基于場(chǎng)景的自動(dòng)駕駛安全驗(yàn)證研究

開(kāi)發(fā)一個(gè)強(qiáng)大且全面的測(cè)試框架對(duì)于確保自動(dòng)駕駛系統(tǒng) (ADS) 的安全性和可靠性至關(guān)重要。該框架應(yīng)涵蓋廣泛的可測(cè)試用例和場(chǎng)景，以挑戰(zhàn) ADS 在多樣化和真實(shí)駕駛環(huán)境中的能力。

1. 自動(dòng)化等級(jí):

汽車工程師協(xié)會(huì) (SAE) 國(guó)際組織定義了六個(gè)級(jí)別的駕駛自動(dòng)化，范圍從完全手動(dòng)駕駛到完全自動(dòng)駕駛：

L0 級(jí)：無(wú)駕駛自動(dòng)化，駕駛員完全控制車輛，沒(méi)有任何自動(dòng)化輔助。這是我們熟悉的傳統(tǒng)駕駛方式。

L1 級(jí)：駕駛員輔助，L1 級(jí)系統(tǒng)引入了基本的駕駛員輔助功能，駕駛輔助系統(tǒng)需要對(duì)車輛的橫向或縱向的連續(xù)控制，如自適應(yīng)巡航控制、車道居中保持功能。這些功能可以提高駕駛安全性和舒適性，但駕駛員仍需完全負(fù)責(zé)控制車輛。

L2 級(jí)：部分駕駛自動(dòng)化, ?L2 級(jí)系統(tǒng)可在特定條件下接管一些駕駛?cè)蝿?wù)，例如轉(zhuǎn)向 和保持車道內(nèi)行駛速度。然而，駕駛員仍需監(jiān)控環(huán)境，并隨時(shí)準(zhǔn)備接管控制權(quán)。高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng) (ADAS) 比如特斯拉 Autopilot 和通用汽車 Super Cruise 都是在這一級(jí)別操作。

L3 級(jí)：條件駕駛自動(dòng)化, L3 級(jí)系統(tǒng)可以在特定條件下處理更復(fù)雜的駕駛情況，例如交通擁堵和高速公路駕駛。在這種情況下，駕駛員可以安全地脫離一些駕駛?cè)蝿?wù)，但他們必須在系統(tǒng)提示時(shí)隨時(shí)恢復(fù)控制。這一級(jí)別仍在開(kāi)發(fā)中，尚未廣泛商用。

L4 級(jí)：高度駕駛自動(dòng)化，L4 級(jí)系統(tǒng)可以在特定環(huán)境中處理所有駕駛?cè)蝿?wù)，例如特定高速公路或地理圍欄區(qū)域內(nèi)。駕駛員可以完全脫離駕駛，進(jìn)行其他活動(dòng)，但他們可能需要在系統(tǒng)故障或離開(kāi)操作區(qū)域時(shí)接管控制權(quán)。

L5 級(jí)：完全駕駛自動(dòng)化, L5 級(jí)系統(tǒng)可以在任何環(huán)境中處理所有駕駛?cè)蝿?wù)。駕駛員不再需要，車輛可以完全自主運(yùn)行。這一級(jí)別仍處于研發(fā)階段，但它具有革新交通運(yùn)輸?shù)臐摿Α?/p>

隨著自動(dòng)駕駛系統(tǒng) (ADS) 即將徹底改變交通運(yùn)輸，了解這些自動(dòng)化等級(jí)對(duì)于設(shè)計(jì)及驗(yàn)證復(fù)雜且不斷發(fā)展的 ADS 技術(shù)至關(guān)重要，通過(guò)強(qiáng)有力的測(cè)試確保其安全性和可靠性至關(guān)重要。測(cè)試框架需要一種全面的方法來(lái)開(kāi)發(fā)可測(cè)試用例和場(chǎng)景，這些場(chǎng)景將在多樣化的駕駛環(huán)境中推動(dòng) ADS 能力的極限。

以下是框架概述：框架應(yīng)適用于當(dāng)前正在開(kāi)發(fā)和部署的不同自動(dòng)化等級(jí) (SAE L0-L5 級(jí))。每個(gè)級(jí)別都需要不同的測(cè)試場(chǎng)景，駕駛員參與程度和系統(tǒng)自主性各不相同。

2. 場(chǎng)景分類:

創(chuàng)建用于測(cè)試自動(dòng)駕駛系統(tǒng) (ADS) 的框架需要一套多樣化且具有挑戰(zhàn)性的場(chǎng)景，這些場(chǎng)景應(yīng)反映現(xiàn)實(shí)駕駛的復(fù)雜性。需要針對(duì)可測(cè)試場(chǎng)景進(jìn)行分類，以確保全面涵蓋 ADS 可能遇到的潛在情況。

分類維度:

環(huán)境因素:

天氣:?陽(yáng)光、雨雪、霧霾、風(fēng)、極端溫度。

光線:?白天、夜晚、黃昏、眩光。

道路基礎(chǔ)設(shè)施:?高速公路、城市街道、鄉(xiāng)村道路、環(huán)島、隧道、橋梁。

交通密度:?低、中、高、嚴(yán)重?fù)矶隆?/p>

道路狀況:?干燥、潮濕、結(jié)冰、積雪、碎屑、坑洼、施工區(qū)域。

交通參與者:

行人:?過(guò)馬路、橫穿馬路、走在路肩上。

騎自行車者:?單人騎行、團(tuán)體騎行、不可預(yù)測(cè)行為。

車輛:?汽車、卡車、摩托車、自行車、緊急車輛。

動(dòng)物:?鹿、狗、貓、鳥(niǎo)。

意外行為:?急剎車、變道、 aggressive 駕駛。

操作因素:

