全面評估性能和安全注意事項對于成功部署至關(guān)重要

隨著無線通信技術(shù)為運輸領(lǐng)域內(nèi)無限可能性打開了大門，制造商必須考慮驗證測試如何幫助確保互聯(lián)和自動車輛的安全性和性能。隨著這些車輛和零部件背后的技術(shù)的擴展和發(fā)展，它的發(fā)展速度如此之快，比標準的變化更快。這意味著制造商和開發(fā)人員將不會總是有嚴格的標準或要求。但是，至關(guān)重要的是要確保自動和連接的車輛及其組件的安全性和性能。

在缺乏牢固的既定標準的情況下，制造商和設計師只能靠自己來應對這個新行業(yè)。但是，即使沒有法規(guī)要求，也可以將多種考慮因素，指導原則和認證應用于汽車行業(yè)的這一新領(lǐng)域。

自動駕駛汽車概述

自動化車輛是一種能夠監(jiān)視其環(huán)境并對其環(huán)境做出反應而無需駕駛員或乘客輸入或指示的車輛。國際汽車工程師協(xié)會（SAE）已將車輛自動化分為6個級別，范圍從0到5，如表1所示。

級別分類定義
0無自動化零自治；駕駛員執(zhí)行所有駕駛?cè)蝿铡?br /> 1駕駛員輔助車輛由駕駛員控制，但某些駕駛輔助功能可能會包含在車輛設計中。
2部分自動化車輛具有諸如加速或轉(zhuǎn)向之類的自動化功能，但是駕駛員必須始終保持駕駛和監(jiān)視環(huán)境的任務。
3條件自動化驅(qū)動程序是必需的，但對于監(jiān)視環(huán)境不是必需的。駕駛員必須時刻準備著隨時控制車輛。
4 High Automation Vehicle能夠在特定條件下執(zhí)行所有駕駛功能。駕駛員可以選擇控制車輛。
5全自動車輛能夠在所有條件下執(zhí)行所有駕駛功能。駕駛員可以選擇控制車輛。

根據(jù)全國立法會議的數(shù)據(jù)，美國近一半的州和哥倫比亞特區(qū)都采用了某種形式的自動駕駛立法。此外，五名州長已發(fā)布行政命令，鼓勵在道路上測試自動駕駛汽車。美國運輸部國家公路交通和安全管理局（NHTSA）制定了9個單獨的測試程序草案，并于2019年發(fā)布以征詢公眾意見（對該草案的評論應于2020年3月發(fā)布）。

注意事項

由于沒有針對自動駕駛汽車和互聯(lián)汽車的聯(lián)邦法規(guī)要求，制造商需要能夠制定自己的計劃，以確保自動化技術(shù)的安全性和性能。這包括確保滿足州一級的所有測試要求，并進行常規(guī)檢查以確保車輛及其組件與其他車輛以及日常生活中使用的無線技術(shù)（例如手機，藍牙）交互時的功能 ，WiFi等）。在開發(fā)和實施測試時，需要考慮多個注意事項。



測試環(huán)境



在測試自動駕駛汽車時，OEM應該考慮多種測試環(huán)境的選擇。每種環(huán)境類型都有其自身的優(yōu)點和缺點。最徹底的測試計劃將集成多個環(huán)境，以獲得可靠的數(shù)據(jù)和結(jié)果。

實驗室內(nèi)測試允許對零部件和整車進行電氣安全性，無線互操作性，功能性，連接性，環(huán)境條件和整體性能的評估。這些設置允許專家以高度受控的方式對設備進行嚴格的測試。

道路測試允許在現(xiàn)實條件下對車輛和各種零件進行測試，使它們經(jīng)受天氣，地理，光明或黑暗，道路條件，基礎設施等因素的考驗。這些現(xiàn)實世界的分析對于評估長期的安全性和性能非常有價值，可以提供產(chǎn)品壽命和功能的逼真視圖。

試車場分析也可以用于評估汽車和/或其在道路上的零部件，但要處于可預測的受控環(huán)境中。這種類型的評估不僅可以以受控方式進行道路測試，而且還可以考慮實際條件下可能遇到的特定變量，例如直射陽光，天氣條件，隧道，坡道，速度變化，交通信號燈和其他潛在的障礙。

