DE102020120500A1

DE102020120500A1 - Computerimplementiertes Verfahren zur Terminierung eines szenario-basierten Testprozesses eines Fahrassistenzsystems

Info

Publication number: DE102020120500A1
Application number: DE102020120500.7A
Authority: DE
Inventors: Konstantin Sonntag; Sebastian BANNENBERG; Sebastian Peitz; Rainer Rasche
Original assignee: Dspace GmbH; Dspace Digital Signal Processing and Control Engineering GmbH
Current assignee: Dspace GmbH
Priority date: 2020-08-04
Filing date: 2020-08-04
Publication date: 2022-02-10
Also published as: WO2022028934A2; EP4028890A2; CN115735197A; US20240010210A1

Abstract

Computerimplementiertes Verfahren zur Terminierung (Ter) eines szenario-basierten Testprozesses (TP) eines Fahrassistenzsystems, wobei kritische Testfälle (Krit_TF) durch zu kritischen Fahrsituationen, beispielsweise einer Fahrzeugkollision oder einer Beinahe-Fahrzeugkollision, führenden Parameterkombinationen von spezifischen, einen metrischen Parameterraum aufspannenden Fahrsituationsparametern angegeben werden,dadurch gekennzeichnet, dassder Testprozess (TP) einen Zyklus (Z) umfasst und die Bestimmung kritischer Testfälle (Krit_TF) und ihrer Parameterkombinationen beinhaltet,und zur Terminierung (Ter), also als Abbruchbedingung des Zyklus,eine Abstandsmetrik (AM) verwendet wird und das Verfahren folgende Schritte umfasst:Nach jeder Iteration n des Zyklus (Z) wird zumindest ein Test des Fahrerassistenzsystems durchgeführt und eine Menge kritischer Testfälle (Krit_TF) bestimmt,darauf aufbauend wird ein Abstand (AM) im Parameterraum zwischen einer ersten Menge der kritischen Testfälle (Krit_TF, tn) in der Iteration n und einer zweiten Menge der kritischen Testfälle (Krit_TF, tn-1) aus der Iteration n-1 oder einer zuvor definierten Menge kritischer Testfälle (Krit_TF) ermittelt undauf Basis der Differenz des Abstands (AM) im metrischen Raum zwischen der ersten Menge und der zweiten Menge oder einer zuvor festgelegten Grenze wird der Zyklus (Z) des Testprozesses (TP) terminiert oder fortgeführt, so dass der Testprozess (TP) zyklisch wiederholt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein computerimplementiertes Verfahren zur Terminierung eines szenario-basierten Testprozesses eines Fahrassistenzsystems gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Fahrassistenzsysteme wie z.B. ein adaptiver Geschwindigkeitsregler und/oder Funktionen für das hochautomatisierte Fahren können mithilfe diverser Überprüfungsmethoden verifiziert bzw. validiert werden. Dabei können insbesondere Hardware-in-the-Loop Verfahren, Software-in-the-Loop Verfahren, Simulationen und/oder Testfahrten verwendet werden.
Der Aufwand, insbesondere der Zeit- und/oder Kostenaufwand, zum Testen derartiger Fahrzeugfunktionen unter Verwendung der oben genannten Überprüfungsmethoden ist dabei typischerweise sehr hoch, da eine große Anzahl potenziell möglicher Fahrsituationen getestet werden muss. Dies kann insbesondere zu einem hohen Aufwand für Testfahrten als auch für Simulationen führen. DE 10 2017 200 180 A1 gibt ein Verfahren zur Verifizierung und/oder Validierung einer Fahrzeugfunktion an, welche dafür vorgesehen ist, ein Fahrzeug in Längs- und/oder Querrichtung autonom zu führen.
Das Verfahren umfasst ein Ermitteln, auf Basis von Umfelddaten bezüglich eines Umfelds des Fahrzeugs, einer Test-Steueranweisung an einen Aktuator des Fahrzeugs, um eine Fahrzeugfunktion umzusetzen, wobei die Test-Steueranweisung nicht durch den Aktuator umgesetzt wird.
Das Verfahren umfasst des Weiteren ein Simulieren, auf Basis von Umfelddaten und unter Verwendung eines Verkehrsteilnehmer-Modells bezüglich zumindest eines Verkehrsteilnehmers im Umfeld des Fahrzeugs, einer fiktiven Verkehrssituation, die vorliegen würde, wenn die Test-Steueranweisung umgesetzt worden wäre.
Das Verfahren umfasst ferner ein Bereitstellen von Testdaten in Bezug auf die fiktive Verkehrssituation. Die Fahrzeugfunktion wird hierbei zum Ermitteln der Test-Steueranweisung passiv im Fahrzeug betrieben.
Nachteilhaft an diesem Verfahren ist, dass zur Verifizierung und/oder Validierung der Fahrzeugfunktion ein tatsächlicher Betrieb des Fahrzeugs zum Ermitteln der benötigten Daten erforderlich ist.
