CN113497741A - 一种基于仿真模型的v2x硬件在环测试台架系统及方法 - Google Patents

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梁伟强
张莹
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Abstract

本发明提供一种基于仿真模型的V2X硬件在环测试台架系统及方法，所述系统包括上位机、两台CAN通信设备、两台V2X设备、GNSS模拟器和车机显示屏，其中上位机，用于搭建车辆场景模型，模拟发送主车的实时车辆数据至第一CAN通信设备；第一CAN通信设备，用于将实时车辆数据转化为CAN信号格式发送至第一V2X设备；GNSS模拟器，用于将上位机发送的模拟主车定位信息转换成模拟GPS信号发送给所有V2X设备，所述模拟GPS信号包括模拟主车定位信息和1pps定位信号；第一V2X设备，将计算出的预警信息发送至车机显示屏。通过本发明，解决了现有实车测试效率低下，并且受路况与车况的限制的问题。

Description

一种基于仿真模型的V2X硬件在环测试台架系统及方法
技术领域
本发明涉及智能汽车技术领域，尤其涉及一种基于仿真模型的V2X硬件在环测试台架系统及方法。
背景技术
随着V2X国家标准的出台和推行，V2X设备的开发与应用已经在各大厂商内纷纷展开，相关的V2X测试需求也与日俱增。
传统的V2X应用测试使用实车测试，需要多台实车搭载相应的V2X设备去实际场景行驶、测试。实车测试效果真实，但是效率低下，并且受路况与车况的限制。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种基于仿真模型的V2X硬件在环测试台架系统及方法，用于解决现有的V2X实车测试效率地下并且受路况与车况限制的问题。
本发明提供的一种基于仿真模型的V2X硬件在环测试台架系统，所述测试台架系统包括上位机、分别与所述上位机连接的至少两台CAN通信设备、至少两台V2X设备、GNSS模拟器和车机显示屏，其中：
所述至少两台CAN通信设备包括第一CAN通信设备和第二CAN通信设备，所述至少两台V2X设备包括第一V2X设备和第二V2X设备；
第一CAN通信设备、第二CAN通信设备分别与第一V2X设备、第二V2X设备对应连接，所述GNSS模拟器分别与所述上位机、所有V2X设备连接，所述第一V2X设备用于模拟主车，所述第二V2X设备用于模拟远车或者路边单元，所述第一V2X设备分别连接所述车机显示屏和不包括第一V2X设备的所有V2X设备；
所述上位机，用于搭建车辆场景模型，模拟发送主车的实时车辆数据至第一CAN通信设备，所述实时车辆数据包括车辆速度、车辆加速度、航向角和方向盘转角；
所述第一CAN通信设备，用于将所述实时车辆数据转化为CAN信号格式发送至所述第一V2X设备；
所述GNSS模拟器，用于将所述上位机发送的模拟主车定位信息转换成模拟GPS信号发送给所有V2X设备，所述模拟GPS信号包括所述模拟主车定位信息和1pps同步信号；
所述第一V2X设备，与不包括第一V2X设备的所有V2X设备通过V2X信号互相通信，并将计算出的预警信息发送至与所述第一V2X设备连接的所述车机显示屏进行显示。
进一步地，当所述第二V2X设备用于模拟远车时，
所述上位机，还用于模拟发送远车的实时车辆数据至第二CAN通信设备；
所述第二CAN通信设备，用于将所述上位机发送远车的实时车辆数据和远车的GPS信号转发至所述第二V2X设备；
所述第二V2X设备，使用从第二CAN通信设备获取的GPS信号，使用所述模拟GPS信号中的1pps同步信号，屏蔽所述模拟GPS信号中的模拟主车定位信号。
