中通过数字孪生计算创建孪生道路；
S20)、选择测试场景，并在测试场景中定义所需的动态交通元素；
S30)、对所述测试场景进行解析，输出各动态交通元素的目标运动轨迹；
S40)、根据各动态交通元素的目标运动轨迹，同时基于被测车辆实时状态以及动态交通元素实时状态，通过协调控制计算分别生成被测车辆控制指令以及动态交通元素控制指令；
S50)、所述被测车辆以及动态交通元素分别按照被测车辆控制指令以及动态交通元素控制指令运行，在该测试场景下完成对所述被测车辆的测试评估。
需要说明的是，本申请涉及的数字孪生计算技术为已知的计算技术，本申请对其本身没有特别创新之处，因此不再对数字孪生技术本身展开具体说明。
本发明创造性地利用数字孪生技术对真实道路创建生成孪生道路，以此作为虚拟世界的数据基础确定在目标测试场景下所需的动态交通元素及其目标运动轨迹，然后对真实世界中的被测车辆和动态交通元素进行实时动态控制和状态监控，通过协调控制计算分别生成真实世界被测车辆控制指令以及真实世界动态交通元素控制指令，被测车辆以及动态交通元素分别按照被测车辆控制指令以及动态交通元素控制指令运行，不仅可以快速高效地实现复杂测试场景，有效提高测试效率，而且测试场景的整体实现过程高精度受控，测试场景可重复性好，有力提升测试水平。
附图说明
图1是本发明具体实施方式下基于数字孪生的智能网联汽车复杂测试场景实现系统的功能模块连接示意图；
图2是本发明具体实施方式下基于数字孪生的智能网联汽车复杂测试场景实现系统的实现流程图；
图3是本发明具体实施方式下被测车辆1在真实道路2上被超车的测试场景实现过程示意图。
具体实施方式
本发明实施例公开了一种基于数字孪生的智能网联汽车复杂测试场景实现系统，包括云端控制系统以及进行交互连接的真实世界和虚拟世界，真实世界包括真实道路、行驶在真实道路上的被测车辆以及动态交通元素，虚拟世界包括通过数字孪生计算得到的孪生道路，云端控制系统包括用于实时采集被测车辆信息以及动态交通元素信息的动态更新模块；其中，基于孪生道路以及所选择的测试场景，确定所需的动态交通元素及其目标运动轨迹；以实现动态交通元素的目标运动轨迹作为控制目标，同时基于动态更新模块输出的被测车辆实时状态以及动态交通元素实时状态，通过协调控制计算分别生成被测车辆控制指令以及动态交通元素控制指令；被测车辆以及动态交通元素分别按照被测车辆控制指令以及动态交通元素控制指令运行，高效实现被测车辆的复杂测试场景。
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明中的技术方案，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。
请参见图1所示，一种基于数字孪生的智能网联汽车复杂测试场景实现系统，包括云端控制系统以及进行交互连接的真实世界和虚拟世界，真实世界包括真实道路、行驶在真实道路上的被测车辆以及动态交通元素，在本实施方式中，真实道路采用封闭式道路，可以保证在安全环境下实现各种复杂测试场景；虚拟世界包括通过数字孪生计算得到的孪生道路，云端控制系统包括用于实时采集被测车辆信息以及动态交通元素信息的动态更新模块；其中，
基于孪生道路以及所选择的测试场景，确定所需的动态交通元素及其目标运动轨迹；优选地，在本实施方式中，云端控制系统包括测试场景解析模块，测试场景解析模块对接收到的孪生道路以及测试场景信息进行场景解析，确定动态交通元素在真实道路上的目标运动轨迹；测试场景解析模块通信连接测试场景库，在测试场景库中选择匹配的测试场景，在测试场景中定义所需的动态交通元素；具体地，在本实施方式中，动态交通元素可包括在真实道路上出现的模拟车辆和/或模拟人和/或模拟生物或模拟障碍物，用于模拟被测车辆行驶在真实道路上会遇到的各种动态元素组合；
以实现动态交通元素的目标运动轨迹作为控制目标，同时基于动态更新模块输出的被测车辆实时状态以及动态交通元素实时状态，优选地，在本实施方式中，被测车辆以及动态交通元素上均设有传感器，动态更新模块分别与各传感器无线通信连接，用于分别实时采集被测车辆信息以及动态交通元素信息；然后通过协调控制计算分别生成被测车辆控制指令以及动态交通元素控制指令，优选地，在本实施方式中，云端控制系统包括用于协调控制计算的协调控制模块，协调控制模块与各动态更新模块通信连接；虚拟世界还包括根据动态更新模块输出的被测车辆信息以及动态交通元素信息进行数字孪生计算得到的孪生被测车辆和孪生动态交通元素，可通过云端控制系统进行实时动态直观展示；
在本实施方式中，被测车辆以及动态交通元素分别按照被测车辆控制指令以及动态交通元素控制指令运行，高效实现所述被测车辆的复杂测试场景；优选地，被测车辆控制指令输出的信号包括被测车辆的测试信号和/或被测车辆的目标运行速度，通过向被测车辆发出测试信号，同时被测车辆准备好进入测试状态；
在本实施方式中，请进一步参见图2所示，根据如上所述智能网联汽车复杂测试场景实现系统的实现流程包括如下步骤：
S10)、在真实世界中选择用于测试的真实道路，然后在虚拟世界中通过数字孪生计算创建孪生道路；
S20)、选择测试场景，并在测试场景中定义所需的动态交通元素；
S30)、对测试场景进行解析，输出各动态交通元素的目标运动轨迹；