Demzufolge besteht ein Bedarf, bestehende Verfahren und Testeinrichtungen dahingehend zu verbessern, dass sogenannte kritische Testfälle für Systeme und Systemkomponenten im hochautomatisierten Fahren in effizienter Weise ermittelt werden können und darauf aufbauend effiziente Testverfahren angegeben werden können.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein computerimplementiertes Verfahren zur Terminierung eines szenario-basierten Testprozesses eines Fahrassistenzsystems nach Patentanspruch 1, ein Computerprogramm nach Patentanspruch 14 und einen computerlesbares Speichermedium nach Patentanspruch 15.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Terminierung eines szenario-basierten Testprozesses eines Fahrassistenzsystems, wobei kritische Testfälle durch zu kritischen Fahrsituationen, beispielsweise einer Fahrzeugkollision oder einer Beinahe-Fahrzeugkollision, führenden Parameterkombinationen von spezifischen, einen metrischen Parameterraum aufspannenden Fahrsituationsparametern angegeben werden. Das Verfahren umfasst des Weiteren einen zyklischen Testprozess, der die Bestimmung kritischer Testfälle beinhaltet und zur Terminierung, also als Abbruchbedingung des Zyklus, eine Abstandsmetrik verwendet. Das Verfahren beinhaltet folgende Schritte:

• nach jeder Iteration n des Zyklus wird zumindest ein Test des Fahrerassistenzsystems durchgeführt und eine Menge kritischer Testfälle bestimmt,
• darauf aufbauend wird ein Abstand im Parameterraum zwischen einer ersten Menge der kritischen Testfälle in der Iteration n und einer zweiten Menge der kritischen Testfälle aus der Iteration n-1 oder einer zuvor definierten Menge kritischer Testfälle ermittelt und
• auf Basis der Differenz des Abstands im metrischen Raum zwischen der ersten Menge und der zweiten Menge und einer zuvor festgelegten Grenze wird der Zyklus des Testprozesses terminiert oder fortgeführt, so dass der Testprozess zyklisch wiederholt wird.

Beim Szenario-basierten Testen von Systemen und Systemkomponenten zur autonomen Führung eines Kraftfahrzeugs werden Szenarien definiert, welche als Abstraktion einer Verkehrssituation bezeichnet werden können. Ein logisches Szenario ist hierbei die Abstraktion einer Verkehrssituation mit der Straße, dem Fahrverhalten und dem umliegenden Verkehr ohne konkrete Parameterwerte.
Durch die Wahl konkreter Parameterwerte wird aus dem logischen Szenario ein konkretes Szenario. Ein solches konkretes Szenario entspricht einer jeweils einzelnen Verkehrssituation.
Eine solche Verkehrssituation bzw. ein solches Szenario ist das Cut-In-Szenario. Das Cut-In-Szenario kann als Verkehrssituation bezeichnet werden, bei welcher ein hochautomatisiertes bzw. autonomes Fahrzeug in einer vorgegebenen Fahrspur fährt und ein anderes Fahrzeug mit gegenüber dem Ego-Fahrzeug verringerter Geschwindigkeit von einer weiteren Fahrspur in die Fahrspur des Ego-Fahrzeugs in einem bestimmten Abstand einschert. Das Ego-Fahrzeug bezeichnet hier das zu testende Fahrzeug.
Die Geschwindigkeiten des Ego-Fahrzeugs und des weiteren Fahrzeugs, welches auch als Fellow-Fahrzeug bezeichnet wird, sind dabei anfangs konstant. Da die Geschwindigkeit des Ego-Fahrzeugs höher ist als die des Fellows, muss das Ego-Fahrzeug abgebremst werden, um eine Kollision der beiden Fahrzeuge zu vermeiden.
Ein Parametersatz eines Szenario kann dabei aus Szenerie-Parametern und Fahrsituationsparametern bestehen, wobei alle Parameter einen vorgegebenen Definitionsbereich aufweisen.
Im Sinne der Szenerie-Parameter können zum Beispiel Straße mit verschiedenen Fahrspurmarkierungen, verschiedene Landschaften, Kreuzungen, Kurven und Straßenbeschränkungen eine Herausforderung sein. Darüber hinaus können Fahrsituationsparameter durch die Anzahl und Art der Verkehrsteilnehmer bestimmt werden. Fahrsituationsparameter spiegeln damit bewegliche Objekte im Szenario wider, wie die Anzahl der Verkehrsteilnehmer, Art der Verkehrsteilnehmer, Anzahl Spurwechsel und / oder durchgeführte Manöver der Verkehrsteilnehmer.
Der verfahrensgemäße Testprozess beinhaltet ein erweitertes Ersatzmodellbildungsverfahren, um eine Approximation des beschriebenen Szenarios effizient angeben zu können. Das erweiterte Ersatzmodellbildungsverfahren umfasst einen Zyklus aus zumindest einer Designphase, einer Modellbildungsphase und Testphase inklusive der Bestimmung kritischer Testfälle. Nach jedem Zyklus wird erfindungsgemäß eine Abstandmetrik bestimmt. Durch die Definition einer vorgegebenen Grenze oder Schwellwert wird somit erfindungsgemäß eine Terminierung der Ersatzmodellbildung, also des Zyklus, gesteuert.
