构建新型智能网联汽车标准体系,可以为加快实现汽车产业高质量发展提供有力支撑。
1.国外智能网联汽车仿真标准研制现状
(1)国际标准化组织(International Organization for Standardization,ISO)1)ISO/TC 22/SC 33 道路车辆技术委员会/车辆动力学、底盘部件和驾驶自动化系统测试分技术委员会 2021 年 6 月发布的 ISO 22140:2021《乘用车 车辆动力学仿真验证横向瞬态响应试验方法》规定了根据 ISO 7401《公路车辆 横向瞬态响应测试方法开环测试方法》标准将车辆数学模型的计算机模拟结果与现有车辆的实测测试数据进行比较的方法。比较的目的是验证模拟工具是否适用于测试车辆的变型,适用于 ISO 3833《道路车辆 类型 术语和定义》中定义的乘用车。
ISO 11010-1:2022《乘用车 仿真模型分类 第 1 部分:车辆动力学》发布于2022 年 4 月,该标准是为了响应世界范围内对仿真模型标准化的需求以及在特定应用和驾驶操作中的使用要求而制定的,通过提供一个框架,系统地将某些应用和驾驶操作分配给合适的仿真模型及其要素和特征。标准将仿真模型划分为若干模型类别、指定编号、相关要素、特征和通用建模方法。该标准给出了有关性能测试方面的仿真优化建议,使用户能够参照该标准明确对模型的要求。ISO 3450X 系列标准主要面向 L3 级别及以上自动驾驶功能,阐明了测试场景相关术语及定义、格式以及分层分类的要求。2022 年10 月发布的ISO34501《道路车辆 自动驾驶系统测试场景 术语》为基于场景的测试方法制定了详细的相关术语及定义,并形成了包括功能场景、抽象场景、逻辑场景和具体场景在内的场景层次描述规则,为基于场景测试方法的推广提供了重要支撑。2022 年11月发布的 ISO 34502《道路车辆 自动驾驶系统测试场景基于场景的安全评估框架》是当前基于场景的智能网联汽车测试的指导标准,其主要包括:与开发过程的集成、安全测试目标、潜在危险场景、测试用例分配、测试执行和安全评估。2023 年 8 月发布的 ISO 34503《道路车辆-自动驾驶系统的测试场景-设计运行区域的分类》对智能网联车辆的设计运行区域进行详细描述,指定了使用分类法的ODD 定义格式的要求。已经立项在研的 ISO 34504《道路车辆自动驾驶系统的测试场景 场景分类》目的在于提供一种统一的场景要素标签方法。该标准定义了场景相关属性的完整性和可积性的度量,通过提供携带有关场景的定性或定量信息的标签来定义场景的分类。
2)ISO/TC 22/SC 36 道路车辆技术委员会/安全和冲击试验分技术委员会2021 年 6 月发布的 ISO/TR 21934-1:2021《道路车辆虚拟仿真预碰撞技术的预期安全性能评估 第 1 部分:最新技术和一般方法概述》技术报告通过虚拟仿真的方法对碰撞前阶段车辆集成技术的交通安全进行前瞻性评估,描述了通过虚拟仿真评估车辆集成主动安全技术安全性能的最新方法。报告中介绍了进行仿真测试所需的一般虚拟仿真框架和仿真模型,给出了确认和验证方面的描述以及对工具的概述,以及对自动驾驶未来安全性能评估的展望。2022 年 6 月立项的 ISO/AWI TS《道路车辆 虚拟仿真预碰撞技术的预期安全性能评估 第 2 部分:应用指南》技术规范规定了通过虚拟仿真对道路车辆预碰撞技术进行前瞻性安全性能评估的方法、准则及其应用,旨在为不同安全性能评估和工具之间取得可比对结果的程序提供先决条件。
(2)自动化和测量系统标准化协会(ASAM) ASAM 标准是全球范围内广泛认可的汽车工业国际标准之一,ASAM制定的 OpenX 系列标准引领了自动驾驶场景仿真测试的发展,目前已经被全球大量工具商、研发团队以及整车厂所使用,为统一仿真场景格式奠定了基础。OpenX系列标准主要包括 OpenDRIVE、OpenSCENARIO、OpenLABEL、Open SimulationInterface(OSI)和 OpenCRG 五个板块。 ASAM OpenX 系列标准包括 OpenCRG(道路表面仿真标准,专注于车辆动力学,以及车辆对路面信息的反馈)、OpenDRIVE(静态地图场景仿真标准,负责描述地图信息,包括高精地图信息)、OpenSCENARIO(动态行为场景仿真标准,描述测试过程的行驶场景)、OSI(仿真接口标准体系,比如传感器仿真接口或者各种信息的仿真接口)、OpenLABEL(场景标签和原始数据仿真标准)5 类,通过对 5 类文件的数据格式的固定,实现了不同仿真软件之间场景数据的有效互用。
