CN113465945A - 一种智能网联汽车多功能试验系统及其试验方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种智能网联汽车多功能试验系统及试验方法，包括控制系统、雨雾模拟系统、积水模拟系统和探测单元，雨雾模拟系统的雨系统和雾系统供水至雨喷头和雾喷头；雨喷头与雾喷头均呈网格状布置，雨喷头的的孔径为2‑5mm，间隔与喷洒半径比为1：0.75～1：0.9；积水模拟系统包括供水沟、供水管、喷水头和回水沟，供水管布设于供水沟内且连通喷水头，供水管也由水泵供水；喷水头位于供水沟内且朝向测试道路向上倾斜，使测试道路上形成积水，积水可自动流入回水沟内。本发明解决了汽车试验雨雾系统生成的雨雾与自然界雨雾效果差异大，影响智能网联汽车雨雾环境测试准确性的问题。

Description

一种智能网联汽车多功能试验系统及其试验方法

技术领域

本发明涉及一种智能网联汽车多功能试验系统及其试验方法。

背景技术

智能网联自动驾驶汽车，因其搭载包括激光雷达、毫米波雷达、摄像头、GNSS等众多感知设备，在封闭场地测试中，不仅需要针对整车的行为进行测试，也需要检测单个至多个传感器失效的情况下的车辆行为。例如自动驾驶汽车在雨、雾环境中行驶，会导致激光雷达、摄像头、毫米波雷达的感知效果受到影响，考验车辆的感知、决策、控制算法；灯光在雨、雾中、在积水路面散射折射反射，对车载摄像头形成干扰；降雨造成的路面积水，考验车辆传感器的识别的同时，也考验车辆在湿滑、积水大阻力路面的控制能力；在自然界雨雾环境下，较厚的云层可能导致GNSS定位信号异常；在夜间，光照不良或者人工光源情况下，上述的情况将更加的严重。为了考验车辆在相对极端环境下的功能安全性，有必要对智能网联自动驾驶汽车进行相应的测试。

公告号为CN102896057B的专利文献公开了雨雾模拟系统，采用龙门式结构，在龙门架上安装雨、雾喷头，实现降雨造雾效果。目前类似系统在国内驾校应用较为广泛，但是此类设备只关注于视觉效果，其侧重在于考察驾驶人员在天气环境下的行为，并不关注其生成的雨雾是否与自然界的相符，也不关注其降水量和雨雾在降水范围之内是否均匀，而雨雾的微观特性对车载摄像头、雷达形成干扰，影响感知效果。公告号为CN207675435U的专利文献公开了一种用于ABS道路测试用的出水装置，并不涉及积水厚度的定量控制，同样不满足智能网联汽车的测试要求。

为了实现上述测试的需求，测试系统生成的雨、雾，不只需要在视觉效果上符合雨雾特征，更重要的是雨滴、雾滴的微观特性也应符合自然界的特征，保证智能网联汽车在模拟测试环境的表现与真实环境相一致；系统需要具备在路面维持稳定积水层的能力；此外，测试系统还需要具备灯光、定位、V2X、信号干扰等功能；系统中的监控模块也应作特别设计，保证车辆在定位信息异常期间，也能准确监控车辆位置，并控制相应的子单元形测试所需的环境。

目前尚未有测试系统能针对此类测试需求提供整套的多功能试验系统。

发明内容

本发明的目的是提供一种智能网联汽车多功能试验系统，以解决现有的汽车试验雨雾系统生成的雨雾与自然界雨雾效果差异大，影响车载摄像头和雷达的感知效果、以及路面难以维持稳定积水层，影响测试准确性的问题。

本发明提供了如下的技术方案：

一种智能网联汽车多功能试验系统，其特征在于，包括：控制系统、雨雾模拟系统、探测单元，所述雨雾模拟系统、积水模拟系统、探测单元分别连接所述控制系统；其中：

所述雨雾模拟系统包括安装于一组龙门架顶部的雨系统和雾系统，所述雨系统和所述雾系统分别由水泵和水管供水至雨喷头和雾喷头,所述雨喷头呈正方形网格状布置，且所述雨喷头的水平间隔与所述雨喷头的喷洒半径比为1：0.75～1：0.9；所述雾喷头呈正方形网格状布置，且喷头水平间隔与雨喷头一致；

积水模拟系统包括供水沟、供水管、喷水头、回水沟和水箱，所述供水沟与回水沟分列于测试道路两侧，所述供水管布设于所述供水沟内且连通所述喷水头，所述供水管也由水泵供水；所述喷水头位于所述供水沟内且朝向测试道路向上倾斜，使测试道路上形成积水，积水可通过回水沟流回水箱内。

