CN116866963B - 虚实融合的v2x预期功能安全鲁棒性测试方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种虚实融合的V2X预期功能安全鲁棒性测试方法和系统。其中，方法包括：根据车辆的V2X通信环境和V2X消息内容，确定V2X功能相关的各ODD元素；根据各ODD元素，构建V2X预期功能安全的各触发条件；并根据各触发条件和预设的各测试场景，构建V2X功能的测试用例库；通过虚实融合技术模拟所述测试用例库中的各测试用例，并将各测试用例中的触发条件作为对抗信号反复输入，完成V2X功能鲁棒性测试；根据所述鲁棒性测试中的车辆数据，进行V2X功能问题定位供设计优化。本实施例实现预期功能安全的鲁棒性测试。
Description
技术领域
本发明实施例涉及车辆设计优化、验证测试领域，尤其涉及一种虚实融合的V2X预期功能安全鲁棒性测试方法和系统。
背景技术
预期功能安全关注满足预期设计要求的功能的安全性，是车辆安全的重要方面。针对预期功能安全的测试验证，在车辆开发与设计中起着重要作用。
现有技术中，一般通过里程测试进行智能汽车安全评价，成本较高、耗时较长，且针对具体功能并未提出匹配的测试用例，测试具有盲目性。
发明内容
本发明实施例提供一种虚实融合的V2X预期功能安全鲁棒性测试方法和系统，实现预期功能安全的鲁棒性测试。
第一方面，本发明实施例提供了一种虚实融合的V2X预期功能安全鲁棒性测试方法，包括：
根据车辆的V2X通信环境和V2X消息内容，确定V2X功能相关的各ODD(OperationalDesign Domain，运行设计域)元素；
根据各ODD元素，构建V2X预期功能安全的各触发条件；并根据各触发条件和预设的各测试场景，构建V2X功能的测试用例库；
通过虚实融合技术模拟所述测试用例库中的各测试用例，并将各测试用例中的触发条件作为对抗信号反复输入，完成V2X功能鲁棒性测试；
根据所述鲁棒性测试中的车辆数据，进行V2X功能问题定位供设计优化。
第二方面，本发明实施例提供了一种虚实融合的V2X预期功能安全鲁棒性测试系统，包括：环境模拟设备和被测车辆；
所述环境模拟设备用于：执行任一虚实融合的V2X预期功能安全鲁棒性测试方法。
本发明实施例提出一种车辆V2X预期功能安全鲁棒性测试的实现方法，首先，将通信环境和消息内容作为V2X功能的关键要素，从传统的ODD条件中识别出V2X预期功能安全的触发条件，并将触发条件与测试场景叠加，形成与具体功能匹配的测试用例库，提高了测试的针对性。然后，通过虚实融合技术模拟各测试用例，打破了里程测试的传统模式，选定触发条件作为对抗信号反复模拟，实现了V2X功能的鲁棒性测试，为被测车辆的自动优化和问题定位提供了空间，能够进一步提高车辆预期功能安全性能，为车辆的优化设计提供依据。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种虚实融合的V2X预期功能安全鲁棒性测试系统的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种虚实融合的V2X预期功能安全鲁棒性测试方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行清楚、完整的描述。显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
本发明实施例提供一种虚实融合的V2X预期功能安全鲁棒性测试方法。为了说明该方法，优先介绍实现该方法的虚实融合的V2X预期功能安全鲁棒性测试系统。图1是本发明实施例提供的一种虚实融合的V2X预期功能安全鲁棒性测试系统的结构示意图。如图1所示，该系统主要由上位机101、环境模拟设备102、报警信号捕捉设备103和被测车辆104组成。
