ADAS研发与测试的模拟仿真技术吉林大学

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应用于交通流量 控制的IVC和RVC
通信 WLAN 5.8GHz 便携式互联
网 蜂窝网 旅馆
无线电发射塔 房屋
车辆与路边设 施通信 RVC
车间通信 IVC
车队行驶 IVC 公园
(WLAN or 3G or WIFI)
便携设备与车辆 通信
PanoSim:无线通信与网络模拟
静态模型与动态模型的混合建模方法
高光模拟 目标识别
测速测距 车道线识别
PanoCam:像机安装与参数匹配
车载像机模拟
像机安装 像机参数匹配 像机包络线
PanoCam:像机安装与参数匹配
车载像机模拟
虚拟照相
虚拟摄像
视频回放
PanoSim:雷达模拟
FMCW/FSK
激光雷达
雷达模拟
RCS估算
PanoSim:雷达模拟
雷达模拟
PanoSim:无线通信与网络模拟
运动状态
回转 正向 力命 矩令
油门
驾 驶 档位 员 离合
制 动 命 令
空气阻力
转向系统 模型
发动机 模型




传动系统 模型
力 运动
运动
车身动力学 模型





悬架系统 模型





速度
空气动 力学模型
位移 道路路面 路面状态 模型
制动系统 模型
转向角 力矩
力矩
运动状态
车轮动 力学模型
路形
运动 载荷 力
吉林大学 汽车仿真与控制国家重点实验室
张素民
1
报告提纲 一、汽车智能化模拟仿真技术的背景 二、汽车智能化模拟仿真的关键技术 三、模拟仿真软件展示:PanoSim
汽车智能化的关键技术与挑战
人-车-环境闭环控制系统:多传感输入、多控制输出复杂人机共驾系统
行驶环境
传感感知
行驶环境 传感
低成本约束和复杂环境下车的辆快速、准确、数据可融靠合 的环
天气建模 驾驶员人-车-环境 车 行驶交通建模
环境
交通
天气
道路
模拟与仿真是应对挑战的关键技术
基于雷达和视觉传感模拟的 主动避撞控制系统模拟
报告提纲 一、汽车智能化模拟仿真技术的背景 二、汽车智能化模拟仿真的关键技术 三、模拟仿真软件展示:PanoSim
新一代汽车模拟仿真平台(PanoSim) 简介
试验可重复、可灵活设置、可自动化 易于分析、理解,和发现系统内在关联 安全!!
为什么模拟与仿真? 技术需求
研发
汽车技术及产品 前期研发
虚拟数字化
设计
汽车技术及产品 设计
半虚拟数字化
测试
汽车技术及产品 测试与验证
制造
汽车产品 批量生产
实物化
为什么模拟与仿真? 技术趋势
汽车产品的竞争关键在于技术的竞争,而工具链是决定
PanoSim:与Matlab/Simulink无缝连接
自动生成MDL模型
高效实时数值计算
PanoSim:画图与动画后处理工具
PanoPlot PanoAnim
模型验证
PanoSim:高精度车辆动力学模型
双移线工况(与CarSim对比高度一致)
*CarSim是国际上公认的顶级车辆动力学仿真软件
4
5
6
7
8
9
10
Time [s]
横摆角速度
Lateral Acceleration [g]
0.4
Carsim
0.3
Panosim
0.2
0.1
0
-0.1
-0.2
-0.3
-0.4
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Time [s]
侧向加速度
PanoSim:高精度车辆动力学模型
鱼钩仿真工况(与CarSim对比高度一致)
驾驶员
人-车-环境

