CN115203910A

CN115203910A - 一种用于自动驾驶测试的微缩环境仿真系统

Info

Publication number: CN115203910A
Application number: CN202210741035.5A
Authority: CN
Inventors: 章宇; 熊建; 王超; 何星
Original assignee: Chongqing Changan Automobile Co Ltd
Current assignee: Chongqing Changan Automobile Co Ltd
Priority date: 2022-06-28
Filing date: 2022-06-28
Publication date: 2022-10-18

Abstract

本发明公开一种用于自动驾驶测试的微缩环境仿真系统，通过设计微缩环境和微缩模型管理平台，模拟运行环境及行车场景，通过模拟道路场景、交通道具、自然环境等因素，为仿真模拟车搭建一套运行环境，为验证仿真模型车的环境数据采集及行车功能提供更全面的场景。综合考虑复杂情况下的行车环境，包括超车、会车，避让行人等行车场景，以及车辆的定位功能以在不同的行车场景下进行同步定位。同时与远程操纵平台的交互，考虑远程复杂的交通指挥控制方式，以获得车辆在模拟环境下的行驶数据；并实现用远程平台控制交通灯的变换及路灯照明程度的变化。

Description

一种用于自动驾驶测试的微缩环境仿真系统

技术领域

本发明属于自动驾驶仿真领域，涉及一种用于自动驾驶测试的微缩环境仿真系统。

背景技术

现有技术中，自动驾驶车辆设计规划控制算法需要进行车云平台、数字孪生相关功能和性能等进行验证和测试，而在真实道路环境、真实车辆工作状态下，进行相关功能和性能的验证和测试，难以满足天文数字级的里程测试数据的验证，并且由于行车规范、交通规则、测试成本等现实因素的制约，往往不能在同一行车场景下对车辆的某一功能或者性能进行反复测试，导致测试效率低，并且成本较高。

因此，采用微缩仿真环境来协助完成相关验证和测试工作是本领域技术人员研究的方向。例如，CN201821117419公开一种沙盘动态智能汽车展示装置，属于构建行车微缩环境技术，它包括沙盘和动态汽车；通过设置道路和景观，简单的模拟行车环境，在道路下方设置汽车磁感应轨道，在道路上方设置智能红绿灯，简单模拟交通指挥功能。但是，该技术考虑行车环境的要素较少，不能满足自动驾驶车辆设计规划控制算法用于车云平台、数字孪生相关功能和性能等验证和测试。

目前，现有模拟真实行车场景的设计主要存在以下不足：

1、没有考虑复杂情况下的行车环境：超车，会车，避让行人等行车场景。

2、没有考虑汽车的定位功能实现：在不同的行车场景下进行同步定位。

3、缺乏与远程操纵平台的交互，使得无法获得车辆在模拟环境下的行驶数据。

4、没有考虑远程复杂的交通指挥控制方式：用远程平台控制交通灯的变换及路灯照明程度的变化。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种应用于自动驾驶测试的微缩环境仿真系统，解决自动驾驶车辆设计规划控制算法用于车云平台、数字孪生相关功能和性能等验证和测试的问题。

实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种用于自动驾驶测试的微缩环境仿真系统，包括微缩环境和微缩模型管理平台，微缩模型管理平台通过软件控制微缩环境下的道路场景、模型道具、灯控模块和定位模块，采集微缩环境数据及验证仿真模型车的行车功能，上传云端监控并展示路网信息以提供全面的场景数据。

