V2X(Vehicle-to-Everything)即車對(duì)“萬(wàn)物”,通過(guò)現(xiàn)代通信與網(wǎng)絡(luò)技術(shù),實(shí)現(xiàn)車與外界的信息交換共享(實(shí)時(shí)路況、道路信息、行人信息等一系列交通信息),從而提高駕駛安全性、降低交通擁堵、提高交通效率。
圖1 V2X組織架構(gòu)圖
V2X主要包含V2V (Vehicle-to-Vehicle), V2I (Vehicle-to-Infrastructure), V2P (Vehicle-to-Pedestrian)和V2N (Vehicle-to-Network)。搭配V2X系統(tǒng)的車輛可以獲取實(shí)時(shí)交通環(huán)境信息并對(duì)其分析,從而更加合理地規(guī)劃行駛路徑,在一定程度上輔助自動(dòng)駕駛。
搭配V2X系統(tǒng)的車輛可以獲取實(shí)時(shí)交通信息并對(duì)其分析,更加合理地規(guī)劃行駛路徑,在一定程度上輔助自動(dòng)駕駛。
本文基于《CSAE 53-2020合作式智能運(yùn)輸系統(tǒng) 車用通信系統(tǒng)應(yīng)用層及應(yīng)用數(shù)據(jù)交互標(biāo)準(zhǔn)》對(duì)V2X虛擬仿真場(chǎng)景設(shè)計(jì)進(jìn)行探索,設(shè)計(jì)思路如下圖所示。
圖2 V2X虛擬仿真場(chǎng)景設(shè)計(jì)流程
1、V2V場(chǎng)景設(shè)計(jì)
V2V (Vehicle-to-Vehicle)即車載單元之間通信。在進(jìn)行該類功能的虛擬場(chǎng)景設(shè)計(jì)時(shí),主要考慮車輛的駕駛行為及各車輛之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系,提取關(guān)鍵元素設(shè)計(jì)邏輯場(chǎng)景,再結(jié)合具體的功能需求對(duì)邏輯場(chǎng)景中的元素進(jìn)行參數(shù)化賦值,生成具體的測(cè)試場(chǎng)景。
下面以前向碰撞預(yù)警(FCW)、交叉路口碰撞預(yù)警(ICW)為例詳細(xì)介紹V2V虛擬場(chǎng)景設(shè)計(jì)。
1.1前向碰撞預(yù)警(FCW)
(1)功能定義
前向碰撞預(yù)警(Forward Collision Warning)是指,主車(HV)在車道上行駛,與在正前方同一車道的遠(yuǎn)車(RV)存在追尾碰撞危險(xiǎn)時(shí),F(xiàn)CW應(yīng)用將對(duì)HV駕駛員進(jìn)行預(yù)警,防止或減輕追尾事故帶來(lái)的傷害。
(2)場(chǎng)景設(shè)計(jì)
根據(jù)功能定義描述可知,當(dāng)主車(HV)與同車道遠(yuǎn)車(RV)之間的相對(duì)距離小于閾值時(shí)FCW功能觸發(fā)。因此可設(shè)計(jì)以下4種邏輯場(chǎng)景:
場(chǎng)景一:HV以速度V0保持勻速行駛,RV在HV前方同車道距離X1處以初速度V1、減速度a減速行駛,當(dāng)HV與RV之間的相對(duì)距離小于S(S
圖3 FCW場(chǎng)景一示意圖
場(chǎng)景二:HV以速度V0保持勻速行駛,RV在HV前方同車道距離X1處以速度V1(V1
圖4 FCW場(chǎng)景二示意圖
場(chǎng)景三:HV以速度V0保持勻速行駛,RV在HV前方相鄰相鄰車道距離X1(X1<=S)處以速度V1行駛并突然變道至HV所在車道,此時(shí)FCW功能觸發(fā),F(xiàn)CW應(yīng)用通過(guò)HMI對(duì)HV駕駛員進(jìn)行預(yù)警;
圖5 FCW場(chǎng)景三示意圖
