【CN109801534A】基于自动驾驶模拟器的驾驶行为硬件在环仿真测试系统【专利】

《智能驾驶硬件在环仿真测试与实践》阅读记录目录一、智能驾驶概述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．21.智能驾驶定义与发展历程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．32.智能驾驶技术应用领域及前景展望．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．4二、硬件在环仿真测试技术基础．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．51.仿真测试技术概述．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．5（1）仿真测试技术定义与分类．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．6 （2）仿真测试技术在智能驾驶领域的应用．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．72.硬件在环仿真测试原理及工作流程．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9（1）硬件在环仿真测试基本原理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．10 （2）硬件在环仿真测试工作流程与关键环节．．．．．．．．．．．．．．．．．．．113.硬件设备介绍．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．12（1）传感器及执行器模拟设备．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．13 （2）车辆动力学模拟器．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．14 （3）仿真场景生成与显示设备．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．15三、智能驾驶硬件在环仿真测试实践．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．161.测试场景设计与构建．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．17（1）典型场景分类及设计原则．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．18 （2）场景构建方法与工具选择．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．19（3）场景优化策略及案例分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．202.测试过程实施与管理．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．22（1）测试计划制定与执行．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．23（2）数据收集、处理与分析方法．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．24（3）测试结果评估与报告撰写．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．263.常见问题及解决方案分享．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．27四、智能驾驶硬件在环仿真测试案例分析．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．29一、智能驾驶概述在阅读《智能驾驶硬件在环仿真测试与实践》这本书之前，我对智能驾驶这一概念已经有了初步的了解。

实 验 技 术 与 管 理 第38卷 第2期 2021年2月Experimental Technology and Management Vol.38 No.2 Feb. 2021ISSN 1002-4956 CN11-2034/TDOI: 10.16791/ki.sjg.2021.02.027自动驾驶汽车硬件在环仿真实验平台研发雍加望1,2，冯能莲3，陈 宁1（1. 北京工业大学 北京市交通工程重点实验室，北京 100124；2. 清华大学 汽车安全与 节能国家重点实验室，北京 100084；3. 北京工业大学 环境与生命学部，北京 100124）摘 要：自动驾驶汽车作为重点竞争领域将是今后一个时期内国内外汽车工业发展的主流趋势。

为使学生更全面地理解并掌握自动驾驶汽车关键技术，研发了自动驾驶汽车硬件在环仿真实验平台（A VHIL ）。

A VHIL 硬件层面集成了实车制动系统、转向系统、传感器系统以及网络通信系统，可提供完整的整车硬件在环实验环境；A VHIL 软件层面以MATLAB/Simulink 为核心构建快速控制原型算法，基于PreScan 软件提供虚拟现实界面和环境感知类传感器模块，利用CarSim 软件实时运行整车动力学模型。

A VHIL 为自动驾驶上层控制算法与底层执行机构的开发与测试、高级驾驶辅助系统开发与测试、驾驶员行为特性研究等提供了实时高效的仿真平台，为本科生教学与研究生实践奠定了实验基础。

关键词：自动驾驶；硬件在环；仿真；实验平台中图分类号：U467.3 文献标识码：A 文章编号：1002-4956(2021)02-0127-05Development of hardware-in-the-loop simulation experimentalplatform for automatic driving vehicleYONG Jiawang 1,2, FENG Nenglian 3, CHEN Ning 1(1. Beijing Key Laboratory of Traffic Engineering, Beijing University of Technology, Beijing 100124, China; 2. State Key Laboratory of Automotive Safety and Energy, Tsinghua University, Beijing 100084, China;3. Faculty of Environment and Life, Beijing University of Technology, Beijing 100124, China)Abstract: As a key competition area, the automatic driving vehicle will become the main trend of the development of automobile industry at home and abroad in the next period. In order to enable students to understand and master the key technologies of autopilot, a hardware-in-the-loop simulation experimental platform (A VHIL) is developed. The hardware level of A VHIL integrates the real vehicle braking system, steering system, sensor system and network communication system, which can provide a complete vehicle hardware-in-the-loop experimental environment. At the A VHIL software level, the rapid control prototype algorithm is constructed with MATLAB/ Simulink as the core. The virtual reality interface and environment sensing sensor module are provided based on PreScan software, and the vehicle dynamic model is run in real time by CarSim software. A VHIL provides a real-time and efficient simulation platform for the development and test of the upper control algorithm and the underlying actuator, development and test of advanced driving assistance system and research of driver behavior characteristics, which lays an experimental foundation for undergraduate teaching and graduate practice. Key words: automatic driving; hardware-in-the-loop; simulation; experimental platform世界汽车工业发展围绕着“安全、舒适、节能”收稿日期: 2020-05-15基金项目: 北京工业大学交通工程科研基地开放探索项目（2019BJUT-JTJDS012）；汽车安全与节能国家重点实验室开放基金课题（KF2010）；北京工业大学教育教学研究项目（ER2011-A03）作者简介: 雍加望（1988—），男，安徽巢湖，博士，讲师，主要从事自动驾驶汽车、汽车动力学与稳定性控制方面的研究。