其中，所述道路场景包括：

a) 提供行车场景所需要素

通过固定场景和可变场景，提供仿真模型车所需基本环境与周边设施；

b) 提供车辆停泊场地

通过停车位、道闸、ETC读卡器以及仿真车上安装的ETC卡，构成泊车场景所需要素；

c) 提供场景照明

设置可调节的路灯对场景照明。

其中，所述模型道具包括：

a) 提供仿真障碍物

通过行人、路障等道具提供仿真模型车的行车障碍物；

b) 提供超车、避车等行车场景

提供可移动的车辆仿真超车、避车、会车场景，以及提供可移动行人仿真避让行人场景。

其中，所述灯控模块包括：

a) 控制红绿灯

通过微缩模型管理平台操纵红绿灯交替变化，提供相应行车场景；

b) 控制路灯开关

通过微缩模型管理平台控制路灯开关，为模拟场景提供光照环境；

其中，所述定位模块包括：

a）提供厘米级定位

定位模块使用UWB（超宽带Ultra Wide Band）技术定位：在沙盘四角放置四个基站，在小车上放置定位标签，根据该标签与四个基站的测定距离计算出标签在沙盘中的相对位置，该定位技术测距精度高，可以将小车的定位误差控制在几厘米之内。

通过定位系统中的三角定位原理来确定目标对象的精确坐标；

b）模拟GPS定位

满足小车在行进过程中，实时定位以及通过传感器采集到的各种环境数据发送到云端，监控并展示路网信息；

满足小车在微缩模拟运行环境中展示各种行车场景，并在各种行车场景中进行同步定位和导航规划。

进一步，所述微缩模型管理平台对仿真模型车、红绿灯等元素进行控制，查看仿真模型车的远程控制指令历史数据和执行结果。

其中，所述固定场景为在沙盘中绘制双向双车道、车道边沿行道标示线、车道中心分割线、斑马线、车道交通信号灯和路灯、房屋和道路。

所述可变场景为加入遥控汽车，让其按照指定轨迹进行自动行驶，模拟行车中的其他车辆；或加入施工围栏、交通标志牌，模拟行车障碍物。

本发明通过部署固定场景、可变场景等模块，模拟交通道路环境，按照交通环境相同的地图尺寸和真实尺寸进行等比例缩小做成沙盘。

所述定位系统采用UWB、蓝牙、WIFI、红外线或超声波定位系统。

所述微缩模型管理平台采用jetson nano控制板或Raspberry Pi 4b控制板作整体控制。

相比现有技术，本发明具有如下有益效果：

1、本发明通过设计微缩环境和微缩模型管理平台，模拟运行环境及行车场景，通过模拟道路场景、交通道具、自然环境等因素，为仿真模拟车搭建一套运行环境，为验证仿真模型车的环境数据采集及行车功能提供更全面的场景。

2、本发明综合考虑复杂情况下的行车环境，包括超车、会车，避让行人等行车场景，以及车辆的定位功能以在不同的行车场景下进行同步定位。同时，与远程操纵平台的交互，考虑远程复杂的交通指挥控制方式，以获得车辆在模拟环境下的行驶数据；并实现用远程平台控制交通灯的变换及路灯照明程度的变化。

3、本发明通过智能网联车云平台内的数字孪生系统，对任一物理车辆构建一个3D数字孪生体，实时映射物理车辆的状态，从而有效的获取大量测试数据。

4、具有测试快捷、简便、可反复多次进行、效率高、成本低、时效性高等优点。

附图说明

图1为本发明微缩模拟运行环境的功能架构图；

图2为本发明微缩模拟运行环境的功能示意图；

图3 为本发明用于自动驾驶测试的微缩环境仿真系统沙盘效果图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

为了能够更好的模拟现实生活中的行车环境，实现微缩模拟仿真环境中的基本功能。

参见图1，本发明提供一种用于自动驾驶测试的微缩环境仿真系统，包括微缩环境和微缩模型管理平台，微缩模型管理平台通过软件控制微缩环境下的道路场景、模型道具、灯控模块和定位模块，并采集、验证仿真模型车的微缩环境数据及行车功能，上传云端监控并展示路网信息以提供全面的场景数据。

