自動駕駛汽車測試技術與應用進展研究

丁奕

上海機動車檢測認證技術研究中心有限公司 上海市 201805

1 引言

目前學術界很少有學者研究自動駕駛汽車測試技術與應用進展問題，存在著一定程度上的理論空白，與自動駕駛迅猛的發展形勢不夠匹配，因此有必要對相關問題進行分析，為自動駕駛的發展提供理論基礎。所謂自動駕駛型汽車也就是無人駕駛型汽車，是利用電腦系統完成駕駛的智能化汽車，整個駕駛過程不需要駕駛員參與。為了能夠保證自動駕駛汽車的安全運行，必須要加強對汽車的測試。在現有階段，汽車檢測的技術人員十分關注自動駕駛的汽車測試問題，據此，本文分析了自動駕駛的各項測試技術，對現實有所裨益。

2 自動駕駛汽車測試技術的應用價值

在對整體問題進行研究前，有必要明確自動駕駛汽車測試技術的應用價值。對于自動駕駛汽車測試技術來說，其在自動駕駛的研發體系當中較為重要，是關鍵的組成部分，同時也是促進自動駕駛技術不斷發展的核心技術。隨著高等級自動駕駛系統與高級駕駛輔助體系的開發與應用，很多新的測試需求都已經出現在了現實當中，雖然自動駕駛系統與輔助體系都由世界第一強國美國研發，但我國仍然需要重視該問題，因為自動駕駛汽車不可能只是在美國發展，我國同樣具備發展自動駕駛汽車的條件，而想要不斷的提升自動駕駛技術就必須要不斷的進行測試，合理對測試方法進行應用。目前在美國以及英國、德國、法國等發達國家的具體研究當中，基本形成了相應的測試標準。自動駕駛與輔助駕駛系統不同，其要比輔助駕駛系統更加高級，能夠實現在特定環境下完全對人類駕駛員進行替代，從而完成車輛操控。在駕駛控制權發生轉移的情況下，自動駕駛系統容易受到不確定性因素的影響，無論是無法預知的車輛行為還是道路環境，亦或是氣象條件都需要完全的包括在其中。在這樣的情況下，如果僅僅是應用預先設定好的用例進行測試，無疑很難更好的得到工作目標，所以，必須要對自動駕駛汽車測試技術進行合理應用。以上所述，基本就是自動駕駛汽車測試技術的應用價值。

3 自動駕駛汽車的測試技術

3.1 自動駕駛汽車的公路測試技術

自動駕駛汽車的測試技術主要包括三種，分別是公路測試技術、用例測試技術以及場景測試技術。先從公路測試技術的角度來看，所謂公路測試技術也就是真實交通環境下的測試，主要在現實道路中完成。公路測試技術是一種特定的測試技術手段，并不是通過相關技術模擬。無論是道路條件還是氣候環境，甚至參與者都必須要真實存在，保證不會受到人為因素的影響。毫無疑問，公路測試技術的應用能夠最大程度的體現出自動駕駛汽車的水平，因為真實的交通環境下會隨機發生一些相關的事件，能夠滿足規劃決策、環境感知等等具體的測試需求。如今科學技術較為發達，公路測試不會對公路上的其他車輛產生影響，但是進行公路測試的成本較高，效率較低，只有長期進行測試才能夠得出更有價值的測試結果，所以如果僅僅應用公路測試技術，很難保證自動駕駛汽車測試的可操作性，這一點需要引起相關人員的重視。

3.2 自動駕駛汽車的用例測試技術

所謂用例測試技術也就是指先對測試用例進行定義，明確車輛的具體功能是否能夠真正滿足特定條件的需求，測試用例是為特殊目標設計出的以組測試內容，包括執行條件以及預期結果等等，能對程序路徑進行測試，對其是否能夠滿足特定的需求進行證實。如果通過測試或者測試結果較好，說明自動駕駛汽車的技術得到了進步，如果沒有通過測試，就說明自動駕駛基礎沒能滿足具體條件的需求，可以說這一測試技術對結果與測試過程都要求的十分明確。以自動緊急剎車測試為例，所謂剎車測試也就是指制動測試，在不同條件下，制動能夠讓車輛避免碰撞障礙物，通過測試說明自動駕駛汽車的這一功能完全有效。

用例測試技術在應用的過程中，適合相對簡單的功能，適合在主動安全測試、功能測試擋單項測試中應用。其效率較高，可重復性較強，可行性較強，但是存在著一定程度上的問題。因為對相關數據進行采集與分析需要相關企業或機構投入較高的成本，無論是模擬實驗數據還是危險數據都具備一定難度，獲取數據的局限性較大，在功能復雜的自動化駕駛系統中應用用例測試技術具備一定難度，僅僅適合某項單一功能的測試，無法實現多項功能的綜合測試。

