牛成勇, 蘇占領(lǐng), 吳昆倫, 胡 雄， 徐建勛

(1.重慶車輛檢測(cè)研究院有限公司 國(guó)家客車質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心，重慶 401122； 2.汽車主動(dòng)安全測(cè)試技術(shù)重慶市工業(yè)和信息化 重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 重慶 401122； 3.自動(dòng)駕駛系統(tǒng)及智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)研發(fā)與測(cè)試應(yīng)用重慶市工程研究中心， 重慶 401122)

前撞預(yù)警系統(tǒng)(forward collision warning system，F(xiàn)CWS)與車道偏離系統(tǒng)(lane departure warning system，LDWS)可在汽車臨近危險(xiǎn)狀態(tài)時(shí)及時(shí)提醒駕駛員做出預(yù)防措施，以有效降低事故發(fā)生概率、提高行駛安全性[1]。隨著汽車智能化、電動(dòng)化的不斷發(fā)展，交通運(yùn)輸行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JT/T 1094—2016[2]和JT/T 1178.1—2018[3]相繼發(fā)布、實(shí)施，不同類型的ADAS系統(tǒng)(包含F(xiàn)CWS、LDWS)將大量裝備在汽車上，尤其在營(yíng)運(yùn)客車和營(yíng)運(yùn)貨車領(lǐng)域。鑒于此，有必要對(duì)國(guó)內(nèi)外的FCWS和LDWS產(chǎn)品相關(guān)性能進(jìn)行測(cè)試研究，為國(guó)內(nèi)整車廠及相關(guān)零部件廠的研發(fā)提供參考。同時(shí)，指出標(biāo)準(zhǔn)中某些評(píng)價(jià)指標(biāo)存在的問題并提出合理建議，希望對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的進(jìn)一步修訂提供技術(shù)支持。

1 LDWS性能測(cè)試研究

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)JT/T 883—2014[4]的要求，LDWS性能評(píng)價(jià)試驗(yàn)項(xiàng)目為彎道(目前有兩種彎道曲率半徑)報(bào)警產(chǎn)生測(cè)試、直道可重復(fù)性測(cè)試、虛警測(cè)試，其基本覆蓋了國(guó)內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)的典型特征測(cè)試項(xiàng)目，能夠?qū)DWS性能進(jìn)行較為客觀、完善的測(cè)試評(píng)價(jià)[5]。

測(cè)試LDWS所需主要儀器為英國(guó)生產(chǎn)的SR150駕駛機(jī)器人(包括轉(zhuǎn)向、制動(dòng)油門組合機(jī)器人)；AVAD2/AVAD3聲光采集系統(tǒng)(可采集0～5 kHz頻段的聲音)、牛津 RT 3002+GPS差分基站(厘米級(jí)定位精度)。測(cè)試車輛為營(yíng)運(yùn)客車，空載狀態(tài)(系統(tǒng)會(huì)根據(jù)載荷不同而進(jìn)行自校準(zhǔn))。

1.1 LDWS測(cè)試評(píng)價(jià)

1.1.1 彎道報(bào)警產(chǎn)生測(cè)試

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求[4]，設(shè)置如圖1所示的彎道報(bào)警產(chǎn)生測(cè)試方法：測(cè)試車輛以規(guī)定試驗(yàn)車速進(jìn)入測(cè)試車道，跟蹤行駛至穩(wěn)定狀態(tài)后，以某一偏離速度偏離出彎道(內(nèi)側(cè)/外側(cè))。測(cè)試車輛應(yīng)在兩種彎道情形(左轉(zhuǎn)彎和右轉(zhuǎn)彎)、在兩種偏離速度范圍(0～0.4 m/s 和0.4～0.8 m/s)內(nèi)，向左側(cè)和右側(cè)各偏離一次。

圖1 彎道報(bào)警產(chǎn)生測(cè)試方法

判定依據(jù)：在每次測(cè)試中，LDWS應(yīng)保證車輛在越過最早報(bào)警線(車道線內(nèi)0.75 m)后，未越過最遲報(bào)警線(商用車輛為車道線外1 m)之前發(fā)出報(bào)警。

測(cè)試結(jié)果：表1是該營(yíng)運(yùn)客車在彎道以65 km/h速度行駛、兩種偏離速度的工況下， LDWS 彎道報(bào)警位置點(diǎn)的偏離距離的測(cè)試結(jié)果。

