C-V2X仿真測試之虛擬場景設(shè)計

V2X（Vehicle-to-Everything）即車對“萬物”，通過現(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)時交通環(huán)境信息并對其分析，從而更加合理地規(guī)劃行駛路徑，在一定程度上輔助自動駕駛。

搭配V2X系統(tǒng)的車輛可以獲取實(shí)時交通信息并對其分析，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V2X虛擬仿真場景設(shè)計進(jìn)行探索，設(shè)計思路如下圖所示。

圖2 V2X虛擬仿真場景設(shè)計流程

1、V2V場景設(shè)計

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景設(shè)計時，主要考慮車輛的駕駛行為及各車輛之間的相對運(yùn)動關(guān)系，提取關(guān)鍵元素設(shè)計邏輯場景，再結(jié)合具體的功能需求對邏輯場景中的元素進(jìn)行參數(shù)化賦值，生成具體的測試場景。

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虛擬場景設(shè)計。

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）存在追尾碰撞危險時，F(xiàn)CW應(yīng)用將對HV駕駛員進(jìn)行預(yù)警，防止或減輕追尾事故帶來的傷害。

（2）場景設(shè)計

根據(jù)功能定義描述可知，當(dāng)主車（HV）與同車道遠(yuǎn)車（RV）之間的相對距離小于閾值時FCW功能觸發(fā)。因此可設(shè)計以下4種邏輯場景：

場景一：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之間的相對距離小于S（S

圖3 FCW場景一示意圖

場景二：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場景二示意圖

場景三：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FCW功能觸發(fā)，F(xiàn)CW應(yīng)用通過HMI對HV駕駛員進(jìn)行預(yù)警；

圖5 FCW場景三示意圖

場景四（逆向測試場景）：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場景四示意圖

結(jié)合需求文檔，對以上邏輯場景元素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虛擬測試場景。

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）存在碰撞危險時，ICW應(yīng)用將對HV駕駛員進(jìn)行預(yù)警。

（2）場景設(shè)計

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存在碰撞危險時（TTI及DTI小于閾值）ICW功能觸發(fā)。因此可設(shè)計以下2種邏輯場景：

場景一：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)的時間和距離分別為HV_TTI、HV_DTI ，RV到達(dá)P點(diǎn)的時間和距離分別為RV_TTI、RV_DTI；當(dāng)以上TTI和DTI滿足條件時（存在碰撞危險）ICW功能觸發(fā)，ICW應(yīng)用通過HMI對HV駕駛員進(jìn)行預(yù)警；

圖7 ICW場景一示意圖

場景二：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無交叉點(diǎn)），HV到達(dá)P點(diǎn)的時間和距離分別為HV_TTI、HV_DTI，RV到達(dá)P點(diǎn)的時間和距離分別為RV_TTI、RV_DTI；當(dāng)以上TTI和DTI滿足條件時（存在碰撞危險）ICW功能觸發(fā)，ICW應(yīng)用通過HMI對HV駕駛員進(jìn)行預(yù)警；

圖8 ICW場景二示意圖

結(jié)合需求文檔，對以上邏輯場景元素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虛擬測試場景。

2、V2I場景設(shè)計

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景設(shè)計時，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)計邏輯場景，再結(jié)合具體的功能需求對邏輯場景中的元素進(jìn)行參數(shù)化設(shè)置，生成具體的測試場景。

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虛擬場景設(shè)計。

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）場景設(shè)計

根據(jù)功能定義描述可知，當(dāng)HV駛?cè)肭胺綐?biāo)識牌有效范圍區(qū)域時，IVS功能觸發(fā)。因此可設(shè)計邏輯場景：

場景一：HV以速度V0保持勻速行駛，前方有潮汐車道，當(dāng)HV在標(biāo)牌有效時間內(nèi)駛?cè)霕?biāo)牌有效區(qū)域時，IVS功能觸發(fā)，IVS應(yīng)用通過HMI將標(biāo)牌信息顯示給HV駕駛員；

圖9 IVS場景一示意圖

結(jié)合需求文檔，對以上邏輯場景元素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虛擬測試場景。

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)過有信號控制的交叉口（車道），車輛存在不按信號燈規(guī)定或指示行駛的風(fēng)險時，RLVW應(yīng)用對駕駛員進(jìn)行預(yù)警。

（2）場景設(shè)計

根據(jù)功能定義描述可知，當(dāng)HV駛向前方有信號燈控制的交叉口（車道）且存在闖紅燈風(fēng)險時，RLVW功能觸發(fā)。因此可設(shè)計邏輯場景：

場景一：HV在左轉(zhuǎn)（直行）車道上以恒定速度V0駛向有信號燈控制的交叉口，當(dāng)前左轉(zhuǎn)（直行）車道信號燈狀態(tài)為紅燈，且紅燈剩余時間大于HV到達(dá)路口停止線的時間；HV存在闖紅燈危險，此時RLVW功能觸發(fā)，RLVW應(yīng)用通過HMI對HV駕駛員進(jìn)行預(yù)警；

圖10 RLVW場景一示意圖

結(jié)合需求文檔，對以上邏輯場景元素HV行駛速度V0、HV所在車道及車道匹配的信號燈狀態(tài)（燈色、時間）進(jìn)行參數(shù)化賦值，生成具體的RLVW虛擬測試場景。

3、V2P場景設(shè)計

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景設(shè)計時，主要考慮弱勢交通參與者與車輛之間的相對運(yùn)動關(guān)系，提取關(guān)鍵元素設(shè)計邏輯場景，再結(jié)合具體的功能需求對邏輯場景中的元素進(jìn)行參數(shù)化設(shè)置，生成具體的測試場景。

下面以弱勢交通參與者碰撞預(yù)警（VRUCW）為例詳細(xì)介紹V2P虛擬場景設(shè)計。

3.1弱勢交通參與者碰撞預(yù)警（VRUCW）

（1）功能定義

弱勢交通參與者碰撞預(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交通參與者，包括行人、自行車、電動自行車等）存在碰撞危險時，VRUCW應(yīng)用將對車輛駕駛員進(jìn)行預(yù)警，也可對行人進(jìn)行預(yù)警。

（2）場景設(shè)計

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時，VRUCW功能觸發(fā)。因此可設(shè)計邏輯場景：

場景一：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，VRUCW功能觸發(fā)，VRUCW應(yīng)用通過HMI對HV駕駛員進(jìn)行預(yù)警；

圖11 VRUCW場景一示意圖

場景二：HV在倒車時，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，VRUCW功能觸發(fā)，VRUCW應(yīng)用通過HMI對HV駕駛員進(jìn)行預(yù)警；

圖12 VRUCW場景二示意圖

場景三（逆向測試場景）：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，VRUCW功能未觸發(fā)；

圖13 VRUCW場景三示意圖

結(jié)合需求文檔，對以上邏輯場景元素HV行駛速度V0、弱勢交通參與者類型P、行駛速度V1進(jìn)行參數(shù)化賦值，生成具體的VRUCW虛擬測試場景。

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虛擬仿真場景的設(shè)計思路及方法，對于CSAE 157-2020（第二階段）中的功能應(yīng)用，場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，搭建的虛擬場景如下：

視頻（請聯(lián)系北匯信息獲?。?/span>

協(xié)作式車輛編隊(duì)管理（CPM）

本文中V2X虛擬仿真場景設(shè)計是基于仿真軟件DYNA4實(shí)現(xiàn)的，DYNA4支持場景建模、傳感器建模及動力學(xué)建模等功能，大家有這方面需求的話可與我們聯(lián)系。

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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。