CN115344939A - 一种基于人、车、环境建模的自动驾驶虚拟测试系统 - Google Patents

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赵爽
李豪
翁勇永
陶渝杰
李莉莎
张隆
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Abstract

本发明涉及汽车试验技术领域，尤其涉及一种基于人、车、环境建模的自动驾驶虚拟测试系统。包括视景显示终端、实时系统、控制器、驾驶器、数据监控模块以及通讯模块；视景显示终端与实时系统通讯连接；所述实时系统包括数字化道路模型、交通场景模型、汽车动力学模型和传感器模型。本发明系统，通过各个模块的设置，不仅能够满足自动驾驶虚拟测试和辅助驾驶虚拟测试对任意测试场景及不同测试模式的要求，且功能扩展能力性强，可满足大量的虚拟测试，从而缩短自动驾驶开发测试及辅助驾驶开发测试时间，降低测试成本。

Description

一种基于人、车、环境建模的自动驾驶虚拟测试系统
技术领域
本发明涉及汽车试验技术领域，尤其涉及一种基于人、车、环境建模的自动驾驶虚拟测试系统。
背景技术
自动驾驶车辆研发过程中需要对车辆进行全面且严苛的测试，为了让车辆试验结果能反映出在实际运用中可能出现的各种问题，需要将车辆置于一个与实际使用环境相似的环境中进行测试，因此，国内外很多企业建造了大量试验场，车辆测试后期阶段更是需要大量的路试，然而自动驾驶车辆在公共道路上近乎海量里程的测试成为了制约自动驾驶发展的一个难点。
与传统自动驾驶车辆研发的过程相比，视景仿真技术开发的自动驾驶虚拟测试平台在仿真系统设计完成以后只需要计算机自动模拟试验，因此在虚拟试验平台中进行试验能不受时间、次数、场地等条件的限制，进行多种极限工况的测试，数据采集更容易且可靠，并且在计算机上能对试验过程进行重复回放或是快进，对驾驶员的生命威胁几乎为零。从而极大地缩短了自动驾驶测试阶段的时间、降低了测试成本、保护驾驶员的生命安全。
基于传统自动驾驶实际道路测试的困难性，自动驾驶对虚拟测试的需求越来越多。但目前应用于自动驾驶的虚拟测试平台还处于初期尝试阶段，测试功能尚不完善，局限性比较明显，Carmaker、Prescan、Carsim等商业软件不仅开发成本高，且虚拟场景有限，自定义开发能力不高。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于人、车、环境建模的自动驾驶虚拟测试系统。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种基于人、车、环境建模的自动驾驶虚拟测试系统，包括视景显示终端、实时系统、控制器、驾驶器、数据监控模块以及通讯模块；
视景显示终端与实时系统通讯连接；
所述实时系统包括数字化道路模型、交通场景模型、汽车动力学模型和传感器模型；
驾驶员或传感器模块通过对视景显示终端的虚拟场景的感知和处理，同时根据车辆实时状态信息的反馈，驾驶员通过驾驶器或由控制器对车辆动力学模块输入操控信号，车辆动力学模型实时输出虚拟场景中车辆的数据信息，驱动车辆运动；
所述数据监控模块生成控制策略并导入实时仿真系统中实时仿真以及实现数据的实时显示，所述数据监控模块通过网络通讯结构与实时系统进行数据的传输，实时系统根据实时仿真对所述车辆动力学模块的输入进行控制。
进一步地，所述操控信号包括加速踏板、制动踏板、档位以及方向盘转角信号。
进一步地，所述视景显示终端用于显示虚拟试验场景的3D模型，并储存有数字地形数据及交通场景数据；
所述视景显示终端通过网络通讯结构与实时系统进行数据传输，所述实时系统将车辆位置、速度和姿态信息反馈至视景显示终端，所述视景显示终端根据接收到的实时系统反馈的信息进行更新视景中虚拟车辆的位置、速度和姿态以及相应的环境数据。
进一步地，所述驾驶器与实时系统通讯连接，所述传感器模块控制器通讯连接，并根据是否有驾驶员介入切换不同的控制策略；
所述控制器与实时系统通讯连接，所述数据监控模块分别与控制器及实时系统通讯连接。
进一步地，动力学模型的操控信号。
进一步地，所述传感器模块包括单双目摄像头、激光雷达、毫米波雷达、高精度地图、V2X模型，用以模拟传感器对虚拟场景的识别及处理。
进一步地，所述数据监控模块运行有Veristand，用于将搭建好的车辆动力学模型、通信模块配置到实时系统，利用Motohawk把控制策略写入到控制器中，利用控制策略对接收的环境数据信号识别及处理，并根据是否有驾驶员介入切换不同的控制策略。
进一步地，所述车辆动力学模型包括动力传动系模型、轮胎模型、转向模型、车身模型、悬架模型、模型的输入、模型的输出、虚拟试验场景的路面数据；并实时输出虚拟场景中车辆的数据信息，从而驱动车辆运动。
进一步地，所述车辆动力学模块及控制器模块的控制策略分别由Matlab/Simulink和Motohawk进行编写并导入实时仿真；所述实时系统通过网络通信实时获取控制器的控制信号，Labview构建的界面在数据监控模块进行实时显示与监测同时进行数据的记录。
