汽車試驗學(xué) 第2版 課件 第九章 智能網(wǎng)聯(lián)汽車試驗

第九章智能網(wǎng)聯(lián)汽車試驗智能網(wǎng)聯(lián)汽車試驗9智能網(wǎng)聯(lián)汽車是汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略方向，科學(xué)完善的試驗體系對提高智能網(wǎng)聯(lián)汽車研發(fā)效率、加速產(chǎn)品大規(guī)模推廣應(yīng)用、推進產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新發(fā)展至關(guān)重要。但智能網(wǎng)聯(lián)汽車測試評價對象已從傳統(tǒng)的人、車二元獨立系統(tǒng)變?yōu)槿?車-環(huán)境-任務(wù)強耦合系統(tǒng)，測試場景及測試任務(wù)難以窮盡，評價維度紛繁復(fù)雜，因此，其試驗技術(shù)和試驗方法與傳統(tǒng)汽車試驗有很大差異。本章針對智能網(wǎng)聯(lián)汽車，介紹一些有代表性的試驗技術(shù)和試驗方法。引言第九章智能網(wǎng)聯(lián)汽車試驗智能網(wǎng)聯(lián)汽車試驗9目錄智能網(wǎng)聯(lián)汽車試驗方法02智能網(wǎng)聯(lián)汽車試驗標準體系及典型試驗03智能網(wǎng)聯(lián)汽車測試技術(shù)01第九章智能網(wǎng)聯(lián)汽車試驗9.1智能網(wǎng)聯(lián)汽車測試技術(shù)在智能網(wǎng)聯(lián)汽車發(fā)展早期，多采用實車測試對其性能進行驗證，隨著智能網(wǎng)聯(lián)汽車等級的提高，其測試從單一功能和節(jié)點的測試變?yōu)榱藦?fù)雜功能且多節(jié)點的測試，測試場景變得無限豐富、極其復(fù)雜、不可預(yù)測、不可窮盡，實車道路測試已無法滿足智能網(wǎng)聯(lián)汽車測試需求。由于測試場景豐富且配置靈活、測試過程安全且可重復(fù)性好、測試效率高、測試成本低，虛擬測試已成為智能網(wǎng)聯(lián)汽車試驗不可或缺的組成部分。第九章智能網(wǎng)聯(lián)汽車試驗虛擬測試、封閉試驗場測試、開放道路測試對比見表

9-1：性能測試技術(shù)虛擬測試封閉試驗場測試開放道路測試測試真實度取決于模型的真實度，相比較而言真實度較低較為真實，但缺少真實的其他交通參與者的動態(tài)變化要素真實，與實際行駛環(huán)境一致測試成本低測試場地搭建成本較高高測試效率高，并行加速測試可極大提高仿真速度較高，可有針對性地對關(guān)鍵場景進行強化測試低可重復(fù)性強，可根據(jù)定義數(shù)據(jù)搭建相同的測試場景較強，可通過場景配置要求進行場景要素的可控重構(gòu)差，很難進行開放道路上的重復(fù)性測試測試場景數(shù)量多，在給定邏輯場景參數(shù)空間的情況下可生成任意數(shù)量的測試場景較少，由于試驗場地限制，雖然可根據(jù)場景要素的改變盡可能多地構(gòu)建場景，但相比虛擬測試和開放道路測試場景，數(shù)量仍較低多，在測試時間足夠長的情況下測試場景數(shù)量難以窮盡表9-1虛擬測試、封閉試驗場測試、開放道路測試對比典型的智能網(wǎng)聯(lián)汽車測試技術(shù)架構(gòu)如圖9-1所示：9.1智能網(wǎng)聯(lián)汽車測試技術(shù)第九章智能網(wǎng)聯(lián)汽車試驗9.1智能網(wǎng)聯(lián)汽車測試技術(shù)9.1.1智能網(wǎng)聯(lián)汽車模型在環(huán)測試技術(shù)模型在環(huán)(Model-In-The-Loop,MIL)測試是將控制算法模型、被控對象模型等連接組成純數(shù)字仿真閉環(huán)而進行的測試，如圖9-2所示。模型在環(huán)測試的特征是每個部分都由仿真模型實現(xiàn)功能，沒有涉及真實的系統(tǒng)軟硬件，因此這種測試的真實性最差。但模型在環(huán)測試可以對智能網(wǎng)聯(lián)汽車的架構(gòu)、控制算法的模型和基本邏輯進行測試與驗證，適用于開發(fā)的初期階段。第九章智能網(wǎng)聯(lián)汽車試驗9.1智能網(wǎng)聯(lián)汽車測試技術(shù)9.1.2智能網(wǎng)聯(lián)汽車軟件在環(huán)測試技術(shù)軟件在環(huán)(Software-In-The-Loop,SIL)測試是將智能網(wǎng)聯(lián)汽車中的一個或多個子系統(tǒng)以軟件的形式嵌入到仿真模擬的虛擬環(huán)境中對軟件的功能及性能進行測試，如圖9-3所示。軟件在環(huán)測試借助于圖形化或框圖建模語言等工具和概念形成支持智能網(wǎng)聯(lián)汽車系統(tǒng)開發(fā)的仿真測試工具鏈，以大幅降低對實車測試的要求，并為實車測試與評價奠定關(guān)鍵的基礎(chǔ)。由于其中軟件代碼是真實的，相比模型在環(huán)提升了一定的真實性，也通常用于智能網(wǎng)聯(lián)汽車開發(fā)的早期階段。