一种自动驾驶软件在环仿真方法技术

本发明专利技术公开一种自动驾驶软件在环仿真方法，采用分布式架构进行在环仿真，整车动力学模型、仿真器模块与自动驾驶软件系统分别运行在不同系统，环境数据从仿真器模块里输出到自动驾驶软件系统的对应接收端，自动驾驶软件系统反馈的控制量输出到整车动力学模型；整车动力学模型与自动驾驶软件系统采用时序触发技术，按所需频率触发整车动力学模型与自动驾驶软件系统，实现仿真过程的启停与同步控制。本发明专利技术不依赖硬件或者实物在环，能进行从简单场景到复杂场景的自动驾驶软件在环验证，不使用实时设备的情况下采取时序触发技术实现仿真过程的启停和同步控制；满足控制模块对仿真验证的精确性需求。

【技术实现步骤摘要】
一种自动驾驶软件在环仿真方法
本专利技术涉及自动驾驶
，特别是涉及自动驾驶软件在环仿真方法。
技术介绍
包含整车动力学模型的软件系统的软件在环仿真验证，一是采用CarSim建立仿真环境，同时使用其车辆动力学模型，导入到simulink中，利用simulink中tcp模块和自动驾驶规划控制算法模块进行数据交互，进行仿真(CN201811080324.5)；二是采用偏微分方程组的形式构建简化的车辆动力学模型，用真实数据导入到显示和数据交互系统对自动驾驶软件进行离线仿真(CN201810590257.5)。使用carsim的车辆动力学软件的控制在环仿真方案里直接采用simulink的tcp通信模块，CarSim模型速度为1000hz，自动驾驶软件频率一般在10～20hz之间，两者不对等，此时simulink里的tcp模块会高速向自动驾驶软件部分发布数据，内存浪费，自动驾驶软件部分负担重可能会出现其他异常，与实际运行状态不符。同时，若网络带宽不够，网速较慢或有其它情况出现，高速tcp通信会有不确定的延时，形成使用上的数据时序混乱，造成发散的控制效果，仿真结果有误，无法完成算法的调试验证，更无法使用仿真进行软件在环测试。采用偏微分方程组的形式构建简化的车辆动力学模型的方案，模型不准，只能进行简单的算法逻辑闭环验证，无法用其结果进行软件性能评估。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对，而提供一种包含整车动力学模型的自动驾驶软件在环仿真方法，能在低成本条件下提供包含整车动力学的自动驾驶完整软件系统在环的可靠性较高的仿真结果。为实现本专利技术的目的所采用的技术方案是：一种自动驾驶软件在环仿真方法，采用分布式架构进行在环仿真，整车动力学模型、仿真器模块与自动驾驶软件系统分别运行在不同系统，仿真器模块进行虚拟环境建模，同时提供自车初始位置，接收自车控制后状态、循环更新环境数据作为自动驾驶软件系统的上层输入,环境数据从仿真器模块里输出到自动驾驶软件系统的对应接收端，自动驾驶软件系统反馈的控制量输出到整车动力学模型；整车动力学模型与自动驾驶软件系统采用时序触发技术，按系统所需频率触发整车动力学模型与自动驾驶软件系统，对交互过程进行数据触发式时序同步，实现仿真过程的启停与同步控制。其中，所述整车动力学模型模块为任意包含控制量输入和状态量输出接口的模型；对于不同的自动驾驶车辆仅修改对应的整车动力学模型信息就可快速适配所有车型。其中，所述整车动力学模型包括simulink模型和动力学侧触发模块，所述自动驾驶软件系统包括自动驾驶软件和自动驾驶软件侧触发模块，所述动力学侧触发模块与自动驾驶软件侧触发模块构成对交互过程进行数据触发式时序同步的同步触发模块。优选的，所述整车动力学模型、仿真器模块与自动驾驶软件系统通过LAN接口连接，通过Tcp协议进行数据的传输交互。优选的，所述整车动力学模型采用工业仿真软件CARSIM搭建，整车动力学模型里的信息由实际的车辆决定，将调好信息的整车动力学模型导入Matlab里，生成Simulink模型，实现整车动力学模型在Matlab的Simulink环境里进行运算。其中，所述自动驾驶软件系统反馈的控制量输出到整车动力学模型，在Mtlab里实现，在m函数里使用Tcp方式接收控制量，将控制量实时传输到Simulink模型里CarSim模块的输入端口，即时更新整车动力学模型控制量；从整车动力学模块实时计算的当前车辆状态通过s-function反馈回上述m函数，使用数据发送TCP通讯将车辆状态反馈给仿真器模块，实时更新仿真环境。优选的，所述CarSim、Matlab和Simulink模型在windows系统运行；；所述仿真器模块与自动驾驶软件系统在Ubuntu环境运行。优选的，对交互过程进行数据触发式时序同步的同步触发模块接收来自上层环境数据的标志位，判断其是否为对应周期仿真开始指令，若是，则将环境数据到自动驾驶软件系统的数据通路打开，若否，则保持通路关闭；环境数据到达自动驾驶软件系统后，计算该周期的控制量，与标志位一起下发到整车动力学模型模块；处于第一系统侧的触发模块，在整车动力学模型收到有效的控制量后，控制整车动力学模型运行一定数量帧作为该周期的仿真数据，触发模块检测到当前帧车辆状态数据与上一帧的数据不一致时，将该数据反馈给仿真器模块以更新下个周期的仿真环境，仿真循环进行，若一定数量帧后的车辆状态数据与前次环境里的数据一致，则标志位置假，不更新仿真环境数据，切断后续仿真。本专利技术可不依赖硬件或者实物在环，能进行从简单场景到复杂场景的控制模块软件在环验证，该框架能进行自动驾驶算法集成系统的软件在环验证，同时，在不使用实时设备的情况下采取时序触发的方案实现仿真过程的启停和同步控制；能满足控制模块对仿真验证的精确性需求，节省了验证成本。附图说明图1是本专利技术的自动驾驶系统软件在环仿真的基本架构示意图。图2是本专利技术中的(交通)环境模型信息的构成示意图。具体实施方式以下结合附图和具体实施例对本专利技术作进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术的自动驾驶软件在环仿真方法，采用分布式架构进行在环仿真，整车动力学模型、仿真器模块与自动驾驶软件系统分别运行在不同系统，仿真器模块与自动驾驶软件系统通过数据交互模块连接，环境数据从仿真器模块里输出到自动驾驶软件系统的对应接收端，自动驾驶软件系统反馈的控制量输出到整车动力学模型；整车动力学模型与自动驾驶软件系统采用时序触发技术，按系统所需频率触发整车动力学模型与自动驾驶软件系统，实现仿真过程的启停与同步控制。其中，所述的整车动力学模型模块可以是由专业软件CarSim提供，动力学模型在Matlab的Simulink环境里进行运算，CarSim、Matlab和Simulink在Windows系统运行；仿真器模块(Simulator)主要通过相应算法进行虚拟环境建模，同时提供自车初始位置，接收自车控制后状态、循环更新(Update)环境数据作为自动驾驶软件系统的上层输入,并在显示界面上进行显示(Display)，自动驾驶软件系统在Ubuntu环境运行。针对不同的自动驾驶车型，整车动力学模型不同，则会标定各个信息，以实现准确的仿真过程；同时，同步触发模块可按照系统所需频率触发整车动力学模型和自动驾驶软件系统，以实现快速的同步仿真过程。本专利技术的仿真系统的基本架构如图1所示，由仿真器模块(Simulator)提供(交通)环境模型信息(TrafficScenarios)，仿真器模块(Simulator)经数据交互模块(DataExchange)与自动驾驶系统(AotunomousSystem)信息与数据交互；自动驾驶系统(AotunomousSystem)包括自动驾驶软件模块(Software)、时序同步触发模块(synchronization)，自动驾驶软件模块(Software)经规划本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种自动驾驶软件在环仿真方法，其特征在于，采用分布式架构进行在环仿真，整车动力学模型、仿真器模块与自动驾驶软件系统分别运行在不同系统，仿真器模块进行虚拟环境建模，同时提供自车初始位置，接收自车控制后状态、循环更新环境数据作为自动驾驶软件系统的上层输入,环境数据从仿真器模块输出到自动驾驶软件系统的对应接收端，自动驾驶软件系统反馈的控制量输出到整车动力学模型；整车动力学模型与自动驾驶软件系统采用时序触发技术，按系统所需频率触发整车动力学模型与自动驾驶软件系统，对交互过程进行数据触发式时序同步，实现仿真过程的启停与同步控制。/n