表1 電動(dòng)客車LDWS彎道報(bào)警產(chǎn)生測(cè)試結(jié)果

注：表中報(bào)警時(shí)刻位置要求車輛前輪外緣位于車道線外側(cè)時(shí)為“正”，位于車道線內(nèi)側(cè)時(shí)為 “負(fù)”，車道線為“0 m”

1.1.2 直道可重復(fù)性測(cè)試

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)要求，設(shè)置如圖2所示的直道重復(fù)性產(chǎn)生測(cè)試方法：測(cè)試車輛以規(guī)定試驗(yàn)車速在一段直路上行駛，跟蹤行駛至穩(wěn)定狀態(tài)后，以某一偏離速度偏離出直道(左偏/右偏)。測(cè)試車輛應(yīng)在兩種偏離情形(左偏和右偏)、在兩種偏離速度范圍(0.1～0.3 m/s和0.6～0.8 m/s)內(nèi)，每組進(jìn)行4次測(cè)試，共計(jì)16次測(cè)試。

圖2 直道可重復(fù)性測(cè)試方法

判定依據(jù)：LDWS應(yīng)保證車輛在越過最早報(bào)警線(車道線內(nèi)0.75 m)后，未越過最遲報(bào)警線(商用車輛為車道線外1 m)之前發(fā)出報(bào)警；應(yīng)通過單組4次試驗(yàn)中的3次，且通過共需16次試驗(yàn)中的13次試驗(yàn)。

測(cè)試結(jié)果：圖3是該客車在直道以65 km/h速度行駛、橫向偏離速度為0.79 m/s的測(cè)試工況下， LDWS報(bào)警位置點(diǎn)及報(bào)警信號(hào)測(cè)試結(jié)果。圖中，觸發(fā)報(bào)警信號(hào)的時(shí)刻所對(duì)應(yīng)的偏離車道線距離即為L(zhǎng)DWS 的報(bào)警位置點(diǎn)(車道線外側(cè)0.18 m)。

圖3 客車LDWS報(bào)警信號(hào)及報(bào)警距離結(jié)果

1.1.3 虛警測(cè)試

測(cè)試車道：直道，總長(zhǎng)1 km；判定依據(jù)：當(dāng)車輛在非報(bào)警區(qū)域正常行駛時(shí)，系統(tǒng)應(yīng)不發(fā)出報(bào)警；測(cè)試結(jié)果：該營(yíng)運(yùn)客車在虛警測(cè)試中未發(fā)生誤報(bào)警，符合試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)要求。

1.2 存在問題及建議

目前，LDWS測(cè)試評(píng)價(jià)存在以下問題：

1) LDWS測(cè)試方法主要針對(duì)特定工況的試驗(yàn)場(chǎng)景和試驗(yàn)道路。然而，對(duì)于惡劣場(chǎng)景的測(cè)試則更多由系統(tǒng)生產(chǎn)廠家進(jìn)行內(nèi)部研發(fā)驗(yàn)證，其測(cè)試場(chǎng)景缺少相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)且無法提出統(tǒng)一的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

2) 就現(xiàn)階段的LDWS評(píng)價(jià)指標(biāo)而言，商用車最遲報(bào)警線位于車到邊界外側(cè)1m處，該標(biāo)準(zhǔn)要求過低。例如，對(duì)于兩款LDWS產(chǎn)品，在滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的前提下，不能有效評(píng)判報(bào)警早晚的優(yōu)劣性，即不能很好地評(píng)價(jià)兩者的性能差異性和優(yōu)劣性。

隨著LDWS廣泛應(yīng)用于營(yíng)運(yùn)客貨車及乘用車，應(yīng)綜合全面評(píng)價(jià)其系統(tǒng)可靠性與有效性。因此，針對(duì)LDWS測(cè)試與評(píng)價(jià)提出如下建議：

1) 基于攝像頭的環(huán)境適應(yīng)性及可靠性相對(duì)較差，故可在復(fù)雜光照條件、破損模糊車道線、雨、雪、霧等惡劣工況下進(jìn)行獨(dú)立零部件識(shí)別性能測(cè)試，進(jìn)一步提升系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性[5-7]。

2) 現(xiàn)階段的LDWS初始報(bào)警車速大多設(shè)置為50～60 km/h，為應(yīng)對(duì)不同路況條件(如平坦路面、山區(qū)、郊區(qū)等)，系統(tǒng)開發(fā)商可提供多模式的車道偏離報(bào)警初始車速(如配備可供駕駛員操作的初始車速調(diào)節(jié)按鈕)，進(jìn)一步提升客車的行駛安全性。

