一种自动驾驶仿真测试方法、装置、仿真设备及储存介质与流程
1.本发明属于自动驾驶技术领域，具体涉及一种自动驾驶仿真测试方法、装置、仿真设备及储存介质。
背景技术：
2.当今社会自动驾驶汽车已成为未来汽车行业的发展方向，目前自动驾驶技术还不太成熟，为保证自动驾驶车辆的安全和稳定，行业内通常要经过进行大量的实车路试，但在实车路试前需要对自动驾驶算法和自动驾驶系统进行充分的仿真测试验证。
3.自动驾驶汽车是一种通过智能控制器实现无人驾驶的汽车，由智能驾驶仍处于技术迭代期，还无法实现完全的无人驾驶，但已实现有限自动驾驶。要实现无人驾驶，首先要解决高精度地图、传感器融合、人工智能、云计算及信息安全等汽车领域的技术难题，其次要将自动驾驶的所有零部件形成产业链，再次要解决自动驾驶汽车上下游的产业链不完备的问题。
4.根据自动驾驶领域的现状，为实现无人驾驶，先要实现有限自动驾驶，为保证自动驾驶系统的安全可靠，通常通过实车测试进行验证自动驾驶的算法，但是一些场景实车难以搭建场，有些场景容易引起交通事故，因此采用仿真验证的方式不仅可以解决场景难以搭建的问题，而且大大降低了测试成本。但是现有的仿真模拟过程通常为一套固定的流程，无法基于现实自动驾驶时一些复杂工况场景的模拟仿真进行调整，例如需要前车通过n秒后进行起步等场景。
技术实现要素：
5.本发明的目的是：旨在提供一种自动驾驶仿真测试方法、装置、仿真设备和储存介质，用来解决现有仿真模拟时不能对复杂工况进行模拟和调整的问题。
6.为实现上述技术目的，本发明采用的技术方案如下：
7.第一方面，本技术实施例提供一种自动驾驶仿真测试方法，应用于仿真设备，所述仿真设备包括场景设计模块、动力学调试模块、仿真模块、通讯模块和调试模块，所述场景设计模块和所述动力学调试模块分别与所述仿真模块连接，所述仿真模块基于所述通讯模块与所述调试模块连接，所述方法包括：
8.s1：基于所述场景设计模块搭建仿真场景；
9.s2：基于所述动力学调试模块搭建动力学模型；
10.s3：基于所述仿真场景和所述动力学模型在所述仿真平台内搭建仿真模型；
11.s4：基于所述通讯模块和所述调试模块对所述仿真模型进行整合验证；
12.s5：设计测试案例并基于所述仿真模型进行模拟运行。
13.结合第一方面，在一些可选的实施方式中，所述仿真场景包括内部环境和外部环境，所述内部环境包括车辆、道路和行人，所述外部环境包括地图数据、场景数据和交通事故数据。
14.结合第一方面，在一些可选的实施方式中，所述动力学模型包括车辆性能指标和车辆动力参数，所述车辆新能指标包括车辆加速度、车辆减速度和车辆响应参数，所述车辆动力参数包括：悬架特性参数。发动机转速扭矩参数、变速箱传动比、转向比和变速箱换挡策略。
15.结合第一方面，在一些可选的实施方式中，所述测试案例中包含有起始信号、输入信号、观测信号和输出信号，所述观测信号用于在所述输入信号达成后对所述起始信号进行验证，仅当起始信号通过验证时才能传送输出信号。
16.结合第一方面，在一些可选的实施方式中，所述调试模块能够在所述输入信号加入所述测试案例时调整所述仿真模块生成的仿真模型。
17.第二方面，本技术实施例提供一种自动驾驶仿真测试装置，应用于仿真设备，所述仿真设备包括场景设计模块、动力学调试模块、仿真模块、通讯模块和调试模块，所述场景设计模块和所述动力学调试模块分别与所述仿真模块连接，所述仿真模块基于所述通讯模块与所述调试模块连接，所述装置包括：
18.场景单元：基于所述场景设计模块搭建仿真场景；
19.动力单元：基于所述动力学调试模块搭建动力学模型；
20.仿真单元：基于所述仿真场景和所述动力学模型在所述仿真模块内搭建仿真模型；
21.验证单元：基于所述通讯模块和所述调试模块对所述仿真模型进行整合验证；
22.运行单元：设计测试案例并基于所述仿真模型进行模拟运行。
23.结合第二方面，在一些可选的实施方式中，所述场景单元耦合至所述场景设计模块，所述动力单元耦合至所述动力学调试模块，所述仿真单元耦合至所述仿真模块，所述验证单元耦合至所述通讯模块，所述运行单元耦合至所述调试模块。
