自動(dòng)駕駛測(cè)試評(píng)估體系綜述

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(jì)研究總院(集團(tuán))有限公司,上海 200125;2.吉林大學(xué),吉林 長(zhǎng)春 130000)

1 自動(dòng)駕駛測(cè)試場(chǎng)地建設(shè)

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

自動(dòng)駕駛車(chē)輛測(cè)試是驗(yàn)證和判斷自動(dòng)駕駛系統(tǒng)在響應(yīng)過(guò)程中是否能夠正確識(shí)別交通設(shè)施和參與者,并時(shí)刻遵守交通規(guī)則的測(cè)試。傳統(tǒng)的整車(chē)測(cè)試主要測(cè)試單車(chē)性能。與傳統(tǒng)的車(chē)輛測(cè)試不同,自動(dòng)駕駛車(chē)輛測(cè)試的評(píng)價(jià)對(duì)象是一個(gè)強(qiáng)耦合的人-車(chē)-環(huán)境-任務(wù)系統(tǒng),因此,使用針對(duì)傳統(tǒng)車(chē)輛的測(cè)試方法很難滿足對(duì)自動(dòng)駕駛汽車(chē)性能測(cè)試的需求。隨著自動(dòng)駕駛技術(shù)的不斷發(fā)展,各國(guó)圍繞自動(dòng)駕駛測(cè)試相關(guān)工作進(jìn)行了大量研究。目前,自動(dòng)駕駛車(chē)輛測(cè)試兩大方法分別是仿真測(cè)試和道路測(cè)試[2]。仿真測(cè)試主要通過(guò)搭建仿真測(cè)試平臺(tái),測(cè)試自動(dòng)駕駛汽車(chē)各個(gè)系統(tǒng)的功能,是自動(dòng)駕駛系統(tǒng)測(cè)試的第一步[3]?；诘缆返臏y(cè)試最接近真實(shí)環(huán)境的測(cè)試,是驗(yàn)證自動(dòng)駕駛功能的必要步驟,也是自動(dòng)駕駛汽車(chē)商業(yè)化的必備條件。自動(dòng)駕駛測(cè)試評(píng)價(jià)體系研究和統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的建立,對(duì)于提升我國(guó)自動(dòng)駕駛汽車(chē)研究水平具有重要意義。

鑒于目前自動(dòng)駕駛汽車(chē)測(cè)試技術(shù)缺乏全面系統(tǒng)的總結(jié),圍繞國(guó)內(nèi)外自動(dòng)駕駛測(cè)試場(chǎng)地的建設(shè)情況、自動(dòng)駕駛測(cè)試場(chǎng)景、測(cè)試方法、測(cè)試評(píng)價(jià)原則等進(jìn)行了系統(tǒng)的總結(jié)。

2 自動(dòng)駕駛測(cè)試場(chǎng)地建設(shè)

自動(dòng)駕駛汽車(chē)大規(guī)模上路之前必須經(jīng)過(guò)自動(dòng)駕駛道路測(cè)試,在自動(dòng)駕駛測(cè)試過(guò)程中可以評(píng)估測(cè)試車(chē)輛的性能并發(fā)現(xiàn)在測(cè)試中可能存在的風(fēng)險(xiǎn),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(dòng)駕駛車(chē)輛的安全性。

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

2.1 國(guó)外自動(dòng)駕駛測(cè)試場(chǎng)地

國(guó)外早在20世紀(jì)就開(kāi)始重視自動(dòng)駕駛汽車(chē)的發(fā)展,美國(guó)、日本等國(guó)家相繼出臺(tái)了支持自動(dòng)駕駛汽車(chē)的研發(fā)和測(cè)試的政策,并投入大量資金建設(shè)無(wú)人駕駛測(cè)試場(chǎng)[4-7]。

美國(guó)已經(jīng)建成多個(gè)無(wú)人駕駛示范區(qū),其中,作為全球第一個(gè)自動(dòng)駕駛汽車(chē)測(cè)試場(chǎng)M-city已于2015年建成,并引發(fā)廣大關(guān)注[8]。2016年,英國(guó)政府計(jì)劃在部分現(xiàn)有自動(dòng)駕駛汽車(chē)檢測(cè)中心的基礎(chǔ)上,重點(diǎn)建設(shè)檢測(cè)設(shè)施集群。另外,瑞典、日本、新加坡等都在推進(jìn)自動(dòng)駕駛測(cè)試場(chǎng)地建設(shè)工作[4]。如表1所示。

