CN115047782B - 联合仿真系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及智能网联汽车技术领域，尤其涉及一种联合仿真系统。本发明提供了一种联合仿真系统，包括硬件在环仿真平台上位机、硬件在环仿真平台下位机、传感器测试仿真平台、车辆动力学仿真平台、数据分发交换机和数据接收交换机，还包括跨平台数据中转分析模块和跨系统数据传输层。本发明提供的联合仿真系统包括的跨平台数据中转分析模块突破了不同仿真平台的交互屏障，可以使不同仿真平台优势互补、实时交互，充分利用不同仿真平台的优势模块。跨平台数据中转分析模块与所有仿真平台之间的通讯传输方式均采用跨系统数据传输层通讯连接，能够增加仿真测试的真实性、可信度、结果可靠性，而且可以无障碍接入智能网联汽车实车系统。

Description

联合仿真系统

技术领域

本发明涉及智能网联汽车技术领域，尤其涉及一种联合仿真系统。

背景技术

随着汽车行业朝着智能网联方向快速发展，智能网联汽车系统也比传统汽车更加复杂多样，由此所带来的测试验证需求也迅速增加，且随着视觉传感器、激光雷达等传感器的引入对场景渲染和模型质量的产生了极高的需求，同时在极高数据通信带宽所带来的车载以太网应用也产生一定的以太网测试验证的需求。

传统的单一仿真平台的测试方式在测试效果和测试效率等方面已无法满足智能网联汽车系统的测试需求，可以充分利用并整合多系统、多平台、多软件优势模块的联合仿真平台成为智能网联汽车仿真测试验证评价的主流方案。

但是，由于不同仿真软件的侧重点有差异，同时平台和软件之间存在壁垒和屏障，进行联合仿真进行优势互补较为困难。

发明内容

本发明提供一种联合仿真系统，可有效地解决上述或者其他潜在技术问题。

本发明提供的一种联合仿真系统，包括硬件在环仿真平台上位机、硬件在环仿真平台下位机、传感器测试仿真平台、车辆动力学仿真平台、数据分发交换机和数据接收交换机，联合仿真系统还包括跨平台数据中转分析模块和跨系统数据传输层；跨平台数据中转分析模块用于连接硬件在环仿真平台上位机、硬件在环仿真平台下位机、传感器测试仿真平台以及车辆动力学仿真平台，以使任意两个之间实现数据交互；硬件在环仿真平台上位机、硬件在环仿真平台下位机、传感器测试仿真平台以及车辆动力学仿真平台分别采用Liunx系统、Windows系统或X86系统中的一种；跨系统数据传输层用于将硬件在环仿真平台上位机、硬件在环仿真平台下位机、传感器测试仿真平台以及车辆动力学仿真平台的所收数据和所发数据通过据分发交换机、数据接收交换机进行数据组包发送，以使跨系统数据传输层用于将硬件在环仿真平台上位机、硬件在环仿真平台下位机、传感器测试仿真平台以及车辆动力学仿真平台与跨平台数据中转分析模块进行数据传输。

本发明提供的联合仿真系统，包括硬件在环仿真平台上位机、硬件在环仿真平台下位机、传感器测试仿真平台、车辆动力学仿真平台、数据分发交换机和数据接收交换机，联合仿真系统还包括跨平台数据中转分析模块和跨系统数据传输层；跨平台数据中转分析模块用于连接硬件在环仿真平台上位机、硬件在环仿真平台下位机、传感器测试仿真平台以及车辆动力学仿真平台，以使任意两个之间实现数据交互；跨系统数据传输层用于将硬件在环仿真平台上位机、硬件在环仿真平台下位机、传感器测试仿真平台以及车辆动力学仿真平台的所收数据和所发数据通过据分发交换机、数据接收交换机进行数据组包发送，以使跨系统数据传输层用于将硬件在环仿真平台上位机、硬件在环仿真平台下位机、传感器测试仿真平台以及车辆动力学仿真平台与跨平台数据中转分析模块进行数据传输。本发明提供的联合仿真系统包括的跨平台数据中转分析模块突破了不同仿真平台的交互屏障，可以使不同仿真平台优势互补、实时交互，充分利用不同仿真平台的优势模块。同时，跨平台数据中转分析模块与所有仿真平台之间的通讯传输方式均采用跨系统数据传输层通讯连接，在通讯形式上与现有的智能网联车辆所采用的车载以太网通讯十分贴近，不仅能够增加仿真测试的真实性、可信度、结果可靠性，而且可以无障碍接入智能网联汽车实车系统。

