高級駕駛輔助系統(tǒng)測試淺析及評價模型

何班本 程梁柱 夏鈺璋 馬義超 楊合鵬

（東風汽車公司技術中心，武漢430056）

主題詞：高級駕駛輔助 測試 評價

1 前言

按照美國汽車工程師學會SAE（Society of Auto?motive Engineers,SAE）對自動駕駛等級劃分規(guī)定，高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）處于LEVEL3以下級別，仍需保證其系統(tǒng)的安全性和可靠性。隨著高級駕駛輔助系統(tǒng)裝配率的提升，測試需求也增長迅速。

一方面搭載高級駕駛輔助系統(tǒng)的汽車在研發(fā)階段要經過大量的試驗驗證，另一方面國內外相關政府機構出臺一系列政策法規(guī)來對高級駕駛輔助系統(tǒng)汽車進行約束限制，如美國于2016年出臺《自動駕駛法案》，對自動駕駛汽車的生產、測試和部署進行監(jiān)管。盡管目前關于ADAS的測試評價標準越來越成熟，但對于具體主機廠，在ADAS系統(tǒng)不同的開發(fā)階段，采用種ADAS系統(tǒng)測試評價方法，定制1套ADAS系統(tǒng)評價模型很有必要。

2 高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）—測試標準及評價現(xiàn)狀

高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）是利用傳感器，在汽車行駛過程中實時感應周圍的環(huán)境，收集數(shù)據，感知融合并對感知數(shù)據進行決策分析，最后對車輛進行控制，輔助駕駛員在道路上進行安全駕駛。

2.1 高級駕駛輔助系統(tǒng)測試標準現(xiàn)狀

針對高級駕駛輔助系統(tǒng)的不同功能，國內外相關機構均出臺了相關測試方法及場景規(guī)范。

2.1.1 國外測試標準狀況

目前國外不同機構組織，針對自動駕駛車輛或智能網聯(lián)汽車，已開展相關測試標準的制定工作。比如聯(lián)合國歐洲經濟委員會（United Nations Economic Commission for Europe,UNECE）成立“聯(lián)合國智能網聯(lián)法律工作組”（WP.29/GRVA），出臺自動駕駛評價與管理辦法（VMAD IWG）和自動轉向法規(guī)（ACSF IWG），并不定期召開會議進行研討。國際標準組織（International Organization for Standardization,ISO）成立道路車輛技術委員會（TC22）和有關運輸信息與控制系統(tǒng)技術委員會（TC204）。TC22主要負責在1968年維也納公約中所規(guī)定的道路車輛（包括掛車、摩托車、機動車、汽車列車、鉸接車輛）及其裝備的兼容性、互換性、安全性以及術語和性能評價試驗規(guī)程（包括儀器的特性）的標準化工作。TC204主要職責在于交通信息和控制系統(tǒng)狀況的總體目標和結構,以及與ISO整體計劃的協(xié)調。SAE、E-NCAP也已制定更加嚴苛的標準法規(guī)。

2.1.2 國內測試標準狀況

當前高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）在國內的裝車率逐年升高，不僅在高端車上裝備了ADAS，10萬元的經濟型轎車上也普遍裝備了ADAS。同時，國內的相關機構（包括中國智能網聯(lián)汽車產業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟、全國汽標委智能網聯(lián)汽車分技術委員會、中國汽車技術研究中心有限公司、中國汽車工程研究院股份有限公司等）針對高級駕駛輔助系統(tǒng)，也逐步出臺了相關測試標準。比如GB/T（國家推薦標準）、JT/T（交通行業(yè)推薦標準）、i-VISTA智能汽車指數(shù)、以及根據E-NCAP進行中國本土化的C-NCAP。目前具有代表性的GB/T標準有GB/T 33577—2017（智能運輸系統(tǒng)車輛前向碰撞預警系統(tǒng)性能要求和測試規(guī)程）、GB/T 26773—2011（智能運輸系統(tǒng)車道偏離報警系統(tǒng)性能要求與檢測方法）、GB/T 20608—2006（智能運輸系統(tǒng)自適應巡航控制系統(tǒng)性能要求與檢測方法），JT/T具有代表性的標準有JT/T 1242-2019（營運車輛自動緊急制動系統(tǒng)性能要求和測試規(guī)程）。

