CN113886209A - V2x预警功能的仿真验证平台及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种V2X预警功能的仿真验证平台及方法，该平台包括：仿真测试主平台、标准数据接口模块、模型算法开发模块、算法链接库、测试场景库、网络协议模拟器、数据流模块和UI显示模块。本发明提供了从模型算法开发、到场景设计、到数据通信传输、到算法集成、到仿真验证的一整套方案，解决了利用模型进行算法开发，不好做仿真验证的难题，而且通过算法生成动态链接库进行调用的举措解决了传统模型在环测试仿真速率低的问题。本发明提供的仿真测试平台，能使模型开发的算法提前定义好所使用的数据接口及规范，可以进行模块化数据更新。而且，通过本发明的网络协议模拟器能模拟真实通信环境下的数据有效性，提高仿真测试的精确效果。

Description

V2X预警功能的仿真验证平台及方法

技术领域

本发明属于智能网联技术领域，具体涉及一种V2X预警功能的仿真验证平台及方法。

背景技术

车辆的仿真测试能在开发阶段对功能进行验证，提前发现功能bug，优化算法，并减少实车测试周期及测试费用。仿真测试能通过模拟真实环境的车辆数据、传感器数据、交通信息、环境信息等仿真数据，能够方便地构建大量的仿真实验场景，进行场景重复性测试、危险场景测试等实车测试无法测试的场景，可以最大限度地提升测试和开发的效率，降低测试的成本，测试功能的临界性能指标。

目前，一般使用simulink来开发算法库，因为matlab中有许多现成的算法可以使用，可读性强，便于参数调试，可查看测试过程数据。但缺点也很明显，对于V2X等通信算法一般可用性差，因为通信协议及接口一般都是编程语言开发，接口类型并非是模型接口，不易适配。且V2X算法涉及到通信协议，涉及到传输过程的误差(时延、丢包等)，对于模型接口传递的真值数据而言，仿真测试达不到预期效果。而且对于仿真测试过程，算法的修改，一般情况下都是算法完成一版，来进行一版的测试，然后根据测试结果进行算法更新，更新之后再继续测试。对于一些只是参数调节不对，并不是逻辑错误的情形，这样的做法就需要来回修改测试，会效率低下且不能达到很好的调试效果。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种V2X预警功能的仿真验证平台及方法，快速、高效地进行算法验证，并辅助算法逻辑的优化、参数调试。

为实现上述目的，本发明提供了一种V2X预警功能的仿真验证平台，包括：仿真测试主平台、标准数据接口模块、模型算法开发模块、算法链接库、测试场景库、网络协议模拟器、数据流模块和UI显示模块；

仿真测试主平台，是仿真测试主控制平台，设有算法调用接口、UI显示接口和场景调用接口，三个接口分别对应测试算法的加载、UI界面的显示和仿真测试场景的调用；

标准数据接口模块，定义数据接口规范；

模型算法开发模块，通过定义好的标准数据接口模块，进行V2X算法的报警逻辑开发，得到算法的动态链接库文件；

算法链接库，内部设有不同的算法动态链接库，算法动态链接库内存储算法的动态链接库文件；通过算法调用接口自主选择单独的算法或组合选择算法进行测试；

测试场景库，包括场景仿真软件搭建的不同的仿真测试场景；通过场景调用接口选择仿真测试场景；

网络协议模拟器，搭建V2X通信协议，用于进行通信协议的模拟以及通信传输性能的测试；通过将仿真测试场景的数据利用网络协议模拟器进行通信传输模拟；

数据流模块，用于接收经过通信协议传输之后的数据，并对接收的数据按照定义好的数据接口规范进行处理，保证与算法接口的数据要求保持一致；

UI显示模块，显示仿真测试结果。

在一些可选的实施方案中，标准数据接口模块在仿真测试主平台嵌入有对应的标准数据接口，用于在仿真测试主平台调用算法链接库文件、测试场景库文件时，通过标准数据接口调用标准数据接口模块，以将仿真测试主平台调用的相应的变量数据关联上对应的数据规范。

