本发明涉及汽车产品开发技术验证，具体涉及一种商用车自动驾驶运动控制技术概念验证孪生试验车系统及其试验方法。
背景技术：
1、驾驶自动化技术是当今汽车行业最热门的技术领域。目前，融合了人工智能、精密传感器和网联通讯等技术的自动驾驶汽车，在可行性与实用性方面取得了显著性进展，正处在由测试示范逐步迈入量产商用阶段的过程中，各国也正在出台相关法规和标准，对驾驶自动化的定义、系统架构和功能等方面进行规范。在商用车领域，自动驾驶技术的应用具有重要的实际意义和市场需求。
2、然而，现有的商用车自动驾驶技术仍面临诸多挑战。首先，商用车通常需要在复杂的交通环境中运行，这要求自动驾驶系统具备高精度的感知和决策能力。其次，运输货物的商用车通常负载极大，这要求自动驾驶系统具备精确的控制能力，以确保车辆的稳定性和安全性。此外，商用车自动驾驶技术还需要考虑法规政策、基础设施等因素，以确保其在实际应用中的可行性。
3、六十年代nasa提出了“概念验证(proof-of-concept,poc)”的概念，用于在新概念和技术从设想向应用转化的过程中，在技术应用的完整系统和运行环境尚不存在或只有部分存在的阶段进行技术原理和可行性的验证，为研究计划决策者提供该技术后续能够达到预期效果的证明。在概念阶段对智能制动系统进行相应验证可以快速地在这些技术方案进入商品化研发流程之前对其可行性和预期效果进行先期测试，有助于研究人员不断的迭代修正方案，同时提升相关企业将技术和概念转化为产品的效率。
4、概念验证试验能够帮助研发人员在技术和产品开发的初期理解其工作原理、场景和未来发展趋势，并评估它是否能满足我们的需求，缩短开发周期，节约开发成本。此外，概念验证也有助于发现和解决潜在的技术问题，确保其安全性和可靠性。汽车运动控制技术需要应对现实世界中的各种复杂和不确定因素，如不同的道路和天气条件、驾驶环境等。通过概念验证，可以模拟这些情况并测试技术的应对能力，确保其能在不同情况下表现良好。因此设计开发一种面向技术概念验证阶段的、对仿真模型精度和硬件完成度依赖较低的、且能真实体现车辆运动控制技术效果的概念验证试验方法是较为必要的。
5、为了能对面向智能制动的商用车自动驾驶运动控制技术的相关技术和产品设想进行早期的概念验证，需要在产品和技术本身未进入商品化开发流程前，构建适用于待测对象的使用环境和相关系统环境。目前，商用车自动驾驶运动控制技术的概念验证试验均在仿真试验系统和硬件在环试验系统中进行，通过在仿真系统中构建试验车模型和运行场景，利用硬件在环试验系统模拟硬件的运行。但是，处于概念验证阶段的待测对象难以构建用于分析功能和性能的精确模型，需要考虑使用快速原理模型、间接测试技术和观测技术来实现相关试验。
6、同时，虽然目前相当一部分的概念验证试验可以依靠仿真测试进行，但自动驾驶运动控制技术开发的最终效果依然需要试验车道路测试来进行最终验证。在开发过程中，概念验证阶段的自动驾驶运动控制技术仿真测试的准确性和有效性不足，产品开发进度也尚不足以完成在试验车上的装配；同时，试验车道路试验的成本高、布置难度大、效率低且场景覆盖广度较低，因此在使用时具有较大的限制。
技术实现思路
1、本发明要解决的技术问题是：提供一种商用车自动驾驶运动控制技术概念验证孪生试验车系统及其试验方法，其具有试验成本低、布置难度低、试验效率高且场景覆盖广度高的特点，能够提升商用车自动驾驶运动控制技术概念验证试验的准确性和有效性。
2、为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：
3、一、一种商用车自动驾驶运动控制技术概念验证孪生试验车系统
4、本发明提供了一种商用车自动驾驶运动控制技术概念验证孪生试验车系统，包括自动驾驶车辆运行场景注入系统、host终端、孪生试验车；
5、所述自动驾驶车辆运行场景注入系统设有虚拟场景构建与注入模块、车辆动力学仿真模块和高精地图模块；所述host终端内置有用于计算试验车预期运动需求的车辆运动控制器；所述孪生试验车搭载有通信设备、车载控制设备、车辆感知设备、执行器和辅助设备；
6、所述自动驾驶车辆运行场景注入系统通过有线或无线通讯方式与所述host终端进行信息交互，所述孪生试验车通过无线通讯方式与所述host终端进行信息交互。
