關(guān)于歐盟法規(guī)中測試場景的研究

1.引言

場景是智能網(wǎng)聯(lián)汽車測試技術(shù)的基礎(chǔ)，基于場景的功能測試方法對于彌補基于里程的測試方法的局限性，提高系統(tǒng)開發(fā)效率、產(chǎn)品落地效率等方面都有重要作用。在眾多的場景來源中，標準法規(guī)場景是系統(tǒng)功能在研發(fā)和認證階段需要滿足的基本場景，能夠?qū)χ悄芫W(wǎng)聯(lián)汽車應(yīng)有的基本能力進行測試。法規(guī)類場景可確保智能網(wǎng)聯(lián)汽車在不同地區(qū)均能符合法規(guī)要求，從而確保車輛在道路上的安全性、合規(guī)性和可靠性。

在智能網(wǎng)聯(lián)汽車的立法層面，歐盟等國際組織持續(xù)開展法規(guī)制定工作，并且已經(jīng)形成了多個成果，包括EU 2019/2144《新的車輛通用安全法規(guī)》、UN R171《駕駛員控制輔助系統(tǒng)（DCAS）型式批準的統(tǒng)一規(guī)定》、UN R157《自動車輛保持系統(tǒng)（ALKS）型式批準的統(tǒng)一規(guī)定》、EU 2022/1426《全自動駕駛車輛自動駕駛系統(tǒng)（ADS）型式批準的統(tǒng)一程序和技術(shù)規(guī)范》等，其中均針對測試場景進行了相關(guān)描述與規(guī)定。

同時，對于海外目標市場的車企來說，遵守目標國家或地區(qū)的法規(guī)標準，滿足當?shù)氐漠a(chǎn)品準入要求是進入該市場的必要條件。因此，企業(yè)無論是面向“出海”需求還是單純面向算法驗證的需求，法規(guī)類測試場景應(yīng)被考慮為必須項。由于政策、市場等原因，歐洲成為國內(nèi)車企出海的主要目標地區(qū)。但目前歐盟智能駕駛標準法規(guī)中并未給出具體場景參數(shù)，賽目科技對此開展相關(guān)研究，基于“功能場景→邏輯場景→具體場景”的邏輯思路，并結(jié)合“合理可預見”和專家經(jīng)驗的仿真參數(shù)設(shè)置方法，構(gòu)建具體測試場景集，為企業(yè)開展基于場景的模擬仿真測試提供參考。

2.測試場景要求及泛化方法

2.1標準法規(guī)測試場景

在歐盟汽車標準法規(guī)體系中，以汽車安全框架性技術(shù)法規(guī)EU2019/2144為代表，旨在加強對車內(nèi)乘員、弱勢道路使用者的保護，減少交通事故率和人員傷亡。EU 2019/2144規(guī)定了在汽車安全領(lǐng)域應(yīng)滿足各項技術(shù)法規(guī)，大部分直接采用了聯(lián)合國制修訂的UN R汽車技術(shù)法規(guī)，逐步建立起從組合駕駛輔助到自動駕駛的全方位監(jiān)管體系。其中，UN R171針對駕駛員控制輔助系統(tǒng)（DCAS），規(guī)定了持續(xù)橫向和縱向運動控制輔助系統(tǒng)的性能要求[1]；UN R157針對自動車道保持系統(tǒng)（ALKS），將特定交通環(huán)境中的自動駕駛系統(tǒng)車速上限由最開始的60 km/h限制擴展到130 km/h，并允許自動變道[2]；針對更高級別的自動駕駛型式批準，歐盟率先獨立制定自己的規(guī)則EU 2022/1426，規(guī)定了適用于全自動車輛自動駕駛系統(tǒng)（ADS）型式批準的統(tǒng)一程序和技術(shù)規(guī)范[3]。以上法規(guī)均描述了各種測試場景要求，為智能網(wǎng)聯(lián)汽車提供了統(tǒng)一的測試基準。

