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R157的OSC场景搭建相关笔记

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UN R157——关于自动车道保持系统（ALKS）车辆认证的统一规定

这篇笔记用于记录在对UN-R157文件——即联合国经济及社会理事会（UNCEC）关于自动车道保持系统（ALKS）的法规——建立相关OSC场景时所用到的内容。

目录：

  • 关于R157的相关介绍
  • 一个可供参考的ALKS的OSC场景的Github仓库

参考：

R157解读笔记

这部分不会将每条规定都逐字逐句解读。

注：动态驾驶任务（Dynamic Driving Task，DDT），指对车辆纵向和横向运动的控制与执行

5.系统安全与故障安全响应

5.2.5.激活中的系统为了回避碰撞的自动操作

激活的系统应该检测到碰撞风险，尤其是那些和前方或侧方的车辆的，来自前车减速、旁车切入或突然出现的障碍物的风险；也应该自动进行适当的操作，以最大程度减少乘员与其他道路使用者面临的安全风险。

1.激活的系统应回避和（在其最大性能范围内）制动的前车的碰撞，只要该车切入后还没有侵入ALKS根据现车速计算出的最小跟车距离。

2.激活的系统应回避和正在切入的车辆的碰撞：

  1. 如果切入车辆保持其纵向速度低于ALKS车辆
  2. 如果切入车辆持续了0.72秒以上的可见的横向移动（在抵达下文所述的跨线碰撞时间TTCLaneIntrusion参考点前）
  3. 当两车头尾距离计算出的碰撞时间（两车头尾距离÷相对速度）符合下述计算时：
    • 跨线碰撞时间＞相对速度/(2∙×6m/s^2)+0.35秒
      • 跨线碰撞时间，即为切入车前轮外侧边缘超过车道线0.3米时计算出的碰撞时间

3.激活的系统应回避和无遮挡的行人的碰撞。

4.在未在上述列出的特殊条件下，ALKS可能无法满足动态驾驶任务的要求，但不得因此停用或更换控制策略。

附件3：交通干扰关键场景（性能模型）

关键场景，指ALKS可能无法避免碰撞的情况。

这里使用了2种性能模型来确定场景中的碰撞是否时可以避免的。

性能模型1 感知模型

附件5：行车测试（track testing）

测试场景

下文为对原文4.测试场景的精简总结，并适当扩展以提高仿真测试要求。

注：
前车指测试车当前车道的前方车辆；
其他车指其他车道上的车辆；
ALKS车辆即为测试本车；
执行变道（LCM）是进行变道（LCP）的一部分，后者除了实际执行变道操作之外，还有检测目标、开启转向灯等一系列操作。