进一步地，所述视景显示终端建立虚拟试验场景，通过路况信息，利用虚拟现实技术或传感器模块将车辆的运行状态、交通场景的变换以及虚拟路况反映出来，通过驾驶员操纵驾驶器或由控制器输出相应的操作信号，实时仿真系统采集操作信号并实时计算车辆模型的运行状态并更新道路模型及交通场景模型。
本发明至少具备以下有益效果：
本发明系统，通过各个模块的设置，不仅能够满足自动驾驶虚拟测试和辅助驾驶虚拟测试对任意测试场景及不同测试模式的要求，且功能扩展能力性强，可满足大量的虚拟测试，从而缩短自动驾驶开发测试及辅助驾驶开发测试时间，降低测试成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明的系统示意图。
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。
本实施例提供一种基于人—车—路闭环控制的自动驾驶虚拟测试平台，如图1所示，包括视景显示终端、实时系统、数字化道路模型、交通场景模型、汽车动力学模型、传感器模型、控制器、驾驶器、数据监控模块以及通讯模块。
驾驶员或传感器模块通过对视景显示的虚拟场景的感知和处理，同时根据车辆实时状态信息的反馈。
驾驶员通过驾驶器或由控制器对车辆动力学模块输入一个相应的加速踏板、制动踏板、档位以及方向盘转角等信号，车辆动力学模型实时输出虚拟场景中车辆的数据信息，从而驱动车辆运动。
本实施例中所述视景终端显示虚拟试验场景的3D模型，并储存数字地形数据及交通场景数据。视景显示终端与实时系统相连，利用视景软件开发并配置场景，并编写实时系统的网络通信程序。
本实施例中所述驾驶器连接至实时系统的一端，所述传感器模块连接至控制器的一端，并根据是否有驾驶员介入切换不同的控制策略。所述控制器的另一端连接至实时系统的一端，所述数据监控模块分别与控制器及实时系统相连。所述整个过程利用开发软件建立视景显示终端与实时系统端的通信模块的通讯。
本实施例中所述驾驶器输入模块包括加速踏板、制动踏板、方向盘以及档位等，用以驾驶员操作模拟。
本实施例中所述控制器根据当前环境等数据的反馈来控制车辆动力学模型的油门、转向、制动等信号。
实时系统包括虚拟数字化道路模型、交通场景模型、车辆动力学模型、传感器模型等。
本实施例中所述传感器模块包括单双目摄像头、激光雷达、毫米波雷达、高精度地图、V2X等模型，用以模拟传感器对虚拟场景的识别及处理。
本实施例中，较佳的，数据监控模块运行的Veristand将搭建好的车辆动力学模型、通信模块配置到实时系统，利用Motohawk把控制策略写入到控制器中，利用控制策略对接收的环境数据等信号识别及处理，并根据是否有驾驶员介入切换不同的控制策略，所述整套系统可根据控制策略开发及验证的需求在自动虚拟驾驶与辅助虚拟驾驶两种模式下相互切换。
本实施例中所述车辆动力学模型包括动力传动系模型、轮胎模型、转向模型、车身模型、悬架模型、模型的输入、模型的输出、虚拟试验场景的路面数据等。并由车辆动力学模型实时输出虚拟场景中车辆的数据信息，从而驱动车辆运动。
本实施例中，所述数据监控模块生成控制策略并导入实时仿真系统中实时仿真以及实现数据的实时显示，所述数据监控模块通过网络通讯结构与实时系统进行数据的传输，实时系统根据实时仿真对所述车辆动力学模块的输入进行控制。
本实施例中，所述视景显示终端建立虚拟试验场景的3D模型，并储存数字地形数据及交通场景数据。所述视景显示终端通过网络通讯结构与实时系统进行数据传输，所述实时系统将车辆位置、速度和姿态等信息反馈至视景显示终端，所述视景显示终端根据接收到的所述实时系统反馈的信息进行更新视景中虚拟车辆的位置、速度和姿态以及相应的环境等数据。
本实施例中，较佳的，Matlab/Simulink、Labview和Vega prime生成的车辆运行参数进行模拟，其中车辆动力学模块及控制器模块的控制策略分别由Matlab/Simulink和Motohawk进行编写并导入实时仿真。实时系统通过网络通信实时获取控制器的控制信号，Labview构建的界面在数据监控模块进行实时显示与监测同时进行数据的记录。
本实施例中，视景显示终端建立虚拟试验场景，通过路况信息，利用虚拟现实技术或传感器模块将车辆的运行状态、交通场景的变换以及虚拟路况反映出来，通过驾驶员操纵驾驶器或由控制器输出相应的操作信号，实时仿真系统采集操作信号并实时计算车辆模型的运行状态并更新道路模型及交通场景模型。从而实现人—车—环境的闭环控制系统。
对于整车控制策略的开发与测试，本发明可根据需求在自动驾驶虚拟测试和辅助驾驶虚拟测试两种模式下相互切换，并且可满足对任意测试场景及不同测试模式的要求，从而缩短自动驾驶开发测试及辅助驾驶开发测试时间，降低测试成本。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求的保护范围由所附的权利要求书及其等同物界定。

