一种无人车测试系统和方法与流程

本发明涉及无人车测试领域，具体涉及一种无人车测试系统和方法。

背景技术

无人驾驶汽车是一种自主行驶的车辆，它不仅具备传统车辆的常规功能，比如加速、减速、制动、前行、转弯以及倒车等，而且还具有环境感知，路径规划，车辆控制，智能避障等人工智能。

目前的无人车测试一部分是将无人车放到真实场地中模拟不同环境对无人车的智能性进行测试，包括障碍物的避障测试，交通信号灯的测试，还有一些突发状况，如行人的突然冲入，其他车辆的不规则行驶，测试无人车是否能够还能够做出精准的判断及正常的行驶，但是这样测试太过麻烦，而且耗费的人力物力和时间太大，对于无人车测试的效率不高；另一种无人车测试是基于虚拟现实的，但是基于虚拟现实的无人车测试系统中测试平台存在参数不全面导致测试准确率不高，无法准确地测试无人驾驶车的功能和性能。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种无人车测试系统和方法，用以解决现有技术中的无人车测试时测试场景中未考虑路况的因素导致测试结果不准确等问题。

为了实现上述任务，本发明采用以下技术方案：

一种无人车测试系统，用于测试无人车的智能性，所述的无人车测试系统包括无人车台架、仿真测试模块以及环境仿真模块，待测试的无人车安装在所述无人车台架上；

所述的环境仿真模块与所述的仿真测试模块连接，用于生成发送给仿真测试模块的环境数据，所述的环境数据包括天气、光照以及路况数据；

所述的仿真测试模块分别与所述的环境仿真模块和所述的无人车台架连接，用于根据所述的环境仿真模块发送的所述的环境数据建模获得虚拟场景，所述的虚拟场景中包括路面参数以及图像数据，所述的仿真测试模块还用于将虚拟场景中的路面参数以及图像数据发送给无人车台架；

所述的无人车台架与所述的仿真测试模块连接，用于接收仿真测试模块传来的路面参数以及图像数据，根据所述的路面参数使无人车台架进行动作以模拟所述无人车在测试过程中的路面状态，所述的无人车台架用于将所述的图像数据发送给待测试无人车，获得待测试无人车当前的车速以及姿态数据，再将所述的车速以及姿态数据发送给仿真测试模块；

所述的仿真测试模块还用于根据所述的待测试无人车的车速以及姿态数据在虚拟场景中模拟无人车的行驶状态，获得虚拟场景中无人车的行驶信息，所述的行驶信息包括位置信息、速度信息以及车轮转角信息；

所述的仿真测试模块还用于根据所述的行驶信息，确定所述待测试的无人车的智能性。

进一步地，所述的仿真测试模块将所述虚拟场景中的路面参数以及图像数据发送给无人车台架时，其中所述的路面参数通过下一时刻虚拟场景中无人车所处的位置确定，所述的路面参数包括下一时刻虚拟场景中无人车右前轮相对地面高度h1'，单位为m，下一时刻虚拟场景中无人车右后轮相对地面高度h2',单位为m，下一时刻虚拟场景中无人车左前轮相对地面高度h3',单位为m；

利用式i确定下一时刻虚拟场景中无人车所处的位置x'：

其中，x为当前时刻虚拟场景中无人车所处位置，v为虚拟场景中无人车行驶速度，单位为m/s，h1为当前时刻虚拟场景中无人车右前轮相对地面高度，单位为m，h3为当前时刻虚拟场景中无人车左前轮相对地面高度，单位为m，u2为无人车台架翻滚动作速度，单位为m/s；

在所述虚拟场景中查找下一时刻虚拟场景中无人车所处的位置x'时无人车的车轮相对地面高度，获得路面参数。

进一步地，所述的根据路面参数使无人车台架进行动作以模拟所述无人车在测试过程中的路面状态，采用式ii获得无人车在当前路面状态下的姿态数据，所述的姿态数据包括俯仰角以及翻滚角，再将所述的姿态数据发送给仿真测试模块：