2.国内智能网联汽车仿真标准研制现状
智能网联汽车仿真测试技术的发展离不开完善的标准体系建设,为全面推动车联网产业技术研发和标准制定,促进产业健康可持续发展,工业化和信息部、国家标准化管理委员会等部门联合组织制定了《国家车联网产业标准体系建设指南》。根据最新版标准体系建设指南(2023 版),针对自动驾驶试验方法的标准制定以“多支柱法”为指导,针对车辆自动驾驶系统,要利用仿真试验、场地试验、道路试验等方法验证车辆自动驾驶系统的基础安全性。其中“智能网联汽车 自动驾驶系统仿真测试工程”“智能网联汽车 自动驾驶功能仿真试验方法及要求”是智能网联汽车标准建设的重点方向。早在 2016 年,我国就开始自动驾驶功能仿真试验相关的标准建设,但是由于仿真工程中不确定性因素多,标准制定的周期较长,目前公开的仿真测试标准尚不完善,对应的国家标准正在立项建设过程中。当前已发布仿真测试标准内容以团体标准、行业标准为主。
(1)全国汽车标准化技术委员会 2023 年 8 月 19 日,由北京赛目科技股份有限公司和中国汽车技术研究中心有限公司联合牵头的国内首个自动驾驶模拟仿真测试领域的国家标准《智能网联汽车 自动驾驶功能仿真试验方法及要求》正式立项公示结束,该标准的目的是指导相关企业和机构开展智能网联汽车自动驾驶功能的模拟仿真测试和评价,充分发挥模拟仿真测试在测试场景数量、覆盖度以及危险边缘场景复现方面的优势。通过制定该标准,与已经制定的《智能网联汽车 自动驾驶功能场地试验方法及要求》和《智能网联汽车 自动驾驶功能道路试验方法及要求》形成综合试验验证体系,对智能网联汽车产品进行充分完整的评价,支撑行业管理,规范行业健康安全发展。
(2)中国汽车工程学会(CSAE) 中国汽车工程学会一直积极参与智能网联汽车技术的标准制定过程,推动标准化工作的顺利进行。2023 年 4 月,由中国智能网联汽车产业创新联盟提出的T/CSAE 297-2023《面向 V2X 网联预警应用的场景库技术要求及仿真测试规范》团体标准正式发布,该标准规定了基于 V2V、V2I 及V2P 场景的场景库技术要求;2023 年 5 月,由国汽(北京)智能网联汽车研究院有限公司等单位联合发起的《智能网联汽车 车辆在环仿真测试平台 第 1 部分:试验台架式平台搭建要求及方法》与西安深信科创信息技术有限公司,重庆长安汽车股份有限公司联合牵头发起的《自动驾驶交通流仿真系统》团体标准正式立项。2023 年7 月,由国汽(北京)智能网联汽车研究院有限公司、吉林大学、赛目科技与天行健等单位联合发起的《智能网联汽车 模拟仿真测试规范》系列标准正式立项,拟对软件、硬件和车辆在环流程及要求进行说明。以上各项中国智能网联汽车创新联盟提出标准的发布有助于促进整个行业的协同发展,实现技术的共享和互通,提高智能网联汽车技术的整体水平和市场竞争力。
(3)中国通信标准化协会(CCSA) 中国通信标准化协会下设的 TC1/OWG1 网络协议系统与设备工作组开展了《自动驾驶系统智能仿真平台总体技术要求》和《基于仿真的自动驾驶系统智能化能力测试方法》行业标准研制。其中,《总体技术要求》定义了仿真平台的接口及数据格式标准,数据处理流程,云端接口要求,仿真及测试流程定义及关键要素等,主要包括自动驾驶系统仿真平台基本功能要求、自动驾驶系统仿真平台接口及场景数据格式总体技术要求、数据处理流程及场景构建等。《测试方法》主要规定了基于海量场景构建和仿真平台的自动驾驶智能化能力测试方法及流程,包括基于精密传感器以及自动化感知技术的快速场景重建,大规模回归测试、边界能力测试等。以上两项标准是自动驾驶系统仿真及智能化能力评测指标体系系列标准,适用于全自动驾驶汽车的智能化水平的评测、仿真系统的研发、汽车智能等级的评定。
