自动驾驶集成设计与虚拟仿真方法探讨

高云霞 刘鹏厚

摘要：现如今，汽车专业性能过往虚拟仿真技术已非常成熟，并且其被大量投入到制造商开发设计当中，同时消除了CAE驱动性能研发的分歧。但是，自动驾驶汽车为感知、执行全流程不断运转，针对测试使用场景与自然环境也为繁杂多变的，并且算法与软件在实践功能与性能中占主导原因。功能与性能评估需兼顾感知与执行整体效果，但过往仿真技术已完全不能胜任，所以要想把各种各样的原因考虑周全，研发出根据虚拟场合研发的整车集成设计方式已成了自动驾驶汽车系统研发与测试的关键方法。

关键词：自动驾驶集成设计;虚拟仿真方法;探索

目前，自动驾驶技术逐渐被大众眼球所吸引，同时势必给未来大众驾驶体验带来前所未有全新体验，也会给人类社会改革产生巨大冲击。然而，自动驾驶技术的实践执行有一定难度，当中最为关键就是测试环节，进一步测验自动驾驶技术的安全性。基于此，文章给出了全新方式，把车辆实践的动力学模型、传感器模型、自动驾驶操控算法、高精准度地图数据、整车道路汇总路况信息、真实交通事故调查数据等不同数据与模型要素进行全方位整体，研发一整套自动驾驶汽车主动安全整车真实仿真平台与设计方式，同时针对局部仿真进行测试使用。此平台和方式针对自动驾驶汽车初期开发时段实施虚拟仿真设计研发，及其今后国家指定第三方检测部门针对具有自动驾驶技术车辆安全性实施评价和考察产生了深远的实践意义。

一、自动驾驶仿真技术困难点

在各式各样仿真平台测试类似算法验证结论一致性难题;在不一样平台如何确保仿真模型精确度一致性;仿真与实践测试结论一致性难题;怎样确保仿真模型与实践被测件的标定真实性与特性配比;怎样确保仿真测试每个系统相互间回馈时钟同步与实践测试一致性;仿真测试进程难题回溯体制;怎样参照仿真结论，有效回忆且明确仿真测试进程中，某版块有没有出现难题;仿真测试评价指标的多种化难题;怎样评价安全性、平稳性等普通衡量指标;怎样评估舒适性与通过性等无法精准度量指标;测验场景针对性难题;怎样针对被侧驾驶自动化系统寻找对应的测试场景;怎样迅速迭代指定测试场景，从而测算验证被测系统的性能。

二、自动驾驶整车虚拟实时仿真平台整体组成

自动驾驶实时仿真平台总体构成需要自动驾驶系统中，计算机操控硬件、车辆真实仿真模拟、虚拟情景共同交织而成。并且在实时高清精确地图以及交通意外和交通信号量创建模拟仿真情景中的关联的object.lane、signal 等数据获取，上传到自动驾驶管理计算方法详尽格式化信息，控制器运用整体决策，将干扰车辆信号尽快传送到建立的车辆动力学模拟中，坚决贯彻执行制动和转向等操做命令，之后完成车辆自动驾驶操控。且借用仿真操控软件中的仪表HMI设计功能，方才能完美测试车辆驾驶仪表HMI简便设计与测评评估。依据平台集成技术路线UI计划，平台会增设丰富软件半联动、多信息结合、超强及时仿真特性。

参照某企业仿真平台多学科综合实践仿真操控系统建造的，此处置方案拥有自由、开源、实时性能完美的真实Linux操作系统RedHawk，能植入各种模型，同时可在硬件时钟精准调配下独立执行规定速率高性能多CPU架构下实时求解、替换信息且跟外界硬件实施有效的通信，具有强实时、多客户、多任务、多学科、多模型、多速度、多VO、多处理器等特征。此处置计划能够利用放开接口与不一樣类型测试系统集成，涵盖了V模式研究流程当中数学仿真、快速原型、在环硬件、系统集成、联配测试与故障介入各个时间段工作，不一样时间段有效迭代，结果研发与验证切合平台。

三、自动驾驶虚拟实时仿真与集成设计模型研讨

3.1高精度地图道路仿真模型研究

自动驾驶整车集成设计与虚拟仿真板块大致上区分了虚拟场景和虚拟车辆仿真板块两方面。其虚拟场景板块囊括了高精准度地图道路仿真板块、中国交通事故深入研究事故信息重建仿真工况板块、道路汇总车辆交通流畅板块;而虚拟车辆仿真板块具体囊括了几何外观板块与繁杂的车辆动力学板块两种类。

参照OpenDRIVE设定的超高精准度地图demo数据，融入仿真软件，建立全方位道路板块，在道路模型形成中，已全部囊括了实时车道的多种属性，比如：方向、长宽高度、坡度、最大速度、车道线等，信号灯和标志牌等地图厂商在收到协助设计高精准度地图数据规划中，需全方位将信息覆盖在内，当前国外道路和中国道路差异性完全不同，植入的道路无法全方位、精准地辨别多种出口与分岔道口、护栏、路障等相关数据，直至仿真软件厂商与中国地图厂商实施OpenDRIVE标准化中国顺应性代替与匹配升级之后，从而能够实现与实际道路相同的辨别水准。

现如今，大多数利用软件道路创建模拟器，针对道路实施少数手动输入建立，手动填入障碍栏、阻隔带、路障、路边建筑物、绿地等对应信息，且在实时仿真场合，创建参照open CRG的情况微观特性模板，例如：摩擦系统等，气候与能见度等则需借助仿真软件完成有效调节，进一步创建仿真情景更接近实际情况。