其中，ap为俯仰角，r为翻滚角，d为待测试无人车前右轮与后右轮之间的轴距，单位为m，d为待测试无人车前右轮与前左轮之间的轴距，单位为m。

进一步地，所述的无人车测试系统还包括交通车流仿真模块以及虚拟现实交互驾驶模块；

所述的交通车流仿真模块与所述的仿真测试模块连接，用于为仿真测试模块的虚拟场景提供车流；

所述的虚拟现实交互驾驶模块与所述的仿真测试模块连接，用于为仿真测试模块的虚拟场景提供人为驾驶的车辆干扰。

进一步地，所述的交通车流仿真模块采用微观交通仿真软件模拟车流。

进一步地，所述的虚拟现实交互驾驶模块包括虚拟现实头盔以及驾驶模拟器，驾驶员通过佩戴所述的虚拟现实头盔与所述的虚拟现实场景模块连接，通过控制驾驶模拟器以实现在所述虚拟场景中提供人为驾驶的车辆干扰。

一种无人车测试方法，采用以上所述的无人车测试系统对无人车进行测试，所述的方法包括：

步骤1、利用所述的环境仿真模块生成环境数据，所述的环境数据包括天气、光照以及路况数据，将所述的环境数据发送给仿真测试模块；

步骤2、所述的仿真测试模块接收所述的环境数据，根据所述的环境数据进行建模，获得虚拟场景，所述的虚拟场景中包括路面参数以及图像数据；

步骤3、所述的仿真测试模块将所述虚拟场景中的路面参数以及图像数据发送给无人车台架；

步骤4、所述的无人车台架接收所述的路面参数以及图像数据，所述的无人车台架根据所述的路面参数进行动作以模拟所述无人车在测试过程中的路面状态，所述的无人车台架将所述的图像数据发送给待测试无人车；

步骤5、所述的待测试无人车接收到所述的图像数据以及无人车台架模拟的路面状态作出反应，所述的无人车台架获得待测试无人车当前的车速以及姿态数据后，将所述的车速以及姿态数据发送给仿真测试模块；

步骤6、所述的仿真测试模块接收到所述的待测试无人车的车速以及姿态数据后，在虚拟场景中模拟无人车的行驶状态；

步骤7、所述的仿真测试模块获得虚拟场景中无人车的当前行驶信息，所述的行驶信息包括位置信息、速度信息以及车轮转角信息；

步骤8、所述的仿真测试模块根据所述的当前行驶信息，确定所述待测试的无人车当前是否行驶正常，若无人车当前行驶正常，则无人车当前智能性正常，继续执行步骤9，否则无人车当前智能性不正常，无人车测试结束；

步骤9、判断无人车测试是否结束，若没有结束，则返回步骤3。

进一步地，所述的步骤3、所述的仿真测试模块将所述虚拟场景中的路面参数以及图像数据发送给无人车台架时，其中所述的路面参数通过下一时刻虚拟场景中无人车所处的位置确定，所述的路面参数包括下一时刻虚拟场景中无人车右前轮相对地面高度h1'，下一时刻虚拟场景中无人车右后轮相对地面高度h2'，下一时刻虚拟场景中无人车左前轮相对地面高度h3'；

利用式i确定下一时刻虚拟场景中无人车所处的位置x'：

其中，x为当前时刻虚拟场景中无人车所处位置，v为虚拟场景中无人车行驶速度，h1为当前时刻虚拟场景中无人车右前轮相对地面高度，h3为当前时刻虚拟场景中无人车左前轮相对地面高度，u2为无人车台架翻滚动作速度；

在所述虚拟场景中查找下一时刻虚拟场景中无人车所处的位置x'时无人车的车轮相对地面高度，获得路面参数。

进一步地，所述的步骤5、所述的无人车台架获得待测试无人车当前的车速以及姿态数据后，将所述的车速以及姿态数据发送给仿真测试模块时，其中采用式ii获得无人车在当前路面状态下的姿态数据，所述的姿态数据包括俯仰角以及翻滚角，再将所述的姿态数据发送给仿真测试模块：

其中，ap为俯仰角，r为翻滚角，d为无人车前右轮与后右轮之间的轴距，d为无人车前右轮与前左轮之间的轴距。

进一步地，所述的仿真测试模块接收所述的环境数据，根据所述的环境数据进行建模，获得虚拟场景时，包括：

利用所述的交通车流仿真模块为仿真测试模块的虚拟场景提供车流；

利用所述的虚拟现实交互驾驶模块为仿真测试模块的虚拟场景提供人为驾驶的车辆干扰。

本发明与现有技术相比具有以下技术特点:

