周競(jìng)　張強(qiáng)　黃俊富　李斌　張勝根

摘 要：當(dāng)前國(guó)內(nèi)汽車(chē)保有量不斷增加，交通事故數(shù)量及死亡人數(shù)不斷增加，換道輔助系統(tǒng)可以降低由于換道行為造成的車(chē)輛事故率。本文設(shè)計(jì)了換道輔助系統(tǒng)測(cè)試場(chǎng)景及評(píng)價(jià)方法，選取了一款具備換道輔助系統(tǒng)的車(chē)型，開(kāi)展了實(shí)車(chē)測(cè)試，通過(guò)實(shí)車(chē)測(cè)試數(shù)據(jù)分析和評(píng)價(jià)，驗(yàn)證了該方法的可行性。從驗(yàn)證結(jié)果來(lái)看，該方法具備較好的操作性，可較好地反映換道輔助系統(tǒng)功能及性能的優(yōu)劣。

關(guān)鍵詞：換道輔助 測(cè)試評(píng)價(jià) 技術(shù)研究

1 引言

截止2020年底，我國(guó)公路總里程已達(dá)519.8萬(wàn)公里[1]，據(jù)公安部統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，截至2020年6月，我國(guó)機(jī)動(dòng)車(chē)保有量超3.6億輛，其中汽車(chē)2.7億輛;機(jī)動(dòng)車(chē)駕駛?cè)?.4億人，其中汽車(chē)駕駛?cè)?億人[2]。作為一種重要的出行工具，汽車(chē)在人類(lèi)生產(chǎn)和生活中起著至關(guān)重要的作用，公路交通的規(guī)模和總量不斷擴(kuò)大。據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)，2020年中國(guó)超過(guò)6.1萬(wàn)人死于交通事故[3]，其中90%以上的乘用車(chē)交通事故由人為因素導(dǎo)致，70%以上的事故原因可歸結(jié)于駕駛員的疏忽或不當(dāng)駕駛決策，其中換道行為是導(dǎo)致交通事故的主要原因之一。[4]

在傳統(tǒng)的人-車(chē)-路系統(tǒng)中，駕駛行為作為整個(gè)系統(tǒng)的輸入量受到來(lái)自駕駛員生理和心理的雙重影響。然而駕駛員對(duì)交通環(huán)境的感知及認(rèn)知水平不一致，駕駛行為因人而異、因環(huán)境而異。人類(lèi)駕駛員在與其他車(chē)輛、道路設(shè)施和行人的交互過(guò)程中容易出現(xiàn)失誤導(dǎo)致事故。智能駕駛汽車(chē)可以利用先進(jìn)的車(chē)載傳感器和信息處理單元，輔助或代替人類(lèi)駕駛員對(duì)周?chē)鸟{駛環(huán)境進(jìn)行感知及認(rèn)知，降低交互失誤的可能性，提高車(chē)輛的駕駛安全性能。隨著傳感器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步，無(wú)人駕駛技術(shù)已逐漸進(jìn)入產(chǎn)業(yè)化階段[5]。

現(xiàn)有的先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)通過(guò)監(jiān)測(cè)車(chē)輛與周?chē)鷮?duì)象的相對(duì)距離和速度等做出換道碰撞預(yù)警[4]。換道輔助則是在監(jiān)控周?chē)?chē)輛及道路情況下，在駕駛員做出換道指令（撥動(dòng)轉(zhuǎn)向燈）后車(chē)輛確認(rèn)當(dāng)前狀態(tài)可以進(jìn)行安全換道且不影響其他車(chē)輛時(shí)自主進(jìn)行換道操作[6]。換道過(guò)程涉及環(huán)境感知、路徑規(guī)劃、運(yùn)動(dòng)控制等環(huán)節(jié)[7]。換道輔助系統(tǒng)可以安全地實(shí)施換道操作，降低換道過(guò)程造成的交通事故，提高交通暢通性及安全性，避免經(jīng)濟(jì)損失及人員傷亡[8]。典型的換道輔助系統(tǒng)工作流程如圖1所示。

