本發(fā)明涉及一種汽車測試方法，特別涉及一種智能汽車人機(jī)并行在環(huán)測試方法。

背景技術(shù)：

1、當(dāng)今的汽車行業(yè)中，駕駛模擬器的應(yīng)用已經(jīng)成為汽車相關(guān)技術(shù)開發(fā)所必不可少的設(shè)備之一。汽車行業(yè)的各制造商為了新產(chǎn)品的技術(shù)開發(fā)需要生產(chǎn)試制品，并在公司專用的測試線路和公路上進(jìn)行駕駛試驗(yàn)，如圖1所示。但是，因?yàn)橥ㄟ^測試線路進(jìn)行測試不能改變行駛路線，加之每次都需要工程師親臨現(xiàn)場，帶來時(shí)間等方面的諸多不便。另外，在公路的實(shí)際測試中，很難實(shí)現(xiàn)技術(shù)人員所設(shè)想的場景，同時(shí)數(shù)據(jù)收集還需大量時(shí)間。反復(fù)測試中，零部件的試制也要消耗龐大的經(jīng)費(fèi)?，F(xiàn)有研究嘗試?yán)眉兲摂M仿真的方法為駕駛?cè)讼嚓P(guān)研究提供平臺(tái)基礎(chǔ)，然而純虛擬仿真方法存在擬真度低且駕駛?cè)藷o法切身實(shí)際地對(duì)場景演化進(jìn)行實(shí)時(shí)響應(yīng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種智能汽車人機(jī)并行在環(huán)測試方法，該方法采用汽車駕駛模擬器進(jìn)行測試，汽車駕駛模擬器包括駕駛艙和人機(jī)共駕模擬系統(tǒng)，人機(jī)共駕模擬系統(tǒng)主要由仿真控制系統(tǒng)、實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)、人機(jī)交互系統(tǒng)三部分組成，其中，仿真控制系統(tǒng)由主控計(jì)算機(jī)、伺服控制系統(tǒng)組成；實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)主要包括車輛動(dòng)力學(xué)模型升級(jí)、運(yùn)動(dòng)姿態(tài)計(jì)算、視景、聲響集成算法；人機(jī)交互系統(tǒng)主要包括駕駛員操作采集與感覺模擬、儀表交互與顯示。仿真控制系統(tǒng)為實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)和人機(jī)交互系統(tǒng)提供虛擬仿真環(huán)境，將駕駛?cè)艘暯堑膱D像投放到顯示器上；而實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)則實(shí)時(shí)計(jì)算車輛動(dòng)力學(xué)模型、估算運(yùn)動(dòng)姿態(tài)等，進(jìn)而保證仿真過程能夠滿足整個(gè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性需求；人機(jī)交互系統(tǒng)建立虛擬仿真環(huán)境和駕駛?cè)酥g的聯(lián)系，利用儀表顯示車輛的當(dāng)前狀態(tài)，而且通過數(shù)據(jù)采集設(shè)備收集駕駛員行為數(shù)據(jù)。

2、所述的仿真控制系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)模擬器相關(guān)的伺服控制，包括方向盤力矩模擬控制和電動(dòng)缸伺服控制；其中，駕駛艙所在運(yùn)動(dòng)平臺(tái)已經(jīng)自帶電動(dòng)缸控制器，因此，電動(dòng)缸伺服控制方案是通過數(shù)據(jù)總線通過主控計(jì)算機(jī)和電動(dòng)缸控制器進(jìn)行通信；方向盤力矩模擬控制包括傳感器信號(hào)處理及標(biāo)定模塊、駕駛?cè)肆乇碚髂K、方向盤力矩控制模塊，所述的傳感器信號(hào)處理及標(biāo)定模塊用來采集方向盤力矩及轉(zhuǎn)角信號(hào)，所述的駕駛?cè)肆乇碚髂K用來計(jì)算需要的期望力矩，所述的方向盤力矩控制模塊進(jìn)行力矩模擬控制及方向盤回正控制。

