王士焜，蘇芮琦，張峻熒，黃波

摘? 要：目前，自動(dòng)駕駛汽車逐漸商用于封閉辦公園區(qū)，如物流車、觀光車。自動(dòng)駕駛汽車的開發(fā)驗(yàn)證需要大量的實(shí)車道路測(cè)試，實(shí)車道路測(cè)試存在成本高、周期長(zhǎng)、無法復(fù)現(xiàn)極端場(chǎng)景，因此基于封閉辦公園區(qū)場(chǎng)景的仿真測(cè)試是解決自動(dòng)駕駛開發(fā)驗(yàn)證的主要途徑。為真實(shí)還原物流車、觀光車等自動(dòng)駕駛汽車的行駛環(huán)境，本文基于封閉辦公園區(qū)的道路特征，并結(jié)合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)整理并分析得出適用于封閉辦公園區(qū)的自動(dòng)駕駛汽車功能，梳理出適用于封閉辦公園區(qū)的測(cè)試用例，并通過控制器在環(huán)方式驗(yàn)證。試驗(yàn)表明該測(cè)試用例能夠基本滿足自動(dòng)駕駛控制器的測(cè)試需求。

關(guān)鍵詞：封閉辦公園區(qū);道路特征;自動(dòng)駕駛

中圖分類號(hào)：U463.5? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? 文章編號(hào)：1005-2550（2021）05-0059-07

Analysis of Autonomous Driving Scenarios Based on

Closed Office Parks

WANG Shi-kun， SU Rui-qi， ZHANG Jun-ying， HUANG Bo

（ Xiangyang Motor Automobile Testing Center CO.LTD， Xiangyang 441004， China）

Abstract： At present， Autonomous vehicles are gradually being used in closed office parks， such as logistics vehicles and sightseeing vehicles. The development and verification of autonomous vehicles requires a large number of real-vehicle road tests. Real-vehicle road tests have high costs， long cycles， and extreme scenarios that cannot be reproduced. Therefore， simulation testing based on closed office park scenarios is the main way to solve autonomous driving development verification. In order to truly restore the driving environment of autonomous vehicles such as logistics vehicles and sightseeing vehicles， this article is based on the road characteristics of closed office parks， and combined with relevant standards to sort out and analyze the functions of autonomous vehicles suitable for closed office parks. The test cases of the office park are verified by the controller-in-the-loop method. The test shows that the test case can basically meet the test requirements of the autopilot controller unit.

自動(dòng)駕駛汽車成為行業(yè)的新熱點(diǎn)，如何提升測(cè)試效率、精進(jìn)技術(shù)，成為行業(yè)內(nèi)迫切需要解決的問題。此時(shí)，虛擬仿真測(cè)試的重要性就體現(xiàn)出來了，成為了自動(dòng)駕駛汽車商業(yè)化應(yīng)用前不可缺少的環(huán)節(jié)。仿真測(cè)試與實(shí)車道路測(cè)試相比具有測(cè)試效率高、成本低、周期短等優(yōu)點(diǎn)。目前，逐漸商用的自動(dòng)駕駛汽車主要應(yīng)用于封閉園區(qū)，因此通過搭建典型的封閉辦公園區(qū)場(chǎng)景，高度還原真實(shí)中典型場(chǎng)景、極端場(chǎng)景，對(duì)自動(dòng)駕駛汽車的開發(fā)測(cè)試具有現(xiàn)實(shí)意義。本研究立足于國(guó)內(nèi)自動(dòng)駕駛的主要測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，并以中國(guó)封閉辦公園區(qū)的典型場(chǎng)景作為研究對(duì)象，在仿真環(huán)境中高度還原中國(guó)典型封閉辦公場(chǎng)景，梳理出適用于封閉辦公園區(qū)的測(cè)試用例，為應(yīng)用于封閉辦公園區(qū)的物流車、觀光車等自動(dòng)駕駛汽車開發(fā)設(shè)計(jì)驗(yàn)證提供參考和支撐。