环境
交通
天气
道路
为什么模拟与仿真? 技术需求
车车协同
车辆避撞
试验周期长、成本高,安全无法保障是汽车智能化技术研发 、测试和验证的关键技术瓶颈
智能汽车
车路协同
行人避撞
为什么模拟与仿真? 技术需求
复杂道路结构
雪天
试验行驶环境不可预测、难以复制、缺晚乏上灵活性、不可自动 化等是研发汽车智能化技术的另一瓶颈
工具 技术理念、方法和流程的关键 --- Charles F. Kettering,
great American inventor, engineer & businessman
Time cover
“ 工欲善其事必先利其器 ”--- 孔子《论语·魏灵公》
1933
自上世纪90年代起,模拟仿真和数字虚拟化技术已经成为了 汽车研发过程的关键手段和核心技术
境传感人感机知技执术行器
汽车状态
和谐、共友驾好、直观的人机协同、交互和共驾传感技术
安全、可靠、高效、灵活且低成本的测试验证技术
控制器 控制策略
轨迹规划 智能决策
规划决策
ADAS研发:为什么模拟与仿真?
涉及人-车-环境闭环系统(交通、天气和道路) 传统的研发、测试和验证方法和手段已不能适应 传统的汽车模拟仿真技术和工具已不能满足要求
-20
-40
-60
-80
-100
-120 0
50
100
150
X Coordinate [m]
目标路径与实际路径对比
PanoSim:高精度车辆动力学模型
鱼钩仿真工况(与CarSim对比高度一致)
30
Yaw Rate [deg/s]

20
摆 10


0

-10
-20
Carsim Panosim
0.8
Lateral Acceleration [g]
V2V与V2X模拟
卫星 DMB
基于地理位置信 息多跳路由技术 的IVC和RVC通信
WLAN 5GHz
路基 DMB
应用于道路交通 安全的IVC和RVC
通信
便携式互联 网 蜂窝网
停车场
热点
大厦 无线电发射塔
GPS
基于802.11、 GSM、UMTS、 IR、IPv6等无线 通信技术的交通 系统和互联网服 务(包括IVC和 RVC通信)
虚拟道路建造 道路纹理与车道线模拟 交通标识模拟
PanoSim (FieldBuilder) :汽车行驶环境模拟
交通流模拟 光照模拟 道路与车道模拟
PanoSim:像机模拟
鱼眼与广角像机验证
鱼眼与广角像机模拟
PanoSim:像机模拟
模糊模拟
色差模拟
PanoSim:像机模拟
暗角模拟
畸变模拟
PanoSim:像机模拟
仿真工况:车速80km/h
Steering Wheel Angle [deg]
40
Carsim
30
Panosim
20
10
0
-10
-20
-30
-40
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10
Time [s]
方向盘转角输入
Yaw Rate [deg/s]
15 Carsim Panosim
10
5
0
-5
-10
-15
0
1
2
3
基于数学模型的开发平台
Model-Based Approaches
基于模型的开发方法
Requirement-Driven Processes
以需求为驱动的开发流程 先进的开发理念与流程
基于先进的研发平台
Pure Simulation
离线纯仿真平台
RT-SIL/HIL Simulation
实时、软硬件在环仿真平台
电化学
电磁学
电机学等
计算机图学
road图像处理weather
traffic
信号处理
电磁波 came无ra 线通信wir等eless
radar
Modeling on Driving Environment and Environmental Sensing
模拟与仿真是应对挑战的关键技术
世界主要汽车制造企业基于虚拟仿真平台对传统汽车技术、功
能和产品的研发的比重已经高达70%以上-- *Automotive Wikipedia
Requirement-Driven Processes
以需求为驱动的开发流程
现代汽车技术研发先进方法、理念和流程
基于先进的研发理念
Math-Based Platforms
汽车功能、技术和产品的 研发、测试和验证
一体化仿真平台
PanoSim:应用领域
汽车底盘和整车性能开发
制动、转向和悬架 动力学、舒适性、操控稳定性
汽车动力性能开发
发动机、变速箱、传动系 动力性、燃油经济性、排放
汽车电控系统设计与开发
防锁死和防滑制动控制 车辆稳定性控制等
汽车智能辅助驾驶系统开发
支持在高效、高精度的数字仿真环境下汽车动力学与性能、汽车电子控制 系统、智能辅助驾驶与主动安全系统、环境传感与感知、无人驾驶等技术 和产品的研发、测试和验证。
用户界面全部图形化,操作简便、直观、清晰,支持纯软件仿真、实时硬 件在环仿真和驾驶员在环仿真
支持在实验室和虚拟环境下对汽车的高效、安全和数字化开发,旨在极大 地降低汽车研发成本、缩短开发周期、提高研发质量和安全性,是现代汽 车先进技术和产品开发所必备工具
仿真工况:车速80km/h。方向盘转角和路径如下
Steering Wheel Angle [deg] Y Coordinate [m]
300 Carsim Panosim
200
100
0
-100
-200
-300
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10
Time [s]
方向盘转角输入
20 Carsim Panosim
0
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Time [s]
80.4
80.2
Carsim Panosim
80
Longitudinal velocity [km/h]
DIL with 3D Environment
驾驶员在环三维场景仿真
In-Vehicle Test
实验车试验/标定/验证
汽车模拟与仿真技术正不断发展
驾驶员 车辆多刚体 动力学
力学/机械学
轮胎
Modeling on Battery and Electric Motors, onboard communication
雨天
恶劣行驶工况
大雾天气
为什么模拟与仿真? 成本需求
基于模拟仿真技术的虚拟研发是 节省研发成本的关键途径,也是 当今世界技术研发的主流趋势 $500
$5,000
相对成本
$50
$5
需求定义
模拟仿真
产品原型
产品开发
为什么模拟与仿真?技术切实可行
模拟仿真技术不仅必要、而且可能/可行
随着计算机、电子技术的成熟,数学模型的精确性和数值求 解能力的不断提高:数学模型也越来越接近真实的物理世界: 车辆动力学模拟 环境模拟(道路、交通与天气等) 环境传感模拟(虚拟相机、雷达和无线通信等) 驾驶员模拟
自动泊车 自适应巡航系统 驾驶员人机交互
汽车行驶环境感知系统开发
视觉传感与模式识别 雷达探测与障碍物 传感数据融合
汽车主动安全系统开发
主动避撞 车道纠偏
下一代智能交通系统
车车协同、车路协同 智能交通管理系统 无人驾驶
PanoSim (VehicleBuilder):车辆模拟
0.6