第九章智能網(wǎng)聯(lián)汽車試驗9.1智能網(wǎng)聯(lián)汽車測試技術(shù)9.1.3智能網(wǎng)聯(lián)汽車硬件在環(huán)測試技術(shù)硬件在環(huán)(Hardware-In-The-Loop,HIL)測試是將智能網(wǎng)聯(lián)汽車的部分真實硬件嵌入到仿真模擬的虛擬環(huán)境進行測試。智能網(wǎng)聯(lián)汽車硬件在環(huán)測試主要包括環(huán)境感知系統(tǒng)在環(huán)測試技術(shù)決策規(guī)劃系統(tǒng)在環(huán)測試技術(shù)控制執(zhí)行系統(tǒng)在環(huán)測試技術(shù)相機在環(huán)測試技術(shù)毫米波雷達在環(huán)測試技術(shù)V2X無線通信系統(tǒng)在環(huán)測試技術(shù)制動系統(tǒng)在環(huán)測試技術(shù)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在環(huán)測試技術(shù)輸入1）自動駕駛系統(tǒng)控制算法；2）測試場景信息；3）被控對象數(shù)學(xué)模型；4）仿真任務(wù)需求；5）需要驗證的控制系統(tǒng)關(guān)鍵指標和控制系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)。輸出1）對應(yīng)測試場景下的各種參數(shù)和仿真結(jié)果；2）仿真結(jié)果的分析和結(jié)論；3）自動駕駛系統(tǒng)的性能評估；4）與自動駕駛系統(tǒng)要求相關(guān)的仿真系統(tǒng)的設(shè)計驗證；5）仿真結(jié)果分析報告。第九章智能網(wǎng)聯(lián)汽車試驗9.1智能網(wǎng)聯(lián)汽車測試技術(shù)9.1.3智能網(wǎng)聯(lián)汽車硬件在環(huán)測試技術(shù)環(huán)境感知系統(tǒng)在環(huán)決策規(guī)劃系統(tǒng)在環(huán)控制執(zhí)行系統(tǒng)在環(huán)硬件在環(huán)測試技術(shù)相機在環(huán)測試毫米波雷達在環(huán)測試V2X無線通信系統(tǒng)在環(huán)測試制動系統(tǒng)在環(huán)測試轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在環(huán)測試第九章智能網(wǎng)聯(lián)汽車試驗環(huán)境感知系統(tǒng)在環(huán)測試技術(shù)相機在環(huán)測試技術(shù)相機在環(huán)測試是將真實的車載相機傳感器嵌入到測試系統(tǒng)，通過路采視頻或場景仿真軟件在實驗室內(nèi)模擬測試場景，根據(jù)測試需求對智能網(wǎng)聯(lián)汽車子系統(tǒng)或子功能進行測試。第九章智能網(wǎng)聯(lián)汽車試驗環(huán)境感知系統(tǒng)在環(huán)測試技術(shù)相機在環(huán)測試技術(shù)①方案一為基于圖像投屏的相機在環(huán)測試，如圖9-5所示，通過顯示屏將測試場景展示給標定好的相機硬件，相機模塊無須解體，可以直接嵌入到虛擬測試系統(tǒng)中完成測試，這種方法具備實現(xiàn)簡單、可兼容性強的優(yōu)點，但是圖像質(zhì)量與真實圖像存在差異，且易受到屏幕光線等的影響。②方案二基于圖像注入的相機在環(huán)測試跳過鏡頭和成像單元，將仿真模擬的虛擬場景數(shù)據(jù)或?qū)嶋H路采的真實場景數(shù)據(jù)直接注入到相機的數(shù)據(jù)處理單元，如圖9-6所示，這種方法弱化了將光信號轉(zhuǎn)化為電信號過程的影響，但是需要在測試前獲取相機的編解碼規(guī)則，因此難以對產(chǎn)品級相機模塊進行黑盒測試。

圖9-5基于圖像投屏的相機在環(huán)測試方案及實物圖圖9-6基于圖像注入的相機在環(huán)測試方案第九章智能網(wǎng)聯(lián)汽車試驗環(huán)境感知系統(tǒng)在環(huán)測試技術(shù)相機在環(huán)測試技術(shù)以方案一為例，相機在環(huán)測試步驟如下：在進行測試前，首先需要對相機進行標定。然后根據(jù)測試要求，在場景仿真軟件中搭建測試場景。最后，應(yīng)用調(diào)試好的相機在環(huán)測試平臺開展測試?；夭M系統(tǒng)中的雷達信號采集系統(tǒng)可以采集真實毫米波雷達發(fā)射的毫米波信號，然后系統(tǒng)對信號進行降頻和波形分析；根據(jù)虛擬目標生成原理，信號處理器對信號進行適當(dāng)?shù)难訒r和多普勒頻移；將生成的模擬回波信號升頻到毫米波雷達對應(yīng)頻率，并通過天線發(fā)送出毫米波回波；真實的毫米波雷達即可接收回波信號，并將虛擬目標探測結(jié)果發(fā)送給智能網(wǎng)聯(lián)汽車算法，最后通過車輛動力學(xué)模型和場景仿真完成完整的閉環(huán)測試。第九章智能網(wǎng)聯(lián)汽車試驗環(huán)境感知系統(tǒng)在環(huán)測試技術(shù)毫米波雷達在環(huán)測試技術(shù)毫米波雷達在環(huán)測試是將真實的毫米波雷達傳感器嵌入到測試系統(tǒng)，通過回波模擬實現(xiàn)雷達目標檢測性能以及基于毫米波雷達的智能網(wǎng)聯(lián)汽車功能測試。