1、本发明提供的无人车测试系统在仿真测试模块中解决了仿真参数时延的问题，使得无人车测试结果更为准确。

2、本发明提出的无人车测试系统和方法，与现实世界的测试环境统一，对现实世界进行了模拟，增加了模拟的参数，包括天气系统、光照系统、突发状况仿真、路面参数，使得测试结果更加准确。

3、在测试系统中实现三类车辆的模拟，包括虚拟无人车、模拟驾驶车辆、微观交通仿真车辆，实现了真实无人车和虚拟无人车的联动，真实无人车通过台架和虚拟无人车进行实时交互，可以在室内完成无人车的测试。

附图说明

图1为本发明提供的无人车测试系统示意图。

具体实施方式

以下是发明人提供的具体实施例，以对本发明的技术方案作进一步解释说明。

实施例一

本发明公开了一种无人车测试系统，用于测试无人车的智能性，所述的无人车测试系统包括无人车台架、仿真测试模块以及环境仿真模块，待测试的无人车安装在所述无人车台架上。

如图1所示，本发明实施例公开了一种无人车测试系统，该无人车测试系统包括：无人车台架、仿真测试模块以及环境仿真模块，其中，环境仿真模块分别与无人车台架、仿真测试模块连接，无人车台架与仿真测试模块也连接，待测试的无人车安装在无人车台架上，无人车与该无人车台架能够同时运动。

所述的环境仿真模块与所述的仿真测试模块连接，用于生成发送给仿真测试模块的环境数据，所述的环境数据包括天气、光照以及路况数据；

所述的环境仿真模块生成天气状况、时间、路况、不同的交通状况来尽可能逼近真实场景，天气是模拟现实世界的天气状况，如雾天、雪天、雨天等，天气系统在无人车的测试中也是一个很大的影响因子，因为在现实世界中要测试天气对无人车行驶的影响有一个客观问题就是天气不可控，在对无人车进行测试时不能等着天气变化对无人车进行测试，这样太过于耗时，而在虚拟现实场景中可以模拟出各种天气状况，随时进行天气变换，将天气状况经过图像采集并传给无人车对无人车进行测试；光照是模拟日常生活中的光照变化，如早晨、中午、晚上，时间也是无人车测试的一个影响因子，时间阶段不同，光照强度也不同，这会影响到无人车的行驶，所以对光照数据进行生成可以更加接近实际生活中的车辆行驶条件。

本发明在环境仿真模块中加入了路况数据这一物理因素，对应现实生活中上下坡，斜坡，不同路面的行驶状态，如水泥路面、鹅暖石路面、沥青路面、水泥混凝土路面、沙坑、水坑等多种路面状况，不同路面参数对无人车的行驶也有影响，在仿真测试模块的虚拟场景中的无人车具有动力学属性，能感受地面的粗糙度。

所述的仿真测试模块分别与所述的环境仿真模块和所述的无人车台架连接，用于根据所述的环境仿真模块发送的所述的环境数据建模获得虚拟场景，将虚拟场景中的路面参数以及图像数据发送给无人车台架；

仿真测试模块作为虚拟的测试环境，通过建立虚拟场景对无人车进行测试，该虚拟场景和无人车试验场一比一建模的，通过模拟天气状况、光照、路况、不同的交通状况来尽可能逼近真实场景。

其中，图像数据包括前方的路径，是否有障碍物，采集到红绿灯信号，行人过马路，突发交通状况等图像信息。

所述的无人车台架与所述的仿真测试模块连接，用于接收仿真测试模块传来的路面参数以及图像数据，根据所述的路面参数使无人车台架进行动作以模拟所述无人车在测试过程中的路面状态，将所述的图像数据发送给待测试无人车，获得待测试无人车当前的车速以及姿态数据，再将所述的车速以及姿态数据发送给仿真测试模块；

在环境仿真模块和无人车台架建立通讯之后，台架能够驱动待测试无人车进行运动，使得待测试的无人车能够根据路面起伏的变化作出相应的反应动作，并且将图像数据发送给无人车后，无人车根据图像数据中的信息作出速度调整、转弯动作等反应动作，将这些反应动作的姿态数据以及车速发送给仿真测试模块。