Durch die hohe Anzahl an Simulationsauswertungen ist die Identifikation kritischer Testfälle in anderen Verfahren zeitaufwändig. An dieser Stelle können Ersatzmodelle eingesetzt werden, um den Testprozess zu beschleunigen, wie von dem erfindungsgemäßen Verfahren angegeben. Ersatzmodelle sind vereinfachte mathematische Funktionen, die die Bewertung einer simulierten Testfahrt für zumindest einen gegebenen Parametersatz vorhersagen. Für die Erstellung eines Ersatzmodells werden in der Regel weniger Simulationen benötigt als für die Identifikation kritischer Testfälle durch andere Verfahren. Werden im Anschluss bei der Identifikation kritischer Testfälle keine Simulationen durchgeführt, sondern die Vorhersagen des Ersatzmodells verwendet, wird Zeit im Testprozess eingespart.
Das erfindungsgemäße Verfahren durchläuft zunächst für die Bildung des Ersatzmodells eine Designphase und eine Modellbildungsphase. Das Ersatzmodellbildungsverfahren ist durch ein Design und ein Modellierungsverfahren bestimmt.
Die Menge S ⊆ X der Punkte aus dem Definitionsbereich, für die Auswertungen durchgeführt werden, wird als Design bezeichnet. Die Elemente x ∈ S sind Designpunkte. Die Werte f(s) ∈ Y sind die zugehörigen Auswertungen des Computermodells. Es wird die Bezeichnung Computermodell verwendet, da die untersuchten Funktionen in der Ersatzmodellbildung nicht als einfache Formel geschrieben werden können und ein Computer benötigt wird, um eine Ausgabe effizient zu bestimmen. Die Auswertung von Computermodellen wird auch als Simulation bezeichnet.
Ein Design kann entweder Sequentiell oder Nicht-Sequentiell erstellt werden. In einem Nicht-Sequentiell Design werden die Designpunkte in einem Schritt gewählt. Ein Design ist sequentiell, wenn die Designpunkte nacheinander gewählt werden. Hierbei können in jedem Schritt nur ein oder mehrere neue Designpunkte gewählt werden. Sequentielle Verfahren benötigen ein Nicht-Sequentielles Startdesign. Dieses dient als Ausgangslage, um davon ausgehend neue Designpunkte zu wählen. Bei Sequentiellen Designs können Abbruchbedingungen formuliert werden, durch die nicht zu viele Designpunkte ausgewertet werden. Da Computermodelle, also Simulationen, hohe Auswertungszeiten besitzen, stellt dies einen Vorteil da. Werden nicht mehr Auswertungen durchgeführt als notwendig, beschleunigt dies die Ersatzmodellbildung. Zudem kann die Schrittweite zwischen den Schritten bzw. Iterationen der Wahl neuer Designpunkte variiert werden.
Ein Beispiel für ein Designverfahren ist das Voronoi Design. Es ist ein Sequentielles Design und benötigt ein Startdesign, um neue Punkte zu wählen. Es ist ein Sequentielles, raumfüllendes Design, so dass Bereiche identifizieren werden müssen, in denen wenige Punkte verteilt sind. Eine Beschreibung dieser Bereiche erfolgt mit dem namensgebenden Voronoi-Diagramm. Als Voronoi-Diagramm wird eine Zerlegung des Raumes in Regionen bezeichnet, die durch eine vorgegebene Menge an Punkten des Raumes, hier als Zentren bezeichnet, bestimmt werden. Jede Region wird durch genau ein Zentrum bestimmt und umfasst alle Punkte des Raumes, die in Bezug zur euklidischen Metrik näher an dem Zentrum der Region liegen als an jedem anderen Zentrum.
Eine Erweiterung des Voronoi Design ist das LOLA-Voronoi Design. Das LOLA-Voronoi Design ist sequentiell und benötigt ein Startdesign. Das Design verwendet zwei Bewertungen der bisherigen Designpunkte, um Bereiche zu identifizieren in denen neue Designpunkte gewählt werden. Eine Bewertung für die Exploration und eine Bewertung für die Exploitation.
Die Bewertung für die Exploration wird durch das bereits erwähnte Voronoi Design realisiert.
Für die Exploitation wird der LOLA Algorithmus verwendet. LOLA steht für local linear approximation (dt. lokale lineare Approximation). Der LOLA Algorithmus wählt an Stellen neue Designpunkte, an denen das System am stärksten von einer lokal linearen Approximation abweicht.
Im LOLA-Voronoi-Algorithmus werden intern die Umgebungen aller Punkte basierend auf den beiden genannten Kriterien, bewertet. Eine hohe Bewertung bedeutet, dass in der Umgebung entweder wenig Punkte sind oder, dass das System sich dort stark nichtlinear verhält. In diesen Bereichen werden im nächsten Schritt neue Punkte gewählt.
Neben dem hier vorgestellten Verfahren für die Designphase existieren viele weitere Verfahren, die nicht vollständig aufgeführt werden können, aber von dem erfindungsgemäßen Verfahren umfasst werden.
Modellbildungsverfahren bilden aus einem vorhandenen Design und die dazugehörigen Auswertungen des Computermodells / der Simulation ein Ersatzmodell.
Ein Beispielverfahren der Modellbildung ist die radiale Basisfunktion. Bei einer Modellierung mit radialen Basisfunktionen besteht das Ersatzmodell aus einer Linearkombination von Basisfunktionen. Besitzt das Design n Punkte mit Auswertungen / Simulationen besteht die Linearkombination aus n Basisfunktionen. Radiale Basisfunktionen werden häufig zur Modellierung von Computermodellen verwendet.
