保麗霞,吳金友,王秋蘭,季 楠,王凡婷

(1.上海市城市建設(shè)設(shè)計研究總院(集團(tuán))有限公司,上海 200125;2.吉林大學(xué),吉林 長春 130000)

1 自動駕駛測試場地建設(shè)

目前,自動駕駛汽車正在從研發(fā)階段轉(zhuǎn)向在特定應(yīng)用場所下的大規(guī)模實驗和試用階段,隨著自動駕駛系統(tǒng)的不斷發(fā)展,產(chǎn)生了很多新的測試需求。因此,建立完備的自動駕駛測試體系將有效推動智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展[1]。

自動駕駛車輛測試是驗證和判斷自動駕駛系統(tǒng)在響應(yīng)過程中是否能夠正確識別交通設(shè)施和參與者,并時刻遵守交通規(guī)則的測試。傳統(tǒng)的整車測試主要測試單車性能。與傳統(tǒng)的車輛測試不同,自動駕駛車輛測試的評價對象是一個強(qiáng)耦合的人-車-環(huán)境-任務(wù)系統(tǒng),因此,使用針對傳統(tǒng)車輛的測試方法很難滿足對自動駕駛汽車性能測試的需求。隨著自動駕駛技術(shù)的不斷發(fā)展,各國圍繞自動駕駛測試相關(guān)工作進(jìn)行了大量研究。目前,自動駕駛車輛測試兩大方法分別是仿真測試和道路測試[2]。仿真測試主要通過搭建仿真測試平臺,測試自動駕駛汽車各個系統(tǒng)的功能,是自動駕駛系統(tǒng)測試的第一步[3]。基于道路的測試最接近真實環(huán)境的測試,是驗證自動駕駛功能的必要步驟,也是自動駕駛汽車商業(yè)化的必備條件。自動駕駛測試評價體系研究和統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的建立,對于提升我國自動駕駛汽車研究水平具有重要意義。

鑒于目前自動駕駛汽車測試技術(shù)缺乏全面系統(tǒng)的總結(jié),圍繞國內(nèi)外自動駕駛測試場地的建設(shè)情況、自動駕駛測試場景、測試方法、測試評價原則等進(jìn)行了系統(tǒng)的總結(jié)。

2 自動駕駛測試場地建設(shè)

自動駕駛汽車大規(guī)模上路之前必須經(jīng)過自動駕駛道路測試,在自動駕駛測試過程中可以評估測試車輛的性能并發(fā)現(xiàn)在測試中可能存在的風(fēng)險,從而進(jìn)行算法后續(xù)優(yōu)化與系統(tǒng)功能提升,最大限度地提高自動駕駛車輛的安全性。

道路測試是基于真實的交通場景進(jìn)行的測試,測試結(jié)果可信度較高,因此得到了業(yè)界的廣泛重視。測試場地能夠提供最接近開放道路的交通環(huán)境,方便探索在仿真測試中忽略的車輛在行駛過程中可能出現(xiàn)的各種問題。

2.1 國外自動駕駛測試場地

國外早在20世紀(jì)就開始重視自動駕駛汽車的發(fā)展,美國、日本等國家相繼出臺了支持自動駕駛汽車的研發(fā)和測試的政策,并投入大量資金建設(shè)無人駕駛測試場[4-7]。

美國已經(jīng)建成多個無人駕駛示范區(qū),其中,作為全球第一個自動駕駛汽車測試場M-city已于2015年建成,并引發(fā)廣大關(guān)注[8]。2016年,英國政府計劃在部分現(xiàn)有自動駕駛汽車檢測中心的基礎(chǔ)上,重點(diǎn)建設(shè)檢測設(shè)施集群。另外,瑞典、日本、新加坡等都在推進(jìn)自動駕駛測試場地建設(shè)工作[4]。如表1所示。

表1 國外主要自動駕駛測試場

2.2 國內(nèi)自動駕駛測試場地

我國的測試試驗場和示范區(qū)的建設(shè)仍處在不斷學(xué)習(xí)的階段,但是布局已經(jīng)較為完整。許多企業(yè)都在努力加快智能網(wǎng)聯(lián)汽車的示范應(yīng)用,并且推進(jìn)自動駕駛車輛的商業(yè)化落地,目前上海、北京、重慶等地都已建立了智能網(wǎng)聯(lián)測試示范區(qū)[9],每個示范區(qū)都有自己的特點(diǎn)和側(cè)重,如表2所示。