毫米波雷達在環(huán)測試原理如圖9-8所示。毫米波回波模擬系統(tǒng)：首先，將產(chǎn)品級毫米波雷達固定在雷達轉(zhuǎn)臺上，啟動雷達發(fā)射電磁波信號，毫米波信號收發(fā)與調(diào)頻器采集雷達信號后，對信號進行降頻，發(fā)送給射頻信號解析與生成器；然后，射頻信號分析與處理系統(tǒng)采用傅里葉變換等方法對電磁波信號進行時域、頻域分析，解析雷達信號特征，并根據(jù)測試場景中虛擬目標的相對距離等進行回波延時、多普勒頻移和功率調(diào)整；最后，合成虛擬目標射頻信號發(fā)送回毫米波信號收發(fā)與調(diào)頻器，經(jīng)過升頻后的毫米波信號通過天線發(fā)送給毫米波雷達，實現(xiàn)虛擬目標回波模擬，同時，采用雷達轉(zhuǎn)臺驅(qū)動毫米波雷達與毫米波信號收發(fā)與調(diào)頻器的天線形成特定角度，模擬虛擬目標角度信息。第九章智能網(wǎng)聯(lián)汽車試驗環(huán)境感知系統(tǒng)在環(huán)測試技術(shù)毫米波雷達在環(huán)測試技術(shù)毫米波雷達在環(huán)測試流程如圖9-10所示。測試閉環(huán)主要包括毫米波回波模擬系統(tǒng)和數(shù)據(jù)實時處理系統(tǒng)兩部分。2）數(shù)據(jù)實時處理系統(tǒng):首先，系統(tǒng)接收毫米波雷達探測信息，對探測目標進行篩選；其次，將目標信息發(fā)送給被測智能汽車算法；車輛動力學(xué)模型接收到被測智能汽車算法生成的橫縱向控制信號，產(chǎn)生車輛狀態(tài)變化，并更新測試場景；最后，由雷達虛擬目標模型計算虛擬目標的相對距離、相對速度、RCS、相位角等信息，并將更新的虛擬目標信息發(fā)送給毫米波回波模擬系統(tǒng)。第九章智能網(wǎng)聯(lián)汽車試驗環(huán)境感知系統(tǒng)在環(huán)測試技術(shù)毫米波雷達在環(huán)測試技術(shù)毫米波雷達在環(huán)測試流程如圖9-10所示。測試閉環(huán)主要包括毫米波回波模擬系統(tǒng)和數(shù)據(jù)實時處理系統(tǒng)兩部分。第九章智能網(wǎng)聯(lián)汽車試驗環(huán)境感知系統(tǒng)在環(huán)測試技術(shù)V2X無線通信系統(tǒng)在環(huán)測試技術(shù)V2X(Vehicle-To-Everything)無線通信系統(tǒng)在環(huán)測試是將真實的V2X通信OBU(On-Board-Unit)嵌入到虛擬的測試場景中,通過通信信道模擬實現(xiàn)真實V2X通信環(huán)境下對智能網(wǎng)聯(lián)汽車控制算法和OBU通信性能的重復(fù)測試與快速測試。其在環(huán)測試平臺架構(gòu)如圖9-11。圖9-11V2X無線通信系統(tǒng)在環(huán)測試平臺架構(gòu)第九章智能網(wǎng)聯(lián)汽車試驗環(huán)境感知系統(tǒng)在環(huán)測試技術(shù)V2X無線通信系統(tǒng)在環(huán)測試技術(shù)

仿真場景軟件利用自身程序接口將每輛行駛中的目標車分別與相應(yīng)車輛動力學(xué)模型連接，在場景中設(shè)置好所有車輛的初始狀態(tài)后，目標車的狀態(tài)信息如車速等全部通過協(xié)議傳輸發(fā)往車聯(lián)網(wǎng)發(fā)送模塊中，數(shù)據(jù)編碼完成后下載到代表目標車的射頻信號發(fā)生器內(nèi)，由數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號準備發(fā)出。與此同時，信道模擬器和GNSS模擬器分別從場景中獲取所需的信息并作用于車聯(lián)網(wǎng)信號傳播的過程中，目的是改變收發(fā)端的信道特征和同步收發(fā)端的參考時鐘；主車的被測車聯(lián)網(wǎng)通信設(shè)備接收到帶有時間戳的信息后上傳至車聯(lián)網(wǎng)接收模塊進行解碼，得到編碼前的可讀原始數(shù)據(jù)并饋入自動駕駛算法，算法將主車和目標車的狀態(tài)信息同時輸入并計算求解，輸出控制指令到主車車輛動力學(xué)模型，從而控制正在場景中行駛的主車運動，達到仿真場景中主車和目標車信息交互的目的，實現(xiàn)閉環(huán)測試。圖9-12V2X無線通信系統(tǒng)在環(huán)測試平臺原理V2X無線通信系統(tǒng)在環(huán)測試平臺原理如圖9-12所示。第九章智能網(wǎng)聯(lián)汽車試驗環(huán)境感知系統(tǒng)在環(huán)測試技術(shù)V2X無線通信系統(tǒng)在環(huán)測試技術(shù)開環(huán)測試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖9-13所示閉環(huán)測試系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)如圖9-14所示V2X無線通信系統(tǒng)在環(huán)測試包括開環(huán)通信性能測試和閉環(huán)算法性能測試。