CN114167752A - 一种车辆主动安全系统的仿真测试方法和系统装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种车辆主动安全系统的仿真测试方法和系统装置，S1、针对待测车辆，在封闭园区内搭建实车测试场地；S2、获取封闭园区的语义地图并通过仿真系统进行静态环境搭建；S3、基于步骤S2中的静态环境通过仿真系统进行动态交通环境搭建；S4、基于步骤S2中的静态环境通过仿真系统增设虚拟车辆。本发明所述的一种车辆主动安全系统的仿真测试方法和系统装置，通过封闭园区静态环境映射，实现在有限区域内的车辆主动安全系统高精度映射数字孪生仿真测试，不需要占用大面积场地资源并且可获得真实的车辆动态响应，避免了车辆动力学模型不精准问题。

Description

一种车辆主动安全系统的仿真测试方法和系统装置

技术领域

本发明属于车辆主动安全领域，尤其是涉及一种车辆主动安全系统的仿真测试方法和系统装置。

背景技术

智能驾驶车辆在量产交付前需要经历大量的测试、验证工作，以保障智能驾驶车辆的安全性和稳定性，现阶段的测试验证手段主要有软件在环SIL(Software in theLoop)、硬件在环HIL(Hardware in the Loop)、实车在环VIL(Vehicle in the Loop)以及实车场地测试和公开道路测试。其中，硬件在环HIL是对控制器进行测试，在HIL测试中只有被测控制器是真实的硬件，静态环境、动态交通环境、驾驶员和车辆动力学均为虚拟模型，其测试结果的准确性和有效性都难以保证。实车场地测试和公开道路测试是指真实车辆在真实的交通环境下进行的测试，其测试结果的真实性和准确性是最高的，但是实车测试存在时间周期长、人力成本高、设备成本高、安全性低、场景变化便捷性低、测试环境可重复性低、危险场景实现难度大等问题。实车在环VIL则是介于纯仿真测试和实车测试之间的测试方法，将主动安全功能集成到真实车辆中，通过实时仿真系统模拟静态、动态交通场景、道路和传感器信号，并将信号实时发送给实车控制器，车辆根据控制器的指令真进行真实车辆动态响应，该方法可实现主动安全功能在各种场景下的快速验证，在一定程度上解决上述问题。

目前业界普遍采用的VIL测试为实验室内实车在环测试，使用真实的车辆，转鼓试验台模拟真实道路物理环境，使用仿真系统生成传感器仿真信号和虚拟交通场景，驾驶员采用驾驶员模型或者使用驾驶模拟器模拟驾驶员操作。转鼓实验台可模拟典型路面摩擦系数，但实现坡度模拟、转向随动、侧倾模拟则需要很高昂的费用，这种方案无法实现较高速度和一些极限工况的测试验证，也无法还原真实的驾驶员接管车辆的场景，从而会导致得到的测试结果与真实结果存在一定差异。此外，业内也有给车辆带上“VR眼睛”的测试方法，即真实的车辆在一个非常开阔的封闭场地内，通过仿真软件将仿真场景中的感知信息发送给车辆的决策控制系统，车辆根据决策进行相应的执行响应，这种方法采用了真实的道路，但是对场地资源的要求非常高，要求尽可能大的开阔场地，并且只能进行水平路面的仿真测试，此外驾驶员也很难根据仿真场景进行人工介入的一些操作。针对上述问题，提出一种可以利用现有园区道路的车辆主动安全系统VIL测试方法和系统装置，即通过在桌面仿真端实时搭建园区静态场景并映射车辆在实际道路中的位置和运动参数，将仿真端中动态场景中的感知数据下发车辆端，在现有园区中实现真实车辆和道路在环的仿真测试。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在提出一种车辆主动安全系统的仿真测试方法和系统装置，以解决上述的不足之处。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

第一方面本方案公开了一种车辆主动安全系统的仿真测试方法，

S1：针对待测车辆，在封闭园区内搭建实车测试场地；

S2：获取封闭园区的语义地图并通过仿真系统进行静态环境搭建；

S3：基于步骤S2中的静态环境通过仿真系统进行动态交通环境搭建；

S4：基于步骤S3中的动态交通环境通过仿真系统增设车载虚拟传感器模型；

S5：实车测试与仿真系统测试同步进行，进而对实车主动安全系统模块进行测试。

进一步的，主动安全系统模块包括感知融合子模块、决策规划子模块和控制执行子模块。

进一步的，步骤S5中，实车主动安全系统模块进行测试方法包括：

S401、将实车的感知融合子模块到决策规划子模块的数据链路截断；

S402、通过仿真系统将实车决策规划子模块所需的数据格式进行注入；

S403、实车主动安全控制器根据所注入的感知信息，对实车的决策规划子模块和控制执行子模块进行测试。

进一步的，步骤S5中，实车主动安全系统模块进行测试方法包括：

S411、将实车的感知融合子模块、决策规划子模块到控制执行子模块的数据链路一起截断；

S412、通过仿真系统将实车控制执行子模块所需的数据格式进行注入；

S413、实车主动安全控制器根据所注入的决策信息，对实车的控制执行子模块进行测试。

第一方面本方案公开了一种车辆主动安全系统的仿真测试系统装置，包括桌面端数据传输装置、桌面端数据转换装置和仿真PC装置。

桌面端数据传输装置用于将仿真场景中的感知数据或仿真场景中决策规划数据下发给车端，并接收车端发送的测试车辆的位置姿态数据、运动状态数据、驾驶员操作数据；

桌面端数据传输装置包括收发器、数据存储单元和天线单元，收发器、数据存储单元和天线单元通过内部连接通路相互通信；

桌面端数据转换装置用于将桌面端数据传输装置收到的位置姿态数据、运动状态数据、驾驶员操作数据，并注入仿真系统中；

驾驶员操作数据包括档位、制动、油门、转向和功能开关数据；

桌面端数据转换装置包括处理器、计算机程序和数据存储单元；

仿真PC装置用于搭建仿真场景，通过采集到的园区的点云数据和定位信息基于语义分割及3D场景重构在三维建模软件中建立高精度虚拟场景模型，完成道路静态环境的重构，根据车辆主动安全系统的仿真测试要求添加动态交通参与目标以及可替换增加的静态障碍物或交通标志，进行动态测试场景的搭建，建立车载传感器模型和主动安全功能算法模型，并将仿真场景中的感知数据或仿真场景中决策规划数据发送至桌面端数据传输装置；

