计算机实现的生成自动化驾驶功能测试数据的方法和系统与流程

本发明涉及一种计算机实现的用于生成用于计算机实现的自动化驾驶功能的测试数据的方法和一种为此设计的系统。

背景技术：

1、计算机实现的自动化驾驶功能的开发过程的重要组成部分是对各个软件部件和整个系统的测试，所述计算机实现的自动化驾驶功能例如是行为规划器、合并算法和其他控制模块。这些测试的重点在于核查，该软件部件的功能是否已正确实现，即该软件部件是否在所有能够考虑的状况和情景中都提供所想要的结果。在实践中，通常使用基于模拟的测试或者重放hil解决方案来进行所述核查。为此需要合格的测试数据、即用于软件部件的输入数据，所述输入数据描述可能的驾驶状况。借助这些测试数据可以检验，该软件部件是否在相应的驾驶状况中具有期望的行为。为此检查，该软件部件的相应的结果是否满足预给定的要求。因此，可供使用的测试数据越多并且由此覆盖的不同的驾驶状况越多，则该测试结果就越有说服力。在该背景下，覆盖如下“关键的”状况是特别困难的：所述关键的状况非常罕见地出现，但是在待测试的要求方面具有重大意义，尤其是这涉及关键的安全要求。不仅在模拟中的“生成”，而且在实际测试行驶中对测试该软件的边界区域的测试情况的“诱发”，都是困难的且通常昂贵的大胆行为。因此，在实际行驶中，危险状况仅非常罕见地出现。对于该模拟，需要耗时地辨认且构建这样的状况。

2、模型检查是一种可以为如下内容提供自动证明的验证方法：软件部件是否满足形式化要求，即是否在任何情况下都提供所需要的结果。模型检查方法的可应用性的前提是，将软件部件的程序代码翻译为适合的模型检查器表示。通过将模型检查方法应用到模型检查器表示上，对在该软件部件的程序中的所有可能的进程进行分析，并且检查是否在所有可能的情况中都满足形式化要求。通过这种方式，能够证明该软件部件的程序代码的正确性。

3、用于模型检查的工具的例子是：

4、spin(http://spinroot.com/spin/whatispin.html)

5、nusmv(http://nusmv.fbk.eu/)。

技术实现思路

1、根据本发明提出，使用模型检查用于生成用于计算机实现的自动化驾驶功能的测试数据，更确切地说尤其用于生成覆盖非常罕见地出现的驾驶状况、所谓的“边界情况”的测试数据。

2、为此，根据本发明的计算机实现的方法包括下述步骤：

3、·以软件部件的形式提供计算机实现的自动化驾驶功能；

4、·预给定具有边界条件的环境模型，所述边界条件限制所述软件部件的状态空间，

5、·提供所述软件部件的模型检查器表示，所述模型检查器表示受到所述环境模型的限制，

6、·预给定形式化要求作为用于模型检查方法的输入，

7、·将所述模型检查方法应用到所述模型检查器表示上，用于在遵守预给定的形式化要求方面对所述软件部件进行分析。

8、在不遵守所述预给定的形式化要求的情况下，所述模型检查方法辨认所述软件部件的有助于所述不遵守的状态和状态过渡，并且提供这些信息作为边界情况参数。

9、然后，根据本发明，基于所述边界情况参数生成测试数据，例如在相应设计的模拟方法中。因此，所述边界情况参数可以基于可视化，这被称为“反例重放(counter examplereplay)”。

10、在将本地程序代码翻译为软件部件的模型检查器表示时，考虑该环境模型，更确切地说，如此考虑该环境模型，使得该模型检查器表示受到该环境模型的边界条件的限制。由此，在分析该软件部件时，除了预给定的形式化要求之外，还考虑边界条件，尤其是在时间和地点上变化的边界条件，例如对于驾驶状况而言典型的边界条件。因此，该环境模型能够例如提供地图信息，以便在确定的区域中，例如在车道合并时或者在交叉路口区域中排除变道。

11、在此应指出，借助环境模型优选描述如下边界条件：自动化驾驶功能的用户不影响或者最多间接地影响所述边界条件。这包括环境条件，例如光条件和天气条件或者道路状态，但是主要也包括其他交通参与者的行为。形式化要求更多地涉及用户本身，即本车辆的驾驶行为，例如车辆速度和自己的驾驶机动动作。并非每个作用到自动化驾驶功能的行为上的外部影响都能够明确唯一地配属于形式化要求或者环境模型。因此，一些影响参数不仅可以在形式化要求的框架中被考虑，还可以在环境模型的空间中被考虑。

12、虽然，根据本发明的方法以计算机实现的驾驶功能的模型检查分析为前提，但是实际上只涉及如下情况：在所述情况中，正确性证明是失败的。在这些情况中，该模型检查方法不仅提供如下信息：该程序代码或该软件部件不遵守预给定的要求，而且提供相应的反例，所述反例呈软件部件的有助于所述不遵守的状态和状态过渡的形式。这些状态和状态过渡描述相应的驾驶状况。