(4)中国汽车工业协会(CAAM) 中国汽车工业协会于 2021 年 11 月发布 T/CAAMTB 34—2021《智能网联汽车数据格式与定义》团体标准,该标准规定了智能网联汽车数据的一般要求、格式和定义,有利于指导企业的数据脱敏工作。同时,也对数据进行了分类并设定了数据安全等级,为智能网联汽车数据产业链上各企业提供参考,在保障数据安全的前提下提升汽车行业内的数据流通效率。此外,由中国汽车工业协会制定的《自动驾驶系统功能测试 第 7 部分:仿真测试》(征求意见稿)规定了自动驾驶汽车自动驾驶功能仿真测试的目的、内容、工具链、一般要求以及不同类型仿真测试的具体方法和要求、仿真测试的评价方法,适用于提出自动驾驶汽车仿真测试申请的乘用车和商用车辆。
(5)中关村智通智能交通产业联盟(CMAX) 中关村智通智能交通产业联盟作为北京市致力于促进智能交通产业技术发展的社会团体,一直积极促进智能网联仿真的标准化工作。2019 年10 月中关村智通智能交通产业联盟发布 T/CMAX 121—2019《北京市自动驾驶车辆模拟仿真测试平台技术要求》,该团体标准规定了自动驾驶车辆模拟仿真测试平台的通用要求和技术要求,适用于进行自动驾驶车辆模拟仿真测试的平台或系统,目的是指导模拟仿真测试平台进行规范化建设。2020 年 9 月发布的T/CMAX21002—2020《自动驾驶仿真测试场景集要求》团体标准规定了自动驾驶仿真测试场景描述要求、自动驾驶仿真测试场景集要求和自动驾驶仿真测试场景数字格式要求,并给出自动驾驶仿真测试基础场景集样例。
3.智能网联汽车仿真领域现存问题
随着智能网联汽车仿真技术的不断演进,我们也面临着一系列挑战和问题。为了全面理解并解决这些挑战,我们进行了广泛的行业探讨,并收集了各方的意见和建议。经总结,智能网联汽车仿真领域现存问题如下:
工具链:测试工具是自动驾驶测试体系的基础,目前存在两类问题。其一,不同测试工具之间存在定义不明确、接口不统一、内容不完善等问题,导致了工具之间的协调性差,难以相互衔接,不利于测试体系的构建。其二,格式不统一,如场景格式,OpenX 格式虽然是标准格式,但因自动驾驶软件产品架构不同,OpenX 的场景数据下发到各个单位并不通用。
仿真模型:其一,对于用来模拟智能网联汽车系统行为和交互的数学与计算模型,存在测试结果无权威性的问题。如车辆动力学不准确,导致性能测试结果无权威性;执行器表现无法模拟,导致性能测试结果无权威性。其二,对未知或不确定性的环境建模(如环境传感器、交通流、天气光照等),进而导致模型仿真结果的不确定、不准确、难以验证等问题。
可信度:智能网联汽车仿真的可信度是评估仿真结果准确性和可靠性的重要指标,目前在这方面主要面临三个问题: (1) 仿真工具:仿真模型大多都是建立在理想条件的情况下,仿真模拟器模拟出来的结果的可信度及工具的置信度,还没有具体可量化的指标去评价; (2) 仿真平台复现和泛化的虚拟场景:通常基于真实数据,通过仿真模拟器去复现和泛化出更多的虚拟仿真测试场景,但存在两大问题,其一,泛化的方向不确定是否符合统计学意义与测试需求;其二,泛化过程中复杂密集交通流真实性损失。同时复现和泛化出来的虚拟仿真环境与真实环境之间必然存在差异,对于这种差异会对测试结果造成的影响、测试场景与真实场景的拟合度水平、以及误差可接受范围,目前没有可量化的评价指标; (3) 测试结果: 1)目前传统的测试手段还是以硬件测试(包括HIL 硬件在环、VIL车辆在环)或真实道路测试为主,在参数标定方面存在难度,真实结果也很难预测,真实性无法保证; 2)测试结果仅在功能逻辑层面具有权威性,仿真测试在开发中的作用太有限。
实时性:硬件在环仿真测试(HIL)和车辆在环仿真测试(VIL)之间的最严肃的问题就是实时性,往往 HIL 和 VIL 是要与虚拟仿真软件平台、上位机、下位机、车辆动力学模型进行联合仿真、相互之间数据的优先度,怎么保持实时性是比较大的挑战。