李朝斌

摘要：本文對(duì)自動(dòng)駕駛測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)及測(cè)試方法進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，系統(tǒng)地總結(jié)了自動(dòng)駕駛測(cè)試技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀，深入分析了各類自動(dòng)駕駛測(cè)試方法的主要特點(diǎn)?；谙嚓P(guān)研究，提出了自動(dòng)駕駛測(cè)試技術(shù)的發(fā)展建議。

關(guān)鍵詞：自動(dòng)駕駛汽車;測(cè)試方法;測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

測(cè)試是自動(dòng)駕駛汽車研發(fā)過程中的重要環(huán)節(jié)，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量起著關(guān)鍵作用。自動(dòng)駕駛汽車的測(cè)試需求與其搭載的自動(dòng)駕駛系統(tǒng)復(fù)雜度相關(guān)，不同的測(cè)試需求需要不同測(cè)試技術(shù)滿足。根據(jù)SAE的定義，自動(dòng)駕駛分L0至L5共6個(gè)級(jí)別，其中L0/L1/L2級(jí)為駕駛支持系統(tǒng)，即我們通常所講的ADAS系統(tǒng)，L3/L4/L5級(jí)為自動(dòng)駕駛系統(tǒng)[1]。隨著自動(dòng)駕駛等級(jí)的提升，駕駛?cè)蝿?wù)由人類駕駛員逐步向車輛轉(zhuǎn)移，其可運(yùn)行環(huán)境的復(fù)雜度也不斷提升，如多變的氣象條件、道路環(huán)境以及無法預(yù)知的車輛行為等，對(duì)應(yīng)的測(cè)試內(nèi)容也愈加復(fù)雜。根據(jù)美國蘭德公司的研究，要證明自動(dòng)駕駛系統(tǒng)要比人類的研究能力提升20%，需要110億公里的驗(yàn)證。如果采用一支擁有100輛測(cè)試車的自動(dòng)駕駛車隊(duì)，7天24小時(shí)不間斷測(cè)試，需要花費(fèi)大約500年的時(shí)間才能完成。如何快速的完成自動(dòng)駕駛的安全驗(yàn)證，是目前產(chǎn)業(yè)發(fā)展亟需解決的問題，目前行業(yè)普遍采用虛擬仿真測(cè)試、封閉場(chǎng)地測(cè)試和開放道路測(cè)試的測(cè)試三支柱。其中，場(chǎng)地測(cè)試與道路測(cè)試針對(duì)整車層面，能夠全面測(cè)試自動(dòng)駕駛汽車的綜合表現(xiàn)，但覆蓋的場(chǎng)景工況有限，對(duì)于一些危險(xiǎn)場(chǎng)景難以通過實(shí)車進(jìn)行測(cè)試。仿真測(cè)試可以彌補(bǔ)實(shí)車測(cè)試的不足，可以覆蓋所有的測(cè)試場(chǎng)景，同時(shí)可以針對(duì)自動(dòng)駕駛算法、軟件、硬件、子系統(tǒng)、整車等不同層級(jí)的測(cè)試對(duì)象進(jìn)行測(cè)試，目前虛擬仿真測(cè)試也是開展高等級(jí)自動(dòng)駕駛測(cè)試的最主要手段。

一、虛擬仿真測(cè)試

虛擬仿真測(cè)試，簡單來說就是通過傳感器仿真、車輛動(dòng)力學(xué)仿真、交通流仿真、道路建模等技術(shù)模擬測(cè)試環(huán)境，讓自動(dòng)駕駛汽車與算法在虛擬交通場(chǎng)景中進(jìn)行駕駛測(cè)試，可以最大化地覆蓋各類場(chǎng)景，模擬在實(shí)際道路上難以開展測(cè)試的極端場(chǎng)景，短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)現(xiàn)實(shí)生活中難以達(dá)到的測(cè)試?yán)锍?。根?jù)開發(fā)測(cè)試階段及測(cè)試對(duì)象的不同，虛擬仿真測(cè)試可以分為模型在環(huán)測(cè)試、軟件在環(huán)測(cè)試、硬件在環(huán)測(cè)試和整車在環(huán)測(cè)試等測(cè)試方法，其特點(diǎn)也各不相同[2]，如表1所示。

