一种基于硬件在环的V2X场景测试方法及系统与流程

本发明涉及车联网技术领域，尤其涉及一种基于硬件在环的v2x场景测试方法及基于硬件在环的v2x场景测试系统。

背景技术：

v2x技术为如前向碰撞预警、车道偏离预警、盲点检测预警等多种车辆主动安全功能提供了新的技术实现途径，相比于其他技术实现方式而言，基于v2x技术的车辆主动安全功能具有超视距、抗恶劣气象干扰等优势。然而，由于v2x技术的场景应用效能受到车辆自身及外在环境等多种因素影响，因此，需要采取与不同场景条件相对应的测试用例对v2x功能应用进行量化测试验证。

现有v2x功能应用场景测试方法可以划分为软件测试、实际道路测试和硬件在环测试三种，其中，软件测试方法主要是以网络仿真软件和交通仿真软件分别模拟无线通信和车辆运动过程，通过两种软件之间的信息交互形成数据闭环，继而验证不同场景条件下的v2x功能应用效能，其优点是场景复现性好，但由于v2x通信协议尚在发展当中，网络仿真软件发展相对滞后，且多缺乏对如卫星导航系统、车辆动力学系统等关键要素的模型描述，因此导致该方法对真实场景的逼近程度有限；实际道路测试方法主要是指以真实车辆搭载v2x通信设备在实际道路环境中搭建模拟场景开展测试，其优点是真实场景测试可以准确反映出功能应用效能，但由于驾驶者操作方式、导航卫星星座构型难以在多次测试中保持精确一致，因此，测试场景无法准确复现，进而影响测试结论的可比较性；硬件在环测试方法兼继前两种方式的优点，以量化场景要素实现测试用例的标准化，保证了测试场景的可复现性与测试结果的可比较性，该方法是v2x场景测试技术发展的新趋势，其难点在于如何对关键场景要素信息准确建模以及对真实物理信号的引入，如现有硬件在环测试系统未将导航卫星可见性及对板载卫星接收机性能的影响因素合理引入测试回路，进而影响了v2x功能应用测试结果的准确性。

因此，如何提供一种能够实现v2x场景可复现性的测试方式成为本领域技术人员亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提供一种基于硬件在环的v2x场景测试方法及基于硬件在环的v2x场景测试系统，以解决现有技术中的问题。

作为本发明的第一个方面，提供一种基于硬件在环的v2x场景测试方法，其中，所述基于硬件在环的v2x场景测试方法包括：

获取车联网功能应用测试场景设计数据，对所述车联网功能应用测试场景设计数据进行处理得到车联网功能应用测试场景仿真数据，并输出所述车联网功能应用测试场景仿真数据，其中，所述车联网功能应用测试场景设计数据包括场景设定参数、车辆运动数据、导航卫星星历数据和车辆动力学模型参数；

接收所述车辆运动数据与所述导航卫星星历数据，根据所述场景设定参数生成导航卫星信号；

接收所述车辆运动数据与所述车辆动力学模型参数，并根据所述场景设定参数生成车辆can总线信号；

与被测v2x设备建立通信连接，在所述场景设定参数、所述导航卫星信号以及所述车辆can总线信号的驱动下与所述被测v2x设备之间进行场景测试；

检测并记录所述被测v2x设备的场景测试结果。

优选地，所述基于硬件在环的v2x场景测试方法还包括：

显示所述被测v2x设备的场景测试结果。

优选地，所述场景设定参数包括场景设定时间和场景设定安全功能。

优选地，所述接收所述车辆运动数据与所述导航卫星星历数据，根据所述场景设定参数生成导航卫星信号包括：

将场景设定开始时刻转换成utc时间，根据所述导航卫星星历数据提供的导航卫星轨道信息推算协议地球坐标系中该场景设定时刻对应的导航卫星位置，其中，所述场景设定时间从场景设定开始时刻起到场景结束时刻止；

