用于终止驾驶辅助系统的基于场景的测试过程的计算机实现的方法与流程

1.本发明涉及按照权利要求1的前序部分的用于终止驾驶辅助系统的基于场景的测试过程的计算机实现的方法。


背景技术：

2.驾驶辅助系统、例如自适应速度调节器和/或用于高度自动化行驶的功能可以借助于多种检查方法验证或证实。在此特别是可以使用硬件在环方法、软件在环方法、仿真和/或测试行驶。
3.在此，用于在使用上述检查方法的情况下测试这样的车辆功能的成本、特别是时间和/或费用成本通常非常高，因为必须测试大量潜在可能的行驶状况。这特别是可能导致用于测试行驶以及用于仿真的高成本。文献de 10 2017 200 180 a1说明了一种用于核实和/或验证车辆功能的方法，所述车辆功能设置为用于沿纵向和/或横向方向自主引导车辆。
4.该方法包括基于关于车辆的环境的环境数据求取给车辆的执行器的测试控制指令，以便实施车辆功能，其中测试控制指令没有被执行器实施。
5.该方法还包括基于环境数据并且在使用关于在车辆环境中的至少一个交通参与者的交通参与者模型的情况下来仿真虚拟的交通状况，如果已经实施测试控制指令则将存在所述虚拟的交通状况。
6.该方法还包括提供关于虚拟的交通状况的测试数据。在这种状况下，车辆功能被动地在车辆中运行，以用于求取测试控制指令。
7.该方法的缺点是，为了核实和/或验证车辆功能需要实际运行车辆以用于求取需要的数据。


技术实现要素：

8.因此存在的需求在于，如下改善存在的方法和测试设备，使得能够高效地求取用于在高度自动化的行驶中的系统和系统构件的所谓的危急测试用例，并且基于此能够提供高效的测试方法。
9.所述目的按照本发明通过一种根据权利要求1的用于终止驾驶辅助系统的基于场景的测试过程的计算机实现的方法、一种根据权利要求14的计算机程序以及一种根据权利要求15的计算机可读的存储介质解决。
10.本发明涉及一种用于终止驾驶辅助系统的基于场景的测试过程的方法，其中，通过特定的行驶状况参数的导致危急行驶状况、例如车辆碰撞或准车辆碰撞的参数组合给出危急测试用例，所述特定的行驶状况参数构建度量参数空间。所述方法此外包括循环式测试过程，所述循环式测试过程包含危急测试用例的确定并且为了终止、亦即作为循环的中断条件使用距离度量。该方法包含如下步骤：
11.在所述循环的每次迭代n之后实施驾驶辅助系统的至少一个测试并且确定危急测试用例的集合；
12.基于此，求取在迭代n中危急测试用例的第一集合与迭代n-1中危急测试用例的第二集合或危急测试用例的事先定义的集合之间在参数空间中的距离；并且
13.基于在第一集合与第二集合或事先规定的极限之间在度量空间中的距离的差来终止或继续测试过程的循环，从而循环性重复测试过程。
14.在用于自主引导机动车的系统和系统构件的基于场景的测试中限定如下场景，所述场景可称为交通状况的抽象。逻辑场景在此为包括道路、行驶行为和周围的交通的交通状况的抽象，而没有具体的参数值。
15.通过选择具体的参数值从逻辑场景变为具体的场景。这样的具体的场景分别相应于各个交通状况。
16.这样的交通状况或这样的场景是切入(cut-in)场景。切入场景可以称为如下交通状况，其中高度自动化或自动的车辆在预定的行车道中行驶，并且另外的车辆以相对于本车辆降低的速度从另一行车道以确定的距离驶入本车辆的行车道中。本车辆在此表示要测试的车辆。
17.本车辆和所述另外的车辆(其也称为同行车辆)的速度在此开始是恒定的。因为本车辆的速度高于同行车辆的速度，所以必须对本车辆制动，以便避免这两个车辆碰撞。
18.场景的参数组在此可以由场景参数和行驶状况参数组成，其中，所有参数具有预定的定义域。
19.在场景参数的意义上，例如具有不同的车道标记的道路、不同的地形、交叉路口、转弯和道路限制是挑战。此外可以通过交通参与者的数量和类型确定行驶状况参数。行驶状况参数译词反映在场景中可运动对象，如交通参与者的数量、交通参与者的类型、车道变换的次数和/或交通参与者的实施操纵的策略。
