专利名称：一种无人驾驶车辆环境模拟测试系统及测试方法
技术领域：
本发明涉及无人驾驶车辆测试技术领域，具体地涉及一种可通过组合各类环境要素，建立各种真实道路环境模型，实现对复杂真实环境的准确模拟，测试无人驾驶车辆在模拟环境中性能的无人驾驶车辆测试系统及测试方法。
背景技术：
无人驾驶车辆在复杂环境下的智能行为测试是无人驾驶车辆开发过程中的一项重要任务，是实现对无人驾驶车辆环境感知、行为决策等关键技术研究水平进行科学评价的重要手段。为保证智能行为测试的科学性、可重复性，必须设计一种无人驾驶车辆测试系统，以模拟车辆行驶的各种真实环境，实现对无人驾驶车辆不同难易程度的准确测试。现有的很多无人驾驶车辆测试系统测试环境比较单一，没有充分考虑参与测试的无人驾驶车辆实际水平，没有体现分阶段、分层次的设计思路，测试系统搭建以后，其测试的难易程度基本上不变。而实际上，无人驾驶车辆行驶环境需要考虑的因素很多，应当使用一种恰当的办法构造一种行驶环境模拟系统，其无需在硬件上做出大的改变，就可以实现不同难易程度的测试。
发明内容
为了达到上述目标，本发明设计的技术方案是:充分考虑与交通规则相关环境要素、障碍物环境要素、天气环境要素、光照环境要素等类型，通过组合各类环境要素，并通过人工造雾、雨、雪和人工设置假人等办法，建立各种真实道路环境模型，以实现对复杂真实环境的准确模拟；同时通过巧妙设置任务表单文件，利用模拟环境实现对不同能力水平的无人驾驶车辆的测试。本发明提出的无人驾驶车辆环境模拟测试系统包括环境模拟系统以及测试系统；所述环境模拟系统建立所述无人驾驶车辆真实道路环境模型，模拟所述无人驾驶车辆真实道路环境；所述测试系统由无人驾驶车辆车载控制计算机、车载天线、测试人员手持多功能盒组成；测试时将所述无人驾驶车辆真实道路环境模型转换为任务表单文件输入所述无人驾驶车辆车载控制计算机，其中所述任务表单文件由所述无人驾驶车辆途径测试路段各引导点的三维WGS84坐标(即World Geodetic Systeml984坐标，是为GPS全球定位系统使用而建立的坐标系统)以及所述各引导点的环境要素编码构成；所述无人驾驶车辆车载控制计算机在测试过程中，经所述车载天线向所述测试人员手持多功能盒发送所述无人驾驶车辆途径测试路段各引导点的三维WGS84坐标以及所述各引导点的环境要素编码信号，所述测试人员手持多功能盒接收并显示上述信号。其中所述环境要素编码可由交通指示类型、天气类型、光照类型、障碍物类型中的一种或多种组合而成。其中，所述测试系统还包括USB接口盒，所述USB接口盒与所述车载天线及所述无人驾驶车辆车载控制计算机相连；所述USB接口盒由无线串口模块、串口与USB数据转换模块、USB数据处理模块以及USB线缆组成；所述车载天线通过线缆与所述无线串口模块直接相连；所述USB数据处理模块通过USB线缆与所述无人驾驶车辆车载控制计算机相连。其中，所述测试人员手持多功能盒由供电部分、单片机、数据收发模块、开关按钮、数码管显示部分组成。其中，所述供电部分为单片机提供+ 5V的工作电压，所述数据收发模块与单片机之间为双向连通关系，一方面将单片机发出的数据发送出去，一方面接收外部数据，传送到单片机。其中开关按钮是单片机的输入端，其信号作用于单片机，所述开关按钮是一个单刀双掷开关，当它拨向一端时，与它相连的单片机I/o端口为高电平；当拨向另一端时，与它相连的单片机I/o端口为低电平；数码显示管由2个LED显示管组成，是单片机的输出端，受单片机的信号作用，可以显示2位数字。其中供电部分由4个1.5V电池和稳压模块组成,其中电池是输入,经稳压模块后输出稳定的电压。数据收发模块，由串口芯片和无线串口模块组成，它们是双向连通关系，既可实现从串口芯片到无线串口模块的数据流动，又可实现从无线串口模块到无线串口模块的数据流动。本发明提出的无人驾驶车辆测试方法包括如下步骤:步骤一、确定所述无人驾驶车辆的测试内容及测试环境，其中所述测试内容包括所述无人驾驶车辆测试路段的引导点，所述测试环境包括所述无人驾驶车辆测试路段的环