计算场景设定开始时刻起导航星座中的每一导航卫星相对车辆的高度角、方位角和距离；

根据计算得到的高度角和方位角判断每一导航卫星相对车辆是否可见；

剔除不可见的导航卫星，得到可见导航卫星位置；

根据可见导航卫星位置与车辆相对位置的距离计算得到伪码相位；

将导航电文采用所述伪码相位的伪码调制和载波调制形成导航卫星信号，其中，所述导航电文根据所述导航卫星星历数据与导航电文格式标准获得。

优选地，所述与被测v2x设备建立通信连接，在所述场景设定参数、所述导航卫星信号以及所述车辆can总线信号的驱动下与所述被测v2x设备之间进行场景测试包括：

根据所述场景设定安全功能将车辆状态信息以及预警信息发送至被测v2x设备；

在所述导航卫星信号以及所述车辆can总线信号的驱动下，驱动对所述被测v2x设备的场景测试；

接收所述被测v2x设备反馈的射频信息。

优选地，所述接收所述车辆运动数据与所述车辆动力学模型参数，并根据所述车辆运动数据与所述车辆动力学模型参数模拟得到车辆can总线信号包括：

根据被测v2x设备的dbc文件格式定义将采样时刻所述车辆运动数据封装入采样时刻can报文。

作为本发明的第二个方面，提供一种基于硬件在环的v2x场景测试系统，其中，所述基于硬件在环的v2x场景测试系统包括：

场景控制模块，所述场景控制模块用于获取车联网功能应用测试场景设计数据，对所述车联网功能应用测试场景设计数据进行处理得到车联网功能应用测试场景仿真数据，并输出所述车联网功能应用测试场景仿真数据，其中，所述车联网功能应用测试场景设计数据包括场景设定参数、车辆运动数据、导航卫星星历数据和车辆动力学模型参数；

导航卫星信号模拟模块，所述导航卫星信号模拟模块用于接收所述车辆运动数据与所述导航卫星星历数据，根据所述场景设定参数生成导航卫星信号；

车辆总线信号模拟模块，所述车辆总线信号模拟模块用于接收所述车辆运动数据与所述车辆动力学模型参数，并根据所述场景设定参数生成车辆can总线信号；

v2x通信终端，所述v2x通信终端用于与被测v2x设备建立通信连接，在所述场景设定参数将、所述导航卫星信号以及所述车辆can总线信号的驱动下与所述被测v2x设备之间进行场景测试；

场景检测与数据存储模块，所述场景检测与数据存储模块用于检测并记录所述被测v2x设备的场景测试结果。

优选地，所述基于硬件在环的v2x场景测试系统还包括：

显示模块，所述显示模块用于显示所述被测v2x设备的场景测试结果。

优选地，所述车辆运动数据包括采样时刻车辆的经度、纬度、高程、速度、加速度、姿态角和姿态角速度信息；所述导航卫星星历数据包括gps和北斗导航星座标准星历文件；所述车辆动力学模型参数包括车辆的长度、宽度、高度、质量、三轴转动惯量、轴距、轮距、发动机最大功率和发动机最大转矩。

优选地，所述v2x通信终端包括v2x通信发送接口和v2x通信接收接口。

本发明提供的基于硬件在环的v2x场景测试方法，通过将测试场景中的关键构成要素映射成以导航卫星信号和车辆总线信号组合为主的量化测试用例，便于测试场景的复现与测试结果的横向比较，满足了测试工作的场景可复现性与条件一致性要求；通过在测试回路中引入卫星导航定位信号与车辆总线信号，将被测设备板载导航卫星接收模块和can总线收发模块的性能影响纳入测试评价范畴，更加贴近实际应用情况，从而提升了测试结果的准确度；通过导航卫星信号和车辆总线信号数据驱动，实现了v2x功能应用的自动化场景测试，提高了测试工作的效率。另外，本发明提供的基于硬件在环的v2x场景测试方法为v2x功能应用设计及测试评价提供了良好的工作平台。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明提供的基于硬件在环的v2x场景测试方法的流程图。

图2为本发明提供的基于硬件在环的v2x场景测试系统的结构。

图3为本发明提供的基于硬件在环的v2x场景测试系统的具体实施方式结构图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

