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原文传递高速公路巡航系统预期功能安全分析与测试评价

论文题名：	高速公路巡航系统预期功能安全分析与测试评价
关键词：	汽车自动驾驶系统;高速公路巡航系统;预期功能安全;场景生成;评价体系
摘要：	交通事故是造成全球人员伤亡的主要原因之一，随着自动驾驶技术的广泛应用，交通事故的数量显著降低，但也出现因自动驾驶系统功能不足引起的预期功能安全问题，如何保证自动驾驶系统的预期功能安全是自动驾驶系统发展的难题之一。　　2021 年 1 月联合国欧洲经济委员会发布全球首个针对 L3 级别自动驾驶系统-自动车道保持系统（Automated Lane Keeping Systems，ALKS）的法规UN-R157，提出开发高级自动驾驶系统的设计要求，本文的研究对象为高速公路巡航系统（Highway Pilot， HWP），是ALKS系统的一个子系统。　　（1）HWP系统预期功能安全分析，包含HWP系统相关项定义，运行设计条件定义，构建HWP系统初始架构，作为HWP系统预期功能安全分析的理论基础。根据危害与可操作性分析（Hazard and operability analysis，HAZOP）方法的引导词推导HWP系统可能发生的危险行为，基于预期功能安全标准ISO 21448提出的预期功能安全分析流程，对HWP系统进行危害分析与风险评估，识别与预期功能安全相关、风险不可被接受的危险事件，以一个危险事件做因果树分析方法的顶事件，依据HWP系统架构逐层细化识别HWP系统的性能局限与触发条件。　　（2）生成 HWP 系统典型高速公路/城市快速路直道切入逻辑场景。首先基于专家经验构建HWP系统典型高速公路/城市快速路直道切入功能场景与抽象场景，并定义切入（Cut-in）场景关键时刻与场景要素，使用无人机采集符合HWP系统运行设计条件的中国驾驶员车辆视频数据，对视频数据处理后生成中国高速公路及快速路拥堵场景的航测数据（Aerial Dataset for China Congested Highway amp; Expressway，AD4CHE），并使用基于规则的场景提取方法从航测数据集中提取切入场景，提取HWP系统逻辑场景中场景要素的取值范围、拟合场景要素间的变化趋势，结合触发条件生成HWP系统典型高速公路/城市快速路直道切入逻辑场景。　　（3）HWP系统的预期功能安全测试。基于逻辑场景中场景要素取值范围、场景要素间的拟合关系，离散化场景要素取值范围生成具体场景。基于触发条件与封闭场地测试方法，设计封闭场地测试用例、HWP系统预期功能安全试验流程，完成HWP系统预期功能安全测试。　　（4）量化评价HWP系统的预期功能安全。基于ALKS系统设计准则与HWP系统的相关项定义，提取HWP系统预期功能安全评价维度，构建量化评价体系框架；基于国内外文献对操作安全评估指标进行总结、分类，基于操作安全评估指标的物理公式与使用条件，完成量化评价体系；从 AD4CHE 数据集中提取与封闭场地测试用例中主车与目标车相同速度区间的切入场景，计算操作安全评估指标结果，使用线性拟合方法生成触发条件与操作安全评估指标的拟合曲线，对比中国驾驶员与HWP系统在典型高速公路/城市快速路直道切入测试用例下的安全性，判断 HWP 系统应对切入场景的好坏。　　本文对高级别自动驾驶系统的预期功能安全分析、生成典型测试场景、量化评价自动驾驶系统预期功能安全有一定支持作用。
作者：	杜昕一
专业：	机械工程
导师：	李学飞
授予学位：	硕士
授予学位单位：	吉林大学
学位年度：	2023