高級駕駛輔助系統測試淺析及評價模型

何班本 程梁柱 夏鈺璋 馬義超 楊合鵬

（東風汽車公司技術中心，武漢430056）

主題詞：高級駕駛輔助 測試 評價

1 前言

按照美國汽車工程師學會SAE（Society of Auto?motive Engineers,SAE）對自動駕駛等級劃分規定，高級駕駛輔助系統（ADAS）處于LEVEL3以下級別，仍需保證其系統的安全性和可靠性。隨著高級駕駛輔助系統裝配率的提升，測試需求也增長迅速。

一方面搭載高級駕駛輔助系統的汽車在研發階段要經過大量的試驗驗證，另一方面國內外相關政府機構出臺一系列政策法規來對高級駕駛輔助系統汽車進行約束限制，如美國于2016年出臺《自動駕駛法案》，對自動駕駛汽車的生產、測試和部署進行監管。盡管目前關于ADAS的測試評價標準越來越成熟，但對于具體主機廠，在ADAS系統不同的開發階段，采用種ADAS系統測試評價方法，定制1套ADAS系統評價模型很有必要。

2 高級駕駛輔助系統（ADAS）—測試標準及評價現狀

高級駕駛輔助系統（ADAS）是利用傳感器，在汽車行駛過程中實時感應周圍的環境，收集數據，感知融合并對感知數據進行決策分析，最后對車輛進行控制，輔助駕駛員在道路上進行安全駕駛。

2.1 高級駕駛輔助系統測試標準現狀

針對高級駕駛輔助系統的不同功能，國內外相關機構均出臺了相關測試方法及場景規范。

2.1.1 國外測試標準狀況

目前國外不同機構組織，針對自動駕駛車輛或智能網聯汽車，已開展相關測試標準的制定工作。比如聯合國歐洲經濟委員會（United Nations Economic Commission for Europe,UNECE）成立“聯合國智能網聯法律工作組”（WP.29/GRVA），出臺自動駕駛評價與管理辦法（VMAD IWG）和自動轉向法規（ACSF IWG），并不定期召開會議進行研討。國際標準組織（International Organization for Standardization,ISO）成立道路車輛技術委員會（TC22）和有關運輸信息與控制系統技術委員會（TC204）。TC22主要負責在1968年維也納公約中所規定的道路車輛（包括掛車、摩托車、機動車、汽車列車、鉸接車輛）及其裝備的兼容性、互換性、安全性以及術語和性能評價試驗規程（包括儀器的特性）的標準化工作。TC204主要職責在于交通信息和控制系統狀況的總體目標和結構,以及與ISO整體計劃的協調。SAE、E-NCAP也已制定更加嚴苛的標準法規。

2.1.2 國內測試標準狀況

當前高級駕駛輔助系統（ADAS）在國內的裝車率逐年升高，不僅在高端車上裝備了ADAS，10萬元的經濟型轎車上也普遍裝備了ADAS。同時，國內的相關機構（包括中國智能網聯汽車產業創新聯盟、全國汽標委智能網聯汽車分技術委員會、中國汽車技術研究中心有限公司、中國汽車工程研究院股份有限公司等）針對高級駕駛輔助系統，也逐步出臺了相關測試標準。比如GB/T（國家推薦標準）、JT/T（交通行業推薦標準）、i-VISTA智能汽車指數、以及根據E-NCAP進行中國本土化的C-NCAP。目前具有代表性的GB/T標準有GB/T 33577—2017（智能運輸系統車輛前向碰撞預警系統性能要求和測試規程）、GB/T 26773—2011（智能運輸系統車道偏離報警系統性能要求與檢測方法）、GB/T 20608—2006（智能運輸系統自適應巡航控制系統性能要求與檢測方法），JT/T具有代表性的標準有JT/T 1242-2019（營運車輛自動緊急制動系統性能要求和測試規程）。

2.2 高級駕駛輔助系統測試評價現狀

在測試評價方法上，國內外有很多測試評價方法和總結。國外一些安全評價機構如美國高速公路安全管理局（NHTSA）、歐洲新車安全評鑒協會（Euro-NCAP）等已針對高級駕駛輔助系統發布了測試評價方法。國內有中國新車評價規程（C-NCAP）、中國保險汽車安全指數規程（C-IASA）、中國智能汽車指數管理辦法（i-VISTA）、智能電動汽車管理規則（CCRT），也發布了對高級駕駛輔助系統的測試及評價方法。比如2021版C-NCAP將增加側方輔助、車道輔助、交通標識輔助等駕駛輔助評價內容。

林國慶等借鑒國內外研究成果，制定出符合中國國情的汽車自動緊急制動多種不同行人測試工況，提出了AEB-P測試與評價方法。Ayalew等對某乘用車車道偏離預警（LDWS）的客觀性能進行實車試驗，分析了直道與彎曲路段條件下，偏離方向、光照條件、車道線類型、橫向偏離速度等因素的影響，提出了一種乘用車車道偏離預警系統測試與評價方法。周干等介紹了5種主流的自動駕駛仿真測試方法的最新進展，包括蒙特卡洛方法、蒙特卡洛加速方法、博弈論方法、測試場景矩陣方法、駕駛模擬器仿真測試方法。劉延等基于現有的自動駕駛汽車測試標準體系進程，從安全性、高效性和舒適性3個方面分析了自動駕駛測試評價面臨的問題、構建了自動駕駛汽車測試評價系統架構。

