智能汽車測(cè)試技術(shù) 陳君毅 邢星宇 朱西產(chǎn) 吳新政
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智能汽車是汽車、電子、信息通信、道路交通運(yùn)輸?shù)刃袠I(yè)深度融合的新型產(chǎn)業(yè)形態(tài)。當(dāng)前， 我國(guó)智能汽車產(chǎn)業(yè)進(jìn)入快車道， 技術(shù)創(chuàng)新日益活躍， 新型應(yīng)用蓬勃發(fā)展， 產(chǎn)業(yè)規(guī)模不斷擴(kuò)大， 而相應(yīng)的測(cè)試技術(shù)體系也在不斷完善， 推動(dòng)產(chǎn)業(yè)進(jìn)步。本書(shū)首先立足于整體現(xiàn)狀對(duì)智能汽車測(cè)試體系架構(gòu)進(jìn)行綜述， 并針對(duì)測(cè)試技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)和整個(gè)核心技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)描述；然后， 針對(duì)測(cè)試體系中每一測(cè)試過(guò)程的概念、核心思想、關(guān)鍵技術(shù)、測(cè)試方法、發(fā)展趨勢(shì)等進(jìn)行詳細(xì)描述。本書(shū)可供智能汽車設(shè)計(jì)人員及測(cè)試人員閱讀使用， 也可供車輛工程專業(yè)及相關(guān)專業(yè)師生閱讀參考。
全彩印刷，印裝精美十四五國(guó)家重點(diǎn)出版物規(guī)劃項(xiàng)目同濟(jì)大學(xué)專家力作
智能汽車擁有廣闊的發(fā)展前景及應(yīng)用需求， 已成為全球汽車科技革命的戰(zhàn)略制高點(diǎn)和產(chǎn)業(yè)變革的重點(diǎn)部署方向。測(cè)試與評(píng)價(jià)環(huán)節(jié)作為智能汽車開(kāi)發(fā)過(guò)程的重要組成， 其相關(guān)理論、方法、技術(shù)和工具是實(shí)現(xiàn)這一環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)。自２０１６ 年起， 作者團(tuán)隊(duì)在測(cè)試與評(píng)價(jià)技術(shù)方面開(kāi)始了全面的研究和實(shí)踐。從規(guī)劃、設(shè)計(jì)到啟用同濟(jì)大學(xué)智能網(wǎng)聯(lián)汽車專用封閉測(cè)試場(chǎng)地， 從整車測(cè)試需求到系統(tǒng)級(jí)測(cè)試需求， 從封閉場(chǎng)地測(cè)試到虛擬仿真測(cè)試， 從低級(jí)別駕駛自動(dòng)化系統(tǒng)的測(cè)評(píng)對(duì)象到高級(jí)別駕駛自動(dòng)化系統(tǒng)的測(cè)評(píng)對(duì)象，從典型場(chǎng)景測(cè)試到綜合場(chǎng)景測(cè)試， 從單純測(cè)試到測(cè)評(píng)一體化， 逐漸形成了本書(shū)在測(cè)試場(chǎng)景生成、智能汽車關(guān)鍵系統(tǒng)（環(huán)境感知系統(tǒng)和決策規(guī)劃系統(tǒng)） 的測(cè)試技術(shù)與方法、整車測(cè)試技術(shù)與方法、安全性評(píng)估和智能性（綜合行駛性能） 評(píng)估等方面的核心內(nèi)容。其中， 本書(shū)構(gòu)思和寫作的兩個(gè)基本點(diǎn)分別是測(cè)試與評(píng)價(jià)并行， 安全與智能并重。（１） 測(cè)試與評(píng)價(jià)并行智能汽車的測(cè)試與評(píng)價(jià)， 測(cè)試是手段， 評(píng)價(jià)是目的。脫離了評(píng)價(jià)的目的，測(cè)試過(guò)程就缺乏實(shí)際意義； 缺少了測(cè)試的支持， 評(píng)價(jià)目的則難以實(shí)現(xiàn)。智能汽車測(cè)試面臨的主要痛點(diǎn)是如何提高測(cè)試效率和有效性。交通場(chǎng)景無(wú)窮無(wú)盡， 傳統(tǒng)汽車試驗(yàn)中采用的抽樣測(cè)試、典型案例測(cè)試、正交測(cè)試等都難以滿足需求，轉(zhuǎn)而需應(yīng)用基于機(jī)器學(xué)習(xí)、優(yōu)化搜索方法等更加高效的測(cè)試方法。