在一些可选的实施方案中，数据接口规范对算法所需求的变量进行分类、命名、定义，数据接口规范规定有变量名称、变量排列顺序、变量数据类型、变量计算单位、变量值范围，同一类别的变量依照定义好的变量顺序依次定义。

在一些可选的实施方案中，模型算法开发模块包括算法源码库和编译库，simulink开发出算法后，算法源码库将算法转成c文件与h文件，再通过编译库文件进行编译，得到算法的动态链接库文件。

在一些可选的实施方案中，测试场景库通过场景仿真软件搭建仿真测试场景，仿真测试场景包括道路场景、目标车场景、交通场景、环境场景。

在一些可选的实施方案中，数据流模块包括数据接收模块、数据处理模块和数据更新模块；数据接收模块通过定义的数据接口规范来接收场景数据的数据流；数据处理模块对接收的数据按照数据接口规范进行处理，保证与算法接口的数据要求保持一致；数据更新模块设有一个更新机制，根据仿真平台的更新频率来保证数据跟随测试场景库实时更新。

在一些可选的实施方案中，UI显示模块由仿真测试主平台通过UI显示接口打开调用，实时显示仿真场景画面，算法链接库获得数据之后的运算结果，如果有报警危险，会在UI显示模块进行实时显示。

在一些可选的实施方案中，UI显示模块还显示与测试相关的数据，包括预警距离、目标方位。

在一些可选的实施方案中，UI显示模块添加有一个在线标定功能，用于对算法中的一些变量参数值进行修改，将新的参数值传递给算法链接库的相应变量接口，然后通过重新运行仿真场景观看算法的预期效果，进行仿真调试、优化。

一种利用上述的V2X预警功能的仿真验证平台实现的V2X预警功能的仿真验证方法，包括以下步骤：

Step1：启动仿真测试平台程序；

Step2：连接场景仿真软件；

Step3：连接网络协议模拟器；

Step4：在场景仿真软件界面加载测试场景，在网络协议模拟器界面载入V2X通信协议；

Step5：在算法调用接口，加载要测试的算法动态链接库文件；

Step6：打开UI显示模块；

Step7：进行仿真测试，观看结果；

Step8：打开UI在线调试功能，选择要调试的变量，进行数值改变；

Step9：进行仿真测试，进行结果对比，进行在线调参；

Step10：仿真结束。

本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：

1、形成完整的仿真平台架构，从模型开发、到场景搭建、通信协议模拟、数据处理、算法开发及调用、UI显示、参数标定等，能适用仿真测试的过程，一套完整的方案能提高测试效率，降低V2X通信仿真测试的难度，一体化流程；通过生成算法动态链接库文件，相对模型文件，能提升仿真速率；通过在线标定功能，能提高算法开发效率等。

2、定义标准数据接口模块，能减少平台其它模块的开发量，且对于数据流向与数据变量匹配有明确的参考依据，能做好协同开发工作。如果后续算法模块使用的数据变量有更新，只需要在标准数据接口模块中进行更新，或直接在模块的预留接口进行添加即可。其它模块会对更新之后的标准数据接口进行调用。

3、通过网络协议模拟器，模拟V2X功能接收的数据，模拟V2X通信过程的时延、丢包等影响算法开发的因素，既有利于算法的开发，又能通过模拟真实通信环境下的数据来检测算法的实际功能效果。

4、通过UI模块的在线标定功能，能进行算法内部变量参数的调试，能有利于辅助算法开发，同时得到最满意的功能效果。

5、通过模型算法生成动态链接库，并在仿真测试主平台通过接口调用，可以对于算法测试有针对性，对于算法的开发也能并行进行开发，同时简化了操作，提高了使用效果。在算法需要修改时，只需将编译后的算法链接库进行替换即可。通过此方案，能极大的提高仿真速率，而且能有针对性、组合性的测试算法，并且算法功能可以并行开发，减少算法开发时间，只需要使用平台统一的标准数据接口规范即可。

附图说明

图1为本发明实施例提供的V2X仿真测试示意图；

图2为本发明实施例提供的V2X预警功能的仿真验证平台示意图；

图3为本发明实施例提供的V2X预警功能的仿真验证平台的仿真测试流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明提供了一种仿真测试平台，能够提供从模型算法开发、到场景设计、到数据通信传输、到算法集成、到仿真验证的一整套方案，解决了利用模型进行算法开发，不好做仿真验证的难题，而且通过算法生成动态链接库进行调用的举措解决了传统模型在环测试仿真速率低的问题。

