开源CSPACE实时仿真系统助力新能源智能汽车研发与测试

背景

       汽车工业近年来发展迅速，技术创新改变了我们设计、制造和测试汽车的方式。汽车测试是汽车行业的一个重要方面，因为它确保了安全性、可靠性和符合行业法规。然而，汽车研发与测试参与者面临着各种挑战，这些挑战可能会阻碍他们的进步并影响他们的整体成功。

       以新能源车产业为例，产业企业需要融合多种变革性技术，着力补齐短板、拉长长板、锻造新板，特别是电池技术、电动驱动系统、充电基础设施等方面实现融合创新提高车辆的续航能力、充电效率和用户体验，同时优化生产过程、降低生产成本，提高产业的竞争力和盈利能力。

解决方案

       针对智能化汽车研发与测试，以中科深谷核心产品CSPACE-RT为仿真控制平台构建基于模型设计的仿真与测试一体化应用平台，结合各种先进虚拟仿真系统，建立先进汽车控制系统设计开发体系、软硬件在环测试与系统实现技术，满足多传感器、多车型、多主机厂等用户开发、测试需求。

图|系统+汽车行业解决方案

01  车辆智能驾驶

       车辆智能驾驶模拟系统科研平台基于CSPACE实时仿真控制系统，主要用于模拟各种车辆在不同的路况、交通环境下的驾驶情况，以及对车辆运动控制技术或控制算法的仿真和验证。

图|系统+智能驾驶

02   通用化动力测试平台

图|系统+汽车发动机动力系统测试

       基于CSPACE及高精度数据采集卡打造的汽车主动刹车系统（AEB），是一种为了更高效自动的避免人员伤亡、保护个人财产安全而设计的一种新型智能系统。通过CSPACE-RT及多种工业总线通讯卡、数据采集卡构建快速控制原型，实现高效仿真测试。

图|系统+汽车主动刹车控制系统

       采用CSPACE-RT实时仿真系统硬件平台及高精度数据采集卡模拟汽车ECU控制器，并通过改进传统汽车转向控制策略，提高车辆低速行驶灵敏性，改善高速时行驶的稳定性。

图|系统+汽车主动转向控制

03   智能驾驶HIL仿真测试

       测试场景是开展自动驾驶汽车测试评价的重要前提，基于场景的自动驾驶汽车测试方法是实现加速测试、加速评价的有效途径。由于真实交通场景复杂多变，场景特征要素需求尚未清晰，难以实现测试场景全覆盖。因此，基于道路交通规则和交通安全现状，需要结合典型的道路交通情景、道路交通事故、道路交通违法等真实驾驶场景，设计一种测试场景自动重构方法，通过解构真实场景并自由多种组合场景要素从而构建更丰富的测试场景。

智能驾驶HIL仿真测试解决方案

01

测试模式一

       由高性能场景主机+ADS 域控制器+VCU 整车控制器+实时系统+实车台架形成大闭环 HIL 测试台架，在高性能场景主机里通过 Prescan 软件搭建 ADAS 测试场景，并将环境感知信息通过以太网输出给 ADS 域控制器，ADS 域控制 器通过 CAN 信号将控制指令传送至 VCU，VCU 按照指令驱动台架执行相关控制，并收集反馈信号后通过 CAN 信号发送至 CSPACE 实时系统，CSPACE实时系统根据实际台架执行响应调整自车动力学属性，并通过以太网反馈至高性能场景主机以改变当前车辆运动姿态。此模式根据真实硬件执行情况作为智驾功能开发测试依据，可以更加准确地标定功能算法。*转向模型和实际转角可分别参与仿真。

模式一功能：（用例场景实现自车的横向变道以及跟车减速）功能场景：高速行车三车道场景，右前车道有辆速度慢于自车的行驶车辆。（具有高速公路定义、交通参与车辆定义，输出目标级交通车辆信息、定位信息通过以太网通讯给 ADS）；ADS 通过以太网接收传感器采集的数据，建立当前自车周围环境模型，然后计算运行 op-planner 规划算法，开放碰撞条件判断及 cost 函数设计接口，进行轨迹簇筛选，计算出自车运行控制的车速以及转角控制值，通过 CAN 总线通讯传传输车速及目标转角至 VCU；VCU 接收到 ADS 的控制指令后，进行底层线控控制台架驱动、制动控制等执行（（真实制动压力闭环及目标转角闭环，开放车速闭环及转角闭环控制器接口）， 通过 CAN 总线与 CSPACE 实时系统通讯。同时CSPACE实时机运行转向系统模型、驱动负载模型、接受压力闭环数据至制动轮缸模型，实时反馈车辆位置和姿态，并通过以太网通讯与场景主机通讯，将自身车辆状态反馈至场景主机，实现场景里自车的横向变道和减速动作。

