自動(dòng)駕駛汽車測(cè)試技術(shù)與應(yīng)用進(jìn)展研究

丁奕

上海機(jī)動(dòng)車檢測(cè)認(rèn)證技術(shù)研究中心有限公司 上海市 201805

1 引言

目前學(xué)術(shù)界很少有學(xué)者研究自動(dòng)駕駛汽車測(cè)試技術(shù)與應(yīng)用進(jìn)展問(wèn)題，存在著一定程度上的理論空白，與自動(dòng)駕駛迅猛的發(fā)展形勢(shì)不夠匹配，因此有必要對(duì)相關(guān)問(wèn)題進(jìn)行分析，為自動(dòng)駕駛的發(fā)展提供理論基礎(chǔ)。所謂自動(dòng)駕駛型汽車也就是無(wú)人駕駛型汽車，是利用電腦系統(tǒng)完成駕駛的智能化汽車，整個(gè)駕駛過(guò)程不需要駕駛員參與。為了能夠保證自動(dòng)駕駛汽車的安全運(yùn)行，必須要加強(qiáng)對(duì)汽車的測(cè)試。在現(xiàn)有階段，汽車檢測(cè)的技術(shù)人員十分關(guān)注自動(dòng)駕駛的汽車測(cè)試問(wèn)題，據(jù)此，本文分析了自動(dòng)駕駛的各項(xiàng)測(cè)試技術(shù)，對(duì)現(xiàn)實(shí)有所裨益。

2 自動(dòng)駕駛汽車測(cè)試技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值

在對(duì)整體問(wèn)題進(jìn)行研究前，有必要明確自動(dòng)駕駛汽車測(cè)試技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值。對(duì)于自動(dòng)駕駛汽車測(cè)試技術(shù)來(lái)說(shuō)，其在自動(dòng)駕駛的研發(fā)體系當(dāng)中較為重要，是關(guān)鍵的組成部分，同時(shí)也是促進(jìn)自動(dòng)駕駛技術(shù)不斷發(fā)展的核心技術(shù)。隨著高等級(jí)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)與高級(jí)駕駛輔助體系的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用，很多新的測(cè)試需求都已經(jīng)出現(xiàn)在了現(xiàn)實(shí)當(dāng)中，雖然自動(dòng)駕駛系統(tǒng)與輔助體系都由世界第一強(qiáng)國(guó)美國(guó)研發(fā)，但我國(guó)仍然需要重視該問(wèn)題，因?yàn)樽詣?dòng)駕駛汽車不可能只是在美國(guó)發(fā)展，我國(guó)同樣具備發(fā)展自動(dòng)駕駛汽車的條件，而想要不斷的提升自動(dòng)駕駛技術(shù)就必須要不斷的進(jìn)行測(cè)試，合理對(duì)測(cè)試方法進(jìn)行應(yīng)用。目前在美國(guó)以及英國(guó)、德國(guó)、法國(guó)等發(fā)達(dá)國(guó)家的具體研究當(dāng)中，基本形成了相應(yīng)的測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。自動(dòng)駕駛與輔助駕駛系統(tǒng)不同，其要比輔助駕駛系統(tǒng)更加高級(jí)，能夠?qū)崿F(xiàn)在特定環(huán)境下完全對(duì)人類駕駛員進(jìn)行替代，從而完成車輛操控。在駕駛控制權(quán)發(fā)生轉(zhuǎn)移的情況下，自動(dòng)駕駛系統(tǒng)容易受到不確定性因素的影響，無(wú)論是無(wú)法預(yù)知的車輛行為還是道路環(huán)境，亦或是氣象條件都需要完全的包括在其中。在這樣的情況下，如果僅僅是應(yīng)用預(yù)先設(shè)定好的用例進(jìn)行測(cè)試，無(wú)疑很難更好的得到工作目標(biāo)，所以，必須要對(duì)自動(dòng)駕駛汽車測(cè)試技術(shù)進(jìn)行合理應(yīng)用。以上所述，基本就是自動(dòng)駕駛汽車測(cè)試技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值。