20.按照方法的测试过程包含扩展的替代模型形成方法，以便可以高效给出所述场景的近似。扩展的替代模型形成方法包括由至少一个设计阶段、模型形成阶段以及包括确定危急测试用例在内的测试阶段组成的循环。在每次循环之后，按照本发明确定距离度量。通过定义预定的极限或阈值，因此按照本发明控制替代模型形成、亦即循环的终止。
21.通过大量仿真分析，对危急测试用例的识别在其他方法中是耗时的。在此可以使用替代模型，以便加速测试过程，如由按照本发明的方法说明的那样。替代模型是简化的数学函数，其预测对于至少一个给定的参数组的仿真的测试行驶的评价。为了创建替代模型，通常与对于通过其他方法来识别危急测试用例相比需要更少仿真。如果接着在危急测试用例的识别中不实施仿真，而是使用替代模型的预测，则在测试过程中节省时间。
22.按照本发明的方法首先为了形成替代模型经过设计阶段和模型形成阶段。所述替代模型形成方法通过设计和建模方法确定。
23.要实施分析的在定义域中的点的集合称为设计(design)。元素x∈s是设计点。值f(s)∈y是计算机模型的所属的分析。在此使用名称计算机模型，因为检查的功能在替代模型形成中无法描述为简单的公式，并且需要计算机，以便有效地确定输出。计算机模型的分析也称为仿真。
24.设计可以要么顺序地要么非顺序地创建。在非顺序的设计中在一个步骤中选择设
计点。如果相继地选择各设计点，那么设计是顺序的。在此可以在每个步骤中仅仅选择一个或多个新的设计点。顺序的方法需要非顺序的起始设计。这用作初始情况，以便由此出发选择新的设计点。
25.在顺序设计的情况下可以列出中断条件，通过所述中断条件不分析过多设计点。因为计算机模型、亦即仿真具有高分析时间，所以这构成一个优点。如果不再必需实施分析，则这加速替代模型形成。再者可以改变在选择新的设计点的步骤或迭代之间的步幅。
26.对于设计方法的示例是沃罗诺伊(voronoi)设计。这是顺序设计且需要起始设计，以便选择新的点。这是顺序的、填充空间的设计，从而必须识别在其中分布有少量点的区域。这些区域的描述利用命名的沃罗诺伊图实现。将空间碎裂为区域称为沃罗诺伊图，这些区域通过预定集合的空间点(在此称为中心)确定。每个区域通过正好一个中心确定并且包括空间的所有如下点，这些点在欧式度量方面相比于任意其他中心更接近该区域的中心。
27.沃罗诺伊设计的扩展是lola沃罗诺伊设计。lola沃罗诺伊设计是顺序的且需要起始设计。该设计使用过去的设计点的两个评价，以便识别如下区域，在该区域中选择新的设计点。用于探索的评价和用于开发的评价。
28.用于探索的评价通过已经提及的沃罗诺伊设计实现。
29.对于开发使用lola算法。lola支持局部线性近似(德语：lokale lineare approximation)。lola算法在此选择新的设计点，在所述新的设计点处系统最大程度地与局部线性近似不同。
30.在lola沃罗诺伊算法中，在内部基于两个所述标准来评价所有点的环境。高评价表示：要么在环境中存在少量点，要么系统在那里表现出极其非线性。在这些区域中在下一步骤中选择新的点。
31.除了在此提出的用于设计阶段的方法以外，存在多种其他方法，这些方法可以不完全地被执行，但是被按照本发明的方法所包括。
32.模型形成方法由存在的设计形成且计算机模型/仿真的所属的分析形成替代模型。
33.模型形成的示例性方法是径向基本函数。在利用径向基本函数的建模中，替代模型由基本函数的线性组合组成。如果设计具有n个带有分析/仿真的点，线性组合由n个基本函数组成。径向基本函数经常用于计算机模型的建模。
34.对于模型形成阶段也存在不同的方法，这些方法可以不完全地被执行，但是被按照本发明的方法所包括。
35.在使用替代模型的情况下可以近似计算测试结果且特别是也可以确定危急测试用例。
36.在自动行驶功能的基于场景的测试中存在对找到危急测试用例的极大的兴趣。虚拟测试行驶的仿真可能要求很多时间和运算性能。由此产生大的兴趣在于，以尽可能少实施的仿真尽可能准确地定位危急测试用例。在该上下文中，可以利用按照本发明的替代模型形成。
