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自动驾驶汽车测试技术发展现状

发布时间:2022-07-13 08:56:32 作者:爱游戏体育下载苹果 来源:爱游戏体育下载苹果

概述

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  随着智能网络和汽车工业的发展,自动驾驶汽车成为各行各业关注的焦点。面对具有自主通行逻辑的交通工具,各国政府部门正积极出台相关政策法规来引导规范自动驾驶汽车行业的发展。

  本文首先介绍了国外自动驾驶汽车相关技术规范纲领和相关标准。在此基础上,提出了发展高级别自动驾驶系统测试的必要性。其次,结合国外测试经验,阐述了利用虚拟测试和场地测试来综合检测自动驾驶汽车智能化水平的科学性。测试项目从简单到复杂,测试环境从封闭到开放来满足不同智能水平车辆的测试需求。最后,本文从我国道路交通的实际出发,分析了自动驾驶测试场地建设的技术需求,为自动驾驶汽车测试技术发展提供了参考。

  本文来自 2017 年 10 月 25 日出版的《中国标准化》,作者是公安部交通管理科学研究所下属道路交通集成优化与安全分析技术国家工程实验室的范志翔、孙巍、潘汉中和严慈磊。

  21 世纪以来,计算机技术、互联网、物联网思维的快速发展给传统的汽车制造工业带来崭新的变革,研究表明自动驾驶技术可以大大提高交通系统的效率和出行的安全性,自动驾驶汽车成为世界汽车产业发展的必然趋势。

  美国摩根士丹利研究报告(Morgan Stanley Research Report)中指出在 2025 年自动驾驶技术在美国的潜在经济影响为 2000 亿到 1.9 万亿美元 [1] 左右。与国外相比,我国的自动驾驶汽车起步较晚,但是在政府部门的大力支持以及各大科研机构和企业的大力推动下,也得到迅速的发展。预计在 2025 年前后,我国新生产汽车中配备有辅助或半自动驾驶技术的比例将达到 30%,到 2030 年,完全自动驾驶车辆的占有率将接近 10% [2]。

  在汽车行业,所有技术要从实验室走向量产,都需要经过验证的环节。验证要求一般包括三个方面:企业自己的标准与质量检测、行业的标准验证以及国家法律法规的验证。在自动驾驶正式上路之前需要有针对性的测试来证明其运行安全性。政府、科研院所、企业都大力展开对标准体系的编制以及自动驾驶考试考核场地的构建和相关测试方式方法的探究。

  为促进自动驾驶汽车快速、规范的发展,美国联邦政府在 2016 年颁布了全球首部无人驾驶汽车政策文件《联邦自动驾驶汽车政策》(Federal Automated Vehicles Policy),内容包含政策目的、自动驾驶汽车等级定义、自动驾驶汽车性能指南、部分州政策、现行的国家公路交通安全管理监管方式,并且描述了将来可能采用的新监管方式以及今后将开展的相关工作 [3]。其中,为规范自动驾驶上公共道路测试,要求测试企业、机构在一定的周期内向相关部门提交公共道路测试过程中的数据(包括自动驾驶行驶里程、人工干预与接管次数等),用于对自动驾驶汽车道路测试的安全性评估。

  接着,美国政府又制定了《自动驾驶法案》(Self Drive Act),对自动驾驶汽车的生产、测试和发布进行了管理说明。同时,日本、韩国、新加坡等国家都通过颁布相关法规的形式允许自动驾驶技术研发的相关企业在可控的条件下进入公共道路进行测试。

  现阶段,高级别的自动驾驶技术相关标准还未正式出台,相关的研究正在陆续进行中。目前,自动驾驶技术领域相关的标准有:通讯类标准和 ADAS 辅助驾驶类标准。

  自动驾驶汽车通讯类技术标准,美国、欧盟、日本等国所使用的 DSRC(基于 IEEE 802.11 的专用短程无线通讯技术)技术,并形成了 SAE、IEEE 1609、IEEE 802.11P 等的标准体系;以及 ETSI 与 CEN 共同联合制定了 ITSG5 系列标准(内容包含了 IEEE 802.11p、Geo Network、CAM 与 DENM 等协议标准)。同时,我国积极参与研发、推动的 LTE-V2X(基于 LTE 的专用无线通讯技术)技术并积极推动相关技术标准的建设。