为了在微缩模拟仿真环境中体现正常的交通情景要素，根据仿真模型车的尺寸等比例设计了上述提及的所有模型道具的尺寸，再将这些道具映射到沙盘中；通过模型道具的布置以及微缩模型管理平台的控制，来达到对现实中真实行车环境的模拟。

参见图2，为本发明微缩模拟仿真环境中的功能架构：

为了阐明沙盘模型是如何模拟现实的行车环境，以下对沙盘功能作进一步介绍。

1、道路场景：

a) 提供行车场景所需基本要素

提供行车场景所需要素，通过部署固定场景、可变场景等模块，模拟交通道路环境，按照交通环境相同的地图尺寸和真实尺寸进行等比例缩小；

其中，所述固定场景为在沙盘中绘制双向双车道、车道边沿行道标示线、车道中心分割线、斑马线、车道交通信号灯和路灯、房屋和道路；

b) 提供车辆停泊场地

通过停车位、道闸、ETC读卡器以及仿真车上安装的ETC卡，构成泊车场景所需要素。

c) 提供场景照明

设置可调节的路灯对场景照明。

2、模型道具：

a) 提供仿真行驶障碍物

通过行人、路障等道具提供仿真模型车的行车障碍物；

b) 提供超车、避车、会车等行车场景

提供可移动的车辆仿真超车、避车、会车场景，以及提供可移动行人仿真避让行人场景；

通过近程控制器操纵遥控汽车，在模拟环境中完成超车、避车、会车场景，以及通过可移动行人仿真避让行人场景；同时，遥控汽车可以按指定路线行驶。

3、灯控模块：

a) 控制红绿灯

b) 控制路灯开关

通过微缩模型管理平台控制路灯开关，为模拟场景提供光照环境。

4、定位模块：

a）提供厘米级定位

通过UWB、蓝牙、WIFI、红外线或超声波定位系统中的三角定位原理来确定目标对象的精确坐标；

b）模拟GPS定位

在沙盘的四个方位角处设置基站，并在仿真模拟车上贴电子标签，利用三角定位原理来模拟GPS定位。

5、所述微缩模型管理平台

对仿真模型车、红绿灯等元素进行控制，查看仿真模型车的远控指令、历史数据和执行结果。

模拟信息远程监控，以验证仿真车的环境数据采集、自动泊车、ETC等功能。

所述微缩模型管理平台采用jetson nano控制板作整体控制。

参见图2，本发明微缩模拟运行环境的功能，主要包括：

1、模拟GPS定位

a）汽车远程监控展示

小车可在行进过程中，将实时定位以及通过传感器采集到的各种环境数据发送到云端，监控并展示路网信息。

b）汽车同步定位与导航规划

小车可在微缩模拟运行环境中展示各种行车场景，并在各种行车场景中进行同步定位和导航规划。

2、模拟常见交通道路环境

微缩模拟环境通过部署固定场景、可变场景等模块，模拟常见的交通道路环境，并能按照交通环境相同的地图尺寸和真实尺寸进行等比例缩放。

模拟固定场景：在沙盘中绘制双向双车道、车道边沿行道标示线、车道中心分割线、斑马线、车道交通信号灯和路灯、房屋、道路。

模拟可变场景：加入遥控汽车，让其按照指定轨迹进行自动行驶，模拟行车中的其他车辆。加入施工围栏、交通标志牌，模拟行车障碍物。

3、模拟信息远程监控

通过管理工具可以对仿真模型车、红绿灯等元素进行控制，查看仿真模型车的远控指令历史和执行结果。

交通功能：设置停车场模块，可在停车场门口加入ETC读卡器，对车辆进行识别，模拟停车场车辆出入车库过程，实现停车场收费系统。设置灯控模块，接受微缩模型管理平台发来的控制指令，能够编辑红黄绿灯的交替变化以及路灯的照明变化。