上位机101中搭载场景仿真软件和数据监控与处理软件，仿真场景软件可以使用PreScan、VTD等进行联合仿真，与环境模拟设备102使用以太网连接，用于创建虚拟交通环境，包含交通场景信息和背景车辆信息，并将其传递给环境模拟设备102。
环境模拟设备102有三个方面的作用：(1)将仿真测试场景信息通过V2X协议栈转化为标准的V2X消息，并与被测车辆104的OBU设备进行V2X通信；(2)接收被测车辆104的OBU发送的V2X消息，并通过测试数据发送模块发送给数据监控与处理软件，用于测试过程中被测车辆104状态的数据记录；(3)接收被测车辆104中的预警显示终端发送的预警信号，通过测试数据发送模块发送给数据监控与处理软件，用于测试过程中预警信号记录；数据监控与处理软件用于接收汇总环境模拟设备102发送的测试数据，并进行测试数据处理与记录，形成自动化测试流程。
各部分的具体内容，可以参见期刊《汽车电器》2022年第1期刊登的论文《基于虚实融合技术的V2X测试系统研究》。
基于以上系统，图2是本发明实施例提供的一种虚实融合的V2X预期功能安全鲁棒性测试方法的流程图。该方法针对车辆V2X进行预期功能安全的测试验证，由上述系统为被测车辆提供虚拟测试环境，实现鲁棒性测试。如图2所示，该方法具体包括如下步骤：
S110、根据车辆的V2X通信环境和V2X消息内容，确定V2X功能相关的各ODD元素。
预期功能安全技术基于ODD实现，本实施例从被测功能V2X出发，以V2X通信环境和V2X消息内容为依据，从大量ODD条件中确定V2X功能相关的各ODD元素，用于构建与V2X预期功能安全匹配的测试用例。
可选的，通信环境可以包括通信协议和通信链路。在一具体实施方式中，首先根据通信协议，识别车辆ODD条件中支持V2X通信协议的通信实体，这类实体是V2X通信的信号来源，将作为构建V2X测试用例的ODD元素。具体的，ODD条件指车辆自动驾驶功能设定的运行设计条件，表1示例性的显示了部分ODD条件。参照表1，可以从ODD条件的二级分类中识别出支持V2X通信协议的通信实体：道路基础设施、交通参与物和通信单元。
表1
同时，根据通信链路，识别车辆ODD条件中位于V2X通信链路中的通信实体，这类实体影响通信链路质量，也将作为构建V2X测试用例的ODD元素。参照表1，可以从ODD条件的二级分类中识别出可能位于V2X通信链路中的通信实体：建筑物。为了便于区分和表述，将支持V2X通信协议的通信实体称为第一通信实体，将可能位于V2X通信链路中的通信实体称为第二通信实体。
另一方面，根据V2X消息内容，识别出V2X消息内容关联的ODD条件，作为构建V2X测试用例的另一类ODD元素。参照表1，可以从ODD条件的二级分类中，识别出与V2X消息的广播内容关联的ODD条件：高精地图、自车状态和远车状态。可选的，可以抓取车辆与其它通信实体间的大量V2X消息，提取其中的广播内容，用于识别此处的ODD条件。
上述几个方面均识别完毕后，由所述第一通信实体、所述第二通信实体，以及所述V2X消息内容关联的车辆ODD条件，共同构成V2X功能相关的各ODD元素。
S120、根据各ODD元素，构建V2X预期功能安全的各触发条件；并根据各触发条件和预设的各测试场景，构建V2X功能的测试用例库。
本实施例基于V2X功能相关的ODD元素，构建与V2X功能匹配的测试用例库，该测试用例利库可以在多次测试中重复利用，提高测试效率和一致性。在一具体实施方式中，该过程包括以下步骤：
步骤一、根据车辆ODD内明确允许的元素状态，确定超出ODD的元素状态。ODD内明确允许的元素状态，指能够保证自动驾驶功能正常运行的元素状态；超出ODD的元素状态，指无法保证自动驾驶功能正常运行的元素状态。基于上述实施例中识别出来的V2X功能相关的各ODD元素，表2给出了ODD内明确允许的元素状态和超出ODD的元素状态。可以看出，当ODD内明确允许的元素状态已知后，超出ODD的元素状态即为前者的反面，可以从多种预设现象(例如遮挡、模糊、无效)中选取，也可以通过数量范围(如激活速度范围)来定义。