本发明提供的仿真测试平台，能使模型开发的算法提前定义好所使用的数据接口及规范(车辆及传感器数据、道路数据、交通数据、环境数据等维度)，可以进行模块化数据更新。然后各测试功能的算法分开开发，并能直接加载到仿真测试平台进行调用。而且，通过本发明的网络协议模拟器能模拟真实通信环境下的数据有效性，提高仿真测试的精确效果。另外，仿真平台调用Simulink模型编译后的动态链接库文件，相对于模型在环测试可以极大的提高仿真测试速度，缩短仿真测试时间。

如图1所示，为V2X仿真测试示意图。需要说明的是，场景库：不同的算法适用的场景是不一样的，对算法的验证需要大量不同的场景，场景库就是基于场景仿真软件构建的各种不同交通场景，不同的场景专门用来针对不同的算法进行验证。算法库：一般是动态链接库文件，符合本仿真平台提出的接口规范，可以接收仿真平台提供的仿真数据，运行各种预警算法，对危险驾驶情况进行预警。通信协议：本发明指进行V2X无线通信时所使用的标准通信协议。模型开发：此发明对于模型的概念，一般指simulink模型。

本发明实施例的仿真验证平台，如图2所示，主要有8部分组成，现在对其功能进行分开阐述。

如图结构①：此为仿真验证平台的主程序，有算法调用接口、UI显示接口、场景调用接口三个主要接口，分别对应测试算法的加载、UI界面的显示、仿真测试场景的调用。这个仿真测试主程序平台可以作为一个执行程序进行打开使用，打开后会关联三个使用接口，进入测试的流程。

如图结构②：此为标准数据接口模块，是为了适应V2X模型算法开发而定义的一套数据集接口规范，定义了仿真平台和算法库进行数据交换时用的数据结构，包含了应用于此平台的所有数据接口。标准数据接口规范要规定好变量名称、变量排列顺序、变量数据类型、变量计算单位、变量值范围等。如对于算法而言，它需要多个来源的数据输入，有自车车辆数据(包含自车传感器数据)、通过数据接收模块接收的目标车数据、路网/地图信息、交通信息、环境信息、预留的接口信息等。这些数据根据本发明定义的一套数据接口标准规范，来进行预设定好。比如本车数据变量数据分类定义为A，则按照定义好的变量顺序，分别定义本车数据的变量A[1]、A[2]、A[3]…，比如A[1]代表车速信号、A[2]代表加速度信号、A[3]代表转向角信号等，类似，并对每个变量的数据类型、计算单位、值范围等进行定义。同理，目标车数据变量可定义为B1[1]、B1[2]…Bn[1]、Bn[2]…(n为能接收目标车数据的最大数量，n辆)，其余数据变量参照此规则设计。

依据这套数据规范，提前对算法接口需求的变量进行分类、命名、定义，同时在仿真平台主程序中嵌入对应的标准数据接口，这样在调用算法链接库文件，调用场景库文件时，就会将相应的变量数据关联上对应的数据，从而使仿真平台运行。

本发明设计一套标准数据接口模块的目的，一是为了各模块相互调用时更方便，更明了不易出错。二是提前定义好一套标准数据模块，对于算法开发而已就不需对变量数据这块进行考虑，只关注算法逻辑即可，如果后续开发中变量内容有更新，就只需要对标准数据接口模块进行单独修改更新即可，不用对所有的算法内容进行检查修改。三是一般主机厂对于算法开发都是基于simulink模型开发，从模型到代码的过程都是根据自带的代码生成器进行，这种生成方式有一定局限性，不太适用于集成应用，因为它的变量名称在生成后与模型不同，在接口调用时很容易报错，如果后续手动调整，工作量太大，不实用，通过使用定义好的数据接口规范，自动生成的代码就能满足使用要求。四是通过定义好数据接口模块之后，通过编译之后调用的方式，会极大的提高仿真速率，提高工作效率。