  • 车道保持
    • 要求ALKS车辆不离开车道，在系统规定的前进/转弯速度范围内平稳行驶
    • 以下为各类情况细则：
      • 60km/h的速度运行5分钟 或 在足够长的道路上以高于60km/h的速度行驶一段时间
      • 客车/摩托车作为前车和其他车
      • 前车在车道中左右偏移
      • 其他车贴近侧面行驶
  • 避免碰撞
    • 要求ALKS车辆直到系统规定最大速度为止都不会和各种障碍物相撞
    • 以下为各类情况细则：
      • 使用静止的客车/摩托车/行人/阻塞车道作为障碍物
      • 当ALKS车辆速度达到60km/h时，有行人以5km/h的速度横穿道路
      • 一或多种障碍物会部分或完全阻塞车道，且数量和种类不定
      • 在弯道等特殊路段
  • 跟随前车
    • 要求ALKS车辆能保持和恢复与前车的安全距离，且能回避与全力减速的前车相撞
    • 以下为各类情况细则：
      • 使用速度变化或恒定（真实数据）的客车/摩托车作为前车
      • 在直道/弯道等各种路段
      • 前车在车道中左右偏移
      • 前车在至少6m/s^2的减速度下直到停止
  • 其他车切入
    • 要求ALKS车辆能避免与切入当前车道的其他车相撞，情况逐渐极端直到达到关键点
    • 切入操作的关键点应由下述内容共同决定：
      • 碰撞时间（Time to Collision/TTC，指两车前后距离除以相对速度的时间）；切入车尾端和本车前端的纵向距离；切入车横向速度；切入车纵向运动
      • 细则可见上文5.2.5.节的解读
    • 以下为各类情况细则：
      • 切入时不同的碰撞时间、距离和相对速度值，包括可避免的和不可避免的碰撞（下文有更详细的参数预设）
      • 切入车以固定的纵向速度、加/减速度行驶
      • 切入时不同的横向速度、加/减速度
      • 使用客车/摩托车作为切入车
  • 前车切出后的静止障碍物
    • 要求ALKS车辆能够在前车离开车道后避免与之后的静止障碍物相撞（类似上文“避免碰撞”）
      • 使用静止的客车/摩托车/行人/阻塞车道作为障碍物
      • 一或多种障碍物会阻塞车道，且数量和种类不定
  • 视野测试
    • 要求ALKS能检测到：
      • 前方区域（到其声明的探测范围）中的道路使用者
      • 侧方区域（至少到相邻车道的完整宽度范围）中的车辆
    • 如果ALKS能进行变道，则还要求其能以7.1.节（见上文7.1.节的解读）中的各项要求检测到：
      • 前方、侧方和后方的车辆（及其方向指示器状态，如果可以的话）
    • 以下为各个方向探测要求细则：
      • 前方：
        • 接近中的两侧相邻车道外侧边缘的摩托车/（静止的）行人
        • 接近中的本车道内的静止的摩托车/行人
        • （如果能进行变道）接近中的从中心线起算的变道方向9米的前方探测范围内的摩托车
      • 侧方：
        • 接近中的两侧相邻车道的摩托车
        • （如果能进行变道）接近中的从中心线起算的变道方向9米的侧方探测范围内的摩托车
      • 后方（如果能进行变道）：
        • 接近中的从中心线起算的变道方向9米的后方探测范围内的摩托车
    • 关于方向指示器状态检测
      • 如果有该功能，应声明其能检测到其他车方向指示器状态的范围
      • 以下为各类情况细则：
        • 在随机位置被激活的方向指示器
        • 装有方向指示器的不同类型的车辆
  • 变道
    • 要求ALKS车辆在进行变道期间不会对乘员和其他道路使用者造成威胁，并能在开始执行变道之前评估周边情况
    • 以下为各类情况细则：
      • 让一些不同种类的车辆（包括摩托车）从后方接近
      • 正常执行变道
      • 有车辆从后方接近而不能正常执行变道
      • 后方相邻车道有同速车辆而不能变道
      • 相邻车道有车辆而不能变道
      • 在最小风险策略期间可以执行变道
        • 最小风险策略（Mininum Risk Manoeuvre，MRM），指出现紧急情况，ALKS在等待驾驶员接手控制权期间，自行执行降低风险的措施
      • 让一辆车移动向变道目标位置，迫使ALSK车辆做出反应避免相撞
  • 避免因可通行物体产生紧急策略
    • 要求ALKS车辆不会因为路上有可通行物体（如窨井盖或小树枝）而进行大于5m/s^2的减速的紧急策略
      • 紧急策略（Emergency Manoeuvre，EM），指系统为了回避碰撞而自动进行的操作
    • 以下为各类情况细则：
      • 没有前车
      • 以客车/摩托车作为前车

附录1：测试难度指导

根据附件3的性能模型1，给出了对三种场景（前车切入、前车切出后静止的障碍物、前车制动）困难程度参数设置的参考。

共有三种难度标准：

  • 可避免的：制动加速度 ＜ 5 m/s^2
  • 困难的：5 m/s^2 ＜ 制动加速度 ＜ 7.2 m/s^2
  • 不可避免的：7.2 m/s^2 ＜ 制动加速度

关于“其他车切入”的场景仿真参数预设1

【废案】这套参数并非对不同困难程度的测试，而是对ALKS能否正常工作的测试，可见5.2.5.项的表述。

因为“其他车切入”场景对于性能模型测试的参数有一定的指定，在此简单介绍一个OSC参数预设。

已知条件：
1.前车在切入前需进行至少0.72秒的横向移动
2.“不可避免的碰撞”场景意味着7.6m/s^2及以上的制动加速度才能回避掉（此条为验证条件）
3.碰撞时间临界点（下称临界时间）计算公式：相对速度/(2∙×6m/s^2)+0.35秒；当前车前轮外沿过线0.3m（下称参考点）时开始计算碰撞时间，并和临界时间对比，小于临界时间即为“不可避免的碰撞”

分析：
可知本车需要观察到前车经过0.72秒的横移，并抵达参考点时，才会将其判定为正在切入并进行减速回避。
于是进行极端假设，这些假设可以修改以符合泛化要求。

假设条件：
1.相对速度直到前车开始变道为止都是2m/s
2.前车将从自己的车道中央，横向移动耗时0.72秒抵达参考点
3.每条车道宽4米，每条车道线宽0.15米（两者重合），本车宽1.8米，前车宽2米
4.所有车都将瞬间抵达对应加速度，全程速度恒定