仿真PC装置包括处理器、显卡和数据存储器。

进一步的，包括车端数据传输装置、数据截断及转换装置；

车端数据传输装置用于将测试车辆的位置姿态数据、运动状态数据和驾驶员操作数据发送给桌面端，并接收桌面端发送的仿真场景中的感知数据或仿真场景中决策规划数据；

车端数据传输装置包括收发器、数据存储单元和天线单元，收发器、数据存储单元和天线单元通过内部连接通路相互通信。

数据截断及转换装置包括线束接插件、处理器、存储器和计算机程序，数据截断及转换装置用于将车辆原有的感知数据从车辆总线上截断，并将车端数据传输装置接收到的桌面端下发的感知数据，转换处理为原车决策规划模块所需的数据结构后，“注入”到车辆的决策控制单元；

数据截断及转换装置用于将车辆原有的感知数据和决策规划数据均从车辆总线上截断，并将车端数据传输装置接收到的桌面端仿真场景中主动安全功能模型计算出的决策规划数据，转化处理为原车控制执行模块所需的数据结构后，“注入”到车辆的执行控制单元。

相对于现有技术，本发明所述的一种车辆主动安全系统的仿真测试方法和系统装置具有以下有益效果：

(1)本发明所述的一种车辆主动安全系统的仿真测试方法和系统装置，通过封闭园区静态环境映射，实现在有限区域内的车辆主动安全系统高精度映射数字孪生仿真测试，不需要占用大面积场地资源并且可获得真实的车辆动态响应，避免了车辆动力学模型不精准问题。

(2)本发明所述的一种车辆主动安全系统的仿真测试方法和系统装置，针对于自动泊车这种低动态、场景数量多的测试中，可以发挥场景搭建边界便捷，切换迅速的特点。

(3)本发明所述的一种车辆主动安全系统的仿真测试方法和系统装置，可实现真正的驾驶员在环，可进行人机交互测试、危险场景、故障注入和驾驶员接管场景的测试。

(4)本发明所述的一种车辆主动安全系统的仿真测试方法和系统装置，针对商用车主动安全测试，可避免试验设备及器材的损耗。

(5)本发明所述的一种车辆主动安全系统的仿真测试方法和系统装置，作为传统物理试验和数字仿真试验的补充和拓展，场景搭建便捷，便于算法的迭代开发，可以加速主动安全功能的测试验证，测试效率高、更加安全、更加节省测试成本，可全面评估主动安全系统的功能、性能。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的实车决策规划子模块和控制执行子模块测试示意图；

图2为本发明实施例所述的控制执行子模块测试示意图；

图3为本发明实施例所述的车端数据传输装置与桌面端数据传输装置示意图；

图4为本发明实施例所述的园区道路示意图；

图5为本发明实施例所述的车辆端与仿真端同步示意图；

图6为本发明实施例所述的车辆端至桌面仿真端示意图；

图7为本发明实施例所述的桌面仿真端至车辆端示意图；

图8为本发明实施例所述的实车决策规划、控制执行层测试示意图；

图9为本发明实施例所述的实车控制执行层面的在环测试示意图；

图10为本发明实施例所述的封闭园区内仿真测试系统示意图；

图11为本发明实施例所述的车端装置示意图；

图12为本发明实施例所述的桌面端装置示意图；

图13为本发明实施例所述的车端数据传输装置示意图；

图14为本发明实施例所述的数据截断及转换装置示意图；

图15为本发明实施例所述的桌面端数据传输装置示意图；

图16为本发明实施例所述的桌面端数据转换装置示意图；

图17为本发明实施例所述的PC仿真装置示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“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，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”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

本发明提供一种车辆主动安全系统在封闭园区内的仿真测试方法，包括以下：

静态环境映射：在园区内搭设GNSS固定基准站，通过激光三维扫描系统和DGPS设备采集园区的点云数据和定位信息，首先，对采集的点云数据基于语义分割及3D场景重构在三维建模软件中建立高精度虚拟静态模型，建模对象包含园区道路静态信息、车道静态信息、道路基础设施静态信息、自然环境、建筑物等，在仿真软件中还原搭建真实园区道路环境。其次，利用DGPS设备采集到的园区内道路和车道的差分定位信息，建立本地坐标系，根据高精度差分定位信息和高精度3D模型在仿真环境中实现静态环境3D模型和坐标从真实环境到仿真环境中的映射。

仿真虚拟场景搭建：通过仿真软件进行静态环境和动态交通环境的搭建，其中，静态环境由1.1所述方法进行还原搭建，在此基础上，可以对一部分静态环境进行增改，例如车道标线类型、颜色，交通标志牌信息等。动态交通环境则由仿真软件根据测试场景进行搭建，可以在已有静态环境中增加的交通参与者，包括行人、二轮车、车辆等不同道路交通参与者。

