CN113721592A - 一种用于实现自动驾驶有效干扰测试的装置及方法 - Google Patents

一种用于实现自动驾驶有效干扰测试的装置及方法 Download PDF

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周桓宇
王鹏宇
张英豪
陈佳祺
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王文
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    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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    • G05B23/02—Electric testing or monitoring
    • G05B23/0205—Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults
    • G05B23/0208—Electric testing or monitoring by means of a monitoring system capable of detecting and responding to faults characterized by the configuration of the monitoring system
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    • G—PHYSICS
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    • G05B—CONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
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Abstract

本发明属于自动驾驶技术领域，具体为一种用于实现自动驾驶有效干扰测试的装置及方法，包括一个安装在被测车辆上的传感器、一个安装在被测车辆上的GPS定位器、一个安装在测试假车上的GPS定位器、一个安装在测试假车上的处理器以及用于测试假车与被测车辆通讯的4G通讯模块，所述测试假车由一个移动载物平台和安装在其上的假车模型构成，所述移动载物平台具有转向、制动等功能，由直流电机驱动行驶，所述假车模型具有实车大小，用来模拟实车行驶的场景，其结构合理，能够提升自动驾驶汽车干扰测试的准确性，在节省人力的情况下准确实现对于自动驾驶车辆的干扰测试，提高自动驾驶测试的自动化水平。

Description

一种用于实现自动驾驶有效干扰测试的装置及方法
技术领域
本发明涉及自动驾驶技术领域，具体为一种用于实现自动驾驶有效干扰测试的装置及方法。
背景技术
随着科学技术的发展进步，自动驾驶已经成为汽车领域的焦点。自动驾驶技术依靠人工智能、视觉计算、雷达、监控装置和全球定位系统协同合作，实现在没有任何人类主动的操作下，自动安全地操作机动车辆。
自动驾驶要走向实用，必须首先测试其安全可靠。自动驾驶汽车的测试形式，目前主要有虚拟场景测试、封闭场地测试、影子模式测试、实际道路测试等几种方式。自动驾驶汽车要达到甚至超越人类驾驶技术水平，需要大量的测试，特别是实际道路环境下的测试。与传统汽车测试的方式不同，自动驾驶汽车的性能表征存在不确定性，且非单调，是人、车、道路交通环境相互耦合的结，传统的单一工况重复测试并不适用，需要尽可能穷尽所有的测试场景。在其中，对于自动驾驶车辆的干扰测试是一个重要的环节。
因此，如何准确高效地实现自动驾驶干扰测试成为一个亟待解决的问题。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施方式的一些方面以及简要介绍一些较佳实施方式。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
本发明的目的在于提供一种用于实现自动驾驶有效干扰测试的装置及方法，能够提升自动驾驶汽车干扰测试的准确性，在节省人力的情况下准确实现对于自动驾驶车辆的干扰测试，提高自动驾驶测试的自动化水平。
为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：
一种用于实现自动驾驶有效干扰测试的装置及方法，其包括。
作为本发明所述的一种用于实现自动驾驶有效干扰测试的装置及方法的一种优选方案，其中：。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、通过对测试假车在干扰测试区内的PID控制，实现在基于给定测试场景状态下对于被测车辆的精确干扰，且该过程可以通过相关装置操纵测试假车自主实现，可以节省人力，提高测试效率与经济性。
