馬煜森

（廣州汽車集團(tuán)股份有限公司汽車工程研究院，廣東 廣州 511434）

關(guān)鍵字：自動(dòng)泊車系統(tǒng)；測(cè)試方法；評(píng)價(jià)指標(biāo)

引言

在汽車智能化的浪潮中，汽車傳感器發(fā)展迅速，越來(lái)越多搭載了先進(jìn)傳感器的汽車進(jìn)入了我們的視野[1]。為了解決現(xiàn)代城市生活中停車難、取車難的一大痛點(diǎn)，泊車輔助技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。自動(dòng)泊車系統(tǒng)是未來(lái)全自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的重要組成部分，對(duì)自動(dòng)泊車系統(tǒng)的測(cè)試方法的研究也十分迫切。

泊車輔助技術(shù)主要分為4個(gè)等級(jí)，本文研究的自動(dòng)泊車系統(tǒng)特指通過(guò)將超聲波雷達(dá)和攝像頭信息融合，可識(shí)別到空間車位和線車位，自動(dòng)控制轉(zhuǎn)向、制動(dòng)、發(fā)動(dòng)機(jī)和變速器來(lái)實(shí)現(xiàn)水平泊入、垂直泊入和水平泊出的泊車輔助技術(shù)。此種泊車技術(shù)仍需駕駛員通過(guò)車內(nèi)的泊車開(kāi)關(guān)來(lái)實(shí)現(xiàn)泊車的開(kāi)始，監(jiān)控和停止。在緊急情況下，駕駛員有責(zé)任隨時(shí)中斷泊車。圖1為該自動(dòng)泊車系統(tǒng)的具體運(yùn)行模式。

圖1 自動(dòng)泊車系統(tǒng)的運(yùn)行模式

1 測(cè)試方法的選取

測(cè)試方法主要指測(cè)試內(nèi)容的組織形式以及開(kāi)展測(cè)試的途徑，由于智能駕駛系統(tǒng)激活后車輛一切行為是系統(tǒng)自主決策的結(jié)果，所以智能駕駛系統(tǒng)的測(cè)試原則是必須提供車輛自主決策的自由度[2]，同時(shí)測(cè)試需具備可重復(fù)性和可控性。依據(jù)測(cè)試內(nèi)容的組織形式，測(cè)試方法主要分為基于用例的測(cè)試方法和基于場(chǎng)景的測(cè)試方法。

基于用例的測(cè)試方法是指通過(guò)預(yù)先定義的測(cè)試用例來(lái)測(cè)試車輛的某項(xiàng)功能是否滿足特定條件下需求的方法。該測(cè)試方法的特點(diǎn)就是對(duì)測(cè)試過(guò)程和測(cè)試結(jié)果有明確的要求。

基于場(chǎng)景的測(cè)試方法是指通過(guò)預(yù)先設(shè)定的場(chǎng)景，要求車輛完成某項(xiàng)特定目標(biāo)或任務(wù)來(lái)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試的方法，圖 2為基于場(chǎng)景的測(cè)試方法示例。該測(cè)試方法的特點(diǎn)在于對(duì)測(cè)試結(jié)果沒(méi)有明確要求，在不違背給定目標(biāo)或任務(wù)的情況下，系統(tǒng)可以自主選擇采取何種方式來(lái)處理當(dāng)前狀況，具有很高的自由度。

圖2 基于場(chǎng)景的測(cè)試方法圖示

通過(guò)分析，基于用例的測(cè)試方法在應(yīng)用于功能相對(duì)復(fù)雜和綜合的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)時(shí)存在一定不足：首先，該方法只能對(duì)某項(xiàng)功能進(jìn)行測(cè)試，而無(wú)法測(cè)試多項(xiàng)功能的綜合表現(xiàn)；其次，由于對(duì)測(cè)試結(jié)果有著明確的要求，自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的自主決策能力難以體現(xiàn)。而基于場(chǎng)景的測(cè)試方法只規(guī)定了測(cè)試的初始條件，不預(yù)設(shè)測(cè)試過(guò)程以及測(cè)試結(jié)果，可以提供系統(tǒng)自主決策的自由度，能夠?qū)ψ詣?dòng)泊車系統(tǒng)多種功能的綜合性能進(jìn)行測(cè)試，因此自動(dòng)泊車系統(tǒng)的測(cè)試采用基于場(chǎng)景的測(cè)試方法。