3 自動駕駛測試場景

3.1 測試場景要素劃分

由于自動駕駛技術(shù)的發(fā)展帶來了測試需求的增加,學(xué)者們開始研究自動駕駛測試場景的構(gòu)建。Geyer等人[12]詳細(xì)闡述了自動駕駛測試場景構(gòu)成元素定義及場景的分類。Menzel等人[13]對情景一詞進(jìn)行了更詳細(xì)的分類,將場景劃分為功能場景、邏輯場景和具體場景。德國PEGASUS項目[14]專門分析了自動駕駛汽車不同階段的測試需求,針對測試場景的構(gòu)建,提出了六層分層模型,分別是道路層、交通設(shè)施層、臨時操作層、目標(biāo)層、環(huán)境層和數(shù)據(jù)通訊層。美國國家公路交通安全管理局(NHTSA)構(gòu)建了自動駕駛車輛測試場景的框架。趙祥模等人[15]將自動駕駛測試場景環(huán)境要素分為動態(tài)環(huán)境要素和靜態(tài)環(huán)境要素。

通過對以往研究的分析,一般來說,自動駕駛測試場景是一定時間和空間范圍內(nèi)車輛運(yùn)行設(shè)計域(Operational Design Domain,ODD)元素、目標(biāo)和時間探測與響應(yīng)(Object and Event Detection and Response,OEDR)元素和自車元素構(gòu)成[16]。

3.2 國內(nèi)典型測試場景庫案例

自動駕駛場景庫是指由不同測試需求構(gòu)建的測試場景組成的數(shù)據(jù)庫。國內(nèi)目前有很多公司已經(jīng)開始建立自己的場景庫以供測試研究,如表3所示。

4 自動駕駛測試方法

4.1 測試方法簡介

自動駕駛測試場景的建設(shè)和功能劃分與車輛測試方法密不可分,目前自動駕駛測試方法主要分為仿真測試、封閉場地測試和開放道路測試,通常對車輛的測試采用“多支柱法”,即通過仿真測試、封閉場地測試和開放道路測試等多種測試方法對車輛依次進(jìn)行功能測試[17]。

自動駕駛仿真測試指的是通過計算機(jī)還原盡可能真實的自動駕駛車輛運(yùn)行場景,從而方便對車輛各個系統(tǒng)和車輛整體進(jìn)行測試[18]。研究人員通過分析研究仿真測試的結(jié)果,測試與驗證自動駕駛各個系統(tǒng)和算法的有效性。仿真測試的主要優(yōu)點(diǎn)是測試場景設(shè)置靈活,場景覆蓋率高、安全,有利于提高測試效率,降低測試成本。

自動駕駛道路測試,包括封閉場地測試和開放道路測試。雖然現(xiàn)階段大多數(shù)的測試工作仍以仿真測試為主,自動駕駛汽車的測試工作90%由仿真測試完成,但是仿真測試并不能完全取代實際道路測試,自動駕駛車輛需要進(jìn)行道路測試來實現(xiàn)其最終測試。

4.2 典型場景下自動駕駛車輛測試實例

鑒于目前的自動駕駛仿真測試方法已經(jīng)相當(dāng)成熟,各國都在積極推進(jìn)自動駕駛場地測試以加快無人駕駛車輛的商業(yè)化落地。

(1)封閉場地測試

2021年度,國家智能汽車與智慧交通(京冀)示范區(qū)亦莊基地為20余家國內(nèi)外測試主體提供了測試服務(wù),總測試時長超過3 100 h,封閉測試場全年測試?yán)锍探?.54萬km。

①基礎(chǔ)功能測試

以感知功能測試為例,當(dāng)前被測自動駕駛車輛大多數(shù)是通過激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)和攝像頭來實現(xiàn)感知功能,主要測試被測車輛對周圍車輛、行人、障礙物等的識別性能。本文總結(jié)了2019～2021年自動駕駛車輛在封閉測試場內(nèi)對其前方不同物體的最大感知距離,如表4所示。根據(jù)表中數(shù)據(jù)可知隨著自動駕駛車輛系統(tǒng)的升級,車輛整體感知性能逐漸提高,對物體的感知距離逐年增加。

表4 2019～2021年封閉試驗場向前最大感知距離優(yōu)化方案對比

②整車測試

測試自動駕駛車輛的整車性能首先需要對于車輛在不同工況下的操作能力進(jìn)行測試。2021年,北京封閉測試場測試的自動駕駛車輛在交通標(biāo)線、曲線行駛、直角彎道、變更車道、通過人行橫道線、會車、路口左轉(zhuǎn)、路口右轉(zhuǎn)等項目通過率都達(dá)到了100%[19]。其次,通過車輛在封閉場地指定線路進(jìn)行駕駛來評估自動駕駛車輛的動態(tài)駕駛性能與行駛穩(wěn)定性。通過對測試結(jié)果的分析,現(xiàn)階段發(fā)現(xiàn)的問題主要包括定位精度不夠、某些工況下變道策略不合理等。

③試運(yùn)營驗證測試

在正式對車輛進(jìn)行開放道路測試之前,一些車輛選擇在封閉測試場內(nèi)進(jìn)行試運(yùn)營來測試車輛行駛整個過程的性能。例如,2021年北封閉示范區(qū)就開展了無人巴士和無人配送車的運(yùn)營測試。在一些常見場景下對無人巴士的基礎(chǔ)功能進(jìn)行測試驗證,比如接客落客、與乘客的交互等。無人配送車測試場景,主要包括對配送車的遠(yuǎn)程操控、最后一公里配送的測試。測試結(jié)果表明,仍存在許多問題需要解決,例如在緊急制動時刻車輛如何能確保乘客的安全等。