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202011553732.5(22)申请日 2020.12.24(71)申请人 北京亮道智能汽车技术有限公司地址 100102 北京市朝阳区广顺北大街33号福码大厦A座18层(72)发明人 雷绳光　剧学铭　周鹏　郝哲　(74)专利代理机构 北京维澳专利代理有限公司11252代理人 常小溪　王立民(51)Int.Cl.G06T 19/00(2011.01)H04W 4/024(2018.01)H04W 4/029(2018.01)H04W 4/40(2018.01)H04W 4/44(2018.01)H04W 4/46(2018.01)G06F 30/20(2020.01)(54)发明名称一种自动驾驶功能车辆在环虚拟仿真测试方法及系统(57)摘要本发明提供一种自动驾驶功能车辆在环虚拟仿真测试方法及系统，该方法包括：通过路测试验收集自动驾驶车辆真实的道路交通场景信息，采用数字孪生的方法获得虚拟的仿真场景，并存储在车载工控机内或车联网数据平台的云端上。

自动驾驶车辆内设置有VR显示设备，在自动驾驶车辆根据所述仿真场景进行自动驾驶时，所述车载工控机通过运行的虚拟仿真软件将所述仿真场景传送给VR显示设备，车辆乘员通过所述VR显示设备进入数字虚拟场景。

自动驾驶车辆内设置有高精定位导航设备，所述车载工控机通过所述高精定位导航设备准确测量得到车辆行驶数据及驾驶轨迹，并上传至车联网数据平台，以进行数据分析。

本发明能提高车辆测试的精确性和效率，减少测试成本。

权利要求书2页 说明书6页 附图2页CN 112581633 A 2021.03.30C N 112581633A1.一种自动驾驶功能车辆在环虚拟仿真测试方法，其特征在于，包括：通过路测试验收集自动驾驶车辆真实的道路交通场景信息，采用数字孪生的方法获得虚拟的仿真场景，并存储在车载工控机内或车联网数据平台的云端上；自动驾驶车辆内设置有VR显示设备，在自动驾驶车辆根据所述仿真场景进行自动驾驶时，所述车载工控机通过运行的虚拟仿真软件将所述仿真场景传送给VR显示设备，车辆乘员通过所述VR显示设备进入数字虚拟场景；自动驾驶车辆内设置有高精定位导航设备，所述车载工控机通过所述高精定位导航设备准确测量得到车辆行驶数据及驾驶轨迹，并上传至车联网数据平台，以进行数据分析。

Self-driving 自动驾驶自动驾驶汽车硬件在环测试技术概述文/王敏委基于模拟仿真机制的在环测试是自动驾驶汽车研 发测试的重要过程，可以在多种虚拟场景下对车辆性 能和车辆控制算法进行低成本且高效的验证。

在车辆 研发的v形体系中，硬件在环测试是针对各个车辆电 子控制单元（ECU)进行功能、性能的测试验证。

一 般的硬件在环（HIL)测试平台可以分为四层：车辆仿 真层、传感器仿真层、场景仿真层和硬件电子控制单 元（ECU)层。

HIL测试平台可以实现多种功能的测 试验证，主要用于以下任务：构建汽车运动模型、各 种传感器模型和虚拟测试场景并开展测试；对环境感 知、路径规划、决策、车辆控制、通信与交互等算法 进行闭环评估；推动上述算法从虚拟环境到真实自动 驾驶汽车的快速移植。

1简介在环测试和实车测试是用来验证和优化自动驾驶 汽车的感知、控制等算法的主要技术。

由于自动驾驶 汽车引入了大量的新技术，有必要在技术完全成熟之 前通过在环测试对这些基于人工智能的感知和控制算 法进行预先测试评估，因此在环测试渐渐成为自动驾 驶汽车研发的强制性步骤。