2 測(cè)試方案設(shè)計(jì)

為了使自動(dòng)泊車系統(tǒng)的測(cè)試內(nèi)容、測(cè)試環(huán)境和測(cè)試方法的設(shè)計(jì)變得有標(biāo)準(zhǔn)可依、有規(guī)律可循，必須建立標(biāo)準(zhǔn)化，模塊化的測(cè)試內(nèi)容。具體流程見(jiàn)圖3。

圖3 自動(dòng)泊車系統(tǒng)測(cè)試設(shè)計(jì)流程

2.1 場(chǎng)景分析

場(chǎng)景描述了特定時(shí)間段內(nèi)發(fā)生的事件過(guò)程，一般將場(chǎng)景理解為多個(gè)事件順序發(fā)生而構(gòu)成的序列，并會(huì)延續(xù)一段時(shí)間，或簡(jiǎn)單理解為事件的劇本，描述一定空間和時(shí)間范圍內(nèi)的所有環(huán)境以及交通參與者的狀態(tài)、行為過(guò)程及目的。

自動(dòng)泊車系統(tǒng)的智能行為受限于車位環(huán)境的各種要素，如道路類型、停車位類型、車位路面、障礙物、天氣等。所有的要素的集合構(gòu)成了自動(dòng)泊車系統(tǒng)的測(cè)試場(chǎng)景要素庫(kù)。德國(guó)“飛馬計(jì)劃”自動(dòng)駕駛測(cè)試體系將場(chǎng)景分為功能場(chǎng)景、邏輯場(chǎng)景和具體場(chǎng)景，功能場(chǎng)景主要指按照系統(tǒng)的功能需求開(kāi)發(fā)的，邏輯場(chǎng)景則是通過(guò)將結(jié)構(gòu)化場(chǎng)景與參數(shù)范圍相結(jié)合得以定義。任何一種測(cè)試場(chǎng)景既可以由功能場(chǎng)景組合而成，也可以由功能場(chǎng)景與邏輯場(chǎng)景兩者混合組成，這些組合具有瞬時(shí)性，隨著車輛或其他交通參與者在環(huán)境中運(yùn)動(dòng)，場(chǎng)景要素組成也不斷地發(fā)生變化，自動(dòng)泊車系統(tǒng)的表現(xiàn)也實(shí)時(shí)變化。經(jīng)過(guò)梳理確定自動(dòng)泊車系統(tǒng)的功能場(chǎng)景及邏輯場(chǎng)景，見(jiàn)表1。

表1 自動(dòng)駕駛系統(tǒng)測(cè)試場(chǎng)景分類及要素

2.2 測(cè)試場(chǎng)景設(shè)計(jì)

要素分類矩陣組合可以對(duì)應(yīng)于實(shí)際交通中可行的測(cè)試場(chǎng)景，涵蓋可能導(dǎo)致事故或風(fēng)險(xiǎn)的關(guān)鍵場(chǎng)景，場(chǎng)景參數(shù)和分布范圍可以分析泛化自然駕駛、危險(xiǎn)場(chǎng)景，經(jīng)驗(yàn)場(chǎng)景等數(shù)據(jù)。通過(guò)定義場(chǎng)景的所有可能元素及各類場(chǎng)景要素組合，并在不同層級(jí)中進(jìn)行描述，解決基于場(chǎng)景的測(cè)試方法的測(cè)試輸入問(wèn)題，并形成自動(dòng)泊車系統(tǒng)的具體測(cè)試場(chǎng)景和初始條件輸入，作為自動(dòng)泊車系統(tǒng)測(cè)試的起始工況。