所述探测单元包括摄像头、毫米波雷达、激光雷达、光栅中的一种或多种，与控制系统相连，探测测试道路中的交通参与者和异常闯入者。

所述控制系统控制各子系统运行，实时记录系统的运行数据，并具备数据回放功能。

优选的，所述雨喷头的水平间隔与所述雨喷头的喷洒半径比为1：0.8；

优选的，所述喷水头的高度与测试道路的路面平齐，且距离测试道路的边缘3～5cm，喷洒角度为向斜上20-45°；喷水头的喷水孔径为4mm，多个所述喷水头沿供水管的长度方向间隔设置，相邻喷水头的间距为20-30cm。

优选的，雨系统包括间隔地分布于被测车辆的行驶路径上的大雨单元、中雨单元和小雨单元，所述大雨单元、中雨单元和小雨单元的雨喷头孔径分别为4-5mm、3-4mm和2-3mm，工作压力为0.4-0.6MPa；所述雾系统，其喷头的孔径为0.05-0.10mm，雾喷头的工作压力50-60MPa；

进一步的，本系统还包括与控制系统连接的照明单元，所述照明单元包括灯具和照度计，所述灯具安装于龙门架上，通过所述控制系统可调节灯具的开关和亮度，所述照度计用于测量试验环境的光强并将数据传输至控制系统。多个所述灯具安装于龙门架的侧柱上，所述灯具的高度距离地面5m，前后相邻的灯具间隔25m；所述照度计安装于灯具的正下方以及前后两灯具的中点对面。

进一步的，本系统还包括：

路侧单元，与控制系统相连，安装于测试道路的一侧，用于与被测车辆双向通信，传递被测车辆与前方道路信息；

定位单元，包括RTK差分定位基站，所述定位单元通过电台或者移动通讯信号的方式广播RTK差分定位信息，所述定位单元连接所述控制系统，以控制RTK差分定位信息的广播时长；

信号干扰单元，用于干扰无线通信信号，模拟被测车辆行驶时信号丢失的场景；所述信号干扰单元安装于钢结构框架内部且与控制系统连接，由所述控制系统控制而调节干扰功率范围。

车载单元，安装在被测车辆上，用于与路侧单元、被测车辆通信，并完成被测车辆的定位。

本发明的另一目的是提供一种智能网联汽车多功能试验系统的试验方法，包括以下步骤：

控制系统被加载试验方案；

控制系统响应试验请求后调用试验配置信息，进行设备自检以及检测道路冲突后发出允许试验指令；

被测车辆进入测试道路，控制系统根据试验方案开始试验，启动雨雾模拟系统，在测试过程中制造降雨、降雾；控制系统启动积水模拟系统，使测试道路上形成积水；控制灯光系统调节道路照度；控制控制路侧单元、定位单元、信号干扰单元按照试验方案运行；控制交通指示单元显示信息；

其中，在试验过程中，探测单元探测测试道路中是否有异常闯入者侵入，如有则由控制系统关闭雨雾模拟系统和积水模拟系统，且向车载终端、控制系统发送异常中断指令；若没有则继续试验；

试验完成后被测车辆驶离测试道路，控制系统关闭雨雾模拟系统和积水模拟系统等子系统。

本发明的有益效果是：

本发明的雨雾模拟系统制造的雨雾符合雨雾的微观自然特征，生成的雨滴直径在0.5-6mm之间，雾滴直径在0.06mm-0.15mm之间，雨雾模拟系统由控制系统控制工作压力和流量，雨量、雾量可控。本发明的多个雨喷头呈正方形网格状布置，且所述雨喷头的水平间隔与所述雨喷头的喷洒半径比为1：0.75～1：0.9，可在保证处处有降雨的情况下，达到最大的降水均匀度。

本发明的积水模拟系统的供水沟与回水沟分列于测试道路两侧，供水管布设于供水沟内且连通喷水头，供水管由水泵供水；喷水头位于供水沟内且朝向测试道路向上倾斜，使测试道路上形成积水，积水可自动流入回水沟内，积水模拟系统制造的积水路面水深稳定在4mm-6mm，更准确地还原了路面积水环境，提高了测试环境的一致性。

本发明的照明单元包括灯具和照度计，灯具安装于龙门架上，通过控制系统可调节灯具的开关和亮度，照度计可测量灯具的亮度并将数据传输至控制系统，从而可以实时、定量控制测试路面的照度。

