CN112255996B - 一种基于整车在环的cacc稳定性测试系统及方法 - Google Patents

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    • G05B17/02—Systems involving the use of models or simulators of said systems electric

Abstract

本发明公开了一种基于整车在环的CACC稳定性测试系统及方法，乘用车道路动态模拟试验台架、DSRC设备、虚拟前车控制模块和控制模块作为测试系统的硬件组成，协同工作提供待测车辆进行测试的必要场景；控制模块实现运动参数、车辆位置、车辆状态的信息读取与处理。能够有效的对CACC编队方式下车辆队列行驶的稳定性进行测试，使用方便、简单。本发明一种基于整车在环的CACC稳定性测试方法，能够有效的对CACC编队方式下车辆队列行驶的稳定性进行测试，使用方便，成本低，测试过程简单。

Description

一种基于整车在环的CACC稳定性测试系统及方法
技术领域
本发明涉及智能汽车测试技术领域，具体而言，涉及一种基于整车在环的CACC稳定性测试系统及方法。
背景技术
随着社会的进一步发展，为了更好的提高公路运输的效率，降低城市交通中的安全风险，智能交通系统(Intelligent Transport Systems，ITS)成为了现代道路运输发展及相关产业变革的趋势。
车辆队列技术作为ITS的典型应用，主要通过在车辆上安装传感器、雷达以及车载通信单元，使得车辆之间能够相互感应或通信，进而通过特定控制策略使多个车辆排成一列，并保持一定的安全距离。将多个队列按照一个整体进行处理，从而实现车辆流以较高的平均速度和相对较短的车辆间距行驶。
自适应巡航控制(Adaptive Cruise Control，ACC)是目前较为成熟，且已经商业化的进行车辆编队方式；ACC是通过使用雷达或传感器等方式获取前一车辆的动态信息，从而辅助驾驶员进行驾驶。在此基础上，通过安装车载无线通信设备使车辆间可以通信，实现协同式自适应巡航控制(Cooperative Adaptive Cruise Control，CACC)，从而具有更好的性能，有效的减小稳定跟驰的车辆间距、稳定车辆队列的速度并且减轻扰动。
由于车载通信设备在不同外部条件下存在延迟，车辆在编队行驶过程中由于延迟特别是通信延迟，会导致CACC行驶的不稳定。因此为了进一步确定CACC的适用条件，实现CACC的应用，亟需确定一种方法对车辆队列的稳定性进行测试。
目前实车场地测试技术在技术不完善的条件下无法进行多频次的测试、测试变量不好控制、测试成本高、可重复性差等因素都制约了其进一步的应用；而虚拟仿真测试的测试结果极度依赖所建立模型的精度，并且极易受到干扰。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于整车在环的CACC稳定性测试系统及方法，以克服现有技术的不足。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于整车在环的CACC稳定性测试系统，包括乘用车道路动态模拟试验台架、DSRC设备和控制模块；
所述乘用车道路动态模拟实验台架用于与虚拟前车控制模块协同提供待测车辆编队行驶的交通场景；
所述DSRC设备用于实现待测车辆与虚拟前车的通信；
所述控制模块包括虚拟前车控制模块和待测车辆控制模块；虚拟前车控制模块用于根据测试需求生成虚拟的前车场景辅助测试；待测车辆控制模块用于读取待测车辆的实时状态、进行信息交互、按预设策略纵向控制、记录相关车辆数据以及进行USBCAN的初始化。
进一步的，乘用车道路动态模拟实验台架用于将待测车辆的虚拟模型在测试搭建的虚拟场景道路行驶时的横向与纵向的坡度角信息实时地反馈给控制模块。