1.1 模型在環(huán)、軟件在環(huán)測(cè)試

模型在環(huán)測(cè)試和軟件在環(huán)測(cè)試一般應(yīng)用在自動(dòng)駕駛功能開發(fā)早期階段，在沒有實(shí)物硬件的情況下，對(duì)系統(tǒng)的策略算法模型和軟件代碼進(jìn)行驗(yàn)證。模型在環(huán)測(cè)試是將控制算法和被控對(duì)象模型（車輛模型）連接起來，形成閉環(huán)，并變換輸入和車輛模型狀態(tài)，來對(duì)控制算法的功能進(jìn)行測(cè)試。模型在環(huán)測(cè)試可以使工程師忽略無關(guān)的細(xì)節(jié)，把注意力放在最重要的部分來思考系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)，在編碼之前的早期開發(fā)階段就對(duì)算法模型進(jìn)行測(cè)試，將產(chǎn)品的缺陷暴露在項(xiàng)目開發(fā)的初期。軟件在環(huán)測(cè)試是在基于自動(dòng)駕駛模型自動(dòng)生成的代碼或手寫的代碼進(jìn)行評(píng)估，以實(shí)現(xiàn)對(duì)生成代碼的早期確認(rèn)，同時(shí)可以通過算法模型和代碼的同步測(cè)試，驗(yàn)證生成的代碼與算法模型的一致性。

模型在環(huán)和軟件在環(huán)測(cè)試是純軟件仿真測(cè)試的方法，無需真實(shí)車輛和硬件系統(tǒng)參與測(cè)試，可以在開發(fā)和測(cè)試過程中靈活使用，在前期開發(fā)過程中通過相關(guān)測(cè)試可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題，提高整改效率。

1.2 硬件在環(huán)測(cè)試

硬件在環(huán)測(cè)試是指自動(dòng)駕駛系統(tǒng)感知、決策和執(zhí)行各環(huán)節(jié)中部分采用真實(shí)部件和虛擬環(huán)境相結(jié)合的方式進(jìn)行測(cè)試。可以單獨(dú)針對(duì)感知、決策或執(zhí)行的某項(xiàng)硬件進(jìn)行測(cè)試，也可以將幾個(gè)硬件整合在一起進(jìn)行聯(lián)合測(cè)試。目前針對(duì)攝像頭的在環(huán)測(cè)試實(shí)現(xiàn)較為容易，構(gòu)建攝像頭測(cè)試黑箱，通過屏幕模擬測(cè)試場(chǎng)景，將被測(cè)攝像頭放置在屏幕前開展測(cè)試。超聲波雷達(dá)硬件在環(huán)測(cè)試需要專門的目標(biāo)物超聲波信號(hào)模擬設(shè)備，對(duì)不同的車輛和障礙物的雷達(dá)波反射特性進(jìn)行模擬，形成被測(cè)超聲波雷達(dá)的回波信號(hào)，目前單目標(biāo)的反射特性模擬較為精確，但多目標(biāo)的真實(shí)模擬還有難度。另外目前激光雷達(dá)、紅外攝像頭的在環(huán)測(cè)試技術(shù)手段相對(duì)復(fù)雜且成本很高，也還難以開展相關(guān)的硬件在環(huán)測(cè)試。

1.3 整車在環(huán)測(cè)試

整車在環(huán)測(cè)試，即整車作為實(shí)物硬件被連接到虛擬的測(cè)試環(huán)境中進(jìn)行測(cè)試，是硬件在環(huán)測(cè)試的升級(jí)版。通過整車進(jìn)行測(cè)試，可以降低模型偏差帶來的不良影響，使測(cè)試結(jié)果更加可靠。根據(jù)整車運(yùn)行的環(huán)境，整車在環(huán)測(cè)試可以分為封閉場(chǎng)地的整車在環(huán)測(cè)試和轉(zhuǎn)轂平臺(tái)的整車在環(huán)測(cè)試[3]。

封閉場(chǎng)地的整車在環(huán)測(cè)試是指車輛在封閉的空曠場(chǎng)地上進(jìn)行測(cè)試，目標(biāo)車輛或行人等環(huán)境信息通過場(chǎng)景模擬軟件生成，并將虛擬場(chǎng)景的傳感器信號(hào)發(fā)送給車輛ECU，ECU根據(jù)虛擬數(shù)據(jù)進(jìn)行決策規(guī)劃和任務(wù)執(zhí)行，同時(shí)場(chǎng)景模擬軟件讀取車輛運(yùn)行數(shù)據(jù)，并根據(jù)相關(guān)信息生成新的傳感器模擬信號(hào)，如此往復(fù)。

轉(zhuǎn)轂平臺(tái)的在環(huán)測(cè)試原理與封閉場(chǎng)地的整車在環(huán)測(cè)試一致，通過轉(zhuǎn)轂?zāi)M了車輛的運(yùn)動(dòng)，因此不受場(chǎng)地的限制，可以模擬較大尺度的交通場(chǎng)景。同時(shí)受限轉(zhuǎn)轂的性能，不能模擬車輛狀態(tài)變化較為劇烈的場(chǎng)景。

