[发明专利]一种用于评价人机共驾可靠性的实验平台

说明书

技术领域

本发明属于自动驾驶模拟实验技术领域，更具体地说，本发明涉及一种用于评价人机共驾可靠性的实验平台。

背景技术

随着汽车技术的发展，无人驾驶已然成为汽车领域的一个必然趋势。然而要实现完全自动驾驶是需要一个过程的，在这之前的自动驾驶车辆是不能完全脱离人的。一方面，当前的自动驾驶技术还不够成熟，比如感知部分传感器的局限性，亦或是决策部分控制算法不完善；另一方面，自动驾驶实际的道路实验数据量还远远不够。在实现完全的无人驾驶之前，自动驾驶车辆都将处于人机共驾的阶段。由于人的复杂性和可靠性以及自动驾驶车辆自动化程度和可靠性的不同，导致人机共驾行为极其复杂，难以通过简单理论计算确定其可靠性，所以进行相应的人机共驾实验显得尤为重要，需要开发相关的实验平台。

汽车驾驶实验主要分为道路实验和虚拟实验两种。在自动驾驶测试阶段，车辆的可靠性尚未得到保障，这时如果在实际的道路上进行实验，不仅会存在很大的安全隐患还需要投入大量的成本。采用虚拟实验(驾驶员在驾驶模拟器上进行虚拟驾驶实验)可以很好地解决这一问题，但是现有的驾驶模拟器还没有人机共驾的功能，也没有自动驾驶系统故障模拟的功能，这阻碍了人机共驾实验的开展，影响了人机共驾型智能车的开发。因此，本发明提出一种用于人机共驾的人在环虚拟实验平台。

发明内容

本发明提出的一种用于评价人机共驾可靠性实验平台，基于Matlab平台搭配市场上随处可见的含加速踏板和制动踏板方向盘搭建了一种评价人机共驾行为的实验系统，设计了自动驾驶模块和人机交互界面，构建了故障生成和控制切换检测模块，形成了一整套人机共驾可靠性实验方法。对照现有驾驶模拟器不具备人机共驾功能、自动驾驶系统故障模拟功能、成本高、可开发性差等问题，本发明具有结构简单、操作简便、易于安装、性能可靠、价格低易于普及的优点，而且具有很好的二次开发性，对于人机共驾可靠性的研究有着重要的应用价值。

本发明的技术方案如下：

一种用于评价人机共驾可靠性实验平台，由虚拟场景显示屏、装有基于Matlab/3D animation工具箱的PC机以及含油门和制动踏板的方向盘组成；

所述显示屏：用于以驾驶员视角向实验驾驶人员展示驾驶车辆行驶过程中的虚拟周边道路场景；

所述含油门和制动踏板的方向盘：方向盘上包含按键，可发出数字信号用于驾驶员在自动驾驶模式和手动驾驶模式间切换，同时可用于手动驾驶模式下向PC机发送驾驶员的对车辆操控的输入信号；

所述装有基于Matlab/3D animation工具箱的PC机：用于实时运行程序处理车辆运行信息以及驾驶员输入参数信息；由交通场景模块、智能车模块以及驾驶行为管理模块组成；所述的驾驶行为数据管理模块包括数据记录模块和碰撞检测模块；所述的智能车模块包括手动驾驶模块、自动驾驶模块、驾驶模式切换模块、车辆动力学模块以及故障输入模块；所述的交通场景模块与数据记录模块连接；所述的手动驾驶模块与方向盘的制动踏板信号连接；所述的自动驾驶模块与交通场景模块连接，从交通场景模块获取的信息按照设定的自动驾驶控制算法给出控制信号；所述的自动驾驶模块与故障输入模块连接，发生故障时按照设定好的故障模式输出错误的控制信号，控制信号通过驾驶模型判别输出的方向盘转角以及加速踏板制动踏板信号输入车辆动力学模块；所述车辆动力学模型与交通场景模块连接，所述的驾驶模式切换模块用于切换自动驾驶模式与手动驾驶模式对车辆量的控制权，与自动驾驶模块、手动驾驶模块和车辆动力学模块连接；所述的数据记录模块用于记录人机共驾实验过程中车辆行驶数据以及驾驶员操作数据，与交通场景模块、故障输入模块、手动驾驶模块、碰撞检测模块连接；所述的碰撞检测模块获取动态虚拟场景三维模型中的信息从而判别智能车是否发生碰撞，与数据记录模块、交通场景模块连接。

所述的交通场景模块包括静态虚拟场景三维模型和动态虚拟场景三维模型，静态虚拟场景三维模型包括道路、车道线、标识牌以及周边环境；动态虚拟场景三维模型包括主车辆、交通流以及突发性事件。所述的交通流模型由GM跟驰模型和Gipps换道模型组成。

所述的故障输入模块用三参数威布尔分布来描述自动驾驶系统的失效行为，其失效概率表示为：在实验开始时按照平均分布产生一个0到1之间随机数，将其带入失效概率反函数F^-1，模拟出该智能车自动驾驶系统出现故障的里程，当行驶总里程达到该里程时，判定自动驾驶系统发生故障，通过改变威布尔分布的参数，可以模拟自动驾驶系统不同的失效行为。