2 FCWS性能測(cè)試研究

依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)JT/T 883—2014的要求，設(shè)置如圖4所示的預(yù)警時(shí)間試驗(yàn)場(chǎng)景對(duì)FCWS性能進(jìn)行測(cè)試與評(píng)價(jià)[4，8-10]。

(a) 靜止假車

(b) 移動(dòng)假車

FCWS測(cè)試所需主要儀器為英國(guó)生產(chǎn)的SR150駕駛機(jī)器人(包括轉(zhuǎn)向、制動(dòng)油門組合機(jī)器人)，前后車均需安裝；AVAD2/AVAD3聲光采集系統(tǒng)(可采集0～5 kHz頻段的聲音)、牛津 RT 3002+GPS差分基站(厘米級(jí)定位精度)+雙車通信模塊；EVT目標(biāo)假車。

2.1 客車FCWS測(cè)試評(píng)價(jià)

該營(yíng)運(yùn)客車的3種FCWS傳感器方案為：基于單目攝像頭方案(代號(hào)：A)；基于毫米波雷達(dá)方案(代號(hào)：B)；基于攝像頭+毫米波雷達(dá)信息融合方案(代號(hào)：C)。

2.1.1 CCRs測(cè)試評(píng)價(jià)

1) 試驗(yàn)方法：試驗(yàn)場(chǎng)景如圖5所示。注意：目標(biāo)假車與測(cè)試車輛兩者間的車身縱軸線間距不超過1.6 m。

圖5 CCRs試驗(yàn)示意圖

2) 評(píng)價(jià)指標(biāo)：若系統(tǒng)在碰撞時(shí)間TTC≥2.7 s時(shí)發(fā)出碰撞警告，則本次試驗(yàn)通過并結(jié)束。

3) 合格判定條件：連續(xù)試驗(yàn)不少于7次，TTC大于規(guī)定值表示此次試驗(yàn)成功，成功次數(shù)≥5且未連續(xù)2次失敗表示試驗(yàn)通過。

4) 測(cè)試結(jié)果及分析：從圖6可以看出，基于單目攝像頭的FCWS的TTC響應(yīng)波動(dòng)較大(標(biāo)準(zhǔn)差：0.48)，穩(wěn)定性較差；相對(duì)于機(jī)器視覺系統(tǒng)而言，基于毫米波雷達(dá)的FCWS的TTC數(shù)據(jù)分布均位于標(biāo)準(zhǔn)要求限值之上，且數(shù)據(jù)穩(wěn)定性相對(duì)較好(標(biāo)準(zhǔn)差：0.15)；而基于毫米波雷達(dá)與攝像頭信息融合的FCWS響應(yīng)最為穩(wěn)定且重復(fù)性最好(標(biāo)準(zhǔn)差：0.02)，其TTC值均接近于標(biāo)準(zhǔn)要求的2.7 s閾值，預(yù)警時(shí)間合適，不會(huì)因系統(tǒng)過早報(bào)警而干擾駕駛員正常駕駛，影響行車安全。

圖6 CCRs工況下不同F(xiàn)CWS傳感器方案的TTC響應(yīng)數(shù)據(jù)

除此之外，試驗(yàn)過程中雖有不合格的情況發(fā)生(TTC< 2.7 s)，但仍然滿足目前的標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)要求。同時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)中未規(guī)定上限閾值，這極有可能使ADAS供應(yīng)商為滿足要求，在設(shè)計(jì)FCWS時(shí)將TTC提前(即提前報(bào)警，只要TTC≥2.7 s即可)，極大干擾駕駛員正常駕駛。

2.1.2 CCRm測(cè)試評(píng)價(jià)

1) 試驗(yàn)方法：試驗(yàn)場(chǎng)景如圖7所示。注意：目標(biāo)假車與測(cè)試車輛兩者間的車身縱軸線間距不超過1.6 m。

圖7 CCRm試驗(yàn)示意圖

2) 評(píng)價(jià)指標(biāo)：若系統(tǒng)在碰撞時(shí)間TTC≥2.1 s時(shí)發(fā)出碰撞警告，則本次試驗(yàn)通過并結(jié)束。

3) 合格判定條件：連續(xù)試驗(yàn)不少于7次，TTC大于規(guī)定值表示此次試驗(yàn)成功，成功次數(shù)≥5且未連續(xù)2次失敗表示試驗(yàn)通過。