二、封閉場(chǎng)地測(cè)試

仿真測(cè)試是自動(dòng)駕駛汽車重要的測(cè)試手段，但由于虛擬仿真環(huán)境各環(huán)節(jié)存在誤差，無法完全模擬真實(shí)的測(cè)試場(chǎng)景，因此需要進(jìn)行封閉場(chǎng)地測(cè)試。

封閉場(chǎng)地測(cè)試從測(cè)試車輛到測(cè)試環(huán)境均為實(shí)物，在封閉場(chǎng)地內(nèi)，通過柔性化的場(chǎng)景設(shè)計(jì)，可以在有限條件下搭建足夠豐富的測(cè)試場(chǎng)景。但受限場(chǎng)地及目標(biāo)物等，封閉場(chǎng)地測(cè)試能夠模擬的場(chǎng)景豐富度遠(yuǎn)不如虛擬仿真測(cè)試，同時(shí)，封閉場(chǎng)地測(cè)試的場(chǎng)景搭建時(shí)間場(chǎng)，整體測(cè)試效率較低。為提高測(cè)試效率，一般篩選最為典型和具有測(cè)試價(jià)值的場(chǎng)景開展封閉場(chǎng)地測(cè)試，降低場(chǎng)地測(cè)試的周期。

2.1 國內(nèi)外自動(dòng)駕駛測(cè)試場(chǎng)地的基本情況

根據(jù)自動(dòng)駕駛汽車的測(cè)試需求，目前歐美多國已經(jīng)建設(shè)了不少自動(dòng)駕駛專用測(cè)試場(chǎng)地，如由位于英國考文垂的A StaZem智能汽車試驗(yàn)場(chǎng)地，位于美國密西根的M-City，日本的J-City，韓國的K-City等自動(dòng)駕駛汽車封閉測(cè)試場(chǎng)地。其中M-City[4]是最典型的自動(dòng)駕駛汽車封閉測(cè)試場(chǎng)地，該測(cè)試場(chǎng)地由多種路面和道路要素構(gòu)成，包含水泥、瀝青等鋪裝路面以及泥土、碎石等非鋪裝路面，在試驗(yàn)區(qū)內(nèi)設(shè)置了豐富的交通標(biāo)志、車道線、信號(hào)燈等道路要素，以及隧道、環(huán)島、施工區(qū)等要素，在城市場(chǎng)景中搭建各種模擬建筑物，還有多種停車位、城市輔助設(shè)施等自動(dòng)駕駛車輛在真實(shí)世界中可能遇到的道路元素，用于測(cè)試自動(dòng)駕駛車輛的應(yīng)對(duì)狀況。

為加快推動(dòng)國內(nèi)智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，提供良好的測(cè)試驗(yàn)證環(huán)境和條件，工業(yè)和信息化部自2015年起先后支持建設(shè)了北京、上海、重慶、長沙等智能網(wǎng)聯(lián)汽車測(cè)試示范區(qū)[5]，各測(cè)試區(qū)也建立了良好的封閉測(cè)試場(chǎng)地環(huán)境。上海測(cè)試區(qū)[6]測(cè)試道路總里程約3.6km，搭建了200余個(gè)測(cè)試場(chǎng)景，圍繞智能網(wǎng)聯(lián)汽車道路測(cè)試，搭建了限速信息識(shí)別及響應(yīng)、跟車行駛、靠路邊停車、并道行駛、超車和網(wǎng)聯(lián)通信等17個(gè)測(cè)試項(xiàng)目共計(jì)62個(gè)邏輯測(cè)試場(chǎng)景。重慶測(cè)試區(qū)測(cè)試道路里程3km，搭建了50個(gè)城市交通測(cè)試場(chǎng)景，其中交通安全場(chǎng)景35個(gè)，效率類場(chǎng)景3個(gè)，信息服務(wù)類場(chǎng)景6個(gè)，通信和定位能力測(cè)試場(chǎng)景6個(gè)，涵蓋了彎道、隧道、坡道、橋梁、十字交叉口場(chǎng)景。長沙測(cè)試區(qū)測(cè)試道路總里程12km，搭建了78個(gè)常規(guī)性智能無人測(cè)試場(chǎng)景，其中城市環(huán)境模擬場(chǎng)景33個(gè)，鄉(xiāng)村環(huán)境模擬場(chǎng)景13個(gè)，高速環(huán)境模擬場(chǎng)景6個(gè)。

2.2 測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)

自動(dòng)駕駛測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)還很欠缺，還沒有成熟的評(píng)測(cè)體系。但相對(duì)虛擬仿真而言，封閉場(chǎng)地測(cè)試的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)已經(jīng)初成體系。國內(nèi)外針對(duì)L0～L2級(jí)自動(dòng)駕駛輔助系統(tǒng)已制定了明確的標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)和測(cè)評(píng)規(guī)程，如ISO、NHTSA、E-NCAP、J-NCAP、CNCAP、i-VISTA、C-IASI、CCRT等，已涵蓋FCW、AEB、LDW、LKA、APS等大量ADAS功能的測(cè)評(píng)，這些測(cè)評(píng)已經(jīng)能夠有效的貫通標(biāo)準(zhǔn)場(chǎng)景的測(cè)試流程。

