一种车辆动力学模型与实时场景联合仿真系统及方法与流程

本发明涉及车辆仿真技术领域，具体涉及一种车辆动力学模型与实时场景联合仿真系统及方法。

背景技术：

针对adas现有开发与验证测试手段的特点，目前利用虚拟现实与实时仿真技术的结合，adas车辆在环仿真开发平台层出不穷，但基于仿真软件与实时硬件的参差不齐，仿真测试的效果也不尽相同，或是由于仿真软件的车辆动力学模型不够专业，无法真实表现车辆动力学特性，或是因为测试硬件的差别，无法完全模拟车辆的现实场景。尤其是车辆在环仿真在gps定位仿真这一部分的应用还很欠缺。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种车辆动力学模型与实时场景联合仿真系统及方法，可以实现车辆在实际场景的仿真，通过这种全球导航卫星系统模拟器与仿真软件耦合可以实现完全模拟真实车辆运行的状态。

本发明提供了如下的技术方案：

一种车辆动力学模型与实时场景联合仿真系统及方法，包括驾驶模拟器，还包括：

车辆场景实时仿真软件，包括环境特性模块与物理特性仿真模块，用于提供实施运行的数字孪生虚拟场景，运行从真实地图采到的路网信息；

车辆动力学仿真软件，包括实时运行的车辆动力学模型，所述车辆动力学模型包括物理机械电力模型、车身动力学模型与自由度模型，所述车辆动力学仿真软件与所述车辆场景实时仿真软件连接；

实时仿真机，包括信号调理板卡与接口，所述接口与所述驾驶模拟器连接，所述车辆场景实时仿真软件与所述车辆动力学仿真软件联合加载至所述信号调理板卡，并根据所述驾驶模拟器的输入信号进行接口的匹配与调试；

全球导航卫星系统模拟器，与所述车辆场景实时仿真软件连接并接收其传输的经纬度及海拔信息，所述全球导航卫星系统模拟器根据接收的信息对当前卫星信号进行gps信号模拟，并将rf信号发送至全球导航卫星系统信号转发器；

全球导航卫星系统信号转发器，通过无线电波转发所述全球导航卫星系统模拟器的gps信号至所述驾驶模拟器的导航显示屏中。

优选的，所述环境特性模块包括光效元素与天气元素，所述物理特性仿真模块包括碰撞元素与摩擦元素。

优选的，所述物理机械电力模型包括车辆底盘、悬架与发动机，所述车身动力学模型包括轮胎、空气动力学、操稳与震动；所述自由度模型包括汽车簧上刚体质量的六个自由度、四个车轮旋转自由度及车轮转向自由度。

优选的，所述驾驶模拟器包括从真实车辆分离出来的座舱、方向盘、油门离合制动踏板、车机与车载屏幕，可以实现实车级的信号反馈与定位通信及导航；还通过所述实时仿真机的接口将转向、加速以及制动信号输入至所述车辆动力学仿真软件，用于控制仿真的虚拟车辆。

优选的，所述全球导航卫星系统模拟器能够通过模拟卫星位置、卫星数量以及卫星功率来模拟gps信号。

一种车辆动力学模型与实时场景联合仿真系统的仿真方法，包括以下步骤：

s1、设置仿真虚拟车辆，所述虚拟车辆运行在车辆场景实时仿真软件中的虚拟场景中，驾驶模拟器通过实时仿真机的接口，将转向、加速以及制动信号输入至虚拟车辆，调整所述虚拟车辆实时状态；

s2、将车辆场景实时仿真软件与车辆动力学仿真软件加载到实时仿真机的信号调理板卡中，其中，所述车辆场景实时仿真软件中运行从真实地图采到的路网信息，所述车辆动力学仿真软件中的车辆动力学模型感知所述车辆场景实时仿真软件中的虚拟场景信息；

s3、所述车辆场景实时仿真软件还将实时的经纬度及海拔信息传输至全球导航卫星系统模拟器中，所述全球导航卫星系统模拟器根据经纬度以及海拔信息对当前的卫星信号进行模拟，并将rf信号发送至全球导航卫星系统信号转发器；

s4、所述卫星系统信号转发器将接收到的信号转发至所述驾驶模拟器的导航显示屏中，实现一个闭环的仿真控制。

优选的，步骤s2中所述实时仿真机通过信号调理板卡输出多种信息格式的不同数据。

本发明的有益效果是：

(1)本发明通过车辆场景实时仿真软件与车辆动力学仿真软件的联合可以实现真实地形、gps、复杂车辆动力学模型与高级驾驶模拟器的耦合仿真；

(2)本发明通过实时仿真机的信号调理板卡，可以实现低延时，高速的模型运算与信号收发功能，同时可以使场景实时仿真软件与车辆动力学模块耦合并闭环仿真，结合二者仿真模块可以实现接近真实的车跑在接近真实的场景中；

(3)本发明通过全球导航卫星系统模拟器以及全球导航卫星系统转发器可以实现场景中车辆实时gps信息的转发，通过这种全球导航卫星系统模拟器与仿真软件耦合可以实现完全模拟真实车辆运行的状态；