(2)實際道路測試

①試運(yùn)營載人測試

截止2021年底,北京市載人測試?yán)锍汤塾嫵^251萬km,參與載人試運(yùn)營測試的志愿者超過30萬人次[20]。隨著運(yùn)營規(guī)模的擴(kuò)大,用戶對自動駕駛車輛的接受程度逐漸提高,并且在自動駕駛車輛載人體驗過后,用戶對自動駕駛車輛運(yùn)營的滿意度普遍較高,但仍需重點(diǎn)關(guān)注自動駕駛車輛運(yùn)營模式、駕駛安全、舒適度等問題。

②道路測試關(guān)鍵脫離情況

自動駕駛關(guān)鍵脫離是指自動駕駛車輛因系統(tǒng)故障、策略缺陷、超出設(shè)計運(yùn)行域等原因,車輛控制權(quán)限切換為人類駕駛員的事件,是道路測試的重點(diǎn)測試項目。2021年北京市場地測試中自動駕駛車輛脫離場景占比情況如表5所示,車輛脫離原因類型占比情況如表6所示。

表5 車輛脫離場景占比

根據(jù)表中數(shù)據(jù)可以看出,車輛脫離情況大多發(fā)生在變道場景中,并且,目標(biāo)物占用車道、道路施工等因素是車輛脫離的主要原因。這主要是因為自動駕駛車輛在行駛過程中需嚴(yán)格執(zhí)行交通法規(guī),上述原因使得自動駕駛車輛失去合規(guī)的通行路線不得不請求人類接管車輛,人類駕駛員通常會臨時越過交通規(guī)則約束使車輛正常運(yùn)行。為解決此類問題,未來還要從法律法規(guī)、權(quán)責(zé)劃分方面出發(fā)提出相應(yīng)的解決方案。

5 自動駕駛測試評價原則

對自動駕駛車輛的評價主要從安全性、準(zhǔn)確性、及時性和順暢性四個方面進(jìn)行。

安全性原則:提高道路安全和駕駛效率是自動駕駛車輛的主要目的。因此,安全性能直接影響到自駕車輛的性能評估結(jié)果。安全性是測試中的一票否決項。此處的安全不應(yīng)只關(guān)注本車是否可通過相應(yīng)措施盡量降低風(fēng)險,同樣需要關(guān)注本車的相應(yīng)措施是否會嚴(yán)重影響交通流,造成外界其他交通參與者與本車產(chǎn)生危險。

準(zhǔn)確性原則:準(zhǔn)確性是指自主車輛能否準(zhǔn)確地執(zhí)行相關(guān)的駕駛行為,自車的駕駛行為不會對其他交通參與者造成過度的影響,甚至造成碰撞事故。它應(yīng)該滿足其他交通參與者的一般期望,不對交通速度產(chǎn)生負(fù)面影響,不使其他駕駛參與者對其行為產(chǎn)生混淆,不影響道路安全。

及時性原則:及時性是指自主車輛是否能根據(jù)實時路況執(zhí)行相關(guān)的駕駛行為,而不影響其他交通參與者。這一內(nèi)容主要通過主觀測試方法來評估。

順暢性原則:順暢性是指自動駕駛汽車能否順利地、無障礙地完成相關(guān)駕駛行為,不被其他交通參與者頻繁打斷,或頻繁地、不合理地退出自動駕駛模式,要求駕駛員接管。

舒適性原則:舒適性指的是自動駕駛車輛在行駛過程中盡量保持平穩(wěn),減少加減速的頻率。

6 結(jié) 論

作為一個新興發(fā)展發(fā)向,自動駕駛汽車涉及較多的技術(shù)領(lǐng)域,應(yīng)用場景復(fù)雜多變,尤其是自動駕駛汽車在面臨不確定事件時風(fēng)險較大。本文基于現(xiàn)有的自動駕駛測試標(biāo)準(zhǔn)與研究。

總體來說,目前自動駕駛測試在場景構(gòu)建、測試方法、測試標(biāo)準(zhǔn)方面都取得了一定的進(jìn)展,但是仍然處于研究的初級階段,未來的研究方向主要放在車路協(xié)同與自動駕駛車輛交互測試、連續(xù)出行場景下自動駕駛車輛應(yīng)用效果測試以及路側(cè)智能設(shè)施數(shù)據(jù)提供能力測試等方面,實地驗證自動駕駛車輛各個環(huán)節(jié)的性能,從而推動智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)生態(tài)體系的打造。

此外,在自動駕駛測評規(guī)范方面,未來的發(fā)展方向應(yīng)著眼于建立健全測試的標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī),制定自動駕駛汽車運(yùn)行安全、能力測試標(biāo)準(zhǔn),加快我國自動駕駛技術(shù)的發(fā)展與落地。