【技术特征摘要】
1.一种自动驾驶软件在环仿真方法，其特征在于，采用分布式架构进行在环仿真，整车动力学模型、仿真器模块与自动驾驶软件系统分别运行在不同系统，仿真器模块进行虚拟环境建模，同时提供自车初始位置，接收自车控制后状态、循环更新环境数据作为自动驾驶软件系统的上层输入,环境数据从仿真器模块输出到自动驾驶软件系统的对应接收端，自动驾驶软件系统反馈的控制量输出到整车动力学模型；整车动力学模型与自动驾驶软件系统采用时序触发技术，按系统所需频率触发整车动力学模型与自动驾驶软件系统，对交互过程进行数据触发式时序同步，实现仿真过程的启停与同步控制。


2.根据权利要求1所述自动驾驶软件在环仿真方法，其特征在于，所述整车动力学模型模块为任意包含控制量输入和状态量输出接口的模型；对于不同的自动驾驶车辆仅修改对应的整车动力学模型信息就可快速适配所有车型。


3.根据权利要求1所述自动驾驶软件在环仿真方法，其特征在于，所述整车动力学模型包括simulink模型和动力学侧触发模块，所述自动驾驶软件系统包括自动驾驶软件和自动驾驶软件侧触发模块，所述动力学侧触发模块与自动驾驶软件侧触发模块构成对交互过程进行数据触发式时序同步的同步触发模块。


4.根据权利要求1所述自动驾驶软件在环仿真方法，其特征在于，所述整车动力学模型、仿真器模块与自动驾驶软件系统通过LAN接口连接，通过Tcp协议进行数据的传输交互。


5.根据权利要求1所述自动驾驶软件在环仿真方法，其特征在于，所述整车动力学模型采用工业仿真软件CarSim搭建，整车动力学模型里的信息由实际的车辆决定，将调好信息的整车动力学模型导入Matl...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘海波，张放，李晓飞，张德兆，王肖，霍舒豪，
申请(专利权)人：北京智行者科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11