Claims (10)

1.一种基于人、车、环境建模的自动驾驶虚拟测试系统，其特征在于，包括视景显示终端、实时系统、控制器、驾驶器、数据监控模块以及通讯模块；
视景显示终端与实时系统通讯连接；
所述实时系统包括数字化道路模型、交通场景模型、汽车动力学模型和传感器模型；
驾驶员或传感器模块通过对视景显示终端的虚拟场景的感知和处理，同时根据车辆实时状态信息的反馈，驾驶员通过驾驶器或由控制器对车辆动力学模块输入操控信号，车辆动力学模型实时输出虚拟场景中车辆的数据信息，驱动车辆运动；
所述数据监控模块生成控制策略并导入实时仿真系统中实时仿真以及实现数据的实时显示，所述数据监控模块通过网络通讯结构与实时系统进行数据的传输，实时系统根据实时仿真对所述车辆动力学模块的输入进行控制。
2.根据权利要求1所述的一种基于人、车、环境建模的自动驾驶虚拟测试系统，其特征在于，所述操控信号包括加速踏板、制动踏板、档位以及方向盘转角信号。
3.根据权利要求1所述的一种基于人、车、环境建模的自动驾驶虚拟测试系统，其特征在于，所述视景显示终端用于显示虚拟试验场景的3D模型，并储存有数字地形数据及交通场景数据；
所述视景显示终端通过网络通讯结构与实时系统进行数据传输，所述实时系统将车辆位置、速度和姿态信息反馈至视景显示终端，所述视景显示终端根据接收到的实时系统反馈的信息进行更新视景中虚拟车辆的位置、速度和姿态以及相应的环境数据。
4.根据权利要求1所述的一种基于人、车、环境建模的自动驾驶虚拟测试系统，其特征在于，所述驾驶器与实时系统通讯连接，所述传感器模块控制器通讯连接，并根据是否有驾驶员介入切换不同的控制策略；
所述控制器与实时系统通讯连接，所述数据监控模块分别与控制器及实时系统通讯连接。
5.根据权利要求1所述的一种基于人、车、环境建模的自动驾驶虚拟测试系统，其特征在于，所述控制器根据数据监控模块获取的当前环境数据的反馈来控制车辆动力学模型的操控信号。
6.根据权利要求1所述的一种基于人、车、环境建模的自动驾驶虚拟测试系统，其特征在于，所述传感器模块包括单双目摄像头、激光雷达、毫米波雷达、高精度地图、V2X模型，用以模拟传感器对虚拟场景的识别及处理。
7.根据权利要求1所述的一种基于人、车、环境建模的自动驾驶虚拟测试系统，其特征在于，所述数据监控模块运行有Veristand，用于将搭建好的车辆动力学模型、通信模块配置到实时系统，利用Motohawk把控制策略写入到控制器中，利用控制策略对接收的环境数据信号识别及处理，并根据是否有驾驶员介入切换不同的控制策略。
8.根据权利要求1所述的一种基于人、车、环境建模的自动驾驶虚拟测试系统，其特征在于，所述车辆动力学模型包括动力传动系模型、轮胎模型、转向模型、车身模型、悬架模型、模型的输入、模型的输出、虚拟试验场景的路面数据；并实时输出虚拟场景中车辆的数据信息，从而驱动车辆运动。
9.根据权利要求1所述的一种基于人、车、环境建模的自动驾驶虚拟测试系统，其特征在于，所述车辆动力学模块及控制器模块的控制策略分别由Matlab/Simulink和Motohawk进行编写并导入实时仿真；所述实时系统通过网络通信实时获取控制器的控制信号，Labview构建的界面在数据监控模块进行实时显示与监测同时进行数据的记录。
10.根据权利要求1所述的一种基于人、车、环境建模的自动驾驶虚拟测试系统，其特征在于，所述视景显示终端建立虚拟试验场景，通过路况信息，利用虚拟现实技术或传感器模块将车辆的运行状态、交通场景的变换以及虚拟路况反映出来，通过驾驶员操纵驾驶器或由控制器输出相应的操作信号，实时仿真系统采集操作信号并实时计算车辆模型的运行状态并更新道路模型及交通场景模型。
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