模拟行车场景：沙盘道路上加入遥控汽车，通过遥控汽车，来模拟变道、超车、跟车等场景；沙盘道路上加入施工围栏、路障桶，来模拟前方有施工现场，实现减速、过弯道等行车场景；沙盘斑马线上加入可移动的行人，模拟行人通过马路，实现通过红绿灯、路口，斑马线等行车场景；模拟出入车库、泊车、停车等场景；模拟夜间行车，灯组全可控场景。通过构建仿真车运行的沙盘，最大程度上还原了真实生活中的交通场景。整个沙盘由一个jetsonnano控制板整体控制，以验证仿真车的环境数据采集、自动泊车、ETC等功能。

参见图3，本发明提供的一种用于自动驾驶测试的微缩环境仿真系统，为沙盘展示其设计，可以为3米*7米的尺寸，并放置在具有一定高度的支架上，以方便操作、观赏，避免人员随意进入场地。整个沙盘模型包含模拟道路场景、模型道具、模拟自然环境等。

所述微缩模型管理平台由太阳能电池供电，控制微缩环境下的道路场景、模型道具、灯控模块和定位模块的运行。

最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims

1.一种用于自动驾驶测试的微缩环境仿真系统，其特征在于，包括微缩环境和微缩模型管理平台，微缩模型管理平台通过软件控制微缩环境下的道路场景、模型道具、灯控模块和定位模块，并采集微缩环境数据及验证仿真模型车的行车功能，上传云端监控并展示路网信息以提供全面的场景数据。

2.根据权利要求1所述用于自动驾驶测试的微缩环境仿真系统，其特征在于，所述道路场景：

a)提供行车场景所需要素

b)提供车辆停泊场地

c)提供场景照明

设置可调节的路灯对场景照明。

3.根据权利要求1所述用于自动驾驶测试的微缩环境仿真系统，其特征在于，所述模型道具：

a)提供仿真障碍物

通过行人、路障等道具提供仿真模型车的行车障碍物；

b)提供超车、避车等行车场景

4.根据权利要求1所述用于自动驾驶测试的微缩环境仿真系统，其特征在于，所述灯控模块：

a)控制红绿灯

b)控制路灯开关

5.根据权利要求1所述用于自动驾驶测试的微缩环境仿真系统，其特征在于，所述定位模块：

a）提供厘米级定位

定位模块使用UWB技术定位：在沙盘四角放置四个基站，在小车上放置定位标签，根据该标签与四个基站的测定距离计算出标签在沙盘中的相对位置，将小车的定位误差控制在几厘米之内；

b）模拟GPS定位

6.根据权利要求1所述用于自动驾驶测试的微缩环境仿真系统，其特征在于，所述微缩模型管理平台对仿真模型车、红绿灯等元素进行控制，查看仿真模型车的远程控制指令历史数据和执行结果。

7.根据权利要求2所述用于自动驾驶测试的微缩环境仿真系统，其特征在于，所述固定场景为在沙盘中绘制双向双车道、车道边沿行道标示线、车道中心分割线、斑马线、车道交通信号灯和路灯、房屋和道路。

8.根据权利要求2所述用于自动驾驶测试的微缩环境仿真系统，其特征在于，所述可变场景为加入遥控汽车，让其按照指定轨迹进行自动行驶，模拟行车中的其他车辆；或加入施工围栏、交通标志牌，模拟行车障碍物。

9.根据权利要求2、7或8所述用于自动驾驶测试的微缩环境仿真系统，其特征在于，通过部署固定场景、可变场景等模块，模拟交通道路环境，按照交通环境相同的地图尺寸和真实尺寸进行等比例缩小做成沙盘。

10.根据权利要求5所述用于自动驾驶测试的微缩环境仿真系统，其特征在于，所述定位系统采用UWB、蓝牙、WIFI、红外线或超声波定位系统。

11.根据权利要求1或6所述用于自动驾驶测试的微缩环境仿真系统，其特征在于，所述微缩模型管理平台采用jetson nano控制板或Raspberry Pi 4b控制板作整体控制。