CN117057163A - 基于无线通信的远程仿真方法、系统、设备和存储介质 - Google Patents
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Abstract
基于无线通信的远程仿真方法、系统、设备和存储介质,属于自动驾驶仿真技术领域,解决自动驾驶仿真技术灵活性和效率低问题。本发明的方法包括:本发明通过云平台技术,在云端部署基于虚拟ECU的算法模型运行模块,将算法运行与仿真软件进行分离,解决了对本地硬件资源的依赖;采用TCP通信协议,实现本地仿真数据与云端算法的远程数据交互,通过自定义通信数据格式,达到兼容各类仿真场景以及仿真软件的要求。能够使自动驾驶仿真测试更加灵活、高效。本发明适用于自动驾驶仿真。
Description
技术领域
本申请涉及自动驾驶仿真技术领域,尤其涉及基于无线通信的远程仿真。
背景技术
自动驾驶汽车在真正商业化应用前,需要经历大量的道路测试才能达到商用要求。采用路测来优化自动驾驶算法耗费的时间和成本太高,且开放道路测试仍受到法规限制,极端交通条件和场景复现困难,测试安全存在隐患。以上种种问题使得仿真测试成为解决自动驾驶研发测试挑战的主要路线。
自动驾驶仿真通过数学建模的方式将实际的应用场景进行数字化还原,建立尽可能接近真实世界的系统模型,无需实车直接通过软件进行仿真测试便可达到对自动驾驶系统及算法的测试验证目的。可以说,一套好的仿真环境可以非常精确地完成对于自动驾驶系统功能性、安全性方面的验证,从而保障自动驾驶的顺利落地。
但是,当前自动驾驶仿真技术将算法运行与仿真软件集成在一起,从而导致对本地硬件资源的过度依赖;自动驾驶领域用于仿真测试的软件众多,Carmaker、Carsim、Prescan、VTD等,但不同仿真软件间的隔离性,以及通信接口的不统一,使得仿真测试的灵活性降低,不利于仿真测试的发展与前进。
发明内容
本发明目的是为了解决现有自动驾驶仿真技术灵活性和效率低的问题,提供了基于无线通信的远程仿真方法、系统、设备和存储介质。
本发明是通过以下技术方案实现的,本发明一方面,提供一种基于无线通信的远程仿真方法,所述方法包括:
步骤1、本地部署本地仿真软件,云端部署仿真通信网关、协议解析服务、虚拟CAN总线和虚拟ECU;
步骤2、本地仿真软件通过TCP协议,将仿真数据发送给云端的仿真通信网关;
步骤3、仿真通信网关将仿真数据分发到协议解析服务;
步骤4、协议解析服务基于CAN通信信息的数据库文件对仿真数据进行解析,并将解析结果封装成CAN报文发送到虚拟CAN总线,同时订阅虚拟CAN总线以获取返回的动力学数据;
步骤5、虚拟CAN总线将协议解析服务发送来的CAN报文转发给虚拟ECU;
步骤6、虚拟ECU使用虚拟CAN总线发送来的数据,运行仿真算法,并将运行结果以CAN报文形式回传到虚拟CAN总线;
步骤7、虚拟CAN总线基于协议解析服务的订阅,将车控数据CAN报文发送给协议解析服务;
步骤8、协议解析服务基于CAN通信信息的数据库文件对车控CAN报文进行解析,并将解析后的车控CAN报文发送给仿真通信网关;
步骤9、仿真通信网关通过TCP协议将解析后的车控CAN报文数据发送给本地仿真软件,并在本地仿真软件中实现车辆控制。
进一步地,所述TCP协议的通信数据格式定义为:
前36字节用于存储鉴权ID,该值用于云平台鉴权验证;不足36字节时前端用0补足;
使用4字节存储消息体长度值;不足4字节时前端用0补足。
进一步地,所述消息体采用key-value键值对的形式进行定义,其中,key值要求与项目的CAN通信信息的数据库文件字段名称保持一致,value为仿真实际值,协议解析服务依据CAN通信信息的数据库文件进行数据的解析与封装。