2.1.1 R171測試場景

UN R171制定了關(guān)于駕駛員控制輔助系統(tǒng)（DCAS）型式認證的統(tǒng)一規(guī)定，可通過持續(xù)的橫向和縱向運動控制，協(xié)助人類駕駛員執(zhí)行車輛駕駛?cè)蝿?wù)（不完全接管駕駛），是ADAS的一個子集。在進行提交型式認證文件的測試場景部分，應(yīng)至少包含附錄4中4.2.5部分提出的功能測試和其他交通參與者響應(yīng)測試兩部分內(nèi)容，目的是驗證OEM提交的系統(tǒng)設(shè)計文件中描述系統(tǒng)所具備的能力及行為表現(xiàn)與在實際測試中是否一致。其中，DCAS功能測試場景包括車道居中控制、駕駛員主動變道以及系統(tǒng)發(fā)起的車道變更測試。在滿足DCAS功能測試場景同時還需滿足其他交通參與者識別及響應(yīng)測試場景，如直道或彎道前方靜止車輛、直道前方慢行車輛、目標車輛切出后存在靜止車輛、相鄰車道車輛切入、前方存在靜止行人或自行車、行人或自行車橫穿道路、車輛右轉(zhuǎn)與橫穿行人或自行車沖突、直行車輛與對向左轉(zhuǎn)車輛或右側(cè)直行車輛沖突等測試，試驗項目如表1所示。

表1R171測試場景清單

2.1.2 R157測試場景

UN R157制定了關(guān)于自動車道保持系統(tǒng)（ALKS）車輛認證的統(tǒng)一規(guī)定，ALKS控制車輛橫向和縱向運動使其保持在車道內(nèi)行駛，激活后無需駕駛員進一步的命令。該法規(guī)修訂后基本覆蓋了高速公路自動駕駛?cè)珗鼍埃辉賰H適用于高速公路低速或堵車場景。法規(guī)中附件5規(guī)定了場地測試的最小場景集合，目的是驗證本法規(guī)第5~7段中對ALKS的技術(shù)要求，以評估系統(tǒng)關(guān)于動態(tài)駕駛?cè)蝿?wù)的性能。測試場景包括車道保持、避免與其他交通參與者或阻塞車道的障礙物相撞、跟隨前車、前車切入、前車變道后出現(xiàn)靜態(tài)障礙物、變道等，試驗項目如表2所示。

表2R157測試場景清單

2.1.3 EU 2022/1426測試場景

EU 2022/1426制定了關(guān)于全自動駕駛車輛（fully automated vehicles）型式認證的統(tǒng)一流程和技術(shù)標準，是世界上首個允許成員國批準注冊和銷售高級別自動駕駛技術(shù)汽車的技術(shù)法規(guī)。法規(guī)中附件3第三部分PART 3規(guī)定了實車測試的最小測試集合，其中8.1、8.2、8.5、8.6、8.7、8.8、8.9在封閉場地內(nèi)進行測試，8.3、8.4、8.10在實際道路上進行測試。目的是驗證附件2中所述的最低性能要求、ADS的功能和附件3第二部分中所述的制造商的安全概念，以評估ADS的性能。測試場景包括車道保持、變道操作、避撞測試、跟隨前車、高速公路以及不同駕駛模式切換測試場景等，試驗項目如表3所示。

表3EU2022/1426測試場景清單

2.2基于法規(guī)的場景構(gòu)建方法

基于“功能場景→邏輯場景→具體場景”的分析方法，結(jié)合賽目針對場景參數(shù)泛化原則的研究經(jīng)驗，構(gòu)建具體測試場景集，從而實現(xiàn)各法規(guī)中針對不同等級駕駛自動化系統(tǒng)的功能驗證。首先，基于試驗要求進行功能場景轉(zhuǎn)化，為保證場景的完整性，在試驗要求映射場景元素基礎(chǔ)上，還需增加一些其他必要元素進行組合，形成一個功能場景，至少包括道路、道路設(shè)施、運動對象（自車和其他交通參與者）、天氣環(huán)境的描述；其次，基于功能場景中確定的元素類別，映射場景參數(shù)并設(shè)定邏輯場景參數(shù)空間；最后，對場景參數(shù)分析并選取關(guān)鍵參數(shù)進行充分泛化，形成對應(yīng)的仿真參數(shù)組合用于仿真試驗。具體測試場景集分析流程如圖1所示。