經(jīng)過(guò)以上分析，自動(dòng)泊車系統(tǒng)的測(cè)試場(chǎng)景要素庫(kù)由搜索車位車速、泊車類型、車位類型、道路、障礙物、天時(shí)6個(gè)一級(jí)要素構(gòu)成，一級(jí)要素還下分二級(jí)要素類、三級(jí)要素類，見(jiàn)圖4自動(dòng)泊車系統(tǒng)測(cè)試場(chǎng)景要素組成。

圖4 自動(dòng)泊車測(cè)試場(chǎng)景要素組成

通過(guò)對(duì)場(chǎng)景數(shù)據(jù)得到的參數(shù)分布進(jìn)行場(chǎng)景參數(shù)的組合或隨機(jī)算法，從邏輯場(chǎng)景中設(shè)置特定的參數(shù)組合定義具體場(chǎng)景，設(shè)計(jì)不同難易程度的模塊化多層次自動(dòng)泊車系統(tǒng)測(cè)試場(chǎng)景。下面給出4種具體場(chǎng)景示例，其余不一一示例。

具體場(chǎng)景1：晴天白天，自動(dòng)泊車車輛以8 km/h車速搜索車位，停入單邊界空間垂直車位，道路為直道柏油路面。

具體場(chǎng)景2：晴天黑夜，自動(dòng)泊車車輛以8 km/h車速搜索車位，停入白色車位線平行車位，道路為直道柏油路面。

具體場(chǎng)景3：陰天白天，自動(dòng)泊車車輛以15 km/h車速搜索車位，停入含有限位塊的黃色車位線垂直車位，道路為直道水泥路面。

具體場(chǎng)景4：晴天白天，自動(dòng)泊車車輛以8 km/h車速搜索車位，停入雙邊界空間平行車位，道路為彎道磚塊路面。

2.3 評(píng)價(jià)指標(biāo)

自動(dòng)泊車系統(tǒng)的評(píng)價(jià)應(yīng)從功能開(kāi)發(fā)需求輸入為基準(zhǔn)，對(duì)子能力分別進(jìn)行測(cè)試評(píng)價(jià)直觀反映各子能力的優(yōu)劣[3]。自動(dòng)泊車系統(tǒng)的主要功能體現(xiàn)在車位搜索能力，車位釋放限制條件是否合理、泊車過(guò)程中的路徑規(guī)劃及舒適性問(wèn)題。故選取車位識(shí)別率、車位釋放能力、泊車能力、舒適性作為自動(dòng)泊車系統(tǒng)的測(cè)試評(píng)價(jià)依據(jù)

3 測(cè)試結(jié)果分析

通過(guò)試驗(yàn)方法的選取，自動(dòng)泊車場(chǎng)景分析、各場(chǎng)景下的要素確定及評(píng)價(jià)指標(biāo)的選擇，將測(cè)試內(nèi)容轉(zhuǎn)化為任務(wù)表單的形式開(kāi)展測(cè)試。本文選取某款搭載預(yù)研自動(dòng)泊車系統(tǒng)的車輛進(jìn)行實(shí)車測(cè)試。

3.1 車位識(shí)別與車位釋放能力分析

車位識(shí)別率，主要用于判斷環(huán)視與車輛運(yùn)動(dòng)信息的庫(kù)位閉環(huán)跟蹤能力，系統(tǒng)必須在設(shè)計(jì)范圍內(nèi)達(dá)到特定的通過(guò)率。同時(shí)需要根據(jù)實(shí)際環(huán)境和誤識(shí)別率，判斷車位釋放限制條件是否合理，測(cè)試數(shù)據(jù)見(jiàn)表2。

表2 某車型自動(dòng)泊車系統(tǒng)車位識(shí)別率

由表2可知，該預(yù)研車型識(shí)別率為91.26%，基本達(dá)到設(shè)計(jì)目標(biāo)，但有進(jìn)一步提升空間。車位的誤識(shí)別數(shù)為95次，識(shí)別率為 6.59%，系統(tǒng)在進(jìn)行車位判斷時(shí)限制條件較松，需要進(jìn)一步進(jìn)行優(yōu)化，減少誤識(shí)別，從而提升系統(tǒng)使用體驗(yàn)。