通過結(jié)合使用這些方法，評估可以提供性能和安全性的更完整描述。例如，在最初的試驗場測試之后，可以將車輛或零部件帶到實驗室并進行嚴格的耐久性測試。然后可以進行后續(xù)的試驗場測試，以充分了解耐久性測試如何影響產(chǎn)品的性能。加速壓力測試和故障模式驗證測試尤其有價值。

激光雷達和雷達

在測試自動化系統(tǒng)和汽車的整體性能時，制造商必須評估各種傳感技術(shù)，其中最常見的兩項是雷達和激光雷達。激光雷達系統(tǒng)可以產(chǎn)生對自動駕駛汽車的算法非常有益的數(shù)據(jù)，但是耐久性挑戰(zhàn)可能會導致分辨率降低，性能下降或在某些惡劣條件下傳感器故障。加速壓力測試提供了一種可重復的方法，可以提高設計的堅固性并消除這些問題。

加速應力測試通過將樣品置于不同級別的多個應力源（同時施加）來確定失效模式。它模擬現(xiàn)實生活中的條件以及其他和升高的條件，以收集有助于確保產(chǎn)品壽命，功能和可靠性的數(shù)據(jù)。加速應力測試，失效模式驗證的一種形式將樣品或原型暴露于一組放大的環(huán)境和/或應力下，以產(chǎn)生多個獨特的失效模式，其順序和分布。傳感器可以在現(xiàn)場輕松測試，發(fā)送到實驗室以加速壓力，然后返回現(xiàn)場進行性能評估。隨著時間的推移，這可以產(chǎn)生有關(guān)激光雷達系統(tǒng)的耐用性和準確性的有價值的信息，并且可以包括第三方故障分析以幫助改進傳感器設計。

雷達探測物體的能力取決于物品的大小，形狀和材料成分。除非已采取措施降低能見度（認為是隱形技術(shù)），否則大多數(shù)物體對雷達系統(tǒng)都是可見的，但這通常不是自動駕駛汽車必須解決的問題。無線電波從物體上反彈使得可見性成為可能。因此，如果物體太薄，對雷達頻率透明或不導電，則它們可能未被發(fā)現(xiàn)或被錯誤識別。當高程發(fā)生變化時，例如入口和出口坡道，或者當?shù)缆肪哂卸盖偷膹澋罆r，雷達系統(tǒng)也可能難以檢測物體，這是因為物體具有獨特的幾何形狀（平坦的拖車，軸距很遠）?？梢栽跍y試軌道上重新創(chuàng)建這些方案或“極端情況”，以進行可重復的系統(tǒng)評估。

某些價格較低的激光雷達系統(tǒng)可能會顯示較差的質(zhì)量范圍和/或分辨率，從而使系統(tǒng)花費較少的時間和信息來解釋周圍的環(huán)境。車輛以0.5 g的速度減速時，以70 mph的速度從100 mph處完全停止需要大約100米，因此激光雷達系統(tǒng)需要準確地檢測到接近兩倍的物體才能安全地做出反應。如果您的車輛是為低速環(huán)境設計的，則由于安全停車距離要短得多，因此可能不需要擴大行駛距離。但是，低速環(huán)境通常較難駕馭，路口復雜，行人多，并且要檢測和跟蹤的物體數(shù)量增加，其中許多物體遠小于車輛。具有不同大小和反射率的各種目標的不同激光雷達系統(tǒng)的基準測試可以幫助進行激光雷達選擇過程，就像在道路上進行現(xiàn)場測試一樣。

光照條件

大多數(shù)自動駕駛汽車都采用攝像頭，因為它們可以為物體檢測提供強大的解決方案。但是，攝像機在良好的照明條件下性能最佳，并且在存在明顯的照明對比度或車輛從一種照明條件轉(zhuǎn)換到另一種照明條件時，可靠性較低。像人眼一樣，相機無法立即將亮度從非常明亮調(diào)整為非常暗（反之亦然），并且可能難以區(qū)分相似對比度的物體。因此，例如，當車輛在白天從隧道出來時，從黑暗轉(zhuǎn)向光亮時，相機可能無法正常工作。