进一步地,所述本地仿真软件包括PreScan、CarSim和VTD。
进一步地,所述虚拟CAN总线采用云原生消息队列技术。
第二方面,本发明提供一种针对如上文所述方法的远程仿真系统,所述系统包括:本地仿真软件、仿真通信网关、协议解析服务、虚拟CAN总线和虚拟ECU;
本地仿真软件部署在本地,仿真通信网关、协议解析服务、虚拟CAN总线和虚拟ECU部署在云端;
仿真软件为用于仿真的计算机软件;
仿真通信网关用于与本地仿真软件进行双边通信,包括接收本地的仿真数据和回传动力学数据;
协议解析服务用于将仿真数据转化为CAN报文数据,以及将CAN报文数据转化为动力学数据;
虚拟CAN总线使用云原生消息队列相关技术,虚拟实现车端两个ECU之间的物理线束连接,用于传输CAN报文;
虚拟ECU为基于虚拟ECU技术实现的用以模拟和仿真车辆的软件系统,用于执行仿真算法。
进一步地,所述系统的TCP协议的通信数据格式定义为:
前36字节用于存储鉴权ID,该值用于云平台鉴权验证;不足36字节时前端用0补足;
使用4字节存储消息体长度值;不足4字节时前端用0补足。
进一步地,所述消息体采用key-value键值对的形式进行定义,其中,key值要求与项目的CAN通信信息的数据库文件字段名称保持一致,value为仿真实际值,协议解析服务依据CAN通信信息的数据库文件进行数据的解析与封装。
第三方面,本发明提供一种计算机设备,包括存储器和处理器,所述存储器中存储有计算机程序,当所述处理器运行所述存储器存储的计算机程序时执行如上文所述的一种基于无线通信的远程仿真方法的步骤。
第四方面,本发明提供一种计算机可读存储介质,所述计算机可读存储介质中存储有多条计算机指令,所述多条计算机指令用于使计算机执行如上文所述的一种基于无线通信的远程仿真方法。
本发明的有益效果:
本发明通过云平台技术,在云端部署基于虚拟ECU的算法模型运行模块,将算法运行与仿真软件进行分离,解决了对本地硬件资源的依赖;采用TCP通信协议,实现本地仿真数据与云端算法的远程数据交互,通过自定义通信数据格式,达到兼容各类仿真场景以及仿真软件的要求。能够使自动驾驶仿真测试更加灵活、高效。
本发明适用于自动驾驶仿真。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案,下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,对于本领域普通技术人员而言,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为本发明的远程仿真系统的示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式,所述实施方式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方式是示例性的,旨在用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
实施方式一、一种基于无线通信的远程仿真方法,所述方法包括:
步骤1、本地部署本地仿真软件,云端部署仿真通信网关、协议解析服务、虚拟CAN总线和虚拟ECU;
步骤2、本地仿真软件通过TCP协议,将仿真数据发送给云端的仿真通信网关;
步骤3、仿真通信网关将仿真数据分发到协议解析服务;
步骤4、协议解析服务基于CAN通信信息的数据库文件对仿真数据进行解析,并将解析结果封装成CAN报文发送到虚拟CAN总线,同时订阅虚拟CAN总线以获取返回的动力学数据;
步骤5、虚拟CAN总线将协议解析服务发送来的CAN报文转发给虚拟ECU;