表2
步骤二、将各ODD元素扩展后与所述超出ODD的元素状态排列组合，得到V2X预期功能安全的触发条件。参照表2，将各ODD元素扩展到三级分类，扩展后的ODD元素与对应的超出ODD的元素状态分别组合，得到具体的触发条件。示例性的，将ODD元素“道路基础设施”扩展到三级分类，扩展后的ODD元素包括“交通信号灯”“标志牌”“路灯”和“闪光灯”，将其与超出ODD的元素状态“遮挡、模糊、无效”分别组合，得到以下几种触发条件：交通信号灯遮挡、模糊、无效，标志牌遮挡、模糊、无效，路灯遮挡、模糊、无效，以及闪光灯遮挡、模糊、无效等；也可以得出另外一组触发条件，交通信号灯遮挡，交通信号灯模糊，交通信号灯无效，标志牌遮挡，标志牌模糊，标志牌无效等，本实施例不作具体限制。
步骤三、从基础场景库中，筛选V2X功能相关的各测试场景；并将各触发条件和各测试场景排列组合，得到V2X功能的测试用例库。首先，依据功能从基础场景筛选测试场景，包括极限、边角场景等。可选的，结合相关网联标准与智能网联车辆的运行设计条件，依据表3筛选出V2X功能相关的测试场景。需要说明的是，表3中仅显示了部分测试场景，并未将场景全部示出。然后，将步骤二构建的各触发条件与各测试场景一一组合，每个组合构成一个测试用例，由所有测试用例共同构成与V2X功能匹配的测试用例库。
表3
S130、通过虚实融合技术模拟所述测试用例库中的各测试用例，并将各测试用例中的触发条件作为对抗信号反复输入，完成V2X功能鲁棒性测试。
本实施例为了保证车辆安全，以测试用例的全覆盖为目标，对测试用例库中的所有用例均进行测试，并对同一测试用例进行多次测试，以实现V2X功能的鲁棒性验证。
在一具体实施方式中，首先确定各测试用例的测试顺序，该过程可以包括如下几个步骤：
步骤一、根据各测试用例对应的ODD条件，评估各测试用例的残余风险。可选的，通过风险等级来表示残余风险的大小，风险等级越高，残余风险越大。参照表1，可以通过ODD条件的一级分类来确定测试用例的风险等级。初步的，将ODD条件的一级分类“动态元素”表示为A，“静态元素”表示为B，“车辆状态”表示为C，则三类ODD条件的风险等排序为A>B>C。这是因为，有动态参与者的测试用例不稳定性更高，例如高速公路下的测试用例风险最高；只有静态元素的测试用例标识牌、道路结构等，相对风险低；涉及车辆状态的，会有车辆自身的监控、预警，比外来因素相对风险低，因此风险最低。考虑到部分测试用例涉及到的ODD条件不止一种，则可以根据表4确定测试用例的风险等级，其中，E表示极高风险，H表示高风险，M表示中风险，L表示为低风险。
表4
步骤二、根据各测试用例的残余风险，确定各测试用例的测试次数。本步骤根据测试用例的风险等级确定各测试用例的连续测试次数；风险等级越高，连续测试的次数越多，以保证V2X预期功能安全的鲁棒性。同时，对于自动驾驶车辆而言，车辆本身具有一定的优化能力，在鲁棒性测试中，车辆可以自身状态调整自动驾驶策略，使自身的V2X功能得到改善。
步骤三、根据各测试用例的测试次数和触发条件，确定测试顺序。本步骤以测试次数为主要因素，以触发条件为辅助因素，确定各测试用例的测试顺序。可选的，对于测试次数的测试用例优先测试，便于优先发现高风险隐患；对相同触发条件的测试用例集中测试，便于对同一类危险因素进行集中处理。示例性的，假设触发条件a与测试场景b、c和d分别构成测试用例a+b、a+c和a+d，其测试次数分别为10、20和30；触发条件e与测试场景f、g和h分别构成测试用例e+f、e+g和e+h，其测试次数分别为10、20和60；则本步骤确定的测试顺序为：e+h测试60次、e+g测试20次、e+f测试10次、a+d测试30次、a+c测试20次、a+b测试10次。