所述的仿真测试模块还用于根据所述的待测试无人车的车速以及姿态数据在虚拟场景中模拟无人车的行驶状态，获得虚拟场景中无人车的行驶信息，所述的行驶信息包括位置信息、速度信息以及车轮转角信息。

所述的仿真测试模块还用于根据所述的行驶信息，确定所述待测试的无人车的智能性。

仿真测试模块接收到待测试无人车的车速以及姿态数据发送给虚拟场景中的虚拟无人车，使得虚拟无人车与无人车台架上的真实无人车作出同样的反应，因此在仿真测试模块中的无人车作为真实无人车的代表进行测试。

因此本发明提供的无人车测试系统在进行测试时，首先由环境仿真模块生成环境数据，将环境数据发送至仿真测试模块中进行场景建模，获得虚拟场景，在虚拟环境中开始对其中的虚拟无人车进行测试，此时虚拟无人车的行驶数据，包括gps数据、雷达信号数据、图像数据同样传送给无人车台架，并且将路面参数也发送给无人车台架后，无人车台架作出相应的动作，无人车台架控制台根据路面参数计算出当前的台架的翻滚角、俯仰角，控制台架左右翻滚和上下俯仰，此刻真实无人车可以感受到道路颠簸与上下坡，斜坡的真实开车状态，使在无人车台架上安装的真实无人车感受到与虚拟环境中一样的路况后作出反应，无人车台架采集真实无人车的航向角以及车速发送给仿真测试模块中的虚拟无人车以控制该虚拟无人车的运动，测试虚拟无人车是否能够精准的判断天气状况、时间、路况、不同的交通状况并且做出相应正确的行为，用虚拟无人车在虚拟场景中的运动代替真实无人车在户外试验场进行测试，根据虚拟无人车的行驶信息，判断虚拟无人车能否在不同的环境下正常行驶，以检测和评估真实无人车的智能性。

其中，虚拟无人车的行驶信息包括位置信息、速度信息以及车轮转角信息，通过采集这三种信息，可以判断虚拟无人车在面临障碍物、前方交通标志改变等其他环境因子改变时，无人车的车速是否改变、无人车的位置是否发生改变以及无人车是否及时作出了避让，使得其车轮转角发生了改变。

可选地，所述的仿真测试模块将虚拟场景中的路面参数发送给无人车台架时，所述的路面参数通过下一时刻虚拟场景中无人车所处的位置确定，所述的路面参数包括下一时刻虚拟场景中无人车右前轮相对地面高度h1'，下一时刻虚拟场景中无人车右后轮相对地面高度h2'，下一时刻虚拟场景中无人车左前轮相对地面高度h3'；

利用式i确定下一时刻虚拟场景中无人车所处的位置x'：

其中，x为当前时刻虚拟场景中无人车所处位置，v为虚拟场景中无人车行驶速度，h1为当前时刻虚拟场景中无人车右前轮相对地面高度，h3为当前时刻虚拟场景中无人车左前轮相对地面高度，u2为无人车台架翻滚动作速度；

在所述虚拟场景中查找下一时刻虚拟场景中无人车所处的位置x'时无人车的车轮相对地面高度，获得路面参数。

在真实无人车和虚拟场景联动过程中存在一个无人车台架响应路面参数时延的问题，无人车台架接收虚拟场景中的图像数据以及路面参数，然而无人车台架需要通过液压传动驱动相关机械部件才能实现真实的道路状况的还原，但液压传动需要消耗一定的时间，而图像数据传递时间较少，这样无人车台架的传动比图像数据传输给真实无人车的速度要慢，使待测试的无人车感受到的视觉信号与车轮的地面参数数据不匹配，存在明显的时延。

为了解决这个问题，本发明在仿真测试模块里设置了一个提前的偏移量，即发送给无人车台架的路面参数是下一个时刻无人车所处位置的路面参数，相当于根据真实无人车在虚拟场景中的对应位置上增加了一个位置偏移量，该偏移量根据无人车当前的速度预测给出，即提前得到相关仿真信号数据，把下一时刻的地面参数传给无人车台架，无人车台架接收到的是地面参数的提前量，做出提前的虚拟无人车所在位置的反应，液压传动装置开始做出工作。当虚拟场景无人车到达提前的虚拟无人车的位置时，将图像数据通过网络传给无人车台架。由于液压传动装置有一个过程，此时无人车台架给真实无人车的参数和无人车接收到图像数据的参数相一致，完成对基于虚拟现实的无人车台架测试的时延消除。