02

测试模式二

       由高性能场景主机+ADS 域控制器+VCU 整车控制器+NI 实时系统可形成闭环的 PIL 测试台架，根据CSPACE实时系统车辆动力学模型反馈结果可快速验证智驾应用层算法和 VCU 控制算法。

模式二功能： 

功能场景：低速园区场景（具有场景定义、交通参与车辆、行人定义，输出激光雷达点云数据、定位信息通过以太网通讯给 ADS），；

智驾功能算法：ADS 运行 NDT 建图定位算法，栅格地图导入，运行 A*算法，开放控制接口，运行预瞄控制算法，开放预瞄距离及 PID 控制参数设置，通过 CAN 总线通讯传传输车速及目标转角至 VCU；

执行控制算法：VCU 进行底层线控控制（目标制动压力闭环及目标转角闭环，开放车速闭环及转角闭环控制器接口），通过 CAN 总线与 CSPACE实时系统通讯；

实时动力学：运行制动系统模型、转向系统模型、接受 VCU 制动压力及转向转矩控制指令，实时反馈车辆位置和姿态，通过以太网通讯与场景主机通讯。

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测试模式三

模式三功能：

功能场景：Carsim 动力学场景（麋鹿测试场景、车速、横摆角速度、侧向加速度、转角通过 CAN 通讯给 VCU）；

执行控制算法：ESC 汽车电子稳定程序算法，开放理想横摆角速度模型、DYC 直接横摆力矩控制模型及制动力分配模型，（目标制动压力闭环），通过 CAN 总线与 CSPACE实时系统通讯；

实时动力学：运行制动系统模型、转向系统模型、接受 VCU 制动压力，实时反馈车辆位置和姿态，通过以太网通讯与场景主机通讯。

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测试模式四

由高性能       场景主机+ADS 域控制器可形成闭环的 PIL 测试台架，高性能场景主机运行智能驾驶功能场景和车辆运动模型，ADS 域控制器做智驾功能控制算法。即 ADS 域控制器根据智驾功能做出控制指令后，输出给场景里自车运动模型。

模式四功能：

功能场景：低速园区场景（具有场景定义、交通参与车辆、行人定义，输出激光雷达点云数据、定位信息通过以太网通讯给 ADS），；

智驾功能算法：ADS 运行 NDT 建图定位算法，栅格地图导入，运行 A*算法，开放控制接口，运行预瞄控制算法，开放预瞄距离及 PID 控制参数设置，通过 CAN 总线通讯控制 prescan 车辆运动学模型。

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测试模式五

       由高性能场景主机+VCU 整车控制器+实时系统+实车台架+驾驶员形成驾驶员在环闭环 HIL 测试台架。驾驶员操作实车台架执行部件，VCU 采集选换挡、油门踏板、制动踏板等指令信号，CSPACE实时系统采集制动压力，方向盘转角等信号，并建立车辆动力学模型，反馈至高性能场景主机，将驾驶员真实驾驶意图融入至仿真场景中。

模式五功能： 

功能场景：高速行车场景（具有高速公路定义、交通参与车辆、行人定义）；

执行控制算法：VCU 采集座舱方向盘、档位、油门及制动输入，通过 CAN总线将开环数据接口传递给实时动力学模型；

实时动力学：运行转向系统模型、驱动负载模型、接受压力闭环数据至制动轮缸模型，实时反馈车辆位置和姿态；通过以太网通讯与场景主机通讯；

测功机：实时进行驱动负载加载，CSPACE实时主机通过 CAN 总线与负载系统通讯。

HIL仿真测试系统的优势

1、场景搭建便捷：应用Driving Scenario Designer、RoadRunner快速搭建仿真场景。

2、车辆动力学真实：应用CSPACE快速原型建立实时仿真系统。

       汽车行业从手动测试转向自动化测试的决定将对质量保证流程的效率和有效性产生重大影响。中科深谷以先进的科研设备（CSPACE实时仿真控制系统）和算法控制为核心技术，建立了通用化动力测试平台，旨在设计一套实用可行、可靠性强的汽车自动化测试解决方案，旨在推动汽车行业安全、高质量发展。

       中科深谷长期扎根于产业，聚焦人工智能与机器人核心器件研发与产业化，同时立足教育、深化产教融合，为企业及高校科研院所提供中高端智能装备、实验室建设、产学研合作、师资培训、专业建设、课程资源开发、创新创业等一体化服务。