3 自動(dòng)駕駛汽車的測(cè)試技術(shù)

3.1 自動(dòng)駕駛汽車的公路測(cè)試技術(shù)

自動(dòng)駕駛汽車的測(cè)試技術(shù)主要包括三種，分別是公路測(cè)試技術(shù)、用例測(cè)試技術(shù)以及場(chǎng)景測(cè)試技術(shù)。先從公路測(cè)試技術(shù)的角度來(lái)看，所謂公路測(cè)試技術(shù)也就是真實(shí)交通環(huán)境下的測(cè)試，主要在現(xiàn)實(shí)道路中完成。公路測(cè)試技術(shù)是一種特定的測(cè)試技術(shù)手段，并不是通過(guò)相關(guān)技術(shù)模擬。無(wú)論是道路條件還是氣候環(huán)境，甚至參與者都必須要真實(shí)存在，保證不會(huì)受到人為因素的影響。毫無(wú)疑問(wèn)，公路測(cè)試技術(shù)的應(yīng)用能夠最大程度的體現(xiàn)出自動(dòng)駕駛汽車的水平，因?yàn)檎鎸?shí)的交通環(huán)境下會(huì)隨機(jī)發(fā)生一些相關(guān)的事件，能夠滿足規(guī)劃決策、環(huán)境感知等等具體的測(cè)試需求。如今科學(xué)技術(shù)較為發(fā)達(dá)，公路測(cè)試不會(huì)對(duì)公路上的其他車輛產(chǎn)生影響，但是進(jìn)行公路測(cè)試的成本較高，效率較低，只有長(zhǎng)期進(jìn)行測(cè)試才能夠得出更有價(jià)值的測(cè)試結(jié)果，所以如果僅僅應(yīng)用公路測(cè)試技術(shù)，很難保證自動(dòng)駕駛汽車測(cè)試的可操作性，這一點(diǎn)需要引起相關(guān)人員的重視。

3.2 自動(dòng)駕駛汽車的用例測(cè)試技術(shù)

所謂用例測(cè)試技術(shù)也就是指先對(duì)測(cè)試用例進(jìn)行定義，明確車輛的具體功能是否能夠真正滿足特定條件的需求，測(cè)試用例是為特殊目標(biāo)設(shè)計(jì)出的以組測(cè)試內(nèi)容，包括執(zhí)行條件以及預(yù)期結(jié)果等等，能對(duì)程序路徑進(jìn)行測(cè)試，對(duì)其是否能夠滿足特定的需求進(jìn)行證實(shí)。如果通過(guò)測(cè)試或者測(cè)試結(jié)果較好，說(shuō)明自動(dòng)駕駛汽車的技術(shù)得到了進(jìn)步，如果沒(méi)有通過(guò)測(cè)試，就說(shuō)明自動(dòng)駕駛基礎(chǔ)沒(méi)能滿足具體條件的需求，可以說(shuō)這一測(cè)試技術(shù)對(duì)結(jié)果與測(cè)試過(guò)程都要求的十分明確。以自動(dòng)緊急剎車測(cè)試為例，所謂剎車測(cè)試也就是指制動(dòng)測(cè)試，在不同條件下，制動(dòng)能夠讓車輛避免碰撞障礙物，通過(guò)測(cè)試說(shuō)明自動(dòng)駕駛汽車的這一功能完全有效。

用例測(cè)試技術(shù)在應(yīng)用的過(guò)程中，適合相對(duì)簡(jiǎn)單的功能，適合在主動(dòng)安全測(cè)試、功能測(cè)試擋單項(xiàng)測(cè)試中應(yīng)用。其效率較高，可重復(fù)性較強(qiáng)，可行性較強(qiáng)，但是存在著一定程度上的問(wèn)題。因?yàn)閷?duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與分析需要相關(guān)企業(yè)或機(jī)構(gòu)投入較高的成本，無(wú)論是模擬實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)還是危險(xiǎn)數(shù)據(jù)都具備一定難度，獲取數(shù)據(jù)的局限性較大，在功能復(fù)雜的自動(dòng)化駕駛系統(tǒng)中應(yīng)用用例測(cè)試技術(shù)具備一定難度，僅僅適合某項(xiàng)單一功能的測(cè)試，無(wú)法實(shí)現(xiàn)多項(xiàng)功能的綜合測(cè)試。

