基于場(chǎng)景元素的智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)場(chǎng)景構(gòu)建探析

楊秋燕 秦明明

摘 要：智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)測(cè)試是一個(gè)重要環(huán)節(jié)，確保智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)的安全和智能網(wǎng)絡(luò)車(chē)輛的快速發(fā)展需求。場(chǎng)景庫(kù)在智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)測(cè)試評(píng)價(jià)系統(tǒng)中起著非常重要的作用，是測(cè)試評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)和出發(fā)點(diǎn)。為確保測(cè)試場(chǎng)景的充分性，場(chǎng)景庫(kù)應(yīng)使自動(dòng)駕駛比所有場(chǎng)景更加安全可靠，但實(shí)際上不可能看到所有的場(chǎng)景。通過(guò)不同的數(shù)據(jù)源（如收集自然駕駛數(shù)據(jù)、事故數(shù)據(jù)和大量模擬試驗(yàn)）查找典型場(chǎng)景的成本很高，任務(wù)復(fù)雜而艱巨，因此本文提出了一種基于測(cè)試場(chǎng)景元素的測(cè)試場(chǎng)景庫(kù)創(chuàng)建方法，可以構(gòu)建測(cè)試場(chǎng)景庫(kù)，提高測(cè)試的有效性和舒適性。

關(guān)鍵詞：場(chǎng)景元素;智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē);場(chǎng)景構(gòu)建

1 智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)測(cè)試評(píng)價(jià)

1.1 智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)測(cè)試技術(shù)的發(fā)展

智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)是一個(gè)非常復(fù)雜的系統(tǒng)，包含多種復(fù)雜的傳感器系統(tǒng)，包括車(chē)對(duì)路V2I通信、GPS傳感器、高精度地面地圖等。許多傳感器也有一個(gè)智能化的數(shù)據(jù)分析和處理子系統(tǒng)，在進(jìn)行測(cè)試和評(píng)估時(shí)必須考慮到這些特點(diǎn)，并有效地進(jìn)行有針對(duì)性的測(cè)試和評(píng)估。因?yàn)檫@些新傳感器存在一些弱點(diǎn)，所以傳感器數(shù)據(jù)的融合是測(cè)試過(guò)程中十分關(guān)鍵的一部分，在測(cè)試中需要考慮所有傳感器的數(shù)據(jù)同步性，傳感器數(shù)據(jù)的不同步是導(dǎo)致數(shù)據(jù)融合算法誤差的主要原因。智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)最有效的測(cè)試方法是道路測(cè)試，使車(chē)輛能夠在復(fù)雜的駕駛條件下進(jìn)行實(shí)車(chē)試驗(yàn)。但是這種實(shí)際道路測(cè)試必須對(duì)智能網(wǎng)絡(luò)車(chē)輛進(jìn)行有效性全面審查，至少要求智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)在實(shí)際道路上行駛一億公里才能完全確保智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)的安全性，并且絕大部分汽車(chē)生產(chǎn)公司的車(chē)型復(fù)雜多樣，這些車(chē)輛的配置和軟件還原都比較復(fù)雜，如果都是通過(guò)實(shí)際的道路試驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)，顯然不符合產(chǎn)品開(kāi)發(fā)在時(shí)間和資金上的需求，難以在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成智能網(wǎng)絡(luò)車(chē)輛的測(cè)試和評(píng)估。測(cè)試需要對(duì)駕駛場(chǎng)景中的“人、車(chē)、環(huán)境"三個(gè)要素進(jìn)行測(cè)試，驗(yàn)證其中的一部分或全部是否符合標(biāo)準(zhǔn)，建議可以執(zhí)行模擬測(cè)試和仿真驗(yàn)證，從而顯著縮短測(cè)試和評(píng)估周期。這些方法包括仿真、駕駛模擬，受控場(chǎng)地試驗(yàn)和實(shí)地測(cè)試。圖1為具有代表性的硬件在環(huán)測(cè)試系統(tǒng)。

