智能駕駛輔助系統(tǒng)測(cè)試技術(shù)探討

周勇強(qiáng)，王 路，馬一超，邵 洋

（廣汽本田汽車有限公司技術(shù)部，廣州 510000）

0 引言

智能駕駛汽車是一個(gè)集環(huán)境感知、決策、規(guī)劃與控制等多項(xiàng)功能于一體的綜合智能系統(tǒng)。智能駕駛汽車通過車載傳感器或網(wǎng)聯(lián)通信設(shè)備等媒介，獲取車輛行駛周邊環(huán)境信息，智能自主地做出決策并控制車輛的行駛、轉(zhuǎn)向和制動(dòng)，使車輛能夠安全、可靠地在道路上行駛，到達(dá)預(yù)訂目的地。根據(jù)美國(guó)汽車工程師學(xué)會(huì)SAE發(fā)布于2014年提出的自動(dòng)駕駛L0遞增到L5的分級(jí)方案，該方案成為被普遍接受的標(biāo)準(zhǔn)[1]。如表1所示。

表1 自動(dòng)駕駛L0～L5分級(jí)方案

在L0～L2的應(yīng)用層級(jí)，先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)（Advanced Driving Assistant System，ADAS）是用于警示或輔助駕駛員的汽車安全系統(tǒng)，通過增加駕駛員可利用的信息，在必要時(shí)采取措施保障駕駛員和車輛的安全性，已逐步演化為發(fā)展最快的汽車應(yīng)用領(lǐng)域之一。

雖然ADAS技術(shù)能帶來(lái)極大的便利，但技術(shù)的安全性目前做的不完善，從2016年Uber智能駕駛車輛撞人至2018年，全球已經(jīng)發(fā)生了10余起由于自動(dòng)駕駛導(dǎo)致的事故，雖然L2、L3級(jí)別車輛已經(jīng)量產(chǎn)，但要真正實(shí)現(xiàn)在道路上行駛還有一定的差距，只有通過完善的ADAS系統(tǒng)測(cè)試技術(shù)，才能在產(chǎn)品投產(chǎn)前盡早發(fā)現(xiàn)問題，挖掘隱藏的功能缺陷及不合理之處，從而為汽車產(chǎn)品的品質(zhì)管理提供堅(jiān)實(shí)保障[2]。

在國(guó)內(nèi)的研究應(yīng)用方面，張可科等[3]基于攝像頭傳感器，對(duì)車輛AEB（自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)）的硬件在環(huán)仿真測(cè)試進(jìn)行了研究。劉雨佳等[4]以先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)中的LDW（車道偏離預(yù)警）功能為例，分析了的應(yīng)用場(chǎng)景，最后將HMI設(shè)計(jì)應(yīng)用到駕駛模擬器上進(jìn)行可用性測(cè)試。吳君等[5]通過模型優(yōu)化，將基于硬件在環(huán)臺(tái)架的測(cè)試結(jié)果與實(shí)車測(cè)試進(jìn)行對(duì)標(biāo)分析，更好地支持車輛的快速開發(fā)及智能駕駛功能測(cè)試。但總體而言，由于相關(guān)法規(guī)與測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)仍處于編制討論階段，尚未形成完善的測(cè)試體系與標(biāo)準(zhǔn)，主要依賴研究機(jī)構(gòu)與技術(shù)人員根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)對(duì)智能駕駛輔助系統(tǒng)功能進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。

本文基于國(guó)內(nèi)外已有ADAS測(cè)試方法和流程的分析，分別從不同的在環(huán)測(cè)試的流程中，總結(jié)關(guān)聯(lián)的技術(shù)原理、評(píng)價(jià)方法、軟硬件需求以及測(cè)試場(chǎng)景的選擇，同時(shí)結(jié)合整車制造廠所擁有的技術(shù)儲(chǔ)備，探討并建立開展ADAS系統(tǒng)測(cè)試的方法和流程。