1? ? 自動(dòng)駕駛汽車仿真測(cè)試

隨著自動(dòng)駕駛技術(shù)的不斷發(fā)展，自動(dòng)駕駛汽車逐漸商業(yè)化，如物流車、無人售賣車、觀光車等。由于自動(dòng)駕駛汽車復(fù)雜多樣的功能直接關(guān)系到用戶生命與財(cái)產(chǎn)安全，在投入使用之前，如何測(cè)試和驗(yàn)證其功能和性能是整車廠極其關(guān)注的。傳統(tǒng)的實(shí)車測(cè)試在試驗(yàn)成本、試驗(yàn)周期、安全性等方面滿足不了自動(dòng)駕駛汽車復(fù)雜功能的開發(fā)驗(yàn)證需求。

2020年2月24日，發(fā)改委、工信部等11個(gè)國(guó)家部委聯(lián)合出臺(tái)了《智能汽車創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略》（以下簡(jiǎn)稱《戰(zhàn)略》），建立健全智能汽車測(cè)試評(píng)價(jià)體系重點(diǎn)研發(fā)虛擬仿真、軟硬件結(jié)合仿真等測(cè)評(píng)技術(shù)，開展特定區(qū)域智能汽車測(cè)試運(yùn)行及示范應(yīng)用等?？梢?，仿真測(cè)試驗(yàn)證已成為智能網(wǎng)聯(lián)汽車功能開發(fā)、技術(shù)驗(yàn)證以及認(rèn)知提升中不可或缺的環(huán)節(jié)，可以有效加速技術(shù)研發(fā)進(jìn)場(chǎng)與產(chǎn)業(yè)化步伐。

在2019年世界智能網(wǎng)聯(lián)汽車大會(huì)中發(fā)布的《北京市自動(dòng)駕駛模擬仿真測(cè)試平臺(tái)要求》，主要用于指導(dǎo)智能網(wǎng)聯(lián)汽車以及自動(dòng)駕駛車輛模擬測(cè)試平臺(tái)進(jìn)行規(guī)范化建設(shè)。標(biāo)準(zhǔn)的目的是引導(dǎo)智能網(wǎng)聯(lián)仿真測(cè)試行業(yè)進(jìn)行規(guī)范化建設(shè)，完善仿真測(cè)試能力，能夠更加合理準(zhǔn)確地對(duì)車輛或者自動(dòng)駕駛系統(tǒng)的能力進(jìn)行檢測(cè)評(píng)估，推動(dòng)自動(dòng)駕駛技術(shù)加快示范運(yùn)行和商業(yè)落地。智能網(wǎng)聯(lián)仿真已成為智能網(wǎng)聯(lián)汽車評(píng)價(jià)的基準(zhǔn)之一，是智能網(wǎng)聯(lián)汽車測(cè)試驗(yàn)證中不可缺失的一環(huán)。

仿真測(cè)試，建立靜態(tài)道路場(chǎng)景、動(dòng)態(tài)交通場(chǎng)景，可以將真實(shí)傳感器、控制器深度集成在仿真環(huán)境中，讓自動(dòng)駕駛汽車在虛擬的道路場(chǎng)景中進(jìn)行測(cè)試。仿真測(cè)試的具有持續(xù)性和可回歸性的特點(diǎn)，可以對(duì)某些測(cè)試場(chǎng)景進(jìn)行重復(fù)性測(cè)試，這樣更容易發(fā)現(xiàn)與定位問題，問題解決后的回歸性測(cè)試，能大大提高自動(dòng)駕駛汽車開發(fā)驗(yàn)證效率等。