Auch für die Modellbildungsphase existieren verschiedene Verfahren, die nicht vollständig aufgeführt werden können, aber von dem erfindungsgemäßen Verfahren umfasst werden.
Unter der Verwendung des Ersatzmodells lassen sich Testergebnisse approximieren und insbesondere auch kritische Testfälle bestimmen.
Beim Szenario-basierten Testen autonomer Fahrfunktionen liegt ein großes Interesse im Auffinden kritischer Testfälle. Die Simulation von virtuellen Testfahrten kann viel Zeit und Rechenleistung in Anspruch nehmen. Daraus resultiert ein großes Interesse, mit möglichst wenig durchgeführten Simulationen die kritischen Testfälle so genau wie möglich zu lokalisieren. Die erfindungsgemäße Ersatzmodellbildung kann in diesem Kontext genutzt werden.
Um den zyklischen Testprozess bestehend aus Designphase, einer Modellbildungsphase und Testphase inklusive der Bestimmung kritischer Testfälle so effizient wie möglich zu Terminieren ist eine Abbruchbedingung notwendig. Ein großer Vorteil von sequentiellen Designs ist die Möglichkeit, Abbruchbedingungen zu formulieren. Der Hausdorffabstand der Mengen von kritischen Testfällen als Abstandsmetrik kann erfindungsgemäß als Abbruchbedingung genutzt werden. In einem szenario-basierten Testprozess eines Fahrassistenzsystems werden kritische Testfälle durch zu kritischen Fahrsituationen, beispielsweise einer Fahrzeugkollision oder einer Beinahe-Fahrzeugkollision, führenden Parameterkombinationen von spezifischen, einen metrischen Parameterraum aufspannenden Fahrsituationsparametern angegeben. Daher ist es relevant genau diese Parameterkombinationen zu identifizieren und in die Bildung eines Ersatzmodells zu integrieren.
Mit dem Hausdorffabstand wird ein Abstand im Parameterraum zwischen einer ersten Menge der kritischen Testfälle in der Iteration n und einer zweiten Menge der kritischen Testfälle aus der Iteration n-1 oder einer zuvor definierten Menge kritischer Testfälle ermittelt und auf Basis der Differenz des Abstands im metrischen Raum zwischen der ersten Menge und der zweiten Menge und einer zuvor festgelegten Grenze wird der Zyklus des Testprozesses terminiert oder fortgeführt.
Für den Hausdorffabstand gilt, wenn (M,d) ein metrischer Raum und A, B ⊆ M nichtleere kompakte Teilmengen sind, dann ist der Hausdorffabstand zwischen A und B: $δ (A, B) = {max {D (a, B) | a \in A}, max {D (A, b) | b \in B}}$
In einem Ersatzmodellbildungsverfahren, das ein sequentielles Design verwendet, wird mit einer zunehmenden Anzahl an Designpunkten ein besseres Ersatzmodell gebildet, so dass kritische Testfälle mit dem Ersatzmodell besser approximiert werden können. Bei einem geringen Hausdorffabstand zwischen der Menge kritischer Testfälle in der aktuellen Iteration und der Menge kritischer Testfälle aus der vorhergehend Iteration sind ausreichend viele Designpunkte vorhanden und es werden dennoch eine gute Approximation von kritischen Testfällen erzielt.
Damit kann durch das erfindungsgemäße Verfahren bei einer gleichbleibend kleinen Abstandsmetrik wie insbesondere dem Hausdorffabstand zwischen den betrachteten Mengen von kritischen Testfällen über mehrere Zyklen hinweg eine bessere Güte des Ersatzmodells festgestellt werden.
Als Grundlage für die Approximation von kritischen Testfällen können verschiedene Bewertungsfunktionen von hochautomatisierten Fahrzeugen verwendet werden. Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist das Verfahren ferner auf, dass die Bewertungsfunktion eine Sicherheits-Zielfunktion ist, welche einen numerischen Wert aufweist, der bei einem Abstand zwischen dem Kraftfahrzeug und dem weiteren Kraftfahrzeug von ≥ V_FELLOW × 0,55 einen Minimalwert aufweist, bei einer Kollision zwischen dem Kraftfahrzeug und dem weiteren Kraftfahrzeug einen Maximalwert aufweist, und bei einem Abstand zwischen dem Kraftfahrzeug und dem weiteren Kraftfahrzeug von ≤ V_FELLOW × 0,55 einen numerischen Wert aufweist, welcher größer als der Minimalwert ist.
Die Sicherheits-Zielfunktion gibt an, wie sicher die Verkehrssituation für das Ego-Fahrzeug abläuft. Sie wird folgendermaßen spezifiziert: Falls der Abstand zwischen dem Ego-Fahrzeug und dem Fellow-Fahrzeug immer größer oder gleich dem Sicherheitsabstand ist, ist der Funktionswert der Sicherheits-Zielfunktion 0.
Der Sicherheitsabstand kann als Abstand definiert werden, bei welchem in Abhängigkeit einer Geschwindigkeitsdifferenz des Ego-Fahrzeugs und des Fellow-Fahrzeugs sowie des Abstands zwischen dem Ego-Fahrzeug und dem Fellow-Fahrzeug stets eine sichere Bremsung des Ego-Fahrzeugs ohne das Auftreten einer Kollision mit dem Fellow-Fahrzeug möglich ist.