传感器的仿真：在仿真系统内建立车载传感器模型，包括：摄像头传感器、激光雷达、毫米波雷达、超声波雷达。虚拟传感器模型将在仿真环境中探测到的目标级感知信息通过无线通讯发送给搭载主动安全功能算法的被测试车辆进行信息融合与决策，真实车辆执行控制指令在封闭园区场地与仿真场景内同步同位置运行。

桌面端与车辆端数据传输：测试车辆内安装车端数据传输装置，桌面端安装桌面端数据传输装置，两个装置间通过无线网络进行数据双向传输，无线网络可以是基于任何通信技术标准的无线网络，如4G/5G、WIFI。车辆端将车辆定位及运动状态信息实时发送桌面端，保持数字-物理端模型同步，同时桌面端将仿真场景中传感器模型获取的目标级感知信息发送至实车端，基于车辆内部搭载的融合决策算法，在真实园区和仿真环境中同位置同步控制车辆。

车辆定位及运动状态数据获取：获取车辆的定位信息、运动状态信息以及姿态信息，测试车辆上安装GNSS+IMU捷联惯导设备，搭配双GPS天线和差分天线，配合园区内的固定GNSS基站，实现在园区内1-2厘米级精度的差分定位。通过DGPS定位，获取车辆的定位信息：经度、纬度、海拔，通过捷联惯导设备获得车辆的运动状态信息：速度、加速度、以及姿态信息：航向角、俯仰角、侧倾角信息。

车端数据传输装置采集车辆的位置姿态信息和运动状态信息，并通过无线网络发送给桌面端数据传输装置，桌面端数据传输装置将收到的信息实时注入至桌面仿真系统，根据收到的真实车辆的实时位置信息，在仿真环境中匹配相同定位的坐标。同时将运动状态信息：速度、加速度、以及姿态信息：航向角、俯仰角、侧倾角信息赋值给仿真车辆运动参数，完成数字、物理状态的同步，实现整个数字孪生系统高效的闭环实时仿真测试。

车辆内部数据链路的切断与注入：

本发明提出一种车端数据截断与转换的方法，该方法是将原车感知与决策规划之间的链路切断或者决策规划与控制执行之间的链路切断。第一种形式是将车辆原有的车载传感器到决策规划模块的数据链路截断，然后将桌面端仿真场景中的目标感知信息，按照原车决策规划模块所需的数据格式进行“注入”，实车主动安全控制器根据所注入的感知信息，在实际道路上进行决策执行，实现数据链路在车端与桌面端的闭环，这种方法用于实车决策规划、控制执行层的在环测试，能够较真实的验证在真实道路上车辆的决策与执行；

第二种形式是将车辆原有的感知、决策到控制执行模块的数据链路一起截断，在桌面仿真端搭建传感器模型和主动安全功能模型，将仿真场景中的决策规划信息按照原车控制执行模块所需的数据格式进行“注入”，实车的控制执行模块根据决策信息进行相应的执行响应。这种方法用于实车控制执行层面的在环测试，能够快速验证功能算法、验证车辆执行响应情况。

车端与桌面端数据链路交互：

为了使测试车在实际园区道路中与仿真环境中同步，测试车在实际园区道路与仿真中的位置一致，车辆端需要发送的定位信息为起始位置的定位数据，桌面仿真端根据接收到的真实车辆起始位置数据，在虚拟环境中匹配相同坐标，实现仿真开始时刻位置的统一，车端发送下一时刻的定位数据，桌面端根据接收到的该时刻定位数据，更新仿真环境中车辆的定位。为了使测试车在实际道路上的运动姿态与仿真环境中一致，车辆端需要发送运动信息，即纵向速度、横向速度、纵向加速度、横向加速度；姿态信息，即航向角、俯仰角、横摆角。对于车辆采集到的高频率的定位及运动状态数据，采用差值拟合的方法进行处理，以满足仿真系统高计算频率的要求，实现实时仿真，避免仿真位置出现跳变影响结果。桌面仿真端根据接收到的真实车辆运动姿态数据，在虚拟环境中给车辆赋值运动参数，保证车辆在仿真环境中的运动姿态与真实车辆一致。

桌面仿真端也同时向车辆端下发场景数据，在上述第一种用于实车决策规划、控制执行层测试的用途中，桌面仿真端将仿真场景中传感器感知到的数据，下发车端，主要包括目标物相关数据、车道线相关数据以及交通标识相关数据。车辆端的数据截断及转换装置在接收到以上信号后，将数据转换为原车决策规划模块所需的数据格式进行“注入”，实车主动安全系统控制器根据所注入的感知信息，在园区道路上进行决策执行。在上述第二种用于实车控制执行层面的在环测试的用途中，桌面仿真端将仿真场景中功能算法模型计算出的决策规划数据下发车端，主要包括发动机/电机扭矩请求、制动减速度请求、方向盘转角、方向盘转速控制指令等。车辆端的数据截断及转换装置在接收到以上信号后，将数据转换为原车控制执行模块所需的数据格式进行“注入”，实车的控制执行模块根据决策信息进行相应的执行响应。此外，在此种情况下，车端除了向桌面端发送车辆位置姿态及运动状态信息外，驾驶员如果对车辆进行操作，车端也会将驾驶员的操作数据回传桌面仿真端，主要包括档位信号、方向盘扭矩、转角信号、油门开度信号、制动踏板信号以及车辆功能开关人机交互信号，桌面端的数据转换装置将接收到的信号转换为仿真模型中所需要的数据格式并“注入”驾驶员模型。

本发明提供的车端系统装置包括：车端数据传输装置、数据截断及转换装置。

车端数据传输装置用于将测试车辆的位置姿态数据、运动状态数据、驾驶员操作数据发送给桌面端，并接收桌面端发送的仿真场景中的感知数据或仿真场景中决策规划数据。车端数据传输装置可以由收发器、数据存储单元、天线单元构成，收发器、数据存储单元、天线单元可以通过内部连接通路相互通信。