境要素；步骤二、将所述测试内容及所述测试环境转化为任务表单；步骤三、将所述任务表单导入到所述无人驾驶车辆的车载计算机中，由所述车载计算机对所述任务表单进行解析，引导所述无人驾驶车辆完成测试；其中，所述任务表单包括所述测试内容途径路段各引导点的三维WGS84坐标和环
境要素编码。其中，所述环境要素编码包括引导点类型编码，其中引导点类型包括起点、终点、交叉口入点、交叉口出点和未知类型引导点。其中，所述环境要素编码还包括有无交通指示。其中，所述环境要素编码还包括交通指示类型，其中交通指示类型包括左转指示、右转指示、U形弯指示、停车指示和未知类型交通指示。其中，所述环境要素编码还包括天气类型，其中天气类型包括晴天、雨天、雪天、雾天。其中，所述环境要素编码还包括光照类型，其中光照类型包括顺光、逆光。其中，所述环境要素编码还包括障碍物类型，其中障碍物类型包括动态障碍物、静态障碍物、无障碍物。其中，所述环境要素编码可由交通指示类型、天气类型、光照类型、障碍物类型中的一种或多种组合而成。应用本发明，可以取得以下有益效果:通过本发明提供的方法，可以构成组合式模拟环境系统，充分考虑道路环境要素、与交通规则相关环境要素、障碍物环境要素、光照环境要素等类型，组合各类环境要素，建立各种真实道路环境模型，以实现对复杂真实环境的准确模拟。通过人工造雾、雨、雪等办法，建立各种真实道路环境模型，以实现对复杂真实环境的准确模拟；在一个晴天即可模拟出雨天、雪天、雾天的天气条件，降低了测试时间成本，使测试不受季节的影响。通过人工设置假人横穿道路，模拟在真实交通情景可能出现的行人穿行道路的真实情况，实现对无人驾驶车辆避碰行人等能力的测试，降低了无人驾驶车辆测试的危险性；使用假人测试，还可以测试出无人驾驶车辆极限能力，例如，无人驾驶车辆安全停住时距离假人的最小距离的测试，从而避免不必要的安全隐患。通过合理设置任务文件，利用模拟环境实现对不同能力水平的无人驾驶车辆的测试。对同一硬件环境系统，按照前述难易程度的组合，可以制作多套任务文件，以测试无人驾驶车辆在不同难度的模拟环境中的表现。通过局部变化环境使参与测试车辆所面对的环境要素保持不变，但具体测试环境又不尽相同。采用变换静态障碍物和交通信号标志的设置地点、类型等方法予以实现。总之，本发明提出的模拟测试系统，使对无人驾驶车辆的测试经济成本、时间成本大幅降低，同时测试情景多种多样，充分考虑了分阶段、分层次的设计思路，体现了不同难易程度的测试方案。
下列附图在此作为本发明的一部分以便于理解，附图中:图1为根据本发明无人驾驶车辆右转通过交叉口的示意图；图2为根据本发明无人驾驶车辆左转通过交叉口的示意图；图3为根据本发明无人驾驶车辆执行U形弯的示意图；图4为根据本发明无人驾驶车辆执行终点停车的示意图；图5为根据本发明无人驾驶车辆有雾路段行驶测试环境示意图；图6为根据本发明无人驾驶车辆有雪路段行驶测试环境示意图；图7为根据本发明在环形道路上测试不同光照类型的示意图；图8为根据本发明静态障碍物设置的示意图；图9为根据本发明测试换道行驶的示意图；图10为根据本发明测试换道行驶后返回原车道的示意图；图11为根据本发明设置假人障碍的示意图；图12为根据本发明设置局部环境变化的示意图；图13为根据本发明无人驾驶车辆测试系统的示意图；图14为根据本发明手持多功能盒的示意图；图15为根据本发明USB接口盒的示意图。