在根据第一方面的可选的实施例中，跨平台数据中转分析模块包括以太网数据分析模块和数据中转模块；数据中转模块作为联合仿真系统中枢，用于对硬件在环仿真平台上位机、硬件在环仿真平台下位机、传感器测试仿真平台以及车辆动力学仿真平台的所收数据和所发数据进行数据解析组合，通过以太网数据分析模块配置网络流量和带宽，通过数据分发交换机、数据接收交换机将数据流通过跨系统数据传输层进行联合仿真系统中的数据实时交互；以太网数据分析模块，对硬件在环仿真平台上位机、硬件在环仿真平台下位机、传感器测试仿真平台以及车辆动力学仿真平台之间的数据交互传输的网络质量，传输实时性进行监测管理。

在根据第一方面的可选的实施例中，跨系统数据传输层包括TCP、UDP或车载以太网传输层通讯协议中的一种或多种。

在根据第一方面的可选的实施例中，联合仿真系统还包括系统拓展接口，系统拓展接口的接收端与跨平台数据中转分析模块通过数据接收交换机连接；系统拓展接口的分发端与跨平台数据中转分析模块通过数据分发交换机连接。

本发明的附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。

附图说明

通过参照附图的以下详细描述，本发明实施例的上述和其他目的、特征和优点将变得更容易理解。在附图中，将以示例以及非限制性的方式对本发明的多个实施例进行说明，其中：

图1为本发明实施例提供的联合仿真系统的整体结构示意图。

附图标记：

100、联合仿真系统；

110、跨平台数据中转分析模块；

111、以太网数据分析模块；112、数据中转模块；

120、数据分发交换机；

130、数据接收交换机；

140、硬件在环仿真平台；

141、硬件在环仿真平台上位机；142、硬件在环仿真平台下位机；

150、车辆动力学仿真平台；

160、传感器测试仿真平台；

170、交通场景渲染平台；

171、场景注入；172、图像暗箱；

173、雷达回波；

180、系统拓展接口。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，上述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

应当理解的是，下面的实施例并不限制本发明所保护的方法中各步骤的执行顺序。本发明的方法的各个步骤在不相互矛盾的情况下能够以任意可能的顺序并且能够以循环的方式来执行。

本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“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”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”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接；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或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

随着汽车行业朝着智能网联方向快速发展，智能网联汽车系统也比传统汽车更加复杂多样，由此所带来的测试验证需求也迅速增加，且随着视觉传感器、激光雷达等传感器的引入对场景渲染和模型质量的产生了极高的需求，同时在极高数据通信带宽所带来的车载以太网应用也产生一定的以太网测试验证的需求。传统的单一仿真平台的测试方式在测试效果和测试效率等方面已无法满足智能网联汽车系统的测试需求，可以充分利用并整合多系统、多平台、多软件优势模块的联合仿真平台成为智能网联汽车仿真测试验证评价的主流方案。但是，由于不同仿真软件的侧重点有差异，同时平台和软件之间存在壁垒和屏障，进行联合仿真进行优势互补较为困难。

有鉴于此，本发明提供了一种联合仿真系统，包括硬件在环仿真平台上位机、硬件在环仿真平台下位机、传感器测试仿真平台、车辆动力学仿真平台、数据分发交换机和数据接收交换机，联合仿真系统还包括跨平台数据中转分析模块和跨系统数据传输层；跨平台数据中转分析模块用于连接硬件在环仿真平台上位机、硬件在环仿真平台下位机、传感器测试仿真平台以及车辆动力学仿真平台，以使任意两个之间实现数据交互；硬件在环仿真平台上位机、硬件在环仿真平台下位机、传感器测试仿真平台以及车辆动力学仿真平台分别采用Liunx系统、Windows系统或X86系统中的一种；跨系统数据传输层用于将硬件在环仿真平台上位机、硬件在环仿真平台下位机、传感器测试仿真平台以及车辆动力学仿真平台的所收数据和所发数据通过据分发交换机、数据接收交换机进行数据组包发送，以使跨系统数据传输层用于将硬件在环仿真平台上位机、硬件在环仿真平台下位机、传感器测试仿真平台以及车辆动力学仿真平台与跨平台数据中转分析模块进行数据传输。

