C-V2X仿真测试之场景搭建

1、C-V2X仿真测试之虚拟场景设计一前言V2X( Vehicle-to-Everything )即车对万物，通过现代通信与网络技术， 实现车与外界的信息交换共享(实时路况、道路信息、行人信息等一系列交通信 息)，从而提高驾驶安全性、降低交通拥堵、提高交通效率。图1 V2X组织架构图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系统的车辆可以获取实时交通信息并对其分析，更加合理地规划 行驶路径，

2、在一定程度上辅助自动驾驶。本文基于CSAE 53-2020合作式智能运输系统车用通信系统应用层及应 用数据交互标准对V2X虚拟仿真场景设计进行探索，设计思路如下图所示。V2X功能应用图2 V2X功能应用图2 V2X虚拟仿真场景设计流程关的字朕或V2X场景库二.V2V场景设计V2V （Vehicle-to-Vehicle）即车载单元之间通信。在进行该类功能的虚拟场 景设计时，主要考虑车辆的驾驶行为及各车辆之间的相对运动关系，提取关键元 素设计逻辑场景，再结合具体的功能需求对逻辑场景中的元素进行参数化赋值， 生成具体的测试场景。下面以前向碰撞预警（FCW）、交叉路口碰撞预警（ICW）为例详细介绍V

3、2V 虚拟场景设计。.前向碰撞预警（FCW）（1）功能定义前向碰撞预警（Forward Collision Warning）是指，主车（HV）在车道上 行驶，与在正前方同一车道的远车（RV）存在追尾碰撞危险时，FCW应用将对 HV驾驶员进行预警，防止或减轻追尾事故带来的伤害。（2）场景设计根据功能定义描述可知，当主车（HV）与同车道远车（RV）之间的相对距 离小于阈值时FCW功能触发。因此可设计以下4种逻辑场景：场景一 ：HV以速度V0保持匀速行驶，RV在HV前方同车道距离X1处以 初速度V1、减速度a减速行驶，当HV与RV之间的相对距离小于S（ SX1）场景二：HV以速度V0保持匀速行驶，R

4、V在HV前方同车道距离X1处以 速度V1（ V1V0）保持匀速行驶，当HV与RV之间的相对距离小于S（ SX1）2图4 FCW场景二示意图场景三：HV场景三：HV以速度V0保持匀速行驶，RV在HV前方相邻相邻车道距离 X1（X1=S）处以速度V1行驶并突然变道至HV所在车道，此时FCW功能触 发，FCW应用通过HMI对HV驾驶员进行预警；图5 FCW场景三示意图场景（逆向测试场景）场景（逆向测试场景）：HV以速度V0保持匀速行驶，RV在HV前方相邻车道距离X1（X1=S）邻车道距离X1（X1=S）处以速度V1（ V1=V0）保持匀速行驶，FCW功能结合需求文档，对以上逻辑场景元素HV行驶速度V

5、0、RV行驶速度V1、 RV减速度a及车道类型（直道、弯道）进行参数化赋值，生成具体的FCW虚 拟测试场景。.交叉路口碰撞预警ICW（1）功能定义交叉路口碰撞预警（Intersection Collision Warning）是指，主车（HV） 驶向交叉路口，与侧向行驶的远车（RV）存在碰撞危险时，ICW应用将对HV 驾驶员进行预警。（2）场景设计根据功能定义描述可知，HV驶向交叉路口并与任意一辆驶向同一路口的RV 存在碰撞危险时（TTI及DTI小于阈值）ICW功能触发。因此可设计以下2种逻 辑场景：场景一 ：HV以恒定速度V0驶向前方交叉路口（角度a） ,RV在HV左侧以恒定速度V1驶向路口

6、并与HV相交于P点，HV到达P点的时间和距离分别 为HV_TTI、HV_DTI，RV到达P点的时间和距离分别为RV_TTI、RV_DTI ；当 以上TTI和DTI满足条件时（存在碰撞危险）ICW功能触发，ICW应用通过HMI 对HV驾驶员进行预警；图7 ICW场景一示意图场景二:HV以恒定速度V0驶向前方交叉路口（角度a） ,RV在HV右侧 以恒定速度V1驶向路口（与HV无交叉点），HV到达P点的时间和距离分别为 HV_TTI、HV_DTI ,RV到达P点的时间和距离分别为RV_TTI、口丫_口口；当以 上TTI和DTI满足条件时（存在碰撞危险）ICW功能触发，ICW应用通过HMI 对HV驾驶