2、测试假车由处理器进行操控，可以减少认为操作带来的误差，同时通过测试假车对于某一场景的无差别重复测试，也可以提升测试结果的准确性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施方式的技术方案，下面将结合附图和详细实施方式对本发明进行详细说明，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为本发明实施例一提供的一种自动驾驶干扰测试方法的示意图；
图2为本发明实施例提供的一种自动驾驶干扰测试方法的流程图；
图3为本发明实施例二提供的一种自动驾驶干扰测试方法的示意图；
图4为本发明实施例提供的测试假车示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。
其次，本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施方式时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。
实施例一
图1是本发明涉及的一种十字路口自动驾驶干扰测试示意图，作为一种示例，该图展示了十字路口测试的场景，被测车辆与测试假车分别在相互垂直的道路上，预期相遇地点为十字路口，此时被测车辆以一定的速度匀速向东行驶，测试假车初始静止在十字路口北面某一位置处，初始方向指向为南。
本发明实施例提供了一种用于实现自动驾驶有效干扰测试的装置，其特征在于，包括一个安装在被测车辆上的传感器、一个安装在被测车辆上的GPS定位器、一个安装在测试假车上的GPS定位器、一个安装在测试假车上的处理器以及用于测试假车与被测车辆通讯的4G通讯模块，所述测试假车如图4所示由一个移动载物平台1和安装在其上的假车模型2构成，所述移动载物平台1具有转向、制动等功能，由直流电机驱动行驶，所述假车模型2具有实车大小，用来模拟实车行驶的场景。
参照图2，图2为本发明实施例提供的一种自动驾驶干扰测试方法的流程图，该方法包括如下步骤：
步骤(一)获取当前测试场景状态，所述测试场景状态包括被测车辆的行驶状况与位置信息及测试假车的位置信息；
步骤(二)将所述当前测试场景状态信息发送至测试假车，以使测试假车根据被测车辆执行相关动作实现干扰测试；
其中，
步骤(一)具体过程为：
通过安装于被测车辆上的传感器，获得被测车辆的行驶速度与行驶方向，通过安装于被测车辆上的GPS定位器，获得被测车辆的位置信息，同样地，通过安装于测试假车上的GPS定位器，获得测试假车的位置信息，所述测试假车初始静止于某一位置处；
步骤(二)具体过程为：
通过4G通讯模块将被测车辆的行驶状况与位置信息发送至位于测试假车上的中央处理器，通过数据线将测试假车的位置信息也传送至中央处理器；
在被测车辆的行驶道路上定义一段长度为L1的道路范围为干扰测试区，该范围位于被测车辆行驶方向的前方，同时距离被测车辆与测试假车的预期相遇地点保持一段距离L2，且该道路范围L应当足够长，使得测试假车具有充足的时间进行调整控制，其中，所述预期相遇地点为被测车辆对于测试假车不作反应时两者相遇的地点；
在干扰测试区内进行测试假车速度控制：通过传感器获得的被测车辆行驶速度定义为V1，被测车辆距离预期相遇地点的长度定义为L3，所述距离L3可由GPS获取，同样地，通过GPS获取测试假车的位置，规划路径时，发现测试假车可通过直线行驶达到测试要求，故其规划的行驶路径即为预期相遇地点与测试假车的连线，行驶距离即为两者纵向直线距离，记为L4；
根据所获得的被测车辆行驶速度V1以及被测车辆距离预期相遇地点的长度L3，可以求得被测车辆直线行驶时到达预期相遇地点所需要的时间，记为T1，T1＝L3/V1；
为了实现在预期相遇地点对于被测车辆的干扰，要求测试假车也能够在T1时刻到达预期相遇地点，则可以得出测试假车应当具有的速度V2，V2＝L4/T1；
定义测试假车的车轮半径为r，则对应测试假车车轮角速度W＝V2/r；
从而对应的车轮转速即驱动电机的转速n＝W*30/π，由直流电机电压与转速的关系可得所需的驱动电机电压U＝n*C*fi(其中C、fi均为与电机相关常数)；
根据DAC转换数字量与模拟量的关系，得出DAC对外输出数字量vol＝U*4096/3.3(参考电压)，最后通过DAC模块即可输出所需的模拟电压信号，控制测试假车的速度实现干扰测试；
为了确保干扰测试的准确度，在干扰测试区内对测试假车速度进行PID控制：
定义r(t)为理论上被测车辆与测试假车到达预期相遇地点的时间差，r(t)＝0；
定义c(t)为实际上被测车辆与测试假车到达预期相遇地点的时间差；
定义偏差e(t)＝r(t)-c(t)；
PID时域表达式为：