  自动驾驶技术相关标准方面,主要以 ADAS 辅助驾驶系统为主。目前我国已经发布的相关标准包括:GB/T 20608-2006《智能运输系统自适应巡航控制系统性能要求与检测方法》与 GB/T 26773-2011《智能运输系统车道偏离报警系统性能要求与检测方法》。同时,GB 20100506-T-469《汽车前碰撞报警系统性能要求和测试规程》已开始征求意见,GB20100505-T-469《汽车换道决策辅助系统性能要求和测试规程》、《驾驶自动化等级划分》、《汽车紧急转向辅助系统》等已纳入标准制订计划。国外 ISO、ECE 等也都出台了 ISO17361-2007《车道偏离预警系统》、ISO 22178-2009《低速跟随行驶系统 - 性能要求及试验方法》等低级别辅助驾驶系统的相关标准。

  通过研究国内外自动驾驶汽车相关的技术标准,大多是针对汽车互联网通信技术、ADAS 部件的性能测试等方面,没有特别针对高级别的自动驾驶汽车的相关标准。

  但是随着高级别自动驾驶汽车的出现,制定高级别的自动驾驶汽车的相关的标准法规来引导产业健康发展显得尤为重要。相较与低级复杂驾驶系统,高级自动驾驶系统需要感知复杂的交通环境并做出相应的决策,这是一个十分复杂的过程,也是自动驾驶汽车核心技术。

  在高等级自动驾驶系统标准的制定过程中,对自动驾驶汽车整体运行评价十分重要,其中包括系统的协同配合能力、汽车的安全运行轨迹、汽车对环境的识别能力、对危险情况的识别响应时间及处理方式方法等。

  现阶段,自动驾驶技术主要分为两大类:以传统车企为代表的 ADAS 类和人工智能和网联化技术类。两类技术的出发点各有不同:

  前者通过由传统的 ADAS 辅助驾驶系统逐步升级演化而来,主要采用的硬件设施有车载摄像头、毫米波雷达、超声波传感器等,利用摄像头采集的图像数据,结合计算机视觉技术对车辆的决策提供帮助。

  后者主要利用激光雷达测定与周边物体的距离,并将探测数据绘制道路 3D 地形图,结合高分辨率的地图数据构建模型,帮助计算机系统做出决策。

  无论实现的方式方法如何,利用多场景的测试与深度学习积累来确保所设计的系统的安全性都必不可少。

  在实现高级别智能驾驶汽车的过程中,ADAS 系统作为自动驾驶的近阶段目标,主要是指拥有 L1 与 L2 级别的智能车辆。对该类车辆的检测主要参照现行的标准对 ADAS 产品进行相关性能的测试。例如:对车道偏离预警系统的测试时,利用差分 GPS 设备对车辆的基本运动轨迹进行监控,利用运动分析装置对车辆的行驶速度进行校验,并利用电子地图记录车辆的行驶过程,对比标准要求确定评判结果。

  高级别的自动驾驶技术的运行安全性测试,主要考察自动驾驶汽车在复杂交通环境下自主认知能力和多系统协同工作的安全性和稳定性。

  首先,在测试之前,应确保自动驾驶汽车的基本性能满足传统汽车的运行安全性。其次,由于真实交通环境的多样性和复杂性,自动驾驶研发企业应该分析城市道路、城际公路和乡村路上其他道路参与者的运行特点,提出相对应的自动驾驶运行方案,保证自动驾驶汽车能够很好的与真实环境的融合。

  在对自动驾驶汽车的测试过程中,应考虑道路行人、参与车辆、道路基础设施及交通信号灯等基本的交通因素。特别是在开放的公共道路测试过程中,由于混合了传统驾驶汽车及其他交通参与者,会提高自动驾驶汽车道路通行过程中的复杂性程度,导致自动驾驶汽车在测试道路上安全行驶的不确定因素上升,增加了产生道路交通事故的风险。

  研究表明,自动驾驶汽车需要约 2.75 亿英里的行驶里程来证明系统的安全性。为了验证自动驾驶汽车比人类更好的性能,自动驾驶汽车所需测试里程需达到数十亿英里,传统的测试方法不仅试验周期长,而且测试成本大,无法满足市场的需求。

  随着虚拟现实技术的发展,运用计算机三维建模的方式构建出虚拟的街道、城乡、高速公路等作为测试环境,并在虚拟环境中加入所需的测试用例,这种虚拟测试方法可缩减自动驾驶技术的研发周期。测试场景用例主要来源于有人驾驶汽车的交通事故、自然驾驶数据以及以往测试中人类接管案例和对特殊场景进行模拟的试验数据,以验证自动驾驶汽车的运行安全性。目前虚拟的自动驾驶测试技术还仅用于相关企业的开发测试层面,同时,作为测试需求,还需解决车辆 CAN 总线协议兼容性、数据采集方式等问题。

