C-V2X仿真測試之虛擬場景設計

V2X（Vehicle-to-Everything）即車對“萬物”，通過現代通信與網絡技術，實現車與外界的信息交換共享（實時路況、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合作式智能運輸系統(tǒng) 車用通信系統(tǒng)應用層及應用數據交互標準》對V2X虛擬仿真場景設計進行探索，設計思路如下圖所示。

圖2 V2X虛擬仿真場景設計流程

1、V2V場景設計

V2V (Vehicle-to-Vehicle)即車載單元之間通信。在進行該類功能的虛擬場景設計時，主要考慮車輛的駕駛行為及各車輛之間的相對運動關系，提取關鍵元素設計邏輯場景，再結合具體的功能需求對邏輯場景中的元素進行參數化賦值，生成具體的測試場景。

下面以前向碰撞預警（FCW）、交叉路口碰撞預警（ICW）為例詳細介紹V2V虛擬場景設計。

1.1前向碰撞預警（FCW）

（1）功能定義

前向碰撞預警（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車（RV）存在追尾碰撞危險時，FCW應用將對HV駕駛員進行預警，防止或減輕追尾事故帶來的傷害。

（2）場景設計

根據功能定義描述可知，當主車（HV）與同車道遠車（RV）之間的相對距離小于閾值時FCW功能觸發(fā)。因此可設計以下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)，FCW應用通過HMI對HV駕駛員進行預警；

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，FCW功能未觸發(fā)；

圖6 FCW場景四示意圖

結合需求文檔，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）進行參數化賦值，生成具體的FCW虛擬測試場景。

1.2交叉路口碰撞預警ICW

（1）功能定義

交叉路口碰撞預警（Intersection Collision Warning）是指，主車（HV）駛向交叉路口，與側向行駛的遠車（RV）存在碰撞危險時，ICW應用將對HV駕駛員進行預警。

（2）場景設計

根據功能定義描述可知，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左側以恒定速度V1駛向路口并與HV相交于P點，HV到達P點的時間和距離分別為HV_TTI、HV_DTI ，RV到達P點的時間和距離分別為RV_TTI、RV_DTI；當以上TTI和DTI滿足條件時（存在碰撞危險）ICW功能觸發(fā)，ICW應用通過HMI對HV駕駛員進行預警；

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右側以恒定速度V1駛向路口（與HV無交叉點），HV到達P點的時間和距離分別為HV_TTI、HV_DTI，RV到達P點的時間和距離分別為RV_TTI、RV_DTI；當以上TTI和DTI滿足條件時（存在碰撞危險）ICW功能觸發(fā)，ICW應用通過HMI對HV駕駛員進行預警；

圖8 ICW場景二示意圖

結合需求文檔，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進行參數化賦值，生成具體的ICW虛擬測試場景。

2、V2I場景設計

V2I (Vehicle-to- Infrastructure)即車載單元與路側單元通信。在進行該類功能的虛擬場景設計時，主要考慮交通環(huán)境信息（交通標志、交通事件、交通燈及道路信息），提取關鍵元素設計邏輯場景，再結合具體的功能需求對邏輯場景中的元素進行參數化設置，生成具體的測試場景。

下面以車內標牌（IVS）、闖紅燈預警（RLVW）為例詳細介紹V2I虛擬場景設計。

2.1車內標牌（IVS）

（1）功能定義

車內標牌（In-Vehicle Signage）是指，當裝載車載單元（OBU）的HV收到由路側單元（RSU）發(fā)送的道路數據以及交通標牌信息，IVS應用將給予駕駛員相應的交通標牌提示，保證車輛的安全行駛。

（2）場景設計

根據功能定義描述可知，當HV駛入前方標識牌有效范圍區(qū)域時，IVS功能觸發(fā)。因此可設計邏輯場景：

場景一：HV以速度V0保持勻速行駛，前方有潮汐車道，當HV在標牌有效時間內駛入標牌有效區(qū)域時，IVS功能觸發(fā)，IVS應用通過HMI將標牌信息顯示給HV駕駛員；

圖9 IVS場景一示意圖

結合需求文檔，對以上邏輯場景元素HV行駛速度V0、標牌類型（潮汐車道、限速等）進行參數化賦值，生成具體的IVS虛擬測試場景。

2.2闖紅燈預警（RLVW）

（1）功能定義

闖紅燈預警（Red Light Violation Warning）是指，主車（HV）經過有信號控制的交叉口（車道），車輛存在不按信號燈規(guī)定或指示行駛的風險時，RLVW應用對駕駛員進行預警。

（2）場景設計

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

場景一：HV在左轉（直行）車道上以恒定速度V0駛向有信號燈控制的交叉口，當前左轉（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應用通過HMI對HV駕駛員進行預警；

圖10 RLVW場景一示意圖

結合需求文檔，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）進行參數化賦值，生成具體的RLVW虛擬測試場景。

3、V2P場景設計

V2P (Vehicle to Pedestrians)即車載單元與行人設備通信。在進行該類功能的虛擬場景設計時，主要考慮弱勢交通參與者與車輛之間的相對運動關系，提取關鍵元素設計邏輯場景，再結合具體的功能需求對邏輯場景中的元素進行參數化設置，生成具體的測試場景。

下面以弱勢交通參與者碰撞預警（VRUCW）為例詳細介紹V2P虛擬場景設計。

3.1弱勢交通參與者碰撞預警（VRUCW）

（1）功能定義

弱勢交通參與者碰撞預警（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應用將對車輛駕駛員進行預警，也可對行人進行預警。

（2）場景設計

根據功能定義描述可知，當HV與周邊行人存在碰撞危險時，VRUCW功能觸發(fā)。因此可設計邏輯場景：

場景一：HV以速度V0保持勻速行駛，側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應用通過HMI對HV駕駛員進行預警；

圖11 VRUCW場景一示意圖

場景二：HV在倒車時，側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應用通過HMI對HV駕駛員進行預警；

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進行參數化賦值，生成具體的VRUCW虛擬測試場景。

4、總結

本文舉例詳細介紹了CSAE 53-2020（第一階段）中V2V、V2I及V2P虛擬仿真場景的設計思路及方法，對于CSAE 157-2020（第二階段）中的功能應用，場景搭建思路及方法與之類似，以協(xié)作式車輛編隊管理（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)作式車輛編隊管理（CPM）

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

北匯信息是德國Vector公司、德國Rohde&Schwarz（簡稱R&S）公司、德國IPG公司、德國PikeTec公司、美國Perforce公司等國際知名企業(yè)的官方合作伙伴，同時也是IMT-2020（5G）推進組蜂窩車聯(lián)（C-V2X）工作組成員，我們致力與在V2X領域積極開展LTE-V2X和5G-V2X的測試驗證技術研究等工作，積極推動中國V2X的產業(yè)落地，為客戶提供V2X成套測試系統(tǒng)及服務。

參考文獻

CSAE 53-2020合作式智能運輸系統(tǒng) 車用通信系統(tǒng)應用層及應用數據交互標準（第一階段）

CSAE 157-2020合作式智能運輸系統(tǒng) 車用通信系統(tǒng)應用層及應用數據交互標準（第二階段）

文中部分內容參考于Vector。