CN112947377A - 一种自动驾驶汽车整车在环测试的目标车运动承载平台 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种自动驾驶汽车整车在环测试的目标车运动承载平台，包括：动力传动子系统：用于驱动运动承载平台完成规划的运动；四轮转向子系统：用于实现运动承载平台对规划轨迹的跟踪；转动平台子系统：用于驱动与运动承载平台连接的模拟目标车进行横摆运动；运动控制模块：根据目标跟踪轨迹和目标速度，对动力传统子系统、四轮转向子系统、转动平台子系统进行控制；定位与通信模块：用于运动承载平台的实时位置获取，并将位置信息和车辆状态信息同步发送至控制程序或具备通信能力的其他平台上。本发明测试平台能够实现被测车静止，其运动叠加于目标车情况下运动轨迹和车辆横摆姿态的模拟和复现，使测试场景在自车感知系统视角下更符合真实情况。

Description

一种自动驾驶汽车整车在环测试的目标车运动承载平台
技术领域
本发明涉及智能驾驶车辆测试设备技术领域，尤其是涉及一种自动驾驶汽车整车在环测试的目标车运动承载平台。
背景技术
当前自动驾驶技术正在处于迅速发展的过程中。高级驾驶辅助系统(AdvancedDriving Assistance System，ADAS)已得到了广泛应用，更高级别的自动驾驶功能也在逐步成熟，亟待走向量产。自动驾驶系统运行在复杂的交通环境下，系统缺陷会带来严重的安全隐患，造成生命和财产损失，降低自动驾驶汽车的社会接受度。因此，对自动驾驶功能进行充分测试是功能开发阶段和认证阶段的重要工作，是保证系统安全性的重要途径。
自动驾驶车辆的测试需要耗费大量的成本，且受到测试环境的限制。为提高测试的效率和效果，需要借助各类专用测试设备和测试方法。整车在环测试是对自动驾驶车辆进行可控、重复测试的重要途径。整车在环测试通常有基于转鼓的整车在环测试和基于封闭场地的整车在环测试两种实现方式。前者通过将装备了传感器的整车置于转鼓平台，其绝对位置固定不变，利用运动平台系统，模拟周围交通参与者与被测车辆的相对运动，实现车辆在环测试。该测试系统能够实现实车测试，同时能够降低测试对封闭场地道路长度的限制，在有限空间范围内对高速场景下的自动驾驶车辆行为进行测试，能够一定程度的提高测试效率，逐渐受到业界的重视。
在应用转鼓式整车在环测试系统时，需要利用可设置轨迹的运动平台来模拟其他交通参与者行为。在自车固定于转鼓平台的情况下，自车运动需叠加至交通参与者。在交通参与者切入自车前方等场景下，叠加后的交通参与者轨迹会发生变化，目前常用的两轮转向运动平台均难以跟踪，且无法模拟交通参与者的车身姿态，造成自车环境感知传感器获取的交通参与者行为信息与实际不符，影响测试效果。
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自动驾驶汽车整车在环测试的目标车运动承载平台，该目标车运动承载平台能够承载匹配的模拟目标车，与转鼓式整车在环测试平台联合对测试车辆进行测试。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种自动驾驶汽车整车在环测试的目标车运动承载平台，该平台包括：
动力传动子系统：用于驱动运动承载平台完成规划的运动；
四轮转向子系统：用于实现运动承载平台对规划轨迹的跟踪；
转动平台子系统：用于驱动与运动承载平台连接的模拟目标车进行横摆运动；
运动控制模块：用于根据目标跟踪轨迹和目标速度，对所述动力传动子系统、四轮转向子系统、转动平台子系统进行控制；
定位与通信模块：用于运动承载平台的实时位置获取，并将位置信息和车辆状态信息同步发送至控制程序或具备通信能力的平台上；
进一步地，所述的动力传动子系统、四轮转向子系统、转动平台子系统、运动控制模块以及定位与通信模块设置于由运动承载平台底板、围挡及斜坡组成的承载结构的凹槽中，所述凹槽中还设有与所述的动力传动子系统、四轮转向子系统、转动平台子系统、运动控制模块以及定位与通信模块相连接的电池。