具体地，通过式i可以获得下一时刻无人车所处的位置x'，通过查询虚拟场景中位置x'时的无人车的车轮相对地面高度，获得路面参数。

本方案根据当前车辆位置的车速预测下一时刻的车辆位置，在虚拟场景和台架之间传输下一时刻的路面参数信息来进行交互，解决了时延问题。

可选地，所述的根据路面参数使无人车台架进行动作以模拟所述无人车在测试过程中的路面状态，采用式ii获得无人车在当前路面状态下的姿态数据，所述的姿态数据包括俯仰角以及翻滚角：

其中，ap为俯仰角，r为翻滚角，d为无人车前右轮与后右轮之间的轴距，d为无人车前右轮与前左轮之间的轴距。

在本步骤中，姿态数据包括车辆的俯仰角以及翻滚角，将俯仰角、翻滚角以及车速发送给仿真测试模块后，仿真测试模块中的虚拟无人车作出相应的运动反应，用此时的数据来驱动虚拟无人车在虚拟场景中运动，用虚拟无人车在虚拟场景中的运动代替真实无人车在户外试验场进行测试，以检测和评估待测试无人车的安全驾驶能力。

可选地，所述的无人车测试系统还包括交通车流仿真模块以及虚拟现实交互驾驶模块；

所述的交通车流仿真模块与所述的仿真测试模块连接，用于为仿真测试模块的虚拟场景提供车流；

所述的虚拟现实交互驾驶模块与所述的仿真测试模块连接，用于为仿真测试模块的虚拟场景提供人为驾驶的车辆干扰。

其中，微观交通仿真模块是通过微观交通仿真来实现不同的交通流量状态，通过网络将微观交通仿真车流传给虚拟现实场景，可以改变交通流状况来影响无人车的运动，在虚拟场景存在三种类型车，分别是仿真车流、模拟驾驶车辆、虚拟无人车；测试场景逼近真实场景增加了测试无人车的准确性。

交通车流仿真模块可以采用人工建模的方法模拟车流，还可以采用微观交通仿真软件模拟车流。

作为一种优选的实施方式，所述的交通车流仿真模块采用微观交通仿真软件模拟车流。

利用虚拟现实交互驾驶模块提供人为的驾驶行为，例如人为驾驶的虚拟车对虚拟场景中待测试的无人车进行别车、超车等行为，测试无人车的安全性。所述的虚拟现实交互驾驶模块包括虚拟现实头盔以及驾驶模拟器，驾驶员通过佩戴所述的虚拟现实头盔与所述的虚拟现实场景模块连接，通过控制驾驶模拟器以实现在所述虚拟场景中提供人为驾驶的车辆干扰。

实施例二

一种无人车测试方法，采用如实施例一中所述的无人车测试系统对无人车进行测试，所述的方法包括：

步骤1、所述的环境仿真模块生成环境数据，所述的环境数据包括天气、光照以及路况数据；所述的环境仿真模块将所述的环境数据发送给仿真测试模块；

步骤2、所述的仿真测试模块接收所述的环境数据，根据所述的环境数据进行建模，获得虚拟场景，所述的虚拟场景中包括路面参数以及图像数据；

所述的虚拟环境中包括与待测试无人车参数完全一致的虚拟无人车、路面环境、天气环境，还包括不同的交通状况，其中交通状况可以在虚拟环境中通过人为增加参数获得，也可以利用其它模块仿真获得。

可选地，所述的仿真测试模块接收所述的环境数据，根据所述的环境数据进行建模，获得虚拟场景时，包括：

利用所述的交通车流仿真模块为仿真测试模块的虚拟场景提供车流；

利用所述的虚拟现实交互驾驶模块为仿真测试模块的虚拟场景提供人为驾驶的车辆干扰。

步骤3、所述的仿真测试模块将所述虚拟场景中的路面参数以及图像数据发送给无人车台架；

由于液压传动装置的启动时间较慢，而图像数据的传输时间较快，因此对于待测试无人车来说，其感受的到路面起伏状态相比于其接收到的图像数据存在时滞，因此本发明提供的方法通过传输给无人车台架下一时刻的路面参数，将当前时刻的图像数据传输给无人车台架，以使无人车台架接收到的路面参数以及图像数据能够同步。