4) 測(cè)試結(jié)果及分析：從圖8可以看出，基于單目攝像頭的FCWS的TTC響應(yīng)波動(dòng)依然較大，響應(yīng)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)差為0.32，其可靠性與重復(fù)性有待進(jìn)一步優(yōu)化、提升。以毫米波雷達(dá)為傳感方案的FCWS性能較為穩(wěn)定，試驗(yàn)重復(fù)性較好；基于攝像頭+毫米波雷達(dá)信息融合的FCWS性能最為穩(wěn)定，表現(xiàn)最佳且TTC響應(yīng)最接近于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的下限閾值(2.1 s)，保證預(yù)警時(shí)間安全裕度的同時(shí)又可確保不干擾駕駛員的正常駕駛。

圖8 CCRm工況下不同F(xiàn)CWS傳感器方案的TTC響應(yīng)數(shù)據(jù)

2.1.3 CCRb測(cè)試評(píng)價(jià)

1) 試驗(yàn)方法：試驗(yàn)場(chǎng)景如圖9所示。注意：目標(biāo)假車與測(cè)試車輛兩者間的車身縱軸線間距不超過1.6 m。

圖9 CCRb試驗(yàn)示意圖

2) 評(píng)價(jià)指標(biāo)：若系統(tǒng)在碰撞時(shí)間TTC≥2.4 s時(shí)發(fā)出碰撞警告，則本次試驗(yàn)通過并結(jié)束。

3) 合格判定條件：連續(xù)試驗(yàn)不少于7次，TTC大于規(guī)定值表示此次試驗(yàn)成功，成功次數(shù)≥5且未連續(xù)2次失敗表示試驗(yàn)通過。

4) 測(cè)試結(jié)果及分析：由圖10的TTC響應(yīng)折線圖可知，以攝像頭+毫米波雷達(dá)為傳感方案的FCWS表現(xiàn)依然優(yōu)異。由于攝像頭只能通過像素距離擬合出空間距離曲線而近似獲得相對(duì)距離等信息，故其深受“測(cè)距精度”瓶頸的影響而對(duì)TTC控制較為困難。同時(shí)，攝像頭環(huán)境適應(yīng)性較差，即魯棒性差，易受視野、夜晚暗光、雨雪天氣等因素影響而導(dǎo)致“漏檢”，預(yù)警功能失效[1]。

圖10 CCRb工況下不同F(xiàn)CWS傳感器方案的TTC響應(yīng)數(shù)據(jù)

2.2 存在問題及建議

1) FCWS的關(guān)鍵在于“測(cè)距”，尤其是基于視覺的FCWS產(chǎn)品需不斷優(yōu)化測(cè)距算法以提升系統(tǒng)預(yù)警可靠性與穩(wěn)定性，確保安全裕度。為解決系統(tǒng)可靠性、穩(wěn)定性及環(huán)境魯棒性問題，采用攝像頭+毫米波雷達(dá)信息融合技術(shù)是目前主流的解決方案[11-12]。

2) JT/T 883—2014標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)碰撞時(shí)間TTC只有下限值要求、無上限閾值，這將導(dǎo)致ADAS供應(yīng)商“單純地”為法規(guī)要求的TTC要求而將其提前，干擾正常駕駛，產(chǎn)生負(fù)面影響?；诖?，建議修訂標(biāo)準(zhǔn)中的TTC要求，規(guī)定上限閾值(可設(shè)置上限閾值為4 s)，合理規(guī)定TTC安全裕度，確保預(yù)警系統(tǒng)的有效性與功能安全性。

3) 在JT/T 883—2014標(biāo)準(zhǔn)中，只規(guī)定FCWS針對(duì)車輛或具有車輛屬性的柔性替代物(如EVT目標(biāo)假車)的檢測(cè)，未涉及行人檢測(cè)。為進(jìn)一步深入驗(yàn)證系統(tǒng)功能的完整性、有效性，建議增加行人識(shí)別測(cè)試，如行人橫穿和縱向行走兩種測(cè)試工況。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文根據(jù)JT/T 883—2014標(biāo)準(zhǔn)，選取最具代表性的基于攝像頭和毫米波雷達(dá)融合方案、單獨(dú)攝像頭方案的某營(yíng)運(yùn)客車的LDWS和FCWS兩種輔助駕駛功能進(jìn)行了性能測(cè)試與評(píng)價(jià)研究，同時(shí)指出了目前商用車輛在LDWS和FCWS測(cè)試與評(píng)價(jià)方面存在的問題并提出相關(guān)建議。