成熟的测试技术可以推动自动驾驶技术的发展和进步，反之则会成为测试技术发展的瓶颈，从自动驾驶汽车测试的需求出发，测试方法和测试工具的同步发展尤为重要，而其中基于场景的测试方法和基于虚拟仿真的硬件在环、整车在环测试技术是根基，将成为自动驾驶汽车测试技术发展的核心，是该领域的主要研究方向。
本文来源：工程师的扳手
自动驾驶汽车测试与评价是自动驾驶研发中的重要环节，也是自动驾驶技术发展的重要支撑.伴随着高级驾驶辅助系统(ADAS)和高等级自动驾驶系统(美国汽车工程师学会(SAE)L3~L5，见表1)的开发和应用，产生了很多新的测试需求.在美国和欧盟开展的众多项目中，对ADAS功能做了详尽研究，并形成了相应的测试方法和标准.与ADAS功能不同，高等级自动驾驶系统可以在特定环境下完全替代人类驾驶员进行车辆操控，由于驾驶控制权发生转移，高等级自动驾驶系统将面临环境不确定性带来的诸多挑战，如多变的气象条件、道路环境以及无法预知的车辆行为等。
因此，采用预先设定的用例进行测试将很难满足自动驾驶功能的测试需求.学者们从多个方面开展了自动驾驶汽车测试技术的研究工作，归纳为以下三个方面：①测试方法，即满足特定功能需求的具体测试方案；②测试工具，即满足特定环境需求的测试设备和平台；③测试加速，即能够提高测试效率的方法和手段.本文将从以上三个方面对自动驾驶汽车测试技术的研究现状进行阐述，并分析不同测试方法、测试工具和测试加速的适用范围及局限.表1SAE自动驾驶功能分级[3]
等级
路况环境监控主体
自动驾驶程度
车辆控制主体
环境监测主体
危险情况制主体
系统作用域
L0
驾驶员
无自动化
人
人
人
无
L1
驾驶辅助
人-系统
人
人
部分情况
L2
部分自动驾驶
系统
人
人
部分情况
L3
高等级自动驾驶系统
有条件的自动驾驶
系统
系统
人
部分情况
L4
高度自动驾驶
系统
系统
系统
部分情况
L5
完全自动驾驶
系统
系统
系统
所有情况
1测试方法
测试方法主要指测试内容的组织形式以及开展测试的途径.一方面，就自动驾驶功能的特点而言，在车辆进入完全自动驾驶状态后，车辆一切行为均是系统自主决策的结果，因此测试方法必须提供车辆自主决策的自由度，保证车辆性能得到体现；另一方面，从测试的可重复性、可控性等需求出发，又希望测试对象在特定条件下被测试.根据上述两方面需求，按照测试方法对测试输入和测试过程要求的不同，可以将测试方法分为基于用例的测试方法、基于场景的测试方法和公共道路测试方法.三种测试方法的对比如表2所示.1.1基于用例的测试方法基于用例的测试方法是指通过预先定义的测试用例来测试车辆的某项功能是否满足特定条件下需求的方法.测试用例是指为某个特殊目标而编制的一组测试输入、执行条件以及预期结果，以便测试某个程序路径或核实是否满足某个特定需求.该测试方法的特点就是对测试过程和测试结果有明确的要求，如对自动紧急制动(AEB)的测试，在不同条件下通过制动使车辆避免与障碍物发生碰撞，来证明功能有效.美国较早开展的CAMP项目，对26辆装备了前向碰撞预警系统(FCW)的车辆进行了场地测试和评价.针对类似功能的另一个项目中，对FCW的三种不同预警算法行了测试，测试用例源于-Car研究中产生的83个危险场景.在其他一些项目中，基于典型危险和事故场景，对交叉口碰撞避免系统(CICAS)、动态制动辅助(DBS)以及预碰撞紧急制动(CIB)等进行了测试.在欧盟较早开展的一些项目中，对紧急制动(AEB)等功能进行了测试.在ASSESS项目中，通过对德国、法国、瑞典等多个国家事故数据的研究，获得了发生频率较高、伤害程度较为严重的五类事故场景，并测试了AEB在不同车速下是否能够紧急制动从而避免撞上前车.在PreVAL项目中，对碰撞避免、车道保持、换道辅助、盲点预警等八类ADAS功能进行测评，为每一类功能都设定了特定的测试条件矩阵，通过虚拟测试、场地测试等多种手段测试ADAS功能是否达到预期要求.interactIVe项目采用了类似的方案，测试的功能包括弯道速度控制、换道碰撞避免、后向碰撞避免等ADAS功能.基于用例的测试方法主要适用于功能相对单一，并且有明确应用条件和预期结果的各类功能测试与验证.主动安全和ADAS功能的测试，以及自动驾驶开发阶段的单项功能测试，均可应用基于用例的测试方法.由于测试输入、测试条件和结果明确且可控，因此该测试方法可重复性强、效率高.对于测试输入和测试条件的确定，目前主要依赖于危险数据、事故数据、理论分析以及模拟试验数据的分析，但是前期的数据采集和分析成本相对较高，并且获得的数据存在局限性.基于用例的测试方法在应用于功能相对复杂和综合的自动驾驶系统时存在一定不足：首先，该方法只能对某项功能进行测试，而无法测试多项功能的综合表现；其次，由于对测试结果有着明确的要求，自动驾驶系统的自主决策能力难以体现.1.2基于场景的测试方法基于场景的测试方法是指通过预先设定的场景，要求车辆完成某项特定目标或任务来对系统进行测试的方法.场景描述了特定时间段内发生的事件过程，目前暂未形成场景的确切定义，但一般将场景理解为多个事件顺序发生而构成的序列，并会延续一段时间，或简单理解为事件的剧本，描述一定空间和时间范围内的所有环境以及交通参与者的状态、行为过程及目的.图1展示了一个典型的多车交互场景.图1换道场景示意图该测试方法的特点在于对测试结果没有明确要求，在不违背给定目标或任务的情况下，自动驾驶系统可以自主选择采取何种方式来处理当前状况，具有很高的自由度.在基于场景的测试方法的应用方面，最典型的是美国国防高级研究计划局(DARPA)举办的无人车挑战赛(DARPAChallenge)和中国自然科学基金委员会主办的中国未来挑战赛.在场地内模拟多种交通场景和环境，要求车辆完成特定任务来对车辆进行测评，比赛中人为干预会被罚分，比赛车辆具备完全的自主决策权.年11月举办的第三届DARPAChallenge赛事中，重点