进一步的，待测车辆通过USBCAN接口卡与控制模块连接。
进一步的，所述虚拟前车控制模块包括车辆数据读取模块、车辆信息交互模块、PING测试模块和吞吐量测试模块，车辆数据读取模块用于读取预设的虚拟前车数据，包括虚拟前车的速度、加速度以及位置信息；车辆数据读取模块将读取到的虚拟前车数据打包成UDP数据包传输给车辆信息交互模块；PING测试模块用于网络环境的PING检测，吞吐量测试用于测试网络环境的通信功能。
进一步的，待测车辆控制模块包括USBCAN初始化模块、车辆状态读取模块、车辆信息交互模块、车辆纵向控制模块以及车辆数据记录模块，USBCAN初始化模块用于设置好预定参数建立起与USBCAN的通讯连接；车辆状态读取模块用于在建立起通讯连接之后获得当前待测车辆的信息；车辆信息交互模块用于解析虚拟前车的速度、加速度以及位置等信息；车辆纵向控制模块的用于根据前车状态以及当前车辆状态应用相应控制策略计算出待测车辆的期望加速度，计算出下一个时刻的期望速度，发送给待测车辆并调整其状态，保持车辆队列的稳定；车辆数据记录模块的用于将实验整个过程中虚拟前车以及待测车辆的速度、加速度以及位置信息按照时间戳的顺序依次记录到日志文件中。
进一步的，乘用车道路动态模拟实验台架包括道路模拟系统和Unity3D虚拟场景系统；
所述道路模拟系统能够动态的模拟车辆在真实道路上行驶时的俯仰、侧倾、车轮的偏转以及道路的不同附着系数；
所述Unity3D虚拟场景系统用于为待测车辆提供基于真实道路环境所生成的虚拟交通环境场景，能够对自动驾驶车辆的智能决策水平及车路协同应用提供良好的实验条件。
一种基于整车在环的CACC稳定性测试方法，包括以下步骤：
步骤1)、测试开始之前，按照所述整体框架连接好各个设备并通电；
步骤2)、分别运行待测车辆及虚拟前车，对待测车辆程序进行USBCAN初始化；
步骤3)、待测车辆程序初始化完成后，将虚拟前车的运行数据实时发送至待测车辆；
步骤4)、待测车辆在收到虚拟前车的第一个运行数据报时开始记录，并通过相应控制策略计算出待测车辆期望速度，待测车辆根据期望速度运行并根据虚拟前车的运行数据实时调整待测车辆车速；
步骤5)、当虚拟前车运行数据发送完毕之后，输出待测车辆的运行日志文件，对运行日志文件进行可视化处理，即可实现待测车辆的在环CACC稳定性测试。
进一步的，步骤4)中，采用恒定时距控制策略调整待测车辆的行驶速度：
ui＝ka·ai-1(t-Δ)+
kv·[vi-1(t)-vi(t)]+ks·[di(t)-vi(t)td-Gmin]
具体的，ka是前车的加速度增益，kv是前方车辆i-1与本车i速度之差的增益，ks是前方车辆i-1与本车i间距与期望间距之差的增益，Δ是通信延迟项，di(t)是前方车辆i-1与本车i的间距，Gmin是车辆安全静止距离，td是CTG策略当中定义的车头时距参数。
进一步的，待测车辆的油门控制使用增量式PID方法：
Δu＝ut(k)-ut(k-1)
＝kp[e(k)-e(k-1)]+kie(k)+kd[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)]
kp，ki，kd分别为PID算法中的比例、积分和微分系数；ut(k)表示第k(k＝0,1,2...)个采样时刻的控制量；e(k)表示第k个采样时刻的速度输入偏差。
进一步的，测试过程中，解码获得当前待测车辆的运行信息，根据运行信息中的速度数据计算出待测车辆加速度以及位置信息，作为待测车辆状态保存；根据虚拟前车的运行数据解析得出虚拟前车的速度、加速度以及位置信息，作为虚拟前车状态保存；根据虚拟前车状态以及待测车辆状态，计算待测车辆的期望加速度，计算下一个时刻的期望速度，通过CAN协议帧的形式发送给待测车辆，调整待测车辆的状态，待测车辆测试运行过程中，将实验整个过程中虚拟前车以及待测车辆的速度、加速度以及位置信息按照时间戳的顺序依次记录到日志文件中进行可视化处理，即可实现待测车辆的在环CACC稳定性测试。