3、所述的實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)車輛動(dòng)力學(xué)模型的調(diào)用和汽車駕駛模擬器運(yùn)動(dòng)姿態(tài)計(jì)算，并將虛擬汽車在三維場景中的當(dāng)前運(yùn)動(dòng)姿態(tài)進(jìn)行解算得到期望的模擬器姿態(tài)，然后將姿態(tài)數(shù)據(jù)傳送給電動(dòng)缸控制器，同時(shí)實(shí)現(xiàn)視覺和聽覺的同步。

4、實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)采用自主研發(fā)的三維非線性實(shí)時(shí)車輛動(dòng)力學(xué)模型，該車輛動(dòng)力學(xué)模型主要包括：空氣動(dòng)力學(xué)模型、車身動(dòng)力學(xué)模型、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模型、發(fā)動(dòng)機(jī)模型、傳動(dòng)系統(tǒng)模型、制動(dòng)系統(tǒng)模型、懸架系統(tǒng)模型、車輪動(dòng)力學(xué)模型、輪胎動(dòng)力學(xué)模型和路面模型，每一項(xiàng)都對(duì)應(yīng)著相應(yīng)的圖形化操作界面；駕駛員輸出轉(zhuǎn)向命令給轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模型，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模型將轉(zhuǎn)向角傳輸給車輪動(dòng)力學(xué)模型，車輪動(dòng)力學(xué)模型將其輸出的力學(xué)信號(hào)分別傳輸給轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模型和懸架系統(tǒng)模型，轉(zhuǎn)向系統(tǒng)模型將回正力矩反饋給駕駛員；懸架系統(tǒng)模型將其輸出的力學(xué)信號(hào)傳輸給車身動(dòng)力學(xué)模型，將其模擬出的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)傳輸給車輪動(dòng)力學(xué)模型；車身動(dòng)力學(xué)模型將速度信號(hào)傳輸給空氣動(dòng)力學(xué)模型，并接收空氣動(dòng)力學(xué)模型輸出的空氣阻力，模擬出運(yùn)動(dòng)狀態(tài)分別傳輸給懸架系統(tǒng)模型、車輪動(dòng)力學(xué)模型及駕駛員；車身動(dòng)力學(xué)模型將位移信號(hào)傳輸給路面模型，路面模型輸出路面狀態(tài)，其中的摩擦系數(shù)傳輸給輪胎動(dòng)力學(xué)模型，路形信號(hào)傳輸給車輪動(dòng)力學(xué)模型，輪胎動(dòng)力學(xué)模型接收車輪動(dòng)力學(xué)模型輸出的運(yùn)動(dòng)載荷，輸出力學(xué)信號(hào)傳輸給車輪動(dòng)力學(xué)模型；駕駛員輸出油門控制指令給發(fā)動(dòng)機(jī)模型，發(fā)動(dòng)機(jī)模型與傳動(dòng)系統(tǒng)模型進(jìn)行力矩和轉(zhuǎn)速信號(hào)的交互；駕駛員輸出檔位離合控制指令給傳動(dòng)系統(tǒng)模型，傳動(dòng)系統(tǒng)模型輸出力矩信號(hào)給車輪動(dòng)力學(xué)模型，接收車輪動(dòng)力學(xué)模型輸出的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信號(hào)；駕駛員輸出制動(dòng)命令給制動(dòng)系統(tǒng)模型，制動(dòng)系統(tǒng)模型輸出力矩信號(hào)給車輪動(dòng)力學(xué)模型，接收車輪動(dòng)力學(xué)模型輸出的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)信號(hào)。