确定测试顺序后，按照该顺序依次完成各次测试。值得一提的是，整个鲁棒性测试方法中，步骤S110、S120和S140可以由测试系统中的上位机101或环境模拟设备102实现，还可以由测试系统之外的电子设备实现；S130则依赖于测试系统中的环境模拟设备102和被测车辆104实现。可选的，由环境模拟设备102将任一测试用例的可视化信息显示在被测车辆104内的显示终端上，供驾驶员查看；将所述测试用例中的触发条件作为对抗信号，反复显示于显示屏幕内，或者反复注入车辆信号中，实现对抗信号的反复输入，完成所述测试用例下的V2X功能鲁棒性测试。
进一步的，测试用例的模拟可以通过以下方式实现：首先，将任一测试用例中的触发条件分解为视觉触发条件、V2X触发条件和自车状态触发条件。例如，“被遮挡的行人”这一触发条件，可以分解为视觉触发条件“被遮挡”和V2X触发条件“行人携带的手机(支持V2X协议)”。然后，针对不同的分解结果，选用以下几种模拟方式；
方式一，通过控制摄像头信号，模拟所述视觉触发条件。例如，通过对摄像头信号中的车道线添加干扰，模拟“道路标记破损”这一触发条件。
方式二，通过改变车内信号，模拟所述自车状态触发条件。例如，改变速度控制信号，模拟“运动状态位于激活速度范围外”这一触发条件。
方式三，通过向被测车辆发送异常V2X消息，模拟所述V2X触发条件。例如，通过延迟发送V2X消息或降低发送频率，模拟“建筑物带来电磁干扰区域”这一触发条件；通过发送隧道场景下的远车V2X消息，模拟“建筑物带来无GNSS同步源信号环境”这一触发条件。
S140、根据所述鲁棒性测试中的车辆数据，进行V2X功能问题定位供设计优化。
本实施例记录鲁棒性测试中的车辆通信数据；当V2X功能出现异常时，根据所述车辆通信数据的长度和大小等，进行V2X功能问题定位，为车辆自身优化和设计优化提供依据。鲁棒性测试针对同一测试用例循环测试，测试过程中被测车辆可以不断学习优化功能性能，提升功能鲁棒性。测试系统记录测试过程数据，将不同测试下车辆的响应值反馈到工程师处，让工程师更好的掌握产品性能和优化过程。例如，在测试道路限速提醒场景时，重复完整测试3次，测试过程中记录下航向角，加速度值，速度值，经纬度等，并对影响通信功能的数据长度、数据大小等进行比较；由于视觉场景是预先搭建并以视频形式进行播放，保证了测试过程中测试场景的数据一致性，便于将失败的测试场景的主要因素定位。
本实施例提出一种车辆V2X预期功能安全鲁棒性测试的实现方法，首先，将通信环境和消息内容作为V2X功能的关键要素，从传统的ODD条件中识别出V2X预期功能安全的触发条件，并将触发条件与测试场景叠加，形成与具体功能匹配的测试用例库，提高了测试的针对性。然后，通过虚实融合技术模拟各测试用例，打破了里程测试的传统模式，选定触发条件作为对抗信号反复模拟，实现了V2X功能的鲁棒性测试，为被测车辆的自动优化和问题定位提供了空间，能够进一步提高车辆预期功能安全性能，为车辆的优化设计提供依据。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案。
Claims (9)
1.一种虚实融合的V2X预期功能安全鲁棒性测试方法，其特征在于，包括：
根据车辆的V2X通信环境和V2X消息内容，确定V2X功能相关的各ODD元素；
根据各ODD元素，构建V2X预期功能安全的各触发条件；并根据各触发条件和预设的各测试场景，构建V2X功能的测试用例库；
通过虚实融合技术模拟所述测试用例库中的各测试用例，并将各测试用例中的触发条件作为对抗信号反复输入，完成V2X功能鲁棒性测试；
根据所述鲁棒性测试中的车辆数据，进行V2X功能问题定位供设计优化；
所述通信环境包括通信协议和通信链路；
