【10】 V2X仿真测试平台技术研究 张莹1，杨波1，李学庆2，冯其高1，蔡之骏1 【摘 要】随着汽车保有量快速增长，交通问题愈发严重，V2X在智能交通领域作用越来越重要。V2X OBU将成为智能网联汽车中的重要零部件，着重介绍了对OBU的仿真测试，包括V2X仿真平台设计和V2X硬件在环测试平台设计，可以极大地减少实车测试和标定的成本和风险，弥补了当前行业对V2X台架功能测试方案的缺失。 【关键词】V2X；仿真；硬件在环测试；标定 doi:10.3969/j.issn.1006-1010.2020.11.010 文章编号：1006-1010(2020)11-0065-05 引用格式：张莹,杨波,李学庆,等. V2X仿真测试平台技术研究[J]. 移动通信, 2020,44(11): 65-69. 随着汽车数量飞速增长，交通安全事故急剧上升，道路拥堵等问题愈发严重，V2X技术逐渐成为行业研究热点，通过车联网实现车路人互联，可以显著提高行车安全，优化交通状况，减少汽车能耗 [1] 。全国通信标准化技术标委会（CCSA）、全国汽车标准化技术委员会和全国智能运输系统标准化技术委员会等组织均在积极制定V2X相关标准，而具备V2X功能的车载产品（OBU）也已基本完成了功能开发。 当前，各车厂正在准备进行V2X OBU的量产，中国信息通信研究院也通过示范运行等活动对各车厂的OBU进行了消息一致性测试 [2] 。OBU的正式量产除了需要满足一致性测试以外，还需包括功能测试，但行业内对OBU功能的测试方法和标准仍不明确，本文着重于OBU的HIL测试台架，通过模拟车辆和道路等信息，对OBU的通信功能和预警功能进行了完整的测试，保证量产后的驾乘体验性 [3] 。 1 V2X仿真平台 在OBU开发初期，所有的算法应该进行充分的验证后再集成到硬件上，基于Simulink和Prescan搭建的V2X仿真平台可以建立道路和车辆模型，在Simulink中导入V2X算法后即可进行标定和验证，减少对硬件和通讯的依赖，提前进行算法标定和验证。 1.1 车辆和道路模型 （1）车辆模型 针对V2X仿真技术平台，主要从事基于车与车、车与人、车与路侧单元的通信，获取周围车-路-人之间的信息，进行驾驶辅助的应用。根据《合作式智能交通系统 车用通信系统应用层及应用数据交互标准》构建的场景应用，主要研究车辆在预期的轨迹行驶过程中的碰撞预警问题，因此需要准确的建立整车动力学模型。 如图1所示表示二自由度车辆模型，在该模型中，前轮偏转角 δ f 为前轮转角，不考虑后轮转角 ? r =0,a、b为车辆质心ο 1 (x，y)到前、后轴的距离， ? 为车辆的横摆角，则车辆的二自由度模型 如图1所示：
其中 C f 、C r 为前车轮、后车轮的侧偏刚度， ω(t) 为车辆绕Z轴的横摆角速度， m 为整车质量， I 为绕 Z 轴的转动惯量， V x 、V y (t) 为汽车沿车辆坐标系 X 轴和 Y 轴的速度， δ(t) 为前轮转角。 （2）道路模型 V2X仿真技术测试平台利用西门子公司的PreScan软件进行道路模型的搭建，道路模型 如图2所示，在仿真平台中可以搭建直道、弯道、十字交叉路口等不同道路模型。
根据《合作式智能交通系统 车用通信系统应用层及应用数据交互标准》的应用场景，通过分析，不同的场景需要的道路模型 如表1所示。
1.2 V2X算法导入 将车辆模型和道路模型在Simulink中进行导入并生成Simulink模块， 如图3所示，这些模块的输出将作为V2X算法模型的输入，使用Simulink开发的V2X算法模型可以直接拖入环境模型中， 如图4所示，使用输入接口和输出接口将算法和环境模型进行连接。
而使用C代码编写V2X算法需要使用C Caller， 如图5所示，对C代码进行封装成为Simulink模型，如再使用输入接口和输出接口将算法和环境模型进行连接。