表1 國(guó)外主要自動(dòng)駕駛測(cè)試場(chǎng)

2.2 國(guó)內(nèi)自動(dòng)駕駛測(cè)試場(chǎng)地

我國(guó)的測(cè)試試驗(yàn)場(chǎng)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(chē)的示范應(yīng)用,并且推進(jìn)自動(dòng)駕駛車(chē)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(cè)試示范區(qū)[9],每個(gè)示范區(qū)都有自己的特點(diǎn)和側(cè)重,如表2所示。

3 自動(dòng)駕駛測(cè)試場(chǎng)景

3.1 測(cè)試場(chǎng)景要素劃分

由于自動(dòng)駕駛技術(shù)的發(fā)展帶來(lái)了測(cè)試需求的增加,學(xué)者們開(kāi)始研究自動(dòng)駕駛測(cè)試場(chǎng)景的構(gòu)建。Geyer等人[12]詳細(xì)闡述了自動(dòng)駕駛測(cè)試場(chǎng)景構(gòu)成元素定義及場(chǎng)景的分類(lèi)。Menzel等人[13]對(duì)情景一詞進(jìn)行了更詳細(xì)的分類(lèi),將場(chǎng)景劃分為功能場(chǎng)景、邏輯場(chǎng)景和具體場(chǎng)景。德國(guó)PEGASUS項(xiàng)目[14]專門(mén)分析了自動(dòng)駕駛汽車(chē)不同階段的測(cè)試需求,針對(duì)測(cè)試場(chǎng)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(shí)操作層、目標(biāo)層、環(huán)境層和數(shù)據(jù)通訊層。美國(guó)國(guó)家公路交通安全管理局(NHTSA)構(gòu)建了自動(dòng)駕駛車(chē)輛測(cè)試場(chǎng)景的框架。趙祥模等人[15]將自動(dòng)駕駛測(cè)試場(chǎng)景環(huán)境要素分為動(dòng)態(tài)環(huán)境要素和靜態(tài)環(huán)境要素。

通過(guò)對(duì)以往研究的分析,一般來(lái)說(shuō),自動(dòng)駕駛測(cè)試場(chǎng)景是一定時(shí)間和空間范圍內(nèi)車(chē)輛運(yùn)行設(shè)計(jì)域(Operational Design Domain,ODD)元素、目標(biāo)和時(shí)間探測(cè)與響應(yīng)(Object and Event Detection and Response,OEDR)元素和自車(chē)元素構(gòu)成[16]。

3.2 國(guó)內(nèi)典型測(cè)試場(chǎng)景庫(kù)案例

自動(dòng)駕駛場(chǎng)景庫(kù)是指由不同測(cè)試需求構(gòu)建的測(cè)試場(chǎng)景組成的數(shù)據(jù)庫(kù)。國(guó)內(nèi)目前有很多公司已經(jīng)開(kāi)始建立自己的場(chǎng)景庫(kù)以供測(cè)試研究,如表3所示。

4 自動(dòng)駕駛測(cè)試方法

4.1 測(cè)試方法簡(jiǎn)介

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

自動(dòng)駕駛仿真測(cè)試指的是通過(guò)計(jì)算機(jī)還原盡可能真實(shí)的自動(dòng)駕駛車(chē)輛運(yùn)行場(chǎng)景,從而方便對(duì)車(chē)輛各個(gè)系統(tǒng)和車(chē)輛整體進(jìn)行測(cè)試[18]。研究人員通過(guò)分析研究仿真測(cè)試的結(jié)果,測(cè)試與驗(yàn)證自動(dòng)駕駛各個(gè)系統(tǒng)和算法的有效性。仿真測(cè)試的主要優(yōu)點(diǎn)是測(cè)試場(chǎng)景設(shè)置靈活,場(chǎng)景覆蓋率高、安全,有利于提高測(cè)試效率,降低測(cè)試成本。

自動(dòng)駕駛道路測(cè)試,包括封閉場(chǎng)地測(cè)試和開(kāi)放道路測(cè)試。雖然現(xiàn)階段大多數(shù)的測(cè)試工作仍以仿真測(cè)試為主,自動(dòng)駕駛汽車(chē)的測(cè)試工作90%由仿真測(cè)試完成,但是仿真測(cè)試并不能完全取代實(shí)際道路測(cè)試,自動(dòng)駕駛車(chē)輛需要進(jìn)行道路測(cè)試來(lái)實(shí)現(xiàn)其最終測(cè)試。