3.3 自動(dòng)駕駛汽車的場(chǎng)景測(cè)試技術(shù)

自動(dòng)駕駛汽車的場(chǎng)景測(cè)試技術(shù)主要就是指對(duì)相應(yīng)的場(chǎng)景進(jìn)行預(yù)設(shè)，要求自動(dòng)駕駛汽車必須要完成特定任務(wù)目標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)測(cè)試的技術(shù)方法。場(chǎng)景描述特定的時(shí)間段發(fā)生的事件過(guò)程，主要是指若干事件發(fā)生的序列，用來(lái)對(duì)特定空間與時(shí)間范圍內(nèi)交通的具體情況。場(chǎng)景測(cè)試技術(shù)的應(yīng)用并不對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行明確要求，同時(shí)在不違背具體目標(biāo)條件的基礎(chǔ)上，由自動(dòng)駕駛自主選定處理方式，具備較高的自由度。除此之外，自動(dòng)駕駛汽車的場(chǎng)景測(cè)試技術(shù)應(yīng)用具有較為豐富的元素，存在較多數(shù)據(jù)源，將測(cè)試場(chǎng)景內(nèi)容確定下來(lái)，可以更好的完成目標(biāo)。但是，自動(dòng)駕駛汽車的場(chǎng)景測(cè)試技術(shù)對(duì)成本要求較高，需要進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，因此較為復(fù)雜。

4 自動(dòng)駕駛汽車的測(cè)試工具

4.1 虛擬仿真層面的測(cè)試工具

自動(dòng)駕駛汽車的測(cè)試工具在一定程度上代表著其應(yīng)用的基本進(jìn)展，因?yàn)闇y(cè)試工具越先進(jìn)，說(shuō)明自動(dòng)駕駛汽車測(cè)試的應(yīng)用水平也就越高。在不斷進(jìn)步的情況下，自動(dòng)駕駛汽車也就會(huì)逐漸得到普及。自動(dòng)駕駛汽車的重點(diǎn)測(cè)試工具為虛擬仿真，所謂虛擬仿真主要就是純數(shù)字化仿真的測(cè)試工具，內(nèi)容主要包括車輛動(dòng)力基礎(chǔ)模型、模擬場(chǎng)景、傳感器基礎(chǔ)模型等等，能夠仿真測(cè)試自動(dòng)駕駛的汽車系統(tǒng)。毫無(wú)疑問(wèn)，無(wú)論是在功能開(kāi)發(fā)階段還是早期節(jié)點(diǎn)，只要在無(wú)實(shí)物硬件條件下，都需要應(yīng)用這一測(cè)試工具。

4.2 硬件在環(huán)層面的測(cè)試工具

對(duì)硬件在環(huán)層面的測(cè)試工具進(jìn)行利用，要求自動(dòng)駕駛的系統(tǒng)部件完全真實(shí)，但是具體環(huán)境則具備著虛擬的特點(diǎn)。自動(dòng)駕駛的汽車環(huán)境感知需要實(shí)施硬件的在環(huán)測(cè)試，同時(shí)無(wú)論是控制執(zhí)行還是決策規(guī)劃，都需要完全的包括在其中。在測(cè)試期間，攝像頭基本會(huì)放置在場(chǎng)景現(xiàn)實(shí)屏幕前方，同時(shí)需要完成監(jiān)理攝像頭的測(cè)試黑箱工作，對(duì)攝像頭處于不同的場(chǎng)景之下認(rèn)知和感知能力情況實(shí)施具體的測(cè)試。