本发明的路侧单元、探测单元、定位单元、信号干扰单元、交通指示单元均连接控制系统，与雨雾模拟系统、积水模拟系统、照明单元相互配合，可实现智能网联自动驾驶汽车的多种复杂场景的测试功能。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的雨系统的俯视结构示意图；

图3是本发明的积水模拟系统的结构示意图；

图4是本发明的照明单元的俯视结构示意图；

图5是本发明的各模块连接框图。

图中标记为：1.雨雾模拟系统；2.积水模拟系统；3.被测车辆；4.龙门架；5.雨喷头；6.喷头喷洒范围；7.供水沟；8.供水管；9.喷水头；10.回水沟；11.灯具；12.照度计；13.控制系统；14.路侧单元；15.探测单元；16.定位单元；17.信号干扰单元；18.交通指示单元；19.测试道路；20.沟盖板。

具体实施方式

实施例1

如图1至图3所示，一种智能网联汽车多功能试验系统，包括：控制系统13、雨雾模拟系统1、积水模拟系统2和探测单元15，雨雾模拟系统1、积水模拟系统2和探测单元15分别连接控制系统13。在测试道路19上沿被测车辆行驶的方向安装一排龙门架4，被测车辆3由龙门架4下方驶过，雨雾模拟系统1安装于龙门架4上，其中：

雨雾模拟系统1包括雨系统和雾系统，雨系统和雾系统分别由水泵和水管供水至雨喷头和雾喷头，相邻的龙门架4之间由横杆连接，雨喷头和雾喷头均安装于横杆上。雨系统和雾系统分别模拟雨、雾行车环境。

其中，如图2所示，雨喷头5的孔径为2-5mm，多个雨喷头5呈正方形网格状布置，相邻雨喷头的喷头喷洒范围6局部交错，且雨喷头5的水平间隔b与雨喷头的喷洒半径a的比值为1：0.75～1：0.9，优选1：0.8。例如：雨喷头5的水平间隔b为4m，喷洒半径a为3.2m。

雨系统包括间隔地分布于被测车辆的行驶路径上的大雨单元、中雨单元和小雨单元，大雨单元、中雨单元和小雨单元的雨喷头孔径分别为4-5mm、3-4mm和2-3mm，优选大雨单元、中雨单元和小雨单元的雨喷头孔径分别为4.5mm、3.5mm、2.5mm，喷头工作压力0.4-0.6MPa，大雨喷头工作压力0.56MPa，中雨喷头、小雨喷头0.44MPa。

雾喷头的孔径为0.05-0.1mm；雾喷头的工作压力50-60MPa，优选56MPa。

同种类型的喷头呈正方形布置，喷头距离地面5m，每个龙门架的横梁上装3-4组喷头，每组大雨、中雨、小雨、雾喷头各1个。

雨系统由两台22kW水泵供水，流量50t/h，扬程80m。每台水泵各控制50m雨段，由DN90主水管连接至龙门架下25m、75m处，分为多路DN32水管，沿测试道路铺设。在设置有雨喷头的龙门架的下部，各路水管各分支出DN26的水管，沿龙门架上爬，并依次接通各个雨喷头。

雾系统由两台2.2kW柱塞泵供水，流量19l/min，压力100MPa。每台柱塞泵各控制50m雾段，由9.52mm高压管路连接至龙门架下0m、50m处，在设置有雾喷头的龙门架的下部，水管各分支出9.52mm高压管路，沿龙门架上爬，并依次接通多个雾喷头。

如图3所示，积水模拟系统包括：供水沟7、供水管8、喷水头9和回水沟10，供水沟7与回水沟10分列于测试道路19的两侧，供水管8布设于供水沟7内且连通喷水头9，供水管8也由水泵供水，供水沟7由沟盖板20覆盖；喷水头9位于供水沟7内且朝向测试道路19向上倾斜，喷洒角度为向斜上30°，使测试道路19上形成积水，喷水头9的喷口处水压0.02MPa，喷水头9的顶部伸入沟盖板20的避让孔内。测试道路19上的积水可自动流入回水沟10内。

喷水头9的高度与测试道路19的路面平齐，且距离测试道路19的边缘3～5cm。喷水头9的喷水孔径为4mm，多个喷水头9沿供水管8的长度方向间隔设置，相邻喷水头9的间距为20-30cm。