場(chǎng)景四(逆向測(cè)試場(chǎng)景):HV以速度V0保持勻速行駛,RV在HV前方相鄰車道距離X1(X1<=S)處以速度V1(V1<=V0)保持勻速行駛,F(xiàn)CW功能未觸發(fā);
圖6 FCW場(chǎng)景四示意圖
結(jié)合需求文檔,對(duì)以上邏輯場(chǎng)景元素HV行駛速度V0、RV行駛速度V1、RV減速度a及車道類型(直道、彎道)進(jìn)行參數(shù)化賦值,生成具體的FCW虛擬測(cè)試場(chǎng)景。
1.2交叉路口碰撞預(yù)警ICW
(1)功能定義
交叉路口碰撞預(yù)警(Intersection Collision Warning)是指,主車(HV)駛向交叉路口,與側(cè)向行駛的遠(yuǎn)車(RV)存在碰撞危險(xiǎn)時(shí),ICW應(yīng)用將對(duì)HV駕駛員進(jìn)行預(yù)警。
(2)場(chǎng)景設(shè)計(jì)
根據(jù)功能定義描述可知,HV駛向交叉路口并與任意一輛駛向同一路口的RV存在碰撞危險(xiǎn)時(shí)(TTI及DTI小于閾值)ICW功能觸發(fā)。因此可設(shè)計(jì)以下2種邏輯場(chǎng)景:
場(chǎng)景一:HV以恒定速度V0駛向前方交叉路口(角度α),RV在 HV左側(cè)以恒定速度V1駛向路口并與HV相交于P點(diǎn),HV到達(dá)P點(diǎn)的時(shí)間和距離分別為HV_TTI、HV_DTI ,RV到達(dá)P點(diǎn)的時(shí)間和距離分別為RV_TTI、RV_DTI;當(dāng)以上TTI和DTI滿足條件時(shí)(存在碰撞危險(xiǎn))ICW功能觸發(fā),ICW應(yīng)用通過(guò)HMI對(duì)HV駕駛員進(jìn)行預(yù)警;
圖7 ICW場(chǎng)景一示意圖
場(chǎng)景二:HV以恒定速度V0駛向前方交叉路口(角度α),RV在 HV右側(cè)以恒定速度V1駛向路口(與HV無(wú)交叉點(diǎn)),HV到達(dá)P點(diǎn)的時(shí)間和距離分別為HV_TTI、HV_DTI,RV到達(dá)P點(diǎn)的時(shí)間和距離分別為RV_TTI、RV_DTI;當(dāng)以上TTI和DTI滿足條件時(shí)(存在碰撞危險(xiǎn))ICW功能觸發(fā),ICW應(yīng)用通過(guò)HMI對(duì)HV駕駛員進(jìn)行預(yù)警;
圖8 ICW場(chǎng)景二示意圖
結(jié)合需求文檔,對(duì)以上邏輯場(chǎng)景元素HV_TTI、HV_DTI、RV_TTI、RV_DTI及交叉路口角度α進(jìn)行參數(shù)化賦值,生成具體的ICW虛擬測(cè)試場(chǎng)景。
2、V2I場(chǎng)景設(shè)計(jì)
V2I (Vehicle-to- Infrastructure)即車載單元與路側(cè)單元通信。在進(jìn)行該類功能的虛擬場(chǎng)景設(shè)計(jì)時(shí),主要考慮交通環(huán)境信息(交通標(biāo)志、交通事件、交通燈及道路信息),提取關(guān)鍵元素設(shè)計(jì)邏輯場(chǎng)景,再結(jié)合具體的功能需求對(duì)邏輯場(chǎng)景中的元素進(jìn)行參數(shù)化設(shè)置,生成具體的測(cè)試場(chǎng)景。
下面以車內(nèi)標(biāo)牌(IVS)、闖紅燈預(yù)警(RLVW)為例詳細(xì)介紹V2I虛擬場(chǎng)景設(shè)計(jì)。
2.1車內(nèi)標(biāo)牌(IVS)
(1)功能定義
車內(nèi)標(biāo)牌(In-Vehicle Signage)是指,當(dāng)裝載車載單元(OBU)的HV收到由路側(cè)單元(RSU)發(fā)送的道路數(shù)據(jù)以及交通標(biāo)牌信息,IVS應(yīng)用將給予駕駛員相應(yīng)的交通標(biāo)牌提示,保證車輛的安全行駛。