重要的是要考慮到自動車輛在常規(guī)操作期間會遇到的光照條件的變化。在這些不同的邊緣情況下，將需要進行廣泛的軌道測試，以確保最佳的照相功能。其他的道路測試可以用來驗證算法識別物體的能力。用于檢測黑暗中行人的紅外攝像機也可以使用帶有熱網(wǎng)狀服裝并散發(fā)出熱信號的測試假人進行評估。攝像頭還應在實驗室中進行廣泛的性能測試，以確保其質(zhì)量，無論是作為獨立設備還是作為車輛視覺系統(tǒng)中的集成組件。

作為附帶說明，還應考慮天氣條件，例如照相機在雨滴或雪在鏡頭上的情況下如何工作。

GPS系統(tǒng)

大多數(shù)自動和聯(lián)網(wǎng)的車輛將采用GPS系統(tǒng)。但是，諸如日光耀斑，隧道，建筑物，峽谷或僅僅是接收之類的地理因素會影響GPS信號的連接和接收。這意味著車輛需要能夠依靠最后一個已知GPS位置的航位推測導航作為后備。最簡單的航位推算算法可能只使用車輪速度和轉(zhuǎn)向角，而其他算法可能還使用羅盤，慣性測量單元（IMU）或其他高級傳感器來嘗試減少位置誤差。

重要的是要測試其他傳感器和算法，并使用數(shù)據(jù)采集硬件和實時運動學（RTK）系統(tǒng)來跟蹤這些情況下的真實車輛位置與假定位置。

互通性

通過各種連接的組件和自動化功能，至關(guān)重要的是確保它們在車輛內(nèi)以及與車外組件之間的互操作性，以確保安全和性能。聯(lián)網(wǎng)汽車依賴于交換，共享和解釋數(shù)據(jù)的設備和組件?；ゲ僮餍源_保這些設備和組件可以在車輛內(nèi)形成一個集成的生態(tài)系統(tǒng)，彼此無縫通信。

在聯(lián)網(wǎng)汽車中，互操作性測試應考慮其他設備，訪問控制，默認和/或硬編碼憑據(jù)，舊版固件更新，文本數(shù)據(jù)傳輸/存儲以及不需要的開放端口。測試組件的互操作性可確保它們將以安全的方式一起工作，而不會影響性能?？梢允褂美盟膫€階段的“計劃，執(zhí)行，檢查，執(zhí)行”（PDCA）系統(tǒng)的信息安全管理系統(tǒng)來測試互操作性，如下所示：

-計劃：此階段涉及確定產(chǎn)品和系統(tǒng)的改進機會。評估當前流程并找出失敗的原因，將使您能夠制定一項行動計劃，該計劃可在需要時實施。

-執(zhí)行：在流程的這個階段，是時候?qū)嵤┮汛_定的改進，收集分析和數(shù)據(jù)以及記錄問題和故障了。保留所有信息以備將來使用非常重要。

-檢查：在“檢查”階段，必須檢查和分析前一階段的任何結(jié)果。分析完成之后，就該確定是否進行了必要的改進。如果不是，請返回“計劃”和“執(zhí)行”階段，直到實施了所需的改進。與其他步驟一樣，文檔也很重要。

-行動：根據(jù)先前階段的觀察和失敗，現(xiàn)在是時候?qū)Σ黄鹱饔玫牡胤竭M行更改，并繼續(xù)這樣做。從此階段開始，繼續(xù)重申P(guān)DCA流程很重要。

測試互操作性的最有效方法之一是將產(chǎn)品放置在模擬環(huán)境中，以檢查問題以及系統(tǒng)中其他設備或組件如何相互影響。公路或試驗場測試可能是確定互操作性的有效工具。此外，軟件測試是互操作性的重要組成部分，因為它使用手動和模擬測試過程來驗證產(chǎn)品是否滿足所有功能，性能，安全性和質(zhì)量要求。這將包括測試計劃，模擬和分析。