此外， 以虛擬仿真技術(shù)為核心的測(cè)試工具鏈， 在提高測(cè)試效率方面也發(fā)揮著巨大作用。針對(duì)測(cè)試方法和工具， 也需要建立相匹配的評(píng)價(jià)方法， 進(jìn)而根據(jù)測(cè)試結(jié)果綜合評(píng)價(jià)智能汽車在安全、智能及各種其他方面的性能。其中涉及評(píng)價(jià)體系構(gòu)建、評(píng)價(jià)維度和評(píng)價(jià)指標(biāo)選取、評(píng)價(jià)結(jié)果集結(jié)模型設(shè)計(jì)等多個(gè)環(huán)節(jié)。本書(shū)圍繞智能汽車測(cè)試與評(píng)價(jià)， 全面介紹了測(cè)試工具鏈和評(píng)價(jià)體系， 展示了最新研究成果和應(yīng)用實(shí)例。（２） 安全和智能并重安全是大力發(fā)展智能汽車的重要需求， 也是其大規(guī)模應(yīng)用的基礎(chǔ)， 因此圍繞安全的測(cè)試評(píng)價(jià)是智能汽車開(kāi)發(fā)過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)。不同于傳統(tǒng)的主、被動(dòng)安全， 智能汽車安全關(guān)注車輛在整個(gè)行駛過(guò)程中應(yīng)對(duì)各類危險(xiǎn)場(chǎng)景時(shí)的行為是否會(huì)造成碰撞， 因此相關(guān)測(cè)試評(píng)價(jià)工作更加復(fù)雜和困難。但一味追求安全， 忽能方面的測(cè)試評(píng)價(jià)也是推動(dòng)智能汽車發(fā)展的重要支撐。智能涵蓋了汽車的基礎(chǔ)行駛能力、交通流融入能力、學(xué)習(xí)和演進(jìn)能力等多個(gè)維度。本書(shū)基于安全和智能并重的原則， 系統(tǒng)性地介紹了測(cè)試和評(píng)價(jià)框架、相關(guān)理論和前沿技術(shù)方法。本書(shū)中相關(guān)研究活動(dòng)的開(kāi)展和研究成果的取得， 離不開(kāi)國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（２０１８ＹＦＢ０１０５１０３、２０２１ＹＦＢ２５０１２０５、２０２２ＹＦＢ２５０３００１） 和國(guó)家自然科學(xué)基金（５２２３２０１５、５２１７２３９１） 等多項(xiàng)課題的資助， 特此感謝。在和企業(yè)開(kāi)展智能汽車測(cè)評(píng)領(lǐng)域的產(chǎn)學(xué)研項(xiàng)目合作過(guò)程中， 得以實(shí)踐了書(shū)中的理論、方法、技術(shù)和工具， 并啟發(fā)和推動(dòng)了作者新一輪的思考和探索， 特此感謝上海蔚來(lái)汽車有限公司、上汽大眾汽車有限公司、華為技術(shù)有限公司、武漢路特斯科技有限公司和奇瑞汽車股份有限公司及相關(guān)行業(yè)專家的支持。同時(shí)， 特別感謝余卓平教授、陳虹教授和熊璐教授等學(xué)術(shù)專家對(duì)課題組相關(guān)研究的方向引領(lǐng)和研究指導(dǎo)。本書(shū)總結(jié)了作者在智能汽車測(cè)試技術(shù)方面的初步探索。限于作者水平， 書(shū)中難免存在疏漏和不足之處， 敬請(qǐng)廣大讀者批評(píng)指正。作 者
陳君毅，2009年畢業(yè)于同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院，獲工學(xué)博士學(xué)位，任職于同濟(jì)大學(xué)汽車學(xué)院。長(zhǎng)期從事自動(dòng)駕駛汽車測(cè)試與評(píng)價(jià)方向研究工作，先后主持和參與國(guó)家級(jí)、省部級(jí)項(xiàng)目共11項(xiàng)，并與華為、路特斯、上汽大眾、蔚來(lái)等企業(yè)開(kāi)展了深度校企合作研究。近5年，在國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)期刊和國(guó)際會(huì)議上共發(fā)表SCI/EI檢索論文近30篇，其中以第一作者或及通訊作者發(fā)表的為20余篇；申請(qǐng)發(fā)明專利30余項(xiàng)（已授權(quán)7項(xiàng)）。