本发明提供的联合仿真系统，包括硬件在环仿真平台上位机、硬件在环仿真平台下位机、传感器测试仿真平台、车辆动力学仿真平台、数据分发交换机和数据接收交换机，联合仿真系统还包括跨平台数据中转分析模块和跨系统数据传输层；跨平台数据中转分析模块用于连接硬件在环仿真平台上位机、硬件在环仿真平台下位机、传感器测试仿真平台以及车辆动力学仿真平台，以使任意两个之间实现数据交互；跨系统数据传输层用于将硬件在环仿真平台上位机、硬件在环仿真平台下位机、传感器测试仿真平台以及车辆动力学仿真平台的所收数据和所发数据通过据分发交换机、数据接收交换机进行数据组包发送，以使跨系统数据传输层用于将硬件在环仿真平台上位机、硬件在环仿真平台下位机、传感器测试仿真平台以及车辆动力学仿真平台与跨平台数据中转分析模块进行数据传输。本发明提供的联合仿真系统包括的跨平台数据中转分析模块突破了不同仿真平台的交互屏障，可以使不同仿真平台优势互补、实时交互，充分利用不同仿真平台的优势模块。同时，跨平台数据中转分析模块与所有仿真平台之间的通讯传输方式均采用跨系统数据传输层通讯连接，在通讯形式上与现有的智能网联车辆所采用的车载以太网通讯十分贴近，不仅能够增加仿真测试的真实性、可信度、结果可靠性，而且可以无障碍接入智能网联汽车实车系统。

请参照图1，本发明实施例提供的联合仿真系统100，包括硬件在环仿真平台上位机141、硬件在环仿真平台下位机142、传感器测试仿真平台160、车辆动力学仿真平台150、数据分发交换机120和数据接收交换机130，联合仿真系统100还包括跨平台数据中转分析模块110和跨系统数据传输层；跨平台数据中转分析模块110用于连接硬件在环仿真平台上位机141、硬件在环仿真平台下位机142、传感器测试仿真平台160以及车辆动力学仿真平台150，以使任意两个之间实现数据交互；硬件在环仿真平台上位机141、硬件在环仿真平台下位机142、传感器测试仿真平台160以及车辆动力学仿真平台150分别采用Liunx系统、Windows系统或X86系统中的一种；跨系统数据传输层用于将硬件在环仿真平台上位机141、硬件在环仿真平台下位机142、传感器测试仿真平台160以及车辆动力学仿真平台150的所收数据和所发数据通过据分发交换机、数据接收交换机130进行数据组包发送，以使跨系统数据传输层用于将硬件在环仿真平台上位机141、硬件在环仿真平台下位机142、传感器测试仿真平台160以及车辆动力学仿真平台150与跨平台数据中转分析模块110进行数据传输。

需要说明的是，本申请提供的联合仿真系统100，可用于智能网联汽车领域，进而利用跨平台数据中转分析模块110将不同仿真平台、仿真软件连接起来，不仅保证了交通场景真实性、仿真步长实时性、仿真精度可靠性、仿真结果的真实性，也充分利用了不同平台、不同软件的优势，平台软件之间优势互补，搭建出各方面都能满足需求的多平台、多软件联合仿真的系统架构。同时，跨平台数据中转分析模块110与所有仿真平台之间的通讯传输方式均跨系统数据传输层通讯连接，以运行信息和通信数据均会通过跨平台数据中转分析模块110进行实时数据收发，在通讯形式上与现有的智能网联车辆所采用的车载以太网通讯十分贴近，不仅能够增加仿真测试的真实性、可信度、结果可靠性，而且可以无障碍接入智能网联汽车实车系统。

在可选地示例性实施例中，硬件在环仿真平台上位机141、硬件在环仿真平台下位机142、传感器测试仿真平台160以及车辆动力学仿真平台150的分发端与跨平台数据中转分析模块110通过数据分发交换机120连接，硬件在环仿真平台上位机141、硬件在环仿真平台下位机142、传感器测试仿真平台160以及车辆动力学仿真平台150的接收端与跨平台数据中转分析模块110通过数据接收交换机130连接数据分发交换机120连接。

还需要说明的是，本发明提供的数据分发交换机120和数据接收交换机130。数据分发交换机120用于将经过跨平台数据中转分析模块110处理过的数据发送给预设仿真平台，数据接收交换机130用于将将仿真平台输出的数据发送给跨平台数据中转分析模块110，数据分发交换机120和数据接收交换机130便于实现数据的单向通信。

