面向城市巡航功能預(yù)期功能安全測試評價(jià)問題，由清華大學(xué)、中國汽車工程研究院股份有限公司、同濟(jì)大學(xué)、上海機(jī)動車檢測認(rèn)證技術(shù)研究中心有限公司共同牽頭，中汽創(chuàng)智科技有限公司、蘇州摯途科技有限公司、中國第一汽車集團(tuán)有限公司、中汽院智能網(wǎng)聯(lián)汽車檢測中心 (湖南) 有限公司、清華大學(xué)蘇州汽車研究院、Ansys中國、比亞迪股份有限公司、北京賽目科技股份有限公司、上海測迅汽車科技有限公司等13家單位共同組建了中國智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新聯(lián)盟·預(yù)期功能安全工作組·城市巡航功能任務(wù)小組?；趯ｍ?xiàng)組2023年開展的一系列研究與實(shí)踐活動，共同編制了《城市巡航功能預(yù)期功能安全測試評價(jià)方法研究報(bào)告》，如圖1、圖2所示。

圖1 研究報(bào)告

圖2 研究報(bào)告目錄

在任務(wù)初始階段，SOTIF工作組城市巡航功能小組對該領(lǐng)域進(jìn)行了詳盡研究，并制定了基于場景的SOTIF開發(fā)與測試評價(jià)的研究方向。結(jié)合現(xiàn)有國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)和最佳實(shí)踐，提出了更易于實(shí)施和操作的城市巡航（主要針對城市十字路口道路）系統(tǒng)SOTIF開發(fā)及測試評價(jià)流程。具體分為典型危害分析與風(fēng)險(xiǎn)辨識、典型場景選取、數(shù)據(jù)采集/收集/標(biāo)注、量化評價(jià)體系研究、測試規(guī)程五部分內(nèi)容。

1 典型危害分析與風(fēng)險(xiǎn)辨識

本部分概述了城市巡航功能的可操作設(shè)計(jì)域（ODD），并明確定義了適用于本報(bào)告方法的十字路口場景。在建立城市巡航功能系統(tǒng)架構(gòu)的過程中，城市巡航功能任務(wù)小組明確了SOTIF典型危害分析和風(fēng)險(xiǎn)辨識的對象，并確定了功能需求。通過充分利用SOTIF STPA、HARA等分析方法，成功識別了預(yù)期功能安全相關(guān)危害事件和性能局限等，并詳細(xì)明確了觸發(fā)條件。

圖3 STPA分析流程圖

圖4 HARA分析的控制架構(gòu)

2 典型場景選取

根據(jù)不同觸發(fā)條件總結(jié)出26個(gè)危險(xiǎn)場景，并對十字路口事故進(jìn)行了綜合概括，得出了9種主要沖突形式。通過深入分析這些沖突形式導(dǎo)致事故的本質(zhì)原因，最終形成了10個(gè)詳細(xì)的典型場景，其中包括1個(gè)自車直行場景和9個(gè)自車左轉(zhuǎn)場景。在這些典型場景中，涵蓋了各種交通參與者，如汽車、行人、電動自行車和摩托車。

圖5 典型場景總結(jié)

3 數(shù)據(jù)采集/收集/標(biāo)注

城市巡航功能的測試驗(yàn)證需要包括能夠反映SOTIF問題的測試用例。在支持城市巡航功能預(yù)期功能的測試驗(yàn)證方面，場景測試方法發(fā)揮著至關(guān)重要的作用，而真實(shí)交通數(shù)據(jù)為測試用例生成提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。為此，城市巡航功能任務(wù)小組采用了無人機(jī)對天津和重慶的十字路口進(jìn)行視頻采集，詳細(xì)定義了典型沖突的場景要素，并創(chuàng)建了高質(zhì)量的數(shù)據(jù)集。通過從人工選取的相應(yīng)場景片段中提取相應(yīng)場景參數(shù)實(shí)例，以及對參數(shù)分布進(jìn)行擬合，任務(wù)小組有效地完成了數(shù)據(jù)的處理和標(biāo)注工作。城市巡航功能的測試用例生成提供了真實(shí)反映交通場景的支持。

圖6 測試用例生成步驟

圖7 路口結(jié)構(gòu)參數(shù)、動態(tài)場景要素參數(shù)

圖8 語義地圖的繪制

4 量化評價(jià)體系研究

在城市巡航的具體工況下，城市巡航功能任務(wù)小組針對十字路口工況制定了一個(gè)“三階段-三維度”的評價(jià)體系，以涵蓋接近路口、路口中、駛離路口這三個(gè)關(guān)鍵階段。該評價(jià)體系從安全性、合規(guī)性和通行效率這三個(gè)維度出發(fā)，綜合考量車輛城市巡航功能的性能。這種細(xì)分和多維度的評價(jià)方法旨在全面客觀地評估城市巡航功能在不同場景下的表現(xiàn)，為性能的量化評價(jià)提供了更為細(xì)致和全面的指標(biāo)。

圖9 “三階段-三維度”的評價(jià)體系

5 測試規(guī)程

城市巡航功能任務(wù)小組對虛擬仿真、封閉場地和開放道路三種測試方法進(jìn)行總結(jié)，鑒于預(yù)期功能安全所需考慮的復(fù)雜交通場景，對試驗(yàn)場景搭建難度、人機(jī)共駕風(fēng)險(xiǎn)、數(shù)據(jù)收集難度、試驗(yàn)成本以及可重復(fù)性等多個(gè)方面進(jìn)行了綜合考慮，最終選擇了虛擬仿真測試方法，以深入驗(yàn)證Autoware系統(tǒng)功能。這一決策是基于對多方面因素的全面權(quán)衡，旨在有效應(yīng)對復(fù)雜性，并確保在測試過程中能夠滿足高標(biāo)準(zhǔn)的可靠性和效率。

圖10 工具鏈架構(gòu)圖

圖11 Autoware場景仿真測試

本研究報(bào)告僅為研究城市巡航功能預(yù)期功能安全問題的探索性開端，完善的城市巡航功能預(yù)期功能安全測試評價(jià)則需要開展大量的后續(xù)工作，例如：十字路口典型危害場景的自動生成、十字路口駕駛員模型的構(gòu)建、實(shí)車測試安全評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)等等，2024年城市巡航功能任務(wù)小組將以以上工作為重點(diǎn)任務(wù)進(jìn)行推進(jìn)，同時(shí)積極推動研究成果標(biāo)準(zhǔn)化工作，敬請關(guān)注。