作为本发明的第一个方面，提供一种基于硬件在环的v2x场景测试方法，其中，如图1所示，所述基于硬件在环的v2x场景测试方法包括：

s110、获取车联网功能应用测试场景设计数据，对所述车联网功能应用测试场景设计数据进行处理得到车联网功能应用测试场景仿真数据，并输出所述车联网功能应用测试场景仿真数据，其中，所述车联网功能应用测试场景设计数据包括场景设定参数、车辆运动数据、导航卫星星历数据和车辆动力学模型参数；

s120、接收所述车辆运动数据与所述导航卫星星历数据，根据所述场景设定参数生成导航卫星信号；

s130、接收所述车辆运动数据与所述车辆动力学模型参数，并根据所述场景设定参数生成车辆can总线信号；

s140、与被测v2x设备建立通信连接，在所述场景设定参数、所述导航卫星信号以及所述车辆can总线信号的驱动下与所述被测v2x设备之间进行场景测试；

s150、检测并记录所述被测v2x设备的场景测试结果。

本发明提供的基于硬件在环的v2x场景测试方法，通过将测试场景中的关键构成要素映射成以导航卫星信号和车辆总线信号组合为主的量化测试用例，便于测试场景的复现与测试结果的横向比较，满足了测试工作的场景可复现性与条件一致性要求；通过在测试回路中引入卫星导航定位信号与车辆总线信号，将被测设备板载导航卫星接收模块和can总线收发模块的性能影响纳入测试评价范畴，更加贴近实际应用情况，从而提升了测试结果的准确度；通过导航卫星信号和车辆总线信号数据驱动，实现了v2x功能应用的自动化场景测试，提高了测试工作的效率。另外，本发明提供的基于硬件在环的v2x场景测试方法为v2x功能应用设计及测试评价提供了良好的工作平台。

需要说明的是，在与被测v2x设备进行场景测试过程中，被测v2x设备也接收到了所述导航卫星信号以及所述车辆can总线信号。

具体地，所述基于硬件在环的v2x场景测试方法还包括：

显示所述被测v2x设备的场景测试结果。

需要说明的是，所述被测v2x设备的场景测试结果的显示包括车辆运行状态在虚拟视景中的显示，以及测试场景中车辆的速度、位置、航向与事件检测结果信息的显示。

具体地，所述场景设定参数包括场景设定时间和场景设定安全功能。

作为具体地实施方式，所述接收所述车辆运动数据与所述导航卫星星历数据，根据所述场景设定参数生成导航卫星信号包括：

将场景设定开始时刻转换成utc时间，根据所述导航卫星星历数据提供的导航卫星轨道信息推算协议地球坐标系中该场景设定时刻对应的导航卫星位置，其中，所述场景设定时间从场景设定开始时刻起到场景结束时刻止；

计算场景设定开始时刻起导航星座中的每一导航卫星相对车辆的高度角、方位角和距离；

根据计算得到的高度角和方位角判断每一导航卫星位置相对车辆是否可见；

剔除不可见的导航卫星，得到可见导航卫星位置；

根据可见导航卫星位置与车辆相对位置的距离计算得到伪码相位；

将导航电文采用所述伪码相位的伪码调制和载波调制形成导航卫星信号，其中，所述导航电文根据所述导航卫星星历数据与导航电文格式标准获得。

具体地，所述与被测v2x设备建立通信连接，在所述场景设定参数、所述导航卫星信号以及所述车辆can总线信号的驱动下与所述被测v2x设备之间进行场景测试包括：

根据所述场景设定安全功能将车辆状态信息以及预警信息发送至被测v2x设备；

在所述导航卫星信号以及所述车辆can总线信号的驱动下，驱动对所述被测v2x设备的场景测试；

接收所述被测v2x设备反馈的测试射频信息。

具体地，所述接收所述车辆运动数据与所述车辆动力学模型参数，并根据所述车辆运动数据与所述车辆动力学模型参数模拟得到车辆can总线信号包括：

根据被测v2x设备的dbc文件格式定义将所述车辆运动数据与所述车辆动力学模型参数封装入采样时刻can报文。

作为本发明的第二个方面，提供一种基于硬件在环的v2x场景测试系统，其中，如图2所示，所述基于硬件在环的v2x场景测试系统100包括：

场景控制模块110，所述场景控制模块110用于获取车联网功能应用测试场景设计数据，对所述车联网功能应用测试场景设计数据进行处理得到车联网功能应用测试场景仿真数据，并输出所述车联网功能应用测试场景仿真数据，其中，所述车联网功能应用测试场景设计数据包括场景设定参数、车辆运动数据、导航卫星星历数据和车辆动力学模型参数；