2 典型換道輔助系統(tǒng)測(cè)試場(chǎng)景研究

換道行為導(dǎo)致交通事故的主要原因是未能及時(shí)識(shí)別相鄰車(chē)道車(chē)輛導(dǎo)致?lián)Q道過(guò)程中發(fā)生碰撞，如相同車(chē)速情況下縱向距離較近難以應(yīng)對(duì)突發(fā)的加減速情況，相鄰車(chē)道車(chē)速不一致導(dǎo)致縱向TTC較小，變道車(chē)輛盲區(qū)有車(chē)輛駕駛員未識(shí)別等。針對(duì)以上情況專門(mén)設(shè)計(jì)了測(cè)試用例，同時(shí)考慮交通法規(guī)，換道輔助系統(tǒng)還應(yīng)對(duì)車(chē)道線進(jìn)行識(shí)別，判斷當(dāng)前車(chē)道線型是否允許換道，如虛線、實(shí)線、虛實(shí)線、實(shí)虛線、雙實(shí)線、雙虛線等各種線型。同時(shí)考慮系統(tǒng)與駕駛員的交互性及安全帶、剎車(chē)、四門(mén)兩蓋轉(zhuǎn)向燈等狀態(tài)對(duì)系統(tǒng)的影響[9]。主要從三面進(jìn)行測(cè)試場(chǎng)景設(shè)計(jì)，如圖2所示。

通過(guò)設(shè)置試驗(yàn)車(chē)輛及相鄰車(chē)道車(chē)輛不同速度、相對(duì)速度、相對(duì)距離、TTC，改變車(chē)道線類(lèi)型等形成測(cè)試用例。

3 換道輔助系統(tǒng)評(píng)價(jià)方法研究

評(píng)價(jià)方法主要從HMI、系統(tǒng)功能邏輯、系統(tǒng)性能三個(gè)方面進(jìn)行評(píng)價(jià)。

3.1 HMI評(píng)價(jià)

HMI重點(diǎn)評(píng)價(jià)人機(jī)交互形式及符合性。評(píng)價(jià)內(nèi)容包含功能開(kāi)關(guān)、按鍵形式、交互方式（圖像、聲音、文字、振動(dòng)等），還包含車(chē)輛周?chē)鸂顟B(tài)、自身功能狀態(tài)、故障提示等顯示信息，主要評(píng)價(jià)HMI的交互性及合理性。

3.2 功能邏輯評(píng)價(jià)

功能邏輯跳轉(zhuǎn)條件主要為換道輔助過(guò)程中影響安全、算法、控制等的因素，車(chē)速、車(chē)道類(lèi)型、車(chē)道線（虛線、實(shí)線）、交通參與者、駕駛員、轉(zhuǎn)向燈狀態(tài)、四門(mén)兩蓋均可作為換道輔助系統(tǒng)某一功能邏輯狀態(tài)跳轉(zhuǎn)的條件，主要判斷是否符合交規(guī)及功能設(shè)計(jì)規(guī)范。

3.3 性能評(píng)價(jià)

主要評(píng)價(jià)完整換道過(guò)程的時(shí)間（從轉(zhuǎn)向燈輸入至提示轉(zhuǎn)向燈關(guān)閉），換道等待時(shí)間（從轉(zhuǎn)向燈輸入至換道動(dòng)作開(kāi)始），側(cè)向加速度變化范圍;側(cè)向速度變化范圍，相鄰車(chē)道有車(chē)可激活的最小TTC及最小距離，本車(chē)道前車(chē)減速時(shí)可激活的最大減速度，以上參數(shù)對(duì)乘員的乘坐舒適性及安全感具有直接影響。

4 換道輔助系統(tǒng)實(shí)車(chē)測(cè)試

針對(duì)某搭載換道輔助系統(tǒng)車(chē)型，使用V-box及i-tester進(jìn)行測(cè)試，V-box采集換道過(guò)程的速度及與目標(biāo)車(chē)輛的相對(duì)位置信息，i-tester用于采集換道過(guò)程的總線及視頻信息[10][11]。

根據(jù)設(shè)計(jì)的換道輔助測(cè)試場(chǎng)景，逐個(gè)場(chǎng)景進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試過(guò)程中記錄換道過(guò)程性能數(shù)據(jù)。測(cè)試過(guò)程中采集車(chē)輛總線信號(hào)、速度及位置信息、視頻記錄車(chē)輛前方、后方、側(cè)方車(chē)輛及車(chē)道線信息，記錄車(chē)輛運(yùn)行軌跡、速度及加速度、與其他車(chē)輛相對(duì)位置關(guān)系、換道用時(shí)等，通過(guò)數(shù)據(jù)后處理工程師分析處理，判斷系統(tǒng)當(dāng)時(shí)狀態(tài)，計(jì)算獲得各所需參數(shù)值，總體流程如圖5所示。

5 測(cè)試結(jié)果及評(píng)價(jià)