1.2 智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)測(cè)試及場(chǎng)景需求分析

智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)的測(cè)試主要包括傳感器、執(zhí)行器、算法、人機(jī)界面、閉場(chǎng)測(cè)試等，對(duì)汽車(chē)自動(dòng)行駛過(guò)程中的安全隱患進(jìn)行測(cè)試。另外，智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)的駕駛環(huán)境復(fù)雜，除交通設(shè)施外，還必須考慮車(chē)輛、行人等因素。有些司機(jī)在穿越十字路口時(shí)剎車(chē)很快，有些則剎車(chē)很慢，因此也必須考慮司機(jī)的不同駕駛行為。要充分考慮試驗(yàn)和評(píng)價(jià)，駕駛環(huán)境的實(shí)際因素也是多種多樣的，這也使智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)測(cè)試和評(píng)估系統(tǒng)充滿(mǎn)了許多不確定性，比如天氣如雨、雪、霧、光、溫度等其他因素將是智能網(wǎng)絡(luò)車(chē)輛的傳感器性能的又一重要影響途徑，必須在不同的環(huán)境中對(duì)車(chē)輛進(jìn)行測(cè)試和評(píng)價(jià)。這些不確定性是我們?cè)诮y(cè)試和評(píng)估系統(tǒng)時(shí)需要充分考慮的因素。主要目標(biāo)是：全面有效地驗(yàn)證車(chē)輛在復(fù)雜駕駛場(chǎng)景下的功能滿(mǎn)足客戶(hù)預(yù)期使用的要求，所以要求測(cè)試評(píng)價(jià)系統(tǒng)的建立能充分反映用戶(hù)的使用需求，能充分反映實(shí)際駕駛環(huán)境的不同場(chǎng)景和工作條件。有效性是指測(cè)試方法的有效性能，所采用的方法能夠有效地驗(yàn)證智能駕駛功能的質(zhì)量，有效地評(píng)估車(chē)輛系統(tǒng)的一致性和可靠性。此外，智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)可能出現(xiàn)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)失效，硬件故障的情況，此時(shí)汽車(chē)的系統(tǒng)應(yīng)能安全離開(kāi)自動(dòng)駕駛系統(tǒng)，并提醒駕駛員進(jìn)行主動(dòng)駕駛避免事故。如果當(dāng)通信信息丟失時(shí)，智能聯(lián)網(wǎng)車(chē)輛無(wú)法正確識(shí)別錯(cuò)誤，自動(dòng)駕駛系統(tǒng)應(yīng)提醒駕駛員同時(shí)接入互聯(lián)網(wǎng)，如果駕駛員未及時(shí)接收，或智能車(chē)輛中沒(méi)有駕駛員連接到互聯(lián)網(wǎng)，智能車(chē)輛必須能夠自動(dòng)進(jìn)入最低風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)。

2 智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)測(cè)試評(píng)價(jià)體系

2.1 場(chǎng)景采集及場(chǎng)景測(cè)試分析

場(chǎng)景庫(kù)在該系統(tǒng)中起著非常重要的作用，它是智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)測(cè)試和評(píng)估的基礎(chǔ)和關(guān)鍵。為確保其充分性，場(chǎng)景庫(kù)應(yīng)至少與駕駛性能中可能出現(xiàn)的所有場(chǎng)景相對(duì)應(yīng)，證明自動(dòng)駕駛在同等行駛里程數(shù)的前提下比人為駕駛有更高的安全性，在不同的測(cè)試階段對(duì)場(chǎng)景數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，同時(shí)應(yīng)在車(chē)輛的測(cè)試中收集新生成的情景。特別是在經(jīng)驗(yàn)測(cè)試過(guò)程中，在新的場(chǎng)景數(shù)據(jù)中進(jìn)行細(xì)化和分析之后，轉(zhuǎn)換為閉環(huán)系統(tǒng)，不斷優(yōu)化逐步使場(chǎng)景數(shù)據(jù)庫(kù)與場(chǎng)景數(shù)據(jù)庫(kù)豐富，將再增加模擬場(chǎng)景的數(shù)量和對(duì)經(jīng)驗(yàn)場(chǎng)景的需求測(cè)試。這就大大縮短了測(cè)試和評(píng)估周期，以提高測(cè)試和評(píng)估的有效性。