步骤6、虚拟ECU使用虚拟CAN总线发送来的数据,运行仿真算法,并将运行结果以CAN报文形式回传到虚拟CAN总线;
步骤7、虚拟CAN总线基于协议解析服务的订阅,将车控数据CAN报文发送给协议解析服务;
步骤8、协议解析服务基于CAN通信信息的数据库文件对车控CAN报文进行解析,并将解析后的车控CAN报文发送给仿真通信网关;
步骤9、仿真通信网关通过TCP协议将解析后的车控CAN报文数据发送给本地仿真软件,并在本地仿真软件中实现车辆控制。
本实施方式中,通过云平台技术,在云端部署基于虚拟ECU的算法模型运行模块,将算法运行与仿真软件进行分离,解决了对本地硬件资源的依赖;采用TCP通信协议,实现本地仿真数据与云端算法的远程数据交互,能够使自动驾驶仿真测试更加灵活、高效。
实施方式二,本实施方式是对实施方式一所述的一种基于无线通信的远程仿真方法的进一步限定,本实施方式中,对所述TCP协议,做了进一步限定,具体包括:
所述TCP协议的通信数据格式定义为:
前36字节用于存储鉴权ID,该值用于云平台鉴权验证;不足36字节时前端用0补足;
使用4字节存储消息体长度值;不足4字节时前端用0补足。
本实施方式中,通过自定义通信数据格式,达到兼容各类仿真场景以及仿真软件的要求。
实施方式三,本实施方式是对实施方式二所述的一种基于无线通信的远程仿真方法的进一步限定,本实施方式中,对所述消息体,做了进一步限定,具体包括:
所述消息体采用key-value键值对的形式进行定义,其中,key值要求与项目的CAN通信信息的数据库文件字段名称保持一致,value为仿真实际值,协议解析服务依据CAN通信信息的数据库文件进行数据的解析与封装。
本实施方式中,TCP通信协议通过自定义通信数据格式的方式达到兼容不同仿真场景的要求。
实施方式四,本实施方式是对实施方式一至三任一项所述的一种基于无线通信的远程仿真方法的进一步限定,本实施方式中,对所述本地仿真软件,做了进一步限定,具体包括:
所述本地仿真软件包括PreScan、CarSim和VTD。
本实施方式给出了可以兼容的仿真软件,增强了仿真兼容性和增加了多种仿真场景。
实施方式五,本实施方式是对实施方式四所述的一种基于无线通信的远程仿真方法的进一步限定,本实施方式中,对所述虚拟CAN总线,做了进一步限定,具体包括:
所述虚拟CAN总线采用云原生消息队列技术。
本实施方式中,使用云原生消息队列相关技术,虚拟实现了车端两个ECU之间的物理线束连接,用以传输CAN报文。
实施方式六、一种基于无线通信的远程仿真方法,所述方法包括:
步骤1:本地仿真软件(PreScan+Matlab)通过TCP协议,将仿真数据(传感器数据,如障碍物距离、角度等)发送给云端的仿真通信网关;
步骤2:仿真通信网关将传感器数据分发到协议解析服务;
步骤3:协议解析服务基于dbc(CAN通信信息的数据库文件)对传感器数据进行解析,并将解析结果封装成CAN报文发送到虚拟CAN总线,同时订阅虚拟CAN总线,以便获取返回的动力学数据;
步骤4:虚拟CAN总线将步骤3发送来的CAN报文转发给虚拟ECU;
步骤5:虚拟ECU使用虚拟CAN总线发送来的数据,运行仿真算法,并将运行结果(动力学数据,如方向盘转角,油门开度等)以CAN报文形式回传到虚拟CAN总线;
步骤6:虚拟CAN总线基于协议解析服务的订阅,将车控数据CAN报文发送给协议解析服务;
步骤7:协议解析服务基于dbc对车控CAN报文进行解析,并将其发送给仿真通信网关;
步骤8:仿真通信网关通过TCP将车控数据发送给本地仿真软件,并在本地仿真软件中实现车辆控制。
本地与云端通过TCP协议进行双边通信,本地端实现TCP的client端,仿真通信网关实现TCP的server端。
TCP通信协议通过自定义通信数据格式的方式达到兼容不同仿真场景的要求。