(4)本发明的驾驶模拟器是从真实车辆分离出来的座舱，带有实车的方向盘，油门离合制动踏板、车机与车载屏幕等，可以实现实车级的信号反馈与定位通信及导航；

(5)本发明通过上述联合仿真，可以实现车辆在实际场景的仿真，基于仿真系统发送的gps信号，不仅可以验证测试传统adas功能，还可以验证路径规划与导航算法等与定位有关的算法。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明控制原理框图。

具体实施方式

如图1所示，一种车辆动力学模型与实时场景联合仿真系统，包括驾驶模拟器、车辆场景实时仿真软件、车辆动力学仿真软件、实时仿真机、全球导航卫星系统模拟器与全球导航卫星系统信号转发器。

驾驶模拟器包括从真实车辆分离出来的座舱、方向盘、油门离合制动踏板、车机与车载屏幕，可以实现实车级的信号反馈与定位通信及导航；还通过实时仿真机的接口将转向、加速以及制动信号输入至车辆动力学仿真软件，用于控制仿真的虚拟车辆。

车辆场景实时仿真软件包括环境特性模块与物理特性仿真模块，其中，环境特性模块包括光效元素与天气元素，物理特性仿真模块包括碰撞元素与摩擦元素；车辆场景实时仿真软件用于提供实施运行的数字孪生虚拟场景，运行从真实地图采到的路网信息。

车辆动力学仿真软件包括实时运行的车辆动力学模型，车辆动力学模型包括物理机械电力模型、车身动力学模型与自由度模型，其中，物理机械电力模型包括车辆底盘、悬架与发动机，车身动力学模型包括轮胎、空气动力学、操稳与震动；自由度模型包括汽车簧上刚体质量的六个自由度、四个车轮旋转自由度及车轮转向自由度；车辆动力学仿真软件与车辆场景实时仿真软件连接。

实时仿真机包括信号调理板卡与接口，包括pxle-7082r，pxi-6224,pxie-6738，pxie-8510等，接口与驾驶模拟器连接，车辆场景实时仿真软件与车辆动力学仿真软件联合加载至信号调理板卡，并根据驾驶模拟器的输入信号进行接口的匹配与调试，同时保证较小的延时。

全球导航卫星系统模拟器与车辆场景实时仿真软件连接并接收其传输的经纬度及海拔信息，全球导航卫星系统模拟器根据接收的信息对当前卫星信号进行gps信号模拟，并将rf信号发送至全球导航卫星系统信号转发器，其中，全球导航卫星系统模拟器能够通过模拟卫星位置、卫星数量以及卫星功率来模拟gps信号。

全球导航卫星系统信号转发器通过无线电波转发全球导航卫星系统模拟器的gps信号至驾驶模拟器的导航显示屏中，范围大概在半径50m左右。

一种车辆动力学模型与实时场景联合仿真系统的仿真方法，包括以下步骤：

s1、设置仿真虚拟车辆，虚拟车辆运行在车辆场景实时仿真软件中的虚拟场景中，驾驶模拟器通过实时仿真机的接口，将转向、加速以及制动信号输入至虚拟车辆，调整虚拟车辆实时状态；

s2、将车辆场景实时仿真软件与车辆动力学仿真软件加载到实时仿真机的信号调理板卡中，并通过信号调理板卡输出多种信息格式的不同数据，其中，车辆场景实时仿真软件中运行从真实地图采到的路网信息，车辆动力学仿真软件中的车辆动力学模型感知车辆场景实时仿真软件中的虚拟场景信息；

s3、车辆场景实时仿真软件还将实时的经纬度及海拔信息传输至全球导航卫星系统模拟器中，全球导航卫星系统模拟器根据经纬度以及海拔信息对当前的卫星信号进行模拟，并将rf信号发送至全球导航卫星系统信号转发器；

s4、卫星系统信号转发器将接收到的信号转发至驾驶模拟器的导航显示屏中，实现一个闭环的仿真控制。

本发明通过车辆场景实时仿真软件与车辆动力学仿真软件的联合可以实现真实地形、gps、复杂车辆动力学模型与高级驾驶模拟器的耦合仿真；本发明通过实时仿真机的信号调理板卡，可以实现低延时，高速的模型运算与信号收发功能，同时可以使场景实时仿真软件与车辆动力学模块耦合并闭环仿真，结合二者仿真模块可以实现接近真实的车跑在接近真实的场景中；本发明通过全球导航卫星系统模拟器以及全球导航卫星系统转发器可以实现场景中车辆实时gps信息的转发，通过这种全球导航卫星系统模拟器与仿真软件耦合可以实现完全模拟真实车辆运行的状态；本发明的驾驶模拟器是从真实车辆分离出来的座舱，带有实车的方向盘，油门离合制动踏板、车机与车载屏幕等，可以实现实车级的信号反馈与定位通信及导航；本发明通过上述联合仿真，可以实现车辆在实际场景的仿真，基于仿真系统发送的gps信号，不仅可以验证测试传统adas功能，还可以验证路径规划与导航算法等与定位有关的算法。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。