7、员进行预警；图8 ICW场景二示意图结合需求文档，对以上逻辑场景元素HV_TTI、HV_DTI、RV_TTI、RV_DTI 及交叉路口角度a进行参数化赋值，生成具体的ICW虚拟测试场景。三、V2I场景设计V2I （Vehicle-to- Infrastructure）即车载单元与路侧单元通信。在进行该类 功能的虚拟场景设计时，主要考虑交通环境信息（交通标志、交通事件、交通灯 及道路信息），提取关键元素设计逻辑场景，再结合具体的功能需求对逻辑场景 中的元素进行参数化设置，生成具体的测试场景。下面以车内标牌（IVS ）闯红灯预警（RLVW）为例详细介绍V2I虚拟场景 设计。.车内标牌（IVS）（1

8、）功能定义车内标牌（In-Vehicle Signage）是指，当装载车载单元（OBU）的村收 到由路侧单元（RSU）发送的道路数据以及交通标牌信息，IVS应用将给予驾驶 员相应的交通标牌提示，保证车辆的安全行驶。（2）场景设计根据功能定义描述可知，当HV驶入前方标识牌有效范围区域时，IVS功能 触发。因此可设计逻辑场景：场景一 ： HV以速度V0保持匀速行驶，前方有潮汐车道，当HV在标牌有 效时间内驶入标牌有效区域时，IVS功能触发，IVS应用通过HMI将标牌信息显 示给HV驾驶员；图9 IVS场景一示意图结合需求文档，对以上逻辑场景元素HV行驶速度V0、标牌类型（潮汐车 道、限速等）进行参

9、数化赋值，生成具体的IVS虚拟测试场景。.闯红灯预警（RLVW）（1）功能定义闯红灯预警（Red Light Violation Warning）是指，主车（HV）经过有信 号控制的交叉口（车道），车辆存在不按信号灯规定或指示行驶的风险时，RLVW 应用对驾驶员进行预警。（2）场景设计根据功能定义描述可知，当HV驶向前方有信号灯控制的交叉口（车道）且存在闯红灯风险时，RLVW功能触发。因此可设计逻辑场景:场景一 ：HV在左转（直行）车道上以恒定速度V0驶向有信号灯控制的交 叉口，当前左转（直行）车道信号灯状态为红灯，且红灯剩余时间大于HV到达 路口停止线的时间；HV存在闯红灯危险，此时RLVW

10、功能触发，RLVW应用通 过HMI对HV驾驶员进行预警；图10 RLVW场景一示意图结合需求文档，对以上逻辑场景元素HV行驶速度V0、HV所在车道及车 道匹配的信号灯状态（灯色、时间）进行参数化赋值，生成具体的RLVW虚拟测 试场景。、V2P场景设计V2P （Vehicle to Pedestrians）即车载单元与行人设备通信。在进行该类功 能的虚拟场景设计时，主要考虑弱势交通参与者与车辆之间的相对运动关系，提 取关键元素设计逻辑场景，再结合具体的功能需求对逻辑场景中的元素进行参数 化设置，生成具体的测试场景。下面以弱势交通参与者碰撞预警（VRUCW）为例详细介绍V2P虚拟场景设 计。1.弱

11、势交通参与者碰撞预警（VRUCW ）（1）功能定义弱势交通参与者碰撞预警（Vulnerable Road User Collision Warning）是 指，HV在行驶中，与周边行人（P，Pedestrian ；含义拓展为广义上的弱势交通 参与者，包括行人、自行车、电动自行车等）存在碰撞危险时，VRUCW应用将 对车辆驾驶员进行预警，也可对行人进行预警。（2）场景设计根据功能定义描述可知，当HV与周边行人存在碰撞危险时，VRUCW功能 触发。因此可设计逻辑场景:场景一 ：HV以速度V0保持匀速行驶，侧前方有行人横穿马路，行驶速度 为V1;HV与P存在碰撞危险，VRUCW功能触发，VRUCW应

12、用通过HMI对 HV驾驶员进行预警；图11 VRUCW场景一示意图场景二：HV在倒车时，侧后方有行人横穿马路，行驶速度为V1；HV与P 存在碰撞危险，VRUCW功能触发，VRUCW应用通过HMI对HV驾驶员进行 预警；图12 VRUCW场景二示意图场景三（逆向测试场景）:HV以速度V0保持匀速行驶，侧前方有行人与HV 同向行驶，行驶速度为V1；HV与P不存在碰撞危险，VRUCW功能未触发；图13 VRUCW场景三示意图结合需求文档，对以上逻辑场景元素HV行驶速度V0、弱势交通参与者类 型P、行驶速度V1进行参数化赋值，生成具体的VRUCW虚拟测试场景。本文举例详细介绍了 CSAE 53-2020 （第一阶段）中V2V、V2I及V2P虚 拟仿真场景的设计思路及方法，对于CSAE 157-2020 （第二阶段）中的功能应 用，场景