基于分層驗證模型的汽車自動泊車系統性能測評方法

Performance Evaluation Method of Automobile Automatic Parking System Based on Hierarchical Verification del

【Abstract】With the rapid popularization of automobiles，automatic parking system，asa frequentlyused function， hasattracted theattentionof the whole industry.Thesystem detects thedistance of surrounding obstacles through ultrasonic sensors， autonomously completes operations such as side parking，reversing warehousing.However， thecurrent industry lacksaunified performanceevaluationstard，which leads todificultiesin technologyling no evidence for teachingtraining.Therefore，this paper discussesthe evaluation methodof automobile automatic parkingsystembasedonhierarchicalverificationmodel，aimstoprovidereferencefortechnicaldevelopment，skil competitionengineering testersof automobileenterprisesbyconstructing multi-dimensional performanceindicators double-loop verification model.

【Key Words】 automatic parking system； hierarchicalverification model；performance evaluation；information security

隨著城市發展越來越快，汽車也越來越多，停車難已成為困擾諸多駕駛員的難題，這一問題在空間有限的老舊居民區以及商業區等車輛密集區域的高峰時段尤為明顯，這些地方空間狹小，上下班時段的停車位更為難找。為解決這一問題，很多汽車都引人了自動泊車系統。該系統依靠車上裝的超聲波設備測量車子周圍物體的距離；車上的攝像頭則用來“看”地上畫的停車線，并借助車輛的定位導航系統來規劃路線，從而自主完成側方車位、倒車人庫等操作。然而，實際泊車環境存在強眩光、低照度、移動行人干擾等動態變量，現有測試方案難以全面覆蓋。文章旨在構建一套科學、可復用的自動泊車系統測評方法，以破解測評標準缺失這一瓶頸，通過建立多維度性能指標體系與分層驗證模型，推動測試流程規范化，從而為智能駕駛技術的大規模安全應用掃清障礙。

1自動泊車系統定義與分類

自動泊車系統又稱為自動泊車入位，是通過車載傳感器和車載處理器實現自動識別可用車位，并自動正確地完成停車入車位動作的系統。根據自動化程度，自動泊車可分為半自動泊車、全自動泊車、記憶泊車、自主代客泊車四種產品形態。其中，半自動泊車系統僅承擔方向盤轉向控制任務，駕駛員需全程控制油門、制動及擋位切換，根據系統提示執行加速、制動和換擋操作，適用于結構簡單的標準車位場景。全自動泊車系統依靠車輛內部域控制器來工作，域控制器會計算出車輛行駛速度、方向盤轉動角度以及掛前進擋還是倒擋，從而控制轉向的電機、電子制動裝置和負責換擋的機構，實現車輛的前進、后退和調整方向等操作，整個過程不需要駕駛員動手操作方向盤、踩油門或制動。這種系統滿足了前后距離很近的垂直車位、斜列車位停車需要。記憶泊車系統在全自動泊車的基礎上增加了一項功能，即其能記住并重現特定的停車路線。當駕駛員第一次手動將車停進某個特定位置時，系統會記錄車輛移動軌跡的裝置，將數據保存下來。下次車輛再進入這個相同的地點時，系統就會基于這一數據，同時結合車輛當前傳感器看到的環境情況自動完成泊車，從而實現完全無人操作的停車服務，該系統特別適合用在大型商場、機場等有大型公共停車場的場所。

2自動泊車系統測評指標體系構建

2.1多維度性能評價指標

要科學地評價自動泊車系統，需建立量化指標體系，從空間控制精度、時間效率、運動平順性和系統可靠性四個方面考察。其中，空間控制精度直接關系到會不會剮蹭到旁邊的車或物體，影響安全；時間效率影響駕駛員體驗滿意度；運動平順性反映了控制車輛的核心程序是否足夠完善；系統可靠性則是這項功能最終能否真正投入實際使用的基礎條件。為保證不同測試結果之間具有可比性，指標測試必須在嚴格控制的試驗環境中進行，環境溫度所有測試需在溫度范圍 -10～45^°C ，光照強度在100～100000lux ，路面摩擦系數在0.7＼～0.9，以公平地評價不同自動泊車系統的真實性能。核心性能參數見表1。

橫向停靠偏差的測量是以車輛后輪的中心點作為起點，使用實時動態差分定位技術來實時獲取這個中心點的位置信息（若中心點離理想位置左右偏移超過 0.15m ，則車門將會碰撞障礙物）。最大泊入耗時的測量是從系統發出開始停車的信號開始計時，直到車輛完全停穩（停車時間過長將影響其他車輛通行，增加道路擁堵的風險）。方向盤角速度波動反映控制車輛轉向的電機工作是否平順，通過車輛內部的數據網絡每秒記錄一次方向盤轉動的角度變化量，然后計算這些變化量的波動大小，波動值大說明控制車輛轉向的電腦程序還不夠穩定和完善2。干預頻次統計包含制動踏板踩踏、方向盤扭矩超閥或油門觸發等接管行為，連續進行50次自動停車測試，必須完全不需要任何人工干預，這個系統才算達到可以上市銷售的基本安全要求。

