基于多傳感器目標(biāo)注入的商用車仿真驗(yàn)證平臺設(shè)計(jì)

【摘" 要】為解決商用車自動(dòng)駕駛測試中面臨的實(shí)車測試周期長、成本高、可重復(fù)性差等問題，文章基于多傳感器目標(biāo)注入，展開商用車仿真驗(yàn)證平臺的設(shè)計(jì)工作。借助NI軟硬件實(shí)時(shí)仿真平臺以及Truckmaker場景仿真軟件，對智能攝像頭、毫米波雷達(dá)、超聲波雷達(dá)的目標(biāo)列表模型進(jìn)行開發(fā)，構(gòu)建虛實(shí)結(jié)合的閉環(huán)仿真測試環(huán)境。同時(shí)，依據(jù)車輛動(dòng)力學(xué)轉(zhuǎn)向、制動(dòng)、動(dòng)力系統(tǒng)等參數(shù)，對整車動(dòng)力學(xué)模型進(jìn)行標(biāo)定。針對不同工況，開展自動(dòng)駕駛功能驗(yàn)證。仿真試驗(yàn)結(jié)果表明，該平臺能夠有效對商用車自動(dòng)駕駛功能進(jìn)行測試分析，縮短開發(fā)周期，驗(yàn)證其可行性且滿足測試需求，為商用車自動(dòng)駕駛功能測評提供有力支撐。

【關(guān)鍵詞】自動(dòng)駕駛；多傳感器目標(biāo)注入；仿真驗(yàn)證平臺設(shè)計(jì)；功能驗(yàn)證

中圖分類號：U463.6" " 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A" " 文章編號：1003-8639（2025）02-0014-04

Design of Commercial Vehicle Simulation Verification Platform Based on Multi-sensor Target Injection

WANG Jianfei，WANG Yindong，CHENG Xuliang，WANG Qiang，CHEN Chao

（CATARC Intelligent and Connected Technology Co.，Ltd.，Tianjin 300204，China）

【Abstract】In order to solve the problems of long test cycle，high cost and poor repeatability in commercial vehicle autonomous driving test，this paper designed a simulation verification platform for commercial vehicles based on multi-sensor target injection. With the help of NI hardware and software real-time simulation platform and Truckmaker scene simulation software，the target list model of intelligent camera，millimeter wave radar and ultrasonic radar was developed，and a closed-loop simulation test environment combining virtual and real was constructed. At the same time，the vehicle dynamics model is calibrated according to the vehicle dynamics parameters such as steering，braking and power system. Carry out automatic driving function verification according to different working conditions. The simulation experiment results show that the platform can effectively test and analyze the commercial vehicle autonomous driving function，shorten the development cycle，verify its feasibility and meet the test requirements，and provide strong support for the evaluation of commercial vehicle autonomous driving function.

【Key words】automatic driving；multi-sensor target injection；simulation verification platform design；functional verification

0" 引言

當(dāng)今汽車行業(yè)，正朝著智能化、電動(dòng)化、輕量化與網(wǎng)聯(lián)化的“新四化”趨勢迅猛發(fā)展，其中自動(dòng)駕駛已成為核心發(fā)展方向之一[1]。隨著自動(dòng)駕駛技術(shù)的不斷推進(jìn)，汽車行駛所面臨的環(huán)境日益復(fù)雜，這對自動(dòng)駕駛功能的可靠性與安全性提出了極為嚴(yán)苛的要求[2]。

然而，在商用車自動(dòng)駕駛測試階段，傳統(tǒng)依賴實(shí)車測試的方式存在諸多缺陷，如測試周期漫長、成本高昂、可重復(fù)性差等，難以滿足對商用車自動(dòng)駕駛功能進(jìn)行全面且高效測評的需求。對于整車廠以及供應(yīng)商而言，構(gòu)建一個(gè)能夠全面驗(yàn)證高級智能駕駛輔助系統(tǒng)ADAS功能的仿真測試平臺，并對其功能的安全性與完備性進(jìn)行驗(yàn)證，已成為亟待解決的難題[3]。因此，構(gòu)建一套適用于智能域控制器的閉環(huán)測試平臺迫在眉睫。本文基于多傳感器目標(biāo)注入，開展商用車仿真驗(yàn)證平臺的設(shè)計(jì)工作，利用NI軟硬件實(shí)時(shí)仿真平臺、Truckmaker場景仿真軟件，開發(fā)智能攝像頭、毫米波雷達(dá)、超聲波雷達(dá)的目標(biāo)列表模型，構(gòu)建虛實(shí)結(jié)合的閉環(huán)仿真測試環(huán)境，并依據(jù)車輛動(dòng)力學(xué)相關(guān)參數(shù)標(biāo)定整車動(dòng)力學(xué)模型，針對不同工況驗(yàn)證自動(dòng)駕駛功能，有望為商用車自動(dòng)駕駛功能測評提供有力支持，推動(dòng)商用車自動(dòng)駕駛技術(shù)的良好發(fā)展與應(yīng)用。