供水管8为DN26，由雨系统的水泵供水，从主水管接出。喷水系统与雨雾系统公用水池和回水系统。水池容量150m³，回水管规格为DN90以上。

探测单元15用于探测测试道路中的交通参与者和异常闯入者，探测单元15包括摄像头、毫米波雷达、激光雷达、光栅中的一种或多种；探测单元15将测试道路内的人、物的动态信息传输给控制系统13。

实施例2

在实施例1的基础上，本系统还包括与控制系统连接的照明单元，如图4所示，照明单元包括灯具11和照度计12，灯具11安装于龙门架4上，通过控制系统13可调节灯具11的开关和亮度，照度计12用于测量试验环境的光强并将数据传输至控制系统13。

多个灯具11安装于龙门架4的侧柱上，灯具11功率不小于200W/组，灯具11的高度距离地面5m，前后相邻的灯具间隔25m；照度计12安装于灯具11的正下方以及前后两灯具的中点对面。

如图1和图5所示，本系统还包括：路侧单元14、定位单元16、信号干扰单元17和交通指示单元18。

路侧单元14安装于测试道路19的侧边，用于与被测车辆3上的车载终端双向通信，传递被测车辆与前方道路信息。

定位单元16包括RTK差分定位基站，定位单元16通过电台或者5G、4G移动通讯信号的方式广播车辆的定位信息，定位单元16与控制系统13互相连接，以控制定位信息的广播时长。

信号干扰单元17用于干扰无线通信信号，可短时、小范围地干扰GNSS、4G、5G、WiFi、蓝牙等信号，模拟被测车辆行驶时信号丢失的场景；信号干扰单元17为可移动式信号干扰设备，信号干扰单元17安装于龙门架的钢结构框架内部且与控制系统连接，由控制系统13控制而调节干扰信号的功率范围。在信号干扰期间，车辆定位由探测单元15完成并上传控制系统。

交通指示单元18包括位于测试道路19内部的可变限速标志牌、通行指示灯、黄色交通警示灯等，交通指示单元的显示信息通过控制系统13控制。

道路长度、加速段、减速段等参数可根据测试情况设置，作为一种示例，测试道路19长650m，其中雨雾、积水测试路段长100m，该路段前方有400m加速段，后方有150m减速段；测试道路宽7.5m，测试道路两侧各带有2m宽的缓冲区。

控制系统存储有高精度地图，高精度地图为提前采样的数据，包括道路、标线、照明等标识，可根据试验配置加载进被测车辆、车载终端或者由路侧单元实时通信发送。

本系统可选配车载终端，车载终端安装在被测车辆上，与路侧单元14、被测车辆通信，并完成对被测车辆的定位。当被测车辆3具备与路侧单元14直接通信的能力，并能完成高精度定位、发送本车GNSS信息、接收道路信息、接受/预存储高精度地图信息等车载单元通信功能时，可不安装车载终端。

本实施例的其他结构与实施例1相同。

本实施例的汽车多功能试验系统的试验方法包括以下步骤：

由试验员根据试验方案，将试验信息配置和试验方案输入到控制系统13中；在被测车辆3上安装车载终端(可选)，调试定位系统、与路侧单元的通信、与被测车辆的通信等功能；

控制系统响应试验请求后调用试验配置信息，进行设备自检以及检测道路冲突，检测均无异常后发出允许试验指令；

被测车辆3驶入测试道路19，控制系统13根据试验方案开始试验，启动雨雾模拟系统1，在测试过程中制造降雨、降雾；控制系统13启动积水模拟系统2，使测试道路19上形成积水；控制灯具11调节道路照度；控制路侧单元14、定位单元16、信号干扰单元17按照试验方案运行；控制交通指示单元18显示信息；

其中，在试验过程中，探测单元15探测测试道路19中是否有交通参与者或者异常闯入者侵入，如有则由控制系统13关闭雨雾模拟系统1和积水模拟系统2，且向车载终端发送异常中断指令；若没有则继续试验；

试验完成后被测车辆3驶离测试道路19，控制系统关闭雨雾模拟系统和积水模拟系统等子系统。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，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。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种智能网联汽车多功能试验系统，其特征在于，包括：控制系统、雨雾模拟系统和探测单元，所述雨雾模拟系统、积水模拟系统、探测单元分别连接所述控制系统；其中：

所述雨雾模拟系统包括安装于一组龙门架顶部的雨系统和雾系统，所述雨系统和所述雾系统分别由水泵和水管供水至雨喷头和雾喷头,所述雨喷头呈正方形网格状布置，且所述雨喷头的水平间隔与所述雨喷头的喷洒半径比为1：0.75～1：0.9；所述雾喷头呈正方形网格状布置，且雾喷头的水平间隔与雨喷头一致；

