无人驾驶在环测试装置及系统的制作方法

本发明涉及无人驾驶技术领域，尤其是涉及一种无人驾驶在环测试装置及系统。

背景技术

汽车作为现如今社会最为常用的交通工具之一，一直给人们带来出行的便利。但随着汽车数量的日益增加，随之而来的交通事故，交通堵塞，环境污染的问题日益严重。智能车被认为是未来能够有效解决这些问题的一个关键技术之一，因此智能车也备受社会和科研人员的关注，也是如今汽车领域的一个重要的发展方向。

现有的无人驾驶方案，是基于实车的采用高精度地图、雷达及定位技术等手段来实现的，以期望由电脑来完全控制汽车行驶，达到人在汽车行驶过程中的完全解放。然而，这种方案同时也存在一些问题：由于基于实车，车辆、雷达、摄像头等实现，因而设备成本高，而且需要提供试验场地，在控制算法不成熟的情况下，实车实验有一定的危险性，并且开发周期较长。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种无人驾驶在环测试装置及系统，能够通过模拟的仿真车辆进行无人驾驶在环测试，开发周期短、成本低并且安全性高。

第一方面，本发明实施例提供了一种无人驾驶在环测试装置，包括：下位机和车辆测试装置；

下位机和车辆测试装置连接；车辆测试装置包括：转向系统、制动系统、轮速模拟平台、车身姿态模拟云台中至少一种；

下位机接收上位机所发送的无人驾驶测试指令，根据无人驾驶测试指令，基于虚拟现实环境、整车模型、虚拟摄像头和虚拟雷达所监测的道路环境信息，并结合预设无人驾驶算法，生成仿真车辆的控制信号，以使车辆测试装置根据控制信号模拟仿真车辆的相应操作；控制信号包括：制动信号、转向信号、调速信号及姿态控制信号中至少一项；

上位机还接收车辆测试装置所返回的仿真车辆的车辆状态信息，并根据车辆状态信息对仿真车辆进行在环测试。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，转向系统包括：主动转向电机模块、转角传感器、扭矩传感器、方向盘及转向管柱；

转角传感器和扭矩传感器分别设置于转向管柱上；主动转向电机模块和转向管柱连接，转向管柱与方向盘连接；

主动转向电机模块根据下位机所发送的第一转向信号，控制转向管柱带动方向盘执行转向操作；

转角传感器采集方向盘的转角信号，及转向管柱的扭矩信号；

下位机根据转角信号和扭矩信号，判断车辆转向质量，形成闭环控制。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，转向系统还包括：负载电机模块及转向节臂；

负载电机模块根据下位机所发送的第二转向信号，控制转向节臂执行转向操作，以模拟车辆转向阻力矩。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，主动转向电机模块和负载电机模块均包括：电机驱动器和电机。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，制动系统包括：esc电子稳定控制系统、轮缸及压力传感器；

电子稳定控制系统接收下位机所发送的制动信号，根据制动信号控制轮缸产生制动力，以实现主动制动；

压力传感器采集轮缸的压力信号，并将压力信号发送至下位机，以进行制动力的硬件在环测试。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，轮缸包括：主缸、左前轮缸、左后轮缸、右前轮缸、右后轮缸；压力传感器包括：与主缸、左前轮缸、左后轮缸、右前轮缸、右后轮缸分别对应的压力传感器。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，制动系统还包括：制动踏板、真空助力器、真空泵及储气罐；

真空助力器设置于主缸和制动踏板之间；

真空泵和储气罐，为真空助力器提供真空环境。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，车身姿态模拟云台包括：x轴电机驱动器、x轴电机、z轴电机驱动器、z轴电机及组合传感器：

x轴电机驱动器接收下位机所发送的第一姿态控制信号，并根据第一姿态控制信号，控制x轴电机工作，以模拟车身的横向加速度；

z轴电机驱动器接收下位机所发送的第二姿态控制信号，并根据第二姿态控制信号，控制z轴电机工作，以模拟车身的横摆角速度；

组合传感器采集横向加速度及横摆角速度，并将横向加速度及横摆角速度发送至下位机，以进行车身姿态的硬件在环测试。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，轮速模拟平台包括：轮速电机驱动器、轮速电机、齿圈及霍尔传感器；