5、所述的人機(jī)交互系統(tǒng)包括駕駛艙的各操縱系統(tǒng)，如路感模擬系統(tǒng)、油門系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)、組合儀表、組合開關(guān)和車座等，用來模仿實(shí)車的整體結(jié)構(gòu)，使駕駛員在模擬器中，根據(jù)提供的駕駛場景操縱方向盤、變速機(jī)構(gòu)、制動(dòng)踏板、油門踏板，從而實(shí)現(xiàn)在有限的空間中真實(shí)地再現(xiàn)實(shí)車駕駛過程中的觸摸感和視覺感。其中，所述的路感模擬系統(tǒng)的機(jī)械結(jié)構(gòu)采用實(shí)車的助力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)進(jìn)行改裝，主要包括：方向盤、轉(zhuǎn)向管柱、路感模擬電機(jī)、轉(zhuǎn)矩傳感器、轉(zhuǎn)角傳感器、轉(zhuǎn)角限位機(jī)構(gòu)、路感控制器；油門系統(tǒng)采用實(shí)車的電子油門和變速機(jī)構(gòu)；制動(dòng)系統(tǒng)采用主缸系統(tǒng)進(jìn)行改裝，模擬真實(shí)的制動(dòng)踏板力；油門、制動(dòng)和駐車信息分別通過油門踏板位移傳感器、制動(dòng)踏板位移/力傳感器和位移傳感器獲得。組合儀表、組合開關(guān)和車座等部件通過實(shí)車提供，后續(xù)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和集成。

6、所述的人機(jī)共駕模擬系統(tǒng)的主要工作過程包括：仿真控制系統(tǒng)的主控計(jì)算機(jī)通過信息采集傳感器采集人機(jī)交互系統(tǒng)的駕駛艙各操縱系統(tǒng)的操縱量，傳給信息處理與控制電路，對(duì)信息進(jìn)行處理運(yùn)算后，通過控制電路直接控制指示燈的亮滅，同時(shí)按照通信協(xié)議將采集量送給實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)，實(shí)時(shí)仿真系統(tǒng)調(diào)用車輛動(dòng)力學(xué)模型和前一時(shí)刻汽車駕駛模擬器運(yùn)動(dòng)姿態(tài)，計(jì)算得到虛擬汽車在三維場景中的當(dāng)前運(yùn)動(dòng)姿態(tài)，然后將姿態(tài)數(shù)據(jù)傳送給仿真控制系統(tǒng)，控制駕駛艙運(yùn)動(dòng)平臺(tái)中的電機(jī)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)駕駛艙運(yùn)動(dòng)。主控計(jì)算機(jī)同時(shí)將汽車駕駛模擬器的速度、發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速等數(shù)據(jù)以及視景中路面信息傳給信息處理與控制電路，經(jīng)過轉(zhuǎn)換后，輸出對(duì)應(yīng)控制量來控制各個(gè)儀表，將各個(gè)計(jì)算仿真值顯示在儀表盤上，同時(shí)控制方向盤力矩控制模塊中的電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，帶動(dòng)方向盤模擬真實(shí)的轉(zhuǎn)向感覺；調(diào)用視景系統(tǒng)中視景處理模塊，生成當(dāng)前時(shí)刻的視景，通過投影機(jī)將視景畫面實(shí)時(shí)地投射到安置于駕駛艙前面的大屏幕上，實(shí)現(xiàn)駕駛場景的仿真；調(diào)用聲響合成模塊，合成當(dāng)前駕駛視景中發(fā)動(dòng)機(jī)、路面磨擦等運(yùn)動(dòng)聲響，通過音箱播放出來。

7、測試方法如下：

8、設(shè)定實(shí)驗(yàn)虛擬場地面積、路面性質(zhì)和天氣情況，為了獲得更多更全面的車輛行駛狀態(tài)和方向盤反饋力矩之間的關(guān)系曲線，在實(shí)驗(yàn)過程中，駕駛員在虛擬場地中隨意駕駛車輛，但要求車輛行駛路徑中必須包括一段雙移線工況，以獲得車輛在換道和轉(zhuǎn)彎過程中的方向盤力矩和車輛行駛狀態(tài)之間的關(guān)系。

9、選擇數(shù)名駕駛員參與測試中，每個(gè)駕駛員分別以數(shù)組不同的速度完成雙移線。通過雙移線時(shí)的車速基本為該次試驗(yàn)的最高車速。