2.2測試工具鏈技術規范

開發驗證自動泊車系統性能工具，其整體結構需要覆蓋測試的全部環節：環境模擬、車輛控制、數據采集及分析。其中，環境模擬工具必須能夠靈活地創建各種停車場景，按設定要求擺放靜止的障礙物和設置移動的物體。車輛控制工具必須能夠通過車輛底盤的專用通信線路，精確地指揮車輛的方向盤轉動、制動以及加速或減速，同時，控制必須非常精準。方向盤實際轉動的角度與要求的角度誤差不能超過 ±1^° ；車輛實際行駛的速度與要求的速度誤差不能超過 ±0.5km/h^[3] 。數據采集系統需要同時收集車輛上各種傳感器產生的原始信息和車輛自身的狀態信息。用于分析測試結果的工具內部應包含自動計算各項評價指標的算法，這些算法需要能夠一次性處理多個測試數據，計算出關鍵指標，這些計算是評價自動泊車系統性能的核心。

3自動泊車系統性能測評

3.1 雙環驗證模型設計

自動泊車系統性能測試采用指令-執行雙環驗證模型，以控制指令準確性和硬件響應可靠性為核心，通過以下兩個方程構建性能測試體系。

3.1.1 指令生成方程

式中： S_env 1 環境感知輸入（車位坐標、障礙物距離）； P_targei. 一 標泊人位姿 （x，y，θ） ； ψ_cmd 輸出的控制指令（方向盤轉角δ、車速 v ）。

該方程驗證系統決策邏輯要求生成指令滿足以下條件： ① 路徑曲率連續（曲率變化率 ?0.25m^-1， ；② 終態位姿誤差 ΔP=|P_target-P_cmd|?10cm ， ?3^° （角度）。

執行響應方程：

式中： ψ_real —執行器實際輸出（如真實轉向角、車速）； ξ_t. —響應時間窗口； ξ —容差閾值（轉向1.5^° 、制動延遲 500ms ）。

3.1.2 模型驗證流程

1）指令層測試，向自動泊車系統注入標準化場景。靜態車位測試，輸入 S_env= （車位長 5.8m 、寬2.3m ，驗證 P_cmd 生成的路徑是否避障且曲率平滑；動態干擾測試，模擬行人橫穿（ Δv=1.5m/s ），測試系統在 300ms 內重規劃路徑的能力。

2）執行層測試，在硬件接口施加物理約束。轉向精度測試，輸入 δ_cmd=90^° ，測量 δ_cmd 在 -40～85^°C 下的偏差；延遲可靠性測試，制動指令發出后，驗證輪胎壓力在 500ms 內達到目標值 90% 。

測試規程分層模型將復雜的測試需求分解為三個邏輯層級：頂層主要考核核心安全目標和法規符合性；中層細化出可執行的具體測試場景；底層明確每個場景的詳細執行步驟、數據要求和判定準則4。分層設計有效解決了測試規程編寫中常出現的混雜不清、可追溯性差的問題。

3.2信息安全防護能力驗證

自動泊車系統需依靠車輛內部的網絡來協調方向盤、制動、油門等各個部件的工作，這個環節存在一個安全隱患：外部人員可通過方向盤下方的一個特定接口（OBD診斷口）連接到內部網絡發送虛假的控制命令，控制車輛。因此，為確保系統安全可靠，須嚴格測試和驗證系統能否準確識別并成功阻止惡意攻擊行為。安全測試時應模擬兩種典型的攻擊方式：第一種攻擊方式是直接通過OBD接口發送假的車輛控制指令，目的是檢驗系統能否發現這些指令是非法偽造的，并阻止執行；第二種攻擊方式是向車輛內部網絡發送大量、快速的數據包，人為制造網絡通信堵塞，觀察車輛關鍵的制動和轉向功能是否及時、準確地響應指令。

車輛在遭受攻擊時的表現應符合以下要求：當發出制動指令后，車輛實際開始制動動作的時間延遲不能超過0.3s；當發出轉向指令后，方向盤實際轉動的角度與指令要求的角度誤差必須控制在 2^° 以內。通過驗證的硬性要求是在連續進行20次專門設計的模擬攻擊測試中，系統必須做到完全阻止任何非法軟件包的安裝，其安裝成功次數必須為0。

4結語

本研究聚焦于汽車自動泊車系統性能測試標準的構建，圍繞功能安全、信息安全、預期功能三個要求，通過定義清晰的測試規程分層模型，將抽象的安全目標轉化為標準化操作流程，顯著提升了測試的一致性和效率。未來，自動泊車系統性能測試需緊密跟進高精度定位、車路協同、新型傳感器的應用，更新測試場景庫與評價維度，為自動駕駛技術的規模化安全應用及教學普及培訓保駕護航。

注：本文為開放大學教育教學改革研究項目“教師教學能力比賽背景下課程教學改革與實踐—以汽車舒適與安全系統診斷與修復課程為例”（項目編號：GZZX2322219）的研究成果。

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（編輯楊凱麟）