传统的实车测试是一种费 时费力且成本高的测试方法，只能进行有限数量的场 景测试。

相比之下，在环测试使用了和实际车辆比较 一致的仿真传感器、车辆和交通场景，提供了一种经 济效益和测试效果比较均衡的测试环境。

通过以往的 各种自动驾驶智能算法研究和实验，验证了这种在环 测试方法在车辆功能-麵口性能分析上的高效性。

一般地，硬件在环（HIL)测试平台结构框架如图 1所示，包含多种仿真软件接口和硬件ECU接口，各 个接口组合成一个高效的封闭测试验证循环。

仿真软 件接口包含3部分：一是控制车辆运动的车辆仿真模型；二是产生车辆数据的各种传感器仿真模型；三是 模拟真实道路场景的虚丨以测试环境。

5更件ECU接口则 包含了真实的车辆ECU。

仿 口K=3H Z3■车》状志传W Im&mB f pr■孕•K&f is S t t iSB-------------------^自功《饕汽李实车平台m c m s a i M u t法V i--------**CAN!j•a a s M金■a s m____ii——1L-—-t---ts v;*畔在仿霣测试T图1自动驾驶汽车硬件在环测试平台组成仿真软件接口可以运行包括各种车辆软件，模拟 测试平台上任何所需的对象。

自动驾驶虚拟仿真测试介绍自动驾驶虚拟仿真测试是一种在计算机模拟环境中对自动驾驶系统进行测试和验证的方法。

通过创建一个虚拟的驾驶场景，可以模拟各种道路和交通状况，并使用虚拟车辆进行测试。

这种测试方法具有安全、高效和经济的优势，可以降低测试成本、提高测试覆盖率和快速迭代。

下面将详细介绍自动驾驶虚拟仿真测试的一些关键技术和应用。

首先，自动驾驶虚拟仿真测试需要建立一个真实的驾驶场景模型。

这个模型包括道路和环境，如城市街道、高速公路、隧道、天气条件等。

在模型中，需要考虑道路的宽度、曲线和坡度等因素，以及其他车辆、行人和交通标志。

模型还可以包括感知传感器的物理特性，如雷达、摄像头和激光测距仪的工作原理和性能。

其次，自动驾驶虚拟仿真测试需要定义一系列测试用例。

测试用例描述了系统应该如何行驶和响应不同的场景和情况。

测试用例可以包括车辆的起始位置和目标位置，以及预期的驾驶行为，如加速、减速、转弯和避让。

测试用例还可以包括一些异常情况，如突然出现的障碍物、交通堵塞或紧急制动。

然后，自动驾驶虚拟仿真测试需要实现自动驾驶系统的算法和控制策略。

这些算法和策略可以使用机器学习和深度学习技术进行训练和优化。

在测试过程中，虚拟车辆将在模拟环境中按照预先定义的算法和策略进行行驶。

同时，系统会记录和分析车辆的感知数据、决策数据和控制数据，以评估系统的性能和安全性。

最后，自动驾驶虚拟仿真测试可以使用不同的评估指标来评估系统的性能。

这些指标可以包括驾驶精度、安全性、燃料消耗和排放等方面。

通过比较测试结果和预期结果，可以识别系统的缺陷和改进方向，并对算法和策略进行优化和迭代。

此外，虚拟仿真测试还可以进行大规模的批量测试，以验证系统在各种不同场景和条件下的可靠性和鲁棒性。

除了测试和验证自动驾驶系统的性能，自动驾驶虚拟仿真测试还可以用于教育和培训。

通过虚拟仿真环境，驾驶员和维护人员可以学习和训练驾驶技能和应急情况处理能力。

他们可以在虚拟环境中反复练习和模拟各种情况，以提高驾驶安全性和工作效率。

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910797521.7(22)申请日 2019.08.27(71)申请人 上海汽车集团股份有限公司地址 201203 上海市浦东新区张江高科技园区松涛路563号1号楼509室(72)发明人 罗悦齐　周干　王震　张嵩　张钊　(74)专利代理机构 北京信远达知识产权代理有限公司 11304代理人 赵兴华(51)Int.Cl.G06F 17/50(2006.01)G06K 9/62(2006.01)G06N 3/08(2006.01)(54)发明名称一种自动驾驶仿真测试场景的生成方法及生成系统(57)摘要本申请公开了一种自动驾驶仿真测试场景的生成方法及生成系统，其中，所述自动驾驶仿真测试场景的生成方法利用有限的待分割纵向驾驶行为数据作为数据集，利用目标神经网络模型对数据集进行分割和分类，并从分类后的目标数据中随机采样和重组生成大量的前车数据，从而能够根据这些前车数据生成大量、且可以较为全面地覆盖实际驾驶场景的仿真测试场景，进而实现了提高利用生成的自动驾驶仿真测试场景对自动驾驶功能测试的全面性的目的。