24.第三方面，本技术实施例提供一种仿真设备，所述仿真设备包括场景设计模块、动力学调试模块、仿真模块、通讯模块、调试模块和储存模块，所述场景设计模块和所述动力学调试模块分别与所述仿真模块连接，所述仿真模块基于所述通讯模块与所述调试模块连接，所述储存模块内储存有计算机程序，当所述计算机程序被所述仿真模块执行时，使得所述仿真设备执行上述的方法。
25.第四方面，本身实施例提供一种计算机可读储存介质，其特征在于，所述计算机可读储存介质中储存有计算机程序，所述计算机程序在计算机上运行时，使得所述计算机执行上述的方法。
26.采用上述技术方案的发明，具有如下优点：
27.本发明能在实车道路测试前对自动驾驶系统的算法进行仿真测试，其中包括车辆横向控制效果仿真、车辆纵向控制效果仿真、系统的功能逻辑进行仿真测试验证。本发明可在实车测试前提前对高级自动驾驶系统的开发情况进行验证，能够大大的加快算法验证速度，缩短开发周期，可以实现快速迭代开发，并且减少了硬件设备投入，降低验证成本。进一步地，仿真模拟过程能够基于现实自动驾驶时一些复杂工况场景的模拟仿真进行调整，以达到出的自动驾驶应变能力。
附图说明
28.本发明可以通过附图给出的非限定性实施例进一步说明；
29.图1为本发明实施例自动驾驶仿真测试装置的结构示意图；
30.图2为本发明测试案例设计原理示意图。
31.主要元件符号说明如下：
32.100：场景设计模块；200动力学调试模块；300：仿真模块；400：通讯模块；500：调试模块；600：场景单元；700：动力单元；800：仿真单元；900：验证单元；1000：运行单元。
具体实施方式
33.以下将结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明，需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号，附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“顶”、“底”、“左”、“右”、“前”、“后”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本发明的保护范围。
34.如1示，本发明的仿真设备，包括场景设计模块100、动力学调试模块200、仿真模块300、通讯模块400和调试模块500及储存模块，所述场景设计模块100和所述动力学调试模块200分别与所述仿真模块400连接，所述仿真模块300基于所述通讯模块400与所述调试模块500连接。
35.本技术实施例例中，场景设计模块100可以是商业软件prescan，用于搭建车辆仿真模拟时所需的仿真场景。场景设计模块100搭建的仿真场景包括道路、车辆、行人和其他交通参与者等外部环境的要素，这些要素基于prescan与仿真模块300进行交互。场景设计模块100内储存有模型库和gui图像界面，场景设计模型100还可从外部引入场景数据进行仿真场景库的丰富。
36.动力学调试模块200可以是carsim软件。动力学调试模块200可以结合实际车辆工况所搭建的高精度车辆动力学模型。通过实车测试的车辆性能试验数据，建立发动机、变速器、转向系统、悬架系统等车辆控制系统仿真模型，使得仿真车辆模型响应更接近真实车辆的工况，由此来预测和仿真汽车整车的操纵稳定性、制动性、平顺性。
37.仿真模块300用于将场景设计模块100搭建的仿真场景和动力学调试模块200搭建的动力学模型进行整合以完成仿真模型的搭建，其中，仿真模型中至少包括仿真场景和动力学模型。仿真模块300是自动驾驶系统中重要的一个组成部分，用于适配整个测试环境，也可称其为仿真测试环境。优选地，本发明使用simulink搭建的仿真测试平台，用于根据测试内容搭建适配所有仿真环境，通过该仿真测试环境在运行范围内对有限自动驾驶算法进行充分的验证和测试。