2 V2X硬件在环测试平台 OBU在装车前应进行完整的硬件在环测试，减少实车测试的成本和风险，硬件在环测试平台可以模拟不同的场景对OBU的软硬件进行全功能测试。 2.1 硬件在环测试系统 硬件在环测试 如图6所示，测试系统由工控机、机柜、硬件在环控制板、CAN通信设备（CANoe）、GNSS模拟器、车机显示屏和被测OBU组成。其中，工控机、CAN通信设备、硬件在环控制板和GNSS模拟器封装在机柜内，硬件在环控制板与V2X盒子为搭载完整定位、V2X应用及通讯功能的设备，工控机使用车辆仿真软件，如第1节所述的Simulink和Prescan搭建车辆模型与场景模型，模拟实时车辆数据、定位数据及RSU相关数据，并发送至硬件在控制板。该系统中，被测OBU作为主车触发并反馈预警信息，硬件在环测试板可同时作为多个远车及路侧单元RSU，与主车配合测试预警场景；被测OBU与硬件在环控制板通过PC5接口通信。作为主车的被测OBU接受来自GNSS模拟器发送的模拟GPS信号以仿真实车环境下的GPS环境，硬件在环控制板则直接通过PCIE获取车辆场景模型模拟的实时GPS信号。 注意到在V2X应用场景中，互相通信的V2X设备的时间必须同步，因此本文所述硬件在环测试系统中，被测OBU与硬件在环控制板均通过解析GNSS模拟器广播的定位信息获取1PPS信号从而达到时间同步。 同时，系统所用V2X设备均从CANoe获取车辆速度、加速度、航向角、方向盘转角等实时车辆数据（CAN信号）。硬件在环控制板可同时作为多个远车和RSU进行复杂场景模拟，因此可以方便地进行场景扩充及拓展。被测OBU计算的实时预警信息通过CAN总线发送给车机显示屏，以仿真真实的实车预警环境。
该系统基本测试流程 如图7所示：
2.2 硬件在环控制板 硬件在环控制板用于发射模拟环境中场景车和路侧设备的消息，BSM、MAP等消息的频率大于等于10 Hz，如果需要模拟20台车和路侧设备的话，硬件在环控制板的设计需要按照200 Hz的发射要求进行。 硬件在环控制板通过PCIE与工控机连接，获取仿真平台中车辆和路侧设备的信息，在SoC中对这些信息按照标准进行封装。 如图8所示，硬件在环控制板由一个SoC和4个LTE-V模组组成，SoC用于处理和工控机的交互，获取仿真平台中场景车和路侧设备的信息。SoC通过SPI分别与4个LTE-V模组连接，LTE-V模组与V2X天线连接，将场景车和路侧设备的信息通过空口对外广播出去。
3 实验验证 将OBU接入V2X仿真平台和V2X硬件在环测试平台进行测试验证，可以快速地对控制参数进行调优， 如图9和图10所示分别为基于V2X的ACC控制优化前和优化后的控制结果。参数优化后，加速度和速度的变化更加平滑，提升了ACC驾驶的舒适性，同时与场景车的距离也保持在安全的范围内。
4 结束语 本文对V2X仿真平台和V2X硬件在环测试平台进行了研究，着重介绍了车辆模型建模、道路模型建模、V2X算法导入、硬件在环测试系统搭建和硬件在环控制板设计，通过模拟车辆和道路等信息，对OBU的通信功能和预警功能进行了完整的测试，保证量产后的驾乘体验性。 doi:10.3969/j.issn.1006-1010.2020.11.010 文章编号：1006-1010(2020)11-0065-05 引用格式：张莹,杨波,李学庆,等. V2X仿真测试平台技术研究[J]. 移动通信, 2020,44(11): 65-69. 作者简介 杨波：中级工程师，硕士毕业于北京理工大学，现任广州汽车集团股份有限公司汽车工程研究院5G TBOX项目副总监，从事车联网方向技术研究工作。 李学庆：山东大学计算机科学与技术学院教授、博士生导师，研究方向为人机交互与虚拟现实、计算机图形学、图像处理、计算几何等。 |