7、进一步的，所述孪生试验车设于试验场地内，所述孪生试验车用于映射待测试目标车辆，所述试验场地用于模拟待测试道路工况，且所述孪生试验车和试验场地的尺寸参数分别由所述待测试目标车辆和待测试道路按照预设比例缩小确定；
8、所述高精地图模块用于获取试验场地路线信息，所述虚拟场景构建与注入模块用于在所述试验场地路线信息的基础上建立与所述试验场地路况相适配的虚拟试验场景，所述车辆动力学仿真模块用于在所述虚拟试验场景中映射所述孪生试验车的实时运动状态，以观察车辆与虚拟场景的交互情况。
9、进一步的，所述host终端实时接收孪生试验车车辆感知设备发送的信息，并转换为对应的车辆运动信息发送至自动驾驶车辆运行场景注入系统，以在所述虚拟试验场景中映射所述孪生试验车的实时运动状态；
10、同时，所述host终端实时接收自动驾驶车辆运行场景注入系统发送的车辆与虚拟场景交互信息，并通过内置的车辆运动控制器计算获得孪生试验车的预期运动需求发送至孪生试验车的车载控制设备，所述车载控制设备根据所述预期运动需求生成对应的控制指令发送至执行器以控制孪生试验车运动。
11、进一步的，所述孪生试验车的车辆感知设备包括车载卫星定位设备、车载摄像头、车载红外传感器、车载加速度传感器和设于车辆载重部分的压力传感器；所述执行器包括齿轮齿条转向机构、转向舵机、轮毂电机和车辆制动器，所述转向舵机连接有舵机驱动模块，所述轮毂电机连接有轮毂电机驱动模块；所述辅助设备包括车辆电池、用于汇总车辆感知设备信号的集线器和用于连接等效牵引车或半挂车的交接机构。
12、进一步的，所述车载卫星定位设备用于测量孪生试验车的当前位置信息和纵横向速度信息，所述舵机驱动模块用于控制车辆转向角度，所述轮毂电机驱动模块用于控制车辆车速，所述车载加速度传感器用于实时获取车辆在预设坐标系内各方向上的加速度。
13、进一步的，所述车载控制设备通过所述通信设备获取host终端发送的预期运动需求，并结合孪生试验车的当前位置信息和纵横向速度信息以及在预设坐标系内各方向上的加速度，生成对应的控制指令发送至所述舵机驱动模块和轮毂电机驱动模块。
14、进一步的，所述舵机驱动模块在接收到指令后，驱动所述转向舵机和齿轮齿条转向机构完成对应的动作控制车辆转向，所述轮毂电机驱动模块在接收到指令后，驱动所述轮毂电机和车辆制动器完成对应的动作控制车辆运动；所述车载控制设备根据所述车辆感知设备的实时反馈信号，不断修正控制指令的目标值。
15、进一步的，所述车载控制设备具体采用嵌入式车载控制器，其内置有待验证的自动驾驶控制策略，所述待验证的自动驾驶控制策略通过对应软件编写最终以代码形式烧录至所述嵌入式车载控制器中。
16、进一步的，所述预期运动需求具体包括车辆的期望加速度和附加横摆力矩；所述待验证的自动驾驶控制策略包括pwm驱动策略、pid控制策略、接口数据读取策略，不同通信协议的转换策略和指令的延迟处理策略。
17、二、一种商用车自动驾驶运动控制技术概念验证试验方法
18、基于同一发明构思，本发明还提供了一种商用车自动驾驶运动控制技术概念验证试验方法，基于如上所述的概念验证孪生试验车系统，主要包括如下步骤：
19、s1，host终端实时接收自动驾驶车辆运行场景注入系统发送的车辆与虚拟场景交互信息；
20、s2，根据所述车辆与虚拟场景交互信息，通过host终端内置的车辆运动控制器计算获得孪生试验车的预期运动需求，并将所述预期运动需求发送至孪生试验车的车载控制设备；
21、s3，车载控制设备根据所述预期运动需求生成对应的车辆控制指令，并将所述车辆控制指令发送至对应的车辆执行器以控制孪生试验车运动；
22、s4，通过车辆执行器的反馈信号和车辆感知设备的测量信号，确定孪生试验车的实时运动状态和运动参数；
23、s5，host终端实时接收所述孪生试验车的实时运动状态和运动参数，并转换为对应的车辆运动信息发送至自动驾驶车辆运行场景注入系统，以在虚拟试验场景中映射孪生试验车的实时运动状态，进而在虚拟空间中验证车辆在当前自动驾驶控制策略下对运行场景的应对情况。
24、本发明与现有技术相比具有以下主要的优点：
25、1、本发明提供了一种商用车自动驾驶运动控制技术概念验证孪生试验车系统及其试验方法，其与常规试验方法相比对车辆和场景建模精度要求较低，通过使用基于相似原理参数设计的孪生试验车在真实道路上映射目标车辆的运动，能够避免使用复杂的车辆动力学模型和道路场景模型，可在不具备精确模型和完整运行环境的情况下快速对概念方案进行验证，且使得试验结果更接近试验车道路试验；