2? ? 封閉辦公園區(qū)的道路特征

遍布全國(guó)的測(cè)試場(chǎng)，為自動(dòng)駕駛汽車的大規(guī)模測(cè)試提供了有利條件，但隨著測(cè)試場(chǎng)規(guī)模的擴(kuò)大，測(cè)試場(chǎng)規(guī)劃設(shè)計(jì)的同質(zhì)性也逐漸顯露，且不適用主要應(yīng)用于封閉園區(qū)的自動(dòng)駕駛汽車，如終端物流車、觀光車等。在滿足基本測(cè)試要求的基礎(chǔ)上，真實(shí)還原典型的封閉辦公園區(qū)場(chǎng)景，擴(kuò)大適用于封閉辦公園區(qū)場(chǎng)景覆蓋范圍，以適應(yīng)更加復(fù)雜多變的國(guó)內(nèi)辦公園區(qū)的道路交通環(huán)境。

封閉辦公園區(qū)的道路總體特征是：基礎(chǔ)道路環(huán)境簡(jiǎn)單、道路結(jié)構(gòu)化程度高、路口的曲率半徑較小。應(yīng)用于封閉辦公園區(qū)的自動(dòng)駕駛汽車，一般為觀光車、物流車等，行駛路線固定，速度一般在30km/h以內(nèi)。

2.1? ?典型橫斷面

封閉辦公園區(qū)的橫斷面比較單一，幾乎都是單幅路，以簡(jiǎn)單圖示的方式表示易于理解，同時(shí)總結(jié)該典型斷面形式的特點(diǎn)以及該斷面形式在實(shí)際情況中存在的問題，具體情況如下：

特點(diǎn)：

（1）無非動(dòng)車道，非動(dòng)車?yán)脵C(jī)動(dòng)車道或人行道（若有）通行;

（2）相向機(jī)動(dòng)車流存在對(duì)向干擾，機(jī)動(dòng)車的行駛速度較低;

在封閉辦公園區(qū)中，一般都為雙向兩車道，單向車道寬為3.2米以內(nèi)，部分主干道可能存在3.75～4米路寬;封閉辦公園區(qū)車輛構(gòu)成有小汽車、自行車、電動(dòng)車、三輪電動(dòng)車，各種車輛混行在機(jī)動(dòng)車道，同時(shí)存在行人在機(jī)動(dòng)車道上與各種車輛混行;因此在設(shè)置封閉辦公園區(qū)的場(chǎng)景時(shí)，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況，充分考慮可能出現(xiàn)的情況，將相關(guān)元素加入到場(chǎng)景中去，如對(duì)向車道行駛在本車道上、多個(gè)行人行走在機(jī)動(dòng)車道上、自行車/電動(dòng)車/行人混合交通流。

有些雙向兩車道還設(shè)有路面停車位，那么停車位處車輛的行駛情況也會(huì)對(duì)測(cè)試車輛產(chǎn)生影響，所以也應(yīng)該考慮將這一情況的測(cè)試場(chǎng)景。

2.2? ?彎道

在彎道行駛中，只能看到一部分彎道線形;受彎道周圍景觀等因素影響，駕駛員難以看到障礙物遮擋的彎道線形。由于車輛需要繼續(xù)向前行駛，因而可能產(chǎn)生安全隱患造成事故的發(fā)生;封閉辦公園區(qū)的彎道一般為雙向兩車道，同時(shí)存在單向彎道。彎道曲率半徑較小。多為40～90米。彎道旁邊的植物繁茂，降低自動(dòng)駕駛汽車探測(cè)目標(biāo)的能力，無法預(yù)先識(shí)別前方行人、障礙物等。在實(shí)際情況中應(yīng)考慮在彎道行駛中行人橫穿馬路，車輛緊急制動(dòng)的場(chǎng)景。

2.3? ?平面交叉口

平面交叉路口時(shí)一個(gè)具有很大挑戰(zhàn)性的交通場(chǎng)景，也是非常容易發(fā)生交通事故的地方，因此車輛通行平面交叉口的測(cè)試也是相當(dāng)值得關(guān)注的一個(gè)點(diǎn)。 封閉辦公園區(qū)平面交叉路口的形式較為固定，主要有十字形、X形、T形，同時(shí)也存在一些錯(cuò)位交叉路口。路口的曲率半徑較小，多為5～9米。具體形式如下簡(jiǎn)圖所示：