3 高級駕駛輔助系統（ADAS）評價模型設計

針對汽車研發過程中，對ADAS系統開發質量的評價，目前沒有統一的測試標準，各汽車研發單位均有各自的評價標準及流程,現在尚未建立完整成熟的綜合測試評價體系。本文在上述測試及評價標準和方法上，結合汽車研發過程中的實際情況提出1種新的評價方法。

3.1 ADAS系統開發階段評價要素

高級駕駛輔助系統是利用安裝于車上的環境感知傳感器（主要有攝像頭、雷達、激光和超聲波等），感知內外的環境數據，通過ADAS控制器對感知數據進行分析決策，然后向相關執行機構發送指令，提醒駕駛員或輔助駕駛員控制車輛（被動式報警和主動式干預）。根據ADAS系統感知、決策與執行過程，設計ADAS系統開發階段評價的3個要素：目標識別、規控設計、執行機構。

3.1.1 目標識別

目標識別，屬于自動駕駛感知層面，是自動駕駛汽車依托環境感知傳感器（雷達、攝像頭等）識別目標，通過定義目標可信度并進行建模分析，最后形成目標融合結果、定位及情景建模。包含目標檢測、目標跟蹤、場景分割等技術。目前目標識別技術在自動駕駛領域的應用仍面臨諸多挑戰，基于雷達和攝像頭硬件自身屬性，目標識別是ADAS技術進步的硬傷，也是最難跨越的，許多學者在目標識別方面進行了研究。Chen等基于雙目立體視覺提出了運動場景下的多目標檢測算法；Sio-Hoi等通過增加亮度信息來提高目標匹配的可靠性。目標識別的準確性是自動駕駛汽車解決的首要問題，防止誤識別和漏識別是目標識別的關鍵。

3.1.2 規控設計

規控設計，屬于自動駕駛規劃與決策層面，在獲取環境感知傳感器、以及車輛內部自身監控的的車內外環境數據后，ADAS控制器根據一定的算法（包含MPC算法、PID算法等），規劃車輛后續操作動作，以及給執行機構發送相關指令。規控設計的優劣，直接關系到ADAS系統的安全性及舒適性。在保障安全性的前提下，規控設計盡可能的提升駕乘人員的舒適性。規控設計是自動駕駛的難點，目前國內外學者對規控設計開展相關研究，比如陳無畏等在假設駕駛員具有汽車軌跡預測能力的基礎上,提出一類基于軌跡預測的駕駛員方向控制模型。

3.1.3 執行機構

執行機構，屬于自動駕駛執行層面，ADAS系統相關執行機構根據ADAS控制器的指令，及時、準確執行期望的動作。EMS：接收扭矩指令；ESP：接收主動制動指令；EPS：具備主動轉向功能；TCU：可接收命令在PRND之間自動切換；EPB：按命令要求駐車或釋放；BCM：顯示或提示預警信息。ADAS系統對執行機構有兩方面的要求，分別是速度和精度的要求，比如ACC請求的扭矩和實際（物理）輪端扭矩延時不能超過300 ms，10 s內，車輪端真實扭矩（動力總成在CAN上發送的）和實際（物理）車輪端扭矩最大偏差不能超過80 N·m(+40/-40)。（普通控制情況下：車速不低于2 km/h，沒有換檔，沒有超過最大扭矩）。在ADAS系統開發過程中，基于傳統車的開發基礎，執行機構的控制相對較容易，出現質量問題，修改完善也較簡單。

綜上，目標識別與相規控設計同等重要，由于執行機構發展的較成熟穩定，其重要性小于目標識別與相規控設計。

3.2 ADAS系統開發階段評價方法

針對汽車的評價方法有很多，有主觀評價（比如汽車外觀及感知質量評價等）、客觀評價（比如汽車動力性評價、經濟性評價等）、以及主客觀結合的評價。對評價方法的研究也一直在延續。盧兆麟等提出了1種基于自然語言處理的汽車造型風格推導與評價方法；林慶峰等為評價L3級自動駕駛車輛接管的安全性，基于駕駛模擬器設計了雙向六車道高速公路環境下的接管場景并進行駕駛模擬實驗，建立1種接管安全性評價模型。評價工具也有很多可供選擇，比如專家評價法、德爾菲法（專家調查法）、頭腦風暴、CFT跨職能小組、WORKSHOP分析法等。

在ADAS測試評價過程中，針對質量問題的數量，出現的頻次等，可以采用定量分析；針對不同問題類別的重要程度，就需要采用定性分析。基于ADAS系統開發評價要素特點，本文采用層次分析法（Analytic Hierarchy Process,AHP）來建立ADAS測試評價模型框架。