在可选地示例性实施例中，跨平台数据中转分析模块110包括以太网数据分析模块111和数据中转模块112；数据中转模块112作为联合仿真系统中枢，用于对硬件在环仿真平台上位机141、硬件在环仿真平台下位机142、传感器测试仿真平台160以及车辆动力学仿真平台150的所收数据和所发数据进行数据解析组合，通过以太网数据分析模块111配置网络流量和带宽，通过数据分发交换机120、数据接收交换机130将数据流通过跨系统数据传输层进行联合仿真系统中的数据实时交互；以太网数据分析模块111，对硬件在环仿真平台上位机141、硬件在环仿真平台下位机142、传感器测试仿真平台160以及车辆动力学仿真平台150之间的数据交互传输的网络质量，传输实时性进行监测管理。

需要说明的是，以太网数据分析模块111包含数据中转所需的网络带宽，测试脚本和管理软件以及相应的硬件板卡。通过网络接口将系统架构中的各个子模块进行物理层的连接，随后基于TCP/UDP协议、以太网进行数据的传输。测试脚本和管理软件对系统架构中的网络数据进行测试分析验证，主要针对于延时、丢包、失真、互联互通等属性。硬件板卡为测试脚本和管理软件提供硬件运行环境。

在可选地示例性实施例中，硬件在环仿真平台上位机141和硬件在环仿真平台下位机142均为硬件在环仿真平台140的组成部分，其中硬件在环仿真平台140的接收端与跨平台数据中转分析模块110通过数据接收交换机130连接，硬件在环仿真平台140的分发端与跨平台数据中转分析模块110通过数据接收交换机130连接，以使硬件在环仿真平台140与跨平台数据中转分析模块110实现数据交互。

需要说明的是，具体地，在本实施例中，硬件在环仿真平台140将被测算法实时运行的结果、系统步长、系统运行信息等发送给至数据接收交换机130，数据接收交换机130发送给跨平台数据中转分析模块110，随后将经过跨平台数据中转分析模块110处理的实时运行的数据，再通过数据接收交换机130发送给预设仿真平台，进行仿真平台的更新。

在可选地示例性实施例中，硬件在环仿真平台上位机141与跨平台数据中转分析模块110通过数据接收交换机130连接，硬件在环仿真平台上位机141的分发端与跨平台数据中转分析模块110通过数据接收交换机130连接，以使硬件在环仿真平台上位机141与跨平台数据中转分析模块110实现数据交互；硬件在环仿真平台下位机142与跨平台数据中转分析模块110通过数据接收交换机130连接，硬件在环仿真平台下位机142的分发端与跨平台数据中转分析模块110通过数据接收交换机130连接，以使硬件在环仿真平台下位机142与跨平台数据中转分析模块110实现数据交互。

需要说明的是，具体地，在本实施例中，硬件在环仿真平台上位机141运行模式可以简单分为：

当联合仿真系统100的被测对象为软硬件开发的初期（算法软件尚未嵌入到硬件），用户可通过Matlab/Simulink构建被测算法模型，并基于算法的Inport和Export接口协议、数据解析协议构建相应的网络通讯收发模型，进行模型的编译使之可以在硬件在环仿真平台下位机142中实时运行。

当联合仿真系统100的被测对象为软硬件开发的中后期（算法软件嵌入硬件中，以硬件控制器形式运行），基于被测软硬件的Inport和Export接口协议、数据解析协议构建相应的网络通讯收发模型，进行模型的编译使之可以在硬件在环仿真平台下位机142中实时运行。硬件在环仿真平台上位机141通过跨平台数据中转分析模块110将编译之后的算法模型传输至硬件在环仿真平台下位机142中运行。

在硬件在环仿真平台下位机142中，编译之后的算法模型在硬件在环仿真平台下位机142所提供的算力实时运行，同时硬件在环仿真平台下位机142也为车载硬件控制器提供相应的接口。

还需要说明的是，硬件在环仿真平台上位机141进行系统监测管理、算法编译、场景渲染等，硬件在环仿真平台下位机142提供算法运行环境，保障整体实时运行，且相关的仿真软件均为系统固定组成部分。

示例性地，硬件在环仿真平台上位机141包括Windows系统。

在可选地示例性实施例中，在本实施例中，示例性地，硬件在环仿真平台下位机142包括X86系统。

需要说明的是，X86系统硬件在环仿真平台下位机142主要作用是提供算力保证被测算法实时运行，同时提供丰富的硬件接口支持车辆硬件接入，在车辆硬件无法直接通过网络通讯协议与以太网数据分析模块111和数据中转模块112直接相连时，可通过硬件在环仿真平台下位机142的硬件接口进行数据传输。