37.为了尽可能高效地终止由设计阶段、模型形成阶段以及包括确定危急测试用例在内的测试阶段组成的循环式测试过程，中断条件是必要的。顺序的设计的大的优点在于能够列出中断条件。按照本发明，危急测试用例的各集合的豪斯多夫距离作为距离度量可以
用作中断条件。
38.在驾驶辅助系统的基于场景的测试过程中，通过特定的行驶状况参数的导致危急行驶状况、例如车辆碰撞或准车辆碰撞的参数组合给出危急测试用例，所述特定的行驶状况参数构建度量参数空间。因此重要的是，准确识别这些参数组合并且将其集成到替代模型的形成中。
39.利用豪斯多夫距离求取在迭代n中危急测试用例的第一集合与在自迭代n-1中危急测试用例的第二集合或危急测试用例的事先定义的集合之间在参数空间中的距离，并且基于在第一集合与第二集合与事先规定的极限之间在度量空间中的距离的差终止或继续测试过程的循环。
40.对于豪斯多夫距离适用如下，即如果(m,d)是度量空间，并且是非空的紧凑子集，那么在a与b之间的豪斯多夫距离是：
41.δ(a,b)＝{max{d(a,b)∣a∈a},max{d(a,b)∣b∈b}}
42.在使用顺序的设计的替代模型形成方法中，随着设计点的数量增大，形成更好的替代模型，从而利用替代模型可以更好地近似计算危急测试用例。在当前迭代中危急测试用例的集合与在之前迭代中危急测试用例的集合之间的豪斯多夫距离小的情况下存在足够多的设计点，并且尽管如此实现危急测试用例的良好的近似。
43.由此，通过按照本发明的方法可以在危急测试用例的所考虑的集合之间的小的距离度量(如特别是豪斯多夫距离)跨越多个循环保持不变的情况下，确定替代模型的更好的品质。
44.作为危急测试用例的近似的基础可以使用高度自动化的车辆的不同的评价函数。
45.按照本发明的另一方面，所述方法还具有：评价函数是安全目标函数，所述安全目标函数具有数值，该数值在机动车与另外机动车之间的距离≥v
同行车辆
×
0.55的情况下具有最小值，在机动车与另外的机动车之间碰撞的情况下具有最大值，并且在机动车与另外的机动车之间≤v
同行车辆
×
0.55的距离的情况下具有大于最小值的数值。
46.安全目标函数说明：交通状况对于本车辆多安全地运行。所述安全目标函数详细说明如下：假如在本车辆与同行车辆之间的距离总是大于或等于安全距离，那么安全目标函数的函数值为零。
47.安全距离可以定义为如下距离，在该距离的情况下根据本车辆与同行车辆之间的速度差以及在本车辆与同行车辆之间的距离而在没有出现与同行车辆碰撞的情况下本车辆的安全制动总是可能的。
48.这样的距离在本示例中通过以米为单位的值限定，该值等于速度v
同行车辆
×
0.55。
49.在本车辆与同行车辆之间的距离越小，或者说从低于安全距离起，目标函数值越来越大地达至值1。假如存在本车辆与同行车辆之间的碰撞，那么在本车辆与同行车辆之间的距离因此小于或等于零，并且目标函数值为1。
50.按照本发明的另一方面，按照本发明的方法还具有：评价函数是舒适目标函数或能耗目标函数，其具有数值，该数值在机动车的加速度没有变化的情况下具有最小值，在机动车与另一机动车碰撞的情况下具有最大值，在机动车的加速度变化的情况下根据加速度变化的数值而具有在最小值与最大值之间的数值。
51.借助于舒适目标函数可以对此做出结论，即，行驶操纵对于本车辆的驾驶员有多
舒适。强烈加速或制动以及经常重复该过程视为不舒适的。
52.加速度的变化称为冲击(ruck)。舒适目标函数的计算的值越小，那么行驶状况越舒适。
53.在另一评价函数中，燃油消耗在本车辆与同行车辆碰撞的情况下为1，亦即燃油消耗被设定到规定的最大值。为此的原因在于，在事故的情况下不再可能继续使用车辆的燃油箱。
54.在该背景下，本发明的目的在于，提出一种改进现有技术的方法。
附图说明
55.为了更好理解本发明及其优点，现在参照结合所属附图的如下描述。在下文中，根据在附图的图示中给出的示例性实施形式进一步阐明本发明。