自定义通信数据格式定义如下:
鉴权ID:
前36字节用于存储鉴权ID,该值用于云平台鉴权验证。不足36字节时前端用0补足。
消息体长度:
使用4字节存储消息体长度值。不足4字节时前端用0补足。
消息体:
消息体采用key-value键值对的形式进行定义,其中key值要求与项目的DBC字段名称保持一致,value为仿真实际值,协议解析服务依据DBC进行数据的解析与封装。
消息体采用proto定义,定义如下:
实施方式七,本实施方式是基于如上文所述的一种基于无线通信的远程仿真方法的实施例,具体包括:
1、本地安装部署仿真软件(PreScan +Matlab,如 PreScan 2206以及MatlabR2020b);
2、PreScan集成待测试仿真场景(如AEB仿真);
3、Matlab集成TCP的client支持包;
4、云端部署仿真通信网关,并对本地仿真软件开放服务端口;
5、云端部署协议解析服务,上传dbc文件,并配置虚拟CAN总线地址;
6、云端部署虚拟CAN总线服务,并开启订阅/发布功能;
7、云端部署虚拟ECU服务,并将AEB仿真算法上传到虚拟ECU服务中;
8、并启本地仿真软件(PreScan+Matlab);
9、本地验证测试结果以及相关测试评价。
实施方式八,如图1所示,本实施方式是针对如上文所述的一种基于无线通信的远程仿真方法的远程仿真系统,所述系统包括:本地仿真软件、仿真通信网关、协议解析服务、虚拟CAN总线和虚拟ECU;
本地仿真软件部署在本地,仿真通信网关、协议解析服务、虚拟CAN总线和虚拟ECU部署在云端;
仿真软件:专门用于仿真的计算机软件,常用的自动驾驶仿真软件有PreScan、CarSim、 VTD等,使用PreScan + Matlab作为本地的仿真软件。
仿真通信网关:用以与本地仿真进行双边通信,接收本地的仿真数据(传感器数据),回传动力学数据(车控数据)。
协议解析服务:将仿真数据(传感器数据)转化为特定的CAN报文数据,以及将CAN报文数据转化为动力学数据(车控数据)。
虚拟CAN总线:使用云原生消息队列相关技术,虚拟实现了车端两个ECU之间的物理线束连接,用以传输CAN报文。
虚拟ECU:基于虚拟ECU技术实现的用以模拟和仿真车辆的软件系统,用以在云端执行仿真算法。
本地与云端通过TCP协议进行双边通信,本地端实现TCP的client端,仿真通信网关实现TCP的server端。
其中,本地与云端通过TCP协议进行双边通信,本地端实现TCP的client端,仿真通信网关实现TCP的server端。
TCP通信协议通过自定义通信数据格式的方式达到兼容不同仿真场景的要求。
自定义通信数据格式定义如下:
鉴权ID:前36字节用于存储鉴权ID,该值用于云平台鉴权验证。不足36字节时前端用0补足。
消息体长度:使用4字节存储消息体长度值。不足4字节时前端用0补足。
消息体:消息体采用key-value键值对的形式进行定义,其中key值要求与项目的DBC字段名称保持一致,value为仿真实际值,协议解析服务依据DBC进行数据的解析与封装。
本实施方式提供了基于如上文所述方法的远程仿真系统,该系统可以通过云平台技术,在云端部署基于虚拟ECU的算法模型运行模块,将算法运行与仿真软件进行分离,解决了对本地硬件资源的依赖;采用TCP通信协议,实现本地仿真数据与云端算法的远程数据交互,通过自定义通信数据格式,达到兼容各类仿真场景以及仿真软件的要求。能够使自动驾驶仿真测试更加灵活、高效。
Claims (10)
1.一种基于无线通信的远程仿真方法,其特征在于,所述方法包括:
步骤1、本地部署本地仿真软件,云端部署仿真通信网关、协议解析服务、虚拟CAN总线和虚拟ECU;
步骤2、本地仿真软件通过TCP协议,将仿真数据发送给云端的仿真通信网关;