圖1 具體測試場景集分析流程

以R157中“車道保持試驗”為例，基于上述分析流程構(gòu)建具體試驗場景，車道保持類具體場景生成框架如圖2所示。

圖2 車道保持試驗具體場景生成框架

通過試驗要求分析，生成相應(yīng)的符合測試需求的功能場景。除法規(guī)中針對自車和其他交通參與者的位置與動作信息外，補充設(shè)定直道-彎道的雙車道組合道路作為道路拓撲類型，同時明確能見度良好的天氣條件，構(gòu)建功能場景。基于上述功能場景和系統(tǒng)的設(shè)計運行條件邊界，映射場景參數(shù)并得到相應(yīng)參數(shù)空間，場景參數(shù)類型包括：試驗車輛初始速度、目標車輛（VT1/VT2）類型、目標車輛（VT1）觸發(fā)距離、目標車輛（VT2）與試驗車輛初始距離、目標車輛（VT2）橫向偏置距離、彎道曲率半徑等。根據(jù)試驗項目篩選關(guān)鍵參數(shù)，確定泛化原則，通過定義測試參數(shù)的不同組合（如車輛速度、目標物類型和橫向偏置、彎道曲率半徑等），從而得到具體試驗場景集。

3.仿真測試案例

為驗證上述具體場景集分析方法，本文基于Sim Pro仿真測試工具，參考圖2的設(shè)計思路，選取“彎道車道保持試驗項目”開展具體場景搭建及測試，場景描述示例如下。

3.1彎道車道保持試驗

3.1.1 試驗場景

彎道車道保持試驗場景應(yīng)符合如下要求，示意圖如圖3所示。

a)試驗道路：一條直道、彎道和直道組成的單向雙車道組合道路，彎道前直道長度至少150 m，彎道后直道長度至少200 m，車道寬度為3.75 m，道路表面附著系數(shù)30.8。道路最高限速（V0Lim）、彎道方向（Fc）、彎道長度（Lc）按表4取值，彎道曲率半徑（Rρ）按表5取值。

a)道路交通標線：同向車道間車道線類型為白色虛線，其余為白色實線。

b)試驗環(huán)境：試驗車輛（VUT）前方存在目標車輛（VT1），相鄰車道存在目標車輛（VT2）同向勻速行駛。試驗車輛初始位置（D0VUT）、目標車輛觸發(fā)距離（DX0trigger_VT1）、目標車輛切出動作持續(xù)時間（To-VT1）、能見度（VIS）按表4取值，目標車輛類型（Type_VTn）、目標車輛（VT1）初始速度（V0VT1）、目標車輛（VT2）初始速度（V0VT2）、目標車輛與試驗車輛初始距離（D0VUT_VT2）、目標車輛橫向偏置距離（DYVT2_LC）按表5取值。

標引序號說明：

1——1號車道；

2——2號車道；

3——具體試驗場景起點；

4——彎道起點；

5——彎道終點；

6——具體試驗場景終點。

圖3 彎道車道保持試驗場景示意圖

如表4和表5所示，表4是本場景中保持常量的參數(shù)，表5是本場景中進行泛化的參數(shù)，應(yīng)將表4的所有參數(shù)與表5任意一行參數(shù)進行組合，構(gòu)成具體試驗場景。

如表4和表5所示，表4是本場景中保持常量的參數(shù)，表5是本場景中進行泛化的參數(shù)，應(yīng)將表4的所有參數(shù)與表5任意一行參數(shù)進行組合，構(gòu)成具體試驗場景。