2.3.1 有信號(hào)燈控制的交叉口

對(duì)于有交通信號(hào)燈的平面交叉口來說，自動(dòng)駕駛汽車在經(jīng)過路口，作出駕駛行為時(shí)，一定要遵守的就是交通規(guī)則，那么自動(dòng)駕駛汽車首先要識(shí)別的就是交通燈，根據(jù)交通燈的顯示來選擇下一步動(dòng)作。對(duì)于封閉辦公園區(qū)的交叉路口來說，一般都為雙向兩車道。交叉口的交通燈時(shí)序簡(jiǎn)單，當(dāng)前車道的交通燈可同時(shí)控制當(dāng)前車道和對(duì)向車道車輛的左轉(zhuǎn)和直行，這就會(huì)存在沖突點(diǎn)，例如，當(dāng)前車道車輛直行，對(duì)向車輛左轉(zhuǎn);封閉辦公園區(qū)中存在交叉口無人行橫道燈或有人行橫道燈但行人闖紅燈。道路中應(yīng)考慮人車路三要素，在實(shí)際情況中考慮自動(dòng)駕駛車輛與其他車輛/行人存在的沖突點(diǎn)。

2.3.2 無信號(hào)燈控制的交叉口

面臨無交通信號(hào)燈的交叉口時(shí)，人開車都需要小心翼翼地試探。對(duì)于自動(dòng)駕駛車輛來說，交叉口可能存在建筑物或植物等遮擋，感知系統(tǒng)可能無法檢測(cè)到其他車輛，因此自動(dòng)駕駛汽車在無信號(hào)燈路口的通行更是仿真測(cè)試關(guān)注的一個(gè)點(diǎn)。因此在搭建場(chǎng)景時(shí)，更應(yīng)考慮自動(dòng)駕駛汽車與周圍車輛/行人的沖突點(diǎn)，甚至多個(gè)車輛/行人存在沖突。

2.4? ?交通設(shè)施

結(jié)合《道路交通標(biāo)志和標(biāo)線》（GB 5768）進(jìn)行標(biāo)志標(biāo)線的分析，有助構(gòu)建適用于封閉辦公園區(qū)場(chǎng)景的設(shè)施要素。

2.4.1 交通標(biāo)志

GB 5768中規(guī)定共包含7類主標(biāo)志和1類輔助標(biāo)志，包括禁令標(biāo)志、旅游標(biāo)志、指路標(biāo)志、警告標(biāo)志、作業(yè)標(biāo)志、指示標(biāo)志和告示標(biāo)志，其中具備法理性的主要是禁令和指示標(biāo)志。禁止和指示標(biāo)志主要是禁止或限制、指示車輛交通行為的標(biāo)志。由于封閉辦公園區(qū)的道路特征有外部道路有明顯區(qū)別，因此GB 5768標(biāo)準(zhǔn)中并非所有的禁令和指示標(biāo)志適用于封閉辦公園區(qū)。例如，封閉辦公園區(qū)的車速一般在30km/h以內(nèi)，因此僅需30 km/h限速牌即可，同時(shí)指示標(biāo)識(shí)中的路面指示箭頭，如左轉(zhuǎn)、直行、右轉(zhuǎn)箭頭等，其尺寸應(yīng)按照標(biāo)準(zhǔn)中0-40km/h的尺寸規(guī)范。結(jié)合封閉辦公園區(qū)的道路特征，分析整理出適用于封閉辦公園區(qū)的交通標(biāo)志，具體見下表：