如图结构③：此为模型算法开发模块，通过定义好的标准数据模块，进行V2X算法的报警逻辑开发。然后自动代码生成得到c文件与h文件，再通过编译库文件进行编译，得到算法的动态链接库文件。

需要说明的是，发明中用Simulink模型开发的算法，同样适用于用C语言、C++、Java、Pathon等语言开发的算法，属于同一范畴，可以替代。只要接口符合按照本发明定义的标准接口数据模块，均满足保护范围。

如图结构④：此为算法链接库，包含了不同算法功能的动态链接库文件。功能算法是基于模块开发，因为标准数据接口模块的存在，算法内部接口函数可以相互调用，可以同时激活多个算法功能，但需要加载相应的算法链接库，并可以同时加载多个。

本发明对于此块的创新在于：①将算法分模块开发，生成相应的动态链接库文件，可以自主的选择测试算法，也可以选择组合测试。这对比与传统的将算法嵌入到模型，嵌入到场景中进行测试更具有测试空间。②本发明在仿真测试主平台嵌入算法调用接口，可以直接在测试界面自主选择要测的功能算法，并可以进行组合测试，更具选择性由于灵活性，操作上也更方便。

如图结构⑤：此为测试场景库，通过场景仿真软件(可以为开源软件，也可以是商业化软件，主要目的就是搭建测试场景)进行测试场景的搭建，如道路场景、目标车场景、交通场景、环境场景等，对应的场景都会有对应的数据流。

场景仿真软件：进行仿真测试的场景搭建，可以提供本车模型、目标车辆模型、交通模型、环境模型等，对场景要素进行组合形成不同的仿真测试工况，并可以对复杂、危险工况进行设计。对于仿真平台使用的场景仿真软件，既可以使用开源的SUMO，也可以使用CarMaker、Prescan、Carsim、VTD等商业软件，属于同一范畴，可以替代。

如图结构⑥：此为网络协议模拟器，主要来进行通信协议的模拟、进行通信传输性能的测试。本发明为V2X预警功能仿真测试，如果直接将仿真场景的真值数据给到算法接口，对于实际的V2X测试是没有任何意义的，因为V2X数据传输是通过V2X通信协议进行无线传输的，对于无线传输数据，必然存在通信的一些考虑因素，这也是在算法开发阶段要考虑的因素，比如通信协议的稳定性、数据在传输过程的时延、传输过程中的数据丢包等，所以仿真测试要考虑到这些问题。本发明通过搭建一个网络协议模拟器，搭建V2X通信协议(通信协议与真实环境保持一致)，通过将仿真场景的数据利用网络协议模拟器进行通信传输模拟，将经过通信协议传输之后的数据(更具真实意义)传输给下一模块(数据接收模块)进行接收。

本发明的创新之处在于搭建了V2X仿真测试所需的通信协议，模拟了V2X真实的通信与数据传输环境，这样就能得到比较接近真实环境的测试结果，可以帮助算法开发模块在开发时考虑到这些误差因素，更利于算法的开发。并能在实车前就能进行模拟真实的环境进行相关的测试验证，极大的提高了测试效率，加快开发进度，缩短整体测试时间。

如图结构⑦：此为数据接收模块、数据处理模块、数据更新模块。数据接收模块通过定义的标准数据接口规范来接收仿真的数据流。数据处理模块是对接收的数据按照数据接口规范进行处理，保证与算法接口的数据要求保持一致。数据更新模块是设计一个更新机制，根据仿真平台的更新频率来保证数据的实时更新(对于仿真平台的更新频率要严格设计，保持与测试场景库同一更新频率，防止数据时序对应不上，或出现数据丢失现象)。

如图结构⑧：此为UI显示模块，可以通过仿真测试主平台进行打开调用，可以实时显示仿真场景画面，算法链接库获得数据之后的运算结果，如果有报警危险，会在UI进行实时显示，另外也能显示测试想要知道的一些关键数据，如预警距离、目标方位等。同时此模块添加了一个在线标定功能，在算法中的一些变量参数值可以在这里进行修改，然后通过重新运行仿真场景观看算法的预期效果，进行仿真调试，以优化到满意效果。