擔(dān)任SAE汽車安全和網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)委員會(huì)秘書(shū)、功能安全和預(yù)期功能安全分委會(huì)主席；是自動(dòng)駕駛測(cè)試場(chǎng)景國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)（ISO3450X）支撐專家組成員，以及CAICV聯(lián)盟預(yù)期功能安全工作組核心成員；擔(dān)任《汽車工程》和《汽車工程學(xué)報(bào)》青年編委委員，IEEE Transactions on Intelligent Vehicles、Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part D: Journal of Automobile Engineering、《中國(guó)公路學(xué)報(bào)》、《汽車工程》、IEEE Intelligent Transportation Systems Conference、IEEE Intelligent Vehicles Symposium等國(guó)內(nèi)外期刊和國(guó)際會(huì)議審稿人，曾于多項(xiàng)國(guó)際學(xué)術(shù)會(huì)議擔(dān)任分論壇主席。
第1 章導(dǎo)論1.1 背景與需求／ ００１1.2 基本概念／ ００３１.２.１ 測(cè)試與評(píng)價(jià)的基本概念／ ００３１.２.２ 產(chǎn)品全生命周期中的測(cè)評(píng)技術(shù)／ ００４1.3 現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)／ ００５1.4 本書(shū)章節(jié)安排／ ００６第2 章智能汽車測(cè)評(píng)概述 2.1 測(cè)評(píng)需求分析／ ００９２.１.１ 安全性測(cè)試與驗(yàn)證／ ００９２.１.２ 智能性測(cè)試與評(píng)價(jià)／ ０１２2.2 測(cè)試方法論／ ０１５２.２.１ 安全性測(cè)試驗(yàn)證框架／ ０１５２.２.２ 智能性測(cè)試評(píng)估框架和體系／ ０１７2.3 測(cè)試工具鏈及應(yīng)用要求／ ０２３２.３.１ 測(cè)試工具鏈／ ０２３２.３.２ 測(cè)試需求與測(cè)試工具的適配性／ ０２７2.4 本章小結(jié)／ ０２９參考文獻(xiàn)／ ０３０第3 章智能汽車測(cè)試場(chǎng)景3.1 場(chǎng)景基本概念／ ０３１3.2 場(chǎng)景體系／ ０３３３.２.１ 場(chǎng)景要素與屬性／ ０３３３.２.２ 場(chǎng)景層級(jí)／ ０３５３.２.３ 場(chǎng)景分類／ ０３６3.3 場(chǎng)景生成方法／ ０３７３.３.１ 基于形式化描述的場(chǎng)景生成方法／ ０３７３.３.２ 基于駕駛員模型的場(chǎng)景生成方法／ ０４０３.３.３ 安全關(guān)鍵場(chǎng)景生成方法／ ０４８3.4 場(chǎng)景采集與利用／ ０５１３.４.１ 場(chǎng)景采集技術(shù)／ ０５１３.４.２ 場(chǎng)景庫(kù)搭建／ ０５２3.5 本章小結(jié)／ ０５２參考文獻(xiàn)／ ０５３第4 章環(huán)境感知系統(tǒng)的測(cè)試技術(shù)與方法4.1 環(huán)境感知系統(tǒng)測(cè)試需求分析／ ０５５4.2 環(huán)境感知系統(tǒng)介紹／ ０５７４.２.１ 感知系統(tǒng)／ ０５７４.２.２ 硬件模組／ ０５８４.２.３ 認(rèn)知算法／ ０５８4.3 環(huán)境感知系統(tǒng)測(cè)試技術(shù)框架／ ０５９4.4 各類感知環(huán)境介紹／ ０６０４.４.１ 封閉場(chǎng)地環(huán)境／ ０６０４.４.２ 道路交通環(huán)境／ ０６４４.４.３ 虛擬仿真環(huán)境／ ０６６4.5 數(shù)據(jù)生成模型介紹／ ０６９４.５.１ 降雨圖像生成方法概述／ ０７０４.５.２ 降雨圖像生成模型介紹／ ０７１４.５.３ 降雨圖像生成模型結(jié)果／ ０７５4.6 具體測(cè)試案例／ ０７６４.６.１ 案例一：基于封閉場(chǎng)地環(huán)境的感知系統(tǒng)測(cè)試／ ０７６４.６.２ 案例二：基于虛擬仿真環(huán)境的硬件模組測(cè)試／ ０７８４.６.３ 案例三：基于虛擬仿真環(huán)境的感知系統(tǒng)測(cè)試／ ０８１４.６.