2.2 高級駕駛輔助系統(tǒng)測試評價現(xiàn)狀

在測試評價方法上，國內外有很多測試評價方法和總結。國外一些安全評價機構如美國高速公路安全管理局（NHTSA）、歐洲新車安全評鑒協(xié)會（Euro-NCAP）等已針對高級駕駛輔助系統(tǒng)發(fā)布了測試評價方法。國內有中國新車評價規(guī)程（C-NCAP）、中國保險汽車安全指數(shù)規(guī)程（C-IASA）、中國智能汽車指數(shù)管理辦法（i-VISTA）、智能電動汽車管理規(guī)則（CCRT），也發(fā)布了對高級駕駛輔助系統(tǒng)的測試及評價方法。比如2021版C-NCAP將增加側方輔助、車道輔助、交通標識輔助等駕駛輔助評價內容。

林國慶等借鑒國內外研究成果，制定出符合中國國情的汽車自動緊急制動多種不同行人測試工況，提出了AEB-P測試與評價方法。Ayalew等對某乘用車車道偏離預警（LDWS）的客觀性能進行實車試驗，分析了直道與彎曲路段條件下，偏離方向、光照條件、車道線類型、橫向偏離速度等因素的影響，提出了一種乘用車車道偏離預警系統(tǒng)測試與評價方法。周干等介紹了5種主流的自動駕駛仿真測試方法的最新進展，包括蒙特卡洛方法、蒙特卡洛加速方法、博弈論方法、測試場景矩陣方法、駕駛模擬器仿真測試方法。劉延等基于現(xiàn)有的自動駕駛汽車測試標準體系進程，從安全性、高效性和舒適性3個方面分析了自動駕駛測試評價面臨的問題、構建了自動駕駛汽車測試評價系統(tǒng)架構。

3 高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）評價模型設計

針對汽車研發(fā)過程中，對ADAS系統(tǒng)開發(fā)質量的評價，目前沒有統(tǒng)一的測試標準，各汽車研發(fā)單位均有各自的評價標準及流程,現(xiàn)在尚未建立完整成熟的綜合測試評價體系。本文在上述測試及評價標準和方法上，結合汽車研發(fā)過程中的實際情況提出1種新的評價方法。

3.1 ADAS系統(tǒng)開發(fā)階段評價要素

高級駕駛輔助系統(tǒng)是利用安裝于車上的環(huán)境感知傳感器（主要有攝像頭、雷達、激光和超聲波等），感知內外的環(huán)境數(shù)據，通過ADAS控制器對感知數(shù)據進行分析決策，然后向相關執(zhí)行機構發(fā)送指令，提醒駕駛員或輔助駕駛員控制車輛（被動式報警和主動式干預）。根據ADAS系統(tǒng)感知、決策與執(zhí)行過程，設計ADAS系統(tǒng)開發(fā)階段評價的3個要素：目標識別、規(guī)控設計、執(zhí)行機構。

3.1.1 目標識別

目標識別，屬于自動駕駛感知層面，是自動駕駛汽車依托環(huán)境感知傳感器（雷達、攝像頭等）識別目標，通過定義目標可信度并進行建模分析，最后形成目標融合結果、定位及情景建模。包含目標檢測、目標跟蹤、場景分割等技術。目前目標識別技術在自動駕駛領域的應用仍面臨諸多挑戰(zhàn)，基于雷達和攝像頭硬件自身屬性，目標識別是ADAS技術進步的硬傷，也是最難跨越的，許多學者在目標識別方面進行了研究。Chen等基于雙目立體視覺提出了運動場景下的多目標檢測算法；Sio-Hoi等通過增加亮度信息來提高目標匹配的可靠性。目標識別的準確性是自動駕駛汽車解決的首要問題，防止誤識別和漏識別是目標識別的關鍵。

3.1.2 規(guī)控設計

規(guī)控設計，屬于自動駕駛規(guī)劃與決策層面，在獲取環(huán)境感知傳感器、以及車輛內部自身監(jiān)控的的車內外環(huán)境數(shù)據后，ADAS控制器根據一定的算法（包含MPC算法、PID算法等），規(guī)劃車輛后續(xù)操作動作，以及給執(zhí)行機構發(fā)送相關指令。規(guī)控設計的優(yōu)劣，直接關系到ADAS系統(tǒng)的安全性及舒適性。在保障安全性的前提下，規(guī)控設計盡可能的提升駕乘人員的舒適性。規(guī)控設計是自動駕駛的難點，目前國內外學者對規(guī)控設計開展相關研究，比如陳無畏等在假設駕駛員具有汽車軌跡預測能力的基礎上,提出一類基于軌跡預測的駕駛員方向控制模型。