Figure BDA0003245852340000051
对上述PID连续域表达式进行后项差分离散化，则式中各项可近似表示为
Figure BDA0003245852340000052
为书写方便，采样序列kT用k简化表示，则上式离散为：
Figure BDA0003245852340000061
其中，Kp，Ki，Kd为PID控制器的参数，可以进行调节确定最优值。
通过对于测试假车在干扰测试区内的PID控制，实现对于测试假车速度的精确调节，从而保证干扰测试的准确度与有效性；
在干扰测试区与预期相遇地点之间的一段距离L2用于被测车辆在观察到测试假车后作出相应的反应，以检测并评价被测车辆在面对干扰时的自动驾驶性能。
实施例二
图3是本发明涉及的一种道路并行时的自动驾驶干扰测试示意图，作为一种示例，该图展示了道路并行测试的场景，被测车辆与测试假车分别在同一道路的不同车道上，预期相遇地点为被测车辆所处车道前方的某一位置处，此时被测车辆以一定的速度匀速向前行驶，测试假车初始静止在另一车道的某一位置处，位于被测车辆的后方一段距离。
本发明提供的装置如实施例一，不再重复赘述。
参照图2，图2为本发明实施例提供的一种自动驾驶干扰测试方法的流程图，该方法包括如下步骤：
步骤(一)获取当前测试场景状态，所述测试场景状态包括被测车辆的行驶状况与位置信息及测试假车的位置信息；
步骤(二)将所述当前测试场景状态信息发送至测试假车，以使测试假车根据被测车辆执行相关动作实现干扰测试；
其中，
步骤(一)具体过程为：
通过安装于被测车辆上的传感器，获得被测车辆的行驶速度与行驶方向，通过安装于被测车辆上的GPS定位器，获得被测车辆的位置信息，同样地，通过安装于测试假车上的GPS定位器，获得测试假车的位置信息，所述测试假车初始静止于某一位置处；
步骤(二)具体过程为：
通过4G通讯模块将被测车辆的行驶状况与位置信息发送至位于测试假车上的中央处理器，通过数据线将测试假车的位置信息也传送至中央处理器；
在被测车辆的行驶车道上定义一段长度为L1的道路范围为干扰测试区，该范围位于被测车辆行驶方向的正前方，同时该范围距离被测车辆与测试假车的预期相遇地点保持一段距离L2，且该道路范围L应当足够长，使得测试假车具有充足的时间进行调整控制，其中，所述预期相遇地点为被测车辆对于测试假车不作反应时两者相遇的地点；
在干扰测试区内进行测试假车速度控制：在某一时刻，通过传感器获得的被测车辆行驶速度定义为V1，被测车辆距离预期相遇地点的长度定义为L3，所述距离L3可由GPS获取，同样地，通过GPS获取测试假车位置，可以得到测试假车与被测车辆在道路纵向的距离为图3所示的(L+L‘)，并规划行驶路径：该行驶路径分为两段，第一段为换道路径，选取等速偏移加正弦函数换道模型，可以获得较好的平滑特性，换道路径的纵向长度为L(单次测试中视为定值)，可以结合被测车辆速度适当选取，其轨迹方程为
Figure BDA0003245852340000071
式中：dw为两车道中心线的距离，L为换道过程的纵向位移；
第二段为直线，其长度为L‘，则测试假车行驶过的距离即为换道曲线与直线距离之和，定义为L4；
根据所获得的被测车辆行驶速度V1以及被测车辆距离预期相遇地点的长度L3，可以求得被测车辆直线行驶时到达预期相遇地点所需要的时间，记为T1，T1＝L3/V1；
为了实现在预期相遇地点对于被测车辆的干扰，要求测试假车也能够在T1时刻到达预期相遇地点，则可以得出测试假车应当具有的速度V2，V2＝L4/T1；
定义测试假车的车轮半径为r，则对应测试假车车辆角速度W＝V2/r；
从而对应的车轮转速即驱动电机的转速n＝W*30/π，由直流电机电压与转速的关系可得所需的驱动电机电压U＝n*C*fi(其中C、fi均为与电机相关常数)；
根据DAC转换数字量与模拟量的关系，得出DAC对外输出数字量vol＝U*4096/3.3(参考电压)，最后通过DAC模块即可输出所需的模拟电压信号，控制测试假车的速度实现干扰测试；
为了确保干扰测试的准确度，在干扰测试区内对测试假车速度进行PID控制：
定义r(t)为理论上被测车辆与测试假车到达预期相遇地点的时间差，r(t)＝0；
定义c(t)为实际上被测车辆与测试假车到达预期相遇地点的时间差；
定义偏差e(t)＝r(t)-c(t)；
PID时域表达式为：
Figure BDA0003245852340000081
对上述PID连续域表达式进行后项差分离散化，则式中各项可近似表示为
Figure BDA0003245852340000091
为书写方便，采样序列kT用k简化表示，则上式离散为：
Figure BDA0003245852340000092
其中，Kp，Ki，Kd为PID控制器的参数，可以进行调节确定最优值。
通过对于测试假车在干扰测试区内的PID控制，实现对于测试假车速度的精确调节，从而保证干扰测试的准确度与有效性；