进一步地，当所述第二V2X设备用于模拟路边单元时，
所述第二V2X设备，使用所述模拟GPS信号中1pps同步信号，屏蔽所述模拟GPS信号中的主车定位信息；
所述第二V2X设备，用于广播自身内部路边单元消息至不包括第二V2X设备的所有V2X设备。
进一步地，所述车辆场景模型包括车辆轨迹模块、车道保持模块和车辆动力学模块，其中：
所述车辆轨迹模块包括预设的场景道路和地图；
所述车道保持模块，用于初始化车辆动力学参数并保证车辆按预设轨迹行驶；
所述车辆动力学模块，用于接收所述车道保持模块生成的动力学参数，根据所选的车辆动力学模型计算得到车辆当前的动力学参数，所述车辆当前的动力学参数包括主车和远车的实时车辆数据。
进一步地，所述系统还包括驾驶模拟器，所述驾驶模拟器与所述上位机通过USB线连接；
所述上位机还包括模拟驾驶器控制模块，所述模拟驾驶器控制模块，用于替换所述车道保持模块根据所述驾驶模拟器的操控实现驾驶员在环仿真。
进一步地，所述上位机包括CAN通信模块，
所述CAN通信模块，用于将接收的车辆当前的动力学参数和GPS信号，按照所述CAN通信模块读取的对应dbc文件格式转换成CAN信号，配置相应CAN通道，通过上位机与CAN通信设备之间设置的USB线发送给相应的所述CAN通信设备。
进一步地，所述上位机与所述GNSS模拟器之间设置有网线，所述上位机包括GNSS模块；
所述GNSS模块，用于将模拟主车的定位信息转换为经纬度实时发送至所述GNSS模拟器。
进一步地，所述GNSS模拟器与所述第一V2X设备通过射频线或者空口连接，所述GNSS模拟器与所述第二V2X设备通过空口连接。
进一步地，所述所有V2X设备之间采用LTE-V通信方式，通过PC5接口通信。
本发明提供的一种基于仿真模型的V2X硬件在环测试方法，所述测试方法包括：
为上位机的prescan软件中分别设置主车、远车的动力学参数和车辆运行轨迹，运行生成的simulink模型；
将主车的动力学参数转换为CAN信号转发至用于模拟主车的第一V2X设备；
将模拟主车定位信息转换成模拟GPS信号发送至所有V2X设备，所述模拟GPS信号包括所述模拟主车定位信息和1pps同步信号；
所述第一V2X设备将计算出的预警信息发送至与所述第一V2X连接的所述车机显示屏进行显示。
进一步地，所述测试方法还包括：
将远车的动力学参数转换为CAN信号转发至用于模拟远车的第二V2X设备或者第三V2X设备。
本发明提供的一种基于仿真模型的V2X硬件在环测试方法，所述测试方法包括：
在上位机的prescan软件中分别设置主车、远车的动力学参数和车辆运行轨迹，运行生成的simulink模型；
切换成硬件在环模式，接入驾驶模拟器；
使用所述驾驶模拟器控制所述simulink模型中所述主车的车辆运行轨迹；
将主车的动力学参数转换为CAN信号转发至用于模拟主车的第一V2X设备；
将模拟主车定位信息转换成模拟GPS信号发送至所有V2X设备，所述模拟GPS信息包括模拟主车定位信息和1pps同步信号；
所述第一V2X设备将计算出的预警信息发送至与所述第一V2X连接的所述车机显示屏进行显示。
实施本发明，具有如下有益效果：
通过本发明，在上位机上利用仿真软件设置主车和远车的动力学参数和车辆运行轨迹，将主车的车辆运行轨迹以模拟GPS信号下发至模拟主车的第一V2X设备，将主车的动力学参数转换为CAN信号发送所述模拟主车的第一V2X设备，且通过GNSS模拟器同步所有V2X设备，对V2X设备进行测试，且第一V2X设备反馈预警信息，解决了现有的V2X实车测试效率地下并且受路况与车况限制的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。