Ein solcher Abstand wird in vorliegendem Beispiel durch einen Wert in Metern definiert, der der Geschwindigkeit V_FELLOW × 0,55 entspricht.
Umso geringer der Abstand zwischen dem Ego-Fahrzeug und dem Fellow-Fahrzeug ist bzw. ab dem Unterschreiten des Sicherheitsabstands, geht der Zielfunktionswert mehr und mehr auf den Wert 1 zu. Falls eine Kollision des Ego-Fahrzeugs und des Fellow-Fahrzeugs vorliegt, ist der Abstand zwischen dem Ego-Fahrzeug und dem Fellow-Fahrzeug demzufolge kleiner oder gleich null und der Zielfunktionswert beträgt 1.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung weist das erfindungsgemäße Verfahren ferner auf, dass die Bewertungsfunktion eine Komfort-Zielfunktion oder eine Energieverbrauchs-Zielfunktion ist, welche einen numerischen Wert aufweist, der im Falle keiner Änderung der Beschleunigung des Kraftfahrzeugs einen Minimalwert aufweist, bei einer Kollision zwischen dem Kraftfahrzeug und dem weiteren Kraftfahrzeug einen Maximalwert aufweist, und bei einer Änderung der Beschleunigung des Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit des Betrags der Änderung der Beschleunigung einen numerischen Wert zwischen dem Minimalwert und dem Maximalwert aufweist.
Mithilfe der Komfort-Zielfunktion können Aussagen darüber getroffen werden, wie angenehm ein Fahrmanöver für den Fahrer des Ego-Fahrzeugs ist. Starkes Beschleunigen oder Abbremsen und häufiges Wiederholen dieser Vorgänge wird als nicht komfortabel angesehen.
Die Änderungen der Beschleunigung werden als Ruck bezeichnet. Die Fahrsituation ist umso komfortabler, je kleiner der berechnete Wert der Komfort-Zielfunktion ist. In einer weiteren Bewertungsfunktion beträgt der Spritverbrauch im Falle einer Kollision des Ego-Fahrzeugs und des Fellow-Fahrzeugs 1, d.h. der Spritverbrauch wird auf einen festgelegten Maximalwert gesetzt. Der Grund dafür ist, dass die Tankfüllung eines Fahrzeugs bei einem Unfall nicht mehr weiterverwendet werden kann.
Vor diesem Hintergrund besteht die Aufgabe der Erfindung darin, ein Verfahren anzugeben, das den Stand der Technik weiterbildet.
Figurenliste
Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung und ihrer Vorteile wird nun auf die nachfolgende Beschreibung in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen verwiesen. Nachfolgend wird die Erfindung anhand exemplarischer Ausführungsformen näher erläutert, die in den schematischen Abbildungen der Zeichnungen angegeben sind.
Es zeigen:

1 eine schematische Ansicht auf verschiedene Verkehrsszenarien mit unterschiedlichen Fahrmanöver eines Ego Fahrzeugs und variierender Anzahl an Fellow-Fahrzeugen,
2 eine schematische Ansicht die eine Grenze zwischen kritischen und nicht-kritischen Testergebnissen angibt,
3 beispielhaft für ein Designverfahren ein Voronoi Diagramm,
4 schematisch die Bestimmung eines Hausdorffabstand,
5 schematische Ansicht des bisherigen Testverfahrens mit Nutzung eines Ersatzmodells
6 schematische Ansicht des erfindungsgemäßen Testverfahrens mit Nutzung eines Ersatzmodells
7 schematische Darstellung eines Verlaufs von Hausdorffabständen über mehrere Auswertungen / Simulationen

1 zeigt eine schematische Darstellung zur erfindungsgemäßen Unterscheidung von Szenarien (S₁ bis S_n). Es können gemäß der 1 die Szenarien S₁ und S₂ vollständig abweichend sein bezogen auf der Teilmenge ihres Parametersatzes, überlappende Parameter aufweisen oder auch bezogen auf der Teilmenge ihres jeweiligen Parametersatzes gleich sein. In einem szenario-basierten Testprozess eines Fahrassistenzsystems werden kritische Testfälle durch zu kritischen Fahrsituationen, beispielsweise einer Fahrzeugkollision oder einer Beinahe-Fahrzeugkollision, führenden Parameterkombinationen von spezifischen, einen metrischen Parameterraum aufspannenden Fahrsituationsparametern angegeben. Daher müssen in einem Szenario diese Parameterkombinationen identifiziert werden.
Auf der linken Seite der 1 ist ein Szenario dargestellt, was ein Abiegemanöver zeigt und ein Ego Fahrzeug und vier Fellow Fahrzeuge aufweist. Auf der rechten Seite der 1 ist der gleiche Kreuzungsbereich gezeigt, allerdings ohne Abiegemanöver mit nur einem Ego Fahrzeug. Durch 1 werden verschiedene Szenarien gezeigt, die unterschiedliche Parameterkombinationen zulassen und auch abweichende kritische Testfälle ermöglichen.
