2017年6月，我們在位于安阿伯的密歇根大學北校區(qū)，建立了全球首個自動駕駛汽車全尺寸試驗臺——Mcity實施了增強現(xiàn)實環(huán)境。它占地32英畝，其8車道公里(5車道英里)的道路被安排在具有高速公路、多車道主干道或交叉路口屬性的路段。
自動測試車配備了車載設備，可以監(jiān)測如位置、速度、加速度和航向等車輛狀態(tài)，每隔十分之一秒發(fā)出一次。利用專門的短程通信(DSRC)來實現(xiàn)無線傳輸(DSRC是一種類似于專為移動用戶設計的Wi-Fi的標準)。此外，分布在測試設施周圍的路邊設備接收這些信息并將其轉(zhuǎn)發(fā)給一個交通模擬模型，該模型可以通過將測試設備簡化為包含交通信號動作的等效網(wǎng)絡幾何來模擬該測試設備。一旦計算機模型接收到測試車信息，就會創(chuàng)建測試車的虛擬副本。然后，它根據(jù)真實測試車的運動來更新虛擬車的運動。
將真實測試車輛的數(shù)據(jù)輸入計算機模擬中只構(gòu)成了一半的回路。我們通過向測試車發(fā)送計算機模擬的各種車輛的信息來完成另一半。這就是增強現(xiàn)實環(huán)境的本質(zhì)。每一輛模擬車輛會產(chǎn)生頻率為10赫茲的車輛狀態(tài)信息，我們將這些信息轉(zhuǎn)發(fā)給路邊的設備，這些設備反過來又會實時散出(廣播)這些信息。當真正的測試車接收到這些數(shù)據(jù)時，它的車輛控制系統(tǒng)會使用這些數(shù)據(jù)來“查看”所有的虛擬車輛。對汽車而言，這些模擬的實體與真實的東西沒有什么區(qū)別。
通過路邊的設備傳遞信息——也就是說，用“V2I”的連接代替直接的“V2V”連接——真實車輛和虛擬車輛可以相互感應并進行相應交互。同樣，真實世界和模擬世界之間的交通信號狀態(tài)也是同步的。這樣，真實的和虛擬的交通工具都可以“看到”給定的光，并判斷它是綠色還是紅色。
在真實世界和模擬世界之間傳遞的狀態(tài)信息也當然包括車輛位置。這允許將實際的車輛映射到模擬的道路網(wǎng)絡中去，并將模擬的車輛映射到實際的道路上。實際車輛的位置由GPS坐標(緯度、經(jīng)度和海拔)和模擬車輛的局部坐標(x、y和z)定位。
但是這種精確的轉(zhuǎn)換并不是全部需要。GPS和地圖細微的誤差，會阻止GPS的位置出現(xiàn)在模擬道路上。GPS獲取的位置是從實際的測試車轉(zhuǎn)過來，然后轉(zhuǎn)換到本地的坐標系統(tǒng)上。為此，我們使用單獨的映射算法來糾正這些錯誤。此外，當測試車停止時，我們必須在模擬環(huán)境中鎖定它的位置，這樣它的GPS坐標的波動就不會導致它在模擬中偏離。
無線電收發(fā)器[白色物體，頂部]從汽車中獲取數(shù)據(jù)，并返回計算機生成的虛擬數(shù)據(jù)。一個虛擬對象是一列火車。汽車剎車以避免闖紅燈的虛擬車(從上數(shù)第三)。許多交通模式可以在一個小空間中產(chǎn)生
無線通信將作為這一切的傳輸樞紐。為了確保其可靠性，我們在Mcity安裝了四個路邊收音機，足以覆蓋整個測試設施。DSRC無線標準，運行在5.9千兆赫波段，為我們提供了較高的數(shù)據(jù)傳輸速率和非常低的延遲，在高速行駛和緊急停車時，這些裝置對安全至關重要。DSRC在日本和歐洲廣泛使用;雖然凱迪拉克目前正在為其部分車型配備DSRC設備，但它在美國還沒有獲得太多關注。
然而，我們還不確定DSRC是否會成為汽車之間交流的方式。一些人認為，蜂窩通信(C-V2X)，尤其是在即將到來的5G實現(xiàn)中，可能會提供更大范圍的低延遲。無論哪種標準勝出，我們系統(tǒng)中使用的通信協(xié)議都可以很容易地適應它。
我們希望用于構(gòu)建系統(tǒng)的軟件框架能持續(xù)扛一段時間，至少能用幾年。我們使用PTV Vissim構(gòu)建了我們的模擬，這是一個在德國開發(fā)的用于“微觀地”模擬交通流量的商業(yè)軟件包，即模擬每輛車的行為。
可以預期是，其他公司開始使用我們的系統(tǒng)來測試他們自己的自動駕駛車輛。目前，我們的一輛林肯MKZ混合動力作為測試車，它配備了DSRC，因此可以完全連接。我們添加到汽車上的線控系統(tǒng)允許軟件控制方向盤、油門、剎車和變速器。這輛車還攜帶多部雷達、激光雷達、照相機和一個實時運動定位的GPS接收器，通過參考來自地面無線電臺的信號來提高分辨率。
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