与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：
本发明一种基于整车在环的CACC稳定性测试系统，乘用车道路动态模拟试验台架、DSRC设备、虚拟前车控制模块和控制模块作为测试系统的硬件组成，协同工作提供待测车辆进行测试的必要场景；控制模块实现运动参数、车辆位置、车辆状态的信息读取与处理。能够有效的对CACC编队方式下车辆队列行驶的稳定性进行测试，使用方便、简单。本发明一种基于整车在环的CACC稳定性测试方法，能够有效的对CACC编队方式下车辆队列行驶的稳定性进行测试，使用方便，成本低，测试过程简单。
进一步的，采用PING测试模块和吞吐量测试模块的作用主要是在正式开始实验之前对于网络环境进行提前的检测，确保实验的有效性及安全性。
本发明一种基于整车在环的CACC稳定性测试方法，通过分别运行待测车辆及虚拟前车，对待测车辆程序进行USBCAN初始化；待测车辆程序初始化完成后，将虚拟前车的运行数据实时发送至待测车辆；待测车辆在收到虚拟前车的第一个运行数据报时开始记录，并通过相应控制策略计算出待测车辆期望速度，待测车辆根据期望速度运行并根据虚拟前车的运行数据实时调整待测车辆车速,形成闭环测试，当虚拟前车运行数据发送完毕之后，输出待测车辆的运行日志文件，对运行日志文件进行可视化处理，即可实现待测车辆的在环CACC稳定性测试，方法简单可靠。
附图说明
图1为本发明实施例中基于整车在环的CACC稳定性测试系统框架图。
图2为本发明实施例中基于整车在环的CACC稳定性测试系统的乘用车道路动态模拟实验台架系统框图。
图3为本发明实施例中基于整车在环的CACC稳定性测试系统的控制模块软件结构图。
图4本发明实施例中基于整车在环的CACC稳定性测试系统的测试流程图。
图5为本发明实施例中基于整车在环的CACC稳定性测试系统的测试实施例一的虚拟前车速度及加速度信息。
图6为本发明实施例中基于整车在环的CACC稳定性测试系统的测试实施例一的车辆队列速度信息。
图7为本发明实施例中基于整车在环的CACC稳定性测试系统的测试实施例一的车辆队列速度误差信息。
图8为本发明实施例中基于整车在环的CACC稳定性测试系统的测试实施例一的车辆队列间距误差信息。
图9为本发明实施例中基于整车在环的CACC稳定性测试系统的测试实施例二的虚拟前车速度及加速度信息。
图10为本发明实施例中基于整车在环的CACC稳定性测试系统的测试实施例二的车辆队列速度信息。
图11为本发明实施例中基于整车在环的CACC稳定性测试系统的测试实施例二的车辆队列速度误差信息。
图12为本发明实施例中基于整车在环的CACC稳定性测试系统的测试实施例二的车辆队列间距误差信息。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细描述：
一种基于整车在环的CACC稳定性测试系统，包括乘用车道路动态模拟试验台架、DSRC设备和控制模块。
所述乘用车道路动态模拟实验台架用于与虚拟前车控制模块协同提供待测车辆编队行驶的交通场景；乘用车道路动态模拟实验台架可以将待测车辆的虚拟模型在测试人员搭建的虚拟场景道路行驶时的横向与纵向的坡度角信息实时地反馈给控制模块。
所述DSRC设备用于实现待测车辆与虚拟前车的通信。通过在待测车辆上安装车载通信单元(OBU)，通过DSRC设备实现待测车辆与虚拟前车的通信，能在短程对高速移动的待测车辆实现双向通信，实现车辆从“ACC”到“CACC”。
待测车辆通过USBCAN接口卡与控制模块连接。所述USBCAN接口卡应支持CAN2.0A和CAN2.0B协议，符合ISO/DIS11898规范，并且其PC接口符合USB2.0全速规范。
所述控制模块包括虚拟前车控制模块和待测车辆控制模块。虚拟前车控制模块用于根据测试人员需求生成虚拟的前车场景辅助测试；待测车辆控制模块用于读取车辆的实时状态、进行信息交互、按预设策略纵向控制、记录相关车辆数据以及进行USBCAN的初始化。