2.4.2 交通標(biāo)線

同理，結(jié)合封閉辦公園區(qū)的典型道路特征，分析整理出適用于封閉辦公園區(qū)的交通標(biāo)志。詳見表2：

對(duì)于自動(dòng)駕駛汽車，必須識(shí)別和理解交通標(biāo)志和標(biāo)線，從而遵守交通法規(guī)。交通標(biāo)識(shí)自動(dòng)檢測(cè)和有效識(shí)別能力是開發(fā)人員所關(guān)注的。在真實(shí)的封閉辦公園區(qū)中，交通標(biāo)識(shí)和標(biāo)線會(huì)出現(xiàn)褪色、遮擋、破損等，因此在仿真環(huán)境應(yīng)該覆蓋該工況，并盡可能地包含實(shí)車測(cè)試難以達(dá)到的工況。虛擬場(chǎng)景中仿真自動(dòng)駕駛汽車檢測(cè)和識(shí)別交通標(biāo)識(shí)和標(biāo)識(shí)，以及在惡劣天氣下（雨、雪、霧等）的識(shí)別具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

根據(jù)封閉辦公園區(qū)的典型道路特征，在場(chǎng)景仿真軟件搭建虛擬道路場(chǎng)景，部分如下圖所示：

3? ? 適用于辦公園區(qū)的自動(dòng)駕駛功能

應(yīng)用于封閉辦公園區(qū)的自動(dòng)駕駛車輛在行駛在指定場(chǎng)景下，能夠全方位的掌控周圍環(huán)境，遵守交通規(guī)則，及時(shí)有效地對(duì)交通環(huán)境作出反應(yīng)。參考汽標(biāo)委發(fā)布的《智能網(wǎng)聯(lián)汽車自動(dòng)駕駛功能測(cè)試規(guī)程（試行）》，并結(jié)合封閉辦公園區(qū)的典型特點(diǎn)，如車速較低、同向僅單車道等特點(diǎn)，整理出適用于封閉辦公園區(qū)的自動(dòng)駕駛功能。見表3：

4? ? 測(cè)試用例大類

將以上整理出的封閉辦公園區(qū)道路特征和交通標(biāo)識(shí)作為測(cè)試用例的靜態(tài)元素，車輛和行人的動(dòng)作作為測(cè)試用例的動(dòng)態(tài)元素。結(jié)合已梳理出的自動(dòng)駕駛功能，整理出適用于封閉辦公園區(qū)的測(cè)試用例，如下表4所示。

5? ? 控制器驗(yàn)證

為驗(yàn)證上述測(cè)試用例，本文選用HIL的自動(dòng)駕駛軟硬件平臺(tái)，并基于封閉辦公園區(qū)的道路場(chǎng)景，以控制器在環(huán)的方式進(jìn)行控制器的功能驗(yàn)證，測(cè)試自動(dòng)駕駛控制器目標(biāo)感知、目標(biāo)響應(yīng)、ODD范圍識(shí)別、遵守道路交通規(guī)則，軟硬件平臺(tái)如圖7所示。其中，HIL平臺(tái)集成了實(shí)時(shí)處理系統(tǒng)、程控電源、以太網(wǎng)交換機(jī)，運(yùn)行仿真模型搭建工具M(jìn)ATLAB/Simulink、車輛動(dòng)力軟件Vedyna、試驗(yàn)管理軟件Veristand。自動(dòng)化測(cè)試平臺(tái)運(yùn)行自動(dòng)化測(cè)試管理軟件TAE，實(shí)現(xiàn)測(cè)試序列的自動(dòng)化執(zhí)行。交通場(chǎng)景仿真軟件VTD運(yùn)行虛擬交通場(chǎng)景，并根據(jù)真實(shí)傳感器的參數(shù)搭建虛擬傳感器模型，并將場(chǎng)景中的目標(biāo)數(shù)據(jù)傳輸至待測(cè)控制器中，待測(cè)控制器進(jìn)行決策后將加速、減速、轉(zhuǎn)向等控制器指令發(fā)送到車輛動(dòng)力學(xué)Vedyna來控制車輛在交通仿真軟件VTD中的運(yùn)動(dòng)軌跡，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)控制器在環(huán)測(cè)試。