1 已有測(cè)試方法分析

在ADAS智能駕駛開發(fā)測(cè)試的V流程中，測(cè)試分為4個(gè)環(huán)節(jié)，如圖1所示，分別為仿真測(cè)試、場(chǎng)地測(cè)試、封閉區(qū)域測(cè)試和道路測(cè)試。仿真測(cè)試是研發(fā)測(cè)試的主要項(xiàng)目，需要覆蓋絕大多數(shù)駕駛場(chǎng)景、道路類型和交通工況；場(chǎng)地測(cè)試時(shí)根據(jù)指定的法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，使用車輛在典型的場(chǎng)地中進(jìn)行測(cè)試；封閉區(qū)域測(cè)試是在場(chǎng)地的基礎(chǔ)上增加環(huán)境、道路等因素，如封閉的汽車試驗(yàn)場(chǎng)；實(shí)際道路測(cè)試是最后階段的測(cè)試內(nèi)容，主要目的是評(píng)估在實(shí)際道路上駕駛時(shí)的系統(tǒng)功能，是ADAS系統(tǒng)測(cè)試的重要階段[6]。

圖1 ADAS智能駕駛開發(fā)測(cè)試V流程

1.1 仿真測(cè)試

仿真測(cè)試是控制系統(tǒng)算法開發(fā)測(cè)試中，十分關(guān)鍵的一步，可以對(duì)開發(fā)的算法在應(yīng)用到實(shí)車上之前進(jìn)行充分的驗(yàn)證，既能減少功能算法出現(xiàn)失誤的概率，同時(shí)提高測(cè)試效率，又能縮短開發(fā)周期，降低成本。ADAS輔助駕駛系統(tǒng)的仿真測(cè)試包含模型在環(huán)測(cè)試（Model in the Loop，MIL）、軟件在環(huán)測(cè)試（Software in the Loop，SIL）、硬件在環(huán)測(cè)試（Hardware in the Loop，HIL）[7]。如圖2所示。

圖2 X-in-Loop

模型在環(huán)（MIL）測(cè)試是用模型驅(qū)動(dòng)，例如在MATLABSimulink中建立模型。在開發(fā)階段初期建模測(cè)試階段開展的仿真測(cè)試，在模型層面實(shí)現(xiàn)閉環(huán)測(cè)試，目的是工程師針對(duì)模型和算法開展集成測(cè)試。如圖3所示，模型在環(huán)（MIL）測(cè)試僅適用于ADAS系統(tǒng)開發(fā)初期用于建立系統(tǒng)集成架構(gòu)所開展的測(cè)試，確保模型建立符合開發(fā)要求，僅用于初始開發(fā)部門的測(cè)試。

圖3 MIL仿真代碼生成程序

軟件在環(huán)（SIL）測(cè)試是對(duì)控制策略模型轉(zhuǎn)換成為編譯C/C++代碼后開展的軟件測(cè)試，如果與模型在環(huán)測(cè)試使用相同的測(cè)試用例，測(cè)試后得到了與模型在環(huán)測(cè)試相同的結(jié)果，則生成的編譯代碼和生成代碼的模型是一致的，其測(cè)試意義在于確認(rèn)代碼生成過程中，是否存在錯(cuò)誤[8]。軟件在環(huán)（SIL）測(cè)試適用于仿真代碼與目標(biāo)程序語(yǔ)言之間的轉(zhuǎn)換確認(rèn)，并未涉及實(shí)車或?qū)嶓w零件的測(cè)試。

硬件在環(huán)（HIL）測(cè)試是一種半實(shí)物仿真系統(tǒng)，由實(shí)際的控制器和虛擬的執(zhí)行機(jī)構(gòu)組成。系統(tǒng)利用實(shí)時(shí)處理器運(yùn)行仿真模型，模擬執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)行狀態(tài)，通過輸入/輸出（I/O）接口與控制器連接，對(duì)控制器開展系統(tǒng)的測(cè)試，從而確認(rèn)控制器能否在真實(shí)環(huán)境中使用[9]。如圖4所示，開展硬件在環(huán)（HIL）測(cè)試，硬件方面需要搭建場(chǎng)景模擬器、感知模擬器和執(zhí)行器及其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，軟件方面需要搭配匹配的控制程序，針對(duì)整車制造廠而言，感知機(jī)構(gòu)、執(zhí)行器和控制器是有能夠投入量產(chǎn)的零件，是不需要單獨(dú)構(gòu)建。而場(chǎng)景方面是比較缺乏，需要付出極大成本。故從成本和收益的角度而言，整車制造廠開展硬件在環(huán)（HIL）測(cè)試主要受到了場(chǎng)景模擬的限制。