具体的，所述虚拟前车控制模块包括车辆数据读取模块、车辆信息交互模块、PING测试模块和吞吐量测试模块，车辆数据读取模块用于读取预设的虚拟前车数据，包括虚拟前车的速度、加速度以及位置信息；车辆数据读取模块将读取到的虚拟前车数据打包成UDP数据包传输给车辆信息交互模块；PING测试模块和吞吐量测试模块用于对于网络环境进行提前的检测，PING测试模块用于网络环境的PING检测，吞吐量测试用于测试网络环境的通信功能，确保实验的有效性及安全性。
待测车辆控制模块包括USBCAN初始化模块、车辆状态读取模块、车辆信息交互模块、车辆纵向控制模块以及车辆数据记录模块，USBCAN初始化模块用于设置好预定参数建立起与USBCAN的通讯连接；车辆状态读取模块用于在建立起通讯连接之后获得当前待测车辆的信息；车辆信息交互模块用于解析虚拟前车的速度、加速度以及位置等信息；车辆纵向控制模块的用于根据前车状态以及当前车辆状态应用相应控制策略计算出待测车辆的期望加速度，计算出下一个时刻的期望速度，发送给待测车辆并调整其状态，保持车辆队列的稳定；车辆数据记录模块的用于将实验整个过程中虚拟前车以及待测车辆的速度、加速度以及位置信息按照时间戳的顺序依次记录到日志文件中。
所述乘用车道路动态模拟实验台架包括道路模拟系统和Unity3D虚拟场景系统。
所述道路模拟系统是一个双轴四滚筒平台，滚筒与待测车辆轮胎直接接触，并且通过电磁扭矩控制器与飞轮组相连，与待测车辆前轮接触的转筒分别安装在可以绕垂直于待测车辆底盘、并且通过前轮几何中心的轴旋转的基座上，可以动态的模拟车辆在真实道路上行驶时的俯仰、侧倾、车轮的偏转以及道路的不同附着系数。
所述Unity3D虚拟场景系统用于为待测车辆提供基于真实道路环境所生成的虚拟交通环境场景，能够对自动驾驶车辆的智能决策水平及车路协同应用提供良好的实验条件。
所述DSRC设备具有CAN与RS232的汽车接口、具有USB外设接口、具有RJ45与WIFI的主机接口，需支持消息签名与认证、消息加密与解密。
本发明乘用车道路动态模拟试验台架、DSRC设备、虚拟前车控制模块和控制模块作为测试系统的硬件组成，协同工作提供待测车辆进行测试的必要场景；控制模块实现运动参数、车辆位置、车辆状态的信息读取与处理。能够有效的对CACC编队方式下车辆队列行驶的稳定性进行测试，使用方便、简单。本发明一种基于整车在环的CACC稳定性测试方法，能够有效的对CACC编队方式下车辆队列行驶的稳定性进行测试，使用方便、简单。
实施例：
如图1所示，一种基于整车在环的CACC稳定性测试系统，包括乘用车道路动态模拟实验台架、DSRC设备和控制模块；乘用车道路动态模拟实验台架可以在室内动态的仿真车辆在真实道路行驶过程中不同姿态角、不同道路条件下的受力情况；DSRC设备用于实现待测车辆与虚拟前车之间的通信，待测车辆通过USBCAN接口卡与控制模块连接，本实施例选用了东软DSRC设备的车载通信单元OBU；USBCAN接口卡用于连接待测车辆与控制模块，本实施例选用周立功USBCAN接口卡；待测车辆选用无人车。
如图2所示，所述乘用车道路动态模拟实验台架包括道路模拟系统和Unity3D虚拟场景系统。
所述道路模拟系统通过多个总成串联而成。测试时，根据Unity3D虚拟场景系统中的场景信息，控制道路模拟系统各个总成的驱动构件可以实现对车辆行驶过程中的俯仰、侧倾以及两者复合的各种姿态进行模拟；所述道路模拟系统还包括与前轮直接接触的转向随动装置，进一步的，该装置中心轴线通过待测车辆前轮几何中心，并可绕垂直车辆底盘的轴旋转，实现对车辆前轮偏转的模拟；所述道路模拟系统主要部分还包括电磁扭矩控制器，进一步的，电磁扭矩控制器一端与飞轮组连接，另一端与滚筒通过齿形带连接，测试时，通过控制电磁扭矩控制器中励磁线圈的电流改变飞轮组给滚筒的阻力矩，从而达到对不同道路附着系数的模拟。