針對(duì)L3級(jí)自動(dòng)駕駛功能的第一個(gè)具有約束力的國際法規(guī)《自動(dòng)車道保持系統(tǒng)（ALKS）》已經(jīng)發(fā)布，該法規(guī)從系統(tǒng)安全與失效保護(hù)響應(yīng)、人機(jī)界面、OEDR、DSSAD、信息安全及軟件升級(jí)等方面對(duì)ALKS提出嚴(yán)格要求，且已被《1958協(xié)定書》采用。同時(shí)國內(nèi)汽標(biāo)委正在組織編寫國內(nèi)的L3級(jí)自動(dòng)駕駛汽車測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)《智能網(wǎng)聯(lián)汽車-自動(dòng)駕駛功能場(chǎng)地試驗(yàn)方法及要求》，預(yù)計(jì)在年內(nèi)正式發(fā)布。

三、開放道路測(cè)試

開放道路測(cè)試是車輛在上市前必經(jīng)的階段，需要大量的開放道路測(cè)試驗(yàn)證車輛在實(shí)際場(chǎng)景中的自動(dòng)駕駛能力。相對(duì)虛擬仿真測(cè)試和封閉場(chǎng)地測(cè)試，基于復(fù)雜道路環(huán)境和其它交通參與者的不可預(yù)見性，開放道路測(cè)試過程中會(huì)出現(xiàn)很多難以預(yù)估的隨機(jī)測(cè)試場(chǎng)景，對(duì)于驗(yàn)證自動(dòng)駕駛車輛具有不可替代性。

目前美國、德國、日本等國家均允許開展自動(dòng)駕駛開放道路測(cè)試，美國已有加州、徳州、俄亥俄州等20多個(gè)州允許自動(dòng)駕駛開放道路測(cè)試，每年加州發(fā)布的《自動(dòng)駕駛路測(cè)報(bào)告》，也是行業(yè)內(nèi)最具影響力的報(bào)告材料。目前Waymo、Uber、福特等都在持續(xù)開展自動(dòng)駕駛測(cè)試，其中Waymo已經(jīng)完成了超過4000萬公里的開放道路測(cè)試。

國內(nèi)自2018年開始推動(dòng)自動(dòng)駕駛開放道路測(cè)試，截至2020年底，27個(gè)城市發(fā)放智能網(wǎng)聯(lián)汽車道路測(cè)試牌照750多張[6]，全國各地指定供智能網(wǎng)聯(lián)汽車道路測(cè)試用的路段里程超過2800公里，含北京、上海、深圳、重慶、長沙、武漢等多個(gè)城市，其中上海已累計(jì)開放243條、559.87公里測(cè)試道路，2020年全年，開放道路測(cè)試有效測(cè)試時(shí)長1.17萬小時(shí)，有效測(cè)試?yán)锍?9.7萬公里，上傳第三方機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)平臺(tái)1.68億條測(cè)試數(shù)據(jù)，累計(jì)向22家企業(yè)、152輛車頒發(fā)道路測(cè)試或示范應(yīng)用資質(zhì)。

國內(nèi)經(jīng)過3年發(fā)展，已經(jīng)建立起一套自動(dòng)駕駛開放道路測(cè)試管理機(jī)制，但是還未建立起完善的自動(dòng)駕駛測(cè)試評(píng)價(jià)體系。同時(shí)各地支持自動(dòng)駕駛開放道路測(cè)試的政策還有待進(jìn)一步完善，需要在高速測(cè)試或收費(fèi)運(yùn)營上面持續(xù)突破。

四、總結(jié)

發(fā)展自動(dòng)駕駛測(cè)試技術(shù)是智能網(wǎng)聯(lián)汽車國家戰(zhàn)略的重要支撐，目前自動(dòng)駕駛測(cè)試技術(shù)仍有較大不足需要發(fā)展，一是需要完善虛擬仿真測(cè)試場(chǎng)景構(gòu)建方法，加強(qiáng)硬件及整車在環(huán)仿真測(cè)試技術(shù)研究;二是需要建構(gòu)高等級(jí)自動(dòng)駕駛的場(chǎng)地及開放道路測(cè)評(píng)體系，建立相應(yīng)的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn);三是探索大規(guī)模的自動(dòng)駕駛汽車商業(yè)化示范應(yīng)用，推動(dòng)自動(dòng)駕駛快速落地。

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