数据截断及转换装置由线束接插件、处理器、存储器和计算机程序构成。数据截断及转换装置有两种用途，第一种是用于将车辆原有的感知数据从车辆总线上截断，并将车端数据传输装置接收到的桌面端下发的感知数据，转换处理为原车决策规划模块所需的数据结构后，“注入”到车辆的决策控制单元；第二种是用于将车辆原有的感知数据和决策规划数据均从车辆总线上截断，并将车端数据传输装置接收到的桌面端仿真场景中主动安全功能模型计算出的决策规划数据，转化处理为原车控制执行模块所需的数据结构后，“注入”到车辆的执行控制单元。

本发明提供的桌面端装置包括：桌面端数据传输装置、桌面端数据转换装置、仿真PC装置。

桌面端数据传输装置用于将仿真场景中的感知数据或仿真场景中决策规划数据下发给车端，并接收车端发送的测试车辆的位置姿态数据、运动状态数据、驾驶员操作数据。桌面端数据传输装置可以由收发器、数据存储单元、天线单元构成，收发器、数据存储单元、天线单元可以通过内部连接通路相互通信。

桌面端数据转换装置用于将桌面端数据传输装置收到的位置姿态数据、运动状态数据、驾驶员操作(档位、制动、油门、转向、功能开关)数据，并注入仿真系统中。桌面端数据转换装置由处理器、计算机程序和数据存储单元构成。

仿真PC装置用于搭建仿真场景，通过采集到的园区的点云数据和定位信息基于语义分割及3D场景重构在三维建模软件中建立高精度虚拟场景模型，完成道路静态环境的重构。根据测试用例添加动态交通参与目标以及可替换增加的静态障碍物或交通标志，进行动态测试场景的搭建，建立车载传感器模型、主动安全功能算法模型，并将仿真场景中的感知数据或仿真场景中决策规划数据发送至桌面端数据传输装置。仿真PC装置可以由处理器、显卡、数据存储器构成。

图1、图2和图3示出了本发明提供的一种车辆主动安全系统在封闭园区内的仿真测试方法包括：

获取封闭园区的语义地图。在园区内搭设GNSS固定基准站，通过激光三维扫描设备和DGPS设备采集园区的点云数据和定位信息，其中，激光三维扫描线束不得低于128线，DGPS差分定位精度不得低于2cm，此外本申请对激光三维扫描设备和DGPS设备型号不做限定。

基于语义地图在仿真环境生成3D环境模型，作为仿真场景的静态环境。此过程可以通过PC仿真装置完成。首先，对采集的点云数据基于语义分割及3D场景重构在三维建模软件中建立高精度虚拟静态模型，建模对象包含园区道路静态信息、车道静态信息、道路基础设施静态信息、自然环境、建筑物等，在仿真软件中还原搭建真实园区道路环境。其次，对DGPS设备采集到的园区内道路和车道的差分定位信息Coordinatesi{Longitudei、Latitudei、Altitudei}(i∈[1,+∞])，选取两个距离大于100m的参考点Coordinates1{Longitude1、Latitude1、Altitude1}和Coordinatesx{Longitudex、Latitudex、Altitudex}(10000<x≤i)，建立本地坐标系(Local Coordinate)，如图3所示。结合高精度差分定位信息和高精度3D模型，在仿真环境中实现静态环境3D模型和坐标从真实环境到仿真环境中的映射。

传感器仿真建模。此过程可在PC仿真装置中完成，其中，在仿真系统内建立车载传感器模型，包括：摄像头传感器、激光雷达、毫米波雷达、超声波雷达等。

搭建仿真环境。此过程可在PC仿真装置中完成，通过仿真软件进行静态环境和动态交通环境的搭建，其中，静态环境由上述方法进行还原搭建，在此基础上，不可以更改的静态环境有：(1)道路静态环境：道路几何、道路边界、道路曲率、道路航向、车道数、道路纵向坡度以及横向坡度；(2)车道静态环境：车道几何、车道曲率、车道航向、车道中心线、车道宽度、车道标线位置、车道分流及合并等信息；(3)道路基础设施：路肩、护栏、交通指示及标志灯杆、减速带、路边建筑物、固定障碍物等信息。可以增改的静态环境有：(1)车道静态环境：车道标线类型、车道标线颜色；(2)道路基础设施：交通标志牌信息、交通指示灯相位、井盖；(3)其他：天气信息、静态障碍物等。动态交通环境由仿真软件根据测试场景进行搭建，可以在已有静态环境中增加的交通参与者有：(1)车辆目标：轿车、卡车、特种车辆；(2)道路弱势群体：成人、儿童、自行车、电动二轮车、电动三轮车、摩托车等。

车辆定位及运动状态数据获取：可以通过车辆上安装的DGPS装置获取车辆的水平位置、垂直位置、速度、加速度以航向角、俯仰角、姿态角。P1＝{Longitude、Latitude、Altitude}、P2＝{vx、vy、ax、ay}、P3＝{heading、pitch、roll}，本申请中的DGPS装置可以是GNSS+IMU捷联惯导设备，搭配双GPS天线和差分天线，配合园区内的固定GNSS基站，实现在园区内1-2厘米级精度的差分定位。通过DGPS定位，获取车辆的定位信息：经度、纬度、海拔P1{Longitude、Latitude、Altitude}，通过捷联惯导设备获得车辆的运动状态信息：速度、加速度P2{vx、vy、ax、ay}、以及姿态信息：航向角、俯仰角、侧倾角信息P3{heading、pitch、roll}。