38.通讯模块400，本发申请是基于can总线协议进行配置的通讯，因此，通讯模块400用于整个系统的数据交互，主要是平台与算法之间的通讯，通讯配置成功后可以使数据在整个系统中形成闭环。调试模块500，仿真测试平台软件架构主要是基于matlab/simulink将prescan仿真软件以及carsim动力学模型整合成整个测试所需的仿真环境；
39.储存模块内存储计算机程序，当计算机程序被仿真模块300执行时，使得管理设备能够执行下述自动驾驶仿真测试方法中的相应步骤。
40.请参照图1和图2，本技术实施例提供一种自动驾驶仿真测试方法。自动驾驶仿真测试方法包括如下步骤：
41.s1：基于所述场景设计模块100搭建仿真场景；
42.s2：基于所述动力学调试模块200搭建动力学模型；
43.s3：基于所述仿真场景和所述动力学模型在所述仿真平台300内搭建仿真模型；
44.s4：基于所述通讯模块400和所述调试模块500对所述仿真模型进行整合验证；
45.s5：设计测试案例并给予所述仿真模型进行模拟运行。
46.在步骤s1中，场景设计模块100搭建的仿真场景包括道路、车辆、行人和其他交通参与者等外部环境的要素。具体地，使用场景设计模块进行仿真场景的搭建包括两个部分。
47.第一，可以通过gui图形界面和模型库进行场景搭建，模型的组合主要由roads道路模型、environment环境模型、road users道路使用者、weather&lights天气光照这四部分组成。这类场景的搭建主要是针对系统功能需求进行的特定的场景搭建。这类场景的搭建设计可以具有针对性，例如跟车场景、切入场景、车道偏离事件或停车场景的模型，优点在于容易被设计，单一场景参数要求少，可以满足对功能需求的测试覆盖，同时也可以在此类场景的设计基础上，对一些基础关键参数，比如交通参与者类型vehicletypes,被测车辆车速，目标车车速以及与被测车辆距离相对位置等进行叠加组合，另外还需要考虑到基于行为的交通目标定义的关键点，即通过被测车辆路径设定(需要设定多点路径)，目标车设定(车速、有限目标的固定路径)、目标事件设定trigger(当被测车辆到达某点时，触发具体的事件，以实现目标场景的测试)，通过对以上参数以及代表性的特征行为的选取，再基于系统功能需求为基础确定参数范围和样本的分布，最后使用等距箱实现连续参数的良好离散化，组合形成对系统功能测试的复杂场景工况。
48.第二，通过外部场景数据的导入进行仿真场景库的丰富，主要可以通过opendrive高精地图数据、openscenario场景数据、cidas中国的交通事故数据，这些都是在prescan的开放式的场景数据来源，可以通过该类经过有效论证过具有测试价值的场景数据，更加丰富复杂工况下的场景设计来源补充。
49.在步骤s2中，基于所述动力学调试模块200搭建动力学模型。具体地，动力调试模块200根据需求中提到的车辆性能指标进行调试，例如车辆加速度，车辆减速度，和其他车辆影响车辆响应的关键参数，需要建立参数化的车辆动力学模型。需要考虑到车辆动力参数例如车身物理属性、悬架特性曲线、发动机转速扭矩曲线、变速箱传动比、变速箱换挡策略、转向比等，通过对上述参数的车辆动力学模型的建立，满足系统需求的车辆性能指标。使用carsim的主要原因是，carsim自带有标准的matlab/simulink接口，可以方便的与matlab/simulink进行联合仿真，用于控制算法的开发，同时在进行仿真测试时可以产生大量数据结果，通过该数据结果可以用于测试完成后，对未通过的测试案例使用matlab或者excel进行分析或可视化。
50.在步骤s3中，基于所述仿真场景和所述动力学模型在所述仿真平台300内搭建仿真模型。仿真模块300是自动驾驶系统中重要的一个组成部分，用于适配整个测试环境，也可称其为仿真测试环境。使用仿真模块搭建的仿真模型用于根据仿真测试内容搭建各个仿真环境所需的参数：仿真场景、动力学模型、空气成分、气体流动等。优选地，本发明使用simulink搭建的仿真测试平台，用于根据测试内容搭建适配所有仿真环境，通过该仿真测