所述电磁扭矩控制器原理为：电磁扭矩控制器分为输入、输出端，置于封闭外壳内，外壳内有励磁线圈，外壳内充满高磁导率、高耐热的磁粉。励磁线圈未通电时，输入端与输出端各自独立转动，励磁线圈通电以后，磁粉被磁化，将输入端与输出端耦合。进一步地，电流越大，耦合的越紧密，传递的扭矩也就越大，实现了通过控制电流控制电磁扭矩控制器传递的扭矩。
所述Unity3D虚拟场景系统可以实现场景建立与仿真分析。所述Unity3D虚拟场景系统按如下方式工作：测试人员可以按照真实的交通情况建立虚拟测试交通场景，与相关仿真软件联动，仿真软件用于将运动条件参数化。进一步地，在实际工作时，所述Unity3D虚拟场景系统可以根据测试需求建立模型并仿真分析，然后按照一定策略对所述道路模拟系统的驱动机构进行控制，从而实现目标效果。
如图1中所示，所述DSRC设备用于实现待测车辆与虚拟前车的通信，为了确保系统无线信道的真实性，本实施例中选用了东软DSRC设备的车载通信单元(OBU)。特别地，该OBU支持SAE J2735、IEEE 1609.2-4以及IEEE 802.11p三大标准，最大输出功率为+23dBm(不包含天线增益与调节)，支持消息签名与认证、消息加密与解密。
所述OBU应用的典型应用包括基于WSMP与IP业务的应用、WAVE数据传输与管理帧传输、远程登录应用以及多优先级、多应用支持，所述OBU具有两个天线、工作频率为5.850GHz-5.925GHz、最大通信距离为800m、信道带宽10M、数据速率3/4.5/6/9/12/18/24/27Mbps、平均延迟在10ms内、支持多信道同步。
如图1中所示，所述USBCAN接口卡用于连接待测车辆与控制模块。本实施例中选取了与USB2.0总线全速规范兼容的周立功USBCAN-2E-U接口卡。
如图3所示，本发明较佳实施例的控制模块主要包括虚拟前车控制模块和待测车辆控制模块。
所述虚拟前车控制模块主要包括车辆数据读取模块、车辆信息交互模块、PING测试模块以及吞吐量测试模块。
具体的，所述车辆数据读取模块用于读取预设虚拟前车数据，包括速度、加速度以及位置信息；所述车辆信息交互模块用于将读取到的虚拟前车数据打包成UDP数据包，通过以太网连接传输到DSRC设备终端A，再通过专用信道传输到DSRC设备终端B，最后由DSRC终端B通过以太网连接传输给待测车辆控制模块中的车辆信息交互模块；所述PING测试模块与吞吐量测试模块用于在正式开始实验之前对于网络环境进行提前的检测，确保实验的有效性及安全性。
所述待测车辆控制模块主要包括USBCAN初始化模块、车辆状态读取模块、车辆信息交互模块、车辆纵向控制模块以及车辆数据记录模块。
具体的，USBCAN初始化模块用于通过预设设备名称、设备索引号、第几路CAN、波特率、工作模式以及滤波设置等参数建立与USBCAN-2E-U的通讯连接；车辆状态读取模块用于建立起通讯连接之后，通过筛选特定的CAN协议数据帧，解码获得当前待测车辆的信息，根据速度数据计算出加速度以及位置等信息，保存到定义好的待测车辆状态结构体中；车辆信息交互模块用于通过以太网连接接收到DSRC终端B传输的UDP数据包，解析得出虚拟前车的速度、加速度以及位置等信息，将其保存到定义好的前车状态结构体中；车辆纵向控制模块的作用是，根据前车状态以及待测车辆状态结构体，应用相关控制策略计算待测车辆的期望加速度，计算下一个时刻的期望速度，通过CAN协议帧的形式发送给待测车辆，调整待测车辆的状态，保持车辆队列的稳定；车辆数据记录模块用于将实验整个过程中虚拟前车以及待测车辆的速度、加速度以及位置信息按照时间戳的顺序依次记录到日志文件中，必要时可生成图表文件，便于后续结果分析工作。
将本发明较佳实施例所述的各硬件按照上述架构连接后，可进行正常测测试。
本发明较佳实施例所提供的基于整车在环的CACC稳定性测试系统具体的测试流程如下：
本发明较佳实施例所提供的基于整车在环的CACC稳定性测试系统的详细测试流程图如图4所示：测试过程主要包括以下步骤。