车辆端与桌面端数据交互同步。为了使测试车在实际园区道路中与仿真环境中同步，测试车在实际园区道路与仿真中的位置一致。驾驶员先选择测试场景，测试车静止在某一位置且定位精度达到RTK时，车辆端通过车端数据传输装置，发送起始位置的定位数据：P1t0{Longitude t0、Latitude t0、Altitude t0}，桌面仿真端根据接收到的真实车辆起始位置数据，在虚拟环境中匹配相同坐标Coordinatest0{Longitude t0、Latitude t0、Altitude t0}，并匹配时间戳T0，作为测试初始时刻，实现仿真开始时刻位置的统一，随后，仿真场景开始运行，车辆开始移动，车端发送下一时刻的定位数据P1ti{Longitude ti、Latitude ti、Altitude ti}，桌面端根据接收到的该时刻定位数据，更新仿真环境中车辆的定位Coordinatesti{Longitude ti、Latitude ti、Altitude ti}及时间戳Ti，达到测试车在实际和仿真环境中位置的一致同步，如图4所示，为了使测试车在实际道路上的运动姿态与仿真环境中一致，车辆端需要发送运动信息P2＝{vx、vy、ax、ay}，即纵向速度、横向速度、纵向加速度、横向加速度；姿态信息P3＝{heading、pitch、roll}，即航向角、俯仰角、横摆角。对于车辆采集到的100Hz的定位及运动状态数据，采用差值拟合的方法进行处理，以满足仿真系统高计算频率的要求，实现实时仿真，避免仿真位置出现跳变影响结果。桌面仿真端根据接收到的真实车辆运动姿态数据，在虚拟环境中给车辆赋值运动参数，保证车辆在仿真环境中的运动姿态与真实车辆一致。车辆端向桌面端发送的数据流如图5所示。

在车辆端与桌面端统一测试初始时刻的位置和时间戳后，桌面仿真端也同时向车辆端下发场景数据，作为一种用于实车决策规划、控制执行层测试的实施方式，桌面仿真端将仿真场景中传感器感知到的数据，下发车端，主要包括目标物ID、目标物的相对纵向距离、相对纵向速度、相对纵向加速度(Srel_Long，Vrel_Long、Arel_Long)；目标物的相对横向距离、相对横向速度、相对横向加速度(Srel_Lat，Vrel_Lat、Arel_Lat)；车道线宽度、车道线曲率、车道线左右距离、车道线置信度(Lane_width、Lane_curvature、Lane_leftdis、Lane_rightdis、Lane_confidence)；限速标志数值、交通信号灯信号(TSR_Speedlimit、TSR_Traffic Signal)等。车辆端的数据截断及转换装置在接收到以上信号后，将数据转换为原车决策规划模块所需的数据格式进行“注入”，实车主动安全系统控制器根据所注入的感知信息，在园区道路上进行决策执行。作为第二种用于实车控制执行层面的在环测试的实施方式，桌面仿真端将仿真场景中功能算法模型计算出的决策规划数据下发车端，主要包括发动机/电机扭矩请求(Torque_request)、制动减速度请求(Deceleration_request)、方向盘转角(SRangle_request)、方向盘转速控制指令(SRanglevelocity_request)等。车辆端的数据截断及转换装置在接收到以上信号后，将数据转换为原车控制执行模块所需的数据格式进行“注入”，实车的控制执行模块根据决策信息进行相应的执行响应。此外，在此种情况下，车端除了向桌面端发送车辆位置姿态及运动状态信息外，驾驶员如果对车辆进行操作，车端也会将驾驶员的操作数据回传桌面仿真端，主要包括档位信号、方向盘扭矩、转角信号、油门开度信号、制动踏板信号以及车辆功能开关人机交互信号，桌面端的数据转换装置将接收到的信号转换为仿真模型中所需要的数据格式并“注入”驾驶员模型。桌面仿真端向车辆端发送的数据流如图6所示。

例如，进行AEB前车切出后出现静止目标测试，如图7所示，车辆端驾驶员在选择了AEB前车切出出现静止目标的测试场景后，将车辆停在园区某一位置，此时车辆定位状态达到RTK，车端数据传输装置将定位数据及运动姿态数据P1t0＝{Longitude t0、Latitudet0、Altitude t0}、P2 t0＝{vx t0、vy t0、ax t0、ay t0}、P3 t0＝{heading t0、pitcht0、rollt0}发送给桌面端，桌面端在接收到车辆定位数据后，在虚拟环境中匹配相同坐标Coordinatest0{Longitude t0、Latitude t0、Altitude t0}，并匹配时间戳t0作为起始时刻，此时仿真场景开始运行，车端数据传输装置发送该时刻t0定位数据及车辆运动姿态数据，Pt0＝{Longitude t0、Latitude t0、Altitude t0}、P ti＝{vx t0、vy t0、ax t0、ayt0}、P3 t0＝{heading t0、pitcht0、rollt0}，桌面端数据传输装置接收到位姿数据后，通过数据转换装置将数据处理为与仿真步长一致、格式一致的数据，赋值给仿真系统中，使车辆在仿真环境中与真实园区同时同位置运行。同时，桌面端向车辆端下发感知数据，主要包括目标物ID、目标物的相对纵向距离、相对纵向速度、相对纵向加速度(Srel_Long t0，Vrel_Long t0、Arel_Long t0)；目标物的相对横向距离、相对横向速度、相对横向加速度(Srel_Lat t0，Vrel_Lat t0、Arel_Lat t0)。驾驶员驾驶车辆开始运动，车辆端和桌面端互相发送下一时刻数据，在本例中，ti时刻，在仿真系统中前方运动目标1切出后，测试车接近前方静止目标1，此时车辆端向桌面端发送ti时刻定位数据及车辆运动姿态数据，Pti＝{Longitude ti、Latitude ti、Altitude ti}、P ti＝{vx ti、vy ti、ax ti、ay ti}、P3 ti＝{heading ti、pitchti、rollti}，桌面端向车辆端下发感知数据，主要包括目标物ID、目标物的相对纵向距离、相对纵向速度、相对纵向加速度(Srel_Long ti，Vrel_Long ti、Arel_Long ti)；目标物的相对横向距离、相对横向速度、相对横向加速度(Srel_Lat ti，Vrel_Lat ti、Arel_Lat ti)，车辆端数据传输装置接收到感知数据后，通过数据截断与转换装置，将原车感知模块到决策模块链路截断，并将接收到的数据装换为原车决策模块所需的格式，并发送给决策模块，测试车根据决策信息在园区中进行控制执行，测试车执行AEB制动。车辆端同时向桌面端发送定位数据及运动姿态数据，桌面端在接收到车辆定位数据后，在虚拟环境中同位置同步进行了AEB制动，实现闭环实时仿真测试。