3.1.3 執(zhí)行機構

執(zhí)行機構，屬于自動駕駛執(zhí)行層面，ADAS系統(tǒng)相關執(zhí)行機構根據ADAS控制器的指令，及時、準確執(zhí)行期望的動作。EMS：接收扭矩指令；ESP：接收主動制動指令；EPS：具備主動轉向功能；TCU：可接收命令在PRND之間自動切換；EPB：按命令要求駐車或釋放；BCM：顯示或提示預警信息。ADAS系統(tǒng)對執(zhí)行機構有兩方面的要求，分別是速度和精度的要求，比如ACC請求的扭矩和實際（物理）輪端扭矩延時不能超過300 ms，10 s內，車輪端真實扭矩（動力總成在CAN上發(fā)送的）和實際（物理）車輪端扭矩最大偏差不能超過80 N·m(+40/-40)。（普通控制情況下：車速不低于2 km/h，沒有換檔，沒有超過最大扭矩）。在ADAS系統(tǒng)開發(fā)過程中，基于傳統(tǒng)車的開發(fā)基礎，執(zhí)行機構的控制相對較容易，出現(xiàn)質量問題，修改完善也較簡單。

綜上，目標識別與相規(guī)控設計同等重要，由于執(zhí)行機構發(fā)展的較成熟穩(wěn)定，其重要性小于目標識別與相規(guī)控設計。

3.2 ADAS系統(tǒng)開發(fā)階段評價方法

針對汽車的評價方法有很多，有主觀評價（比如汽車外觀及感知質量評價等）、客觀評價（比如汽車動力性評價、經濟性評價等）、以及主客觀結合的評價。對評價方法的研究也一直在延續(xù)。盧兆麟等提出了1種基于自然語言處理的汽車造型風格推導與評價方法；林慶峰等為評價L3級自動駕駛車輛接管的安全性，基于駕駛模擬器設計了雙向六車道高速公路環(huán)境下的接管場景并進行駕駛模擬實驗，建立1種接管安全性評價模型。評價工具也有很多可供選擇，比如專家評價法、德爾菲法（專家調查法）、頭腦風暴、CFT跨職能小組、WORKSHOP分析法等。

在ADAS測試評價過程中，針對質量問題的數(shù)量，出現(xiàn)的頻次等，可以采用定量分析；針對不同問題類別的重要程度，就需要采用定性分析?；贏DAS系統(tǒng)開發(fā)評價要素特點，本文采用層次分析法（Analytic Hierarchy Process,AHP）來建立ADAS測試評價模型框架。

層次分析法根據問題的性質和要達到的總目標，將問題分解為不同的組成因素，并按照因素間的相互關聯(lián)影響以及隸屬關系將因素按不同層次聚集組合，形成1個多層次的分析結構模型，從而最終使問題歸結為最低層(供決策的方案、措施等)相對于最高層(總目標)的相對重要權值的確定或相對優(yōu)劣次序的排定。

3.3 ADAS評價模型搭建

高級駕駛輔助系統(tǒng)包多種功能，在開發(fā)階段，各種車型搭載的ADAS功能可能不盡相同。在設計ADAS評價模型時，可用F表示各功能。比如FCW/AEB/ACC/LDW/LKA…可分別用F1/F2/F3/F4/F5…表示。各功能的評價要素可用P表示，比如針對F1功能的第1個評價要素，可表示為P，第2個評價要素，可表示為P…。總體評價目標（結果）可用O表示，模型框架如圖1。

圖1 ADAS評價層次模型

4 某款車型在研發(fā)階段進行ADAS系統(tǒng)測試評價

在ADAS系統(tǒng)研發(fā)要經過多輪測試，主要包括虛擬測試、封閉道路測試以及開放道路測試。在研發(fā)的不同階段，測試評價的目的不同，測試評價的重點也不相同。本文以某款車型做完虛擬測試，同步開展封閉道路測試和開放道路測試階段，開展第1輪道路測試評價，為后續(xù)研發(fā)質量改進，優(yōu)化ADAS系統(tǒng)提供參考。