图1是本发明实施例提供的基于仿真模型的V2X硬件在环测试台架系统的结构图。
图2是本发明实施例提供的基于仿真模型的V2X硬件在环测试台架系统的结构图。
图3是本发明实施例提供的基于仿真模型的V2X硬件在环测试方法的流程图。
图4是本发明实施例提供的基于仿真模型的V2X硬件在环测试方法的流程图。
具体实施方式
本专利中，利用仿真模型对V2X进行测试，以下结合附图和实施例对该具体实施方式做进一步说明。
如图1所示，本发明实施例提供了基于仿真模型的V2X硬件在环测试台架系统，所述在环测试台架系统包括上位机11、分别与所述上位机11连接的第一CAN通信设备12和第二CAN通信设备13、第一V2X设备14、第二V2X设备15、GNSS模拟器16和车机显示屏17，其中：
第一CAN通信设备12与第一V2X设备14连接，第二CAN通信设备13与第二V2X设备15连接，所述GNSS模拟器16分别与所述上位机11、所述第一V2X设备14、所述第二V2X设备15连接；所述第一V2X设备14分别连接车机显示屏17和第二V2X设备15。
需要说明的是，上位机11上利用车辆仿真软件prescan和simulink联合仿真，其中prescan负责构建V2X预警场景和车辆模型，包括主车与远车行驶轨迹及行驶过程中的动力学参数和车辆动力学模型；Simulink负责运行PreScan生成的模型以及其他相关模块。
需要说明的是，在本实施例中第一V2X设备14用于模拟主车，第二V2X设备15用于模拟远车或者路边单元，因此上述在环测试台架系统包括至少两台V2X设备，V2X设备与CAN通信设备是一一对应且连接的。
在本实施例中，V2X设备采用LTE-V盒子。
所述上位机11，用于搭建车辆场景模型，模拟发送主车的实时车辆数据至第一CAN通信设备12，所述实时车辆数据包括车辆速度、车辆加速度、航向角和方向盘转角，所述第一CAN通信设备12，用于将所述实时车辆数据转化为CAN信号格式发送至所述第一V2X设备14；当所述第二V2X设备15用于模拟远车时，所述上位机11还用于模拟发送远车的实时车辆数据至第二CAN通信设备13；所述第二CAN通信设备13，用于将所述上位机11发送远车的实时车辆数据和GPS信号转发至所述第二V2X设备15；所述第二V2X设备，使用从第二CAN通信设备13获取的GPS信号。
所述GNSS模拟器16，用于将所述上位机11发送的模拟主车定位信息转换成模拟GPS信号发送给所有V2X设备14，所述模拟GPS信号包括所述模拟主车定位信息和1pps同步信号。
需要说明的是，主车接收GNSS模拟器16发送模拟GPS信号，仿真真实的GPS环境；GNSS模拟器16向所有V2X设备发送模拟主车定位信息和1pps信号进行同步，1pps同步信号保证所有被测试的V2X设备同步。
所述第二V2X设备，使用所述模拟GPS信号中的1pps同步信号，屏蔽所述模拟GPS信号中的所述模拟主车定位信号。
所述第一V2X设备14，与不包括第一V2X设备14的所有V2X设备通过V2X信号互相通信，并将计算出的预警信息发送至与所述第一V2X设备14连接的所述车机显示屏17。
在本实施例中，不包括第一V2X设备14的所有V2X设备为第二V2X设备15，V2X设备之间通过V2X信号交互通信，这里不论第二V2X设备是远车或者路边单元。
预警信息根据主车和远车的实时车辆数据，或者主车的实时车辆数据和路边单元的内部路边单元消息计算得到。