3.2 空間車位與車位線車位分析

該預(yù)研車型的自動(dòng)泊車系統(tǒng)由攝像頭和12個(gè)超聲波雷達(dá)。其中攝像頭安裝在車內(nèi)后視鏡位置，12個(gè)超聲波雷達(dá)分別安裝在車輛前后保及兩側(cè)車身?？臻g車位與線車位的測(cè)試統(tǒng)計(jì)表見(jiàn)表5和表6。由表3和表4可知，該車型的雙邊界空間車位識(shí)別情況較好于單邊界空間車位，黃色車位線的車位識(shí)別比白色車位線的識(shí)別情況差。綜合來(lái)看，空間車位的識(shí)別率為92.08%稍優(yōu)于線車位，表明搭載的自動(dòng)泊車系統(tǒng)超聲波雷達(dá)標(biāo)定效果良好，對(duì)空間距離感知良好。但是攝像頭對(duì)黃色車位線的識(shí)別較差，需要進(jìn)一步進(jìn)行算法優(yōu)化。

表3 某車型自動(dòng)泊車系統(tǒng)空間車位測(cè)試統(tǒng)計(jì)表

3.3 泊車能力分析

自動(dòng)泊車系統(tǒng)的泊車能力主要依據(jù)泊車完成姿態(tài)及揉庫(kù)次數(shù)進(jìn)行判定。泊車完成姿態(tài)細(xì)分為良好，向左傾斜，向右傾斜，泊入失敗等，判斷系統(tǒng)路徑規(guī)劃能力，揉庫(kù)分為泊入揉庫(kù)次數(shù)和泊出揉庫(kù)次數(shù)，測(cè)試統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表5、表6。

表5 某車型自動(dòng)泊車完成姿態(tài)測(cè)試統(tǒng)計(jì)表

表6 某車型自動(dòng)泊車揉庫(kù)次數(shù)測(cè)試統(tǒng)計(jì)表

由表5和表6分析可知，泊車完成良好率較差為84.79%，且車身姿態(tài)向右傾斜較多；揉庫(kù)次數(shù)基本為3次和4次；表明該自動(dòng)泊車系統(tǒng)需要進(jìn)一步優(yōu)化路徑規(guī)劃算法，同時(shí)提高對(duì)庫(kù)位環(huán)境適應(yīng)能力。

4 結(jié)論

本文對(duì)自動(dòng)泊車系統(tǒng)的測(cè)試方法、場(chǎng)景及要素進(jìn)行了分析，并明確了相關(guān)評(píng)價(jià)指標(biāo)，設(shè)計(jì)了自動(dòng)泊車系統(tǒng)的測(cè)試內(nèi)容。通過(guò)某預(yù)研車型的自動(dòng)泊車測(cè)試，驗(yàn)證了該測(cè)試方法的可行性與有效性。主要結(jié)論有：

（1）自動(dòng)泊車系統(tǒng)的測(cè)試需要采用基于場(chǎng)景的測(cè)試方法，提供系統(tǒng)自主決策的自由度，對(duì)自動(dòng)泊車系統(tǒng)多種功能的綜合性能進(jìn)行測(cè)試。

（2）采用功能場(chǎng)景與邏輯場(chǎng)景結(jié)合，任務(wù)表單式的測(cè)試設(shè)計(jì)可以對(duì)自動(dòng)泊車系統(tǒng)進(jìn)行全面的測(cè)試，對(duì)開(kāi)發(fā)和性能優(yōu)化具有一定的幫助。

（3）在實(shí)車測(cè)試中開(kāi)展測(cè)試耗時(shí)耗力，今后可以采用此方法先進(jìn)行在線仿真測(cè)試，對(duì)相關(guān)設(shè)計(jì)參數(shù)指標(biāo)進(jìn)行評(píng)估后，僅針對(duì)待優(yōu)化功能開(kāi)展測(cè)試，以提高研發(fā)驗(yàn)證效率。