1" 系統(tǒng)整體架構(gòu)

域控制器仿真測試系統(tǒng)主要由NI實(shí)時(shí)機(jī)柜、測試及管理軟件平臺、場景仿真軟件、域控制器等組成，其仿真測試系統(tǒng)架構(gòu)如圖1所示。

在該系統(tǒng)中，上位機(jī)運(yùn)行VeriStand試驗(yàn)管理軟件和MATLAB/Simulink軟件，在Veristand 軟件中可加載TruckMaker軟件的動(dòng)態(tài)鏈接庫文件（*.so），通過該動(dòng)態(tài)鏈接庫能夠?qū)崟r(shí)獲取傳感器和車輛的位置、姿態(tài)等信息，用于后續(xù)的閉環(huán)控制。同時(shí)，也可加載Simulink模型，對TruckMaker軟件的傳感器信息作進(jìn)一步處理。通過XNET可設(shè)置整車CAN和感知CAN信息。運(yùn)用TruckMaker軟件進(jìn)行道路場景建模以及車輛動(dòng)力學(xué)參數(shù)化建模工作。下位機(jī)負(fù)責(zé)下載所構(gòu)建的車輛動(dòng)力學(xué)模型，并使其實(shí)時(shí)運(yùn)行，隨后通過CAN和I/O板卡與待測試的域控制器進(jìn)行通信。從場景仿真軟件中提取到的車道線信息經(jīng)CAN總線發(fā)送給域控制器。車輛模型在接收到控制器發(fā)出的指令后，會(huì)執(zhí)行相應(yīng)的控制指令，并將執(zhí)行結(jié)果反饋至整個(gè)系統(tǒng)之中，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)閉環(huán)控制。

2" 傳感器目標(biāo)列表模型開發(fā)

2.1" 雷達(dá)目標(biāo)列表模型

雷達(dá)目標(biāo)列表模型（圖2）開發(fā)選用的是Object Sensor。該傳感器可以輸出目標(biāo)物ID、方位角、相對距離、相對速度、主車與目標(biāo)車最近點(diǎn)距離等[4]。通過參考點(diǎn)和最近點(diǎn)等維度精確描述物體信息，還設(shè)有檢測、觀測等標(biāo)志判斷物體位置情況，部分如物體外形尺寸、名稱等信息需要通過自定義代碼形式輸出。

2.2" 車道線三次多項(xiàng)式擬合

對于三車道，主車需要獲取的信息有左道線、左左車道線、右車道線、右右車道線的信息。以左車道線為例，其可使用如下公式進(jìn)行描述：

式中：A0——攝像頭安裝位置至左側(cè)車道的垂直距離；A1——車道線斜率；A2和A3——車道線曲率變化率參數(shù)。

為獲取最佳的A0～A3參數(shù)值，采用最小二乘法的思想，定義誤差函數(shù)為所有樣本點(diǎn)到擬合曲線的距離平方和，公式如下：

考慮到不同位置的像素點(diǎn)對擬合車道線的重要性可能不同，如靠近車輛近處的像素點(diǎn)往往更準(zhǔn)確可靠，而遠(yuǎn)處的可能受噪聲等影響更大，故引入一個(gè)權(quán)重矩陣W，其可根據(jù)像素點(diǎn)距離車輛或者攝像頭的遠(yuǎn)近、像素點(diǎn)所在區(qū)域的置信度等因素綜合設(shè)定。例如，可采用以下簡單的權(quán)重設(shè)定方式（假設(shè)di表示第i個(gè)像素點(diǎn)到車輛的距離）：