本发明的创新之处在于开发了一个在UI界面的在线参数标定功能，对于在算法开发过程阶段需要调试的变量值(标定量)进行关联，通过在线标定功能，将新的参数值传递给算法链接库的相应变量接口，进行修改参数后的仿真测试。这里模拟的是实车标定过程，传统方案在仿真验证时只会对于算法进行一次开环测试，结果达不到预期会重新修改算法，再拿来进行测试，这样一来，效率低下，还不能调试的很满意的效果。通过在线标定功能关联上算法的关键变量后，可以通过在同一仿真场景下，一次一次的改标定参数，然后观看预警效果进行更快、更高效率的调试，能辅助算法的开发。就比如对于一个测试场景下，预警时机过晚，导致车辆有碰撞风险，就可以在UI界面的标定功能里对相关的变量参数进行调整数值，以达到完美的预警时机。这个功能在一般的仿真软件里是没有的，而本方案可以通过定义的标准数据接口模块，很容易的开发出来，具有很大的使用价值。

本发明还提供一种仿真测试平台工作流程，仿真流程如图3所示，包括：

Step1：启动仿真测试平台程序(可以封装为一个小程序执行文件)；

Step2：连接场景仿真软件；

Step3：连接网络协议模拟器；

Step4：在场景仿真软件界面加载测试场景，在网络协议模拟器界面载入V2X通信协议；

Step5：在算法调用接口，加载要测试的算法动态链接库文件；

Step6：打开UI；

Step7：进行仿真测试，观看结果；

Step8：打开UI在线调试功能，选择要调试的变量，进行数值改变；

Step9：进行仿真测试，进行结果对比，进行在线调参；

Step10：仿真结束。

综上所述，本发明设计的一套仿真验证平台，能关联仿真场景、算法、网络协议模拟、UI显示等多模块，形成一整套对基于模型开发的算法进行验证的方案，能快速、高效的进行算法验证，并能辅助算法逻辑的优化、参数调试。

在仿真平台里，定义了一套适用此平台的标准数据接口规范，同时可以在场景库模块、模拟的通信协议模块、数据处理模块、算法链接库模块、仿真主平台程序进行相互识别、调用。而且标准数据接口模块是进行模块化开发，如果后续算法模块使用的数据变量有更新，我们只需要在标准数据接口模块中进行更新，或直接在模块的预留接口进行添加即可。其它模块会对更新之后的标准数据接口进行调用。

仿真平台通过对功能算法生成动态链接库文件并直接在平台主程序进行调用。在功能测试时，只要在仿真平台主程序加载算法链接库即可，在算法需要修改时，只需将编译后的算法链接库进行替换即可。通过此方案，能极大的提高仿真速率，而且能有针对性、组合性的测试算法，并且算法功能可以并行开发，减少算法开发时间，只需要使用平台统一的标准数据接口规范即可。

仿真平台搭建的网络协议模拟器，通过搭建V2X通信协议，利用本平台规范的数据接口，模拟在V2X通信传输过程中的数据误差，如时延，如丢包，如鲁棒性，来指导算法的开发，与真实的测试环境保持一致。

仿真平台UI模块的在线标定功能，设计一个在线标定模块，通过匹配标准数据接口模块定义的变量，将算法链接库中的数据接口变量引出来，来实现更改变量数值来改变算法功能实现效果的目的，这样一来如果仿真测试效果不理想，我们就可以通过在线标定功能进行参数调试，达到理想的预警效果，以达到仿真测试辅助开发的目的，很具实用性。

需要指出，根据实施的需要，可将本申请中描述的各个步骤/部件拆分为更多步骤/部件，也可将两个或多个步骤/部件或者步骤/部件的部分操作组合成新的步骤/部件，以实现本发明的目的。

本领域的技术人员容易理解，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种V2X预警功能的仿真验证平台，其特征在于，包括：仿真测试主平台、标准数据接口模块、模型算法开发模块、算法链接库、测试场景库、网络协议模拟器、数据流模块和UI显示模块；