對(duì)于超聲波的雷達(dá)硬件而言，其實(shí)施在環(huán)測(cè)試的過(guò)程當(dāng)中，必須要以目標(biāo)物的超聲波為基礎(chǔ)，結(jié)合車輛與障礙物直接雷達(dá)波的反射特性，將不同部件與系統(tǒng)完全的整合在儀器，構(gòu)建出具備特點(diǎn)及科學(xué)性的集成化測(cè)試系統(tǒng)，同時(shí)通過(guò)聯(lián)合仿真，對(duì)自動(dòng)駕駛路徑的跟隨算法進(jìn)行測(cè)試，保證測(cè)試工具的可靠性和有效性。

4.3 整車在環(huán)層面的測(cè)試工具

自動(dòng)駕駛汽車的測(cè)試工具普遍較為復(fù)雜，很多相關(guān)人士因?yàn)閷I(yè)術(shù)語(yǔ)晦澀難懂而忽視了對(duì)相關(guān)問(wèn)題的研究，實(shí)際上即便難度較大，也必須要細(xì)致的對(duì)其進(jìn)行分析。整車在環(huán)層面的測(cè)試工具主要以封閉空曠的條件為基礎(chǔ)，在實(shí)施車輛測(cè)試的過(guò)程中，系統(tǒng)場(chǎng)景的仿真會(huì)存在虛擬場(chǎng)景，形成場(chǎng)景后，以傳感裝置及信號(hào)為基礎(chǔ)，完成對(duì)系統(tǒng)的模擬，保證虛擬場(chǎng)景傳感裝置信號(hào)的生成。在生成了具體的信號(hào)后，需要將其完全的傳送到自動(dòng)駕駛車輛的電子控制單元當(dāng)中，結(jié)合所感知到數(shù)據(jù)實(shí)施決策規(guī)劃，對(duì)相關(guān)的任務(wù)進(jìn)行執(zhí)行。場(chǎng)景模擬的系統(tǒng)軟件會(huì)對(duì)車輛信息進(jìn)行讀取，對(duì)參數(shù)的實(shí)時(shí)更新功能進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，結(jié)合新的位置信息，對(duì)傳感裝置模擬信號(hào)進(jìn)行發(fā)送。相關(guān)的技術(shù)人員可以對(duì)這種測(cè)試工具進(jìn)行利用，對(duì)智能化的控制系統(tǒng)進(jìn)行合理評(píng)價(jià)，同時(shí)對(duì)交通系統(tǒng)車輛的安全及制動(dòng)控制效果進(jìn)行綜合分析，明確其測(cè)試工具的應(yīng)用是否存在效果，如果效果良好，就需要繼續(xù)進(jìn)行應(yīng)用，如果效果一般，就需要對(duì)現(xiàn)有的問(wèn)題進(jìn)行分析，不斷的創(chuàng)新與改進(jìn)。

再?gòu)奶幱诰唧w平臺(tái)條件下車輛的在環(huán)測(cè)試角度來(lái)看，相關(guān)技術(shù)人員對(duì)具體的測(cè)試方案進(jìn)行研究，規(guī)定具體條件，將傳感裝置安裝到平臺(tái)當(dāng)中，被測(cè)定車輛的具體位置需要保持不變的情況，以機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)為基礎(chǔ)，對(duì)交通參與者與被測(cè)定車輛之間的運(yùn)動(dòng)實(shí)施具體的分析，開(kāi)展車輛的在環(huán)測(cè)試。測(cè)試系統(tǒng)當(dāng)中，由于所有的傳感裝置部件都完全屬于真實(shí)硬件，所以在測(cè)試結(jié)果方面相對(duì)可靠，應(yīng)引起人們的重視。