圖4 含轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的硬件在環(huán)仿真測(cè)試系統(tǒng)

1.2 實(shí)車測(cè)試

為了提供真實(shí)的交通環(huán)境，ADAS系統(tǒng)測(cè)試需要在整車上完成。實(shí)車測(cè)試主要分為封閉區(qū)域測(cè)試和開放道路測(cè)試。封閉區(qū)域測(cè)試目前有封閉場(chǎng)地測(cè)試和實(shí)驗(yàn)室測(cè)試。

1.2.1 封閉場(chǎng)地測(cè)試

封閉試驗(yàn)場(chǎng)地測(cè)試為封閉交通環(huán)境下進(jìn)行的試驗(yàn)，通常在預(yù)設(shè)的封閉環(huán)境中進(jìn)行。測(cè)試形式包括人工城市、試驗(yàn)跑道以及半虛擬化測(cè)試。人工城市Mcity是世界上第一個(gè)針對(duì)智能駕駛汽車技術(shù)測(cè)試而設(shè)計(jì)的受控測(cè)試環(huán)境[7]，由美國(guó)密歇根大學(xué)在2015年在工廠基礎(chǔ)上改建而成，如圖5所示。由40個(gè)建筑元素組成，包括隧道、橋梁、高速公路，可以進(jìn)入人行道交叉口的仿生機(jī)器人。除天氣狀況外，所有測(cè)試條件都是可重復(fù)再現(xiàn)的。然而建設(shè)測(cè)試專用的人工城市成本較高且耗時(shí)較長(zhǎng)，而且車輛必須保證完備功能。

圖5 美國(guó)密歇根大學(xué)Mcity受控測(cè)試場(chǎng)地

1.2.2 實(shí)驗(yàn)室測(cè)試

實(shí)驗(yàn)室測(cè)試是在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)開展整車在環(huán)測(cè)試，通過設(shè)定場(chǎng)景引發(fā)外部環(huán)境和傳感器信號(hào)變化，從而完成對(duì)于智能駕駛輔助系統(tǒng)的功能測(cè)試。根據(jù)測(cè)試條件可劃分為侵入性和非侵入性兩種。

侵入性測(cè)試方法會(huì)進(jìn)行車輛構(gòu)造的改動(dòng)，常見方式是斷開ECU單元并直接將相關(guān)數(shù)據(jù)連接注入到數(shù)據(jù)總線當(dāng)中，從而獲得車輛針對(duì)這些數(shù)據(jù)的反饋操作。如圖6所示，在測(cè)試實(shí)驗(yàn)室中，將車輛放置在轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺(tái)上，使用相對(duì)于受測(cè)車輛產(chǎn)生移動(dòng)的實(shí)體對(duì)象模擬試驗(yàn)場(chǎng)景[10]。

圖6 針對(duì)自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試場(chǎng)景

非侵入性測(cè)試也可采用虛擬仿真環(huán)境的輸出設(shè)備（如視頻顯示屏、障礙實(shí)體等），為車輛傳感器提供輸入信息模擬真實(shí)環(huán)境。測(cè)試者可以完成特定道路的創(chuàng)建，定義車道數(shù)量、道路坡度水平、周圍樹木、其他車輛與行人。駕駛仿真模擬器經(jīng)過動(dòng)力學(xué)計(jì)算輸出場(chǎng)景信號(hào)，經(jīng)過設(shè)備轉(zhuǎn)化，輸入車輛的相應(yīng)傳感器設(shè)備中，從而使受測(cè)車輛產(chǎn)生相應(yīng)作動(dòng)。格拉茨工業(yè)大學(xué)的Michael E Gadringer教授等[11]基于該方法搭建完成“Driving Cube”項(xiàng)目，該項(xiàng)目將整車置于接入仿真環(huán)境的轉(zhuǎn)鼓試驗(yàn)臺(tái)上，通過虛擬環(huán)境的傳感器仿真輸出數(shù)據(jù)，為實(shí)車傳感器的感知提供信息，模擬實(shí)際運(yùn)行測(cè)試場(chǎng)景。

