蔡博， 陳韜, 回春， 檀廷軍

(1.中國汽車技術(shù)研究中心有限公司， 天津 300300；2.中汽研汽車檢驗(yàn)中心(武漢)有限公司， 湖北 武漢 430056)

據(jù)統(tǒng)計(jì)，中國近5年死亡10人以上的重特大交通事故均由商用車引發(fā)，提高商用車主動(dòng)安全水平迫在眉睫；交通事故中70%由撞車事故引起，而撞車事故主要表現(xiàn)為追尾。自動(dòng)緊急制動(dòng)(AEB)作為一項(xiàng)主動(dòng)安全技術(shù)，在車輛檢測到前方存在碰撞危險(xiǎn)時(shí)能自行啟動(dòng)行車制動(dòng)系統(tǒng)為車輛施加制動(dòng)力，降低車輛行駛速度，從而避免發(fā)生碰撞。JT/T 1094-2016《營運(yùn)客車安全技術(shù)條件》中規(guī)定車長大于9 m的營運(yùn)客車應(yīng)裝備車道偏離預(yù)警系統(tǒng)(LDWS)及AEB系統(tǒng)，隨著車輛智能化水平的逐步提高及GB/T 38186-2019《商用車輛自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)(AEBS)性能要求及試驗(yàn)方法》、JT/T 1242-2019《營運(yùn)車輛自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)性能要求和測試規(guī)程》、JT/T 883-2014《營運(yùn)車輛行駛危險(xiǎn)預(yù)警系統(tǒng)技術(shù)要求和試驗(yàn)方法》等標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，商用車裝配AEB系統(tǒng)已成為一種趨勢。當(dāng)前智能網(wǎng)聯(lián)汽車自動(dòng)駕駛最先有望實(shí)際落地的場景將主要由商用車、專用車來實(shí)現(xiàn)，其中商用車的應(yīng)用場景包括城市公交、城市物流、高速公路、干線物流，專用車的應(yīng)用場景包括礦區(qū)礦山、港口碼頭、園區(qū)接駁、工廠。另一方面，與乘用車相比，商用車自重大、車身寬且長、輪胎直徑大，自動(dòng)駕駛商用車對車輛的控制要求比乘用車高，駕駛場景也更復(fù)雜。目前國內(nèi)商用車AEB系統(tǒng)性能測試評(píng)價(jià)尚處于起步階段，亟待各企業(yè)加大研發(fā)力度。該文從各類智能網(wǎng)聯(lián)汽車自動(dòng)駕駛功能測試場景來源中提取關(guān)鍵共性與個(gè)性場景要素，考慮場景可移動(dòng)性、可組合性及易搭建性進(jìn)行場景元素分類，構(gòu)建智能網(wǎng)聯(lián)汽車自動(dòng)駕駛功能測試場景，從商用車自動(dòng)緊急功能測試評(píng)價(jià)技術(shù)著手，建立商用車AEB典型測試場景，搭建自動(dòng)駕駛功能控制模型，進(jìn)行AEB系統(tǒng)測試仿真分析與測試驗(yàn)證。

1 場景采集與場景元素分類

1.1 自動(dòng)駕駛測試場景概述

測試場景及場景搭建是智能網(wǎng)聯(lián)汽車測試評(píng)價(jià)中的關(guān)鍵，測試場景數(shù)據(jù)主要來源于U-NCAP和E-NCAP等標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)、共享出行車輛采集的自動(dòng)駕駛數(shù)據(jù)、交通事故數(shù)據(jù)(CIDAS數(shù)據(jù)庫)、模擬試驗(yàn)所得仿真及理論分析數(shù)據(jù)，而通過多種來源的測試數(shù)據(jù)庫尋找典型場景的成本高、任務(wù)復(fù)雜。

不同數(shù)據(jù)來源的場景數(shù)據(jù)之間存在差異，且原始采集數(shù)據(jù)中存在很多無效數(shù)據(jù)、錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，對場景數(shù)據(jù)進(jìn)行適當(dāng)處理才能形成對自動(dòng)駕駛測試場景有用的測試場景。另一方面，可基于各種自動(dòng)駕駛測試場景數(shù)據(jù)來源，通過匹配ESC、AEB等功能特點(diǎn)進(jìn)行場景篩選，然后通過概率分布統(tǒng)計(jì)和聚類分析等獲得典型駕駛場景，結(jié)合實(shí)際測試試驗(yàn)與工程經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)得到相關(guān)測試用例(見圖1)。