為了找到使得Ew最小化的參數(shù)，分別對A0～A3求偏導(dǎo)數(shù)，并令偏導(dǎo)數(shù)等于0 ，通過整理可得到以下方程組：

通過求解該線性方程組，即可得到擬合車道線的4個(gè)參數(shù)。

3" 車輛動(dòng)力學(xué)參數(shù)化建模

為提高仿真車輛的精度，需對車輛動(dòng)力學(xué)進(jìn)行參數(shù)化建模，即根據(jù)臺架試驗(yàn)曲線或者實(shí)車標(biāo)定參數(shù)對車身、懸架、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、輪胎、制動(dòng)系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)、傳感器等進(jìn)行參數(shù)化建模，以下為轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的參數(shù)化建模[5]。整車動(dòng)力學(xué)參數(shù)化建模表見圖3和表1。

4" 臺架硬件系統(tǒng)

硬件在環(huán)測試需要借助實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)，以便完成控制器信號的接入及實(shí)時(shí)仿真。選用NI PXI作為實(shí)時(shí)系統(tǒng)來源，主要負(fù)責(zé)車輛動(dòng)力學(xué)仿真模型的實(shí)時(shí)運(yùn)行，部署場景仿真軟件，同時(shí)通過XNET板卡和域控制器的CAN總線進(jìn)行交互，通過數(shù)字量/模擬量等通道和域控制器的IO接口進(jìn)行通信[6]。通過調(diào)理板卡將數(shù)字、模擬信號調(diào)理為NI板卡可接收的信號范圍，電路組成包括分壓網(wǎng)絡(luò)、放大電路、輸入范圍配置等電路模塊。實(shí)時(shí)系統(tǒng)硬件配置見表2。

5" 仿真試驗(yàn)驗(yàn)證

以某商用車型的域控制器為決策、算法的控制器，選取C-NCAP測評規(guī)程中的CCRs-30km/h測試場景對AEB功能進(jìn)行試驗(yàn)[7]。試驗(yàn)場景為直線三車道，目標(biāo)車靜止于中間車道，目標(biāo)車與道路中心無偏移，目標(biāo)車與主車的縱向初始距離為100m。CCRs-30km/h試驗(yàn)曲線如圖4所示。

由圖4可知，車輛以30km/h的速度勻速行駛，當(dāng)主車與目標(biāo)車相對距離和相對速度的比值即車輛TTC值達(dá)到觸發(fā)閾值時(shí)，ADAS發(fā)送制動(dòng)請求信號，域控制器發(fā)送外部減速度請求。從曲線中可以看出，域控制器發(fā)送減速度和實(shí)際車輛響應(yīng)減速度值具有較好的跟隨性。直至車輛完全停止，最終兩車距離為2.17m，未發(fā)生碰撞。

選取LKA-40km/h小曲率測試場景，彎道半徑為500m。通過手動(dòng)駕駛員模型控制車輛達(dá)到40km/h后，切換到域控制器算法控制，并將臺架測試結(jié)果和實(shí)車測試結(jié)果進(jìn)行對比，以驗(yàn)證臺架的測試準(zhǔn)確性。LKA-40km/h試驗(yàn)對比曲線如圖5所示。

由圖5可知，通過這種帶有權(quán)重矩陣的三次多項(xiàng)式擬合算法，能夠更準(zhǔn)確地輸出車道線信息。臺架測試與實(shí)車測試平臺的距車道中心線距離誤差在±0.5m之間，方向盤轉(zhuǎn)角誤差在±2.6deg之間，最大轉(zhuǎn)角不超過20deg，具有較好的控制效果。

6" 結(jié)論

針對商用車智能駕駛域控制器仿真測試需求，本文設(shè)計(jì)了基于TruckMaker的多傳感器目標(biāo)注入仿真驗(yàn)證平臺，并詳細(xì)介紹了各部分的實(shí)現(xiàn)過程。開發(fā)了車道線識別三次多項(xiàng)式擬合算法，并通過C-NCAP相關(guān)測試場景對AEB和LKA功能進(jìn)行驗(yàn)證，結(jié)果表明該仿真測試平臺可有效驗(yàn)證域控制器功能，能夠高效地完成仿真測評規(guī)則中的場景測試，對各種復(fù)雜工況進(jìn)行驗(yàn)證。同時(shí)，該系統(tǒng)還可用于控制器的開發(fā)前期，縮短域控制器開發(fā)周期，降低開發(fā)成本，提高域控制器的軟件品質(zhì)[8]，實(shí)現(xiàn)對L2+級別域控制器各個(gè)功能的全面測試，加快智能駕駛控制器的量產(chǎn)進(jìn)程。

參考文獻(xiàn)

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（編輯" 凌" 波）

收稿日期：2025-01-08

作者簡介：王劍飛（1988—），男，碩士，研究方向?yàn)橹悄芫W(wǎng)聯(lián)汽車仿真測試。