４ 案例四：基于三類感知環(huán)境和數(shù)據(jù)生成模型的認(rèn)知算法測(cè)試／ ０８３4.7 本章小結(jié)／ ０８６參考文獻(xiàn)／ ０８７第5 章決策規(guī)劃系統(tǒng)的測(cè)試技術(shù)與方法 5.1 決策規(guī)劃系統(tǒng)的測(cè)試需求與挑戰(zhàn)／ ０８９５.１.１ 測(cè)試需求／ ０８９５.１.２ 測(cè)試挑戰(zhàn)／ ０９０5.2 基于場(chǎng)景的測(cè)試技術(shù)與方法／ ０９２５.２.１ 靜態(tài)試驗(yàn)設(shè)計(jì)測(cè)試方法／ ０９２５.２.２ 動(dòng)態(tài)試驗(yàn)設(shè)計(jì)測(cè)試方法／ ０９４5.3 基于真實(shí)里程的測(cè)試技術(shù)與方法／ １０１５.３.１ 開(kāi)放道路測(cè)試技術(shù)／ １０１５.３.２ 重要度采樣加速測(cè)試方法／ １０３5.4 基于虛擬里程的測(cè)試技術(shù)與方法／ １０４５.４.１ 虛擬里程測(cè)試系統(tǒng)組成框架／ １０５５.４.２ 用于虛擬里程測(cè)試的ＮＰＣ 模型生成方法／ １０６５.４.３ 用于虛擬里程測(cè)試的ＮＰＣ 模型性能驗(yàn)證／ １１３５.４.４ 虛擬里程測(cè)試的應(yīng)用／ １１８５.４.５ 小結(jié)／ １３０5.5 其他測(cè)試技術(shù)／ １３１５.５.１ 自動(dòng)化測(cè)試技術(shù)／ １３１５.５.２ 錯(cuò)誤注入測(cè)試技術(shù)／ １３９５.５.３ 分布式自動(dòng)化測(cè)試技術(shù)／ １５２5.6 本章小結(jié)／ １５７參考文獻(xiàn)／ １５７第6 章整車測(cè)試技術(shù)與方法6.1 整車測(cè)評(píng)需求分析／ １５９6.2 封閉測(cè)試場(chǎng)地平臺(tái)／ １６０６.２.１ 封閉測(cè)試場(chǎng)／ １６０６.２.２ 動(dòng)態(tài)模擬目標(biāo)物系統(tǒng)／ １６２６.２.３ 定位與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)／ １６３6.3 開(kāi)放道路測(cè)試系統(tǒng)／ １６４６.３.１ 測(cè)試方案制定／ １６５６.３.２ 數(shù)據(jù)采集與數(shù)據(jù)閉環(huán)系統(tǒng)／ １６５6.4 本章小結(jié)／ １６６第7 章智能汽車安全性評(píng)估7.1 基于具體場(chǎng)景的安全性評(píng)估／ １６９７.１.１ 場(chǎng)景瞬時(shí)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法／ １７０７.１.２ 多階段安全評(píng)估／ １８０７.１.３ 單個(gè)測(cè)試場(chǎng)景結(jié)果外推／ １８１7.2 基于邏輯場(chǎng)景的安全性評(píng)估／ １８２７.２.１ 評(píng)估要求／ １８２７.２.２ 面向邏輯場(chǎng)景評(píng)價(jià)的危險(xiǎn)域識(shí)別方法／ １８３7.3 針對(duì)被測(cè)功能的安全性評(píng)估／ １９２7.4 本章小結(jié)／ １９２參考文獻(xiàn)／ １９３第8 章智能汽車綜合行駛性能評(píng)估 8.1 測(cè)評(píng)需求與研究現(xiàn)狀／ １９５８.１.１ 測(cè)評(píng)需求／ １９５８.１.２ 研究現(xiàn)狀／ １９５8.2 測(cè)評(píng)基本流程／ １９７8.3 典型測(cè)試場(chǎng)景矩陣／ １９８8.4 測(cè)試方法與流程／ １９９８.４.１ 測(cè)試方案／ １９９８.４.２ 背景車跟馳模型／ １９９８.４.３ 測(cè)試數(shù)據(jù)輸出／ ２０１8.5 評(píng)價(jià)方法與流程／ ２０２８.５.１ 評(píng)價(jià)體系／ ２０２８.５.２ 評(píng)價(jià)流程／ ２０４8.6 測(cè)評(píng)示例／ ２０６8.7 本章小結(jié)／ ２０９參考文獻(xiàn)／ ２０９附 錄附錄A 測(cè)試工況參數(shù)設(shè)置／ ２１０附錄B 背景車跟馳模型／ ２１２附錄C 歸一化方法／ ２１４附錄D 常見(jiàn)縮寫詞／ ２１６
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