(2)場(chǎng)景設(shè)計(jì)
根據(jù)功能定義描述可知,當(dāng)HV駛?cè)肭胺綐?biāo)識(shí)牌有效范圍區(qū)域時(shí),IVS功能觸發(fā)。因此可設(shè)計(jì)邏輯場(chǎng)景:
場(chǎng)景一:HV以速度V0保持勻速行駛,前方有潮汐車道,當(dāng)HV在標(biāo)牌有效時(shí)間內(nèi)駛?cè)霕?biāo)牌有效區(qū)域時(shí),IVS功能觸發(fā),IVS應(yīng)用通過(guò)HMI將標(biāo)牌信息顯示給HV駕駛員;
圖9 IVS場(chǎng)景一示意圖
結(jié)合需求文檔,對(duì)以上邏輯場(chǎng)景元素HV行駛速度V0、標(biāo)牌類型(潮汐車道、限速等)進(jìn)行參數(shù)化賦值,生成具體的IVS虛擬測(cè)試場(chǎng)景。
2.2闖紅燈預(yù)警(RLVW)
(1)功能定義
闖紅燈預(yù)警(Red Light Violation Warning)是指,主車(HV)經(jīng)過(guò)有信號(hào)控制的交叉口(車道),車輛存在不按信號(hào)燈規(guī)定或指示行駛的風(fēng)險(xiǎn)時(shí),RLVW應(yīng)用對(duì)駕駛員進(jìn)行預(yù)警。
(2)場(chǎng)景設(shè)計(jì)
根據(jù)功能定義描述可知,當(dāng)HV駛向前方有信號(hào)燈控制的交叉口(車道)且存在闖紅燈風(fēng)險(xiǎn)時(shí),RLVW功能觸發(fā)。因此可設(shè)計(jì)邏輯場(chǎng)景:
場(chǎng)景一:HV在左轉(zhuǎn)(直行)車道上以恒定速度V0駛向有信號(hào)燈控制的交叉口,當(dāng)前左轉(zhuǎn)(直行)車道信號(hào)燈狀態(tài)為紅燈,且紅燈剩余時(shí)間大于HV到達(dá)路口停止線的時(shí)間;HV存在闖紅燈危險(xiǎn),此時(shí)RLVW功能觸發(fā),RLVW應(yīng)用通過(guò)HMI對(duì)HV駕駛員進(jìn)行預(yù)警;
圖10 RLVW場(chǎng)景一示意圖
結(jié)合需求文檔,對(duì)以上邏輯場(chǎng)景元素HV行駛速度V0、HV所在車道及車道匹配的信號(hào)燈狀態(tài)(燈色、時(shí)間)進(jìn)行參數(shù)化賦值,生成具體的RLVW虛擬測(cè)試場(chǎng)景。
3、V2P場(chǎng)景設(shè)計(jì)
V2P (Vehicle to Pedestrians)即車載單元與行人設(shè)備通信。在進(jìn)行該類功能的虛擬場(chǎng)景設(shè)計(jì)時(shí),主要考慮弱勢(shì)交通參與者與車輛之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)關(guān)系,提取關(guān)鍵元素設(shè)計(jì)邏輯場(chǎng)景,再結(jié)合具體的功能需求對(duì)邏輯場(chǎng)景中的元素進(jìn)行參數(shù)化設(shè)置,生成具體的測(cè)試場(chǎng)景。
下面以弱勢(shì)交通參與者碰撞預(yù)警(VRUCW)為例詳細(xì)介紹V2P虛擬場(chǎng)景設(shè)計(jì)。
3.1弱勢(shì)交通參與者碰撞預(yù)警(VRUCW)
(1)功能定義
弱勢(shì)交通參與者碰撞預(yù)警(Vulnerable Road User Collision Warning)是指,HV在行駛中,與周邊行人(P,Pedestrian;含義拓展為廣義上的弱勢(shì)交通參與者,包括行人、自行車、電動(dòng)自行車等)存在碰撞危險(xiǎn)時(shí),VRUCW應(yīng)用將對(duì)車輛駕駛員進(jìn)行預(yù)警,也可對(duì)行人進(jìn)行預(yù)警。