进一步地，所述的动力传动子系统包括多组动力机构，每组所述动力机构包括动力电机，传动机构，驱动轮轴，驱动轮，制动机构，所述动力电机经所述传动机构与所述驱动轮轴相连接以为所述驱动轮提供驱动力，使得运动平台按照规定的路线运动，所述驱动轮设置于所述驱动轮轴的两端，所述驱动轮轴上设置有所述制动机构，所述动力电机还与所述运动控制模块相连接。
进一步地，所述的制动机构包括制动盘、制动卡钳和制动缸，所述制动缸控制所述制动钳，并通过固定设置于所述驱动轮轴上的所述制动盘进行制动，所述传动机构包括传动链和链轮，所述动力电机通过所述传动链和链轮与所述驱动轮轴中点位置处相连接。
进一步地，所述的四轮转向子系统包括多组转向机构，每组所述转向机构布置形式和结构参数均相同，包括横拉杆、转向电机和转向节，所述转向电机与所述运动控制模块相连接，所述转向电机经所述横拉杆与设置于所述驱动轮轴与所述驱动轮之间的转向节相连接以使得多组所述驱动轮同步转向，实现运动承载平台平移运动。
进一步地，所述的驱动轮轴与所述驱动轮之间还设有由第一万向节和第二万向节形成的双万向节结构，用于保证所述驱动轮转向时所述驱动轮轴继续进行动力传递。
进一步地，所述的转动平台子系统包括转动平台动力电机、动力传动机构、载物盘和推力轴承，所述转动平台动力电机与所述运动控制模块相连接，所述转动平台动力电机经所述动力传动机构与所述载物盘相连接，所述载物盘通过所述推力轴承与所述运动承载平台底板相连接。
进一步地，所述的载物盘上设有均匀分布的连接点，并能够通过目标物固定锁扣与特定的模拟目标假车相连接。
进一步地，所述的目标物固定锁扣包括磁吸式锁扣和尼龙粘结式锁扣。
进一步地，所述的运动控制模块设置于所述凹槽中，所述运动控制模块同时与所述动力传动子系统中的动力机构、所述四轮转向子系统中的转向机构以及所述转动平台子系统中各自对应的动力电机、转向电机和转动平台动力电机相连接，用于实现对车速、轨迹、目标物转角的控制，使得目标车运动承载平台按照预定的测试线路做出合适的运行动作。
进一步地，所述的电池采用锂电池，所述定位与通信模块的定位方式采用GPS与IMU组合定位方式，所述定位与通信模块的通信方式采用蜂窝数据或WIFI通信方式。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
1、平台采用四轮转向方式，使平台主体进行平移而不发生横摆运动，能够模拟叠加运动状态下的目标车运动轨迹。将车身姿态和轨迹运动解耦，使平台主体进行独立平移运动，能够更加灵活地控制目标系统相对于转鼓平台的坐标运动，准确模拟传统运动平台无法实现的叠加运动状态目标车行驶轨迹；
2、平台设置转动平台，与模拟目标假车连接后，可以独立控制目标假车横摆角，能够模拟叠加运动状态下的目标车车身姿态，让车身姿态能够被独立控制，从而消除传统运动平台系统车身姿态受到自身与转鼓平台相对速度和相对位置的限制，在模拟车辆高速行驶状态下的切入、切出等场景时，能够更准确地模拟恒定小角度横摆运动，更真实的反映叠加运动状态下目标车辆的车身姿态，增加测试的真实性；
3、本发明提供了一种支持自动驾驶汽车整车在环测试的目标车运动承载平台，能够对目标车的轨迹和车身姿态进行独立控制，从而得到更加真实的测试效果，解决现有整车在环测试运动平台测试场景有限，运动轨迹和车身姿态不能够实现较真实的模拟的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明自动驾驶汽车整车在环测试的目标车运动承载平台的俯视结构示意图；
图2为本发明自动驾驶汽车整车在环测试的目标车运动承载平台的内部立体结构示意图；
图3为本发明自动驾驶汽车整车在环测试的目标车运动承载平台的转动平台结构示意图；
图4为本发明自动驾驶汽车整车在环测试的目标车运动承载平台的立体结构示意图；