可选地，所述的仿真测试模块将所述虚拟场景中的路面参数以及图像数据发送给无人车台架时，其中所述的路面参数通过下一时刻虚拟场景中无人车所处的位置确定，所述的路面参数包括下一时刻虚拟场景中无人车右前轮相对地面高度h1'，下一时刻虚拟场景中无人车右后轮相对地面高度h2'，下一时刻虚拟场景中无人车左前轮相对地面高度h3'，包括：

步骤31、利用式i确定下一时刻虚拟场景中无人车所处的位置x'：

其中，x为当前时刻虚拟场景中无人车所处位置，v为虚拟场景中无人车行驶速度，h1为当前时刻虚拟场景中无人车右前轮相对地面高度，h3为当前时刻虚拟场景中无人车左前轮相对地面高度，u2为无人车台架翻滚动作速度；

步骤32、在所述虚拟场景中查找下一时刻虚拟场景中无人车所处的位置x'时无人车的车轮相对地面高度，获得路面参数。

步骤4、所述的无人车台架接收所述的路面参数以及图像数据，所述的无人车台架根据所述的路面参数进行动作以模拟所述无人车在测试过程中的路面状态，所述的无人车台架将所述的图像数据发送给待测试无人车；

步骤5、所述的待测试无人车接收到所述的图像数据以及无人车台架模拟的路面状态作出反应，所述的无人车台架获得待测试无人车当前的车速以及姿态数据后，将所述的车速以及姿态数据发送给仿真测试模块；

待测试无人车根据图像数据以及路面模拟的路面状态进行相应的反应，例如图像数据中出现行人，则待测试无人车进行减速避让并且调整方向，路面状态出现颠簸等起伏状态，则待测试无人车进行减速的速度调整。

可选地，所述的步骤5、所述的无人车台架获得待测试无人车当前的车速以及姿态数据时，采用式ii获得无人车当前的姿态数据，所述的姿态数据包括俯仰角以及翻滚角：

其中，ap为俯仰角，r为翻滚角，d为无人车前右轮与后右轮之间的轴距，d为无人车前右轮与前左轮之间的轴距。

步骤6、所述的仿真测试模块接收到所述的待测试无人车的车速以及姿态数据后，在虚拟场景中模拟无人车的行驶状态；

步骤7、所述的仿真测试模块获得虚拟场景中无人车的当前行驶信息，所述的行驶信息包括位置信息、速度信息以及车轮转角信息；

在本步骤中，为了测试虚拟场景中的无人车是否智能行驶，合理避障，识别红绿灯，车辆，行人，对周围的环境进行正确的判断从而做出正确的驾驶行为，采集了无人车的行驶信息，包括位置信息、速度信息以及车轮转角信息，即出现车辆、行人时是否能进行合理避障，当出现车辆行人的干扰时，无人车的速度应该降低，并且车辆出现转角等行驶状态。

步骤8、所述的仿真测试模块根据所述的当前行驶信息，确定所述待测试的无人车当前是否行驶正常，若无人车当前行驶正常，则无人车当前智能性正常，继续执行步骤9，否则无人车当前智能性不正常，无人车测试结束；

当无人车出现不正常的行驶状态时，说明此时无人车的智能性出现了问题，整个测试结束，收集在该不正常行驶状态下无人车的各种参数对无人车进行评估。

步骤9、判断无人车测试是否结束，若没有结束，则返回步骤3。

在本步骤中，若当前的无人车已经正常的通过整个测试，则算法结束，若判断结果为当前测试还没有结束，则返回步骤3，进行下一时刻的测试，重复循环步骤3-步骤9直至对无人车进行了完整的测试。

通过本发明提供的无人车测试方法，考虑到无人车台架接收到的路面参数以及图像数据之间存在时滞的问题，通过提供下一时刻的路面参数，使得当前图像数据在传输给无人车台架时，无人车台架通过接收上一时刻发送来的路面参数，在当前时刻已经启动并调整至当前时刻路面数据的情况下，无人车台架应达到的高度，因此解决了仿真参数时延的问题，使得无人车测试结果更为准确。