第九章智能網(wǎng)聯(lián)汽車試驗決策規(guī)劃系統(tǒng)在環(huán)測試技術(shù)在智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)體系中，決策規(guī)劃是系統(tǒng)的中樞，是提高車輛智能性、安全性、經(jīng)濟性、舒適性以及用戶接受度和交通協(xié)調(diào)度的關(guān)鍵，因此，決策規(guī)劃系統(tǒng)測試在系統(tǒng)級測試中占有重要地位。在環(huán)測試可以有效地縮短開發(fā)周期、精簡開發(fā)流程、提升開發(fā)效率，獲得了越來越多的重視。決策規(guī)劃系統(tǒng)在環(huán)測試技術(shù)決策規(guī)劃系統(tǒng)在環(huán)測試是指將真實的智能網(wǎng)聯(lián)汽車控制器嵌入到虛擬的人-車-環(huán)境系統(tǒng)中，根據(jù)測試需求對智能網(wǎng)聯(lián)汽車決策規(guī)劃功能進行測試。其測試原理如圖9-15所示。制動系統(tǒng)在環(huán)測試是將真實的制動系統(tǒng)嵌入到虛擬的人-車-環(huán)境系統(tǒng)中，以便準確地反映制動系統(tǒng)的特性，從而使得對智能網(wǎng)聯(lián)汽車的測試評價更加準確而全面。第九章智能網(wǎng)聯(lián)汽車試驗控制執(zhí)行系統(tǒng)在環(huán)測試技術(shù)制動系統(tǒng)在環(huán)測試技術(shù)圖9-16所示為典型的制動系統(tǒng)在環(huán)測試平臺方案。制動系統(tǒng)物理系統(tǒng)可以按照實車的布置形式進行布置。集成化測試環(huán)境包括測試仿真環(huán)境、車輛動力學(xué)模型、自動駕駛功能算法，與制動系統(tǒng)通過驅(qū)動電路、控制信號及傳感器信號等進行交互。圖9-16制動系統(tǒng)在環(huán)測試平臺方案第九章智能網(wǎng)聯(lián)汽車試驗控制執(zhí)行系統(tǒng)在環(huán)測試技術(shù)制動系統(tǒng)在環(huán)測試技術(shù)包含測試仿真環(huán)境、車輛動力學(xué)模型和自動駕駛算法的集成化測試環(huán)境在MicroLabBox中運行，其中車輛動力學(xué)模型采用ASM軟件模型；主動制動信號可通過CAN接口發(fā)送至制動系統(tǒng)控制器，通過液壓回路建立輪缸壓力；壓力傳感器可以采集壓力信息并將其發(fā)送給制動系統(tǒng)控制器和自動駕駛功能算法，從而實現(xiàn)測試回路的閉環(huán)。圖9-17制動系統(tǒng)在環(huán)測試平臺硬件架構(gòu)制動系統(tǒng)在環(huán)測試平臺的硬件架構(gòu)如圖9-17所示：包括電動助力制動系統(tǒng)(iBooster)、電子穩(wěn)定性控制系統(tǒng)(ESP)、盤式制動器和液壓制動回路等。第九章智能網(wǎng)聯(lián)汽車試驗控制執(zhí)行系統(tǒng)在環(huán)測試技術(shù)轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在環(huán)測試技術(shù)以目前最為常用的電動助力轉(zhuǎn)向(ElectricPowerSteering,EPS)系統(tǒng)為例,典型的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在環(huán)測試平臺方案如圖9-18所示。平臺硬件系統(tǒng)主要包括轉(zhuǎn)向輸入端、轉(zhuǎn)角轉(zhuǎn)矩傳感器、EPS控制器、力矩傳感器、阻力加載裝置等。轉(zhuǎn)向系統(tǒng)在環(huán)測試是將真實的轉(zhuǎn)向系統(tǒng)嵌入到虛擬的人-車-環(huán)境系統(tǒng)中，以便準確地反映轉(zhuǎn)向系統(tǒng)的特性，從而使得對智能網(wǎng)聯(lián)汽車的測試評價更加準確而全面。第九章智能網(wǎng)聯(lián)汽車試驗9.1智能網(wǎng)聯(lián)汽車測試技術(shù)9.1.4智能網(wǎng)聯(lián)汽車車輛在環(huán)測試技術(shù)車輛在環(huán)(Vehicle-In-The-Loop,VIL)測試是指將虛擬環(huán)境產(chǎn)生的測試場景信息實時注入給真實物理世界中待測智能網(wǎng)聯(lián)汽車控制器，使其控制真實車輛產(chǎn)生運動行為，并借助高速數(shù)據(jù)通信將真實車輛運動狀態(tài)實時地映射到虛擬環(huán)境中，實現(xiàn)數(shù)字模擬車輛與待測智能網(wǎng)聯(lián)汽車平行動作并動態(tài)更新虛擬測試場景，以虛實結(jié)合的手段完成對真實智能網(wǎng)聯(lián)汽車性能的測試。根據(jù)進行測試的場地不同，可以將車輛在環(huán)測試分為室內(nèi)轉(zhuǎn)鼓平臺車輛在環(huán)測試和封閉場地車輛在環(huán)測試。典型的車輛在環(huán)測試方案如圖9-19所示。輸入1）自動駕駛系統(tǒng)控制算法；2）測試場景信息；3）被控對象數(shù)學(xué)模型；4）仿真任務(wù)需求；5）需要驗證的控制系統(tǒng)關(guān)鍵指標和控制系統(tǒng)關(guān)鍵參數(shù)。