仿真测试主平台，是仿真测试主控制平台，设有算法调用接口、UI显示接口和场景调用接口，三个接口分别对应测试算法的加载、UI界面的显示和仿真测试场景的调用；

标准数据接口模块，定义数据接口规范；

模型算法开发模块，通过定义好的标准数据接口模块，进行V2X算法的报警逻辑开发，得到算法的动态链接库文件；

算法链接库，内部设有不同的算法动态链接库，算法动态链接库内存储算法的动态链接库文件；通过算法调用接口自主选择单独的算法或组合选择算法进行测试；

测试场景库，包括场景仿真软件搭建的不同的仿真测试场景；通过场景调用接口选择仿真测试场景；

网络协议模拟器，搭建V2X通信协议，用于进行通信协议的模拟以及通信传输性能的测试；通过将仿真测试场景的数据利用网络协议模拟器进行通信传输模拟；

数据流模块，用于接收经过通信协议传输之后的数据，并对接收的数据按照定义好的数据接口规范进行处理，保证与算法接口的数据要求保持一致；

UI显示模块，显示仿真测试结果。

2.根据权利要求1所述的V2X预警功能的仿真验证平台，其特征在于，标准数据接口模块在仿真测试主平台嵌入有对应的标准数据接口，用于在仿真测试主平台调用算法链接库文件、测试场景库文件时，通过标准数据接口调用标准数据接口模块，以将仿真测试主平台调用的相应的变量数据关联上对应的数据规范。

3.根据权利要求1所述的V2X预警功能的仿真验证平台，其特征在于，数据接口规范对算法所需求的变量进行分类、命名、定义，数据接口规范规定有变量名称、变量排列顺序、变量数据类型、变量计算单位、变量值范围，同一类别的变量依照定义好的变量顺序依次定义。

4.根据权利要求1所述的V2X预警功能的仿真验证平台，其特征在于，模型算法开发模块包括算法源码库和编译库，simulink开发出算法后，算法源码库将算法转成c文件与h文件，再通过编译库文件进行编译，得到算法的动态链接库文件。

5.根据权利要求1所述的V2X预警功能的仿真验证平台，其特征在于，测试场景库通过场景仿真软件搭建仿真测试场景，仿真测试场景包括道路场景、目标车场景、交通场景、环境场景。

6.根据权利要求1所述的V2X预警功能的仿真验证平台，其特征在于，数据流模块包括数据接收模块、数据处理模块和数据更新模块；数据接收模块通过定义的数据接口规范来接收场景数据的数据流；数据处理模块对接收的数据按照数据接口规范进行处理，保证与算法接口的数据要求保持一致；数据更新模块设有一个更新机制，根据仿真平台的更新频率来保证数据跟随测试场景库实时更新。

7.根据权利要求1所述的V2X预警功能的仿真验证平台，其特征在于，UI显示模块由仿真测试主平台通过UI显示接口打开调用，实时显示仿真场景画面，算法链接库获得数据之后的运算结果，如果有报警危险，会在UI显示模块进行实时显示。

8.根据权利要求1所述的V2X预警功能的仿真验证平台，其特征在于，UI显示模块还显示与测试相关的数据，包括预警距离、目标方位。

9.根据权利要求1所述的V2X预警功能的仿真验证平台，其特征在于，UI显示模块添加有一个在线标定功能，用于对算法中的一些变量参数值进行修改，将新的参数值传递给算法链接库的相应变量接口，然后通过重新运行仿真场景观看算法的预期效果，进行仿真调试、优化。

10.一种利用权利要求9所述的V2X预警功能的仿真验证平台实现的V2X预警功能的仿真验证方法，其特征在于，包括以下步骤：

Step1：启动仿真测试平台；

Step2：连接场景仿真软件；

Step3：连接网络协议模拟器；

Step4：在场景仿真软件界面加载测试场景，在网络协议模拟器界面载入V2X通信协议；

Step5：在算法调用接口，加载要测试的算法动态链接库文件；

Step6：打开UI显示模块；

Step7：进行仿真测试，观看结果；

Step8：打开UI在线调试功能，选择要调试的变量，进行数值改变；

Step9：进行仿真测试，进行结果对比，进行在线调参；

Step10：仿真结束。

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