Microscopic traffic simulation provides a controllable, repeatable, and efficient testing environment for autonomous vehicles (AVs). To evaluate AVs' safety performance unbiasedly, ideally, the probability distributions of the joint state space of all vehicles in the simulated naturalistic driving environment (NDE) needs to be consistent with those from the real-world driving environment. However, although human driving behaviors have been extensively investigated in the transportation engineering field, most existing models were developed for traffic flow analysis without consideration of distributional consistency of driving behaviors, which may cause significant evaluation biasedness for AV testing. To fill this research gap, a distributionally consistent NDE modeling framework is proposed. Using large-scale naturalistic driving data, empirical distributions are obtained to construct the stochastic human driving behavior models under different conditions, which serve as the basic behavior models. To reduce the model errors caused by the limited data quantity and mitigate the error accumulation problem during the simulation, an optimization framework is designed to further enhance the basic models. Specifically, the vehicle state evolution is modeled as a Markov chain and its stationary distribution is twisted to match the distribution from the real-world driving environment. In the case study of highway driving environment using real-world naturalistic driving data, the distributional accuracy of the generated NDE is validated. The generated NDE is further utilized to test the safety performance of an AV model to validate its effectiveness.


翻译:虽然在运输工程领域对载人驾驶行为进行了广泛调查,但大多数现有模型是在不考虑驾驶行为分布一致性的情况下为交通流量分析开发的,这可能导致AV测试的重大评价偏差。为了填补这一研究差距,提议了一个分布上一致的NDE模型框架。使用大型自然驾驶数据,在不同的条件下,获得经验分布,以构建具有随机性的人驾驶行为模型,作为基本行为模型。为了减少数据数量有限造成的模型错误,减轻模拟过程中的错误积累问题,设计了一个优化框架,以进一步加强基本模型。具体地说,车辆状态演进模式是作为马可夫连锁的模型,其固定分布与实际驱动力驱动力环境的分布相匹配。使用实际驱动力驱动力ADE的精确性模型,使用实际驱动力环境的精确性数据进行进一步测试。

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