【好文推荐】基于关键场景的预期功能安全双闭环测试验证方法

来源:世展网 分类:车行业资讯 2023-10-11 18:33 阅读:10085
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2025年石家庄国际新能源、智能汽车展IAS石家庄国际车展

2025-05-01-05-05

展会结束
《汽车工程》2023年第9期智能新能源汽车创新技术专刊发表了清华大学等机构联合研究成果“基于关键场景的预期功能安全双闭环测试验证方法一文。为保证智能网联汽车预期功能安全测试验证的理论充分性可操作性,论文提出一种以关键场景为载体、由封闭验证和开放论证双闭环组成的测试验证框架,并综合论述关键场景构建技术,进一步建立接受准则量化方法。最后,论文展望在预期功能安全测试验证领域亟待推进的工作内容。

一、研究背景

预期功能安全是智能网联汽车道路运行安全的核心挑战,其技术突破是推动高级别自动驾驶商业化落地的重要保障。尽管国内外诸多团队针对预期功能安全已展开研究,但仍处于起步阶段,预期功能安全的验证也是亟需突破的难题。二、研究内容

1. 预期功能安全测试验证框架

(1)智能网联汽车预期功能安全分:预期功能安全(Safety of the Intended Functionality, SOTIF)定义为不存在因预期功能不足引起的危害而导致不合理风险。运行环境中未知或已知的风险要素形成触发条件,导致整车或系统层面对预期功能的规范不足,亦或是系统组件的性能存在局限无法满足功能定义的期望,形成SOTIF风险。

(2)SOTIF 测试验证要求分析测试验证贯穿从定义到确认的完整研发流程,是保障道路运行安全的必要环节。基于关键场景的执行载体、分层次的多支柱技术手段以及数据驱动的可循论证是SOTIF 测试验证的要点。

(3)基于关键场景的双闭环测试验证框架:框架分为封闭验证和开放论证两个阶段,第一阶段对80%以上的已知典型风险场景进行快速验证,以优秀谨慎人类驾驶员为基准确认基本安全;第二阶段构造非定式的交互环境,通过挖掘被测对象的长尾场景持续论证等价于百万公里及以上里程的残余风险情况。图1 基于关键场景的双闭环测试框架2. 双闭环SOTIF场景构建(1)SOTIF场景定义: 提出一种SOTIF场景架构设计,包含道路结构、道路设施、道路临时改变、交通参与者、天气环境、数字信息和自车状态共计七层。图2 预期功能安全场景架构

(2)SOTIF 触发条件提取: 触发条件本质上是对场景要素和系统危害行为进行因果推断,可以通过归纳方法从研发或运行过程采集的大量数据中识别归纳触发条件,或通过演绎方法,从系统功能属性出发推演危害行为并获取触发条件。

(3)封闭验证测试用例的构建:封闭验证将已知场景构建为有限资源条件下最优测试用例集合,本质上是将运行条件进行重构采样,通过被测系统对有限采样用例中的风险应对情况,充分、有效地还原在实际道路上的状态响应并暴露潜在风险。基于场景本体模型,封闭验证的最优测试集合转化为可以建模的优化问题。最优测试集合的构建需要通过合理的场景建模、准确的指标设计和高效的采样技术共同实现。(4)开放论证交互环境的实现:开放论证通过一致性场景环境的重构,基于系统对交互环境的运行情况还原状态响应,并在此基础上计算运行风险情况。在封闭验证安全确认的前提下,开放论证通过真实合理的场景构建和无偏充分的加速论证过程,重点挖掘封闭黑箱系统的非预期响应,以及确认两阶段系统响应分布和风险情况的一致性,从而实现全面、可信的SOTIF论证。(5)SOTIF场景技术实现:可信的SOTIF测试验证除了要求测试过程的充分性外,还要求测试结果能够如实反映现实运行空间系统响应情况,即测试论证结果的可信度。高保真测试验证技术平台实质是支撑被测系统噪声滤除能力和应对不确定性鲁棒能力的进一步确认。图3 基于场景的测试验证平台框架

3. SOTIF接受准则

(1)危害行为接受准则:危害行为通过整车或系统的状态情况指明了相关功能响应的不恰当或不充分。封闭验证重点确认被测系统在有限测试用例的危害行为接受情况。以人类驾驶员为基线的危害行为接受准则要求,对于选定的场景范围,被测系统应通过所有人类驾驶员能够通过的用例;且对于人类驾驶员未能通过的用例,被测系统应造成不高于人类驾驶员的危害结果。

(2)残余风险接受准则:SOTIF测试验证的最终论证目标是系统残余风险的期望能够被接受。以人类驾驶员为基线的危害行为接受准则要求被测系统的实际运行造成不高于人类驾驶员的平均累积危害率。特别地,残余风险的置信度与折算的运行里程呈正相关,即所测试验证的有效运行里程越长,残余风险置信度越高。般地,论证可信的等价连续运行里程应在百万公里及以上。

三、结论与展望

SOTIF测试验证作为ICV研发的重要一环,理论研究和实践应用仍有许多工作需要推进,综合关键挑战和难点,提出如下研究展望。(1)推动基于关键场景的测试验证方法论研究与实践:考虑ICV的复杂性和场景的开放性,仍有包括基于因果推断的触发条件分析、封闭黑箱系统的分布还原与长尾场景的挖掘、无偏加速的场景构建等诸多问题亟待解决;此外,需要进一步应用场景构建理论方法和技术,打造典型 SOTIF 场景库,完善多维安全评价指标体系,通过产学研结合在工程实践中打通不同系统层级的双闭环测试验证流程,形成具有中国特色的 SOTIF测试验证方案。(2)建立高保真、高效率测试技术手段:优化包括传感器模拟在内的仿真组件保真度,增强仿真部分和现实世界的一致性,提高相应测试手段的可靠性;引入数字孪生、混合现实等方法,进一步丰富多支柱测试手段,降低测试成本、提高测试效率、扩展技术手段的可用性,为可信、可靠的SOTIF测试验证提供有力支撑证据。

(3)持续推进运行数据采集,完善统计论证的理论方法:持续推进有效、多样的交通场景数据采集,支撑包括高保真环境模型构建、基于人类驾驶员的接受准则设定等关键环节;建立广泛、持续的数据共享机制,构建具有理论基础的SOTIF数据驱动论证方案;完善场景暴露度和接受准则的概率统计方法,基于业界和政府一致共识形成兼具理论充分性和工程可行性的SOTIF接受准线。

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关于《智能新能源汽车创新技术专刊》

为庆祝中国汽车工程学会成立60周年,《汽车工程》作为学会的中文旗舰学术期刊,特此组织“智能新能源汽车创新技术专刊专刊以中国汽车工程学会代表性、引领性研究成果《节能与新能源汽车技术路线图2.0》为基调,重点关注汽车智能化、动化和低碳化方向的新技术研究成果。经过《汽车工程》编委会特别是青年编委会前期征稿策划组织支持,汽车行业诸多院士专家、学会会士及青年学者团队纷纷投稿,并在所有审稿人的严格把关、专业指导下,历经近一年的筹备和组织,专刊时逢学会成立60周年之际与读者见面。专刊聚集了国内领先机构和团队的近期学术成果,反映了汽车智能化、电动化和低碳化科技取得的最新进步。

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