导航卫星信号模拟模块120，所述导航卫星信号模拟模块120用于接收所述车辆运动数据与所述导航卫星星历数据，根据所述场景设定参数生成导航卫星信号；

车辆总线信号模拟模块130，所述车辆总线信号模拟模块130用于接收所述车辆运动数据与所述车辆动力学模型参数，并根据所述场景设定参数生成车辆can总线信号；

v2x通信终端140，所述v2x通信终端140用于与被测v2x设备200建立通信连接，在所述场景设定参数将、所述导航卫星信号以及所述车辆can总线信号的驱动下与所述被测v2x设备200之间进行场景测试；

场景检测与数据存储模块150，所述场景检测与数据存储模块150用于检测并记录所述被测v2x设备的场景测试结果。

本发明提供的基于硬件在环的v2x场景测试系统，通过将测试场景中的关键构成要素映射成以导航卫星信号和车辆总线信号组合为主的量化测试用例，便于测试场景的复现与测试结果的横向比较，满足了测试工作的场景可复现性与条件一致性要求；通过在测试回路中引入卫星导航定位信号与车辆总线信号，将被测设备板载导航卫星接收模块和can总线收发模块的性能影响纳入测试评价范畴，更加贴近实际应用情况，从而提升了测试结果的准确度；通过导航卫星信号和车辆总线信号数据驱动，实现了v2x功能应用的自动化场景测试，提高了测试工作的效率。另外，本发明提供的基于硬件在环的v2x场景测试系统为v2x功能应用设计及测试评价提供了良好的工作平台。

需要说明的是，所述导航卫星模拟模块120分别向所述v2x通信终端140和被测v2x设备200输出导航卫星信号，车辆总线信号模拟模块130分别向所述v2x通信终端140和被测v2x设备输出车辆can总线信号，即v2x通信终端140与被测v2x设备200之间在进行场景测试时，均接收到了各自的导航卫星信号和车辆can总线信号。

关于v2x通信终端140与被测v2x设备200之间进行的场景测试，是v2x通信终端140与被测v2x设备200之间进行射频信息交互，并非只是对被测v2x设备200进行单向测试，而是v2x通信终端140与被测v2x设备200均是被测试对象，均是被接收到的导航卫星信号和车辆can总线信号驱动后进行测试。

还需要说明的是，所述导航卫星信号模拟模块120具有以太网通信模块和射频sma接口，通过以太网通信模块实现与场景控制模块110通信，通过sma接口实现gps和北斗导航星座民用导航频段射频信号的输出，导航卫星可见性可以通过场景控制模块110存储的卫星方位角与仰角阈值加以限制。

具体地，所述车辆总线信号模拟模块130具有以太网通信模块和can总线收发模块，通过以太网通信模块实现与场景控制模块通信，通过can总线收发模块实现车辆总线信号的输出。

具体地，为了实现对测试结果的显示，如图2所示，所述基于硬件在环的v2x场景测试系统还包括：

显示模块160，所述显示模块160用于显示所述被测v2x设备200的场景测试结果。

具体地，所述车辆运动数据包括采样时刻车辆的经度、纬度、高程、速度、加速度、姿态角和姿态角速度信息；所述导航卫星星历数据包括gps和北斗导航星座标准星历文件；所述车辆动力学模型参数包括车辆的长度、宽度、高度、质量、三轴转动惯量、轴距、轮距、发动机最大功率和发动机最大转矩。

优选地，所述v2x通信终端140包括v2x通信发送接口和v2x通信接收接口。

具体地，所述v2x通信终端140具有板载导航卫星接收模块、can总线收发模块和以太网通讯模块，通过导航卫星接收模块的sma接口实现对导航卫星射频信号的接收，通过can总线收发模块的db9接口实现对车辆总线信号的接收，通过以太网通讯模块实现v2x收发信息向场景检测与数据记录模块的数据传输。

具体地，所述场景检测与数据记录模块150具有3个以太网通讯模块，通过2个以太网通讯模块实现对v2x通信终端140和被测v2x设备发送信息的接收，通过第3个以太网通信模块输出给显示模块160。

需要说明的是，v2x通信终端140和被测v2x设备200均接收到导航卫星信号模拟模块120生成的导航卫星信号以及车辆总线信号模拟模块130生成的车辆can总线信号，v2x通信终端140接收到的导航卫星信号与被测v2x设备200接收到的导航卫星信号不同，可以为同一导航卫星信号模拟模块120输出的两种不同的导航卫星信号（如图2所示的结构），也可以为两个导航卫星信号模拟模块分别输出两种不同的导航卫星信号（如图3所示的结构），所述通信终端140接收到的车辆can总线信号与被测v2x设备200接收到的车辆can总线信号不同，可以为同一车辆总线信号模拟模块130输出的两种不同的车辆can总线信号（如图2所示的结构），也可以为两个车辆总线信号模拟模块分别输出两种不同的车辆can总线信号（如图3所示的结构）。