3.3 自動駕駛汽車的場景測試技術

自動駕駛汽車的場景測試技術主要就是指對相應的場景進行預設，要求自動駕駛汽車必須要完成特定任務目標，從而實現系統測試的技術方法。場景描述特定的時間段發生的事件過程，主要是指若干事件發生的序列，用來對特定空間與時間范圍內交通的具體情況。場景測試技術的應用并不對測試結果進行明確要求，同時在不違背具體目標條件的基礎上，由自動駕駛自主選定處理方式，具備較高的自由度。除此之外，自動駕駛汽車的場景測試技術應用具有較為豐富的元素，存在較多數據源，將測試場景內容確定下來，可以更好的完成目標。但是，自動駕駛汽車的場景測試技術對成本要求較高，需要進行數據分析，因此較為復雜。

4 自動駕駛汽車的測試工具

4.1 虛擬仿真層面的測試工具

自動駕駛汽車的測試工具在一定程度上代表著其應用的基本進展，因為測試工具越先進，說明自動駕駛汽車測試的應用水平也就越高。在不斷進步的情況下，自動駕駛汽車也就會逐漸得到普及。自動駕駛汽車的重點測試工具為虛擬仿真，所謂虛擬仿真主要就是純數字化仿真的測試工具，內容主要包括車輛動力基礎模型、模擬場景、傳感器基礎模型等等，能夠仿真測試自動駕駛的汽車系統。毫無疑問，無論是在功能開發階段還是早期節點，只要在無實物硬件條件下，都需要應用這一測試工具。

4.2 硬件在環層面的測試工具

對硬件在環層面的測試工具進行利用，要求自動駕駛的系統部件完全真實，但是具體環境則具備著虛擬的特點。自動駕駛的汽車環境感知需要實施硬件的在環測試，同時無論是控制執行還是決策規劃，都需要完全的包括在其中。在測試期間，攝像頭基本會放置在場景現實屏幕前方，同時需要完成監理攝像頭的測試黑箱工作，對攝像頭處于不同的場景之下認知和感知能力情況實施具體的測試。

對于超聲波的雷達硬件而言，其實施在環測試的過程當中，必須要以目標物的超聲波為基礎，結合車輛與障礙物直接雷達波的反射特性，將不同部件與系統完全的整合在儀器，構建出具備特點及科學性的集成化測試系統，同時通過聯合仿真，對自動駕駛路徑的跟隨算法進行測試，保證測試工具的可靠性和有效性。

4.3 整車在環層面的測試工具

自動駕駛汽車的測試工具普遍較為復雜，很多相關人士因為專業術語晦澀難懂而忽視了對相關問題的研究，實際上即便難度較大，也必須要細致的對其進行分析。整車在環層面的測試工具主要以封閉空曠的條件為基礎，在實施車輛測試的過程中，系統場景的仿真會存在虛擬場景，形成場景后，以傳感裝置及信號為基礎，完成對系統的模擬，保證虛擬場景傳感裝置信號的生成。在生成了具體的信號后，需要將其完全的傳送到自動駕駛車輛的電子控制單元當中，結合所感知到數據實施決策規劃，對相關的任務進行執行。場景模擬的系統軟件會對車輛信息進行讀取，對參數的實時更新功能進行實現，結合新的位置信息，對傳感裝置模擬信號進行發送。相關的技術人員可以對這種測試工具進行利用，對智能化的控制系統進行合理評價，同時對交通系統車輛的安全及制動控制效果進行綜合分析，明確其測試工具的應用是否存在效果，如果效果良好，就需要繼續進行應用，如果效果一般，就需要對現有的問題進行分析，不斷的創新與改進。

再從處于具體平臺條件下車輛的在環測試角度來看，相關技術人員對具體的測試方案進行研究，規定具體條件，將傳感裝置安裝到平臺當中，被測定車輛的具體位置需要保持不變的情況，以機器人的運動系統為基礎，對交通參與者與被測定車輛之間的運動實施具體的分析，開展車輛的在環測試。測試系統當中，由于所有的傳感裝置部件都完全屬于真實硬件，所以在測試結果方面相對可靠，應引起人們的重視。