  自动驾驶汽车在设计开发的过程中,以及在公共道路上部署之前,需要在可控的真实环境中进行大量的、可重复的、不同层次的测试试验,以推动技术创新发展和保障公共安全。为促进自动驾驶技术的发展,世界主要发达国家都投入了大量的人力物力在自动驾驶测试基地的建设中,测试基地的规模逐步扩大,测试的项目逐步完善。许多汽车生产企业、科研机构、科技公司也陆续加入其中。国外在测试场的建设中综合考虑了物联网技术,构建车路协同基础设施,例如 V2V、V2X 等车联网通信技术发射、接收、处理终端。

  目前在试验场地建设中,较为成熟的有美国的 Mcity 自动驾驶试验场和欧洲的联合智能交通走廓项目。

  2015 年,美国密歇根大学设计建造了世界上第一个专门用于测试网联汽车和自动驾驶汽车技术的试验场地,占地 12.9 万平方米,斥资 1000 万美元。

  Mcity 主要包含两个测试区域:用于模拟高速公路环境的高速试验区域和用于模拟市郊和近郊的低速试验区。其中模拟市区的低速试验区以虚拟城市为设计思路,在场景的设计过程中设置有大楼等基础设施,它们的正面外观均采用复合板等简易材料,并构建了十字路口、交通圈、桥梁、隧道及建筑护栏等大量障碍物与测试环境来测试自动驾驶汽车在城市道路中安全行驶能力。同时还设置了污损路牌、褪色车道标识等特殊用例来测试自动驾驶汽车对特殊情况的处理能力。

  2013 年,荷兰、德国和奥地利签订了共同开发合作智能交通项目 Cooperative ITS Corridor,即联合智能交通走廓项目。这条联合智能长廊计划以荷兰的鹿特丹为起点,途径德国慕尼黑、法兰克福,最终达到奥地利的维也纳。其成立的目的在于构建一套完整的车辆与车辆、车辆与交通信号、车辆与其他交通参与者的通信能力测试基础。

  为了达到测试要求在此道路上每 100 米处便设置了摄像头,每 500 米便设有无线信号接收装置。测试效果可以达到对一辆测试车辆的定位位置做到每秒 10 次的监控,并达到 1m 的定位精度。

  为了促进自动驾驶技术的发展,我国相关部委、省市人民政府的相关部门也在积极推动自动驾驶测试基地的建设。国内对于自动驾驶测试试验场及示范区在设计时主要考虑对自动驾驶汽车的研发试验需求和保障产品安全的测试认证需要两方面,不同的测试需求在测试场地建设时所考虑的因素也有所不同。

  基于研发试验方面,此类试验场地的建设主要以推动智能交通、智能网联技术及自动驾驶产业发展为目的。建设思路以封闭测试场为主,在测试场景的设计、测试所需的配套设施建设方面主要考虑对自动驾驶功能性的重复试验与验证,以满足自动驾驶系统的再学习与深度优化等的开发需求,并且在测试场地的周边通常配套有较为完善的产业集群。2016 年,上海、北京、浙江、重庆、武汉、吉林成为首批的 6 个自动驾驶汽车场地测试示范运用城市。

  基于测试认证方面的自动驾驶测试场地在建设的过程中,主要以验证自动驾驶汽车的安全运行能力为主。测试场景在设计方面需结合我国城市道路、国省道、高速公路等的通行需求与交通特点,主要针对自动驾驶汽车、系统整体的安全运行能力与逻辑进行评估,以确保自动驾驶汽车上公共道路后能稳定与安全的运行。

  2016 年,公安部、工信部、江苏省政府共同推进建设国家智能交通综合测试基地。基地内计划建设的测试区域主要包括公路测试区、城市道路测试区、高速公路测试区、环道测试区、多功能测试区及室内测试区;在基地外还利用周边道路环境,与无锡市政府共同打造半开放测试场地,测试场景可覆盖高速公路、快速路、城市道路、农村公路、山区公路;通过场内与场外测试环境的结合,进一步保障自动驾驶汽车运行安全测试评价体系。

  自动驾驶汽车的发展,是物联网思维与人工智能的高度集成运用。随着相关技术的成熟 , 自动驾驶汽车将会改变现有的交通体系和人们的出行方式。在自动驾驶汽车商业进程中,如何保障自动驾驶汽车的运行安全是研发企业与交通管理部门亟待解决的问题。为此,制定和完善自动驾驶汽车测试技术和相应评价体系建设,将有助于引导自动驾驶技术的健康发展。

  [2] 朱敏慧 .“节能与新能源汽车技术路线图”推动汽车产此转型升级 [J]. 汽车与配件 ,2016,46:4.

  点击阅读原文,查看文章「Mobileye 创始人接受德国《经济周刊》专访」

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