评估自动驾驶(AD)策略性能的关键指标

以下是针对自动驾驶(AD)策略性能评测指标的详细解读,结合其物理意义与工程价值:


核心评测指标分类与含义

1. 安全性指标(Safety)
  • 动态碰撞率(Dynamic Collision Ratio, DCR)
    定义 :自动驾驶车辆与动态障碍物(如其他车辆、行人)发生碰撞的频率。
    意义:反映策略在动态交通环境中的实时避障能力,例如对切入车辆的响应、路口博弈决策的可靠性。DCR过高可能表明感知延迟或轨迹规划存在缺陷。

  • 静态碰撞率(Static Collision Rate, SCR)
    定义 :自动驾驶车辆与静态障碍物(如路缘石、隔离墩、违停车辆)发生碰撞的频率。
    意义:衡量静态环境感知精度(如车道线识别、障碍物分类)和路径规划保守性。SCR异常可能暴露地图依赖性或定位漂移问题。

  • 总碰撞率(Collision Ratio, CR = DCR + SCR)
    综合作用 :直接量化策略的基础安全性,是核心否决性指标(CR过高则系统不可用)。


2. 轨迹一致性指标(Trajectory Fidelity)
  • 位置偏离率(Positional Deviation Ratio, PDR)
    定义 :自动驾驶车辆实际轨迹与专家轨迹(人类驾驶员参考路径)的横向位置偏差(单位:米/公里)。
    意义:评估路径跟踪能力,例如弯道切线的平滑度、车道居中精度。高PDR可能导致压线或侵入相邻车道。

  • 航向偏离率(Heading Deviation Ratio, HDR)
    定义 :车辆前进方向与专家轨迹的航向角偏差(单位:度/公里)。
    意义:反映转向控制的拟人化水平,例如变道时的转向速率、弯道中的方向盘微调。高HDR可能引发乘客晕动症。

  • 总偏离率(Deviation Ratio, DR = PDR + HDR)
    综合作用 :量化策略与人类驾驶习惯的一致性,直接影响用户对系统拟人化程度的感知。

  • 平均偏离距离(Average Deviation Distance, ADD)
    定义 :在未发生碰撞或严重偏离前,车辆轨迹与专家轨迹的最小平均距离。
    意义:动态衡量短期轨迹跟踪质量,例如紧急避障时的路径优化能力。ADD越小,说明策略对参考轨迹的跟随越紧密。


3. 舒适性指标(Comfort)
  • 纵向急动度(Longitudinal Jerk)
    定义 :车辆纵向加速度的变化率(单位:m/s³),反映油门/刹车的平顺性。
    意义:急加速或急刹车会导致纵向急动度升高,影响乘客舒适度。例如,频繁的"点头式"制动会显著降低评分。

  • 横向急动度(Lateral Jerk)
    定义 :车辆横向加速度的变化率(单位:m/s³),反映方向盘转向的平顺性。
    意义:急转向或方向修正过于频繁会增大横向急动度,例如S形车道保持会引发此问题。


指标关联性与工程启示

  1. 安全性与轨迹一致性间的权衡

    • 过度追求低DR(严格跟随专家轨迹)可能导致CR上升(例如为躲避障碍物需临时偏离车道)。
    • 工程中需通过代价函数(Cost Function)动态平衡两者,例如在拥堵场景中适当放宽DR以优先避撞。
  2. 舒适性指标的敏感性

    • 人类对横向急动度的感知阈值(约0.5 m/s³)低于纵向急动度(约1.2 m/s³),因此横向控制算法需更精细化。
  3. ADD的预警价值

    • ADD的突变可提前预警潜在碰撞风险(例如ADD持续增大但未达到碰撞阈值),用于在线调整策略参数。

评测场景的指标差异化

  • 城市道路:SCR和横向急动度更关键(静态障碍多、频繁启停)。
  • 高速公路:DCR和纵向急动度权重更高(动态博弈复杂、需平稳加减速)。
  • 停车场:PDR和ADD主导(狭窄空间内精确轨迹跟踪)。

行业应用案例

  • 特斯拉FSD:通过降低SCR(优化静态障碍物识别)提升无图场景通过率,但纵向急动度较高(激进加速策略)。
  • 小鹏XNGP:利用ADD指标优化匝道汇入轨迹,在DR不显著增加的前提下降低CR。
  • Waymo:横向急动度控制在0.3 m/s³以内,接近人类驾驶员水平(0.2--0.4 m/s³)。

总结

这九项指标构成自动驾驶策略的核心性能三角

  • **安全性(CR)**是底线,决定系统可用性;
  • **轨迹一致性(DR/ADD)**影响用户体验与合规性;
  • **舒适性(Jerk)**直接关联产品竞争力。
    实际开发中需结合场景动态调整指标权重,并通过数据闭环持续优化策略参数。
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