所述根据车辆的V2X通信环境和V2X消息内容，确定V2X功能相关的各ODD元素，包括：
根据通信协议，识别车辆ODD条件中支持V2X通信协议的第一通信实体；
根据通信链路，识别车辆ODD条件中位于V2X通信链路中的第二通信实体；
根据V2X消息内容，识别出V2X消息内容关联的车辆ODD条件；
由所述第一通信实体、所述第二通信实体，以及所述V2X消息内容关联的车辆ODD条件，共同构成V2X功能相关的各ODD元素。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据各ODD元素，构建V2X预期功能安全的各触发条件，包括：
根据车辆ODD内明确允许的元素状态，确定超出ODD的元素状态；
将各ODD元素扩展后与所述超出ODD的元素状态排列组合，得到V2X预期功能安全的触发条件。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据各触发条件和预设的各测试场景，构建V2X功能的测试用例库，包括：
从基础场景库中，筛选V2X功能相关的各测试场景；
将各触发条件和各测试场景排列组合，得到V2X功能的测试用例库。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过虚实融合技术模拟所述测试用例库中的各测试用例，并将各测试用例中的触发条件作为对抗信号反复输入，完成V2X功能鲁棒性测试，包括：
将所述测试用例库中任一测试用例的可视化信息，显示在被测车辆的显示屏内，供驾驶员查看；
将所述测试用例中的触发条件作为对抗信号，反复作用于显示屏幕或车辆信号，实现所述测试用例下的V2X功能鲁棒性测试。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过虚实融合技术模拟所述测试用例库中的各测试用例，并将各测试用例中的触发条件作为对抗信号反复输入，完成V2X功能鲁棒性测试，包括：
根据所述测试用例库中各测试用例对应的ODD条件，评估各测试用例的残余风险；
根据各测试用例的残余风险，确定各测试用例的测试次数；
根据各测试用例的测试次数和触发条件，确定测试顺序。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过虚实融合技术模拟所述测试用例库中的各测试用例，包括：
将任一测试用例中的触发条件分解为视觉触发条件、V2X触发条件和自车状态触发条件；
通过控制摄像头信号，模拟所述视觉触发条件；
通过向被测车辆发送异常V2X消息，模拟所述V2X触发条件；
通过改变车内信号，模拟所述自车状态触发条件。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述V2X触发条件包括：建筑物带来电磁干扰区域、建筑物带来无GNSS同步源信号环境；
所述通过向被测车辆发送异常V2X消息，模拟所述V2X触发条件，包括以下至少之一：
通过延迟发送V2X消息或降低发送频率，模拟建筑物带来电磁干扰区域；
通过发送隧道场景下的远车V2X消息，模拟建筑物带来无GNSS同步源信号环境。
8.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述鲁棒性测试中的车辆数据，进行V2X功能问题定位供设计优化，包括：
记录所述鲁棒性测试中的车辆通信数据；
当V2X功能出现异常时，根据所述车辆通信数据的长度和大小，进行V2X功能问题定位。
9.一种虚实融合的V2X预期功能安全鲁棒性测试系统，其特征在于，包括：环境模拟设备和被测车辆；
所述环境模拟设备用于：执行权利要求1-8任一所述的虚实融合的V2X预期功能安全鲁棒性测试方法。
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