本文以行人橫穿為例，仿真環(huán)境中，虛擬車輛以20km/h的勻速行駛，前方行人以設(shè)定的軌跡、速度進(jìn)行橫穿。主要測(cè)試步驟如下：

首先，自動(dòng)駕駛控制器的功能驗(yàn)證需要場(chǎng)景作為支撐，根據(jù)上述章節(jié)梳理的封閉辦公園區(qū)場(chǎng)景，在交通環(huán)境仿真軟件VTD進(jìn)行搭建，添加氣象條件、動(dòng)態(tài)要素（如車輛、行人等）和觸發(fā)條件等，形成可用來測(cè)試的用例;

在交通仿真軟件VTD中搭建虛擬傳感器物理仿真模型，可根據(jù)真實(shí)傳感器的參數(shù)設(shè)定。通過設(shè)定傳感器的識(shí)別范圍，可作為虛擬毫米波雷達(dá);通過設(shè)定虛擬傳感器的識(shí)別類型、畸變、FOV等可作為虛擬攝像頭傳感器;設(shè)置虛擬傳感器的探測(cè)距離可作為虛擬超聲波雷達(dá)傳感器;采用激光雷達(dá)點(diǎn)云注入方式實(shí)現(xiàn)對(duì)激光雷達(dá)的仿真;最后根據(jù)真實(shí)傳感器在實(shí)車上位置，在仿真環(huán)境中完成安裝和標(biāo)定。

Vedyna是專門針對(duì)實(shí)時(shí)仿真測(cè)試和離線研究使用的快速車輛動(dòng)力學(xué)軟件。根據(jù)控制器所在實(shí)車的整車參數(shù)，完成車輛動(dòng)力學(xué)模型。如，通過設(shè)置迎風(fēng)面積、環(huán)境車速、空氣密度等完成空氣阻力仿真;通過設(shè)置方向盤向角、轉(zhuǎn)向比進(jìn)行轉(zhuǎn)向系統(tǒng)仿真等。

Veristand是HIL仿真測(cè)試系統(tǒng)的實(shí)時(shí)試驗(yàn)管理管理，通過仿真模型加載、加載通信協(xié)議DBC、將實(shí)時(shí)仿真模型下發(fā)到實(shí)時(shí)仿真處理系統(tǒng)，完成對(duì)試驗(yàn)的配置和監(jiān)測(cè)。其試驗(yàn)結(jié)果如下：

根據(jù)場(chǎng)景動(dòng)畫及虛擬車輛的速度曲線圖可以看出，車輛在靠近行人時(shí)，會(huì)減速至0m/s，待行人安全通過后，再啟動(dòng)并正常行駛。

6? ? 總結(jié)

傳統(tǒng)的基于里程和規(guī)則的測(cè)試方法需要向基于場(chǎng)景的測(cè)試驗(yàn)證方法轉(zhuǎn)變。為提高自動(dòng)駕駛汽車的開發(fā)驗(yàn)證效率，本文分析封閉辦公園區(qū)的典型道路特征，并結(jié)合相關(guān)自動(dòng)駕駛汽車測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)，整理出應(yīng)用于封閉辦公園區(qū)自動(dòng)駕駛汽車的測(cè)試用例。試驗(yàn)表明：該測(cè)試用例具有典型性、真實(shí)性，能夠較好滿足自動(dòng)駕駛控制器仿真測(cè)試需求。

本文僅對(duì)單個(gè)測(cè)試用例（行人橫穿）進(jìn)行測(cè)試，未考慮惡劣天氣狀況。后續(xù)將用更多的測(cè)試用例測(cè)試該控制器。對(duì)智能網(wǎng)聯(lián)汽車來說，最真實(shí)有效、最直接的測(cè)試車輛自動(dòng)駕駛功能、性能的方法依舊是實(shí)車道路測(cè)試。雖已搭建典型的封閉辦公園區(qū)場(chǎng)景，但道路的測(cè)試場(chǎng)景較復(fù)雜，不能全部列舉出來，且真實(shí)道路測(cè)試不僅僅與單一交通車或行人進(jìn)行交互，自動(dòng)駕駛汽車應(yīng)考慮多個(gè)測(cè)試用例組合起來，進(jìn)行連續(xù)性場(chǎng)景測(cè)試。

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