具体实施例方式在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。下面结合附图，说明本发明的实施方式。本发明提出的无人驾驶车辆测试方法包括如下步骤:步骤一、确定所述无人驾驶车辆的测试内容及测试环境，其中所述测试内容包括所述无人驾驶车辆测试路段的引导点，所述测试环境包括所述无人驾驶车辆测试路段的环
境要素。无人驾驶车辆的测试类型可以包括(I)直行、(2)右转通过交叉口、(3)左转通过交叉口、(4)U形弯、(5)停车等多种类型。这些不同类型的测试均可以由其测试内容，即由测试路段的起始点、终止点、过程点等引导点表示。引导点是指引无人驾驶车辆依次行驶的点。引导点的稀疏程度将影响无人驾驶车辆的测试难度。由于无人驾驶车辆GPS导航能力较强，如果任务中给定了比较密集的GPS引导点，测试相对较易；反之较难。其中，无人驾驶车辆测试路段的环境要素可以包括与交通规则相关的交通指示类型、天气类型、光照类型、障碍物类型等。通过组合各类环境要素，可以建立各种真实道路环境模型，实现对复杂真实环境的准确模拟，测试无人驾驶车辆在模拟环境中的性能。由上面的内容可以看出，将无人驾驶车辆所要途径测试路段的各个引导点三维WGS84坐标以及途径各引导点的环境要素叠加，即可形成无人驾驶车辆测试的任务表单。即将测试内容与测试环境用任务表单的形式表现出来。下面的表I即给出了任务表单的一种示例。其中包括各途径引导点的三维WGS84坐标，即经度、纬度、高度。还包括各途径引导点的各种环境要素。可以用属性表示这些环境要素的类型。例如,属性I表示该引导点的类型，O表示起点，I表示交叉口入点，2表示交叉口出点，3表示终点，4表示未知。属性2用于表不有无交通标志或交通灯,O表不未知，I表不有,2表不无。当属性2为I时，属性3的取值定义如下:0为未知，I为右转交通标志，2为U形弯交通标志，3为左转交通灯,4为停车标志。还可以定义其他环境要素的属性，例如:可以定义属性4表示天气类型,O表示未知，I表示晴天,2表示雨天,3表示雪天,4表示雾天。可以定义属性5表示光照类型，O表示未知，I表示顺光，2表示逆光。可以定义属性6表示障碍物类型，O表示未知，I表示动态障碍物，2表示静态障碍物，3表示无障碍物。需要说明的是，这样的环境要素属性定义只是举例说明，本领域技术人员可以知晓，通过这样的举例说明，可以衍生出其他测试环境要素，这些要素均可以加入任务表单中，构成建立各种真实道路环境模型，实现对复杂真实环境的准确模拟。
节点序经 纬度高度 属性I 属性2属性3...属性η
K IaI I l表I任务表单格式步骤二、将上述所述的测试内容及所述测试环境转化为任务表单，生成任务表单文件。任务表单文件的制作可按照测试环境情景，依次逐行表示。其中，所述任务表单包括所述测试内容途径路段各引导点的三维WGS84坐标和各种环境要素的编码。以难度最小的不考虑天气、光照、障碍物等环境要素，只考虑属性1-3，即引导点类型、有无交通标志、交通标志类型的测试环境模拟系统为例，其环境情景可由情形I 一 1，情形2 — 1，情形3 — 1，情形4 一 1，情形5 — I组合而成，这些情形后文将具体详细说明。其中情形I 一 I为循线行驶，给定起点即可，情形2 — 1、情形3 — 1、情形4 一 I分别为右转弯、左转弯、U形弯，假定各设置5个引导点，情形5-1为终点只需要一个引导点，因此本例共有引导点17个，其任务表单文件如下:
1LI Al Hl 0 0 0
2LI A2 H 2 I 2 O
3L3 A3 H3 4 2 0
4L4 A4 H4 4 2 O
5L5 A5 H5 4 2 0
6L6 A6 H6 2 2 0
7L7 A7 H7 I 2 O
8L8 A8 H8 4 2 0
9L9 A9 H9 4 2 0
10LlO AlO HlO 4 2 O
11LU All Hll 2 2 O
12L12 A12 H12 I 2 O
13L13 A13 H13 4 2 O
14L14 A14 H14 4 2 O
15L15 A15 H15 4 2 O
16L16 A16 H16 2 2 O
17L17 A17 H17 3 2 O其中，上述表单文件中的第二、三、四列，即Ln、An、Hn分别表示各引导点的三维WGS84坐标，即经度、纬度、高度，可由GPS接收器在具体测试点实际测量得到。步骤三、将所述任务表单导入到所述无人驾驶车辆的车载计算机中，在无人驾驶车辆在正式测试前5分钟，将上述任务表单文件导入到无人驾驶车辆车载计算机系统中对任务表单文件进行解析，引导所述无人驾驶车辆完成测试。对同一硬件环境系统，按照前述难易程度的组合，可以制作多套任务表单文件，以测试无人驾驶车辆在不同难度的模拟环境中的表现。一、单项测试环境模拟系统1、直行按照天气条件和障碍物情况，直行测试环境模拟系统可分为7种情形。
情形1 一 1，直线路段500m长，选择晴天，测试无人驾驶车辆在天气良好条件下检测车道线并循线行驶的能力。情形1 一 2，直线路段500m长，通过人工造雾，测试无人驾驶车辆在有雾条件下检测车道线并循线行驶的能力。情形1 一 3，直线路段500m长，通过人工造雪，测试无人驾驶车辆在有雪条件下检测车道线并循线行驶的能力。情形1 一 4，直线路段500m长，通过人工造雨，测试无人驾驶车辆在有雨条件下检测车道线并循线行驶的能力。情形1 一 5，直线路段500m长，在车道上放置静态障碍物(如纸箱子)，测试无人驾驶车辆避开车道上障碍物，并正确选择车道实现换道行驶的能力。情形1 一 6，直线路段500m长，在路侧拉动假人模拟行人突然横穿马路，测试无人驾驶车辆检测到假人后执行相应动作的能力。情形1 — 7，直线路段IOOOm长，在车道上停有有人驾驶的运动车辆，当无人驾驶车辆从后方驶近时，有人驾驶车辆开始启动，先以较快速度行驶，测试无人驾驶车辆跟驰能力，后以较慢速度行驶，测试无人驾驶车辆换道超车能力。2、右转通过交叉口如图1 所示，方框为无人驾驶车辆，通过任务文件的不同设置，右转通过交叉口测试环境模拟系统可分为4种情形。情形2 -1:从右转弯起点20处开始，沿行驶轨迹每5米给定一个GPS点，一直到转弯终点21。通过任务文件的设置(如表2所示)，引导点20的属性I设置为I表示此为交叉口入点，属性2设置为2，表示无交通标志或交通灯；引导点21的属性I设置为2表示此为交叉口出点，属性2设置为2，表示无交通标志或交通灯；所有中间点的属性I全部设置为4，表示点的性质未知。由于任务文件中提供了密集的GPS引导点，无人驾驶车辆只需要GPS导航即可完成右转，不需要识别交通标志，测试难度较低。由于本情形不涉及属性3，其值可设为O。
权利要求