4.2 典型場(chǎng)景下自動(dòng)駕駛車(chē)輛測(cè)試實(shí)例

鑒于目前的自動(dòng)駕駛仿真測(cè)試方法已經(jīng)相當(dāng)成熟,各國(guó)都在積極推進(jìn)自動(dòng)駕駛場(chǎng)地測(cè)試以加快無(wú)人駕駛車(chē)輛的商業(yè)化落地。

(1)封閉場(chǎng)地測(cè)試

2021年度,國(guó)家智能汽車(chē)與智慧交通(京冀)示范區(qū)亦莊基地為20余家國(guó)內(nèi)外測(cè)試主體提供了測(cè)試服務(wù),總測(cè)試時(shí)長(zhǎng)超過(guò)3 100 h,封閉測(cè)試場(chǎng)全年測(cè)試?yán)锍探?.54萬(wàn)km。

①基礎(chǔ)功能測(cè)試

以感知功能測(cè)試為例,當(dāng)前被測(cè)自動(dòng)駕駛車(chē)輛大多數(shù)是通過(guò)激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)和攝像頭來(lái)實(shí)現(xiàn)感知功能,主要測(cè)試被測(cè)車(chē)輛對(duì)周?chē)?chē)輛、行人、障礙物等的識(shí)別性能。本文總結(jié)了2019～2021年自動(dòng)駕駛車(chē)輛在封閉測(cè)試場(chǎng)內(nèi)對(duì)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(dòng)駕駛車(chē)輛系統(tǒng)的升級(jí),車(chē)輛整體感知性能逐漸提高,對(duì)物體的感知距離逐年增加。

表4 2019～2021年封閉試驗(yàn)場(chǎng)向前最大感知距離優(yōu)化方案對(duì)比

②整車(chē)測(cè)試

測(cè)試自動(dòng)駕駛車(chē)輛的整車(chē)性能首先需要對(duì)于車(chē)輛在不同工況下的操作能力進(jìn)行測(cè)試。2021年,北京封閉測(cè)試場(chǎng)測(cè)試的自動(dòng)駕駛車(chē)輛在交通標(biāo)線、曲線行駛、直角彎道、變更車(chē)道、通過(guò)人行橫道線、會(huì)車(chē)、路口左轉(zhuǎn)、路口右轉(zhuǎn)等項(xiàng)目通過(guò)率都達(dá)到了100%[19]。其次,通過(guò)車(chē)輛在封閉場(chǎng)地指定線路進(jìn)行駕駛來(lái)評(píng)估自動(dòng)駕駛車(chē)輛的動(dòng)態(tài)駕駛性能與行駛穩(wěn)定性。通過(guò)對(duì)測(cè)試結(jié)果的分析,現(xiàn)階段發(fā)現(xiàn)的問(wèn)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(yíng)驗(yàn)證測(cè)試

在正式對(duì)車(chē)輛進(jìn)行開(kāi)放道路測(cè)試之前,一些車(chē)輛選擇在封閉測(cè)試場(chǎng)內(nèi)進(jìn)行試運(yùn)營(yíng)來(lái)測(cè)試車(chē)輛行駛整個(gè)過(guò)程的性能。例如,2021年北封閉示范區(qū)就開(kāi)展了無(wú)人巴士和無(wú)人配送車(chē)的運(yùn)營(yíng)測(cè)試。在一些常見(jiàn)場(chǎng)景下對(duì)無(wú)人巴士的基礎(chǔ)功能進(jìn)行測(cè)試驗(yàn)證,比如接客落客、與乘客的交互等。無(wú)人配送車(chē)測(cè)試場(chǎng)景,主要包括對(duì)配送車(chē)的遠(yuǎn)程操控、最后一公里配送的測(cè)試。測(cè)試結(jié)果表明,仍存在許多問(wèn)題需要解決,例如在緊急制動(dòng)時(shí)刻車(chē)輛如何能確保乘客的安全等。

(2)實(shí)際道路測(cè)試

①試運(yùn)營(yíng)載人測(cè)試

截止2021年底,北京市載人測(cè)試?yán)锍汤塾?jì)超過(guò)251萬(wàn)km,參與載人試運(yùn)營(yíng)測(cè)試的志愿者超過(guò)30萬(wàn)人次[20]。隨著運(yùn)營(yíng)規(guī)模的擴(kuò)大,用戶對(duì)自動(dòng)駕駛車(chē)輛的接受程度逐漸提高,并且在自動(dòng)駕駛車(chē)輛載人體驗(yàn)過(guò)后,用戶對(duì)自動(dòng)駕駛車(chē)輛運(yùn)營(yíng)的滿意度普遍較高,但仍需重點(diǎn)關(guān)注自動(dòng)駕駛車(chē)輛運(yùn)營(yíng)模式、駕駛安全、舒適度等問(wèn)題。

