ADAS及自动驾驶虚拟测试仿真技术

本书提出了一个基于Matlab-OpenModelica-Unity(MOMU)的多软件联合虚拟仿真平台，平台可用于ADAS和自动驾驶汽车的测试及验证。本书以通俗易懂的语言、形象的图示展示了平台的架构和各个软件的简单功能以及使用方法，并基于精心设计的开发实例，阐述了仿真平台在不同应用场景下的具体结构以及每个部分的建模原理，将基本概念融入到平台搭建过程中，加深读者的印象，提升读者的感性认识和认知水平。本书适合具有一定ADAS控制建模、车辆动力学建模和机器学习编程基础的读者阅读，也可作为高等院校本科生、研究生学习ADAS和自动驾驶虚拟测试仿真技术的教程，还可作为汽车测试工程师学习参考的资料。

第1章ADAS/AD测试与验证技术1
1.1ADAS研究现状1
1.1.1ADAS概述1
1.1.2ADAS技术研究与应用现状2
1.2自动驾驶研究现状4
1.2.1发展自动驾驶汽车的必要性4
1.2.2国外自动驾驶汽车研究现状6
1.2.3国内自动驾驶汽车研究现状7
1.3ADAS和自动驾驶仿真测试技术7
第2章虚拟测试平台MOMU架构11
2.1现有虚拟测试平台11
2.1.1基于PreScan的AEB纵向碰撞算法仿真平台12
2.1.2基于Eclipse的车轮自适应巡航控制仿真平台13
2.1.3基于NIPXI的车道偏离警告仿真平台13
2.1.4现有仿真测试平台的优缺点分析14
2.2Matlab-OpenModelica-Unity(MOMU)虚拟测试平台15
2.3适用于ADAS的MOMU平台数据流18
2.4适用于自动驾驶的MOMU平台数据流19
第3章基于OpenModelica的车辆动力学模型20
3.1车辆动力学建模方法研究现状20
3.2Modelica在车辆动力学建模中的应用21
3.3多领域统一建模语言Modelica22
3.3.1Modelica建模的基本步骤22
3.3.2基于Modelica语言的建模24
3.3.3标准模型库和仿真工具27
3.4电动汽车动力系统的建模机制29
3.5电动汽车动力模块建模30
3.5.1车用电动机分类及特点31
3.5.2电动机的工作原理及建模32
3.6电动汽车传动模块建模35
3.6.1机械组件库及机械接口35
3.6.2动力传动建模35
3.6.3动力学建模36
3.6.4车身建模38
3.6.5制动系统建模39
3.6.6悬架建模40
3.6.7轮胎建模40
3.6.8电动汽车整车模型41
3.7电动汽车仿真与计算42
3.7.1电机模型仿真42
3.7.2轮胎模型仿真43
3.7.3速度阶跃输入仿真44
3.7.4典型工况仿真46
第4章基于Unity的仿真环境搭建50
4.1Unity软件介绍及安装50
4.1.1Unity背景简介50
4.1.2Unity下载安装51
4.2Unity入门52
4.2.1开始面板52
4.2.2关键功能53
4.2.3游戏物体控制脚本编写54
4.3Roll-a-Ball游戏创建示例56
4.3.1设置游戏56
4.3.2物体移动控制59
4.3.3视角跟随设置62
4.3.4添加可收集物体62
4.3.5新建UI显示计数65
4.3.6生成游戏67
第5章基于Matlab/Simulink的软件控制策略68
5.1自动紧急制动系统结构68
5.1.1AEB系统整体方案69
5.1.2自动紧急制动系统舒适性指标70
5.2电动汽车逆纵向动力学建模71
5.2.1整车逆纵向动力学模型71
5.2.2电动机驱动控制和制动系统控制切换72
5.2.3逆电动机模型73
5.2.4逆制动系统模型73
5.3行车安全距离74
5.3.1行车安全距离的基本要求74
5.3.2已有安全距离模型75
5.3.3AEB系统安全距离模型77
5.4下位控制器设计81
5.4.1系统辨识法求取下位控制对象的数学模型82
5.4.2基于H∞控制理论的鲁棒下位控制器83
5.5上位控制器设计86
5.5.1定速巡航上位控制器设计86
5.5.2自适应巡航上位控制器设计87
5.6控制策略Simulink模型90
5.6.1定速巡航模型90
5.6.2自适应巡航模型90
5.6.3紧急制动模型91
第6章ADAS虚拟仿真测试案例93
6.1用户数据报协议概述93
6.1.1远程过程调用94
6.1.2阻塞式套接字95
6.2OpenModelica和Simulink的UDP通信实现96
6.2.1OpenModelica中的UDP通信模块96
6.2.2Simulink中的UDP通信模块98
6.2.3OpenModelica和Simulink之间的通信传输试验99
6.3Unity的UDP通信实现100
6.3.1Unity内编写UDP脚本100
6.3.2Unity与OpenModelica的传输试验103
6.3.3Unity与Simulink的传输试验105
6.4仿真测试结果105
6.4.1联合仿真105
6.4.2定速巡航仿真测试105
6.4.3自动紧急制动仿真测试110
6.4.4自适应巡航仿真测试115
第7章基于Unity的机器学习训练技术118
7.1ML-Agents插件简介118
7.2ML-Agents插件下载安装119
7.3官方示例运行：3DBalanceBall125
7.3.1Unity训练环境简介126
7.3.2训练环境设置128
7.3.3使用强化学习训练Brain130
7.3.4训练结果功能测试132
7.4目标追踪训练环境创建示例132
7.4.1概述132
7.4.2设置Unity项目133
7.4.3创建环境133
7.4.4最终Editor设置141
7.4.5测试环境142
第8章自动驾驶虚拟仿真案例144
8.1训练与测试框图144
8.2场景介绍145
8.3训练模型的建立147
8.4训练过程150
8.4.1Observation测试150
8.4.2训练统计数据151
8.4.3训练过程参数调试152
8.5仿真测试结果验证153
参考文献156