3.2虚拟车辆仿真模型研究

其在三维动画绘制软件条件下，完成某款车辆通过工程软件板块到自动驾驶板块虚拟仿真全部几何外形OBJ格式板块的代替，针对车灯、轮胎、转向盘等提出了详细的创模与开关比较。能够实现前照灯、轮胎等模拟零部件单独操控，参照ADAMS车辆动力学信息，借用专业车辆动力学仿真模拟软件比较，数据改变达成了车辆动力学模块，其中涵盖了转向和制动体系、动力传感体系及其车轮、轮胎、悬架与底盘零部件的整体车辆繁杂模拟。

实际仿真平台多时段操控软件中，实时每个变量对应、展示关联和测试值分配等多调试任务，考虑到轮胎横向与纵向转动、地面接触点切合、底盘弹簧压缩、制动防抱死、离合器起步、换挡逻辑操作等车辆动力学相关仿真测试软件联动调试出效果。

3.3 CIDAS调研数据重建的仿真工况模型

此为国内汽车技术研究中心联合世界上数家知名汽车企业联名创建，其想利用国内不同道路交通事件给出深入研究、解析与探究，给中国甚至国外汽车领域带来基本数据扶持与优良技术服务。然而，CIDAS项目数据基本实现了事故汇总、事故剖析、事故重现及其事故视距计算等多个领域进行了全方位探究。

此方式利用对CIDAS真实事故重建水准格式信息实施碰撞参与各方的轨迹获取，取得各种车辆行驶的x、y、z方位坐标及其各个轨迹点的行驶速率，且把其替换为自动驾驶算法控制器需要的經纬高轨迹数据，实现根据某仿真软件带来固定强制轨迹行驶的事故重现，及其配备高级算法操控器的自动驾驶车辆轨迹追踪事故规避有效性验证。

把铺货的CIDAS事故相应信息轨迹与准入高精准度地图数据道路模拟实施适应性设置，且通过不一样场合情况组合式规划，文章借助六起标准CIDAS事件整合，具体包括：追尾车辆、冲撞摩托车与行人及车辆逆向冲撞等，最终导致了自动驾驶仿真测试的demo情景创设。

现阶段，高精度地图供应商为高德、四维图新、中海庭、百度等提供，但依旧位于早期探究时段，没有完全实现大规模商用的阶段，同时有关法律法规依旧不健全，且遭受国家测绘局严密监控，因此能够用在探究的信息资源非常少，关键点较为聚集在高速公路与快速路角度，且城市道路高精准度地图数据极为稀少，随即利用一段高速公路高精度地图信息，采取了CIDAS事故数据全部来源于真实事故汇总，拥有具体坐标，相反对于事故发生地高精度地图无法给予相应配备，因此探究中把CIDAS事故数据实施了恰当地微调，移动至此高速公路的高精度地图上实施测试，文章只采取了方法探究，将来随着技术不断发展，势必能够完成高精度地图数据与真实CIDAS事故信息的完美配备。

3.4真实道路汇集交通流数据仿真工况模型研究

针对改装激光雷达汇集车辆，对于给到的高精度demo地图相应的实践道路上实施跟车汇集，把车辆前方其他车辆交通流量对应位置汇集和记载，随后形成目标级别的esv文档。经过matlab二次研发的插件，植入仿真软件中。直接跟重建的CIDAS真实事故信息实况相融合，形成能够实施虚拟仿真测试使用的全面仿真场合，创建出类似与真实道路、真实事故、真实交通的虚拟仿真场合实况。

四、根据自动驾驶控制算法控制器仿真平台创建

文章采取的自动驾驶算法为利用SICK LMS 511单线激光雷达实施感知。借用仿真软件产生最佳传感器模型，利用体系对于数个模块制作底层通信代码，将控制器仿真场面中objectlist信息编写拥有数据模式，通过乌斑系统运转，且利用串口及其TCP/IP网传送方法关联利用硬件在环方法，通过上位机给激光雷达传递扫描指令，随后参照设定频率传递数据包。自动驾驶控制计算法软件详细囊括了：GPS模块能够得到车辆实际位置;激光雷达打印模块可取得阻碍物数据及其行驶车辆安全范围;数据整合模块促成了数个板块之间的数据整合;决策模块得到环境数据与人机相互间的运算处置，达成车辆自主完成轨迹操控及其主动制动避免碰撞;异步通信模块促成车载控制单元和智能线控单元之间不同步通信。

总结

总而言之，自动驾驶车辆准备行驶之前，势必要通过大量测试实验，真实车辆仿真测试来代替，逐渐变成了各类型汽车供应商和自动驾驶技术商重要话题。通过虚拟仿真为依靠，全面研究自动驾驶汽车实践仿真平台和设计方式，现阶段已成熟的仿真测试内容为：首先，创设与探究了一连串真实车辆动力学与传感器模型、自动驾驶操控算法、高精准度地图信息、实时整体车况与路况汇集信息、真正交通事故调查信息等庞大数据、模型因素融合和集成车辆及时仿真平台与设计方法。第二，借用硬件环绕方式关联自动驾驶计算控制器，把实际境况交通及其意外事件公布仿真平台，完美呈现了丰富路况自动驾驶功能辅助验证，依据单独CIDAS事故仿真分辨，以及CIDAS数据多种自动驾驶仿真生存辩证，从而表明了平台规划方法可被实际操控，最终自动驾驶汽车虚拟仿真和加速测试判断产生了真实高效规划，形成了较高实用性。

参考文献

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