4.1 測試功能項及評價要素權重設定

4.1.1 測試功能項

依據ADAS系統(tǒng)功能定義確定其測試功能項，同時設計好測試場景案例（測試場景案例設計是測試工程師依據現(xiàn)有測試場景庫，與功能開發(fā)人員共同確定。在此不做詳細描述）。本次測試的功能主要包括5個功能：FCW、AEB、ACC、LDW、LKA，關于每個功能的評價權重，采用專家評價法和層次分析法確定。首先邀請本車型項目開發(fā)的相關工程師作為專家，就本研發(fā)階段，各功能的測試評價的權重進行定性的判斷，判斷結果為：預警功能小于控制功能；縱向控制權重小于橫向權重。然后依據層次分析法，構建出O層（ADAS系統(tǒng)評價）相對于F層5種功能（FCW、AEB、ACC、LDW、LKA）的判斷矩陣為：

解得的最大特征值為5.354 2，對應的特征向量為=（0.080 4，0.227 5，0.879 2，0.055 5，0.407 2），歸一化后=（0.048 7，0.137 9，0.532 9，0.033 6，0.246 8），則中各元素分別為F層5種功能的權重系數(shù)。

4.1.2 測試評價要素

在采用專家評價法確定各功能權重的同時，依據當前的研發(fā)階段及本次測試需要關注的重點，同步確定本次測試的3個要素（目標識別、規(guī)控設計、執(zhí)行機構）的權重，討論確定的結果為：評價要素對各功能項的權重一致，分別為0.4、0.4、0.2。

4.2 ADAS系統(tǒng)測試評價過程及結果

本次道路測試的車輛臺數(shù)為6臺，每臺車計劃測試5 000 km，在不同進行測試測試在2周內完成。每臺車輛上配備ADAS問題打點設備（及時記錄ADAS性能不滿足要求時的視頻及相關車輛數(shù)據）。

測試評價步驟，如下：

（1）車輛（更新ADAS系統(tǒng)軟件、安裝數(shù)采）、司機準備工作完成，開展開放道路測試；

（2）對質量問題和抱怨進行打點記錄；

（3）對每個質量問題進行功能分類（具體到哪個功能；

（4）對功能的質量問題進行分析歸類（目標識別問題、規(guī)控設計問題、執(zhí)行機構問題）；對質量問題進行總體匯總，綜合計算ADAS系統(tǒng)評分。按照總分對ADAS系統(tǒng)進行綜合評價，評價規(guī)則如表1所示。

表1 等級評價規(guī)則

最終統(tǒng)計ADAS系統(tǒng)質量問題76項。其中FCW 4項；AEB 10項；ACC 38項；LDW 7項；LKA 17項。對每項的數(shù)據進行分析歸類。在每項評分上，依據專家評價法也進行了確定：現(xiàn)階段，在整個測試階段沒有出現(xiàn)問題的取10分，出現(xiàn)1~3次問題的為7分，出現(xiàn)4次問題的為6分，以此類推，出現(xiàn)7個問題的為3分，超過7個問題的為0分。特殊處理：由于ACC在道路測試過程中是一直開啟且使用頻次很高，故對ACC的問題數(shù)量取1/3處理，LKA的開啟頻率較高，對LKA的問題數(shù)量取1/2處理，以便更能接近客觀的反應ADAS系統(tǒng)的成熟度（表2）。

表2 測試結果匯總

最后根據各評價要素的權重及各功能權重，加權計算出各功能的評價得分及整個系統(tǒng)的評價得分，如表3。

表3 評價結果

結果評價：本次對ADAS系統(tǒng)評價，總體表現(xiàn)良好。其中AEB和ACC表現(xiàn)一般，結合評價要素結果匯總。判斷為ADAS系統(tǒng)在目標識別上還需要做重點改進。

5 結語

本文介紹了高級駕駛輔助系統(tǒng)測試評價標準及方法，并在其基礎上，提出1種ADAS系統(tǒng)評價方法。依據ADAS系統(tǒng)開發(fā)過程中的特殊性，及相關功能開發(fā)的成熟度不同，提出ADAS系統(tǒng)開發(fā)階段的評價要素（目標識別、規(guī)控設計和執(zhí)行機構）。利用專家評價法及層次分析法搭建各個功能下的層次模型，并確定其權重系數(shù)。結果表明：通過引入作為ADAS的評價要素并給予不同的權重，開展對ADAS測試評價，在研發(fā)階段，給ADAS系統(tǒng)開發(fā)提供系統(tǒng)改進方向參考。