当所述第二V2X设备15用于模拟路边单元时，所述第二V2X设备15，用于广播自身内部路边单元消息至不包括所述第二V2X设备14的所有V2X设备；第二V2X设备15不接收第二CAN通信设备13的CAN信号，使用所述模拟GPS信号中1pps同步信号，屏蔽所述模拟GPS信号中的所述模拟主车定位信息；在本实施例中路边单元广播自身内部路边消息至主车，需要说明的是，如果有远车的情况下，作为路边单元的第二V2X设备15也会向远车广播自身内部路边消息。
在本实施例中，车辆场景模型包括车辆轨迹模块、车道保持模块和车辆动力学模块，其中：
所述车辆轨迹模块包括预设的场景道路和地图；
所述车道保持模块，用于初始化车辆动力学参数并保证车辆按预设轨迹行驶；
所述车辆动力学模块，用于接收所述车道保持模块生成的动力学参数，根据所选的车辆动力学模型计算得到车辆当前的动力学参数，所述车辆当前的动力学参数包括主车和远车的实时车辆数据。
进一步地，所述系统还包括驾驶模拟器18，所述驾驶模拟器18与所述上位机11通过USB线连接；
所述上位机11还包括模拟驾驶器控制模块，所述模拟驾驶器控制模块，用于替换所述车道保持模块根据所述驾驶模拟器18的操控实现驾驶员在环仿真。
需要说明的是，只需要增加驾驶模拟器18可无缝切换成驾驶员在环测试，只需在Simulink中做少许改动即可接入模拟驾驶器，测试者直接通过驾驶模拟器操纵主车设备的行驶轨迹，台架其余部分不变，即可实现驾驶员在环仿真测试。
进一步地，所述上位机11还包括CAN通信模块，
所述CAN通信模块，用于将接收的车辆当前的动力学参数和GPS信号，按照所述CAN通信模块读取的对应dbc文件格式转换成CAN信号，配置相应CAN通道，通过上位机11与CAN通信设备之间设置的USB线发送给相应的所述CAN通信设备。
需要说明的是，主车当前的动力学参数和GPS信号发送给第一CAN通信设备12，转发给第一V2X设备14，当第二V2X设备15用于模拟远车时，远车当前的动力学参数发送诶第二CAN通信设备13。
进一步地，所述上位机11与所述GNSS模拟器16之间设置有网线，所述上位机11还包括GNSS模块；
所述GNSS模块，还用于将模拟主车的定位信息转换为经纬度实时发送至所述GNSS模拟器16。
进一步地，所述GNSS模拟器16与第一V2X设备14通过射频线或者空口连接，所述模拟器与第二V2X设备15通过空口连接。
进一步地，所有V2X设备之间采用LTE-V通信方式，通过PC5接口通信。
如图2所示，本发明实施例提供了基于仿真模型的V2X硬件在环测试台架系统，所述在环测试台架系统包括上位机21、第一CAN通信设备22、第二CAN通信设备23、第三CAN通信设备24、第一V2X设备25、第二V2X设备26、第三V2X设备27、GNSS模拟器28和车机显示屏29。
本实施例中，为了应对复杂场景的测试，模拟了远车、近车和路边单元；第一CAN通信设备22、第二CAN通信设备23、第三CAN通信设备24分别对应连接第一V2X设备25、第二V2X设备26、第三V2X设备27；第一V2X设备模拟主车，第二V2X设备26和第三V2X设备27分别模拟路边单元和远车。
需要说明的是，本实施例并不用于限定远车或者路边单元的数量，根据实际情况复杂程度，可以设置多个远车以及路边单元。
当第三V2X设备27用于模拟远车时，所述上位机21，用于模拟发送主车的实时车辆数据至第一CAN通信设备，还用于模拟发送远车的实时车辆数据至第三CAN通信设备。
如图3所示，本发明实施例提供了基于仿真模型的V2X硬件在环测试方法，所述测试方法包括：
S31、在上位机的prescan软件中分别设置主车、远车的动力学参数和车辆运行轨迹，运行生成的simulink模型；
S32、将主车的动力学参数转换为CAN信号转发至用于模拟主车的第一V2X设备；