示例性地，在本实施例中，以太网数据分析模块111是以太网测试硬件，在实际应用中具有多个网络板卡，丰富接口对多层网络数据进行测试验证分析。

还需要说明的是，本发明中的数据中转模块112是作为联合仿真系统100的数据中转枢纽，在实际应用中可以看做云控系统的组成部分，可用主流的编程语言和模型语言进行构建。数据中转模块112主要是为了解决不同子模块间数据格式类型不一致、数据需求多样、运行步长差异、数据通信困难等问题，在模块内部可以对数据进行类型的转换，来自于多个子模块的数据进行筛选组包发送，限定系统运行步长等。

在可选地示例性实施例中，跨系统数据传输层包括TCP、UDP或车载以太网传输层通讯协议中的一种或多种。

在可选地示例性实施例中，联合仿真系统100还包括系统拓展接口180，系统拓展接口180的接收端与数据中转分析模块110通过数据接收交换机130连接；系统拓展接口180的分发端与跨平台数据中转分析模块110通过数据分发交换机120连接。

需要说明的是，在本实施例中，联合仿真系统100还包括系统拓展接口180，系统拓展接口180的接收端与跨平台数据中转分析模块110通过数据接收交换机130连接；系统拓展接口180的分发端与跨平台数据中转分析模块110通过数据分发交换机120连接。设置系统拓展接口180为额外的预留的结构，用于后期接入所需的仿真平台。也为未来仿真平台的迭代升级提供了架构基础，从而为智能网联汽车真正量产应用做准备。

在可选地示例性实施例中，系统拓展接口180与数据接收交换机130通过以太网通讯连接；系统拓展接口180与数据分发交换机120通过以太网通讯连接。

需要说明的是，将系统拓展接口180与数据接收交换机130通过以太网通讯连接；系统拓展接口180与数据分发交换机120通过以太网通讯连接，以太网包括多种通讯协议，采用以太网实现通讯连接可有效地增强连接方式的适配性。可以理解的是，在其他具体实施例中，还可以根据用户的具体需求，将系统拓展接口180通过TCP/UDP等通讯协议进行实时数据交互。

在可选地示例性实施例中，传感器测试仿真平台160还包括交通场景渲染平台170，交通场景渲染平台170与传感器测试仿真平台160通过场景注入171单元连接；或，交通场景渲染平台170与传感器测试仿真平台160通过图像暗箱172连接；或，交通场景渲染平台170与传感器测试仿真平台160通过雷达回波173连接。

需要说明的是，第二仿真平台还包括交通场景渲染平台170，根据传感器测试仿真平台160的不同，交通场景渲染平台170通过不同的途径将交通场景信息传递给传感器测试仿真平台160，例如，交通场景渲染平台170将交通场景信息可通过至少三种途径输送至传感器测试仿真平台160，分别为：交通场景渲染平台170与传感器测试仿真平台160通过场景注入171单元连接；交通场景渲染平台170与传感器测试仿真平台160通过图像暗箱172连接；交通场景渲染平台170与传感器测试仿真平台160通过雷达回波173连接。

还需要说明的是，交通场景渲染平台170是通过交通场景渲染软件根据跨平台数据中转分析模块110分发的交通场景信息、交通参与者运动学信息、相对位置信息、GPS信息等进行场景画面渲染。

还需要说明的是，传感器测试仿真平台160可以支持毫米波雷达、激光雷达、视觉传感器等进行硬件接入测试。回拨模拟是根据交通场景信息模拟雷达回波173。图像暗箱172主要是用高亮度图形显示器（通常300尼特以上）将仿真软件渲染的交通场景画面在图像暗箱172中显示，模拟视觉传感器的真实物理环境，以供其进行图像识别。场景注入171单元是将场景图像绕过视觉传感器图像感知层，注入至硬件处理器，验证视觉传感器图像识别算法。

在可选地示例性实施例中，交通场景渲染平台170可与交通流仿真软件配合使用，交通流仿真软件将预设的信息（如交通参与者运动学信息、当前道路场景信息、交通流信息、GPS信息等），发送给交通场景渲染平台170，可进行场景画面的渲染，使得车辆动力学仿真平台150和硬件在环仿真平台下位机142做出预设的指令，并再次发送给交通场景渲染平台170，可进行场景画面的渲染更新。