步骤1)、测试开始之前，按照所述整体框架连接好各个设备并通电；
步骤2)、分别运行待测车辆及虚拟前车，对待测车辆程序进行USBCAN初始化；
步骤3)、待测车辆程序初始化完成后，将虚拟前车的运行数据实时发送至待测车辆；
步骤4)、待测车辆在收到虚拟前车的第一个运行数据报时开始记录，并通过相应控制策略计算出待测车辆期望速度，待测车辆根据期望速度运行并根据虚拟前车的运行数据实时调整待测车辆车速；
步骤5)、当虚拟前车运行数据发送完毕之后，输出待测车辆的运行日志文件，对运行日志文件进行可视化处理，绘制成图表，即可实现待测车辆的在环CACC稳定性测试。
为了更清楚地表达本发明所述的基于整车在环的CACC稳定性测试系统及方法，以下将结合两个测试实例对本发明作进一步说明，并对其测试结果作以分析。
具体的，所述测试实例均采用恒定时距控制策略(CTG)，可用下述公式表示：
ui＝ka·ai-1(t-Δ)+kv·[vi-1(t)-vi(t)]+ks·[di(t)-vi(t)td-Gmin]
具体的，ka是前车的加速度增益，kv是前方车辆i-1与本车i速度之差的增益，ks是前方车辆i-1与本车i间距与期望间距之差的增益，Δ是通信延迟项，di(t)是前方车辆i-1与本车i的间距，Gmin是车辆安全静止距离，td是CTG策略当中定义的车头时距参数；进一步地，时距为在同一车道内行驶的连续两辆车的车头分别通过某一特定横截面的时间间隔，该参数是不随速度变化而波动的。
待测车辆的油门控制使用增量式PID方法：
Δu＝ut(k)-ut(k-1)
＝kp[e(k)-e(k-1)]+kie(k)+kd[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)]
kp，ki，kd分别为PID算法中的比例、积分和微分系数；ut(k)表示第k(k＝0,1,2...)个采样时刻的控制量；e(k)表示第k个采样时刻的速度输入偏差。
测试实例中，虚拟前车DSRC设备A的广播频率设为10Hz；将IP地址设置为192.168.161.121；将虚拟前车控制模块A的IP地址设置为192.168.161.1；待测车辆DSRC设备B的IP地址设置为192.168.161.122；将待测车辆控制模块B的IP地址设置为192.168.161.2；周立功USBCAN接口卡使用第1路CAN总线，波特率设置为500Kbps；波特率寄存器设置为0X0060007，工作模式设置为正常模式；滤波模式设置为禁能滤波。
实施例1：
所述测试实施例一为CACC车辆队列稳定性的校正，该场景下，通信延迟均为0，虚拟前车以10km/h的车速行驶，并保持20s的时间一直到实验结束。
进一步地，具体用于评估车辆稳定性实验参数为：实验时长设为155s；数据帧类型为标准帧；数据帧发送格式为自发自收；数据帧发送间隔400ms；数据帧超时时间定为1000ms；td为1s；ka为0.6；kv为0.4；ks为0.2；Gmin设为2m；kd取5.35。
具体的，虚拟前车速度与加速度曲线示意图如图4所示。
该测试实例测试结果分析如下：
(1)速度分析
图6给出了该测试实例下所述CACC稳定性测试系统给出的车辆队列的速度信息。
具体的，根据图6，可以得到如下结论：待测车辆的跟驰效果及稳定性良好，第6s左右达到10km/h的车速并能相对保持车速的稳定。
(2)速度误差分析
图8给出了该测试实例下所述CACC稳定性测试系统给出的车辆队列的速度误差信息。
具体的，根据图7，可以得到如下结论：速度误差项有逐渐变得平缓且最终能稳定在0m/s左右的趋势，表明此时车辆队列处于很好的稳定状态，最终能达到良好跟驰效果并保持。
(3)间距误差分析
图8给出了该测试实例下所述CACC稳定性测试系统给出的车辆队列的间距误差信息。
具体的，根据图8，可以得到如下结论：间距误差在经过短暂的拉大之后很快能收敛到0m附近，体现了车辆队列良好的稳定性。