5.1 HMI測(cè)試結(jié)果及評(píng)價(jià)

按照測(cè)試用例測(cè)試了主車(chē)分別向左、右換道成功及失敗的儀表顯示情況。測(cè)試結(jié)果表明車(chē)輛換道過(guò)程中顯示換道方向藍(lán)色指示箭頭，換道側(cè)車(chē)道線由藍(lán)色實(shí)線變?yōu)樗{(lán)色虛線，非換道側(cè)車(chē)道線顯示為藍(lán)色實(shí)線，換道過(guò)程實(shí)時(shí)顯示車(chē)輛與車(chē)道線相對(duì)位置關(guān)系，換道成功會(huì)提示關(guān)閉車(chē)輛相應(yīng)側(cè)轉(zhuǎn)向燈;換道側(cè)為實(shí)線情況下轉(zhuǎn)向燈打開(kāi)，儀表顯示車(chē)道線為藍(lán)色實(shí)線且實(shí)線不變虛線，換道方向指示箭頭為灰色尖頭不變藍(lán)色，無(wú)法換道。HMI可以與駕駛員較好交互，合理提示及顯示換道過(guò)程當(dāng)前狀態(tài)，儀表顯示存在部分直道顯示成彎道、彎道顯示成直道互相錯(cuò)亂的問(wèn)題;變道過(guò)程中的指示箭頭略顯生硬。

5.2 功能邏輯測(cè)試結(jié)果及評(píng)價(jià)

按照測(cè)試用例進(jìn)行了系統(tǒng)功能邏輯的測(cè)試，測(cè)試結(jié)果顯示該車(chē)型換道輔助系統(tǒng)功能邏輯設(shè)置合理，符合駕駛員通常操作習(xí)慣及交通法規(guī)要求。虛線可以換道，實(shí)線不可換道;在可換道車(chē)速區(qū)間車(chē)輛可以換道，可換道車(chē)速區(qū)間外不可換道;有交通參與者BSD報(bào)警情況下不可換道，有交通參與者BSD未報(bào)警情況下可以換道;駕駛員脫手情況下不可換道;駕駛員主動(dòng)打方向，系統(tǒng)退出，車(chē)道線顯示為灰色;松開(kāi)安全帶、打開(kāi)四門(mén)兩蓋系統(tǒng)均被抑制，評(píng)價(jià)結(jié)果為功能邏輯設(shè)置合理且安全性高。

5.3 性能測(cè)試結(jié)果及評(píng)價(jià)

性能測(cè)試評(píng)價(jià)主要考察換道過(guò)程的舒適性及安全性，測(cè)試結(jié)果顯示車(chē)輛傳感器感知距離遠(yuǎn)，因系統(tǒng)使用了超聲波雷達(dá)與攝像頭融合算法故系統(tǒng)白天及夜間性能無(wú)差異;車(chē)輛換道過(guò)程中的側(cè)向速度及側(cè)向加速度與溫和駕駛員駕駛習(xí)慣類(lèi)似，換道過(guò)程舒適性好;側(cè)向速度及側(cè)向加速度分布區(qū)間集中，系統(tǒng)換道過(guò)程一致性好;單次換道時(shí)間集中在10s左右，換道等待時(shí)間集中在4s左右;有前方交通參與者時(shí)隨著車(chē)速增加可換道時(shí)的TTC增大，可激活最近距離隨車(chē)速提高距離變大，換道過(guò)程安全性有保障;系統(tǒng)性能兼顧了換道過(guò)程舒適性及安全性。

6 結(jié)論

在整車(chē)研發(fā)過(guò)程中，實(shí)車(chē)測(cè)試是換道輔助系統(tǒng)性能評(píng)價(jià)的一個(gè)必要環(huán)節(jié)，本文設(shè)計(jì)了換道輔助系統(tǒng)的測(cè)試場(chǎng)景并進(jìn)行了實(shí)車(chē)測(cè)試，測(cè)試評(píng)價(jià)從HMI、功能邏輯及系統(tǒng)性能三個(gè)方面展開(kāi)，該方法可行且具備較好的操作性，可以全面地反映換道輔助系統(tǒng)功能及性能的優(yōu)劣。未來(lái)可在現(xiàn)有基礎(chǔ)上進(jìn)一步豐富測(cè)試評(píng)價(jià)場(chǎng)景提煉關(guān)鍵參數(shù)形成評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)體系方面進(jìn)行拓展。

本論文獲得汽車(chē)噪聲振動(dòng)和安全技術(shù)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、重慶英才·創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)領(lǐng)軍人才（科技領(lǐng)域）項(xiàng)目（CQYC201903010）資助。

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