图中，1为动力传动子系统，2为四轮转向子系统，3为转动平台子系统，4为运动控制模块，5为定位与通信模块，6为运动承载平台底板，7为围挡，8为斜坡，9为动力电机，10为传动机构，11为驱动轮轴，12为驱动轮，13为制动机构，14为横拉杆，15为转向电机，16为转向节，17为第一万向节，18为第二万向节，19为转动平台动力电机，20为动力传动机构，21为载物盘，22为推力轴承，23为目标物固定锁扣，24为电池。
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。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，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。
此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明提出了一种支持自动驾驶汽车整车在环测试的目标车运动承载平台，包括：动力传动子系统：用于驱动运动承载平台完成规划的运动；四轮转向子系统：用于实现运动承载平台对规划轨迹的跟踪；转动平台子系统：用于驱动与运动承载平台连接的模拟目标车进行横摆运动；运动控制模块：根据目标跟踪轨迹和目标速度，对动力传统子系统、四轮转向子系统、转动平台子系统进行控制；定位与通信模块：用于运动承载平台的实时位置获取，并将位置信息和车辆状态信息同步发送至控制程序或具备通信能力的其他平台上。
其进一步的技术方案为，动力传动子系统包括：动力电池、动力电机、传动链、驱动轮轴及驱动轮、制动机构；动力传动子系统布置于运动承载平台底板上，驱动轮包括前驱动轮和后驱动轮，每对驱动轮由一根横置的驱动轮轴连接，每根驱动轮轴两端用双万向节结构与每个车轮进行相连，传动轴中间用传动链和链轮与动力电机相连。动力电机至少包含2组，通过传动链结构和驱动轮轴分别为前驱动轮和后驱动轮提供驱动力，使运动平台按照规定的路线运动，动力传动子系统在前轮与后轮采用相同的动力驱动形式。前、后轮通过独立的动力电机以链条传动与轮轴相连，为前、后轮提供动力。前、后轮采用相同的制动形式。前后轮以独立的制动缸控制制动钳，通过固定在轮轴上的制动盘进行制动。
其进一步的技术方案为，四轮转向子系统包括前轮转向机构和后轮转向机构。前后轮转向机构均采用横拉杆构成转向梯形，转向电机与横拉杆连接带动横拉杆横向运动，实现前后轮同步转向，四轮转向子系统在前轮与后轮采用相同的转动控制形式。前、后轮通过独立的转向电机以横拉杆对前、后轮进行转角控制。同时为保证转向时的动力输出，前、后轴的左、右轮均采用双万向节形式与轮轴相连。
其进一步的技术方案为，转动平台子系统包括驱动电机，传动机构，载物盘，与模拟目标车进行固定的连接装置，转动平台子系统载物盘转轴与驱动电机通过动力传动机构连接，带动载物盘绕中心转动；载物盘转轴通过推力轴承与底板连接，可以相对运动平台在平面内转动；载物盘上平面安装有均布的连接点，可以通过锁扣与特定的模拟目标假车相连接。
其进一步的技术方案为，运动控制模块控制动力传动子系统进行速度保持、加速、减速；控制四轮转向子系统前后轮转向角、转向角速度；控制转动平台子系统横摆角、横摆角速度，运动控制模块根据目标轨迹和速度，协同控制动力传动子系统、四轮转向子系统以及转动平台子系统，模拟叠加运动状态下目标车的行驶轨迹和车身姿态，运动控制模块同时对运动平台速度、方向和转动平台转角进行控制，实现对预设轨迹、速度和车身姿态的复现。运动控制模块控制前后轮同步转向，转向角和转角速度均保持一致，保证运动平台进行平移而不发生横摆运动。
其进一步的技术方案为，定位与通信模块获取运动承载平台的实时位置、速度、航向角等信息，并发送至上位机控制程序；接受上位机控制程序下发的目标轨迹和速度信息。
具体实际实施例
一种支持整车在环测试的目标车运动承载平台，如图1所示，包括动力传动子系统1、四轮转向子系统2、转动平台子系统3、运动控制模块4和定位与通信模块5。