10、先以單一駕駛員操縱數(shù)據(jù)構(gòu)成訓(xùn)練數(shù)據(jù)集，為了獲得更廣泛的車輛狀態(tài)和方向盤狀態(tài)的變化信息，每個(gè)駕駛員行駛數(shù)據(jù)構(gòu)成的訓(xùn)練數(shù)據(jù)集由經(jīng)過雙移線時(shí)車速所得的數(shù)據(jù)組成；其他沒有參與到網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練過程中的試驗(yàn)數(shù)據(jù)作為預(yù)測數(shù)據(jù)集用來驗(yàn)證建立好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方向盤反饋力矩模型對(duì)未知數(shù)據(jù)的預(yù)測性能；為了去掉數(shù)據(jù)采集過程中產(chǎn)生的噪聲，以上試驗(yàn)數(shù)據(jù)中的信號(hào)均使用巴特沃斯濾波器進(jìn)行濾波。

11、由某個(gè)駕駛員構(gòu)成的訓(xùn)練數(shù)據(jù)集由數(shù)個(gè)試驗(yàn)工況構(gòu)成，記錄數(shù)個(gè)試驗(yàn)工況下的軌跡曲線，繪制數(shù)個(gè)試驗(yàn)工況連在一起后的輸入輸出變量隨時(shí)間的變化曲線；每組數(shù)據(jù)集的總時(shí)長超過120s，構(gòu)成數(shù)據(jù)集包括方向盤轉(zhuǎn)角范圍、車速和側(cè)向加速度范圍。

12、本發(fā)明的有益效果：

13、本發(fā)明通過駕駛模擬器模擬測試，在進(jìn)行試制品的實(shí)物生產(chǎn)之前，可以使用數(shù)學(xué)模型在計(jì)算機(jī)界面進(jìn)行仿真模擬，可直接嵌入到駕駛模擬器的硬件設(shè)備中，并在計(jì)算機(jī)上完成大部分的測試實(shí)驗(yàn)。本發(fā)明具備人機(jī)交互及“人機(jī)共駕”的駕駛權(quán)切換控制機(jī)理實(shí)驗(yàn)的相關(guān)實(shí)驗(yàn)條件，滿足對(duì)駕駛員在緊急情況下反應(yīng)特性的研究實(shí)驗(yàn)條件，將駕駛員的主觀評(píng)價(jià)及交互動(dòng)態(tài)形成的復(fù)雜交通環(huán)境引入到汽車產(chǎn)品開發(fā)中可替代實(shí)車場地試驗(yàn)實(shí)現(xiàn)對(duì)整車及電控系統(tǒng)的測試、驗(yàn)證和標(biāo)定，整車集成在模擬器內(nèi)，方便更換不同車型。本發(fā)明能夠提供高逼真度的汽車虛擬駕駛試車場環(huán)境，高逼真度的3d場景建模與渲染多場景(城鎮(zhèn)、高速、山區(qū)、試驗(yàn)場)多環(huán)境(白天、黑夜、雨、雪霧)。本發(fā)明車輛動(dòng)力學(xué)模型具有較高的仿真精度；可以長時(shí)間仿真，穩(wěn)定可靠、魯棒性較好；核心代碼采用ansi-c編寫，容易移植；運(yùn)算效率高、實(shí)時(shí)性強(qiáng)；能在windows和simulink環(huán)境下、實(shí)時(shí)和非實(shí)時(shí)運(yùn)行；模型支持在dspace、ni等硬件平臺(tái)實(shí)時(shí)運(yùn)行，仿真步長小于1ms。車輛動(dòng)力學(xué)模型中的各模型相對(duì)獨(dú)立并可替換，并且各模型均提供二次開發(fā)接口，方便用戶自定義；各個(gè)模型均可以從商業(yè)軟件carsim中讀取模型參數(shù)，并支持與carsim的嵌入聯(lián)合仿真，用戶還可以導(dǎo)入自定義的車輛外形文件。