积水模拟系统包括供水沟、供水管、喷水头、回水沟和水箱，所述供水沟与回水沟分列于测试道路两侧，所述供水管布设于所述供水沟内且连通所述喷水头，所述供水管也由水泵供水；所述喷水头位于所述供水沟内且朝向测试道路向上倾斜，使测试道路上形成积水，积水可通过回水沟流回水箱内；

所述探测单元包括摄像头、毫米波雷达、激光雷达、光栅中的一种或多种，所述探测单元与控制系统相连，用于探测测试道路中的交通参与者和异常闯入者；

所述控制系统控制所述雨雾模拟系统、所述积水模拟系统和所述探测单元运行，实时记录系统的运行数据，并具备数据回放功能。

2.根据权利要求1所述的智能网联汽车多功能试验系统，其特征在于，所述雨系统包括间隔地分布于被测车辆的行驶路径上的大雨单元、中雨单元和小雨单元，所述大雨单元、中雨单元和小雨单元的雨喷头孔径分别为4-5mm、3-4mm和2-3mm，工作压力为0.4-0.6MPa；所述雾系统的雾喷头的孔径为0.05-0.10mm，雾喷头的工作压力50-60MPa。

3.根据权利要求1所述的智能网联汽车多功能试验系统，其特征在于，所述喷水头的高度与测试道路的路面平齐，且距离测试道路的边缘3～5cm；喷水孔径为4mm，喷洒角度为向斜上20-45°，多个所述喷水头沿供水管的长度方向间隔设置，相邻喷水头的间距为20-30cm。

4.根据权利要求1所述的智能网联汽车多功能试验系统，其特征在于，还包括与控制系统连接的照明单元，所述照明单元包括灯具和照度计，所述灯具安装于龙门架上，通过所述控制系统可调节灯具的开关和亮度，所述照度计用于测量所述试验环境的照度并将数据传输至控制系统。

5.根据权利要求4所述的智能网联汽车多功能试验系统，其特征在于，多个所述灯具安装于龙门架的侧柱上，所述灯具的高度距离地面5m，前后相邻的灯具间隔25m；所述照度计安装于灯具的正下方以及前后两灯具的中点对面。

6.根据权利要求1所述的智能网联汽车多功能试验系统，其特征在于，还包括：

路侧单元，与控制系统相连，所述路侧单元安装于测试道路的一侧，用于与被测车辆双向通信，传递被测车辆与前方道路信息；

定位单元，包括RTK差分定位基站，所述定位单元通过电台或者移动通讯信号的方式广播RTK差分定位信息，所述定位单元连接所述控制系统，以控制RTK差分定位信息的广播时长；

信号干扰单元，用于干扰无线通信、定位信号，模拟被测车辆行驶时信号丢失的场景；所述信号干扰单元安装于钢结构框架内部且与控制系统连接，由所述控制系统控制而调节干扰信号的功率范围；

车载单元，安装在被测车辆上，用于与路侧单元、被测车辆通信，并完成对被测车辆的定位。

7.根据权利要求1所述的智能网联汽车多功能试验系统，其特征在于，还包括：

交通指示单元，包括位于测试道路内部的可变限速标志牌、通行指示灯、黄色交通警示灯，交通指示单元的显示信息通过控制系统控制。

8.一种智能网联汽车多功能试验方法，其特征在于，由权利要求1-7任一项所述的智能网联汽车多功能试验系统实现，该试验方法包括以下步骤：

控制系统被加载试验方案；

控制系统响应试验请求后调用试验配置信息，进行设备自检以及检测道路冲突后发出允许试验指令；

被测车辆进入测试道路，控制系统根据试验方案开始试验，启动雨雾模拟系统，在测试过程中制造降雨、降雾；控制系统启动积水模拟系统，使测试道路上形成积水；控制灯光系统调节道路照度；控制控制路侧单元、定位单元、信号干扰单元按照试验方案运行；控制交通指示单元显示信息；

其中，在试验过程中，探测单元探测测试道路中是否有异常闯入者侵入，如有则由控制系统关闭雨雾模拟系统和积水模拟系统，且向车载终端、控制系统发送异常中断指令；若没有则继续试验；

试验完成后被测车辆驶离测试道路，控制系统关闭雨雾模拟系统和积水模拟系统。

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