圖1 智能網(wǎng)聯(lián)汽車測試用例生成

1.2 基于場景元素的測試場景庫構(gòu)建

真實(shí)交通場景復(fù)雜多變，數(shù)據(jù)量非常大，在現(xiàn)實(shí)中無法窮盡所有場景，而從標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)、自然駕駛數(shù)據(jù)、仿真和理論分析等場景數(shù)據(jù)中篩選得到測試需求場景的過程繁瑣、效率低下。分析大量場景數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)每個(gè)場景工況都可被抽象為多個(gè)變量參數(shù)的組合。為此，對當(dāng)前智能網(wǎng)聯(lián)汽車測試場景需求進(jìn)行分析，剖析多元化場景數(shù)據(jù)中的關(guān)鍵測試場景元素，歸納各類場景中的共性和個(gè)性特征，同時(shí)考慮測試場景可移動(dòng)性、可組合性及易搭建性，構(gòu)建智能網(wǎng)聯(lián)汽車自動(dòng)駕駛測試場景。

如圖2所示，根據(jù)自動(dòng)駕駛典型測試場景分析進(jìn)行場景特征元素提取，實(shí)現(xiàn)場景解構(gòu)，搭建基于人-車-路-環(huán)境模型的場景元素分類架構(gòu)，對各類場景元素進(jìn)行基本整理與分類。

圖2 場景元素分類

智能網(wǎng)聯(lián)汽車的駕駛場景覆蓋自然駕駛、危險(xiǎn)工況、人機(jī)共駕數(shù)據(jù)及道路交通交互等多個(gè)方面，其在實(shí)際工況時(shí)的場景數(shù)不勝數(shù)，構(gòu)建測試場景時(shí)，無法在有限的區(qū)域內(nèi)構(gòu)建現(xiàn)實(shí)道路中的無限場景。因此，場景元素分類采用場景融合和柔性設(shè)計(jì)理念，具有易組合性、快搭建性、強(qiáng)擴(kuò)展性的特點(diǎn)。

2 商用車AEB系統(tǒng)場景搭建

AEB是一種汽車主動(dòng)安全技術(shù)，主要由控制模塊(ECU)、測距模塊和制動(dòng)模塊構(gòu)成，其中測距模塊的核心包括微波雷達(dá)、人臉識(shí)別和視頻系統(tǒng)等，它可提供前方道路準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)的圖像和路況信息。通過激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)和攝像頭感知前方道路環(huán)境，識(shí)別到危險(xiǎn)時(shí)通過報(bào)警聲和閃爍燈提醒駕駛員。如果駕駛員沒有反應(yīng)，則在碰撞前AEB系統(tǒng)開始起作用，提前主動(dòng)采取制動(dòng)措施以避免或減緩交通事故。目前各類法律法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)中的自動(dòng)緊急制動(dòng)測試場景有前車靜止測試場景、前車慢行測試場景、前車制動(dòng)測試場景、行人自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)等。

在智能網(wǎng)聯(lián)汽車自動(dòng)駕駛方面，商用車比乘用車有著更強(qiáng)的需求、更明確的目標(biāo)和商業(yè)場景，故從需求側(cè)來看，商用車自動(dòng)駕駛有望最先落地。根據(jù)AEB系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展和實(shí)際交通事故場景的需求，

各試驗(yàn)規(guī)程的測試評(píng)價(jià)內(nèi)容在逐漸豐富，但目前國內(nèi)已有AEB測試評(píng)價(jià)方法存在場景單一、評(píng)價(jià)參數(shù)單一的問題，如缺少夜間測試、雨雪天氣測試等。

基于前文搭建的具有易組合、快搭建、強(qiáng)擴(kuò)展特點(diǎn)的場景元素分類框架，選擇2018版C-NCAP中AEB CCR系統(tǒng)性能測試場景中的前車制動(dòng)測試場景(CCRs)作為自動(dòng)緊急制動(dòng)典型場景進(jìn)行場景搭建與仿真測試評(píng)價(jià)，在車輛主動(dòng)安全仿真軟件Pre-Scan中進(jìn)行自動(dòng)緊急制動(dòng)測試場景建模，采用前述場景元素法進(jìn)行測試場景構(gòu)建(見圖3)。

圖3 商用車AEB性能測試場景

根據(jù)車輛主動(dòng)仿真軟件中搭建的商用車自動(dòng)緊急制動(dòng)場景，場景可描述為：廂式貨車以50 km/h的速度跟隨前方以同樣速度行駛的輕型廂式貨車行駛，兩車都在單向三車道的中間車道沿同一方向行駛，兩車縱向距離為40 m，前方輕型廂式貨車檢測到前方車輛停車等待紅燈，便以一定減速度減速停車，以此檢驗(yàn)廂式貨車的自動(dòng)緊急制動(dòng)功能。

按照上述智能網(wǎng)聯(lián)汽車測試場景元素分類架構(gòu)，提取場景元素進(jìn)行整理，結(jié)果見圖4。圖4已概括出該場景中各測試場景要素，表明文中提出的測試場景元素分類架構(gòu)合理，可為智能網(wǎng)聯(lián)汽車場景庫搭建提供參考與借鑒。

