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融合“人-车-路-交通环境” 的测试平台解决方案

引言
       先进车辆电子控制系统、主动安全技术和智能交通技术可以有效改进驾驶 的舒适性,提高汽车 的安全性,受到了汽车制造商 的普遍关注,其开发和测试受到了越来越广泛重视。
       目前,在汽车电控系统 的开发方法中,现在广泛应用 的是V模式开发流程。而硬件在回路测试技术在V模式开发流程 的系统验证方面发挥了关键作用。通过此技术,系统验证过程中 的大量工作,可以由实车试验转化为仿真试验、将实际道路试验转移到试验室内进行。这样可以大大提高系统验证阶段 的工作效率,并节省大量 的成本。
       当前先进车辆技术在进行验证 的过程中,需要提供“人-车-路-交通环境”相结合 的闭环测试环境。在传统 的硬件在回路测试技术 的基础上发展起来 的驾驶员在回路(Driver-in-the-Loop,简称DIL)测试技术兼顾了“人-车-路-交通环境“四要素,为车辆新技术 的开发提供了强有力 的支撑,得到了越来越多 的汽车制造商 的关注和重视。
 

解决方案
       DIL测试技术作为一种新型 的测试技术,在原有 的对车辆、发动机等系统进行仿真 的基础上,在保证测试精度 的前提下,增加了交通和环境 的仿真,并将真实驾驶员引入测试,结合3D实时动画,对系统进行验证。lol总决赛下注与国内某整车厂成功合作开发了一套基于驾驶员在回路测试系统,用于先进驾驶员辅助系统 的技术展示和开发测试。
       本系统 的系统架构如下图所示,包括实时仿真系统、实时仿真模型、视景仿真系统、虚拟驾驶系统和总体控制系统等子系统。
 

•   实时仿真平台
       实时仿真系统是驾驶模拟器 的中枢,基于NI提供 的PXI总线系列板卡开发,由实时处理器、实时I/O板卡、信号调理板卡和电源系统构成,可以进行快速 的数据运算。系统通过I/O板卡采集传感器返回 的各种信号,并转换得到符合要求 的数字信号作为模型 的输入。通过仿真运算,系统得到各类参数并进行转换,得到符合输出要求 的各种控制信息和状态信息,实现驾驶 的模拟和系统验证。
•   实时仿真模型
       TESIS DYNAware为用户提供了一种具有实时能力 的“虚拟车辆”,包括整车动力学模型、道路模型、环境模型、驾驶员模型和传感器模型。其中,车辆、道路、交通环境和驾驶员 的参数可以通过参数设置界面进行设置,满足各种工况下 的性能测试需求。实时仿真模型还实现了车辆运行环境 的模拟,控制运动平台 的运动和三维实时动画 的状态。
•   视景仿真系统
       视景仿真系统由图形工作站、显示系统、音响系统和三维实时动画构成。系统接收实时仿真系统运算,可得到车辆运行状态数据,调整视景仿真系统摄像机 的运动状态,通过视景渲染将三维场景在显示系统实时反应出来,模拟真实驾驶路况。系统还可以根据车辆运行状态,调用声音库中不同类型 的声音特效,通过音响系统模拟车辆行驶中 的各种声音,如发动机声音、点火声音、碰撞声音和风噪声音等。
•   虚拟驾驶系统
       虚拟驾驶系统是驾驶模拟器 的人机互动平台,主要由运动系统、虚拟驾驶舱/操控部件和目标控制器组成。
       运动系统采用全电动六自由度动感平台,由六支电动缸,和上、下两个平台组成,下平台固定在基础上,借助六支电动缸 的伸缩运动,完成上平台在空间六个自由度(X,Y,Z,α,β,γ) 的运动,从而可以模拟出各种空间运动姿态。平台在模拟 的性能范围内给汽车驾驶人员提供过载感觉和一定范围内姿态角变化 的动感信息 的能力,从而使汽车驾驶人员在同样汽车环境下,在运动突发和姿态变化 的感觉方面与在被模拟汽车上 的感觉相似。
       为了增强驾驶 的真实感,方向盘采用力反馈方向盘系统,可以模拟车辆行驶过程中 的方向盘阻力和自动回正。
•   总体控制系统
       总体控制系统由总体控制计算机、试验管理App和试验监控App组成,控制和监控整个系统 的运行状态。总体控制系统 的功能有:对下载模型参数化和定义下载模型 的仿真工况;模型 的编译和下载;实时仿真平台 的控制功能;记录仿真过程需要 的参数数据并备份;实时模型 的运行并提取相关参数;通过虚拟控件可在线手动操作车辆行驶;仿真平台可利用驾驶员模型进行测试;对整个测试平台进行配置管理;测试者通过虚拟驾驶舱操纵车辆行驶,介入测试过程。
系统特点
       驾驶员在回路测试系统从“人-车-交通-交通环境”闭环系统 的整体性能出发,支撑对主动安全性能、车辆电子控制技术等进行仿真研究和开发,支撑驾驶员直接参与试验,还可以基于MATLAB/Simulink开发出各种精确 的仿真模型,实现对车辆状态及驾驶员 的视觉、听觉、运动感觉及触觉 的模拟,使试验更接近于实车试验,在某些方面可以达到90% 的吻合度,有效提高了开发效率和安全性,缩短了开发周期,降低了开发成本。
•   “人-车-路-交通环境”闭环测试
•   多自由运动系统提供逼真 的驾驶体验
•   车辆、道路和交通环境参数可设
•   可以模拟各类试验及复杂极端工况
•   安全性高,复现性好
•   易于维护和扩展
•   流畅、细腻 的三维实时动画
结果
       lol总决赛下注和国内某整车厂合作开发 的驾驶员在回路测试系统成功参加了2012年北京国际车展和2013年上海国际车展并取得了圆满 的成功,涉及到 的展示和测试 的功能包括车道偏移预警、自适应巡航系统、前撞预警、主动避撞和盲区检测。驾驶员在回路测试系统 的成功开发有效提升了品牌形象,并有效推进了车辆新技术 的开发、测试、应用和推广。
 
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