试环境在运行范围内对有限自动驾驶算法进行充分的验证和测试。
51.在步骤s4中，基于所述通讯模块400和所述调试模块500对所述仿真模型进行整合验证。通讯模块400能够检查整个仿真模型的通讯是否失真，数据之间的交互延迟时间是否满足系统需求的要求，如无法满足要求需要重新建立仿真模型。
52.在步骤s5中，设计测试案例并基于所述仿真模型进行模拟运行。设计测试案例需要加入起始信号、输入信号、观测信号和输出信号。观测信号在于在输入信号达成后对所述起始信号进行验证，仅当起始信号通过验证时才能传送输出信号。
53.具体地，对于测试条件，即测试案例中输出的信号。首先有测试案例需要的达成测试环境的初始条件step1，起始条件一般为“表显车速为xxkph且系统状态为可激活状态”，由于期望的测试条件应当是稳态的、较少干扰的，容易复现的。使用status＝1来表征车速以达到期待车速xxkph，车速已经到达匀速稳定的状态(车速上下波动不超过期待车速
±
3kph内)，加速度acc_accel处于阈值范围内(按照odc定义的不超过2m/ss)，与前车距离恒定等静态指标以达成。通过这个信号，将测试开始前所需的前置状态整合，可以更加快速地完成测试初始的条件准备。然后对于步骤中间一般会有观测信号是需要考虑到定点数据无法计算的问题，需要对该类信号进行转换处理，比如lanenearrightind_crl-lanenearrightind_crl，该信号为定点数据，在matlab脚本中无法进行运算，在运行时会报error，而通过采用linenearleftinda0+linenearrightinda0，同时信号要取反才能表达与之同样的意义。判断条件主要就是最后一步的观测条件，作为整个测试步骤中验证测试案例是否通过的条件，基于系统功能需求提取的功能验证信号。
54.在执行操作中，主要是填写该条案例在仿真时某些信号需要赋予的值，也就是需要输入的信号。比如在被测系统已经满足初始条件status＝1后，在整车控制端，置入被测车辆的系统激活信号sys_active＝1,同时在后续观测条件后观测输出状态值status是否有变化。除了对被测算法中的信号进行赋值外。在中间步骤中也可以针对上述步骤中设计的场景工况，通过基于matlab语言的测试脚本进行场景工况的修改。当测试案例中出现需要前车经过n秒后起步的类似场景，由于场景构造时前车无从得知本车运动状态，这样的场景是在工况场景设计阶段是无法有效覆盖的，因此就需要测试脚本中判断在满足观测条件的时刻后，再通过测试脚本执行操作rv_control＝1，可以控制前车起步，来完成此类场景工况仿真测试环境的构成。
55.本技术实施例提供一种自动驾驶仿真测试装置，自动驾驶仿真测试装置包括至少一个以软件或固件(firmware)的形式储存于储存模块中或固化在管理设备中的操作系统(operating system，os)中的软件功能模块。仿真模块300用于执行储存模块中储存的可执行模块，例自动驾驶仿真测试模块所包括的软件功能模块及计算机程序模块等。
56.自动驾驶仿真测试模块包括场景单元600、动力单元700、仿真单元800、验证单元900和运行单元1000。场景单元600耦合至场景设计模块100。动力单元700耦合至动力学调试模块200。仿真单元800耦合至仿真模块300。验证单元900耦合至通讯模块400。运行单元1000耦合至调试模块500。各单元具有的功能可以如下：
57.场景单元600，基于所述场景设计模块(100)搭建仿真场景；
58.动力单元700，基于所述动力学调试模块(200)搭建动力学模型；
59.仿真单元800，基于所述仿真场景和所述动力学模型在所述仿真平台(300)内搭建
仿真模型；