輸出1）對應(yīng)測試場景下的各種參數(shù)和仿真結(jié)果；2）仿真結(jié)果的分析和結(jié)論；3）自動駕駛系統(tǒng)的性能評估；4）與自動駕駛系統(tǒng)要求相關(guān)的仿真系統(tǒng)的設(shè)計驗證；5）仿真結(jié)果分析報告。第九章智能網(wǎng)聯(lián)汽車試驗9.1智能網(wǎng)聯(lián)汽車測試技術(shù)9.1.4智能網(wǎng)聯(lián)汽車車輛在環(huán)測試技術(shù)圖9-19典型的車輛在環(huán)測試方案第九章智能網(wǎng)聯(lián)汽車試驗轉(zhuǎn)鼓平臺車輛在環(huán)測試技術(shù)主要特點：利用平臺與輪胎之間的接觸，通過施加轉(zhuǎn)矩的方式模擬道路變化，測試場景可以通過虛擬注入、實物模擬、數(shù)字-物理融合模擬等方式配置。圖9-20所示為典型的電波暗室轉(zhuǎn)鼓平臺車輛在環(huán)測試，通過投屏場景，可以激活智能網(wǎng)聯(lián)汽車的駕駛輔助功能，測試其工作狀態(tài)的電磁兼容性能。圖9-20制動系統(tǒng)在環(huán)測試平臺硬件架構(gòu)轉(zhuǎn)鼓平臺車輛在環(huán)測試是將車輛安裝在室內(nèi)的轉(zhuǎn)鼓平臺上測試的硬件在環(huán)測試技術(shù)。轉(zhuǎn)鼓平臺車輛在環(huán)測試技術(shù)第九章智能網(wǎng)聯(lián)汽車試驗封閉場地車輛在環(huán)測試技術(shù)待測智能網(wǎng)聯(lián)汽車行駛在真實的道路上，通過虛擬注入的測試場景實現(xiàn)智能駕駛功能，并將車輛的控制信號或運動姿態(tài)反饋給虛擬環(huán)境，實現(xiàn)數(shù)字模擬車輛與待測智能網(wǎng)聯(lián)汽車平行動作并動態(tài)更新虛擬測試場景，形成動態(tài)閉環(huán)測試。圖9-21所示為典型的封閉場地車輛在環(huán)測試平臺方案，由仿真場景生成模塊、原型控制器模塊以及真實車輛系統(tǒng)構(gòu)成。圖9-21典型的封閉場地車輛在環(huán)測試平臺方案封閉場地車輛在環(huán)測試是一種基于數(shù)字孿生技術(shù)的智能網(wǎng)聯(lián)汽車測試方法。封閉場地車輛在環(huán)測試技術(shù)第九章智能網(wǎng)聯(lián)汽車試驗9.1智能網(wǎng)聯(lián)汽車測試技術(shù)9.1.5智能網(wǎng)聯(lián)汽車封閉試驗場測試技術(shù)封閉試驗場測試是指在封閉運營管理的汽車試驗場內(nèi)開展的智能網(wǎng)聯(lián)汽車實車測試，是獲準執(zhí)行開放公共道路測試前的必經(jīng)環(huán)節(jié)。圖9-22動態(tài)交通參與者第九章智能網(wǎng)聯(lián)汽車試驗9.1智能網(wǎng)聯(lián)汽車測試技術(shù)9.1.6智能網(wǎng)聯(lián)汽車開放道路測試技術(shù)高等級的智能網(wǎng)聯(lián)汽車參與開放道路測試需滿足以下技術(shù)性條件：1)應(yīng)具備人工操作和自動駕駛兩種模式，且能夠以安全、快速、簡單的方式實現(xiàn)模式轉(zhuǎn)換并有相應(yīng)的提示，保證在任何情況下都能將車輛及時轉(zhuǎn)換為人工操作模式。2)應(yīng)在自動駕駛車輛封閉測試場地，采用實車或?qū)嵻嚰臃抡鏈y試的方式完成一定里程的測試，達到相關(guān)測試及評價要求，具備進行道路測試的條件。(申請的測試車輛應(yīng)在封閉測試場內(nèi)完成累計不少于5000km的自動駕駛測試，其中每車不少于100km且至少有1輛車完成不少于1000km的自動駕駛測試。如申請的測試車輛，已獲得道路測試資格、滿足“三同原則”，每車應(yīng)在封閉試驗場地內(nèi)完成不少于100km的自動駕駛測試。)3)應(yīng)配備自動駕駛數(shù)據(jù)記錄裝置，具備車輛狀態(tài)記錄、存儲功能，應(yīng)自動記錄和存儲車輛發(fā)生碰撞、事故、脫離自動駕駛狀態(tài)或失效狀況發(fā)生前至少90s及發(fā)生后30s的各項信息數(shù)據(jù)，信息數(shù)據(jù)存儲時間不少于3年。第九章智能網(wǎng)聯(lián)汽車試驗9.2智能網(wǎng)聯(lián)汽車試驗方法

與傳統(tǒng)汽車試驗不同，智能網(wǎng)聯(lián)汽車試驗面臨著行駛環(huán)境復(fù)雜且不可預(yù)測、場景難以精確復(fù)現(xiàn)、試驗安全難以保障、試驗周期和成本控制壓力驟增等諸多困難與挑戰(zhàn),傳統(tǒng)汽車的試驗方法已難以滿足智能網(wǎng)聯(lián)汽車試驗需求。當(dāng)前面向智能網(wǎng)聯(lián)汽車的試驗方法主要有基于功能的試驗方法、基于里程的試驗方法和基于場景的試驗方法。第九章智能網(wǎng)聯(lián)汽車試驗9.2智能網(wǎng)聯(lián)汽車試驗方法