当测试过程中，出现冲突情况时，例如实际园区道路中，本车前突然出现一个横穿马路的行人，此时车内驾驶员需要介入，中断测试，可将车辆刹停或者驶离，以保证安全。

车辆内部数据链路的切断与注入。通过车端数据截断与转换装置，接入车辆已有的智能驾驶辅助系统信息传递网络，并将车辆原有的感知到决策规划的传输通道截断或者将车辆原有的决策规划到控制执行的传输通道切断。第一种形式如图1-1所示，是将车辆原有的车载传感器到决策规划模块的数据链路截断，然后将桌面端仿真场景中的目标感知信息，按照原车决策规划模块所需的数据格式进行“注入”，实车主动安全控制器根据所注入的感知信息，在实际道路上进行决策执行，实现数据链路在车端与桌面端的闭环，这种方法用于实车决策规划、控制执行层的在环测试，能够较真实的验证在真实道路上车辆的决策与执行；第二种形式如图1-2所示，是将车辆原有的感知、决策到控制执行模块的数据链路一起截断，在桌面仿真端搭建传感器模型和主动安全系统功能模型，将仿真场景中的决策规划信息按照原车控制执行模块所需的数据格式进行“注入”，实车的控制执行模块根据决策信息进行相应的执行响应。这种方法用于实车控制执行层面的在环测试，能够快速验证功能算法、验证车辆执行响应情况。

第二种形式的应用，例如，进行LKA测试，如图9所示，车辆端驾驶员在选择了LKA直道的测试场景后，将车辆停在园区某一位置，此时车辆定位状态达到RTK，车端数据传输装置将定位数据及运动姿态数据Pt0＝{Longitude t0、Latitude t0、Altitude t0}、P t0＝{vx t0、vy t0、ax t0、ay t0}、P3 t0＝{heading t0、pitcht0、rollt0}发送给桌面端，桌面端在接收到车辆定位数据后，在虚拟环境中匹配相同坐标Coordinatest0{Longitude t0、Latitude t0、Altitude t0}，并匹配时间戳t0作为起始时刻，此时仿真场景开始运行，驾驶员驾驶车辆按照测试速度行驶，无意识向左侧车道偏离，车端数据传输装置发送下一时刻ti定位数据及车辆运动姿态数据，Pti＝{Longitude ti、Latitude ti、Altitude ti}、P ti＝{vx ti、vy ti、ax ti、ay ti}、P3 ti＝{heading ti、pitchti、rollti}，桌面端数据传输装置接收到位姿数据后，通过数据转换装置将数据处理为与仿真步长一致、格式一致的数据，赋值给仿真系统中，使车辆在仿真环境中与真实园区同时同位置运行。同时，桌面端将ti时刻仿真场景中感知模块和功能算法模块计算出的决策规划数据，下发至车辆端，主要包括方向盘转角(SRangle_requestti)、方向盘转速控制指令(SRanglevelocity_requestti)，车辆端数据传输装置接收到决策数据后，通过数据截断与转换装置，将原车感知模块、决策模块到控制执行模块的链路截断，并将接收到的数据装换为原车控制模块所需的格式，并发送给控制执行模块，测试车根据控制指令在园区中进行控制执行，将车辆纠回车道中央。车辆端同时向桌面端发送定位数据及运动姿态数据，桌面端在接收到车辆定位数据后，在虚拟环境中同位置同时刻向车道中央纠回，实现闭环实时仿真测试。

当测试过程中，出现冲突情况时，例如车辆有越出道路边缘风险，此时车内驾驶员需要介入，中断测试，可将车辆刹停或者驶离，以保证安全。

基于该方法，描述本申请提供的一种车辆主动安全系统在封闭园区内的仿真测试系统装置。

图10示出了本申请提供的一种车辆主动安全系统在封闭园区的仿真测试系统，该系统包括车辆端装置和桌面端装置。

车辆端装置如图11所示，包括DGPS装置、车端数据传输装置、车端数据截断及转换装置、车端数据存储装置。

桌面端装置如图12所示，包括桌面端数据传输装置、数据转换装置、PC仿真装置。

DGPS装置用于获取车辆的位置、姿态、运动状态信息，以便后续发送给桌面端使用，其中，定位信息P1通过RTK差分定位得到车辆的水平位置和高程位置，P1＝{Longitude、Latitude、Altitude}；通过GNSS+IMU捷联惯导方式运动信息P2获得车辆的纵向速度、纵向加速度、横向速度、横向加速度，P2＝{vx、vy、ax、ay}；获取车辆的运动姿态信息P3：车辆的航向角、俯仰角、横摆角，P3＝{heading、pitch、roll}。DGPS装置例如可以是GNSS+IMU组合惯导，搭配双GPS天线，通过园区内固定GNSS基准站或者网络RTK实现RTK定位，达到1-2厘米的定位精度，数据采样率可以是50Hz、100Hz或250Hz。