0.4

0.2


0
-0.2
-0.4
-0.6
Carsim Panosim
-30
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10
Time [s]
2.5
Carsim
2
Panosim

1.5

1

0.5
0
Roll Angle [deg]
-0.5
-1
-1.5
-2
Fra Baidu bibliotek-2.5
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10
Time [s]
-0.8
PanoSim:6大模块、N多功能
实验设置主界面 场景编辑器
画图与动画工具
车辆编辑器
像机雷达安装器 模型自动生成工具
车辆动力学模拟 雷达与像机模拟 交通与设施模拟 道路与场景模拟 无线通信模拟 天气与光照模拟
PanoSim:应用领域
汽车性能设计、开发与验证
集车辆动力学、三维行驶环境、交通和车载环境传感模型等等于一体的大 型汽车模拟仿真软件平台,包括Simulink模型自动生成、图形与动画后处 理工具等。
基于精确物理建模和高效数值仿真兼顾的原则,利用先进的虚拟现实技术 逼真地建造及模拟汽车驾驶的各种环境和工况,包括对道路及道路纹理、 车道线、交通标识与设施、天气、夜景等汽车行驶环境的建模与编辑

行驶环境
电磁波信号
抽 象
物理信道层


数据帧


网络传输层
数据包
应用服务层
应用数据

天气条件,道路状况,汽车参数,天线配置,周边环境等
反射、绕射和散射
路由更新策略 通信方式 通信半径等 对网络指标的敏感性 发包模式等
车载自组网通信系统模型
PanoSim:汽车虚拟测试与验证
主动避撞 自适应巡航
自动泊车
轮胎动 力学模型
摩擦 系数
高精度车辆动力学模型
VehicleBuilder
PanoSim (FieldBuilder) :汽车行驶环境模拟
汽车三维行驶场景模拟
PanoSim (FieldBuilder) :汽车行驶环境模拟
天气模拟
PanoSim (FieldBuilder) :汽车行驶环境模拟
虚拟行驶环境
(道路、交通、环境、天气等)
虚拟行驶工况
(ABS/ESP/ACC, 避撞、泊车等)
模拟环境传感
(雷达、像机、GPS/地图、无线通信等)
模拟交通参与物
(车、行人、障碍物等)
汽车智能辅助驾驶与主动安全
PanoSim:应用领域
概念 设计
原型样 机设计
原型样 机定型
整车系统与 性能匹配
子系统 测试与验证 系统功能 集成与验证
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