运动承载平台运动承载平台底板6和围挡7及斜坡8组成承载结构。所述运动承载平台底板6与围挡7形成凹槽。所述动力传动子系统1、四轮转向子系统2、转动平台子系统3、运动控制模块4和定位与通信模块5布置于运动承载平台底板6上。
如图2所示，所述动力传动子系统由前后两组动力机构组成，采用相同的布置方式。在本实施例的一些实施方式中，动力机构包括：动力电机9，传动机构10，驱动轮轴11，驱动轮12，制动机构13。动力电机9与运动控制模块4相连。所述制动机构13包括制动盘、制动卡钳和制动缸，制动盘固定于驱动轮轴上。
如图2所示，所述四轮转向子系统由前后两组转向机构组成，采用相同的布置方式。在本实施例的一些实施方式中，转向机构包括：横拉杆14，转向电机15，转向节16。为实现左右车轮在转向时能够同时偏转相同的角度，转向梯形采用矩形结构。在传动轴和车轮中间加入第一万向节17和第二万向节18，形成双万向节结构，保证车轮转向时驱动轮轴继续进行动力传递。转向电机15与运动控制模块4相连，接收来自运动控制模块的转向控制信号，收到转向信号后，转向电机提供动力，带动横拉杆14使驱动轮进行转向。
如图3所示，在本实施例的一些实施方式中，转动平台子系统包括：转动平台动力电机19，动力传动机构20，载物盘21，推力轴承22、目标物固定锁扣23。转动平台动力电机19与运动控制模块4相连，目标物置于载物盘21上，通过标物固定锁扣23固定。当转动平台动力电机19收到运动控制模块4的转动信号时，电机提供动力，并通过动力传动机构20带动载物盘21转动。
在本实施例的一些实施方式中，目标物固定锁扣23采用磁吸方式或尼龙粘扣方式，固定锁扣一方面满足在平台运动和载物盘转动情况下的受力需要，同时能在与被测车辆发生碰撞时与平台分离，避免对设备造成破坏。
在本实施例的一些实施方式中，运动控制模块4布置于所述凹槽的中部。运动控制模块4同时与前、后轮动力机构和转向机构中的动力电机9、转向电机15相连，并与转动平台动力电机19相连，实现对车速、轨迹、目标物转角的控制，使得目标车运动承载平台按照预定的测试线路做出合适的运行动作。
在本实施例的一些实施方式中，电池24采用24V锂电池。电池24同时与前、后轮动力机构和转向机构中的动力电机9、转向电机15、转动平台动力电机19相连，并与运控控制模块4、定位与通信模块5相连，为其提供运行所需的电力。
在本实施例的一些实施方式中，定位与通信模块5采用GPS与IMU组合定位方式，采用蜂窝数据或WIFI通信方式。
工作原理：
本发明提出的一种支持自动驾驶汽车整车在环测试的目标车运动承载平台，该平台能够配合转鼓试验台，进行多种测试场景下的自动驾驶整车在环功能测试，比较典型的有目标车辆切入、切出、加速和减速场景。
在使用目标车运动承载平台进行加减速场景测试时，其将与转鼓试验台共同构成测试系统。运动平台的上位机控制系统与转鼓试验台上的众多传感器相连，通过转鼓试验台上的传感器对被测试车辆的车轮转速信号、角加速度信号等进行检测，并将采集到数据输入到控制系统中，计算得到运动平台应有的速度、距离和加速度，并控制驱动和制动系统执行相应的动作，从而实现在被测车辆静止的情况下，以运动平台的运动复现被测车辆与目标车的相对运动和位置关系，实现预设的测试目的。例如在加速和减速场景中，可以对被测车辆在单车道上行驶时的危险场景进行复现，对自动驾驶车辆的安全性进行测试与评价，实现高效、精准、可重复性的测试。
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 (10)

1.一种自动驾驶汽车整车在环测试的目标车运动承载平台，其特征在于，该平台包括：
动力传动子系统(1)：用于驱动运动承载平台完成规划的运动；
四轮转向子系统(2)：用于实现运动承载平台对规划轨迹的跟踪；
转动平台子系统(3)：用于驱动与运动承载平台连接的模拟目标车进行横摆运动；
运动控制模块(4)：用于根据目标跟踪轨迹和目标速度，对所述动力传动子系统(1)、四轮转向子系统(2)、转动平台子系统(3)进行控制；