轮速电机驱动器接收下位机所发送的调速信号，根据调速信号控制轮速电机工作，以使轮速电机驱动齿圈转动以模拟轮速；

霍尔传感器采集齿圈的转速信息，并将转速信息发送至下位机，以进行轮速的硬件在环测试。

第二方面，本发明实施例还提供一种无人驾驶在环测试系统，包括：上位机及如第一方面所述的无人驾驶在环测试装置；

上位机与无人驾驶在环测试装置中的下位机通信连接。

本发明实施例带来了以下有益效果：

本发明实施例提供的无人驾驶在环测试装置包括：下位机和车辆测试装置；下位机和车辆测试装置连接；车辆测试装置包括：转向系统、制动系统、轮速模拟平台、车身姿态模拟云台中至少一种；下位机接收上位机所发送的无人驾驶测试指令，根据无人驾驶测试指令，基于虚拟现实环境、整车模型、虚拟摄像头和虚拟雷达所监测的道路环境信息，并结合预设无人驾驶算法，生成仿真车辆的控制信号，以使车辆测试装置根据控制信号控制仿真车辆执行相应操作；控制信号包括：制动信号、转向信号、调速信号及姿态控制信号中至少一项；上位机还接收车辆测试装置所返回的仿真车辆的车辆状态信息，并根据车辆状态信息对仿真车辆进行在环测试。本发明实施例能够通过模拟的仿真车辆进行无人驾驶在环测试，开发周期短、成本低并且安全性高。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术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方式，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为本发明实施例一提供的一种无人驾驶在环测试装置的结构示意图；

图2为本发明实施例一提供的一种无人驾驶在环测试装置中转向系统的结构示意图；

图3为本发明实施例一提供的一种无人驾驶在环测试装置中制动系统的结构示意图；

图4为本发明实施例一提供的一种无人驾驶在环测试装置中车身姿态模拟云台的结构示意图；

图5为本发明实施例一提供的一种无人驾驶在环测试装置中轮速模拟平台的结构示意图；

图6为本发明实施例二提供的一种无人驾驶在环测试系统的结构示意图。

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，下面将结合附图对本发明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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

现有的无人驾驶方案，存在设备成本高，实车实验有一定的危险性，并且开发周期较长的问题。基于此，本发明实施例提供一种无人驾驶在环测试装置及系统，能够通过模拟的仿真车辆进行无人驾驶在环测试，开发周期短、成本低并且安全性高。

为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种无人驾驶在环测试装置进行详细介绍。

实施例一：

本发明实施例提供了一种无人驾驶在环测试装置，参见图1所示，该装置包括：下位机11和车辆测试装置12。

其中，下位机11和车辆测试装置12连接；车辆测试装置12包括：转向系统121、制动系统122、轮速模拟平台123、车身姿态模拟云台124中至少一种；下位机11接收上位机所发送的无人驾驶测试指令，根据无人驾驶测试指令，基于虚拟现实环境、整车模型、虚拟摄像头和虚拟雷达所监测的道路环境信息，并结合预设无人驾驶算法，生成仿真车辆的控制信号，以使车辆测试装置12根据控制信号模拟仿真车辆的相应操作；控制信号包括：制动信号、转向信号、调速信号及姿态控制信号中至少一项；上位机还接收车辆测试装置12所返回的仿真车辆的车辆状态信息，并根据车辆状态信息对仿真车辆进行在环测试。

具体的，上位机通过下位机11分别与转向系统、制动系统、轮速模拟平台、车身姿态模拟云台等车辆测试装置12进行通信。下位机11通过carsim模块里的虚拟现实环境、整车模型以及虚拟摄像头、虚拟雷达来完成无人驾驶的必需设备和道路环境；下位机11还通过matlab/simulik完成无人驾驶算法的编写；下位机11把carsim模块和利用matlab/simulik完成的无人驾驶算法嵌入到labview程序里实现联合仿真。

