一种用于评价人机共驾可靠性的实验平台制造技术

本发明专利技术涉及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，本发明专利技术具有结构简单、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。

An experimental platform for evaluating the reliability of man-machine driving

The invention relates to a drive experimental platform for the evaluation of the reliability of UAV, the Matlab platform collocation everywhere on the market with the experimental system to accelerate the direction of pedal and brake pedal disc set up a total of driving behavior based on man-machine evaluation, design the automatic driving module and man-machine interface, construct the generation and control switch fault detection module. Formed a complete set of man-machine drive reliability test method. Compared with the existing driving simulator does not have man-machine drive function, simulation function, high cost, and poor development of automatic driving system fault, the invention has the advantages of simple structure, convenient operation, easy installation, reliable performance, low price and easy popularization, and has two times the development of good, for the study of human total driving reliability has important practical value.

【技术实现步骤摘要】
一种用于评价人机共驾可靠性的实验平台
本专利技术属于自动驾驶模拟实验
，更具体地说，本专利技术涉及一种用于评价人机共驾可靠性的实验平台。
技术介绍
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，本专利技术提出一种用于人机共驾的人在环虚拟实验平台。
技术实现思路
本专利技术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，本专利技术具有结构简单、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。本专利技术的技术方案如下：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/3Danimation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/3Danimation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。所述实验平台的工作流程如下：a.实验驾驶员通过方向盘、加速踏板和制动踏板驾驶实验主车辆；b.当实验开始时，后台根据事先设定好的智能车失效概率分布模拟出此次实验车辆自动驾驶系统的出现失效的行驶里程。c.车辆行驶稳定后实验驾驶员通过方向盘上的按键将车辆驾驶模式切换为自动驾驶模式，此时驾驶员不控制车辆运动，但时刻保持着对智能车辆行驶状态的监控；d.自动驾驶过程中突发性事件模块随机模拟横穿公路的行人(该事件自动驾驶系统无法识别)，需要驾驶员需要接管车辆的控制权。e.当实验车辆行驶总里程达到步骤c中模拟出的失效里程时，自动驾驶将不能正确地控制车辆的行驶，此时驾驶员需要通过方向盘和加速踏板制动踏板重新接管车辆的控制权。f.驾驶行为管理模块记录突发事件的相关信息以及自动驾驶系统故障发生的时间和接管过程中驾驶员输入的方向盘转角、加速踏板和制动踏板深度、车辆的行驶参数以及是否与其他车辆发生碰撞等信息。本专利技术的有益效果在于：1.本专利技术融合了手动驾驶与自动驾驶功能，克服了驾驶模拟器不具备人机共驾功能的局限性。2.本专利技术可以模拟人机共驾型智能车自动驾驶系统的失效行为。3.本专利技术的硬件设备包括PC机、显示屏以及USB接口加速踏板、制动踏板和方向盘，价格低廉；软件平台基于Matlab的3DAnimation工具箱实现，与Simulink无缝对接，编程方便。这使得用户可以将更多的精力投入到人机共驾可靠性实验本身上，便于工程师和科研人员使用。综上所述：本专利技术功能完善、成本低、易于普及，为新型智能车人机共驾可靠性实验数据采集提供了一种安全、方便的实验平台。附图说明图1为本专利技术的人机共驾方式示意图；图2为本专利技术的人机共驾虚拟实验系统总体框架图。具体实施方法下面结合附图对本专利技术的实施方式作进一步的详细说明。本专利技术提供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/3Danimation工具箱的PC机以及含油门和制动踏板的方向盘组成；所述的显示屏：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；所述的PC机：用于实时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；所述的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/3Danimation工具箱的PC机包含交通场景模块、智能车模块以及驾驶行为管理模块；所述交通场景模块包括静态虚拟场景和动态虚拟场景三维模型，供3DAnimation工具箱中自动驾驶模块调用，同时供数据记录模块记录信息。其中静态虚拟场景主要包括：道路、车道线、标识牌以及周边环境；动态虚拟场景主本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于评价人机共驾可靠性实验平台，其特征在于：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；所述的显示屏：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；所述的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；所述的装有基于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，包含交通场景模块、智能车模块以及驾驶行为管理模块；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、故障发生模块、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。...

【技术特征摘要】
1.一种用于评价人机共驾可靠性实验平台，其特征在于：由虚拟场景显示屏、装有基于Matlab/3Danimation工具箱的PC机以及含油门和制动踏板的方向盘组成；所述的显示屏：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；所述的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；所述的装有基于Matlab/3Danimation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，包含交通场景模块、智能车模块以及驾驶行为管理模块；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...

【专利技术属性】
技术研发人员：施树明，徐超，岳柄剑，牟宇，李文茹，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林,22