1. 课程导入
欢迎进入《农机与工程机械自动驾驶测试工程》课程。本课程面向农业机械、工程机械两大典型非道路移动装备领域，系统讲解自动驾驶系统从需求定义、仿真验证、场地测试、田间/工地实车测试到评价认证的完整工程方法。与乘用车自动驾驶不同，农机与工程机械面对的是非结构化环境、低速大扭矩作业、高振动粉尘工况以及作业质量与行驶安全双重约束，因此测试工程具有鲜明的行业特征。
本节学习目标：理解农机与工程机械自动驾驶测试的定位与价值；掌握"被测对象—测试环境—测试方法—评价指标"四要素框架；能区分仿真、台架、场地、实车四类测试手段的适用边界；了解典型行业应用场景与常见测试误区。
一、核心概念：什么是农机与工程机械自动驾驶测试
自动驾驶测试工程，是指围绕自动驾驶系统的功能、性能与安全，设计并执行一系列可重复、可度量、可追溯的验证活动。其核心不是"把车开起来"，而是回答三个问题：系统在什么条件下能完成什么任务？边界在哪里？失效时后果是否可控？
农机与工程机械的自动驾驶通常包含感知定位、路径规划、决策控制、执行机构、作业装置控制与人机交互等模块。测试对象既包括软件算法，也包括线控底盘、液压执行、传感器套件与整机集成。测试的核心概念包括：
- 设计运行域（ODD）：定义系统可安全工作的环境条件，如地块坡度、土壤湿度、光照、风速、工地扬尘等。
- 场景（Scenario）：对测试任务、环境、障碍物与动态事件的结构化描述。
- 测试用例（Test Case）：可执行的最小验证单元，包含初始条件、操作序列与通过准则。
- 覆盖度（Coverage）：衡量测试对功能、场景、参数空间的覆盖程度。
- 失效模式与危害：如定位漂移、障碍漏检、急停失效、作业装置误动作等。
二、整体框架：四层测试体系
本课程采用"模型在环—软件在环—硬件在环—实车测试"的递进式验证框架，并贯穿功能安全与作业质量两条评价主线。下图展示了测试工程的整体结构关系。
三、方法流程：从需求到报告的测试闭环
测试工程不是一次性活动，而是与研发迭代同步的闭环过程。典型流程如下：
- 需求与 ODD 定义：明确作业任务、环境边界、安全等级与验收指标。
- 场景库构建：基于真实作业数据、事故案例与专家经验，生成逻辑场景与具体场景。
- 测试用例设计：将场景参数化，形成可执行用例，并标注优先级与覆盖目标。
- 分层执行：按 MIL→SIL→HIL→实车顺序逐级验证，前一级通过后方可进入下一级。
- 数据采集与分析：记录传感器原始数据、控制指令、执行反馈与作业质量数据。
- 缺陷管理与回归：对失效用例进行根因分析，修复后执行回归测试。
- 评价与报告：输出覆盖度、通过率、风险清单与改进建议。
工程提示：测试用例的通过准则必须可量化。例如"直线跟踪横向误差 ≤ 5 cm"比"跟踪效果良好"更可执行、可复现、可追溯。
四、案例与场景：两类装备的测试差异
农机与工程机械虽同属非道路装备，但测试重点差异明显。农机强调作业质量与农艺适配，工程机械强调载荷、姿态与施工精度。下表给出对比清单。
| 对比维度 | 农业机械 | 工程机械 |
|---|---|---|
| 典型任务 | 耕、种、管、收 | 挖掘、装载、压实、摊铺 |
| 关键环境 | 土壤湿度、坡度、作物行距 | 扬尘、振动、载荷突变 |
| 核心指标 | 作业幅宽、重漏耕率、直线度 | 轨迹精度、循环时间、平整度 |
| 主要风险 | 压苗、漏播、机具堵塞 | 倾覆、碰撞、液压失效 |
| 测试难点 | 季节性强、地块不可复现 | 工况危险、实车成本高 |
五、常见误区与复盘
- 误区一：只测"能跑"，不测"边界"。自动驾驶测试的价值在于暴露失效边界，而非重复验证已知功能。
- 误区二：仿真通过即认为实车通过。仿真无法完全复现土壤、扬尘、液压迟滞与传感器噪声，必须实车确认。
- 误区三：用例不可复现。未记录初始条件与参数，导致问题无法回溯，回归测试失去意义。
- 误区四：忽视作业质量指标。农机自动驾驶不仅要"走得直"，还要"作业好"，二者需同时评价。
安全提醒：实车测试必须设置独立急停、安全员与隔离区域。任何自动驾驶测试都不能以牺牲人员安全为代价换取测试进度。
六、参数与日志示例
测试过程中常需记录关键参数与日志，便于分析与复现。示例如下：
test_case_id: AGRI-TILL-0012
vehicle: 无人拖拉机 XT-1204
odd: 坡度<8°, 土壤湿度 18%~25%, 晴
scenario: 矩形地块往返耕整，行距 2.5 m
metrics:
lateral_error_max: 0.043 m
heading_error_max: 1.8 deg
overlap_rate: 3.2 %
emergency_stop_count: 0
result: PASS
通过本课程学习，你将掌握从场景设计、用例编写、仿真执行到实车验证与报告输出的完整能力，能够独立承担农机与工程机械自动驾驶系统的测试任务，并在安全、质量与效率之间做出工程化权衡。