在智能網(wǎng)聯(lián)汽車發(fā)展的初期，由于被測功能單一,因此多采用同傳統(tǒng)汽車類似的基于功能的試驗方法，即針對不同智能網(wǎng)聯(lián)汽車功能選擇合適的測試場景，預(yù)先建立測試用例矩陣，對其進行通過性測試。測試用例是指為某個特定目標而編制的一組測試輸入、執(zhí)行條件以及對應(yīng)的預(yù)期結(jié)果,以便測試某個智能網(wǎng)聯(lián)汽車功能的性能?；诠δ艿脑囼灧椒ú襟E：1.分析被測功能的工作內(nèi)容及原理2.根據(jù)功能特征確定其對應(yīng)的測試工況。前方車輛靜止的FCW試驗工況9.2.1基于功能的試驗方法第九章智能網(wǎng)聯(lián)汽車試驗基于功能的試驗方法的缺點：對于功能復(fù)雜的高等級智能網(wǎng)聯(lián)汽車,基于功能的試驗方法難以窮盡需要測試的典型工況；只通過有限固定測試用例測試,無法表征智能網(wǎng)聯(lián)汽車的綜合性能；難以準確測試智能網(wǎng)聯(lián)汽車的自主決策能力?；诠δ艿脑囼灧椒ǖ奶攸c基于功能的試驗方法的優(yōu)點：測試輸入、測試條件和結(jié)果非常明確和可控；測試可重復(fù)性強；測試效率高。第九章智能網(wǎng)聯(lián)汽車試驗9.2智能網(wǎng)聯(lián)汽車試驗方法

其于里程的試驗是通過計算被測智能網(wǎng)聯(lián)汽車在真實道路環(huán)境或高精度仿真環(huán)境行駛的統(tǒng)計數(shù)據(jù)對其性能進行評價的一種方法。很多組織都會定期公布基于里程的智能網(wǎng)聯(lián)汽車試結(jié)果,如平均接管里程、人工接管報告及碰撞事故報告等基于里程的試驗方法的試驗環(huán)境與真實駕駛環(huán)境高度一致，在測試過程中無法控制其他交通參與者的具體行為，所有事件均可認為隨機發(fā)生。某年度基于里程的智能網(wǎng)聯(lián)汽車試驗結(jié)果9.2.2基于里程的試驗方法測試企業(yè)年度行駛總里程年度接管總次數(shù)平均接管里程登記車輛數(shù)實際路測車輛數(shù)Waymo23258422927965693567通用Cruise8761042141719138138小馬智行30561621145533838Zoox1551252173878557Nuro591002325701515第九章智能網(wǎng)聯(lián)汽車試驗基于里程的試驗方法的缺點：此方法測試周期長、效率低,測試成本巨大；公開道路測試還必須考慮安全風(fēng)險問題以及法律法規(guī)的限制等；由于隨機事件導(dǎo)致的試驗環(huán)境復(fù)雜度、任務(wù)復(fù)雜度不盡相同，試驗得到的統(tǒng)計結(jié)果也存在難以量化比較的問題。基于里程的試驗方法的特點基于里程的試驗方法的優(yōu)點：該方法可以發(fā)現(xiàn)一些專家經(jīng)驗未曾考慮到的小概率事件；也可獲得在真實駕駛環(huán)境中的統(tǒng)計數(shù)據(jù)。第九章智能網(wǎng)聯(lián)汽車試驗9.2智能網(wǎng)聯(lián)汽車試驗方法

隨著智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)的日益發(fā)展，基于功能的試驗方法和基于里程的試驗方法都已無法滿足智能網(wǎng)聯(lián)汽車的測試需求。基于場景的試驗方法獲得了越來越多的關(guān)注并被測試機構(gòu)廣泛采用?；趫鼍暗脑囼灧椒ㄊ峭ㄟ^預(yù)先設(shè)定測試場景對智能網(wǎng)聯(lián)汽車進行測試的方法，只規(guī)定了試驗的初始條件及最終目標，不預(yù)先設(shè)定試驗過程，可以保障系統(tǒng)自主決策的自由度，能夠?qū)ο到y(tǒng)多種功能的綜合性能進行測試,因此更適應(yīng)高級別智能網(wǎng)聯(lián)汽車的測試需求。9.2.3基于場景的試驗方法第九章智能網(wǎng)聯(lián)汽車試驗測試場景是自動駕駛汽車與其行駛環(huán)境各組成要素在一段時間內(nèi)的總體動態(tài)描述，這些要素組成由所期望檢驗的自動駕駛汽車的功能決定。簡言之，場景可以認為是自動駕駛汽車行駛場合與駕駛情景的有機組合。測試場景根據(jù)產(chǎn)品開發(fā)過程測試需求的差異和場景描述內(nèi)容的詳細程度，測試場景可分為：功能場景（FunetionalScenario）、邏輯場景（LogicalScenario）、具體場景（ConereteScenario）三個層級。場景6層模型第九章智能網(wǎng)聯(lián)汽車試驗根據(jù)測試場景的定義，測試場景的要素可以分交通環(huán)境要素和測試車輛基礎(chǔ)信息兩大類。按照場景要素的分類與組合形式,通常通過場景6層模型對測試場景進行表達，模型的第1層描述道路的基本信息；第2層描述靜態(tài)道路基礎(chǔ)設(shè)施；第3層描述上述兩個層級內(nèi)元素的臨時變化；第4層描述場景中的靜態(tài)與動態(tài)物體，以及它們之間的交互與采取的策略；第5層描述環(huán)境因素；第6層描述數(shù)字信息。場景元素第九章智能網(wǎng)聯(lián)汽車試驗為保證智能網(wǎng)聯(lián)汽車測試時的場景類型足夠豐富,需要收集大量的典型場景數(shù)據(jù)并建立測試場景庫。智能網(wǎng)聯(lián)汽車測試場景的數(shù)據(jù)來源主要包括真實數(shù)據(jù)、模擬數(shù)據(jù)和專家經(jīng)驗數(shù)據(jù)三個部分。