60.验证单元900，基于所述通讯模块(400)和所述调试模块(500)对所述仿真模型进行整合验证；
61.运行单元1000，设计测试案例并基于所述仿真模型进行模拟运行。
62.在本实施例中，存储模块可以是，但不限于，随机存取存储器，只读存储器，可编程只读存储器，可擦除可编程只读存储器，电可擦除可编程只读存储器等。在本实施例中，存储模块可以用于储存场景设计模块100中的内部环境和外部环境等。当然，存储模块还可以用于存储程序，处理模块在接收到执行指令后，执行该程序。
63.可以理解的是，图1中所示的管理设备结构仅为一种结构示意图，管理设备还可以包括比图1所示更多的组件。图1中所示的各组件可以采用硬件、软件或其组合实现。
64.需要说明的是，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，上述描述的仿真模块300的整合过程、调试过程和建模过程，可以参考前述方法中的各步骤对应过程，在此不再过多赘述。
65.本技术实施例还提供一种计算机可读存储介质。计算机可读存储介质中存储有计算机程序，当计算机程序在计算机上运行时，使得计算机执行如上述实施例中所述的自动驾驶仿真测试方法。
66.通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本技术可以通过硬件实现，也可以借助软件加必要的通用硬件平台的方式来实现，基于这样的理解，本技术的技术方案可以以软件产品的形式体现出来，该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是cd-rom，u盘，移动硬盘等)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，仿真设备，或者网络设备等)执行本技术各个实施场景所述的方法。
67.综上所述，本技术实施例提供一种自动驾驶仿真测试方法、装置、仿真设备及储存介质。在本方案中，包括：模型算法的开发、仿真平台的搭建、仿真测试环境的搭建及调试、仿真测试案例和仿真测试测试结果的统计。基于上述的方案，本发明能在实车道路测试前对自动驾驶系统的算法进行仿真测试，其中包括车辆横向控制效果仿真、车辆纵向控制效果仿真、系统的功能逻辑进行仿真测试验证。本发明可在实车测试前提前对高级自动驾驶系统的开发情况进行验证，能够大大的加快算法验证速度，缩短开发周期，可以实现快速迭代开发，并且减少了硬件设备投入，降低验证成本。进一步地，仿真模拟过程能够基于现实自动驾驶时一些复杂工况场景的模拟仿真进行调整，以达到出的自动驾驶响应能力。
68.在本技术所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置、系统和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置、系统和方法实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本技术的多个实施例的系统、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。另外，在本技术各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
69.以上所述仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。
技术特征：