在干扰测试区与预期相遇地点之间的一段距离L2用于被测车辆在观察到测试假车后作出相应的反应，以检测并评价被测车辆在面对干扰时的自动驾驶性能。
虽然在上文中已经参考实施方式对本发明进行了描述，然而在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，本发明所披露的实施方式中的各项特征均可通过任意方式相互结合起来使用，在本说明书中未对这些组合的情况进行穷举性的描述仅仅是出于省略篇幅和节约资源的考虑。因此，本发明并不局限于文中公开的特定实施方式，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (4)

1.一种用于实现自动驾驶有效干扰测试的装置，其特征在于：包括一个安装在被测车辆上的传感器、一个安装在被测车辆上的GPS定位器、一个安装在测试假车上的GPS定位器、一个安装在测试假车上的处理器以及用于测试假车与被测车辆通讯的4G通讯模块，所述测试假车由一个移动载物平台和安装在其上的假车模型构成，所述移动载物平台具有转向、制动等功能，由直流电机驱动行驶，所述假车模型具有实车大小，用来模拟实车行驶的场景。
2.根据权利要求1所述的一种用于实现自动驾驶有效干扰测试的装置的使用方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一：获取当前测试场景状态，所述测试场景状态包括被测车辆的行驶状况与位置信息及测试假车的位置信息；
步骤二：将所述当前测试场景状态信息发送至测试假车，以使测试假车根据被测车辆执行相关动作实现干扰测试。
3.根据权利要求2所述的一种用于实现自动驾驶有效干扰测试的装置的使用方法，其特征在于：步骤一具体过程为：
通过安装于被测车辆上的传感器，获得被测车辆的行驶速度与行驶方向，通过安装于被测车辆上的GPS定位器，获得被测车辆的位置信息，同样地，通过安装于测试假车上的GPS定位器，获得测试假车的位置信息，所述测试假车初始静止于某一位置处。
4.根据权利要求1所述的一种用于实现自动驾驶有效干扰测试的装置及方法，其特征在于：步骤二具体过程为：
通过4G通讯模块将被测车辆的行驶状况与位置信息发送至位于测试假车上的中央处理器，通过数据线将测试假车的位置信息也传送至中央处理器；
在被测车辆的行驶道路上定义一段长度为L1的道路范围为干扰测试区，该范围位于被测车辆行驶方向的前方，同时该范围距离被测车辆与测试假车的预期相遇地点保持一段距离L2，且该道路范围L应当足够长，使得测试假车具有充足的时间进行调整控制，其中，所述预期相遇地点为被测车辆对于测试假车不作反应时两者相遇的地点；
在干扰测试区内进行测试假车控制：通过传感器获得的被测车辆行驶速度定义为V1，被测车辆距离预期相遇地点的长度定义为L3，所述距离L3可由GPS获取，同样地，通过GPS获取测试假车所处位置，并规划行驶路径，定义其行驶至预期相遇地点所经过的距离L4；
根据所获得的被测车辆行驶速度V1以及被测车辆距离预期相遇地点的长度L3，可以求得被测车辆直线行驶时到达预期相遇地点所需要的时间，记为T1，T1＝L3/V1，为了实现在预期相遇地点对于被测车辆的干扰，要求测试假车也能够在T1时刻到达预期相遇地点，则可以得出测试假车应当具有的速度V2，V2＝L4/T1(加速时间忽略不计)；
定义测试假车的车轮半径为r，则对应测试假车车轮角速度W＝V2/r，从而对应的车轮转速即驱动电机的转速n＝W*30/π，由直流电机电压与转速的关系可得所需的驱动电机电压U＝n*C*fi(其中C、fi均为与电机相关常数)，根据DAC转换数字量与模拟量的关系，得出DAC对外输出数字量vol＝U*4096/3.3(参考电压)，最后通过DAC模块即可得到所需的模拟电压信号，控制测试假车的速度实现干扰测试；
为了确保干扰测试的准确度，在干扰测试区内对测试假车速度进行PID控制：
定义r(t)为理论上被测车辆与测试假车到达预期相遇地点的时间差，r(t)＝0；
定义c(t)为实际上被测车辆与测试假车到达预期相遇地点的时间差；
定义e(t)＝r(t)-c(t)；
PID时域表达式为：
Figure FDA0003245852330000031
对上述PID连续域表达式进行后项差分离散化，则式中各项可近似表示为
Figure FDA0003245852330000032
为书写方便，采样序列kT用k简化表示，则上式离散为：
Figure FDA0003245852330000033
其中，Kp，Ki，Kd为PID控制器的参数，可以进行调节确定最优值；
通过对于测试假车在干扰测试区内的PID控制，实现对于测试假车速度的精确调节，从而保证干扰测试的准确度与有效性；
在干扰测试区与预期相遇地点之间的一段距离L2用于被测车辆在观察到测试假车后作出相应的反应，以检测被测车辆的面对干扰时的自动驾驶性能。
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