实施例2：
所述测试实施例二为CACC车辆队列在虚拟前车速度为正弦震荡场景，特别的，为了加以对照，设两组对照试验，一组车辆通信延迟均为0，另一组通信延迟为0.5s，虚拟前车近似正弦函数的速度振幅约为5km/h。
进一步地，具体用于评估车辆稳定性实验参数为：实验时长设为155s；数据帧类型为标准帧；数据帧发送格式为自发自收；数据帧发送间隔400ms；数据帧超时时间定为1000ms；td为1s；ka为0.6；kv为0.4；ks为0.2；Gmin设为2m；kd取5.35。
具体的，虚拟前车速度与加速度曲线示意图如图9所示。
该测试实例测试结果分析如下：
(1)速度分析
图11给出了该测试实例下所述CACC稳定性测试系统给出的车辆队列的速度信息。进一步的，左侧为通信延迟为0s的速度信息；右侧为通信延迟为0.5s的速度信息。
具体的，如图10，可以得出以下结论：通信延迟为0s时，待测车辆能够较好地跟踪虚拟前车的速度，具有较好的稳定性；通信延迟为0.5s时，待测车辆从第二个周期开始跟驰速度曲线的相位开始右移，到第六个周期时相差半个相位，待测车辆不能够很好的跟踪虚拟前车的车速。
(2)速度误差分析
图11给出了该测试实例下所述CACC稳定性测试系统给出的车辆队列的速度误差信息。
具体的，如图11，可以得出以下结论：通信延迟为0.5s时，速度误差项的扰动更加剧烈，且存在一定的相位偏移现象；通信延迟为0.5s时，速度误差项的振幅也大幅度增加，且随着时间推移有着扩大的趋势。
(3)间距误差分析
图12给出了该测试实例下所述CACC稳定性测试系统给出的车辆队列的间距误差信息。
具体的，根据图12，可以得到如下结论：通信延迟为0.5s时，待测车辆对于跟驰车距的控制越来越滞后；通信延迟为0s时，车辆队列的间距误差在短暂的波动之后能够稳定在0上下，具有很好的车辆队列稳定性，但通信延迟为0.5s时，间距误差明显扩大，间距误差呈现发散的趋势。
进一步地，根据测试实施例二，可以得到以下结论：1)当通信延迟为0.5s时待测车辆跟随前车速度的特性不如通信延迟为0s时；2)通信延迟为0s时，两车之间相对车速变化较小；通信延迟为0.5s时，两车之间相对车速变化较剧烈；3)通信延迟为0s时，车辆队列的间距误差在短暂的波动之后能够趋于稳定，通信延迟为0.5s时，间距误差呈现发散的趋势。
进一步地，在本发明所述的基于整车在环的CACC稳定性测试系统及方法中，根据测试实施例二的结果，在虚拟前车速度呈正弦震荡的变化规律下，通信延迟为0.5s的车辆队列稳定性较差，不能很好的实现跟驰；通信延迟为0的车辆队列稳定性良好，能够较好地实现跟驰。

Claims (7)

1.一种基于整车在环的CACC稳定性测试系统，其特征在于，包括乘用车道路动态模拟实验台架、DSRC设备和控制模块；
所述乘用车道路动态模拟实验台架用于与虚拟前车控制模块协同提供待测车辆编队行驶的交通场景；
所述DSRC设备用于实现待测车辆与虚拟前车的通信；
所述控制模块包括虚拟前车控制模块和待测车辆控制模块；虚拟前车控制模块用于根据测试需求生成虚拟的前车场景辅助测试；待测车辆控制模块用于读取待测车辆的实时状态、进行信息交互、按预设策略纵向控制、记录相关车辆数据以及进行USBCAN的初始化；
乘用车道路动态模拟实验台架用于将待测车辆在测试搭建的虚拟场景道路行驶时的横向与纵向的坡度角信息实时地反馈给控制模块；待测车辆通过USBCAN接口卡与控制模块连接；所述虚拟前车控制模块包括车辆数据读取模块、车辆信息交互模块、PING测试模块和吞吐量测试模块，车辆数据读取模块用于读取预设的虚拟前车数据，包括虚拟前车的速度、加速度以及位置信息；车辆数据读取模块将读取到的虚拟前车数据打包成UDP数据包传输给车辆信息交互模块；PING测试模块用于网络环境的PING检测，吞吐量测试用于测试网络环境的通信功能。