In 2 ist beispielhaft das Cut-In-Szenario unter Verwendung der Fahrsituationsparameter V_EGO, d.h. eine Geschwindigkeit des Ego-Fahrzeugs, und auf der Hochachse V_FELLOW, d.h. die Geschwindigkeit des vorausfahrenden Fellow-Fahrzeugs gezeigt.
Die in 2 dargestellte Funktion bildet die Grenze zwischen kritischen und nicht-kritischen Testergebnissen (Krit_TF). Die dargestellten Punkte sind approximierte Testergebnisse. Alternativ können die dargestellten Punkte beispielsweise simulierte Testergebnisse sein.
Bei der dargestellten Bewertungsfunktion (BF) handelt es sich um die Sicherheits-Zielfunktion, welche einen numerischen Wert aufweist, der bei einem Sicherheitsabstand zwischen dem Kraftfahrzeug und dem weiteren Kraftfahrzeug von ≥ V_FELLOW × 0,55 einen Minimalwert aufweist, bei einer Kollision zwischen dem Kraftfahrzeug und dem weiteren Kraftfahrzeug einen Maximalwert aufweist, und bei einem Sicherheitsabstand zwischen dem Kraftfahrzeug und dem weiteren Kraftfahrzeug von ≤ V_FELLOW × 0,55 einen numerischen Wert aufweist, welcher größer als der Minimalwert ist.
Alternativ zur Sicherheits-Zielfunktion kann beispielsweise eine Komfort-Zielfunktion oder eine Effizienz-Zielfunktion approximiert werden, welche einen numerischen Wert aufweist, der im Falle keiner Änderung der Beschleunigung des Kraftfahrzeugs einen Minimalwert aufweist, bei einer Kollision zwischen dem Kraftfahrzeug und dem weiteren Kraftfahrzeug einen Maximalwert aufweist, und bei einer Änderung der Beschleunigung des Kraftfahrzeugs in Abhängigkeit des Betrags der Änderung der Beschleunigung einen numerischen Wert zwischen dem Minimalwert und dem Maximalwert aufweist.
In 3 ist beispielhaft für ein Designverfahren in der Designphase (D) ein Voronoi Diagramm dargestellt. Im Definitionsbereich X = [0,1]² sind 16 Punkte verteilt. Um jeden der Punkte ist die dazugehörige Voronoi-Zelle eingezeichnet. In Bereichen mit mehreren Designpunkten sind die Zellen kleiner. In der Abbildung ist dies in der Mitte des Definitionsbereiches sichtbar. Der Designpunkt s = (0, 0) liegt von den anderen Punkten weiter entfernt und besitzt eine größere Voronoi Zelle.
Das sequenzielle Voronoi-Design besteht aus drei Schritten:

• Approximiere die Größen der Voronoi-Zellen.
• Verteile in der größten Voronoi-Zelle zufällig Punkte als Kandidaten für neue Designpunkte.
• Wähle einen der Kandidaten und füge ihn dem Design hinzu.

Die Größen der Zellen werden um Zeit- und Rechenaufwand zu sparen im Verhältnis zur Größe des Definitionsbereiches approximiert. Dafür wird eine Anzahl an zufälligen Punkten im Definitionsbereich gewählt. Es wird für jeden zufällig gewählten Punkt der Designpunkt bestimmt, der sich am nächsten befindet.
Jedem Designpunkt wird die Anzahl an zufälligen Punkten zugeordnet, die zum Designpunkt am nächsten sind. Die Größe einer Voronoi-Zelle, die zu einem Designpunkt gehört, entspricht der Anzahl zufälliger Punkte, die dem Designpunkt am nächsten sind, geteilt durch die Gesamtanzahl zufällig gewählter Punkte.
Danach werden in der größten Voronoi-Zelle zufällig Punkte verteilt, von diesen wird der Punkt ausgewählt, dessen minimaler Abstand zu allen anderen Designpunkten am niedrigsten ist. Das Design ist auch mit einer größeren Schrittgröße umsetzbar. Wird eine Schrittgröße n_new gewählt, wird nacheinander in den n_new größten Voronoi-Zellen je ein Designpunkt gewählt.
4 zeigt eine schematische Darstellung einer Bestimmung eines Hausdorffabstandes als ein Beispiel einer Abstandsmetrik (AM) zwischen zwei Mengen. Der Hausdorffabstand zwischen Mengen an kritischen Testfällen (Krit_TF) als Abstandsmetrik (AM) kann erfindungsgemäß als Abbruchbedingung genutzt werden.
Mit dem Hausdorffabstand wird ein Abstand im Parameterraum zwischen einer ersten Menge der kritischen Testfälle (Krit_TF, tn) in der Iteration n und einer zweiten Menge der kritischen Testfälle (Krit_TF, tn-1) aus der Iteration n-1 oder einer zuvor definierten Menge kritischer Testfälle (Krit_TF) ermittelt und auf Basis der Differenz des Abstands im metrischen Raum zwischen der ersten Menge und der zweiten Menge und einer zuvor festgelegten Grenze wird der Zyklus (Z) des Testprozesses (TP) terminiert oder fortgeführt.