層次分析法根據問題的性質和要達到的總目標，將問題分解為不同的組成因素，并按照因素間的相互關聯影響以及隸屬關系將因素按不同層次聚集組合，形成1個多層次的分析結構模型，從而最終使問題歸結為最低層(供決策的方案、措施等)相對于最高層(總目標)的相對重要權值的確定或相對優劣次序的排定。

3.3 ADAS評價模型搭建

高級駕駛輔助系統包多種功能，在開發階段，各種車型搭載的ADAS功能可能不盡相同。在設計ADAS評價模型時，可用F表示各功能。比如FCW/AEB/ACC/LDW/LKA…可分別用F1/F2/F3/F4/F5…表示。各功能的評價要素可用P表示，比如針對F1功能的第1個評價要素，可表示為P，第2個評價要素，可表示為P…。總體評價目標（結果）可用O表示，模型框架如圖1。

圖1 ADAS評價層次模型

4 某款車型在研發階段進行ADAS系統測試評價

在ADAS系統研發要經過多輪測試，主要包括虛擬測試、封閉道路測試以及開放道路測試。在研發的不同階段，測試評價的目的不同，測試評價的重點也不相同。本文以某款車型做完虛擬測試，同步開展封閉道路測試和開放道路測試階段，開展第1輪道路測試評價，為后續研發質量改進，優化ADAS系統提供參考。

4.1 測試功能項及評價要素權重設定

4.1.1 測試功能項

依據ADAS系統功能定義確定其測試功能項，同時設計好測試場景案例（測試場景案例設計是測試工程師依據現有測試場景庫，與功能開發人員共同確定。在此不做詳細描述）。本次測試的功能主要包括5個功能：FCW、AEB、ACC、LDW、LKA，關于每個功能的評價權重，采用專家評價法和層次分析法確定。首先邀請本車型項目開發的相關工程師作為專家，就本研發階段，各功能的測試評價的權重進行定性的判斷，判斷結果為：預警功能小于控制功能；縱向控制權重小于橫向權重。然后依據層次分析法，構建出O層（ADAS系統評價）相對于F層5種功能（FCW、AEB、ACC、LDW、LKA）的判斷矩陣為：

解得的最大特征值為5.354 2，對應的特征向量為=（0.080 4，0.227 5，0.879 2，0.055 5，0.407 2），歸一化后=（0.048 7，0.137 9，0.532 9，0.033 6，0.246 8），則中各元素分別為F層5種功能的權重系數。

4.1.2 測試評價要素

在采用專家評價法確定各功能權重的同時，依據當前的研發階段及本次測試需要關注的重點，同步確定本次測試的3個要素（目標識別、規控設計、執行機構）的權重，討論確定的結果為：評價要素對各功能項的權重一致，分別為0.4、0.4、0.2。

4.2 ADAS系統測試評價過程及結果

本次道路測試的車輛臺數為6臺，每臺車計劃測試5 000 km，在不同進行測試測試在2周內完成。每臺車輛上配備ADAS問題打點設備（及時記錄ADAS性能不滿足要求時的視頻及相關車輛數據）。

測試評價步驟，如下：

（1）車輛（更新ADAS系統軟件、安裝數采）、司機準備工作完成，開展開放道路測試；

（2）對質量問題和抱怨進行打點記錄；

（3）對每個質量問題進行功能分類（具體到哪個功能；

（4）對功能的質量問題進行分析歸類（目標識別問題、規控設計問題、執行機構問題）；對質量問題進行總體匯總，綜合計算ADAS系統評分。按照總分對ADAS系統進行綜合評價，評價規則如表1所示。

表1 等級評價規則

最終統計ADAS系統質量問題76項。其中FCW 4項；AEB 10項；ACC 38項；LDW 7項；LKA 17項。對每項的數據進行分析歸類。在每項評分上，依據專家評價法也進行了確定：現階段，在整個測試階段沒有出現問題的取10分，出現1~3次問題的為7分，出現4次問題的為6分，以此類推，出現7個問題的為3分，超過7個問題的為0分。特殊處理：由于ACC在道路測試過程中是一直開啟且使用頻次很高，故對ACC的問題數量取1/3處理，LKA的開啟頻率較高，對LKA的問題數量取1/2處理，以便更能接近客觀的反應ADAS系統的成熟度（表2）。

表2 測試結果匯總

最后根據各評價要素的權重及各功能權重，加權計算出各功能的評價得分及整個系統的評價得分，如表3。

表3 評價結果

結果評價：本次對ADAS系統評價，總體表現良好。其中AEB和ACC表現一般，結合評價要素結果匯總。判斷為ADAS系統在目標識別上還需要做重點改進。

5 結語

本文介紹了高級駕駛輔助系統測試評價標準及方法，并在其基礎上，提出1種ADAS系統評價方法。依據ADAS系統開發過程中的特殊性，及相關功能開發的成熟度不同，提出ADAS系統開發階段的評價要素（目標識別、規控設計和執行機構）。利用專家評價法及層次分析法搭建各個功能下的層次模型，并確定其權重系數。結果表明：通過引入作為ADAS的評價要素并給予不同的權重，開展對ADAS測試評價，在研發階段，給ADAS系統開發提供系統改進方向參考。