網(wǎng)絡安全

-必須評估所有連接的設備是否存在網(wǎng)絡安全問題，并且連接的車輛也不例外。必須評估組件的安全漏洞，缺陷補救和修補，不安全（未加密）的通信以及惡意軟件感染。制造商可以通過多種方法來減輕連接設備的網(wǎng)絡安全風險：

-開發(fā)和/或使用經(jīng)過正確配置的認證產(chǎn)品。這樣做可以幫助解決惡意內(nèi)部人員，錯誤代碼，僵尸網(wǎng)絡和潛在勒索軟件的問題。這還將有助于在產(chǎn)品開發(fā)周期的早期識別安全缺陷，從而在以后減少緩解成本并建立產(chǎn)品聲譽。

-獲得信息安全管理系統(tǒng)認證。使用ISO / IEC 27001中概述的四個階段的“計劃，執(zhí)行，檢查，采取行動”過程，以減少與信息被盜或被黑以及內(nèi)部惡意軟件有關(guān)的風險。信息安全管理系統(tǒng)可以通過將風險管理過程應用于過程，信息系統(tǒng)和控件的設計來保留信息的機密性，完整性和可用性。

-采用威脅風險評估，漏洞評估和滲透測試。威脅風險評估可以指出薄弱環(huán)節(jié)和安全控制，然后可以使用它們來建立修復程序。漏洞評估可以識別潛在漏洞并提供改進建議。滲透測試可以說明如何利用漏洞。這三個步驟可以一起進行，也可以分別進行，具體取決于各個組件的需求。

-進行供應鏈保證評估和認證。供應鏈中一個受損的鏈接可能會影響許多組織，這些攻擊正變得越來越主流，并且有望繼續(xù)。在供應鏈中運行保證評估和認證流程可以幫助確保產(chǎn)品安全并防止不良代碼和軟件問題。

通訊技術(shù)

對于行駛中的車輛，通信將一直是關(guān)注的焦點。汽車不僅需要相互交互，而且將越來越需要與基礎設施和其他智能設備進行交互。專用短程通信（DSRC）是一種無線技術(shù)，允許汽車進行此通信。

DSRC監(jiān)管要求來自多種來源，包括聯(lián)邦通信委員會（FCC），美國運輸部（DOT），聯(lián)邦信息處理標準（FIPS），電氣電子工程師協(xié)會（IEEE）和驗證OEM指定的測試。這些規(guī)范涉及無線通信的許多不同方面，包括（但不限于）：

車載環(huán)境中的無線訪問
車載系統(tǒng)
V2X安全通訊
無線電接收范圍
車載單元評估：
-連接器測試和驗證
-電子電器元件
-通用汽車電子設備
網(wǎng)絡安全

DSRC測試包括對組件的實驗室測試，以確保它們的互操作性，連接性，安全性，性能和電氣安全性。在道路上或試驗場上進行的實際測試還可以評估車輛中的組件，并在其預期環(huán)境中運行并與路邊單元（RSU）建立通信時測試它們之間的相互作用。

結(jié)論

隨著汽車行業(yè)正面臨著真正的變革時代，令人難以想象的是，不僅要想象自動駕駛和聯(lián)網(wǎng)汽車的可能性，還要想象風險。沒有明確的標準和法規(guī)要求，對這些汽車及其部件的測試進行導航可能會造成混亂。但是，在實驗室和現(xiàn)場進行測試可以作為一個很好的起點。此外，及時了解行業(yè)內(nèi)的發(fā)展至關(guān)重要。隨著技術(shù)的發(fā)展，標準將開始遵循，因此重要的是要保持對提議和批準的法規(guī)和變更的了解。通過培訓和準備工作，可以確保自動和聯(lián)網(wǎng)車輛的安全性和性能，從而幫助開發(fā)未來的運輸。

關(guān)于作者

拉爾夫·白金漢（Ralph Buckingham）是Intertek聯(lián)網(wǎng)和自主技術(shù)的總監(jiān)，還管理美國移動性試驗中心的日常運營要求。他參加了各種標準開發(fā)委員會，為遠程信息處理，互聯(lián)汽車和自動駕駛汽車測試程序的發(fā)展做出了貢獻。