1.2.3 開放道路測(cè)試

開放道路測(cè)試是在社會(huì)道路上開展ADAS測(cè)試的方式，主要借助道路上的交通標(biāo)識(shí)牌、車道線、紅綠燈和往來(lái)的車輛，開展實(shí)車測(cè)試的方式[12]。

針對(duì)整車制造商最適合開展ADAS的測(cè)試形式即為開放道路測(cè)試，其優(yōu)點(diǎn)在于，無(wú)需專門搭建測(cè)試硬件。且無(wú)需準(zhǔn)備專門的試驗(yàn)場(chǎng)景，從社會(huì)道路的典型場(chǎng)景中選取即可，故試驗(yàn)成本低。同時(shí)由于社會(huì)道路的交通條件存在諸多不確定性，存在開發(fā)人員未考慮到的情形，試驗(yàn)有利于發(fā)現(xiàn)ADAS系統(tǒng)的設(shè)計(jì)缺陷[13]。

但也存在一定缺點(diǎn)，由于實(shí)際交通場(chǎng)景多變，測(cè)試條件的可重復(fù)性低，難以通過重復(fù)實(shí)驗(yàn)獲得統(tǒng)一結(jié)論。同時(shí)進(jìn)行實(shí)車測(cè)試ADAS功能無(wú)法正常作用時(shí)，有發(fā)生交通事故的風(fēng)險(xiǎn)。

2 實(shí)車測(cè)試方案

本文基于行業(yè)內(nèi)ADAS測(cè)試的開展總結(jié)，提出一種開放道路測(cè)試方案，其中包含有針對(duì)TSR（交通標(biāo)識(shí)識(shí)別）、LKAS（車道保持系統(tǒng)）、LDWS（車道偏離預(yù)警系統(tǒng)）和LSF（低速跟隨系統(tǒng)）的開放道路測(cè)試方案。

（1）TSR功能測(cè)試方案

針對(duì)TSR（交通標(biāo)識(shí)識(shí)別）的開放道路試驗(yàn)，主要為開展常規(guī)交通標(biāo)識(shí)和其他標(biāo)識(shí)的識(shí)別。如表2所示。

表2 交通標(biāo)識(shí)識(shí)別

（2）LKAS/LDWS功能

針對(duì)LKAS（車道保持系統(tǒng)）和LDWS的開放道路試驗(yàn)，主要為車道識(shí)別、輔助駕駛功能、車道偏離報(bào)警功能共同開展。如表3所示。

表3 LKAS/LDWS標(biāo)識(shí)識(shí)別

（3）LSF（低速跟隨系統(tǒng)）

針對(duì)LSF（低速跟隨系統(tǒng)）開放道路試驗(yàn)，主要為加/減速感覺評(píng)價(jià)、停車距離評(píng)價(jià)、跟車距離評(píng)價(jià)項(xiàng)目。如表4所示。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文總結(jié)了近年來(lái)針對(duì)智能駕駛輔助系統(tǒng)測(cè)試的相關(guān)研究，針對(duì)汽車行業(yè)內(nèi)存在多種驗(yàn)證智能駕駛輔助系統(tǒng)的測(cè)試方法和技術(shù)進(jìn)行介紹。通過總結(jié)行業(yè)內(nèi)開展ADAS測(cè)試的技術(shù)路線，針對(duì)整車制造廠，本文提出ADAS開放道路測(cè)試方案，開展多車型的實(shí)車試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果和市場(chǎng)表現(xiàn)表明測(cè)試方案的有效性。

然而，隨著自動(dòng)駕駛技術(shù)的發(fā)展，整車在環(huán)測(cè)試仍無(wú)法滿足所有智能駕駛系統(tǒng)的測(cè)試需求，眾多自動(dòng)駕駛解決方案提供商借助開放的道路測(cè)試條件對(duì)相關(guān)技術(shù)進(jìn)行實(shí)車檢測(cè)與驗(yàn)證。為了實(shí)現(xiàn)保證未來(lái)智能駕駛車輛的品質(zhì)要求，要求整車廠商在落實(shí)推進(jìn)智能駕駛整車在環(huán)試驗(yàn)測(cè)試技術(shù)的同時(shí)，也要緊跟行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)，根據(jù)政策標(biāo)準(zhǔn)，積極推進(jìn)整車開放道路測(cè)試的開展。