傳感器故障:?攝像頭、雷達(dá)、激光雷達(dá)故障。

系統(tǒng)故障:?漏洞、軟件錯(cuò)誤、硬件故障。

網(wǎng)絡(luò)攻擊:?黑客攻擊、數(shù)據(jù)操縱。

緊急情況:?事故、醫(yī)療緊急情況、火災(zāi)。

基礎(chǔ)設(shè)施中斷:?道路封閉、繞道、信號(hào)中斷。

自動(dòng)化等級(jí):

0 級(jí) (無(wú)自動(dòng)化):?關(guān)注駕駛員在各種環(huán)境中應(yīng)對(duì)意外情況的反應(yīng)。

1 級(jí) (駕駛員輔助):?評(píng)估系統(tǒng)干預(yù)以及它們?nèi)绾斡绊戱{駛員行為和情景意識(shí)。

2 級(jí) (部分自動(dòng)化):?測(cè)試駕駛員與系統(tǒng)之間的切換過(guò)程以及處理系統(tǒng)限制 (例如車道線褪色) 的能力。

3 級(jí) (條件自動(dòng)化):?評(píng)估系統(tǒng)處理復(fù)雜場(chǎng)景 (例如停走式交通) 和駕駛員接管準(zhǔn)備就緒的能力。

4 級(jí) (高度自動(dòng)化):?在特定地理圍欄區(qū)域內(nèi)探索系統(tǒng)性能以及其對(duì)操作域之外的意外事件的響應(yīng)。

5 級(jí) (完全自動(dòng)化):?在完全系統(tǒng)控制下涵蓋各種環(huán)境和交通場(chǎng)景，側(cè)重安全性和可靠性。

組合類別:

場(chǎng)景可以通過(guò)組合這些類別進(jìn)一步細(xì)化。例如，一個(gè)場(chǎng)景可能涉及高速公路 (環(huán)境) 上的低能見(jiàn)度 (霧) 和前方卡車突然剎車 (交通參與者)。

分類的好處:

確保全面覆蓋:?減少測(cè)試中的盲點(diǎn)。

促進(jìn)系統(tǒng)測(cè)試計(jì)劃:?幫助根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)和復(fù)雜性優(yōu)先排序場(chǎng)景。

使數(shù)據(jù)分析和比較成為可能:?提高對(duì)系統(tǒng)在不同類別中的性能的理解。

分類后下一步:

指定場(chǎng)景目標(biāo):?為每個(gè)場(chǎng)景定義特定目標(biāo)，重點(diǎn)關(guān)注要測(cè)試的關(guān)鍵系統(tǒng)方面。

開(kāi)發(fā)詳細(xì)案例研究:?在每個(gè)類別和組合中創(chuàng)建單個(gè)場(chǎng)景的具體描述。

優(yōu)先排序和排序場(chǎng)景:?根據(jù)重要性和潛在風(fēng)險(xiǎn)對(duì)場(chǎng)景進(jìn)行排名，考慮測(cè)試資源和約束。

框架為構(gòu)建用于 ADS 測(cè)試的全面且可適應(yīng)的場(chǎng)景分類方案奠定了基礎(chǔ)。特定類別、組合和目標(biāo)可以根據(jù)特定系統(tǒng)和監(jiān)管要求進(jìn)行調(diào)整。

3. 可測(cè)試用例:

在每個(gè)場(chǎng)景類別中，可以定義特定的可測(cè)試用例來(lái)評(píng)估 ADS 在各個(gè)方面的性能，例如：

感知：在不同條件下的物體檢測(cè)、跟蹤和分類精度。

規(guī)劃和決策：基于交通規(guī)則和安全考慮的路徑規(guī)劃、避障和操作選擇。

控制：轉(zhuǎn)向、加速和制動(dòng)操作，以保持安全平穩(wěn)的運(yùn)行。

人機(jī)交互：界面設(shè)計(jì)、溝通清晰度以及系統(tǒng)限制情況下的駕駛員接管程序。

4. 工具和技術(shù):

可以使用各種工具和技術(shù)來(lái)創(chuàng)建和執(zhí)行測(cè)試場(chǎng)景，包括：

仿真平臺(tái)：高保真仿真可以復(fù)制現(xiàn)實(shí)駕駛環(huán)境，并對(duì)變量進(jìn)行精確控制。

傳感器模擬器：模擬傳感器數(shù)據(jù)可用于測(cè)試 ADS 在特定場(chǎng)景中的感知能力。

硬件在環(huán)測(cè)試：實(shí)際車輛硬件可以與模擬環(huán)境集成，進(jìn)行更真實(shí)的測(cè)試。

5. 持續(xù)改進(jìn):

測(cè)試框架應(yīng)該是一個(gè)迭代過(guò)程，隨著新技術(shù)涌現(xiàn)和駕駛模式變化而不斷改進(jìn)。應(yīng)分析測(cè)試收集的數(shù)據(jù)，以識(shí)別改進(jìn)領(lǐng)域并改進(jìn)場(chǎng)景和測(cè)試用例。

通過(guò)實(shí)施一個(gè)全面且可適應(yīng)的測(cè)試用例和場(chǎng)景框架，開(kāi)發(fā)人員可以確保他們的 ADS 經(jīng)過(guò)徹底測(cè)試，并具備應(yīng)對(duì)現(xiàn)實(shí)世界復(fù)雜性的能力，最終導(dǎo)致更安全可靠的自動(dòng)駕駛體驗(yàn)。

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