1.一种无人驾驶车辆测试方法，包括如下步骤: 步骤一、确定所述无人驾驶车辆的测试内容及测试环境，其中所述测试内容包括所述无人驾驶车辆测试路段的引导点，所述测试环境包括所述无人驾驶车辆测试路段的环境要素； 步骤二、将所述测试内容及所述测试环境转化为任务表单； 步骤三、将所述任务表单导入到所述无人驾驶车辆的车载计算机中，由所述车载计算机对所述任务表单进行解析，引导所述无人驾驶车辆完成测试； 其中，所述任务表单包括所述测试内容途径路段各引导点的三维WGS84坐标和环境要素编码。
2.如权利要求1所述的无人驾驶车辆测试方法，其特征在于: 所述环境要素编码包括引导点类型编码，其中引导点类型包括起点、终点、交叉口入点、交叉口出点和未知类型引导点。
3.如权利要求1所述的无人驾驶车辆测试方法，其特征在于: 所述环境要素编码包括有无交通指示。
4.如权利要求1所述的无人驾驶车辆测试方法，其特征在于: 所述环境要素编码包括交通指示类型，其中交通指示类型包括左转指示、右转指示、U形弯指示、停车指示和未知 类型交通指示。
5.如权利要求1所述的无人驾驶车辆测试方法，其特征在于: 所述环境要素编码包括天气类型，其中天气类型包括晴天、雨天、雪天、雾天。
6.如权利要求1所述的无人驾驶车辆测试方法，其特征在于: 所述环境要素编码包括光照类型，其中光照类型包括顺光、逆光。
7.如权利要求1所述的无人驾驶车辆测试方法，其特征在于: 所述环境要素编码包括障碍物类型，其中障碍物类型包括动态障碍物、静态障碍物、无障碍物。
8.如权利要求1所述的无人驾驶车辆测试方法，其特征在于: 所述环境要素编码可由交通指示类型、天气类型、光照类型、障碍物类型中的一种或多种组合而成。
9.一种无人驾驶车辆环境模拟测试系统，包括:环境模拟系统以及测试系统； 所述环境模拟系统建立所述无人驾驶车辆真实道路环境模型，模拟所述无人驾驶车辆真实道路环境； 所述测试系统由无人驾驶车辆车载控制计算机、车载天线、测试人员手持多功能盒组成； 测试时将所述无人驾驶车辆真实道路环境模型转换为任务表单文件输入所述无人驾驶车辆车载控制计算机，其中所述任务表单文件由所述无人驾驶车辆途径测试路段的各引导点三维WGS84坐标以及所述各引导点的环境要素编码构成； 所述无人驾驶车辆车载控制计算机在测试过程中，经所述车载天线向所述测试人员手持多功能盒发送所述无人驾驶车辆途径测试路段的各引导点三维WGS84坐标以及所述各引导点的环境要素编码信号，所述测试人员手持多功能盒接收并显示上述信号。
10.如权利要求9所述的无人驾驶车辆环境模拟测试系统，其特征在于:其中所述环境要素编码可由交 通指示类型、天气类型、光照类型、障碍物类型中的一种或多种组合而成。
全文摘要
一种无人驾驶车辆环境模拟测试系统，包括环境模拟系统以及测试系统；所述环境模拟系统建立所述无人驾驶车辆真实道路环境模型，模拟所述无人驾驶车辆真实道路环境；测试时将所述无人驾驶车辆真实道路环境模型转换为任务表单文件输入所述无人驾驶车辆车载控制计算机，其中所述任务表单文件由所述无人驾驶车辆途径测试路段的各引导点三维WGS84坐标以及所述各引导点的环境要素编码构成；所述无人驾驶车辆车载控制计算机在测试过程中，经所述车载天线向所述测试人员手持多功能盒发送所述无人驾驶车辆途径测试路段的各引导点三维WGS84坐标以及所述各引导点的环境要素编码信号，所述测试人员手持多功能盒接收并显示上述信号。
文档编号G01M17/007GK103207090SQ20131012160
公开日2013年7月17日 申请日期2013年4月9日 优先权日2013年4月9日
发明者熊光明, 孙扬, 吴绍斌, 赵亚男, 陈慧岩 申请人:北京理工大学