4.4 封閉場地層面的測試工具

從封閉場地層面的測試工具來看，對于汽車測試來說，無論是系統還是環境都完全具備實際存在的特點，主要以專用封閉測試的場地空間為基礎，注重對場景進行模擬，對環境進行還原，以柔性化的設計為目的與核心，保證自動駕駛的車輛始終以有限場地條件為基礎，從而對各種環境與場景測試進行接受。自動駕駛汽車的測試項目包括高速公路路段測試，相關人員需要對自動駕駛的汽車典型封閉測試的場地進行明確，場地內主要包括多種不同的道路要素與路面，無論是瀝青還是水泥，亦或是各種鋪裝路面都需要完全的包括在其中。試驗區域內設定多種不同的道路基本要素，包括信號燈、車道線等等，還需要保證交通標志的合理設計，融合多種不同的要素。對于城市場景而言，除了需要對相應的模擬建筑進行搭建外，還必須要設定輔助設施與停車位。對于所有的自動駕駛車輛來說，必須要將其放置在真實的環境當中，讓其能夠遇到所有現實中可能遇到的道路要素，之后對自動駕駛車輛的具體應對狀況進行系統化測試。經過具體的測試，通過明確測試結果就可以了解到目前存在著的具體問題，不斷降低風險，提升測試效率。在后續的工作當中，還需要將具備一定測試價值與典型場景篩選出來，實施封閉場地的測試分析，保證場地的測試周期能夠縮短，提升測試效率。

5 自動駕駛汽車測試技術的應用進展

5.1 自動駕駛汽車的工具加速測試

自動駕駛汽車測試技術的應用進展主要體現在加速測試的方面。在所有的測試技術應用過程中，加速測試的難度最大，也最有利于自動駕駛汽車的不斷發展，因此必須要引起相關人員的重視。自動駕駛汽車加速能力較高，說明自動駕駛汽車得到了持續的創新，具備了一定的水平，可以進一步的對其潛力進行挖掘。加速測試主要就是應用高效率的具體工具，完成具體的測試過程。只有對虛擬測試系統的工具進行合理應用，才能夠在現實情況中真正對其作用進行發揮，通過虛擬仿真和真實環境、硬件的相互融合，能夠對測試的真實度需求進行滿足，除此之外，相關人員需要對測試效率方面標準進行明確，因為測試的效率越低，說明其需要投入的成本也就越高。在測試的過程當中，為了能夠滿足具體的要求條件，就必須要對虛擬仿真專業測試工具進行合理的選定，避免真實的環境測試在實際情況下被大量使用。

相關研究者在對典型場景進行研究的基礎上，對循環的迭代基礎模型進行設計，對虛擬仿真系統平臺高效性特征進行發揮，將初始數據、自然數據、事故數據等都提取出相關的因素，放置在虛擬環境當中，對復現測試及篩選操作進行實現，之后對典型用例進行合理的挑選，經過硬件的在環測試后，再實施驗證及篩選，將少量典型用例放置于真實環境完成驗證，能夠較好的達到工作目標，促進應用水平的提升，挖掘自動駕駛汽車的潛力。

5.2 自動駕駛汽車的過程加速測試

自動駕駛汽車的過程加速測試較為復雜，主要就是對各種技術手段進行利用，不斷的提升測試執行效率。毫無疑問，很多的測試技術在應用過程中都需要對虛擬測試的基本環境進行有效利用，過程加速測試也不例外。自動加速的汽車測試加速基本理論以自然駕駛的具體數據為基礎，應用相對重要的手段，保證在虛擬測試的環境下，能夠不斷的放大危險場景實際發生概率，放大這一概率主要就是為了更好的提升自動駕駛汽車的技術，通過增加車輛遇險場景頻次進行加速測試，提出更多的危險場景，保證自動駕駛汽車的加速性能于基本質量。

6 結語

綜上所述，自動駕駛型汽車是無人駕駛型汽車，是利用電腦系統完成駕駛的智能化汽車，整個駕駛過程不需要駕駛員參與。自動駕駛與輔助駕駛系統不同，其要比輔助駕駛系統更加高級，能夠實現在特定環境下完全對人類駕駛員進行替代，從而完成車輛操控。在駕駛控制權發生轉移的情況下，自動駕駛系統容易受到不確定性因素的影響，如果僅僅是應用預先設定好的用例進行測試，無疑很難更好的得到工作目標，所以必須要對自動駕駛汽車測試技術進行合理應用。自動駕駛汽車的測試技術主要包括三種，分別是公路測試技術、用例測試技術以及場景測試技術，對其進行應用的過程中需要注意細節。另外，自動駕駛汽車加速能力較高，說明自動駕駛汽車得到了持續的創新，具備了一定的水平，可以進一步的對其潛力進行挖掘。