表4 彎道車道保持試驗場景一般參數(shù)列表

表5 彎道車道保持試驗場景列表

3.1.2 試驗步驟

應(yīng)根據(jù)表4和表5組成的具體試驗場景進行仿真試驗，試驗步驟應(yīng)符合以下要求：

a)試驗初始時，試驗車輛（VUT）穩(wěn)定跟隨前方目標車輛（VT1）,從初始位置（D0VUT）以初始速度（V0VT1）與目標車輛（VT1）在右側(cè)車道內(nèi)沿車道中心線行駛。同時，目標車輛（VT2）以初始速度（V0VT2），與試驗車輛相對縱向距離（D0VUT_VT2）和橫向偏置距離（DYVT2_LC）在試驗車輛左側(cè)相鄰車道行駛。

b)當試驗車輛（VUT）跟隨目標車輛（VT1）進入彎道后，且目標車輛（VT1）與彎道終點相對縱向距離達到目標車輛觸發(fā)距離（DX0trigger_VT1）時，目標車輛（VT1）開始以某一合理軌跡，按照切出動作持續(xù)時間（To-VT1）和預設(shè)速度（V0VT1）勻速切出至左側(cè)相鄰車道沿車道中心線繼續(xù)行駛。

c)當達到以下任一結(jié)束條件時，仿真試驗結(jié)束：

1)目標車輛（VT1）完成切出動作后行駛100 m；

1)試驗車輛（VUT）與任一目標車輛（VT1/VT2）發(fā)生碰撞；

2)試驗車輛（VUT）停車1 s以上。

3.1.3 試驗記錄信息要求

應(yīng)記錄以下信息：

a)試驗車輛（VUT）外輪廓與所有目標車輛（VT1/VT2）外輪廓的最小距離信息或判斷是否碰撞的其他信息；

a)試驗車輛（VUT）停車時長。

3.1.4 通過要求

試驗車輛應(yīng)符合以下要求：

a)試驗車輛（VUT）不與任一目標車輛（VT1/VT2）發(fā)生碰撞；

b)試驗車輛（VUT）在本車道內(nèi)保持穩(wěn)定運動；

c)試驗車輛（VUT）不發(fā)出介入請求或執(zhí)行最小風險策略；

d)試驗車輛（VUT）未發(fā)生1 s以上停車行為。

3.2試驗場景仿真示例

以3.1彎道車道保持試驗項目中泛化的某一具體試驗場景為例，其參數(shù)組合為：彎道方向為右轉(zhuǎn)彎，彎道曲率半徑500 m，目標車輛VT1和VT2均為乘用車，目標車輛（VT1）初始速度30 km/h，目標車輛（VT2）初始速度40 km/h，目標車輛（VT2）與試驗車輛初始距離 -80 m，目標車輛（VT2）橫向偏置距離 0.2 m，目標車輛（VT1）觸發(fā)距離100 m，目標車輛（VT1）切出動作持續(xù)時間3 s。仿真場景運行視頻如下：

6.結(jié)語

本篇文章基于歐盟法規(guī)中測試場景要求進行分析，對具體試驗場景的生成提出“試驗要求-場景元素-參數(shù)空間-參數(shù)組合”的逐級映射框架，分別論述標準法規(guī)測試場景清單、具體測試場景集分析流程以及車道保持試驗具體場景生成框架示例。最后，基于法規(guī)的具體試驗場景構(gòu)建方法，以彎道車道保持試驗項目為例進行仿真驗證。未來，賽目科技還將從智能網(wǎng)聯(lián)汽車國際法規(guī)方面持續(xù)橫向擴展測試場景集范圍，為不同等級駕駛自動化系統(tǒng)功能提供統(tǒng)一的測試基準。

參考文獻

[1]Proposal for a new UN Regulation on uniform provisions concerning the approval of vehicle of vehicles with regard to Driver Control Assistance System (DCAS), 2024.

[2]01 series of amendments to UN Regulation No.157(Automated Lane Keeping Systems), 2023.

[3]COMMISSION IMPLEMENTING REUGLATION(EU) 2022/1426, 2022.