S40)、根据各动态交通元素的目标运动轨迹，同时基于被测车辆实时状态以及动态交通元素实时状态，通过协调控制计算分别生成被测车辆控制指令以及动态交通元素控制指令；
S50)、被测车辆以及动态交通元素分别按照被测车辆控制指令以及动态交通元素控制指令运行，在该测试场景下完成对被测车辆的测试评估；具体地，测试评估结果可直接由真实世界的被测车辆直接输出。
为了进一步说明本实施例的实施过程，请进一步参见图3所示，本申请将被测车辆1在真实道路2上被超车的场景确定为测试场景，定义1号车辆①作为动态交通元素1，2号车辆②作为动态交通元素2，通过场景解析模块自动计算输出该测试场景下所需的1号车辆①和2号车辆②的具体驾驶行为(相当于目标运动轨迹)，其具体要求为：当被测车辆1以一定车速在真实道路2上直线行驶时，要求2号车辆在被测车辆1的右侧以相同车速并行驾驶，同时设定1号车辆①的目标运动轨迹：1号车辆①从相对被测车辆的位置(1)到位置(2)，再到位置(3)，实现被测车辆被超车；协调控制模块接收被测车辆、1号车辆①、2号车辆②的实时状态信息(包括位置、车速等状态信息)，通过协调控制计算分别输出对被测车辆以及1号车辆①、2号车辆②的控制指令，具体控制指令为：对被测车辆发送测试开始命令和目标车速信号指令。对1号车辆①发送油门踏板开度、制动踏板和转向机构的控制命令，使其按目标运动轨迹运行；对2号车辆②发送油门踏板开度、制动踏板和转向机构的控制命令，使其保持与被测车辆并行驾驶；进而快速高效地实现了对“被测车辆1在真实道路2上被超车，同时右侧有车并行”的复杂测试场景。
本实施例创造性地利用数字孪生技术对真实道路创建生成孪生道路，以此作为虚拟世界的数据基础确定在目标测试场景下所需的动态交通元素及其目标运动轨迹，然后对真实世界中的被测车辆和动态交通元素进行实时动态控制和状态监控，通过协调控制计算分别生成真实世界被测车辆控制指令以及真实世界动态交通元素控制指令，被测车辆以及动态交通元素分别按照被测车辆控制指令以及动态交通元素控制指令运行，不仅可以快速高效地实现复杂测试场景，有效提高测试效率，而且测试场景的整体实现过程高精度受控，测试场景可重复性好，有力提升测试水平。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (10)
1.一种基于数字孪生的智能网联汽车复杂测试场景实现系统，其特征在于，包括云端控制系统以及进行交互连接的真实世界和虚拟世界，所述真实世界包括真实道路、行驶在真实道路上的被测车辆以及动态交通元素，所述虚拟世界包括通过数字孪生计算得到的孪生道路，所述云端控制系统包括用于实时采集被测车辆信息以及动态交通元素信息的动态更新模块；其中，
基于孪生道路以及所选择的测试场景，确定所需的动态交通元素及其目标运动轨迹；
以实现动态交通元素的目标运动轨迹作为控制目标，同时基于动态更新模块输出的被测车辆实时状态以及动态交通元素实时状态，通过协调控制计算分别生成被测车辆控制指令以及动态交通元素控制指令；
所述被测车辆以及动态交通元素分别按照被测车辆控制指令以及动态交通元素控制指令运行，高效实现所述被测车辆的复杂测试场景。
2.根据权利要求1所述的智能网联汽车复杂测试场景实现系统，其特征在于，所述被测车辆以及动态交通元素上均设有传感器，所述动态更新模块分别与各传感器无线通信连接，用于分别实时采集被测车辆信息以及动态交通元素信息。
3.根据权利要求1所述的智能网联汽车复杂测试场景实现系统，其特征在于，所述云端控制系统包括用于所述协调控制计算的协调控制模块，所述协调控制模块与各所述动态更新模块通信连接。
4.根据权利要求1所述的智能网联汽车复杂测试场景实现系统，其特征在于，所述云端控制系统包括测试场景解析模块，所述测试场景解析模块对接收到的孪生道路以及测试场景信息进行场景解析，确定动态交通元素在所述真实道路上的目标运动轨迹。
5.根据权利要求4所述的智能网联汽车复杂测试场景实现系统，其特征在于，所述测试场景解析模块通信连接测试场景库，在测试场景库中选择匹配的测试场景，在所述测试场景中定义所需的动态交通元素。
6.根据权利要求1所述的智能网联汽车复杂测试场景实现系统，其特征在于，所述虚拟世界还包括根据动态更新模块输出的被测车辆信息以及动态交通元素信息进行数字孪生计算得到的孪生被测车辆和孪生动态交通元素，可通过所述云端控制系统进行实时动态展示。
7.根据权利要求1所述的智能网联汽车复杂测试场景实现系统，其特征在于，所述动态交通元素包括在真实道路上出现的模拟车辆和/或模拟人和/或模拟生物或模拟障碍物。
8.根据权利要求1所述的智能网联汽车复杂测试场景实现系统，其特征在于，所述被测车辆控制指令输出的信号包括被测车辆的测试信号和/或被测车辆的目标运行速度。
9.根据权利要求1所述的智能网联汽车复杂测试场景实现系统，其特征在于，所述真实道路采用封闭式道路。
10.根据权利要求1-9之一所述的智能网联汽车复杂测试场景实现系统，其特征在于，所述智能网联汽车复杂测试场景实现系统的实现流程包括如下步骤：
S10)、在真实世界中选择用于测试的真实道路，然后在虚拟世界中通过数字孪生计算创建孪生道路；
S20)、选择测试场景，并在测试场景中定义所需的动态交通元素；
S30)、对所述测试场景进行解析，输出各动态交通元素的目标运动轨迹；
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