56.图中：
57.图1示出包括本车辆的不同行驶操纵连同变化数量的同行车辆的不同的交通场景的示意图；
58.图2示出说明在危急与非危急测试结果之间的极限的示意图；
59.图3示例性对于设计方法示出沃罗诺伊图；
60.图4示意地示出豪斯多夫距离的确定；
61.图5示出利用替代模型的过去的测试方法的示意图；
62.图6示出利用替代模型的按照本发明的测试方法的示意图；
63.图7示出通过多个分析/仿真的豪斯多夫距离的曲线的示意图。
具体实施方式
64.图1示出用于按照本发明区分场景(s1至sn)的示意图。按照图1，场景s1与s2可以关于其参数组的子集完全不同、具有重叠的参数或者关于其相应的参数组的子集是相同的。在驾驶辅助系统的基于场景的测试过程中，通过特定的行驶状况参数导致危急行驶状况、例如车辆碰撞或准车辆碰撞的参数组合给出危急测试用例，所述特定的行驶状况参数构建度量参数空间。因此必须在场景中识别这些参数组合。
65.在图1的左侧上示出一种场景，这示出转弯操纵且具有本车辆和四个同行车辆。在图1的右侧上示出相同的交叉路口区域，不过没有转弯操纵并且仅包括本车辆。通过图1示出不同的场景，这些场景允许不同的参数组合且也能实现不同的危急测试用例。
66.在图2中示例性地示出在使用行驶状况参数v
本车辆
、亦即本车辆的速度的情况下的切入场景，并且在纵坐标轴上示出v
同行车辆
、亦即在前行驶的同行车辆的速度。
67.在图2中示出的函数形成在危急测试结果(krit_tf)与非危急测试结果之间的边界。示出的点是近似的测试结果。备选地，示出的点例如可以是仿真的测试结果。
68.示出的评价函数(bf)是安全目标函数，其具有数值，该数值在机动车与另外的机动车之间的距离≥v
同行车辆
×
0.55的情况下具有最小值，在机动车与另外的机动车之间碰撞的情况下具有最大值，并且在机动车与另外的机动车之间的安全距离≤v
同行车辆
×
0.55的情况下具有大于最小值的数值。
69.备选于安全目标函数例如可以近似计算舒适目标函数或效率目标函数，其具有数
值，该数值在机动车的加速度没有变化的情况下具有最小值，在机动车与另外的机动车碰撞的情况下具有最大值，在机动车的加速度变化的情况下根据加速度变化的数值而具有在最小值与最大值之间的数值。
70.在图3中示例性地对于在设计阶段(d)中的设计方法示出沃罗诺伊图。在定义域x＝[0,1]2中分布有16个点。环绕这些点中的每个点描绘了所属的沃罗诺伊单元。在具有越多设计点的区域中各单元更小。在附图中这在定义域的中间可看出。设计点s＝(0,0)远离其他点并且具有更大的沃罗诺伊单元。
[0071]
顺序的沃罗诺伊设计由三个步骤组成：
[0072]-近似计算沃罗诺伊单元的大小。
[0073]-在最大的沃罗诺伊单元中随机分配点作为新的设计点的获选。
[0074]-选择各候选中之一并且将其补充给设计。
[0075]
为了节省时间和运算成本，单元的大小与定义域的大小成比例地被近似计算。为此在定义域中选择多个随机的点。对于每个随机选择的点确定最接近的设计点。
[0076]
给每个设计点配置多个随机的点，这些随机的点最接近设计点。属于一个设计点的沃罗诺伊单元的大小相应于最接近设计点的随机的点的数量除以随机选择的点的总数。
[0077]
随后在最大的沃罗诺伊单元中随机分配如下点，在这些点中选出如下点，该点与所有其他设计点的最小距离最低。所述设计也可以更大的步骤大小实现。如果选择步骤大小n
new
，那么依次地在前n
new
个最大的沃罗诺伊单元中分别选择一个设计点。
[0078]
图4示出作为在两个集合之间的距离度量(am)的示例的豪斯多夫距离的确定的示意图。按照本发明，作为距离度量(am)在危急测试用例(krit_tf)的集合之间的豪斯多夫距离可以用作中断条件。
[0079]