(2)場(chǎng)景設(shè)計(jì)
根據(jù)功能定義描述可知,當(dāng)HV與周邊行人存在碰撞危險(xiǎn)時(shí),VRUCW功能觸發(fā)。因此可設(shè)計(jì)邏輯場(chǎng)景:
場(chǎng)景一:HV以速度V0保持勻速行駛,側(cè)前方有行人橫穿馬路,行駛速度為V1;HV與P存在碰撞危險(xiǎn),VRUCW功能觸發(fā),VRUCW應(yīng)用通過(guò)HMI對(duì)HV駕駛員進(jìn)行預(yù)警;
圖11 VRUCW場(chǎng)景一示意圖
場(chǎng)景二:HV在倒車時(shí),側(cè)后方有行人橫穿馬路,行駛速度為V1;HV與P存在碰撞危險(xiǎn),VRUCW功能觸發(fā),VRUCW應(yīng)用通過(guò)HMI對(duì)HV駕駛員進(jìn)行預(yù)警;
圖12 VRUCW場(chǎng)景二示意圖
場(chǎng)景三(逆向測(cè)試場(chǎng)景):HV以速度V0保持勻速行駛,側(cè)前方有行人與HV同向行駛,行駛速度為V1;HV與P不存在碰撞危險(xiǎn),VRUCW功能未觸發(fā);
圖13 VRUCW場(chǎng)景三示意圖
結(jié)合需求文檔,對(duì)以上邏輯場(chǎng)景元素HV行駛速度V0、弱勢(shì)交通參與者類型P、行駛速度V1進(jìn)行參數(shù)化賦值,生成具體的VRUCW虛擬測(cè)試場(chǎng)景。
4、總結(jié)
本文舉例詳細(xì)介紹了CSAE 53-2020(第一階段)中V2V、V2I及V2P虛擬仿真場(chǎng)景的設(shè)計(jì)思路及方法,對(duì)于CSAE 157-2020(第二階段)中的功能應(yīng)用,場(chǎng)景搭建思路及方法與之類似,以協(xié)作式車輛編隊(duì)管理(CPM)為例,搭建的虛擬場(chǎng)景如下:
視頻(請(qǐng)聯(lián)系北匯信息獲?。?/span>
協(xié)作式車輛編隊(duì)管理(CPM)
本文中V2X虛擬仿真場(chǎng)景設(shè)計(jì)是基于仿真軟件DYNA4實(shí)現(xiàn)的,DYNA4支持場(chǎng)景建模、傳感器建模及動(dòng)力學(xué)建模等功能,大家有這方面需求的話可與我們聯(lián)系。
北匯信息是德國(guó)Vector公司、德國(guó)Rohde&Schwarz(簡(jiǎn)稱R&S)公司、德國(guó)IPG公司、德國(guó)PikeTec公司、美國(guó)Perforce公司等國(guó)際知名企業(yè)的官方合作伙伴,同時(shí)也是IMT-2020(5G)推進(jìn)組蜂窩車聯(lián)(C-V2X)工作組成員,我們致力與在V2X領(lǐng)域積極開(kāi)展LTE-V2X和5G-V2X的測(cè)試驗(yàn)證技術(shù)研究等工作,積極推動(dòng)中國(guó)V2X的產(chǎn)業(yè)落地,為客戶提供V2X成套測(cè)試系統(tǒng)及服務(wù)。
參考文獻(xiàn)
CSAE 53-2020合作式智能運(yùn)輸系統(tǒng) 車用通信系統(tǒng)應(yīng)用層及應(yīng)用數(shù)據(jù)交互標(biāo)準(zhǔn)(第一階段)
CSAE 157-2020合作式智能運(yùn)輸系統(tǒng) 車用通信系統(tǒng)應(yīng)用層及應(yīng)用數(shù)據(jù)交互標(biāo)準(zhǔn)(第二階段)
文中部分內(nèi)容參考于Vector。
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V2X
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關(guān)注
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