车端数据传输装置用于将DGPS装置采集的数据以及驾驶员操作车辆的数据发送至桌面端数据传输装置，同时接收桌面端数据传输装置下发的数据。将测试车辆的位置姿态数据P1{Longitude、Latitude、Altitude}、P3{heading、pitch、roll}、运动状态数据P2{vx、vy、ax、ay}、驾驶员操作数据(油门、制动、档位、方向盘、各功能开关等，通过总线采集)发送给桌面端，并接收桌面端发送的仿真场景中的感知数据或仿真场景中决策规划数据。车端数据传输装置可以例如图13由收发器、数据存储单元、天线单元构成，收发器、数据存储单元、天线单元可以通过内部连接通路相互通信。收发器和天线单元用于通过无线网络接收或者发送数据，数据存储单元用于缓存车端数据和接收到的桌面端数据。

车端数据截断及转换装置用于接入车辆已有的智能辅助驾驶信息传递网络，并将车辆原有的感知到决策规划的传输通道截断或者将车辆原有的决策规划到控制执行的传输通道切断。这里有两种数据截断的方法，用于不同的测试用途。第一种方法是将车辆原有的车载传感器到决策规划模块的数据链路截断，然后将桌面端仿真场景中的目标感知信息，按照原车决策规划模块所需的数据格式进行“注入”，实车主动安全系统控制器根据所注入的感知信息，在实际道路上进行决策执行，实现数据链路在车端与桌面端的闭环，这种方法用于实车决策规划、控制执行层的在环测试，能够较真实的验证在真实道路上车辆的决策与执行；第二种方法是将车辆原有的感知、决策到控制执行模块的数据链路一起截断，在桌面仿真端搭建传感器模型和主动安全功能模型，将仿真场景中的决策规划信息按照原车控制执行模块所需的数据格式进行“注入”，实车的控制执行模块根据决策信息进行相应的执行响应。这种方法用于实车控制执行层面的在环测试，能够快速验证功能算法、验证车辆执行响应情况。此外，此装置还通过内部的CAN卡单元采集驾驶员人机操作的数据，例如方向盘转角、方向盘转速、油门踏板开度、制动踏板开度、各功能开关如ESC开关、AEB/FCW开关、ACC/ICA开关等。数据截断及转换装置可以如图13所示由数据截断及转换装置由线束接插件、处理器、存储器和计算机程序构成。计算机程序负责将接收到的数据的进行转换同步并注入车辆的决策模块或控制模块，线束接插件主要用于切断原有车辆智能驾驶辅助系统通信链路，将计算机程序处理后的数据接入车辆的决策模块或控制模块，处理器用于运行计算机程序，存储器用于临时或长期存储数据。

车端数据存储装置用于存储来自DGPS装置采集的车辆位置姿态及运动状态数据、来自车端数据截断及转换装置采集的车辆总线数据、来自数据传输装置接收的桌面端下发的感知数据或者决策数据。存储装置可以是电脑或工作站内部的存储单元，如内存、硬盘等。

桌面端数据传输装置用于将仿真场景中的感知数据或仿真场景中决策规划数据下发给车端，并接收车端发送的测试车辆的位置姿态数据P1{Longitude、Latitude、Altitude}、P3{heading、pitch、roll}、运动状态数据P2{vx、vy、ax、ay}、驾驶员操作(档位、制动、油门、转向、功能开关)数据。桌面端数据传输装置可以例如图15由收发器、数据存储单元、天线单元构成，收发器、数据存储单元、天线单元可以通过内部连接通路相互通信。收发器和天线单元用于通过无线网络接收或者发送数据，数据存储单元用于缓存车端数据和接收到的桌面端数据。

数据转换装置用于将桌面端数据传输装置收到的真实车辆的实时位置信息，在仿真环境中匹配相同定位的坐标Coordinatesx{Longitudex、Latitudex、Altitudex}，同时将运动状态信息：速度、加速度P2{vx、vy、ax、ay}、以及姿态信息：航向角、俯仰角、侧倾角信息P3{heading、pitch、roll}、驾驶员操作(档位、制动、油门、转向、功能开关)数据，通过处理器中搭载的计算机程序采用差值拟合的方法，将数据采样率和数据格式转换为与仿真系统中仿真步长、数据格式一致的数据，并注入PC仿真装置中赋值给仿真车辆运动参数，完成数字、物理状态的同步，实现整个数字孪生系统高效的闭环实时仿真测试。桌面端数据转换装置例如图16由处理器、计算机程序和数据存储单元构成。其中处理器用于运行计算器程序，数据存储单元用于临时或者长期存储数据。

PC仿真装置用于搭建仿真环境并运行仿真场景，通过采集到的园区的点云数据和定位信息基于语义分割及3D场景重构在三维建模软件中建立高精度虚拟场景模型，完成道路静态环境的重构。根据测试用例添加动态交通参与目标以及可替换增加的静态障碍物或交通标志，进行动态测试场景的搭建，建立车载传感器模型、主动安全功能算法模型，并将仿真场景中的感知数据或仿真场景中决策规划数据发送至桌面端数据传输装置。仿真PC装置可以例如图17由处理器、显卡、数据存储器构成。其中处理器用于运行仿真场景，显卡用于显示仿真场景，数据存储器用于存储测试数据。

以上所述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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种车辆主动安全系统的仿真测试方法，其特征在于：