Für den Hausdorffabstand gilt, wenn (M,d) ein metrischer Raum und A, B ⊆ M nichtleere kompakte Teilmengen sind, dann ist der Hausdorffabstand zwischen A und B: $δ (A, B) = {max {D (a, B) | a \in A}, max {D (A, b) | b \in B}}$
In 4 ist dargestellt, wie sich der Hausdorffabstand zweier Mengen ergibt. In der Abbildung sind zwei Kompakte Teilmengen B und A abgebildet. In der Menge A ist der Punkt a ∈ A markiert, dessen Abstand D(a, B) zur Menge B maximal ist. Der Abstand ist mit einer schwarzen Linie eingezeichnet. Analog ist in B der Punkt b ∈ B mit maximalen Abstand D(A, b) gekennzeichnet. Der Hausdorffabstand von A und B ergibt sich aus (A,B) = max { D(a,B), D(A,b)},dem Maximum über beide Strecken.
5 zeigt eine schematische Ansicht des bisherigen Testverfahrens mit Nutzung eines Ersatzmodells (EM). Das Ersatzmodellbildungsverfahren (EBV) besteht in diesem Fall aus einer Designphase (D) und einer Modellbildungsphase (M). In diesen Phasen können wie bereits beschrieben verschiedene Methoden bzw. Verfahren zum Einsatz kommen. Die erwähnten Verfahren sind nicht als abschließende Auflistung zu betrachten. Ein Zyklus zwischen Design- (D) und Modellbildungsphase (M) kann 1 bis n-mal durchlaufen werden, abhängig von verwendeten Verfahren oder Abbruchkriterien. Nach der Erstellung eines Ersatzmodells (EM) durch das Ersatzmodellbildungsverfahrens (EBV) kann unter Verwendung des Ersatzmodells der Testprozess (TP) starten. Im Rahmen des Testprozesses (TP) werden Tests (T) durchgeführt und im Zuge der Identifikation kritischer Testfälle (Krit_TF) ausgewertet. Eine Rückkopplung zwischen kritischen Testfällen (krit_TF) und der Erstellung eines Ersatzmodell (EM) gibt es in bisherigen Verfahren nicht.
In 6 ist das erfindungsgemäße computerimplementierte Verfahren dargestellt. Auch hier wird wie in 6 gezeigt, ein Ersatzmodell (EM) durch ein Verfahren (EBMV) erstell inklusive einer Designphase (D) und einer Modellbildungsphase (M). Erfindungsgemäß umfasst das Ersatzmodellbildungsverfahren (EBV) aber auch den Testprozess (TP). Nach jedem Testen (T) und der Bestimmung kritischer Testfälle (Krit_TF) wird eine Terminierung (Ter) anhand einer Abstandsmetrik (AM) wie beispielsweise dem Hausdoffabstand, im Parameterraum zwischen einer ersten Menge der kritischen Testfälle (Krit_TF, tn) in der Iteration n und einer zweiten Menge der kritischen Testfälle (Krit_TF, tn-1) aus der Iteration n-1 oder einer zuvor definierten Menge kritischer Testfälle (Krit_TF) geprüft. Sollte die Bedingung einer Überschreitung und / oder Unterschreitung einer zuvor festgelegten Grenze nicht erfüllt sein, wird ein neuer Zyklus (Z) n+1 mit der Designphase (D) begonnen.
7 zeigt eine schematische Darstellung eines Verlaufs von Abstandsmetriken (AM) am Beispiel des Hausdorffabstand über mehrere Auswertungen / Simulationen hinweg. Dabei sind in 6 die Hausdorffabstände in der Hochachse gezeigt.
Bei der Betrachtung der Ersatzmodellbildungsverfahren (EBV), die ein Sequentielles Design verwenden, wird in der Regel mit zunehmender Anzahl an Designpunkten ein besseres Ersatzmodell (EM) gebildet. Jede neue Iteration erfordert aber weiteren Zeit- und Rechenaufwand.
Erfindungsgemäß kann das in dieser Patentschrift beschriebene Verfahren eine Reduzierung von Zeit- und/oder Rechenaufwänden ermöglichen.
Im erfindungsgemäßen Ersatzmodellbildungsverfahren (EBV) wird vorzugsweise in der Designphase (D) ein Sequentielles Design verwendet, wie beispielsweise LOLA-Voronoi. Das Designverfahren verwendet ein Startdesign und bestimmt in jeder Iteration neue Designpunkte. Nach jeder Iteration wird das genutzte Szenario simuliert und die jeweilige Bewertungsfunktion (BF) beispielsweise eine Sicherheits-Zielfunktion ausgewertet.
Eine Terminierung (Ter) oder Abbruchbedingung basiert auf dem Hausdorffabstand kritischer Testfälle (Krit_TF). Mit diesem wird ein sequentielles Ersatzmodellbildungsverfahren (EBV) abbrechen, wenn in einem Schritt keine oder nur geringfügige Veränderungen der Approximation kritischer Testfälle (Krit_TF) stattfinden.
Im erfindungsgemäßen computerimplementierten Verfahren werden die Hausdorffabstände zweier aufeinanderfolgender Approximationen der kritischen Testfälle (Krit_TF) betrachtet. Dies ist im ersten Durchlauf noch nicht möglich und es werden mit dem sequentiellen Design neue Punkte zu dem Design hinzugefügt. Mit der zweiten Iteration kann der paarweise Vergleich der Hausdorffabstände zwischen den Approximationen der kritischen Testfälle (Krit_TF) bestimmt werden.