本发明提供的联合仿真系统100，可以兼容大多数交通场景渲染软件，解决了部分场景软件无法满足复杂需求的问题。例如，ASM场景渲染软件为X86系统硬件在环生态中的固有软件，虽然在渲染效果，画面延时上可以基本满足需求，但是无法针对极端工况进行仿真，比如交通参与车辆出现侧翻侧滑场景，此时可以借助本发明提供的联合仿真系统100接入其他的场景渲染软件VTD，对ASM进行替换以满足智能网联汽车极端工况仿真的需求。

本申请提供的联合仿真系统100，可适用于智能网联汽车的跨平台硬件在环实时仿真，通过跨平台数据中转模块112的开发及应用使得跨平台硬件在环实时仿真系统架构内的所有子模块之间的通讯传输方式均采用TCP/UDP/以太网等，系统运行信息和通信数据均会通过数据中转模块112进行实时数据收发，在通讯形式上，不仅能够增加仿真测试的真实性、可信度、结果可靠性，而且可以无障碍接入智能网联汽车实车系统；基于数据中转模块112的开放架构使得硬件在环仿真平台上位机141、硬件在环仿真平台下位机142、传感器测试仿真平台160、车辆动力学仿真平台150、交通流仿真软件以及部分无法被编译的智能算法均可以实时接入系统进行联合仿真，增加了联合仿真系统100可拓展性，充分利用不同平台的优势模块，丰富了实时仿真系统的功能，保证能够满足智能网联汽车日益增长的多元化仿真测试验证需求。本申请提供的联合仿真系统100通过数据中转模块112和以太网分析模块的应用，可跨越不同仿真软件、仿真平台之间的屏障，充分利用平台和软件的优势，解决目前单一仿真平台、软件“短板效应”，且多平台、多软件联合仿真缺乏有效开放架构的问题，对智能网联汽车进行真实、实时、高效、有效的测试验证，克服智能网联汽车仿真测试场景单一且失真、测试成本高且低效等缺点。

为了进一步了解本发明提供的联合仿真系统100，现将联合仿真系统100的运行过程及信息流描述如下：

Windows系统硬件在环仿真平台上位机141中，运行模式可以简单分为：若该联合仿真系统100的被测对象为软硬件开发的初期（算法软件尚未嵌入到硬件），用户可通过Matlab/Simulink构建被测算法模型，并基于算法的Inport和Export接口协议、数据解析协议构建相应的网络通讯收发模型，进行模型的编译使之可以在X86系统硬件在环仿真平台下位机142中实时运行。

若该联合仿真系统100的被测对象为软硬件开发的中后期（算法软件嵌入硬件中，以硬件控制器形式运行），基于被测软硬件的Inport和Export接口协议、数据解析协议构建相应的网络通讯收发模型，进行模型的编译使之可以在X86系统硬件在环仿真平台下位机142中实时运行。Windows系统硬件在环仿真平台上位机141通过以太网数据分析模块111将编译之后的算法模型传输至数据中转模块112，随后传输至X86系统硬件在环仿真平台下位机142中运行。

X86系统硬件在环仿真平台下位机142中，编译之后的算法模型在X86系统环境中依靠X86系统硬件在环仿真平台下位机142所提供的算力实时运行，同时X86系统硬件在环仿真平台下位机142也为车载硬件控制器提供相应的接口。算法模型和车载硬件控制器的输入数据是以X86系统硬件在环仿真平台下位机142接收数据中转模块112通过以太网数据分析模块111分发的数据，同时也将相应的数据传输至数据中转模块112。

车辆动力学仿真模块中，可根据数据中转模块112发来的车辆控制指令输出相应的车辆运动学信息、姿态信息，以供交通场景软件更新车辆位置、姿态、运动学信息等。

交通场景渲染模块中，用户可依据测试用例构建相应的交通场景，主要包括交通路网、交通参与者模型、天气情况和网联环境模型等。基于数据中转模块112通过以太网数据分析模块111分发的交通场景动态信息，交通场景渲染平台170将交通参与者的运动学信息、姿态信息、GPS信息和环境信息进行高逼真的渲染成像并通过高亮度的图形显示器在图像暗箱172中显示。

传感器测试仿真平台160中，图像暗箱172方案用户可将视觉传感器依据相应的参数如焦距、参数配置、曝光时间进行配置，同时根据图形显示比例调整视觉传感器在暗箱中的安装位置。视觉传感器将所感知到的交通场景图像通过以太网数据分析模块111传输至数据中转模块112，随后分发至X86系统硬件在环仿真平台下位机142以供实时运行的算法软件模型进行交通图像识别和关键信息提取。回波模拟方案则依据交通场景信息模拟雷达回波173以测试雷达传感器。场景注入171方案则将真实交通场景图像绕过视觉传感器物理图像感知层，直接传输至视觉控制器进行关键信息识别和提取。