對(duì)于場(chǎng)景數(shù)據(jù)的獲取，在上述測(cè)試評(píng)估系統(tǒng)中，場(chǎng)景數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建是決定測(cè)試評(píng)估充分性的關(guān)鍵，從實(shí)際駕駛環(huán)境和視覺(jué)、雷達(dá)傳感器和環(huán)境數(shù)據(jù)記錄器、車(chē)輛駕駛數(shù)據(jù)（車(chē)速、制動(dòng)、氣閥開(kāi)度、轉(zhuǎn)向信息等）收集現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)。對(duì)最初記錄的信息進(jìn)行分析時(shí)，如果發(fā)現(xiàn)某個(gè)特定場(chǎng)景觸發(fā)了一個(gè)重要的安全事件，則該場(chǎng)景可能包含在測(cè)試場(chǎng)景數(shù)據(jù)庫(kù)中，測(cè)試過(guò)程中的數(shù)據(jù)也可以作為現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)生成的有力補(bǔ)充。此外，還可以根據(jù)實(shí)際交通模式分析，根據(jù)我國(guó)道路交通的特點(diǎn)，分析道路交通事故和事故的類(lèi)型，分析道路交通事故的成因，通過(guò)模擬交通事故和事件的元素重建場(chǎng)景，并作為測(cè)試和評(píng)估。也可以使用ADAS系統(tǒng)和自動(dòng)駕駛系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程的安全分析，特別是第一次場(chǎng)景作為數(shù)據(jù)來(lái)源，因?yàn)樗鼇?lái)自于實(shí)際道路的行駛環(huán)境，是一個(gè)不斷迭代優(yōu)化的封閉系統(tǒng)，由此可以不斷實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)的更新，解決當(dāng)前場(chǎng)景數(shù)據(jù)庫(kù)的不足。這樣我們還可以將采集到的場(chǎng)景數(shù)據(jù)傳遞給實(shí)際用戶(hù)，從而大大加快了過(guò)程場(chǎng)景數(shù)據(jù)的采集速度。之后我們將獲得的場(chǎng)景數(shù)據(jù)分為不同的場(chǎng)景參數(shù)，可以與車(chē)輛運(yùn)動(dòng)控制一起生成我們需要的測(cè)試用例，以形成后續(xù)測(cè)試過(guò)程的基礎(chǔ)。

2.2 場(chǎng)景搭建及實(shí)車(chē)道路測(cè)試

場(chǎng)景搭建是受控測(cè)試中最為關(guān)鍵的部分，由于道路場(chǎng)景的復(fù)雜性和不可計(jì)數(shù)性，我們不可能在一個(gè)封閉的地方模擬所有社會(huì)道路的駕駛場(chǎng)景，因此我們需要在已建成的測(cè)試環(huán)境中配備一些基本要素。道路基礎(chǔ)設(shè)施要素分為：高速岔路口、交叉口、T形交叉口、隧道、建筑公園、詳細(xì)的設(shè)備和設(shè)施、智能交通燈、街道標(biāo)志、無(wú)線充電器、智能停車(chē)場(chǎng)、橋梁公共設(shè)施公園、高架橋、積木、街道智能標(biāo)志、停車(chē)控制照明系統(tǒng)等;交通部件包括：隱藏式護(hù)欄、氣球車(chē)等;氣候要素，具體如下：現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境監(jiān)測(cè)、雨霧氣候及環(huán)境治理基礎(chǔ)設(shè)施實(shí)施、光、雨、霧、雪、塵（可控）;信息和通信元素具體如下：DSRC、5g、G4S差分定位、北斗定位、高精度卡、WiFi技術(shù)升級(jí)等等;電磁空間元素具體如下：電磁兼容與控制。電磁空間元件在傳統(tǒng)測(cè)試中具有獨(dú)立性和創(chuàng)新性，由智能網(wǎng)絡(luò)車(chē)輛的具體性能決定這個(gè)其特殊原因是：車(chē)輛雷達(dá)探頭必須解決相互干擾，保證信號(hào)分集和干擾抑制技術(shù);除了傳統(tǒng)的車(chē)上高壓點(diǎn)火系統(tǒng)外，通信還包括電磁干擾，包括不同的發(fā)電機(jī)、電動(dòng)機(jī)和車(chē)上的電力電磁脈沖引起的干擾等;廣泛使用不同的傳感器，特別是與電驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)合，整車(chē)的電磁兼容顯得尤為重要;除了車(chē)輛本身的電磁干擾外，車(chē)外的無(wú)線通信、移動(dòng)通信設(shè)備和微波通信設(shè)備都會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的電磁干擾干擾是智能推進(jìn)技術(shù)發(fā)展中需要特別關(guān)注的問(wèn)題。

3 小結(jié)

我們應(yīng)該意識(shí)到智能互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)車(chē)輛的復(fù)雜性，在推動(dòng)智能互聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)車(chē)輛的發(fā)展過(guò)程中，必須始終把用戶(hù)和社會(huì)的安全放在首位。為此，有必要對(duì)ICV進(jìn)行測(cè)試和評(píng)估詳，仔細(xì)審查和評(píng)價(jià)的充分性和有效性。針對(duì)ICV的技術(shù)特點(diǎn)，本文從測(cè)試場(chǎng)景數(shù)據(jù)、測(cè)試方法、評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)等方面進(jìn)行了研究，希望能建立一套完整的ICV測(cè)試評(píng)價(jià)體系。測(cè)試和評(píng)估的有效發(fā)展在該系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)過(guò)程中還面臨著許多挑戰(zhàn)，但是在智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)市場(chǎng)上也有許多有益嘗試，使得智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)的測(cè)試和評(píng)估工作日趨完善。

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