在具体进行无人驾驶测试的时候，下位机11首先接收上位机所发送的无人驾驶测试指令，然后基于该指令和预先通过carsim模块和无人驾驶算法模拟出来的仿真车辆，生成对该仿真车辆的控制信号，比如：carsim将虚拟摄像头和虚拟雷达监测到的道路环境信息传递给matlab/simulik中的无人驾驶算法，无人驾驶算法由此做出判断，再给出车辆的控制信号，比如：制动信号、转向信号、调速信号及姿态控制信号等。通过上述控制信号进一步控制车辆测试装置12模拟仿真车辆的相应操作；上位机还接收车辆测试装置12所返回的仿真车辆的车辆状态信息，并根据车辆状态信息对仿真车辆进行在环测试。

本发明实施例还提供一种无人驾驶在环测试装置中的转向系统，该系统包括：主动转向电机模块、转角传感器、扭矩传感器、方向盘及转向管柱。其中，转角传感器和扭矩传感器分别设置于转向管柱上；主动转向电机模块和转向管柱连接，转向管柱与方向盘连接；主动转向电机模块根据下位机所发送的第一转向信号，控制转向管柱带动方向盘执行转向操作；转角传感器采集方向盘的转角信号，及转向管柱的扭矩信号；下位机根据转角信号和扭矩信号，判断车辆转向质量，形成闭环控制。

此外，转向系统还包括：负载电机模块及转向节臂。负载电机模块根据下位机所发送的第二转向信号，控制转向节臂执行转向操作，以模拟车辆转向阻力矩。主动转向电机模块和负载电机模块均包括：电机驱动器和电机。

具体的，参见图2所示，转向系统包括以下部分：负载电机驱动器1、方向盘2、转角传感器3、扭矩传感器4、转向管柱5、主动转向电机6、主动转向电机驱动器7、齿轮齿条8、转向小齿轮9、传动轴10、转向节臂11、负载电机12。

其中，负载电机驱动器1接受下位机的第二转向信号，控制负载电机12产生相应转矩模拟车辆行驶过程中轮胎传递给转向节臂11的阻力矩；转角传感器3检测方向盘2转角信号并传给下位机；扭矩传感器4检测转向管柱5的扭矩信号并传给下位机；主动转向电机驱动器7接收下位机的第一转向信号控制主动转向电机6响应主动转向要求；主动转向电机6在主动转向电机驱动器7的驱动下做无人驾驶主动转向。

在上述转向系统中，主动转向电机6根据下位机传递过来的第一转向信号控制方向盘2转角响应车辆的转向需求；同时负载电机驱动器1接收下位机的第二转向信号模拟车辆转向阻力矩；转角传感器3和扭矩传感器4检测到转角信号和扭矩信号并传递给下位机，下位机根据反馈回来的转角信号和扭矩信号判断车辆转向质量，形成闭环控制。

本发明实施例还提供一种无人驾驶在环测试装置中的制动系统，该制动系统包括：esc电子稳定控制系统、轮缸及压力传感器。电子稳定控制系统接收下位机所发送的制动信号，根据制动信号控制轮缸产生制动力，以实现主动制动；压力传感器采集轮缸的压力信号，并将压力信号发送至下位机，以进行制动力的硬件在环测试。

其中，轮缸包括：主缸、左前轮缸、左后轮缸、右前轮缸、右后轮缸；压力传感器包括：与主缸、左前轮缸、左后轮缸、右前轮缸、右后轮缸分别对应的压力传感器。制动系统还包括：制动踏板、真空助力器、真空泵及储气罐。真空助力器设置于主缸和制动踏板之间；真空泵和储气罐，为真空助力器提供真空环境。

具体的，参见图3所示，制动系统包括以下部分：制动踏板1、真空助力器2、油壶3、主缸4、主缸压力传感器5、左后轮缸压力传感器6、左前轮缸压力传感器7、左前轮缸8、左后轮缸9、右后轮缸10、右前轮缸11、右后轮缸压力传感器12、右前轮缸压力传感器13、esc电子稳定控制系统14、真空泵15、储气罐16。