以太网数据分析模块111中，用户可在测试管理软件中构建网络分析测试用例，对多平台、多软件的硬件在环实时仿真系统中的网络信息流进行网络丢包、延时和相关的属性进行分析。联合仿真系统100将以太网数据分析模块111作为整体信号流的“网关”，所用的数据传输都会经过该以太网数据分析模块111。

数据中转模块112中，用户将输入数据进行解析，随后将数据组包发送至对应的子模块。该模块作为整个系统架构的数据中枢，也是连接不同仿真平台和仿真软件的核心部分。

本发明所提出的联合仿真系统100是基于硬件在环系统（Hardware in Loop），不同子模块之间成了数据闭环，整体同步实时运行，因此在运行时步骤之间并无明确的先后顺序，只是选取Windows系统硬件在环仿真平台上位机141作为步骤顺序和信息流的起点。

还需要说明的是，本发明提供的联合仿真系统100提供的仿真平台并不限于本发明中示例的硬件在环仿真平台上位机141、硬件在环仿真平台下位机142、传感器测试仿真平台160、车辆动力学仿真平台150，也可以是有不同机构开发的仿真模块。

还需要说明的是，本发明中提供的联合仿真系统100可以适用于智能网联汽车，其通讯方式可以是采用网络通讯协议的有线连接、无线连接等。

为了进一步了解本发明提供的联合仿真系统100，现以联合仿真系统100应用于智能网联汽车为例，将运行过程及信息流描述如下：

实施实例1：该实施例为前方侧翻侧滑极端场景下的智能网联汽车极端工况避障及轨迹规划算法的硬件在环仿真测试。由于传统的硬件在环系统软件生态无法满足极端交通场景下的场景复现，且场景渲染质量较差，故采用本发明提供的联合仿真系统100进行测试验证。

Windows系统硬件在环仿真平台上位机141，X86系统硬件在环仿真平台下位机142，以太网数据分析模块111，数据中转模块112，交通场景渲染平台170，图像暗箱172，传感器测试仿真平台160共同组成了跨平台硬件在环实时仿真系统实施实例。

为了实现多平台、多软件的接入，发挥其优势组件的作用，前提是要在数据中转模块112中参照不同平台、软件的数据协议，搭建相应的数据解析模型，以实现数据中转模块112与Windows系统硬件在环仿真平台上位机141、X86系统硬件在环仿真平台下位机142、交通场景渲染软件VTD、视觉传感器之间的数据通信。数据中转模块112依照协议对数据进行解析之后，根据联合仿真系统100的通信协议和子模块的数据协议中的数据要求（类型、格式等），将数据进行组包发送至对应的子模块。

以太网数据分析模块111采用的是信纳Xena ValkyrieBay 2-3层网络流量分析平台，支持所有以太网速度，为实时仿真系统中的数据通信交互提供了充分的带宽，同时也可以对数据流属性进行测试分析验证。

交通场景渲染平台170采用的德国Vires公司所提供的高逼真交通场景渲染软件VTD，支持极端交通场景的构建，高质量的图像渲染以及高帧率实时画面生成。

图像暗箱172采用的德国X86系统公司所提供的27寸图形显示图像暗箱172。

视觉传感器采用的是海康威视CMOS工业相机。

硬件在环仿真平台140的硬件在环仿真平台上位机141可以采用的是Windows系统硬件在环仿真平台上位机141；硬件在环仿真平台下位机142可以采用的是德国X86系统公司硬件在环测试系统，软件版本可以为2021A。

极端场景避障算法模型首先在Windows系统硬件在环仿真平台上位机141中进行编译，并搭建相应的信号收发模块。需要验证算法模型中所用到的函数是否可以被编译成实时运行的C代码算法模型，如不能则需要调整算法模型中的部分函数，遇到调整之后仍无法编译的函数模型，可在数据中转模块112运行平台的算力保证的情况下迁移至此运行。同时需要构建相应的信号收发模块，并匹配接收端和发送端的网络IP和Port，协议采用TCP/UDP、以太网（SOME/IP协议）。系统监控模块需要根据测试用例的需求，在硬件在环仿真平台上位机141141软件中搭建相应的信息监控模块、参数调整模块。