推导：
1.由临界时间公式得，临界时间与相对速度直接相关。因此在相对速度确定为2m/s的情况下，可以直接计算出临界时间，其为2/12+0.35=0.517（秒）。但这个时间很难被OSC直接使用，所以：
2.在时间和相对速度都确定的情况下，我们可以推出临界时间的两车距离，其为0.517*2=1.02（米）。但想利用这一距离依然相对困难，此刻前车正在动态中，并刚好抵达了参考点，所以我们需要模拟出前车切入的全过程：
3.1.前车在0.72秒内从自身车道中心线侧向偏移到了参考点。由假设条件可以推出，这段横向移动距离为：车轮到车道边缘的距离（车道宽的一半-车宽的一半）+车道线宽的一半+0.3米，即0.75+0.075+0.3=1.125（米）。而一个完整的变道过程，前车需要横向移动一个车道宽的距离，即3.5米。接着推导耗时：
3.2.前车在移动到参考点时刚好耗时0.72秒，假设这段横向移动的加速瞬间完成，并保持速度恒定，可以等比推出变道总耗时为2.24秒。
4.前车在移动到参考点时，同时因为相对速度，而缩短了和本车的距离。这个距离为0.72*2=1.44（米），将其加入到临界时间的两车距离上，就可以得到前车应该在距离为2.46米时开始变道。

至此，我们可以得到所有仿真所需要的数据。

关于“其他车切入”的场景仿真参数预设2

这个参数预设使用了附件3和对应附录1（在附件5中）的参数设计。

附件6：公共道路测试（public road testing）

公共道路测试要求ALKS车辆能在实际道路上通过指定测试，并列出了一部分需要进行的测试细则。

以下是需要出现的要素：

  • 运行设计域外的情况（要求ALKS不启动）
    • 不合适的高速公路上/城市环境中/不合适的时间天气中
  • 不违反交通规则
    • 有速度限制/速度限制在60kms^-1反复变化
    • 接触需要系统反应的指示牌（至少不同的3种）
    • 和前车保持足够的距离
    • 不穿过禁止变道的实线
  • 道路情景
    • 隧道/高速公路尽头/作业区/收费站/封闭车道
    • 接近的紧急服务车辆（救护车/警车/消防车等）
    • 环境条件变化
  • 对其他道路使用者
    • 前车的加减速
    • 摩托车/重型卡车作为前车
    • 在道路入口/出口与其他车辆合流（自由流动/轻度拥堵/重度拥堵 至少重复10次）
    • ALKS车辆与前车距离不足时，有车辆强行插入
    • 有车切出（例如在高速出口）
    • ALKS车辆以不同的初速度接近停停走走的交通流（至少10种情况）
  • 车道保持
    • 不同曲率的弯道
    • 有另一辆车靠近行驶
  • 执行变道
    • 向相邻车道（周围有无交通情况）
    • 在高速公路入口合流
    • 在道路出口合流（自由流动/轻度拥堵/重度拥堵 至少重复5次）

OSC-ALKS-scenarios——为R157设计的OSC场景仓库

这是Github上的一个针对R157文件的附件5的4.1到4.6节所建的OSC场景文件仓库。其中包括了下述内容：

  • 共计15个测试场景，和对应的15个变体场景（xosc文件）
    • 这些场景使用的6个测试场地（xodr文件）
  • 提供给esmini和openPASS的可视化脚本

注意：该仓库使用OSC1.1和ODR1.7来构建场景。

OSC场景列表

可以对照上文附件5中的要求查看。

  • 4.1_1 自由行驶
  • 4.1_2 前车左右偏移
  • 4.1_3 临车贴近行驶
  • 4.2_1 车道被障碍物全部占据
  • 4.2_2 车道被障碍物部分占据
  • 4.2_3 行人横穿
  • 4.2_4 车道被多种障碍物占据
  • 4.3_1 跟随前车（无状况）
  • 4.3_2 跟随前车（紧急刹车）
  • 4.4_1 无碰撞切入
  • 4.4_2 不可避免碰撞切入
  • 4.5_1 车道被障碍物全部占据时前车切出
  • 4.5_2 车道被多种障碍物占据时前车切出
  • 4.6_1 前方探测范围
  • 4.6_2 侧方探测范围