其中，左后轮缸压力传感器6用于检测左后轮缸压力；左前轮缸压力传感器7用于检测前后轮缸压力；右后轮缸压力传感器12用于检测右后轮缸压力；右前轮缸压力传感器13用于检测右前轮缸压力；esc电子稳定控制系统14由hcu和ecu的集成。

上述制动系统主要完成无人驾驶的制动减速要求，并保留了制动踏板1和真空助力器2，为l5级以下的无人驾驶开发环境下驾驶员能够接管车辆。无人驾驶开发下的主动制动，由下位机给esc电子稳定控制系统14发出减速制动信号，esc电子稳定控制系统14响应，控制4个轮缸压力产生相应的制动力，实现主动制动。4个轮缸压力传感器将采集到的各轮缸压力信号反馈给esc电子稳定控制系统14。两个主缸压力传感器将采集到的主缸压力信号传递给下位机。真空泵15和储气罐16代替实车上的发动机为真空助力器2提供真空度。

本发明实施例还提供一种无人驾驶在环测试装置中的车身姿态模拟云台，车身姿态模拟云台包括：x轴电机驱动器、x轴电机、z轴电机驱动器、z轴电机及组合传感器。x轴电机驱动器接收下位机所发送的第一姿态控制信号，并根据第一姿态控制信号，控制x轴电机工作，以模拟车身的横向加速度；z轴电机驱动器接收下位机所发送的第二姿态控制信号，并根据第二姿态控制信号，控制z轴电机工作，以模拟车身的横摆角速度；组合传感器采集横向加速度及横摆角速度，并将横向加速度及横摆角速度发送至下位机，以进行车身姿态的硬件在环测试。

具体的，参见图4所示，由下位机给车身姿态模拟云台的x轴电机驱动器1、z轴电机驱动器5发送控制信号，分别控制x轴电机3、z轴电机4产生一定的加速度来模拟车身的横向加速度和横摆角速度。由x轴上的组合传感器2检测模拟的横向加速度和横摆角速度，并传递给下位机，组成车身姿态硬件在环测试系统。

本发明实施例还提供一种无人驾驶在环测试装置中的轮速模拟平台，该轮速模拟平台包括：轮速电机驱动器、轮速电机、齿圈及霍尔传感器。轮速电机驱动器接收下位机所发送的调速信号，根据调速信号控制轮速电机工作，以使轮速电机驱动齿圈转动以模拟轮速；霍尔传感器采集齿圈的转速信息，并将转速信息发送至下位机，以进行轮速的硬件在环测试。

具体的，参见图5所示，轮速电机驱动器3在接收到下位机所发送的调速信号后，根据该调速信号驱动轮速电机4，以使轮速电机4控制齿圈1转动以模拟轮速；霍尔传感器2检测齿圈1的转速，将转速信息反馈给下位机；下位机再将该转速信息转换成轮速电机4的控制信号并发给轮速电机驱动器3，控制轮速电机4模拟轮速信号，由霍尔传感器2再采集齿圈转速并反馈给下位机，从而形成轮速的硬件在环测试。

本发明实施例能够通过模拟的仿真车辆进行无人驾驶在环测试，开发周期短、成本低并且安全性高。

实施例二：

本发明实施例还提供一种无人驾驶在环测试系统，参见图6所示，该系统包括：上位机21及如实施例一所述的无人驾驶在环测试装置22。上位机21与无人驾驶在环测试装置22中的下位机221通信连接。

本发明实施例所提供的无人驾驶在环测试系统中，包括与前述无人驾驶在环测试装置相同的技术特征，因此，同样可以实现上述功能。本系统中各个模块的具体工作过程参见上述装置实施例，在此不再赘述。

本发明实施例所提供的无人驾驶在环测试系统的计算机程序产品，包括存储了处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的装置及电子设备的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

附图中的流程图和框图显示了根据本发明的多个实施例方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

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，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”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个处理器可执行的非易失的计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。