其次是将编译之后可实时运行的极端场景避障算法模型导入至X86系统硬件在环仿真平台下位机142中，此导入步骤的数据传输可以通过以太网数据分析模块111，也可以直接采用TCP协议网络直连传输，具体依据硬件的网口数量决定。

随后在数据中转模块112中，依据Windows系统、X86系统的系统数据传输通信协议、VTD交通场景EXTERN模式RDB数据传输通信协议、海康威视CMOS工业相机数据传输通信协议搭建相应的数据收发模型。

以太网数据分析模块111主要起到网络数据测试分析和网络交换机的作用，在测试平台中构建网络测试自动化分析脚本以分析模块间的互通互联性、物理层通信能力、数据通信延迟丢包等。

交通场景仿真软件VTD 25 在Linux系统中运行，通过接受数据中转模块112经以太网数据分析模块111所传输的交通场景路网信息、交通参与者信息、环境天气信息等进行极端交通场景的构建，和交通参与者运动学信息、GPS位置信息、环境天气信息的更新。

视觉传感器在图像暗箱172中的位置需依据传感器参数、图形显示参数进行调整，同时将感知到的交通场景图像画面经以太网数据分析模块111，由数据中转模块112分发至被测极端工况避障算法的运行平台X86系统硬件在环仿真平台下位机142。

最后在完成极端工况避障算法的构建编译，依据本发明所提供的联合仿真系统100完成多平台、多软件的软硬件参数配置之后，由数据中转模块112中步长同步模块启动多平台、多软件的硬件在环联合实时仿真，依据测试用例对智能网联汽车极端工况避障及轨迹规划算法的硬件在环仿真测试验证。

最后应说明的是：以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施方式对本发明已经进行了详细的说明，但本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施方式所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施方式技术方案的范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。

Claims (4)

1.一种联合仿真系统，包括硬件在环仿真平台上位机、硬件在环仿真平台下位机、传感器测试仿真平台、车辆动力学仿真平台、数据分发交换机和数据接收交换机，其特征在于，所述联合仿真系统还包括跨平台数据中转分析模块和跨系统数据传输层；

所述跨平台数据中转分析模块用于连接所述硬件在环仿真平台上位机、所述硬件在环仿真平台下位机、所述传感器测试仿真平台以及所述车辆动力学仿真平台，以使任意两个之间实现数据交互；所述硬件在环仿真平台上位机、所述硬件在环仿真平台下位机、所述传感器测试仿真平台以及所述车辆动力学仿真平台分别采用Liunx系统、Windows系统或X86系统中的一种；

所述跨系统数据传输层用于将所述硬件在环仿真平台上位机、所述硬件在环仿真平台下位机、所述传感器测试仿真平台以及所述车辆动力学仿真平台的所收数据和所发数据通过所述据分发交换机、所述数据接收交换机进行数据组包发送，以使所述跨系统数据传输层用于将所述硬件在环仿真平台上位机、所述硬件在环仿真平台下位机、所述传感器测试仿真平台以及所述车辆动力学仿真平台与所述跨平台数据中转分析模块进行数据传输。

2.根据权利要求1所述的联合仿真系统，其特征在于，所述跨平台数据中转分析模块包括以太网数据分析模块和数据中转模块；

所述数据中转模块作为联合仿真系统中枢，用于对所述硬件在环仿真平台上位机、所述硬件在环仿真平台下位机、所述传感器测试仿真平台以及所述车辆动力学仿真平台的所收数据和所发数据进行数据解析组合，通过所述以太网数据分析模块配置网络流量和带宽，通过所述数据分发交换机、所述数据接收交换机将数据流通过所述跨系统数据传输层进行联合仿真系统中的数据实时交互；

所述以太网数据分析模块，对所述硬件在环仿真平台上位机、所述硬件在环仿真平台下位机、所述传感器测试仿真平台以及所述车辆动力学仿真平台之间的数据交互传输的网络质量，传输实时性进行监测管理。

3.根据权利要求1所述的联合仿真系统，其特征在于，所述跨系统数据传输层包括TCP、UDP或车载以太网传输层通讯协议中的一种或多种。

4.根据权利要求1所述的联合仿真系统，其特征在于，还包括系统拓展接口，

所述系统拓展接口的接收端与所述跨平台数据中转分析模块通过所述数据接收交换机连接；

所述系统拓展接口的分发端与所述跨平台数据中转分析模块通过所述数据分发交换机连接。