圖4 場景要素分類結(jié)果

3 AEB系統(tǒng)測試仿真分析與驗(yàn)證

3.1 AEB系統(tǒng)控制模型搭建

在前文所搭建的商用車自動(dòng)緊急制動(dòng)典型測試場景中，前方輕型廂式貨車以一定減速度減速停車，后方廂式貨車在其正后方以同樣的速度跟隨，若AEB系統(tǒng)未起作用，則廂式貨車與輕型廂式貨車存在碰撞的可能。針對前文所搭建的商用車AEB典型測試場景，搭建商用車AEB系統(tǒng)控制模型，利用主動(dòng)安全系統(tǒng)開發(fā)驗(yàn)證軟件PreScan與可視化仿真工具Simulink進(jìn)行聯(lián)合仿真。

根據(jù)搭建的測試場景，采用Inherited Path Definition的方式規(guī)劃測試車輛與目標(biāo)車輛的行駛軌跡，并進(jìn)行車輛行駛速度與相對位置設(shè)定，在測試車輛上安裝TIS傳感器檢測測試車輛周圍的物理環(huán)境，包括測試車輛與目標(biāo)車輛之間的相對距離、相對速度、角度、運(yùn)動(dòng)方向等，以便于仿真測試。最后在Simulink中搭建商用車AEB系統(tǒng)控制模型，選用仿真軟件模型庫中自帶的AEB系統(tǒng)模型作為測試車輛在自動(dòng)緊急制動(dòng)測試場景中的控制算法模型，再添加傳感器模塊、車輛自身參數(shù)模塊、路徑跟隨模塊、車輛動(dòng)力學(xué)模塊、動(dòng)畫顯示模塊等組成控制系統(tǒng)。將測試車輛控制各模塊進(jìn)行有效連接(見圖5)，建立兩個(gè)仿真軟件之間的交互數(shù)據(jù)連接，形成一個(gè)完整的閉環(huán)控制系統(tǒng)。

圖5 車輛控制流程

3.2 測試仿真

完成商用車自動(dòng)緊急制動(dòng)功能系統(tǒng)場景搭建、車輛動(dòng)力學(xué)模型及控制系統(tǒng)模型搭建后，PreScan與Simulink進(jìn)行實(shí)時(shí)信息數(shù)據(jù)流交互，進(jìn)行測試場景下AEB系統(tǒng)仿真測試。 在單向三車道的次干線道路上，廂式貨車以50 km/h的速度跟隨前方距離40 m、以相同速度行駛的輕型廂式貨車在中間車道中間行駛；輕型廂式貨車發(fā)現(xiàn)前方車輛在隊(duì)列停車等待紅綠燈，開始以4 m/s2的減速度減速并停車；后方自動(dòng)駕駛測試車輛啟動(dòng)AEB功能，測試車輛感知系統(tǒng)中TIS雷達(dá)時(shí)刻進(jìn)行掃描檢測與前方目標(biāo)車輛的相對距離、相對位置、相對速度等;如圖6所示，測試車輛以40%的制動(dòng)減速，油門開度為零，同時(shí)發(fā)出自動(dòng)緊急制動(dòng)警示提示預(yù)警。

圖6 測試車輛狀態(tài)

測試車輛根據(jù)與前車的相對距離、相對速度自動(dòng)控制自身減速度、速度等(見圖7)。當(dāng)檢測到前方目標(biāo)車輛減速時(shí)，測試車輛AEB系統(tǒng)控制模塊開始執(zhí)行，車輛及時(shí)進(jìn)行減速制動(dòng)，有效避免與前方廂式貨車發(fā)生碰撞。

圖7 車輛運(yùn)行參數(shù)

4 結(jié)語

針對智能網(wǎng)聯(lián)汽車最有望落地的商用車干線自動(dòng)駕駛場景，研究智能網(wǎng)聯(lián)汽車自動(dòng)駕駛功能各類測試場景的共性與個(gè)性特征，考慮場景搭建的場景元素可移動(dòng)性、可組合性、可擴(kuò)展性及場景搭建便捷性，構(gòu)建智能網(wǎng)聯(lián)汽車自動(dòng)駕駛功能測試場景分類架構(gòu)，結(jié)合商用車自動(dòng)緊急制動(dòng)功能需求，進(jìn)行測試場景構(gòu)建，并在仿真軟件中進(jìn)行仿真分析與測試驗(yàn)證。仿真結(jié)果表明所搭建的智能網(wǎng)聯(lián)汽車場景分類架構(gòu)合理，商用車自動(dòng)緊急制動(dòng)功能測試場景與測試評(píng)價(jià)方法合理，可為智能網(wǎng)聯(lián)汽車場景構(gòu)建與仿真測試提供新的思路與借鑒。