羅傳東

基于HIL臺架的LDW測試研究

羅傳東

（安徽江淮汽車集團股份有限公司技術(shù)中心，安徽 合肥 230601）

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，汽車普及度越來越高，道路擁堵、交通事故頻發(fā)等一系列問題，已成為我國乃至全球范圍內(nèi)人們普遍關(guān)注的社會問題。針對這一嚴峻問題，人們提出來了高級輔助駕駛的概念。車道偏離預警系統(tǒng)做為高級輔助駕駛系統(tǒng)的一部分，在應對由車道偏離引發(fā)的交通安全事故，起到一定的作用。文章利用硬件在環(huán)測試仿真系統(tǒng)，對車道偏離預警系統(tǒng)進行功能驗證。研究表明該測試系統(tǒng)能夠反饋LDW系統(tǒng)的工作狀態(tài)，為LDW的開發(fā)提供支持。

車道偏離預警系統(tǒng)；硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)；車道線檢測

前言

隨著汽車工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，整車性價比越來越高，更多的家庭采購汽車做為出行的必備工具之一。2018年，我國產(chǎn)銷汽車約2808萬輛，年產(chǎn)銷量連續(xù)9年蟬聯(lián)世界第一，保有量達到2.17億輛左右，隨之而來的問題就是交通環(huán)境的日趨惡劣。據(jù)不完全統(tǒng)計，在所有事故原因中，約有44％的汽車事故與車輛偏離正常車道行駛有關(guān)。其主要原因是駕駛員注意力不集中或者疲勞駕駛，造成行駛中的車輛無意識偏離，特別是大型、重型車輛導致的交通后果更為嚴重。面對這一狀況，如何提高汽車安全性、保障駕駛員及乘客的人身安全，減少道路交通事故發(fā)生，成為人們關(guān)注的焦點。

此時，電子技術(shù)水平的發(fā)展，促使雷達、攝像頭、微型處理器等相關(guān)技術(shù)不斷成熟，并逐漸在汽車工業(yè)上普及應用。車道偏離預警系統(tǒng)（Lane Departure Warining）做為高級輔助駕駛(Advanced Driver Assistance System)系統(tǒng)的一部分，已經(jīng)在汽車行業(yè)中逐步大規(guī)模應用。LDW系統(tǒng)能夠在駕駛員無意識(未打轉(zhuǎn)向燈)偏離原車道時，提供智能的車道偏離預警，為駕駛員提供更多的反應時間，減少因車道偏離引發(fā)的交通事故。

歐美國家對ADAS系統(tǒng)的研究較早，F(xiàn)ranck Gechter等人[1,2]在建立虛擬交通場景基礎(chǔ)上，進一步建立完善整車動力學模型和實時仿真系統(tǒng)，通過虛擬場景和實時仿真系統(tǒng)的集成，實現(xiàn)了軟件、模型的虛擬測試，并應用于ADAS系統(tǒng)的控制算法開發(fā)和測試。高峰、劉欣等人[3、4]利用虛擬技術(shù)建立三維的交通環(huán)境和車輛模型，分別對駕駛員的駕駛行為進行研究。ADAS產(chǎn)品的功能狀態(tài)在實車驗證前，也可依托HIL測試系統(tǒng)，快速縮短產(chǎn)品研發(fā)周期。HIL仿真測試系統(tǒng)是以實時處理器運行仿真模型來模擬受控對象的運行狀態(tài)，通過I/O接口與被測控制器（ECU）連接，對被測ECU在實驗室進行全方面的、系統(tǒng)的測試。

本文基于在HIL仿真測試系統(tǒng)基礎(chǔ)上，對某車型的LDW系統(tǒng)進行測試，在場地、道路測試前發(fā)現(xiàn)LDW系統(tǒng)的缺陷，為整車的開發(fā)節(jié)約時間。

1 LDW的HIL仿真系統(tǒng)測試原理

LDW系統(tǒng)通過前視攝像頭采集行駛車道的標識線，通過圖像處理獲得汽車在當前車道中的位置參數(shù)，當檢測到汽車偏離車道時，傳感器會及時收集車輛數(shù)據(jù)和駕駛員的操作狀態(tài)，之后由控制器發(fā)出警報信號，為駕駛者提供更多的反應時間。如果駕駛者打開轉(zhuǎn)向燈，正常進行變道行駛，那么LDW系統(tǒng)不會做出任何提示。

1.1 硬件組成系統(tǒng)