4.4 封閉場(chǎng)地層面的測(cè)試工具

從封閉場(chǎng)地層面的測(cè)試工具來(lái)看，對(duì)于汽車測(cè)試來(lái)說(shuō)，無(wú)論是系統(tǒng)還是環(huán)境都完全具備實(shí)際存在的特點(diǎn)，主要以專用封閉測(cè)試的場(chǎng)地空間為基礎(chǔ)，注重對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行模擬，對(duì)環(huán)境進(jìn)行還原，以柔性化的設(shè)計(jì)為目的與核心，保證自動(dòng)駕駛的車輛始終以有限場(chǎng)地條件為基礎(chǔ)，從而對(duì)各種環(huán)境與場(chǎng)景測(cè)試進(jìn)行接受。自動(dòng)駕駛汽車的測(cè)試項(xiàng)目包括高速公路路段測(cè)試，相關(guān)人員需要對(duì)自動(dòng)駕駛的汽車典型封閉測(cè)試的場(chǎng)地進(jìn)行明確，場(chǎng)地內(nèi)主要包括多種不同的道路要素與路面，無(wú)論是瀝青還是水泥，亦或是各種鋪裝路面都需要完全的包括在其中。試驗(yàn)區(qū)域內(nèi)設(shè)定多種不同的道路基本要素，包括信號(hào)燈、車道線等等，還需要保證交通標(biāo)志的合理設(shè)計(jì)，融合多種不同的要素。對(duì)于城市場(chǎng)景而言，除了需要對(duì)相應(yīng)的模擬建筑進(jìn)行搭建外，還必須要設(shè)定輔助設(shè)施與停車位。對(duì)于所有的自動(dòng)駕駛車輛來(lái)說(shuō)，必須要將其放置在真實(shí)的環(huán)境當(dāng)中，讓其能夠遇到所有現(xiàn)實(shí)中可能遇到的道路要素，之后對(duì)自動(dòng)駕駛車輛的具體應(yīng)對(duì)狀況進(jìn)行系統(tǒng)化測(cè)試。經(jīng)過(guò)具體的測(cè)試，通過(guò)明確測(cè)試結(jié)果就可以了解到目前存在著的具體問(wèn)題，不斷降低風(fēng)險(xiǎn)，提升測(cè)試效率。在后續(xù)的工作當(dāng)中，還需要將具備一定測(cè)試價(jià)值與典型場(chǎng)景篩選出來(lái)，實(shí)施封閉場(chǎng)地的測(cè)試分析，保證場(chǎng)地的測(cè)試周期能夠縮短，提升測(cè)試效率。

5 自動(dòng)駕駛汽車測(cè)試技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)展

5.1 自動(dòng)駕駛汽車的工具加速測(cè)試

自動(dòng)駕駛汽車測(cè)試技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)展主要體現(xiàn)在加速測(cè)試的方面。在所有的測(cè)試技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，加速測(cè)試的難度最大，也最有利于自動(dòng)駕駛汽車的不斷發(fā)展，因此必須要引起相關(guān)人員的重視。自動(dòng)駕駛汽車加速能力較高，說(shuō)明自動(dòng)駕駛汽車得到了持續(xù)的創(chuàng)新，具備了一定的水平，可以進(jìn)一步的對(duì)其潛力進(jìn)行挖掘。加速測(cè)試主要就是應(yīng)用高效率的具體工具，完成具體的測(cè)試過(guò)程。只有對(duì)虛擬測(cè)試系統(tǒng)的工具進(jìn)行合理應(yīng)用，才能夠在現(xiàn)實(shí)情況中真正對(duì)其作用進(jìn)行發(fā)揮，通過(guò)虛擬仿真和真實(shí)環(huán)境、硬件的相互融合，能夠?qū)y(cè)試的真實(shí)度需求進(jìn)行滿足，除此之外，相關(guān)人員需要對(duì)測(cè)試效率方面標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行明確，因?yàn)闇y(cè)試的效率越低，說(shuō)明其需要投入的成本也就越高。在測(cè)試的過(guò)程當(dāng)中，為了能夠滿足具體的要求條件，就必須要對(duì)虛擬仿真專業(yè)測(cè)試工具進(jìn)行合理的選定，避免真實(shí)的環(huán)境測(cè)試在實(shí)際情況下被大量使用。