7 zeigt die Entwicklung der Hausdorffabstände zwischen den Iterationen auf. Ist dieser Wert des jeweiligen Hausdorffabstandes kleiner als eine zuvor festgelegte Grenze, ist die Terminierung (Ter) oder Abbruchbedingung erfüllt. Ansonsten werden neue Designpunkte in der Designphase (D) gewählt und das Verfahren wird bis zur Terminierung (Ter) wiederholt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102017200180 A1 [0003]

Claims

Computerimplementiertes Verfahren zur Terminierung (Ter) eines szenario-basierten Testprozesses (TP) eines Fahrassistenzsystems, wobei kritische Testfälle (Krit_TF) durch zu kritischen Fahrsituationen, beispielsweise einer Fahrzeugkollision oder einer Beinahe-Fahrzeugkollision, führenden Parameterkombinationen von spezifischen, einen metrischen Parameterraum aufspannenden Fahrsituationsparametern angegeben werden, dadurch gekennzeichnet, dass der Testprozess (TP) einen Zyklus (Z) umfasst und die Bestimmung kritischer Testfälle (Krit_TF) und ihrer Parameterkombinationen beinhaltet, und zur Terminierung (Ter), also als Abbruchbedingung des Zyklus, eine Abstandsmetrik (AM) verwendet wird und das Verfahren folgende Schritte umfasst: Nach jeder Iteration n des Zyklus (Z) wird zumindest ein Test des Fahrerassistenzsystems durchgeführt und eine Menge kritischer Testfälle (Krit_TF) bestimmt, darauf aufbauend wird ein Abstand (AM) im Parameterraum zwischen einer ersten Menge der kritischen Testfälle (Krit_TF, tn) in der Iteration n und einer zweiten Menge der kritischen Testfälle (Krit_TF, tn-1) aus der Iteration n-1 oder einer zuvor definierten Menge kritischer Testfälle (Krit_TF) ermittelt und auf Basis der Differenz des Abstands (AM) im metrischen Raum zwischen der ersten Menge und der zweiten Menge oder einer zuvor festgelegten Grenze wird der Zyklus (Z) des Testprozesses (TP) terminiert oder fortgeführt, so dass der Testprozess (TP) zyklisch wiederholt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Testprozess (TP) ein erweitertes Ersatzmodellbildungsverfahren (EBV) umfasstmit einem Zyklus (Z) aus zumindest einer Designphase (D), einer Modellbildungsphase (M) und Testphase (T) inklusive der Bestimmung kritischer Testfälle (Krit_TF).
Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass Tests unter Verwendung des aktuellen Ersatzmodells (EM) aus der jeweiligen Iteration n des Zyklus (Z) durchgeführt werden.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ersatzmodell (EM) durch die Design (D)- und Modellbildungsphase (M) erzeugt wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandsmetrik (AM) zur Terminierung des erweiterten Ersatzbildungsverfahrenes (EBV) und damit des Testprozesses (TP) der Hausdorffabstand ist.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Hausdorffabstand, der Abstand zwischen zwei nicht-leeren kompakten Teilmengen in einem metrischen Raum angibt.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Unterschreitung der Differenz zwischen dem errechneten Abstand (AM) und einer zuvor festgelegten Grenze der Zyklus (Z) des Testprozesses (TP) unterbrochen und das erweiterte Ersatzmodellbildungsverfahren (EBV) terminiert wird.
Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei Überschreitung der Differenz zwischen dem errechneten Abstand (AM) und einer zuvor festgelegten Grenze der Zyklus (Z) des Testprozesses (TP) fortgesetzt wird, beginnend mit der Designphase (D).
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Güte des Ersatzmodells (EM) basierend auf einem gleichbleibend über mehrere Zyklen (Z) hinweg, kleinem Abstand zwischen den betrachteten Mengen von kritischen Testfällen (Krit_TF) bestimmt wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Verwendung eines Ersatzmodells zum Testen von Fahrerassistenzsystemen weniger Zeit- und / oder Rechenaufwände erfordert als bestehende virtuelle und / oder reale Tests.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Testprozess (TP) mit dem erweiterten Ersatzmodellbildungsverfahren (EBV) zum Approximieren von Bewertungsfunktionen (BF) von hochautomatisierten Fahrzeugen verwendet wird.
Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine Bewertungsfunktion (BF) zumindest eine Sicherheits-Zielfunktion, eine Komfort-Zielfunktion oder Effizienz-Zielfunktion umfasst.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Testprozess (TP) mit erweitertem Ersatzmodellbildungsverfahren (EBV) in einem realen Fahrversuch und/oder auf entsprechenden Prüfständen mit einem zumindest teilweise realen Fahrzeug und/oder auch vollständig virtuell durchgeführt werden kann.
Computerprogrammprodukt mit einem Computerprogramm, das Softwaremittel zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 13 umfasst, wobei das Computerprogramm auf einem Computer ausgeführt wird.
Computerlesbares Speichermedium mit einem Computerprogramm, das Befehle umfasst, die bei Ausführung durch einen Computer diesen veranlassen, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13 auszuführen.