26、2、本发明通过在汽车行驶状态仿真系统中导入虚拟的车辆行驶场景，高精度地图，通过虚拟传感器和卫星定位系统进行监测，能够准确测试商用车自动驾驶系统对于驾驶场景的响应，并验证其汽车运动控制技术的有效性；且基于远程通讯的系统架构使该孪生试验车系统可以面向智能网联汽车进行车联网技术试验验证；
27、3、本发明提供的试验系统和方法相较于常规的试验车道路试验方法具有试验成本低、布置难度低、试验效率高且场景覆盖广度高的特点，使用缩小比例的孪生试验车进行道路试验，利用仿真系统导入虚拟场景，这种试验方法降低了对试验场地的需求和场景导入及复现能力的需求；根据不同试验需求可以灵活的变更孪生试验车映射的车辆；基于远程通讯的试验系统架构使商用车自动驾驶概念验证试验平台的布置更为灵活，使试验人员可以根据需求进行远程控制，大幅提升了试验效率；
28、4、本发明能够在商用车自动驾驶系统开发流程早期进行具有真实性和可靠性的试验车道路试验，对自动驾驶系统产品技术原理、可行性和后续发展趋势的规划具有重要的指导意义。
1.一种商用车自动驾驶运动控制技术概念验证孪生试验车系统，其特征在于，包括自动驾驶车辆运行场景注入系统、host终端、孪生试验车；
2.根据权利要求1所述的一种商用车自动驾驶运动控制技术概念验证孪生试验车系统，其特征在于，所述孪生试验车设于试验场地内，所述孪生试验车用于映射待测试目标车辆，所述试验场地用于模拟待测试道路工况，且所述孪生试验车和试验场地的尺寸参数分别由所述待测试目标车辆和待测试道路按照预设比例缩小确定；
3.根据权利要求2所述的一种商用车自动驾驶运动控制技术概念验证孪生试验车系统，其特征在于，所述host终端实时接收孪生试验车车辆感知设备发送的信息，并转换为对应的车辆运动信息发送至自动驾驶车辆运行场景注入系统，以在所述虚拟试验场景中映射所述孪生试验车的实时运动状态；
4.根据权利要求3所述的一种商用车自动驾驶运动控制技术概念验证孪生试验车系统，其特征在于，所述孪生试验车的车辆感知设备包括车载卫星定位设备、车载摄像头、车载红外传感器、车载加速度传感器和设于车辆载重部分的压力传感器；所述执行器包括齿轮齿条转向机构、转向舵机、轮毂电机和车辆制动器，所述转向舵机连接有舵机驱动模块，所述轮毂电机连接有轮毂电机驱动模块；所述辅助设备包括车辆电池、用于汇总车辆感知设备信号的集线器和用于连接等效牵引车或半挂车的交接机构。
5.根据权利要求4所述的一种商用车自动驾驶运动控制技术概念验证孪生试验车系统，其特征在于，所述车载卫星定位设备用于测量孪生试验车的当前位置信息和纵横向速度信息，所述舵机驱动模块用于控制车辆转向角度，所述轮毂电机驱动模块用于控制车辆车速，所述车载加速度传感器用于实时获取车辆在预设坐标系内各方向上的加速度。
6.根据权利要求5所述的一种商用车自动驾驶运动控制技术概念验证孪生试验车系统，其特征在于，所述车载控制设备通过所述通信设备获取host终端发送的预期运动需求，并结合孪生试验车的当前位置信息和纵横向速度信息以及在预设坐标系内各方向上的加速度，生成对应的控制指令发送至所述舵机驱动模块和轮毂电机驱动模块。
7.根据权利要求6所述的一种商用车自动驾驶运动控制技术概念验证孪生试验车系统，其特征在于，所述舵机驱动模块在接收到指令后，驱动所述转向舵机和齿轮齿条转向机构完成对应的动作控制车辆转向，所述轮毂电机驱动模块在接收到指令后，驱动所述轮毂电机和车辆制动器完成对应的动作控制车辆运动；所述车载控制设备根据所述车辆感知设备的实时反馈信号，不断修正控制指令的目标值。
8.根据权利要求6所述的一种商用车自动驾驶运动控制技术概念验证孪生试验车系统，其特征在于，所述车载控制设备具体采用嵌入式车载控制器，其内置有待验证的自动驾驶控制策略，所述待验证的自动驾驶控制策略通过对应软件编写最终以代码形式烧录至所述嵌入式车载控制器中。
9.根据权利要求8所述的一种商用车自动驾驶运动控制技术概念验证孪生试验车系统，其特征在于，所述预期运动需求具体包括车辆的期望加速度和附加横摆力矩；所述待验证的自动驾驶控制策略包括pwm驱动策略、pid控制策略、接口数据读取策略，不同通信协议的转换策略和指令的延迟处理策略。
10.一种商用车自动驾驶运动控制技术概念验证试验方法，基于如权利要求1至9中任意一项所述的概念验证孪生试验车系统，其特征在于，包括如下步骤：