LDW系統(tǒng)的正常運行需要整車相關(guān)系統(tǒng)的CAN通訊信號，以及外部環(huán)境的道路標識線信息。在HIL仿真測試系統(tǒng)中，利用采用各種數(shù)字板卡、電源分配器進行不同信號之間接口傳遞、電源管理。整個硬件系統(tǒng)可簡單包含三部分：上位機、測試機柜、視頻暗箱。測試系統(tǒng)硬件機構(gòu)組成如下圖1所示。

圖1 LDW測試硬件組成圖

上位機上運行道路場景仿真軟件、工程管理軟件，在LDW測試過程中，上位機可進行分屏顯示處理，在觀測測試過程的交通場景圖像的同時，能將交通場景輸入給攝像頭。在整個測試過程的人工操作、測試結(jié)果顯示均在上位機上進行。

視頻黑箱用于存放分屏器、攝像頭，分屏器上顯示的內(nèi)容從上位機分屏而來。整個暗箱采用有一定遮光效果的黑色玻璃或塑料板構(gòu)成，便于提高視頻的清晰度。

測試機柜包含的部件較多，主要有：信號調(diào)理箱、可編程電源控制面板、故障注入單位、CAN板卡、實時處理系統(tǒng)等。

1.2 數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)與測試原理

LDW的HIL仿真測試流程基于NI Veristand工程管理軟件開展，仿真測試過程需要應用到CarMaker、Simulink等相關(guān)的工程技術(shù)軟件，相關(guān)的CAN通訊信號在相關(guān)的軟件、板卡之間進行傳遞。

首先由虛擬場景建設(shè)軟件CarMaker發(fā)出虛擬的場景數(shù)據(jù)，比如車速，方向盤轉(zhuǎn)角等相關(guān)信號，模擬實際車輛的通訊信息，再由Simulink模型對數(shù)據(jù)類型、單位等做調(diào)整處理、編譯，再發(fā)送給HIL硬件（比如CAN卡，板卡等），由CAN卡發(fā)送通訊信號給攝像頭處理器。同時，暗箱內(nèi)的攝像頭識別分屏器上的車道線。LDW控制器結(jié)合攝像頭所拍攝到的信息與整車CAN通訊信息進行數(shù)據(jù)處理，得出判斷結(jié)論后通過CAN信號再發(fā)送工程管理軟件Veristand，在UI界面上面顯示報警情況。整個測試過程數(shù)據(jù)信號流程如下圖2所示。

手術(shù)前兩組生活質(zhì)量相近,P>0.05;手術(shù)后改良去骨瓣減壓術(shù)組生活質(zhì)量優(yōu)于對照組,P<0.05。如表2.

圖2 LDW測試數(shù)據(jù)信號流程圖

1.3 I/O接口模型

I/O數(shù)據(jù)接口模型由Simulink軟件進行搭建。該接口模型承接著Carmaker與HIL仿真測試系統(tǒng)之間的CAN信號連接。同時，將Carmaker中的虛擬車輛按照實車系統(tǒng)所需單位格式進行換算（比如：車速為km/h，加速度為g）。I/O模型搭建完成后，需編譯成臺架管理系統(tǒng)所能夠識別的程序語言，通過HIL系統(tǒng)的CAN板卡進行數(shù)據(jù)傳輸。

2 測試方案設(shè)計

測試方案內(nèi)容是否豐富，影響到LDW系統(tǒng)控制器的驗證完整性。本文僅進行直道報警產(chǎn)生條件測試，并設(shè)計相應的測試虛擬場景，未考慮天氣變化、不同車道線形式等影響因素。后續(xù)可對測試用例內(nèi)容進行完善處理。

2.1 測試用例

在HIL仿真測試系統(tǒng)中，虛擬車輛以(70±3.6)km/h的勻速進行測試，以設(shè)定的橫向偏離速度進行直道偏離，具體的測試用例矩陣如下表1所示。

表1 測試用例表

所有測試結(jié)果必須滿足GB/T 26773-2011標準，否則為不通過。在每次測試中，系統(tǒng)應保證車輛在車越過最早報警線之后，未越過最遲報警線之前發(fā)出報警。

2.2 車道偏離標準

虛擬測試車輛在進行測試時，其最早報警線在車道內(nèi)的位置如圖3及表2中所示；最遲報警線位于車道線外側(cè)0.3m處。

圖3 最早報警線的位置

D——車道邊界內(nèi)的最大距離（m）；

v——偏離速度（m/s）。

表2 最早報警線的位置

3 仿真測試結(jié)果

根據(jù)某車型的LDW電氣參數(shù)表、整車信號列表以及HIL仿真測試系統(tǒng)的操作規(guī)范，將整個測試系統(tǒng)進行搭建，確保LDW系統(tǒng)能夠在虛擬環(huán)境中正常運行。