場景數(shù)據(jù)來源場景數(shù)據(jù)應(yīng)滿足：1.可量化（場景的各個要素特征可以被量化）；2.可復(fù)現(xiàn)（場景在目前技術(shù)基礎(chǔ)和測試軟件上可以進行復(fù)現(xiàn)）；3.高保真（能夠在一定程度上呈現(xiàn)或反映真實世界中的場景）的要求。第九章智能網(wǎng)聯(lián)汽車試驗由于不同數(shù)據(jù)來源之間的場景數(shù)據(jù)格式及類型可能存在差異，并且原始數(shù)據(jù)中存在大量無效數(shù)據(jù)、錯誤數(shù)據(jù)。因此，需要對場景數(shù)據(jù)進行適當(dāng)?shù)奶幚聿拍苄纬烧嬲捎玫闹悄芫W(wǎng)聯(lián)汽車測試場景。場景數(shù)據(jù)的處理流程典型場景數(shù)據(jù)處理流程：1.將收集得到的場景數(shù)據(jù)進行清洗；2.將清洗過后的數(shù)據(jù)進行整理，形成可用的場景數(shù)據(jù)集；3.計算場景關(guān)鍵附加信息；4.對場景要素中的關(guān)鍵信息進行標注；5.定義場景分類規(guī)則；6.聚類邏輯場景；7.計算具體場景概率分布;8.根據(jù)具體場景概率分布進行測試用例的隨機生成。第九章智能網(wǎng)聯(lián)汽車試驗基于場景的加速測試目前主要有兩種方式，一種方式是基于虛擬環(huán)境搭建測試場景的快速性與可重復(fù)性，根據(jù)測試需求進行測試場景的隨機生成，短時間內(nèi)生成大量測試場景；另一種方式是參照整車可靠性加速測試方法所提出的關(guān)鍵場景強化生成方法?；趫鼍暗募铀贉y試測試場景隨機生成是根據(jù)現(xiàn)實中各種場景發(fā)生的概率密度隨機生成具體場景，其技術(shù)路線主要包括以蒙特卡洛模擬法、快速搜索隨機樹為代表的基于隨機采樣的生成方法，基于場景要素重要性層次分析的生成方法以及基于機器學(xué)習(xí)的方法等。第九章智能網(wǎng)聯(lián)汽車試驗基于場景的加速測試關(guān)鍵場景主要包括邊界場景(EdgeCase)和邊緣場景(CormerCase)兩大類。邊界場景是指場景要素的參數(shù)組合處于被測智能網(wǎng)聯(lián)汽車的性能邊界的場景。邊界場景強化生成通常采用基于概率性計的方法和基于優(yōu)化搜索的方法，前者的目的在于獲取邏輯場景內(nèi)部被測智能網(wǎng)聯(lián)汽車危險場景的無偏估計,后者則注重于發(fā)現(xiàn)邏輯場景參數(shù)空間中被測智能網(wǎng)聯(lián)汽車的性能邊界。邊緣場景是指場景要素類型的組合在實際運行環(huán)境中發(fā)生的頻率較低，但其出現(xiàn)符合現(xiàn)實世界的客觀規(guī)律且對智能網(wǎng)聯(lián)汽車的正常運行具有重要挑戰(zhàn)的場景。邊緣場景強化生成主要以強化學(xué)習(xí)、深度學(xué)習(xí)為主，通過智能網(wǎng)聯(lián)汽車與環(huán)境的博弈在線生成場景。基于強化學(xué)習(xí)的邊緣場景生成架構(gòu)第九章智能網(wǎng)聯(lián)汽車試驗9.3智能網(wǎng)聯(lián)汽車試驗標準體系及典型試驗

完善的智能網(wǎng)聯(lián)汽車試驗標準體系是助力產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展的必要前提。隨著智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)的快速發(fā)展，相關(guān)試驗標準不斷完善。SAE部分重點標準相關(guān)信息序號標準名稱1J3016（道路機動車駕駛自動化系統(tǒng)相關(guān)術(shù)語的分類和定義）2J3018（SAE3,4,5級自動駕駛系統(tǒng)道路安全測試指南）3J3061（信息-物理融合系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全指南）4J3161（基于LTEV2X的V2V安全通信車載系統(tǒng)技術(shù)需求）5J2945/9_201703（脆弱道路使用者安全信息最低性能要求）6J2945/6（協(xié)作式自適應(yīng)巡航控制和隊列的性能要求）第九章智能網(wǎng)聯(lián)汽車試驗9.3智能網(wǎng)聯(lián)汽車試驗標準體系及典型試驗當(dāng)前，以國際標準化組織（InternationalOrganizationforStandardization，ISO）、汽車工程師學(xué)會(SocietyofAutomotiveEngineers,SAE)、聯(lián)合國世界車輛法規(guī)協(xié)調(diào)論壇(UNWP.29)為代表的全球化標準化組織機構(gòu)，以及我國工信部、公安部、國標委等國內(nèi)標準化歸口單位均在有針對性地制定智能網(wǎng)聯(lián)汽車試驗標準。按照標準內(nèi)容的建設(shè)重點將智能網(wǎng)聯(lián)汽車試驗標準體系分為：試驗方法類標準、試驗對象類標準和試驗內(nèi)容類標準。智能網(wǎng)聯(lián)汽車試驗標準體系9.3.1智能網(wǎng)聯(lián)汽車試驗標準體系第九章智能網(wǎng)聯(lián)汽車試驗試驗方法類標準智能網(wǎng)聯(lián)汽車試驗方法主要包括虛擬仿真測試、封閉場地測試和開放道路測試。