13、根据本发明已经看出，通过这种方式能够简单地辨认在待测试的要求方面具有重大意义的驾驶状况。另外已经看出，可以利用由模型检查方法所提供的对这些罕见的、但是高度重要相关的驾驶状况——边界情况——的描述，以便生成能够普遍使用的测试数据。即，这些测试数据可以例如在基于模拟的测试或者重放hil解决方案的框架中用于测试任意的驾驶功能。

14、由于自动化驾驶功能的复杂性，通常不仅通过模型检查来验证和确认相应的软件部件。实际上，模型检查必须始终被视为用于测试的补充技术。

15、出于以下原因，生成用于覆盖已经通过模型检查研究的状况的测试数据是有意义的：

16、·典型地，在模型检查中所使用的环境模型比在模拟时或者在实际驾驶时所使用的环境模型明显更强烈地抽象化。因此，当该软件部件遵守形式化要求时，该软件部件也可能提供漏报，即忽略错误，所述错误在环境表示的更精细的粒度的情况下可能被确定。

17、·根据本发明生成的测试数据可以用于测试如下代码：原则上不能够对所述代码进行模型检查。因此，测试数据可以是在基于规则的行为规划器的模型检查时产生的，并且现在在基于机器学习的规划器中用于更好的测试覆盖率。模型检查不适合用于基于机器学习的规划器。

18、·原则上，根据本发明生成的测试数据可以有助于更好地覆盖用于经典的测试方法的搜索空间。尤其是当不可以使用模型检查时，例如当自动化驾驶功能的状态空间变得非常大时或者出于别的原因，这是重要的。

19、在根据本发明的方法的一种有利的扩展方案中，在遵守预给定的形式化要求的情况下，生成以限定的方式修改的形式化要求。然后，将所述模型检查方法重新应用到软件部件的模型检查器表示上，其中，预给定经修改的形式化要求作为用于该模型检查方法的输入。

20、通过这种方式可以有针对性地生成边界情况，例如通过逐步加强该形式化要求或者通过将另外的标准纳入到形式化要求的标准目录中。

21、替代于此地或者对此补充地，在本发明的另一种实施方式中，在遵守预给定的形式化要求的情况下，生成以限定的方式修改的环境模型。然后，提供软件部件的经修改的模型检查器表示，所述经修改的模型检查器表示受到经修改的环境模型的边界条件的限制。最后，将所述模型检查方法应用到经修改的模型检查器表示上，用于在遵守预给定的形式化要求方面借助经修改的环境模型的边界条件对该软件部件进行分析。

22、通过以适合的方式修改环境模型，同样可以有针对性地生成边界情况。

23、无论以何种形式提供该环境模型，都可以例如通过有针对性的替换来限定地修改该环境模型。为此，可以从相应的数据库调用预先设立(angelegte)的环境模型。

24、在本发明的一种有利的扩展方案中，以本地环境模型程序代码和环境参数的形式提供该环境模型。在这种情况下，能够通过有针对性地修改环境程序代码和/或环境参数而以限定的方式修改该环境模型。

25、另外，被证明为有利的是，在考虑环境模型的情况下自动生成该软件部件的模型检查器表示。在下文中结合图1阐述关于这一点的细节。

26、除了计算机实现的方法之外，还提出一种计算机实现的用于生成用于计算机实现的自动化驾驶功能的测试数据的系统。根据本发明，这样的系统包括：

27、·呈软件部件的形式的计算机实现的自动化驾驶功能；

28、·环境建模模块，所述环境建模模块用于提供环境模型，所述环境模型通过能够预给定的边界条件限制软件部件的状态空间，

29、·翻译模块，所述翻译模块用于将软件部件的本地程序代码翻译为软件部件的模型检查器表示，其中，考虑所述环境模型，使得所述模型检查器表示受到该环境模型的边界条件的限制，

30、·输入模块，所述输入模块用于为所述模型检查方法预给定能够选择性地修改的形式化要求，

31、·模型检查器模块，所述模型检查器模块用于将模型检查方法应用到所述模型检查器表示上，用于在遵守预给定的形式化要求方面对软件部件进行分析，其中，所述模型检查器模块设计为用于，在不遵守形式化要求的情况下，提供软件部件的有助于所述不遵守的状态和状态过渡作为边界情况参数，

32、·模拟模块，所述模拟模块设计为用于，基于边界情况参数生成测试数据。

33、根据本发明的用于生成用于计算机实现的自动化驾驶功能的测试数据的措施的优点能够总结如下：

34、·自动地辨认重要相关的测试情况，而无需通过人类创造性想出尽可能重要相关的场景。

35、·典型地，所辨认的测试情况是特别困难的情况或者人类不会想到的情况(“边界情况”)，因为在模型检查时也考虑系统变量的边界区域。

36、·也全自动地生成测试数据，使得根据本发明的方法在整体上可以纳入到持续集成(continuous integration，ci)管路中。

37、·所生成的测试情况/测试数据原则上可以自动纳入到模拟测试中。