2.根据权利要求1所述的一种基于整车在环的CACC稳定性测试系统，其特征在于，待测车辆控制模块包括USBCAN初始化模块、车辆状态读取模块、车辆信息交互模块、车辆纵向控制模块以及车辆数据记录模块，USBCAN初始化模块用于设置好预定参数建立起与USBCAN的通讯连接；车辆状态读取模块用于在建立起通讯连接之后获得当前待测车辆的信息；车辆信息交互模块用于解析虚拟前车的速度、加速度以及位置信息；车辆纵向控制模块用于根据虚拟前车状态以及当前待测车辆状态应用相应控制策略计算出待测车辆的期望加速度，计算出下一个时刻的期望速度，发送给待测车辆并调整其状态，保持车辆队列的稳定；车辆数据记录模块用于将实验整个过程中虚拟前车以及待测车辆的速度、加速度以及位置信息按照时间戳的顺序依次记录到日志文件中。
3.根据权利要求1所述的一种基于整车在环的CACC稳定性测试系统，其特征在于，乘用车道路动态模拟实验台架包括道路模拟系统和Unity3D虚拟场景系统；
所述道路模拟系统能够动态的模拟车辆在真实道路上行驶时的俯仰、侧倾、车轮的偏转以及道路的不同附着系数；
所述Unity3D虚拟场景系统用于为待测车辆提供基于真实道路环境所生成的虚拟交通环境场景，能够对自动驾驶车辆的智能决策水平及车路协同应用提供良好的实验条件。
4.一种基于权利要求1所述测试系统的整车在环的CACC稳定性测试方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1)、分别运行待测车辆及虚拟前车，对待测车辆程序进行USBCAN初始化；
步骤2)、待测车辆程序初始化完成后，将虚拟前车的运行数据实时发送至待测车辆；
步骤3)、待测车辆在收到虚拟前车的第一个运行数据报时开始记录，并通过相应控制策略计算出待测车辆期望速度，待测车辆根据期望速度运行并根据虚拟前车的运行数据实时调整待测车辆车速；
步骤4)、当虚拟前车运行数据发送完毕之后，输出待测车辆的运行日志文件，对运行日志文件进行可视化处理，即可实现待测车辆的在环CACC稳定性测试。
5.根据权利要求4所述的一种基于整车在环的CACC稳定性测试方法，其特征在于，步骤4)中，采用恒定时距控制策略调整待测车辆的行驶速度：
ui＝ka·ai-1(t-Δ)+kv·[vi-1(t)-vi(t)]+ks·[di(t)-vi(t)td-Gmin]
具体的，ka是前车的加速度增益，kv是前方车辆i-1与本车i速度之差的增益，ks是前方车辆i-1与本车i间距与期望间距之差的增益，Δ是通信延迟项，di(t)是前方车辆i-1与本车i的间距，Gmin是车辆安全静止距离，td是CTG策略当中定义的车头时距参数。
6.根据权利要求4所述的一种基于整车在环的CACC稳定性测试方法，其特征在于，待测车辆的油门控制使用增量式PID方法：
Δu＝ut(k)-ut(k-1)
＝kp[e(k)-e(k-1)]+kie(k)+kd[e(k)-2e(k-1)+e(k-2)]
kp，ki，kd分别为PID算法中的比例、积分和微分系数；ut(k)表示第k个采样时刻的控制量，k＝0,1,2...；e(k)表示第k个采样时刻的速度输入偏差。
7.根据权利要求4所述的一种基于整车在环的CACC稳定性测试方法，其特征在于，测试过程中，解码获得当前待测车辆的运行信息，根据运行信息中的速度数据计算出待测车辆加速度以及位置信息，作为待测车辆状态保存；根据虚拟前车的运行数据解析得出虚拟前车的速度、加速度以及位置信息，作为虚拟前车状态保存；根据虚拟前车状态以及待测车辆状态，计算待测车辆的期望加速度，计算下一个时刻的期望速度，通过CAN协议帧的形式发送给待测车辆，调整待测车辆的状态，待测车辆测试运行过程中，将实验整个过程中虚拟前车以及待测车辆的速度、加速度以及位置信息按照时间戳的顺序依次记录到日志文件中进行可视化处理，即可实现待测车辆的在环CACC稳定性测试。
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