步骤3、仿真通信网关将仿真数据分发到协议解析服务;
步骤4、协议解析服务基于CAN通信信息的数据库文件对仿真数据进行解析,并将解析结果封装成CAN报文发送到虚拟CAN总线,同时订阅虚拟CAN总线以获取返回的动力学数据;
步骤5、虚拟CAN总线将协议解析服务发送来的CAN报文转发给虚拟ECU;
步骤6、虚拟ECU使用虚拟CAN总线发送来的数据,运行仿真算法,并将运行结果以CAN报文形式回传到虚拟CAN总线;
步骤7、虚拟CAN总线基于协议解析服务的订阅,将车控数据CAN报文发送给协议解析服务;
步骤8、协议解析服务基于CAN通信信息的数据库文件对车控CAN报文进行解析,并将解析后的车控CAN报文发送给仿真通信网关;
步骤9、仿真通信网关通过TCP协议将解析后的车控CAN报文数据发送给本地仿真软件,并在本地仿真软件中实现车辆控制。
2.根据权利要求1所述的一种基于无线通信的远程仿真方法,其特征在于,所述TCP协议的通信数据格式定义为:
前36字节用于存储鉴权ID,该值用于云平台鉴权验证;不足36字节时前端用0补足;
使用4字节存储消息体长度值;不足4字节时前端用0补足。
3.根据权利要求2所述的一种基于无线通信的远程仿真方法,其特征在于,所述消息体采用key-value键值对的形式进行定义,其中,key值要求与项目的CAN通信信息的数据库文件字段名称保持一致,value为仿真实际值,协议解析服务依据CAN通信信息的数据库文件进行数据的解析与封装。
4.根据权利要求1-3任一项所述的一种基于无线通信的远程仿真方法,其特征在于,所述本地仿真软件包括PreScan、CarSim和VTD。
5.根据权利要求4所述的一种基于无线通信的远程仿真方法,其特征在于,所述虚拟CAN总线采用云原生消息队列技术。
6.一种针对权利要求1至5中任一项所述方法的远程仿真系统,其特征在于,所述系统包括:本地仿真软件、仿真通信网关、协议解析服务、虚拟CAN总线和虚拟ECU;
本地仿真软件部署在本地,仿真通信网关、协议解析服务、虚拟CAN总线和虚拟ECU部署在云端;
仿真软件为用于仿真的计算机软件;
仿真通信网关用于与本地仿真软件进行双边通信,包括接收本地的仿真数据和回传动力学数据;
协议解析服务用于将仿真数据转化为CAN报文数据,以及将CAN报文数据转化为动力学数据;
虚拟CAN总线使用云原生消息队列相关技术,虚拟实现车端两个ECU之间的物理线束连接,用于传输CAN报文;
虚拟ECU为基于虚拟ECU技术实现的用以模拟和仿真车辆的软件系统,用于执行仿真算法。
7.根据权利要求6所述的远程仿真系统,其特征在于,所述系统的TCP协议的通信数据格式定义为:
前36字节用于存储鉴权ID,该值用于云平台鉴权验证;不足36字节时前端用0补足;
使用4字节存储消息体长度值;不足4字节时前端用0补足。
8.根据权利要求7所述的远程仿真系统,其特征在于,所述消息体采用key-value键值对的形式进行定义,其中,key值要求与项目的CAN通信信息的数据库文件字段名称保持一致,value为仿真实际值,协议解析服务依据CAN通信信息的数据库文件进行数据的解析与封装。
9.一种计算机设备,包括存储器和处理器,所述存储器中存储有计算机程序,其特征在于,当所述处理器运行所述存储器存储的计算机程序时执行权利要求1至5中任一项所述的方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质,其特征在于,所述计算机可读存储介质中存储有多条计算机指令,所述多条计算机指令用于使计算机执行权利要求1至5中任一项所述的方法。
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