利用豪斯多夫距离，求取在迭代n中危急测试用例的第一集合(krit_tf,tn)与在迭代n-1中危急测试用例的第二集合(krit_tf,tn-1)或危急测试用例的事先定义的集合(krit_tf)之间的参数空间中的距离，并且基于在第一集合与第二集合与事先规定的极限之间在度量空间中的距离的差来终止或继续测试过程(tp)的循环(z)。
[0080]
对于豪斯多夫距离适用如下，即如果(m,d)是度量空间，并且是非空的紧凑子集，那么在a与b之间的豪斯多夫距离是：
[0081]
δ(a,b)＝{max{d(a,b)∣a∈a},max{d(a,b)∣b∈b}}
[0082]
在图4中示出，如何产生两个集合的豪斯多夫距离。在附图中描绘两个紧凑子集b和a。在集合a中标记点a∈a，该点与集合b的距离d(a,b)最大。所述距离以黑线描绘。类似地，在b中描绘具有最大距离d(a,b)的点b∈b。a与b的豪斯多夫距离由(a,b)＝max{d(a,b),d(a,b)}、即两个距离中的最大值产生。
[0083]
图5示出利用替代模型(em)的过去的测试方法的示意图。替代模型形成方法(ebv)在该情况下由设计阶段(d)和模型形成阶段(m)组成。在这些阶段中如上所述可以使用不同的方法或途径。提及的方法不应视为封闭的列举。在设计阶段(d)与模型形成阶段(m)之间的循环可以被历经1次至n次，这与使用的方法或中断标准有关。在通过替代模型形成方法(ebv)创建替代模型(em)之后，可以在使用替代模型的情况下开始测试过程(tp)。在测试过
程(tp)的范围中实施测试(t)并且在危急测试用例(krit_tf)的识别的过程中对其进行分析。在危急测试用例(krit_tf)与替代模型(em)的创建之间的反馈在过去的方法中不存在。
[0084]
在图6中示出按照本发明计算机实现的方法。而且在此如在图6中所示出那样，替代模型(em)通过方法(ebmv)创建，包括设计阶段(d)和模型形成阶段(m)在内。按照本发明，替代模型形成方法(ebv)但也包括测试过程(tp)。在每次测试(t)和确定危急测试用例(krit_tf)之后，根据在参数空间中在迭代n中危急测试用例的第一集合(krit_tf，tn)与在迭代n-1中危急测试用例的第二集合(krit_tf，tn-1)或危急测试用例的事先定义的集合(krit_tf)的距离度量(am)、例如豪斯多夫距离来检查终止(ter)。如果不满足超过和/或低于事先规定的极限的条件，那么以设计阶段(d)开始新的循环(z)n+1。
[0085]
图7示出以豪斯多夫距离为例距离度量(am)在多个分析/仿真上的曲线的示意图。在此，在图6中在纵轴中示出豪斯多夫距离。
[0086]
在使用顺序的设计的替代模型形成方法(ebv)的考虑中，通常随着设计点的数量提高而形成更好的替代模型(em)。但是每次新的迭代需要另外的时间成本和运算成本。
[0087]
按照本发明，在该专利文献中描述的方法可以实现时间成本和/或运算成本的降低。
[0088]
在按照本发明的替代模型形成方法(ebv)中优选地在设计阶段(d)中使用顺序的设计、例如lola沃罗诺伊。设计方法使用起始设计并且在每次迭代中确定新的设计点。在每次迭代之后，仿真所利用的场景，并且分析相应的评价函数(bf)、例如安全目标函数。
[0089]
终止(ter)或中断条件基于危急测试用例(krit_tf)的豪斯多夫距离。如果在一个步骤中没有发生危急测试用例(krit_tf)的近似的变化或仅仅发生危急测试用例的近似的微小的变化，那么利用该豪斯多夫距离中断顺序的替代模型形成方法(ebv)。
[0090]
在按照本发明的计算机实现的方法中，考虑危急测试用例(krit_tf)的两个相继的近似的豪斯多夫距离。这在第一次历经中还不可能，并且利用顺序的设计将新的点添加给设计。利用第二次迭代可以确定在危急测试用例(krit_tf)的各近似之间的豪斯多夫距离的成对的比较。
[0091]
图7示出在各迭代之间的豪斯多夫距离的发展。如果相应的豪斯多夫距离的该值小于事先规定的极限，那么满足终止(ter)或中断条件。否则在设计阶段(d)中选择新的设计点，并且重复该方法直至终止(ter)。