定位与通信模块(5)：用于运动承载平台的实时位置获取，并将位置信息和车辆状态信息同步发送至控制程序或具备通信能力的平台上。
2.根据权利要求1所述的一种自动驾驶汽车整车在环测试的目标车运动承载平台，其特征在于，所述的动力传动子系统(1)、四轮转向子系统(2)、转动平台子系统(3)、运动控制模块(4)以及定位与通信模块(5)设置于由运动承载平台底板(6)、围挡(7)及斜坡(8)组成的承载结构的凹槽中，所述凹槽中还设有与所述的动力传动子系统(1)、四轮转向子系统(2)、转动平台子系统(3)、运动控制模块(4)以及定位与通信模块(5)相连接的电池(24)。
3.根据权利要求2所述的一种自动驾驶汽车整车在环测试的目标车运动承载平台，其特征在于，所述的动力传动子系统(1)包括多组动力机构，每组所述动力机构包括动力电机(9)，传动机构(10)，驱动轮轴(11)，驱动轮(12)，制动机构(13)，所述动力电机(9)经所述传动机构(10)与所述驱动轮轴(11)相连接以为所述驱动轮(12)提供驱动力，使得运动平台按照规定的路线运动，所述驱动轮(12)设置于所述驱动轮轴(11)的两端，所述驱动轮轴(11)上设置有所述制动机构(13)，所述动力电机(9)还与所述运动控制模块(4)相连接。
4.根据权利要求3所述的一种自动驾驶汽车整车在环测试的目标车运动承载平台，其特征在于，所述的四轮转向子系统(2)包括多组转向机构，每组所述转向机构布置形式和结构参数均相同，包括横拉杆(14)、转向电机(15)和转向节(16)，所述转向电机(15)与所述运动控制模块(4)相连接，所述转向电机(15)经所述横拉杆(14)与设置于所述驱动轮轴(11)与所述驱动轮(12)之间的转向节(16)相连接以使得多组所述驱动轮(12)同步转向，实现运动承载平台平移运动。
5.根据权利要求3所述的一种自动驾驶汽车整车在环测试的目标车运动承载平台，其特征在于，所述的驱动轮轴(11)与所述驱动轮(12)之间还设有由第一万向节(17)和第二万向节(18)形成的双万向节结构，用于保证所述驱动轮(12)转向时所述驱动轮轴(11)继续进行动力传递。
6.根据权利要求2所述的一种自动驾驶汽车整车在环测试的目标车运动承载平台，其特征在于，所述的转动平台子系统(3)包括转动平台动力电机(19)、动力传动机构(20)、载物盘(21)和推力轴承(22)，所述转动平台动力电机(19)与所述运动控制模块(4)相连接，所述转动平台动力电机(19)经所述动力传动机构(20)与所述载物盘(21)相连接，所述载物盘(21)通过所述推力轴承(22)与所述运动承载平台底板(6)相连接。
7.根据权利要求6所述的一种自动驾驶汽车整车在环测试的目标车运动承载平台，其特征在于，所述的载物盘(21)上设有均匀分布的连接点，并能够通过目标物固定锁扣(23)与特定的模拟目标假车相连接。
8.根据权利要求7所述的一种自动驾驶汽车整车在环测试的目标车运动承载平台，其特征在于，所述的目标物固定锁扣(23)包括磁吸式锁扣和尼龙粘结式锁扣。
9.根据权利要求2所述的一种自动驾驶汽车整车在环测试的目标车运动承载平台，其特征在于，所述的运动控制模块(4)设置于所述凹槽中，所述运动控制模块(4)同时与所述动力传动子系统(1)中的动力机构、所述四轮转向子系统(2)中的转向机构以及所述转动平台子系统(3)中各自对应的动力电机(9)、转向电机(15)和转动平台动力电机(19)相连接，用于实现对车速、轨迹、目标物转角的控制，使得目标车运动承载平台按照预定的测试线路做出合适的运行动作。
10.根据权利要求2所述的一种自动驾驶汽车整车在环测试的目标车运动承载平台，其特征在于，所述的电池(24)采用锂电池，所述定位与通信模块(5)的定位方式采用GPS与IMU组合定位方式，所述定位与通信模块(5)的通信方式采用蜂窝数据或WIFI通信方式。
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