S1、针对待测车辆，在封闭园区内搭建实车测试场地；

S2、获取封闭园区的语义地图并通过仿真系统进行静态环境搭建；

S3、基于步骤S2中的静态环境通过仿真系统进行动态交通环境搭建；

S4、基于步骤S2中的静态环境通过仿真系统增设虚拟车辆；

虚拟车辆包括车载虚拟传感器模型；

S5、实车在封闭园区内的测试与虚拟车辆在仿真系统内的测试通过数据链路交互实现同步进行，进而对实车主动安全系统模块进行测试。

2.根据权利要求1所述的一种车辆主动安全系统的仿真测试方法，其特征在于，步骤S2中静态环境搭建方法：

S201、在封闭园区内搭设GNSS固定基准站，通过激光三维扫描系统和DGPS设备采集园区的点云数据和定位信息；

S202、基于步骤S201中的点云数据和定位信息，对采集的点云数据基于语义分割及3D场景重构，在仿真系统中建立虚拟静态模型；

S203、通过DGPS设备获取封闭园区内道路和车道的差分定位信息；

S204、根据差分定位信息和虚拟静态模型在仿真系统中完成静态环境的搭建。

3.根据权利要求2所述的一种车辆主动安全系统的仿真测试方法，其特征在于：步骤S202中，虚拟静态模型包含园区道路静态信息、车道静态信息、道路基础设施静态信息、自然环境和建筑物。

4.根据权利要求1所述的一种车辆主动安全系统的仿真测试方法，其特征在于，步骤S5中实车在封闭园区内的测试与虚拟车辆在仿真系统内的测试通过数据链路交互实现同步的方法：

S501、实车发送起始位置的定位数据，虚拟车辆根据接收到的实车起始位置的定位数据，在静态环境中匹配相同坐标，实现实车位置与仿真系统内虚拟车辆的位置在测试开始时刻位置统一，实车发送下一时刻的定位数据，虚拟车辆根据接收到的该时刻定位数据，更新仿真环境中车辆的定位；

S502、实车发送运动姿态数据，虚拟车辆根据接收到的运动姿态数据进行运动姿态的实时调节，保证虚拟车辆在静态环境中的运动姿态与实车一致；

S503、虚拟车辆将车载虚拟传感器模型感知到的数据发送至实车。

5.根据权利要求1所述的一种车辆主动安全系统的仿真测试方法，其特征在于：主动安全系统模块包括感知融合子模块、决策规划子模块和控制执行子模块。

6.根据权利要求4所述的一种车辆主动安全系统的仿真测试方法，其特征在于，步骤S5中，实车主动安全系统模块进行测试方法包括：

S511、将实车的感知融合子模块到决策规划子模块的数据链路截断；

S512、通过仿真系统将实车决策规划子模块所需的数据格式进行注入；

S513、实车主动安全控制器根据所注入的感知信息，对实车的决策规划子模块和控制执行子模块进行测试。

7.根据权利要求1所述的一种车辆主动安全系统的仿真测试方法，其特征在于，步骤S5中，实车主动安全系统模块进行测试方法包括：

S521、将实车的感知融合子模块、决策规划子模块到控制执行子模块的数据链路一起截断；

S522、通过仿真系统将实车控制执行子模块所需的数据格式进行注入；

S523、实车主动安全控制器根据所注入的决策信息，对实车的控制执行子模块进行测试。

8.一种车辆主动安全系统的仿真测试系统装置，用于执行上述权利要求1-7任一所述的一种车辆主动安全系统的仿真测试方法，其特征在于：包括桌面端数据传输装置；

桌面端数据传输装置用于将仿真场景中的感知数据或仿真场景中决策规划数据下发给车端，并接收车端发送的测试车辆的位置姿态数据、运动状态数据、驾驶员操作数据；

桌面端数据传输装置包括收发器、数据存储单元和天线单元，收发器、数据存储单元和天线单元通过内部连接通路相互通信。

9.根据权利要求8所述的一种车辆主动安全系统的仿真测试系统装置，其特征在于：还包括桌面端数据转换装置和仿真PC装置；

桌面端数据转换装置用于将桌面端数据传输装置收到的位置姿态数据、运动状态数据、驾驶员操作数据，并注入仿真系统中；

驾驶员操作数据包括档位、制动、油门、转向和功能开关数据；

桌面端数据转换装置包括处理器、计算机程序和数据存储单元；

仿真PC装置用于搭建仿真场景，通过采集到的园区的点云数据和定位信息基于语义分割及3D场景重构在三维建模软件中建立高精度虚拟场景模型，完成道路静态环境的重构，根据车辆主动安全系统的仿真测试要求添加动态交通参与目标以及可替换增加的静态障碍物或交通标志，进行动态测试场景的搭建，建立车载传感器模型和主动安全功能算法模型，并将仿真场景中的感知数据或仿真场景中决策规划数据发送至桌面端数据传输装置；

仿真PC装置包括处理器、显卡和数据存储器。

10.根据权利要求8所述的一种车辆主动安全系统的仿真测试系统装置，其特征在于：包括车端数据传输装置和数据截断及转换装置；

车端数据传输装置用于将测试车辆的位置姿态数据、运动状态数据和驾驶员操作数据发送给桌面端，并接收桌面端发送的仿真场景中的感知数据或仿真场景中决策规划数据；

车端数据传输装置包括收发器、数据存储单元和天线单元，收发器、数据存储单元和天线单元通过内部连接通路相互通信；

数据截断及转换装置包括线束接插件、处理器、存储器和计算机程序，数据截断及转换装置用于将车辆原有的感知数据从车辆总线上截断，并将车端数据传输装置接收到的桌面端下发的感知数据，转换处理为原车决策规划模块所需的数据结构后注入到车辆的决策控制单元；

数据截断及转换装置用于将车辆原有的感知数据和决策规划数据均从车辆总线上截断，并将车端数据传输装置接收到的桌面端仿真场景中主动安全功能模型计算出的决策规划数据，转化处理为原车控制执行模块所需的数据结构后注入到车辆的执行控制单元。

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