1.一种自动驾驶仿真测试方法，其特征在于，应用于仿真设备，所述仿真设备包括场景设计模块(100)、动力学调试模块(200)、仿真模块(300)、通讯模块(400)和调试模块(500)，所述场景设计模块(100)和所述动力学调试模块(200)分别与所述仿真模块(300)连接，所述仿真模块(300)基于所述通讯模块(400)与所述调试模块(500)连接，所述方法包括：s1：基于所述场景设计模块(100)搭建仿真场景；s2：基于所述动力学调试模块(200)搭建动力学模型；s3：基于所述仿真场景和所述动力学模型在所述仿真模块(300)内搭建仿真模型；s4：基于所述通讯模块(400)和所述调试模块(500)对所述仿真模型进行整合验证；s5：设计测试案例并基于所述仿真模型进行模拟运行。2.根据权利要求1所述的仿真测试方法，其特征在于，所述仿真场景包括内部环境和外部环境，所述内部环境包括车辆、道路和行人，所述外部环境包括地图数据、场景数据和交通事故数据。3.根据权利要求1所述的仿真测试方法，其特征在于，所述动力学模型包括车辆性能指标和车辆动力参数，所述车辆新能指标包括车辆加速度、车辆减速度和车辆响应参数，所述车辆动力参数包括：悬架特性参数。发动机转速扭矩参数、变速箱传动比、转向比和变速箱换挡策略。4.根据权利要求1所述的仿真测试方法，其特征在于，所述测试案例中包含有起始信号、输入信号、观测信号和输出信号，所述观测信号用于在所述输入信号达成后对所述起始信号进行验证，仅当起始信号通过验证时才能传送输出信号。5.根据权利要求4所述的仿真测试方法，其特征在于，所述调试模块(500)能够在所述输入信号加入所述测试案例时调整所述仿真模块(300)生成的仿真模型。6.一种自动驾驶仿真测试装置，其特征在于，应用于仿真设备，所述仿真设备包括场景设计模块(100)、动力学调试模块(200)、仿真模块(300)、通讯模块(400)和调试模块(500)，所述场景设计模块(100)和所述动力学调试模块(200)分别与所述仿真模块(300)连接，所述仿真模块(300)基于所述通讯模块(400)与所述调试模块(500)连接，所述装置包括：场景单元(600)：基于所述场景设计模块(100)搭建仿真场景；动力单元(700)：基于所述动力学调试模块(200)搭建动力学模型；仿真单元(800)：基于所述仿真场景和所述动力学模型在所述仿真平台(300)内搭建仿真模型；验证单元(900)：基于所述通讯模块(400)和所述调试模块(500)对所述仿真模型进行整合验证；运行单元(1000)：设计测试案例并基于所述仿真模型进行模拟运行。7.根据权利要求6所述的仿真测试装置，其特征在于，所述场景单元(600)耦合至所述场景设计模块(100)，所述动力单元(700)耦合至所述动力学调试模块(200)，所述仿真单元(800)耦合至所述仿真模块(300)，所述验证单元(900)耦合至所述通讯模块(400)，所述运行单元(1000)耦合至所述调试模块(500)。8.一种仿真设备，其特征在于，所述仿真设备包括场景设计模块(100)、动力学调试模块(200)、仿真模块(300)、通讯模块(400)、调试模块(500)和储存模块，所述场景设计模块(100)和所述动力学调试模块(200)分别与所述仿真模块(300)连接，所述仿真模块(300)基
于所述通讯模块(400)与所述调试模块(500)连接，所述储存模块内储存有计算机程序，当所述计算机程序被所述仿真模块(300)执行时，使得所述仿真设备执行如权利要求1-5中任一项所述的方法。9.一种计算机可读储存介质，其特征在于，所述计算机可读储存介质中储存有计算机程序，所述计算机程序在计算机上运行时，使得所述计算机执行权利要求1-5中任一项所述的方法。
技术总结
一种自动驾驶仿真测试方法、装置、仿真设备和储存介质，涉及自动驾驶领域。在仿真设备中，包括场景设计模块、动力学调试模块、仿真模块、通讯模块和调试模块，场景设计模块和动力学调试模块分别与仿真模块连接，仿真模块基于通讯模块与调试模块连接。本发明可在实车测试前提前对自动驾驶系统的开发情况进行验证，能够大大的加快算法验证速度，缩短开发周期，可以实现快速迭代开发，并且减少了硬件设备投入，降低验证成本。进一步地，仿真模拟过程能够基于现实自动驾驶时一些复杂工况场景进行调整，以达到出的自动驾驶应变能力。以达到出的自动驾驶应变能力。以达到出的自动驾驶应变能力。