S33、将模拟主车的定位信息转换成模拟GPS信号发送至所有V2X设备，所述模拟GPS信号包括所述模拟主车定位信息和1pps同步信号；
S34、所述第一V2X设备将计算出的预警信息发送至与所述第一V2X连接的所述车机显示屏进行显示。
进一步地，将远车的动力学参数转换为CAN信号转发至用于模拟远车的第二V2X设备或者第三V2X设备。
如图4所示，本发明实施例提供了基于仿真模型的V2X硬件在环测试方法，所述测试方法包括：
S41、为上位机的prescan软件中分别设置主车、远车的动力学参数和车辆运行轨迹，运行生成的simulink模型；
S42、切换成硬件在环模式，接入驾驶模拟器；
S43、使用所述驾驶模拟器控制所述simulink模型中所述主车的车辆运行轨迹；
需要说明的是，驾驶模拟器改变主车的运行轨迹，主车的动力学参数和定位信息随之发生改变。
S44、将主车的动力学参数转换为CAN信号转发至用于模拟主车的第一V2X设备；
S45、将模拟主车定位信息转换成模拟GPS信号发送至所有V2X设备，所述模拟GPS信号包括所述模拟定位信息和1pps同步信号；
S46、所述第一V2X设备将计算出的预警信息发送至与所述第一V2X连接的所述车机显示屏进行显示。
实施本发明，具有如下有益效果：
通过本发明，在上位机上利用仿真软件设置主车和远车的动力学参数和车辆运行轨迹，将主车的车辆运行轨迹以模拟GPS信号下发至模拟主车的第一V2X设备，将主车的动力学参数转换为CAN信号发送所述模拟主车的第一V2X设备，且通过GNSS模拟器同步所有V2X设备，对V2X设备进行测试，且第一V2X设备反馈预警信息，解决了现有的V2X实车测试效率地下并且受路况与车况限制的问题。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种基于仿真模型的V2X硬件在环测试台架系统，其特征在于，所述测试台架系统包括上位机、分别与所述上位机连接的至少两台CAN通信设备、至少两台V2X设备、GNSS模拟器和车机显示屏，其中：
所述至少两台CAN通信设备包括第一CAN通信设备和第二CAN通信设备，所述至少两台V2X设备包括第一V2X设备和第二V2X设备；
第一CAN通信设备、第二CAN通信设备分别与第一V2X设备、第二V2X设备对应连接，所述GNSS模拟器分别与所述上位机、所有V2X设备连接，所述第一V2X设备用于模拟主车，所述第二V2X设备用于模拟远车或者路边单元，所述第一V2X设备分别连接所述车机显示屏和不包括第一V2X设备的所有V2X设备；
所述上位机，用于搭建车辆场景模型，模拟发送主车的实时车辆数据至第一CAN通信设备，所述实时车辆数据包括车辆速度、车辆加速度、航向角和方向盘转角；
所述第一CAN通信设备，用于将所述实时车辆数据转化为CAN信号格式发送至所述第一V2X设备；
所述GNSS模拟器，用于将所述上位机发送的模拟主车定位信息转换成模拟GPS信号发送给所述所有V2X设备，所述模拟GPS信号包括所述模拟主车定位信息和1pps同步信号；
所述第一V2X设备，与不包括第一V2X设备的所有V2X设备通过V2X信号互相通信，并将计算出的预警信息发送至与所述第一V2X设备连接的所述车机显示屏进行显示。
2.如权利要求1所述台架测试系统，其特征在于，当所述第二V2X设备用于模拟远车时，
所述上位机，还用于模拟发送远车的实时车辆数据至第二CAN通信设备；
所述第二CAN通信设备，用于将所述上位机发送远车的实时车辆数据和远车的GPS信号转发至所述第二V2X设备；
所述第二V2X设备，使用从第二CAN通信设备获取的GPS信号，使用所述模拟GPS信号中的1pps同步信号，屏蔽所述模拟GPS信号中的所述模拟主车定位信号。