权利要求书3页 说明书9页 附图4页CN 110502852 A 2019.11.26C N 110502852A1.一种自动驾驶仿真测试场景的生成方法，其特征在于，包括：获取多个纵向驾驶行为数据，对所述纵向驾驶行为数据进行分割和标记，以获得多个具有跟车阶段标签的训练样本；利用所述训练样本对待训练神经网络模型进行训练，以获得具有对所述纵向驾驶行为数据进行分割和对分割后的纵向驾驶行为数据进行分类功能的目标神经网络模型；获取多个待分割纵向驾驶行为数据，并利用所述目标神经网络模型对所述待分割纵向驾驶行为数据进行分割和分类，以获得多个具有跟车阶段标签的目标数据；将具有不同跟车阶段标签的目标数据放入不同的数据库中，以生成多个资源数据库；从多个所述资源数据库中随机采样，并对采样的目标数据按照预设顺序组合，获得前车模型，并根据所述前车模型建立仿真测试场景。

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 202011263826.9(22)申请日 2020.11.12(71)申请人 中国汽车技术研究中心有限公司地址 300300 天津市东丽区先锋东路68号申请人 中汽研汽车检验中心（天津）有限公司(72)发明人 秦孔建　石娟　张志强　张嘉芮　张辉　张晋崇　郑英东　刘少华　(74)专利代理机构 天津企兴智财知识产权代理有限公司 12226代理人 苏冲(51)Int.Cl.B60W 60/00(2020.01)B60W 50/14(2020.01)(54)发明名称一种基于驾驶模拟器的自动驾驶车辆接管时间测试方法(57)摘要本发明提供了一种基于驾驶模拟器的自动驾驶车辆接管时间测试方法,首先操作人员在上位机控制模块中设置测试用例，上位机控制模块包括轨迹设定模块及视景仿真模块，其中轨迹设定模块发送本车运动轨迹信息以及目标车运动轨迹信息到实时控制模块中；视景仿真模块通过视景仿真软件把相应的模拟场景发送到驾驶人员面前的视景显示模块上进行显示。

本发明一种基于驾驶模拟器的自动驾驶车辆接管时间测试方法，可以设计不同的测试用例，测试不同的非驾驶任务状态、在不同的报警机制以及不同的报警模块的接管时间，相比于实车测试，模拟仿真测试具有安全性高、测试效率高、可重复性高等优势，大大降低了传统实车测试的成本。

权利要求书1页 说明书4页 附图1页CN 112406906 A 2021.02.26C N 112406906A1.一种基于驾驶模拟器的自动驾驶车辆接管时间测试方法，其特征在于：包括：步骤1：首先操作人员在上位机控制模块中设置测试用例，上位机控制模块包括轨迹设定模块及视景仿真模块，其中轨迹设定模块发送本车运动轨迹信息以及目标车运动轨迹信息到实时控制模块中；视景仿真模块通过视景仿真软件把相应的模拟场景发送到驾驶人员面前的视景显示模块上进行显示；步骤2：实时控制模块收到本车运动轨迹信息以及目标车运动轨迹信息后，其中的报警机制判断模块判断是否满足预设报警条件，如满足报警条件，则控制设置在驾驶人员面前的报警模块报警；步骤3：驾驶人员面前的报警模块报警后，驾驶员从执行非驾驶任务转换到执行驾驶任务，此时驾驶员操作模块的刹车踏板变化量信号、油门踏板变化量信号和方向盘转角变化量信号发送到实时控制模块中转发到上位机控制模块，上位机控制模块判断当收到的刹车踏板变化量信号、油门踏板变化量信号及方向盘转角变化量信号其中之一超过预设值时，则驾驶员完成车辆接管，此时驾驶员完成车辆接管时刻与报警模块报警时刻之间时段则记录为车辆接管时间；同时实时控制模块中车辆动力学模型模块根据收到的刹车踏板变化量信号、油门踏板变化量信号和方向盘转角变化量信号计算得到相应的本车运动轨迹信息，同步发送到上位机控制模块中的视景仿真模块。

基于实车在环的智能驾驶仿真测试系统开发
秦文刚;代堃鹏
【期刊名称】《传动技术》
【年(卷),期】2022(36)2
【摘要】完善的测试评价工具链是自动驾驶技术走向产业化的必备条件。

首先介绍了实车在环智能驾驶仿真测试系统的总体框架设计,并基于仿真测试系统整体框架完成了实车在环测试系统集成。

并以某款具备自动泊车系统(Autonomous Parking System,APS)的乘用车作为被测对象进行测试,对被测车辆APS功能进行了充分测试及结果分析,验证了提出的实车在环的自动化测试评价体系的有效性。

【总页数】7页(P42-48)
【作者】秦文刚;代堃鹏
【作者单位】上海智能网联汽车技术中心有限公司;上海交通大学汽车动力与智能控制国家工程研究中心
【正文语种】中文
【中图分类】U463.6
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