國際汽車制造商協(xié)會(OrganisationInternationaledesConstructeursd'Automobiles，OICA）在2019年提出了由虛擬仿真測試、封閉場地測試和開放道路測試組成的智能網(wǎng)聯(lián)汽車“三支柱”測試認證方法，得到了汽車行業(yè)相關(guān)技術(shù)人員的廣泛認可。1.虛擬仿真測試：虛擬仿真測試標準體系主要包括測試平臺搭建、測試內(nèi)容、數(shù)據(jù)格式等內(nèi)容；2.封閉場地測試：封閉場地測試標準體系主要包括封閉測試場地建設(shè)、封閉場地測試設(shè)備、場地測試內(nèi)容等三大類；3.開放道路測試：開放道路測試標準體系主要在于對參與道路測試企業(yè)的監(jiān)管。第九章智能網(wǎng)聯(lián)汽車試驗試驗對象類標準與傳統(tǒng)汽車類似，智能網(wǎng)聯(lián)汽車試驗對象也包括整車測試、系統(tǒng)測試和部件測試三大類，相關(guān)的標準體系均在不斷完善。1.整車測試：智能網(wǎng)聯(lián)汽車整車測試與傳統(tǒng)汽車整車測試的區(qū)別主要在于安全性測試、智能性測試等。安全性測試主要包括功能安全標準、預(yù)期功能安全標準、信息安全標準等；智能性測試目前仍處在研究階段；2.系統(tǒng)測試：系統(tǒng)測試是智能網(wǎng)聯(lián)汽車試驗的重點，針對L1、L2級的智能網(wǎng)聯(lián)汽車系統(tǒng)的試驗標準已經(jīng)較為成熟；3.部件測試：部件測試標準主要是針對智能網(wǎng)聯(lián)汽車所獨有的一些部件的試驗標準。第九章智能網(wǎng)聯(lián)汽車試驗試驗內(nèi)容類標準智能網(wǎng)聯(lián)汽車試驗內(nèi)容類標準主要包括功能安全標準、預(yù)期功能安全標準、信息安全標準。1.功能安全標準：功能安全作為傳統(tǒng)汽車安全性驗證階段即存在的標準，為智能網(wǎng)聯(lián)汽車的技術(shù)開發(fā)提供了初期指導(dǎo)；2.預(yù)期功能安全標準：預(yù)期功能安全是對于自動駕駛功能安全的補充，其定義是避免由于預(yù)期功能的不足或人類合理可預(yù)見的誤用導(dǎo)致的危害，不存在不合理的風(fēng)險，稱為預(yù)期功能的安全性。預(yù)期功能安全主要是針對L2級別以上的智能網(wǎng)聯(lián)汽車的性能限制或人類合理可預(yù)見的誤用而導(dǎo)致的危險，在系統(tǒng)開發(fā)和測試過程中提供方法指導(dǎo)，避免潛在危害的發(fā)生；3.信息安全標準：智能網(wǎng)聯(lián)汽車的信息安全是一個比較寬泛的概念，包含了計算機安全(ComputerSecurity)、網(wǎng)絡(luò)安全(NetworkSecurity)、數(shù)據(jù)安全(PataSecurity)、信息安全(InformationSecurity)和應(yīng)用安全(ApplicationSecurity)等領(lǐng)域。第九章智能網(wǎng)聯(lián)汽車試驗9.3智能網(wǎng)聯(lián)汽車試驗標準體系及典型試驗

隨著智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)的飛速發(fā)展，駕駛輔助系統(tǒng)（AdvancedDrivingAssistanceSystem,ADAS)已經(jīng)快速普及,目前已有30余種駕駛輔助系統(tǒng)商業(yè)化量產(chǎn)，下面選取幾種典型駕駛輔助系統(tǒng)介紹其試驗方法。車道保持9.3.2駕駛輔助系統(tǒng)試驗自適應(yīng)巡航自動緊急制動第九章智能網(wǎng)聯(lián)汽車試驗自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)試驗方法自適應(yīng)巡航控制(AdaptiveCruiseControl,ACC)系統(tǒng)的主要功能是基于特定的信息控制車速與前方車輛運動狀況相適應(yīng)，這些信息包括與前車間的距離、本車的運動狀態(tài)、駕駛員的操作指令等?；谏鲜鲂畔?控制器發(fā)送控制指令給執(zhí)行器以執(zhí)行縱向控制,同時將狀態(tài)信息提供給駕駛員。對ACC系統(tǒng)的性能要求包括基本控制策略、基本性能、基本的人機交互性能、操作限制、制動燈控制、故障處理等。ACC系統(tǒng)的基本控制策略是對ACC系統(tǒng)的最低要求，并構(gòu)成其基本的系統(tǒng)行為；對于ACC系統(tǒng)的基本性能的要求包括控制模式、車間時距、本車速度等。第九章智能網(wǎng)聯(lián)汽車試驗自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)試驗方法ACC系統(tǒng)性能評價的測試環(huán)境條件如下：1.測試場地為平坦干燥的瀝青或混凝土路面；2.溫度應(yīng)在0-40℃范圍內(nèi)；3.水平能見度應(yīng)大于Ikm。ACC系統(tǒng)典型基本性能測試：探測距離測試、目標識別能力測試及彎道適應(yīng)能力測