3.如权利要求1所述测试台架系统，其特征在于，当所述第二V2X设备用于模拟路边单元时，
所述第二V2X设备，使用所述模拟GPS信号中1pps同步信号，屏蔽所述模拟GPS信号中的所述模拟主车定位信息；
所述第二V2X设备，用于广播自身内部路边单元消息至不包括第二V2X设备的所有V2X设备。
4.如权利要求1所述测试台架系统，其特征在于，所述车辆场景模型包括车辆轨迹模块、车道保持模块和车辆动力学模块，其中：
所述车辆轨迹模块包括预设的场景道路和地图；
所述车道保持模块，用于初始化车辆动力学参数并保证车辆按预设轨迹行驶；
所述车辆动力学模块，用于接收所述车道保持模块生成的动力学参数，根据所选的车辆动力学模型计算得到车辆当前的动力学参数，所述车辆当前的动力学参数包括主车和远车的实时车辆数据。
5.如权利要求4所述测试台架系统，其特征在于，所述系统还包括驾驶模拟器，所述驾驶模拟器与所述上位机通过USB线连接；
所述上位机还包括模拟驾驶器控制模块，所述模拟驾驶器控制模块，用于替换所述车道保持模块根据所述驾驶模拟器的操控实现驾驶员在环仿真。
6.如权利要求4所述测试台架系统，其特征在于，所述上位机包括CAN通信模块，
所述CAN通信模块，用于将接收的车辆当前的动力学参数和GPS信号，按照所述CAN通信模块读取的对应dbc文件格式转换成CAN信号，配置相应CAN通道，通过上位机与CAN通信设备之间设置的USB线发送给相应的所述CAN通信设备。
7.如权利要求1所述测试台架系统，其特征在于，所述上位机与所述GNSS模拟器之间设置有网线，所述上位机包括GNSS模块；
所述GNSS模块，用于将模拟主车的定位信息转换为经纬度实时发送至所述GNSS模拟器。
8.如权利要求1所述测试台架系统，其特征在于，所述GNSS模拟器与所述第一V2X设备通过射频线或者空口连接，所述GNSS模拟器与所述第二V2X设备通过空口连接。
9.如权利要求1所述测试台架系统，其特征在于，所述所有V2X设备之间采用LTE-V通信方式，通过PC5接口通信。
10.一种基于仿真模型的V2X硬件在环测试方法，其特征在于，所述测试方法包括：
S31、在上位机的prescan软件中分别设置主车、远车的动力学参数和车辆运行轨迹，运行生成的simulink模型；
S32、将主车的动力学参数转换为CAN信号转发至用于模拟主车的第一V2X设备；
S33、将模拟主车定位信息转换成模拟GPS信号发送至所有V2X设备，所述模拟GPS信号包括所述模拟主车定位信息和1pps同步信号；
S34、所述第一V2X设备将计算出的预警信息发送至与所述第一V2X连接的所述车机显示屏进行显示。
11.如权利要求10所述测试方法，其特征在于，所述测试方法还包括：
将远车的动力学参数转换为CAN信号转发至用于模拟远车的第二V2X设备或者第三V2X设备。
12.一种基于仿真模型的V2X硬件在环测试方法，其特征在于，所述测试方法包括：
S41、为上位机的prescan软件中分别设置主车、远车的动力学参数和车辆运行轨迹，运行生成的simulink模型；
S42、切换成硬件在环模式，接入驾驶模拟器；
S43、使用所述驾驶模拟器控制所述simulink模型中所述主车的车辆运行轨迹；
S44、将主车的动力学参数转换为CAN信号转发至用于模拟主车的第一V2X设备；
S45、将模拟主车定位信息转换成模拟GPS信号发送至所有V2X设备，所述模拟GPS信号包括所述模拟主车定位信息和1pps同步信号；
S46、所述第一V2X设备将计算出的预警信息发送至与所述第一V2X连接的所述车机显示屏进行显示。
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