3.1 測試結(jié)果

圖4 側(cè)偏離報警

在HIL仿真測試系統(tǒng)中，Carmaker中的虛擬車輛以以70±3.6km/h的勻速進行直道測試，車道線為白色虛線。車輛分別以設(shè)定的偏離速度進行直道偏離試驗。在暗箱中的分屏器，將攝像頭視角切換為車內(nèi)視角，即可在分屏器上顯示以攝像頭的角度觀看道路情況。在上位機上，以俯視圖角度觀看虛擬道路環(huán)境，當車輛在偏離道路時，UI界面的報警情況，具體報警結(jié)果以及車輛所在位置如圖4所示。

3.2 測試結(jié)果數(shù)據(jù)

不同工況下的測試數(shù)據(jù)進行匯總，結(jié)果如下表3所示。從匯總結(jié)果表格內(nèi)可以看出， 在HIL仿真測試系統(tǒng)直道測試時，虛擬車輛向左、向右偏離車道，LDW系統(tǒng)均能夠準確的報警，偏移距離均符合法規(guī)要求。因此某車型的LDW零部件在HIL測試系統(tǒng)中，直道部分的測試工況能夠符合相關(guān)的法規(guī)要求。

表3 直道測試結(jié)果統(tǒng)計

4 結(jié)論

通過對LDW開發(fā)過程中面臨的測試效率問題進行分析，結(jié)合HIL仿真驗證系統(tǒng)對某車型的LDW系統(tǒng)進行進行功能性測試驗證。通過本文的研究工作，得到如下結(jié)論：

（1）以LDW為例，基于實時仿真和虛擬現(xiàn)實的硬件在環(huán)仿真系統(tǒng)（HIL）技術(shù)能夠有效解決ADAS 實車測試過程中所面臨的安全風險大、工況可重復性差、測試效率低、不同交通場景實現(xiàn)復雜困難等問題；

（2）本文做研究的工作僅是LDW系統(tǒng)在直道交通環(huán)境下開展的測試，且未考慮天氣變化、不同車道線的狀況，后續(xù)可根據(jù)實際交通狀況、法規(guī)要求開展更多的道路場景測試；

（3）HIL仿真測試系統(tǒng)能夠?qū)DAS系統(tǒng)進行功能性測試，后續(xù)可開展性能性測試研究以及對HIL系統(tǒng)進行擴展升級。

[1] Seong-Jin Kwon, Jee-Hoon Chun, Suk Jang, etc. Driving performan -ce analysis of the adaptive cruise controlled vehicle with a virtual reality simulation system[J]. Journal of Mechanical Science and Technology, 2006, 20(1): 29~41.

[2] Franck Gechter,Jean-Michel Contet,Stephane Galland,etc. Virtual intelligent vehicle urban simulator: application to vehicle platoon evaluation[J].Simulation Modeling Practice and Theory,2012,24: 103~ 114.

[3] 高峰,楊新紅,徐國艷等.車輛智能行駛主動避撞的虛擬實現(xiàn)[J].機械工程學報,2009,45(8):203-209.

[4] 劉欣.無人車智能行為驗證平臺的虛擬交通場景研究[D].合肥:中國科學技術(shù)大學工程科學學院,2009.

Research on LDW Testing Based on HIL Bench

Luo Chuandong

（Technical Center of Anhui Jianghuai Automobile Group Corp., LTD, Anhui Hefei 230601）

With the development of social economy, car is more and more popular. A series of problems, such as road congestion and frequent traffic accidents, have become a social problem of general concern in China and even in the world. In response to this serious problem,people brought up the concept of Advanced Driver Assistance System. As part of the Advanced Driver Assistance System, lane deviation warning system plays a certain role in dealing with traffic safety accidents caused by lane deviation.In this paper, the hardware-in-the-loop test simulation system is used to verify the function of the lane departure warning system. It shows that the test system can feedback the status of LDW and provide support for the development of LDW.

Lane departure warming system; Hardware in the loop; Lane marking detection

U467

B

1671-7988(2019)24-52-03

U467

B

1671-7988(2019)24-52-03

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.24.017

羅傳東，工程師，就職于安徽江淮汽車股份有限公司技術(shù)中心智能網(wǎng)聯(lián)院。