下面结合图3对本发明提供的基于硬件在环的v2x场景测试系统的工作原理进行详细说明。

本发明提供的基于硬件在环的v2x场景测试系统采用场景控制模块110、导航卫星信号模拟模块120、车辆总线信号模拟模块130、v2x通信终端140、场景检测与数据存储模块150和显示模块160构成一个可将导航卫星和车辆总线物理信号引入回路的车联网功能应用场景测试验证系统。以前向碰撞预警场景测试为例，通常以v2x通信终端140模拟前车车载设备，以被测v2x设备模拟后车车载设备，测试目的是判断被测v2x设备能否及时判断出前后车辆碰撞风险，及时发出预警信息，并记录v2x信息发送、接收时间用于后续功能应用效能分析。测试初始阶段，场景控制模块中存储有前车和后车的车辆运动数据、导航卫星星历数据、车辆动力学模型参数。其中，车辆运动数据包括采样时刻车辆的经度、纬度、高程、速度、加速度、姿态角和姿态角速度信息；导航卫星星历数据为gps和北斗导航星座标准星历文件。车辆动力学模型参数包括车辆的长度、宽度、高度、质量、三轴转动惯量、轴距、轮距、发动机最大功率与最大转矩。

在数据检查无误后，场景控制模块110将前车和后车的导航卫星星历数据与车辆运动数据发送给相应的导航卫星信号模拟模块120，将前车和后车的车辆运动数据和车辆动力学模型参数发送给相应的车辆总线信号模拟模块130。

导航卫星信号模拟模块120根据接收到的卫星星历数据与车辆运动数据首先将测试场景开始时刻转换成utc时间，根据所述导航卫星星历数据提供的导航卫星轨道信息推算协议地球坐标系中该场景设定时刻对应的导航卫星位置，继而计算该时刻导航星座中每一导航卫星相对车辆的高度角、方位角和距离，先剔除低于车辆所在位置当地地理水平面的导航卫星，再剔除低于可见方位角与高度角限制的导航卫星。在剩余可见导航卫星相对车辆所在位置计算距离基础上添加电离层延迟和钟差延迟，以此构成伪距并用于计算伪码相位。最后采用该相位伪码信号调制根据卫星星历数据编制的导航电文，形成导航卫星基带信号，又经载波调制到工作频点，最后由场景控制模块控制启动发送。

车辆总线信号模拟模块130将接收到的车辆运动数据按照被测设备dbc文件格式定义将数据封装入采样时刻can报文，经can总线收发模块，最后由场景控制模块控制启动发送。

在导航卫星信号模拟模块120和车辆总线信号模拟模块130数据生成完毕后通过以太网接口发送就绪信号给场景控制模块110，场景控制模块110在收到前车与后车信号模拟模块就绪信号后发出测试开始信号，启动场景测试。

在各自模拟导航卫星信号与车辆can总线信号的驱动下，v2x通信终端140和被测v2x设备200的导航卫星接收模块与can总线收发模块接收并解调输入信号。

v2x通信终端140和被测v2x设备200射频收发接口通过同轴衰减器对应相接，按照10hz频率发送车辆基础安全信息，信息内容符合sae-j2735标准要求，包含车辆速度、位置、航向、油门踏板位置车辆状态数据，同时将采样时刻状态信息、以及各自将发送数据信息和接收数据信息通过以太网接口传输给场景检测与数据存储模块150。

场景检测与数据存储模块150存储接收到的数据信息计算前车、后车相对速度与相对距离，根据车辆参数检测场景中车辆碰撞事件、预警事件，并通过以太网通信模块将测试场景中车辆的速度、位置、航向与事件检测结果信息发送给显示模块160在虚拟视景中显示。

测试工作人员观察显示模块160视景信息监视场景测试状态，通过场景控制模块终止、重置场景测试，通过场景检测与数据存储模块调看数据记录，分析评估前向碰撞预警功能应用效能。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。