相關(guān)研究者在對(duì)典型場(chǎng)景進(jìn)行研究的基礎(chǔ)上，對(duì)循環(huán)的迭代基礎(chǔ)模型進(jìn)行設(shè)計(jì)，對(duì)虛擬仿真系統(tǒng)平臺(tái)高效性特征進(jìn)行發(fā)揮，將初始數(shù)據(jù)、自然數(shù)據(jù)、事故數(shù)據(jù)等都提取出相關(guān)的因素，放置在虛擬環(huán)境當(dāng)中，對(duì)復(fù)現(xiàn)測(cè)試及篩選操作進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，之后對(duì)典型用例進(jìn)行合理的挑選，經(jīng)過(guò)硬件的在環(huán)測(cè)試后，再實(shí)施驗(yàn)證及篩選，將少量典型用例放置于真實(shí)環(huán)境完成驗(yàn)證，能夠較好的達(dá)到工作目標(biāo)，促進(jìn)應(yīng)用水平的提升，挖掘自動(dòng)駕駛汽車的潛力。

5.2 自動(dòng)駕駛汽車的過(guò)程加速測(cè)試

自動(dòng)駕駛汽車的過(guò)程加速測(cè)試較為復(fù)雜，主要就是對(duì)各種技術(shù)手段進(jìn)行利用，不斷的提升測(cè)試執(zhí)行效率。毫無(wú)疑問(wèn)，很多的測(cè)試技術(shù)在應(yīng)用過(guò)程中都需要對(duì)虛擬測(cè)試的基本環(huán)境進(jìn)行有效利用，過(guò)程加速測(cè)試也不例外。自動(dòng)加速的汽車測(cè)試加速基本理論以自然駕駛的具體數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，應(yīng)用相對(duì)重要的手段，保證在虛擬測(cè)試的環(huán)境下，能夠不斷的放大危險(xiǎn)場(chǎng)景實(shí)際發(fā)生概率，放大這一概率主要就是為了更好的提升自動(dòng)駕駛汽車的技術(shù)，通過(guò)增加車輛遇險(xiǎn)場(chǎng)景頻次進(jìn)行加速測(cè)試，提出更多的危險(xiǎn)場(chǎng)景，保證自動(dòng)駕駛汽車的加速性能于基本質(zhì)量。

6 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，自動(dòng)駕駛型汽車是無(wú)人駕駛型汽車，是利用電腦系統(tǒng)完成駕駛的智能化汽車，整個(gè)駕駛過(guò)程不需要駕駛員參與。自動(dòng)駕駛與輔助駕駛系統(tǒng)不同，其要比輔助駕駛系統(tǒng)更加高級(jí)，能夠?qū)崿F(xiàn)在特定環(huán)境下完全對(duì)人類駕駛員進(jìn)行替代，從而完成車輛操控。在駕駛控制權(quán)發(fā)生轉(zhuǎn)移的情況下，自動(dòng)駕駛系統(tǒng)容易受到不確定性因素的影響，如果僅僅是應(yīng)用預(yù)先設(shè)定好的用例進(jìn)行測(cè)試，無(wú)疑很難更好的得到工作目標(biāo)，所以必須要對(duì)自動(dòng)駕駛汽車測(cè)試技術(shù)進(jìn)行合理應(yīng)用。自動(dòng)駕駛汽車的測(cè)試技術(shù)主要包括三種，分別是公路測(cè)試技術(shù)、用例測(cè)試技術(shù)以及場(chǎng)景測(cè)試技術(shù)，對(duì)其進(jìn)行應(yīng)用的過(guò)程中需要注意細(xì)節(jié)。另外，自動(dòng)駕駛汽車加速能力較高，說(shuō)明自動(dòng)駕駛汽車得到了持續(xù)的創(chuàng)新，具備了一定的水平，可以進(jìn)一步的對(duì)其潛力進(jìn)行挖掘。