②道路測(cè)試關(guān)鍵脫離情況

自動(dòng)駕駛關(guān)鍵脫離是指自動(dòng)駕駛車(chē)輛因系統(tǒng)故障、策略缺陷、超出設(shè)計(jì)運(yùn)行域等原因,車(chē)輛控制權(quán)限切換為人類(lèi)駕駛員的事件,是道路測(cè)試的重點(diǎn)測(cè)試項(xiàng)目。2021年北京市場(chǎng)地測(cè)試中自動(dòng)駕駛車(chē)輛脫離場(chǎng)景占比情況如表5所示,車(chē)輛脫離原因類(lèi)型占比情況如表6所示。

表5 車(chē)輛脫離場(chǎng)景占比

根據(jù)表中數(shù)據(jù)可以看出,車(chē)輛脫離情況大多發(fā)生在變道場(chǎng)景中,并且,目標(biāo)物占用車(chē)道、道路施工等因素是車(chē)輛脫離的主要原因。這主要是因?yàn)樽詣?dòng)駕駛車(chē)輛在行駛過(guò)程中需嚴(yán)格執(zhí)行交通法規(guī),上述原因使得自動(dòng)駕駛車(chē)輛失去合規(guī)的通行路線不得不請(qǐng)求人類(lèi)接管車(chē)輛,人類(lèi)駕駛員通常會(huì)臨時(shí)越過(guò)交通規(guī)則約束使車(chē)輛正常運(yùn)行。為解決此類(lèi)問(wèn)題,未來(lái)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(dòng)駕駛測(cè)試評(píng)價(jià)原則

對(duì)自動(dòng)駕駛車(chē)輛的評(píng)價(jià)主要從安全性、準(zhǔn)確性、及時(shí)性和順暢性四個(gè)方面進(jìn)行。

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

準(zhǔn)確性原則:準(zhǔn)確性是指自主車(chē)輛能否準(zhǔn)確地執(zhí)行相關(guān)的駕駛行為,自車(chē)的駕駛行為不會(huì)對(duì)其他交通參與者造成過(guò)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(duì)交通速度產(chǎn)生負(fù)面影響,不使其他駕駛參與者對(duì)其行為產(chǎn)生混淆,不影響道路安全。

及時(shí)性原則:及時(shí)性是指自主車(chē)輛是否能根據(jù)實(shí)時(shí)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(guò)主觀測(cè)試方法來(lái)評(píng)估。

順暢性原則:順暢性是指自動(dòng)駕駛汽車(chē)能否順利地、無(wú)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(dòng)駕駛模式,要求駕駛員接管。

舒適性原則:舒適性指的是自動(dòng)駕駛車(chē)輛在行駛過(guò)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(gè)新興發(fā)展發(fā)向,自動(dòng)駕駛汽車(chē)涉及較多的技術(shù)領(lǐng)域,應(yīng)用場(chǎng)景復(fù)雜多變,尤其是自動(dòng)駕駛汽車(chē)在面臨不確定事件時(shí)風(fēng)險(xiǎn)較大。本文基于現(xiàn)有的自動(dòng)駕駛測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)與研究。

總體來(lái)說(shuō),目前自動(dòng)駕駛測(cè)試在場(chǎng)景構(gòu)建、測(cè)試方法、測(cè)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(jí)階段,未來(lái)的研究方向主要放在車(chē)路協(xié)同與自動(dòng)駕駛車(chē)輛交互測(cè)試、連續(xù)出行場(chǎng)景下自動(dòng)駕駛車(chē)輛應(yīng)用效果測(cè)試以及路側(cè)智能設(shè)施數(shù)據(jù)提供能力測(cè)試等方面,實(shí)地驗(yàn)證自動(dòng)駕駛車(chē)輛各個(gè)環(huán)節(jié)的性能,從而推動(dòng)智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)生態(tài)體系的打造。

此外,在自動(dòng)駕駛測(cè)評(píng)規(guī)范方面,未來(lái)的發(fā)展方向應(yīng)著眼于建立健全測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī),制定自動(dòng)駕駛汽車(chē)運(yùn)行安全、能力測(cè)試標(biāo)準(zhǔn),加快我國(guó)自動(dòng)駕駛技術(shù)的發(fā)展與落地。